岩石力学公共实验课程教学项目的建设与思考

岩石力学实验课是一门为补充岩石力学理论而开设的实践性课程。结合武汉理工大学土木工程专业研究生培养计划,以岩石力学公共实验课程教学项目为例,从该课程开设背景和目的出发,阐述实验课程教学体系、课程内容建设过程,以及教学方法和教学手段,并构建了教学质量保证体系。对实验课程教学建设模式进行总结和思考,提出课程教学后期建设需完善的几个要点。结果表明,该实验课程建设实施方案可行,建设成果能较好地应用于研究生课程的具体实践,能较好地提升岩土工程专业研究生的教育质量,在某种程度上促进学科建设与发展。

循环荷载作用下粉质黏土-混凝土界面强度预测研究

基于3D扫描和打印技术,制作了与混凝土灌注桩相同的界面混凝土试件,并进行了一系列粉质黏土-混凝土界面循环剪切试验。通过粉质黏土-混凝土界面循环剪切试验,揭示不同循环周期、循环幅值条件下界面强度的衰减规律。通过对循环幅值和法向压力幂函数拟合,对循环稳定后-土界面强度衰减系数进行表征,并结合黏土-混凝土界面峰值强度模型,提出粉质黏土-混凝土界面强度衰减模型。结果表明:在15次循环后,部分循环的剪切位移-剪切应力曲线近似重合;当循环幅值逐渐增大,剪切阶段与卸载阶段应力-应变曲线均呈现线性趋势,每个循环圈内加载与卸载的斜率基本保持一致,类似“平行四边形”;不同工况的循环稳定后界面剪切峰值强度折减系数D_(τ)存在相同的变化趋势,可通过循环幅值A和法向应力σ的无量纲非线性回归分析,提出循环稳定后黏土-混凝土界面剪切峰值强度折减系数D_(τ)表征方法,其拟合度较高。

梯度应力作用下不同中主应力对岩爆影响的模型试验研究

为探究围岩切向应力梯度加载过程中不同中主应力对岩爆孕育及破坏的影响,借助自主研发的气液复合加载装置,开展类岩石材料模型试件在3种不同中主应力条件下的真三轴岩爆模拟试验。试验过程利用高速摄像机与声发射监测系统进行监测,对比分析各试件岩爆宏观破坏差异与声发射参数演化规律。研究结果表明:随中主应力增大,试件破坏荷载增大,岩爆破坏瞬时突发性增强,岩爆碎屑总质量及各粒径碎屑质量增加,试件破坏规模越大。加载前、中期高中主应力条件下试件的声发射活动减弱,表明高中主应力条件抑制了试件损伤与裂隙发育;加载后期高中主应力条件下试件的声发射振铃计数与能量释放愈发集中且能量峰值与累计值提高,声发射b值骤降至更低水平,高主频幅值点占比增加,表明高中主应力条件加剧了试件损伤与裂隙发育,大尺度裂纹及剪切裂纹数目增多,岩爆瞬间能量释放更猛烈,致使试件破坏更严重,岩爆剧烈程度更高。

地下连续墙施工影响应力重分布的数值模拟

对武汉市某超大型超深基坑10幅邻近地连墙跳跃式施工过程进行了三维有限差分数值模拟。数值模拟步骤依次为泥浆护壁成槽开挖、混凝土浇筑及混凝土硬化3个过程。泥浆护壁成槽开挖及混凝土浇筑分别采用常静液压力和变静液压力的方式加载,混凝土的硬化过程采用变弹性模量和泊松比的线弹性实体单元完成。数值计算结果与实测数据吻合较好。对单个跳跃式开挖过程墙上土压力的监测揭示了地下连续墙施工影响应力重分布的变化规律。模拟施工完成后10幅地下连续墙上的土压力值沿墙长度方向随静止土压力值上下波动,波谷出现在槽段连接处附近,波峰接近槽段中心轴,波动幅度大小与土体深度有关。分析表明,泥浆压力、混凝土灌注压力及土压力差值是影响墙后应力重分布波动幅度的主要原因,适当的泥浆重度及合理的注浆方式能避免土体扰动。

地下连续墙泥浆槽壁稳定性评价的水平条分法

考虑土体分层性质,假定开挖槽段附近各土层厚度分布均匀且土层分界面垂直于槽面,以经典二维楔形滑块体模型为研究对象,提出了地下连续墙泥浆护壁稳定性评价的水平条分法,建立了满足条块力平衡的3M方程评价模型和同时满足力平衡和力矩平衡的4M方程评价模型,提出了求解方法,并验证了3M方程模型的有效性和条分法提出的必要性。将3M评价模型应用于武汉市某超深基坑成槽开挖坍塌的槽段稳定性分析,总结了临界角度和安全系数随地下水位、地表超载、泥浆高差、及泥浆重度的变化规律。最后用定义的水平条间力与竖向条间力的比值讨论了不同参数取值下水平条间力的变化规律。

浅埋隧道开挖引起的土体水平位移分析

对于浅埋隧道开挖引起的土体位移规律很多学者进行了研究,但对于其水平位移规律的研究却不多。在总结比较现有3种地层沉降公式的基础上,结合其中一种地层沉降理论以及土体不可压缩的假设推导出了浅埋隧道上方土体的水平位移公式,使用该公式对相关文献中的实测数据以及有限元模拟结果进行了拟合对比,证明提出的公式能够较好地预测和描述浅埋隧道开挖引起的土体水平位移规律;另外,基于所推导的地层水平位移公式以及地层沉降理论公式,得出了该方法下的土体位移矢量角公式,并与O’Reilly和New提出的方法进行了比较,所得结果与相关学者的研究结论一致,证明了该土体位移矢量公式的适用性。此研究成果可为相关实际工程中土体水平位移的计算和控制提供理论参考。

压力分散型锚索作用效果的数值模拟分析

通过FLAC3D程序,用实体单元模拟了岩体和砂浆体,用结构单元来模拟锚索,在砂浆体和岩体间设置接触面,对锚索施加预应力时采用新的建模方法,即通过结构单元来模拟压力分散型锚索的承压板,代替在承压板的位置施加均布力的方法,建立预应力锚固数值仿真模型。通过模拟试验,分析了接触面单元、岩体单元以及砂浆体单元的应力云图等,更加清晰地显示了压力分散型预应力锚索作用下岩体沿锚索轴向的应力、砂浆体与孔壁之间的粘结应力分布等情况。

基于神经网络的岩质边坡稳定性评估系统研究

本文针对边坡稳定性预测问题,初步建立了基于神经网络的边坡稳定性评估系统(称为 SSE),还阐述了该系统的开发过程,介绍了系统的主要组成部分及运行环境,同时给出了应用实例。应用结果表明了该系统的有效性。

风化岩体中压力型锚索锚固段的剪应力分析

岩体在风化过程中,其物理力学性质会随着风化程度的不同有所差异。结合均质岩体中压力型锚索受力特点,以及内部对称荷载作用下横观各向同性弹性体内的剪应力分布特点,推导出了压力型锚索在横观各向同性弹性岩体内的剪应力分布方程。假定风化岩体为横观各向同性弹性体,其弹性模量及剪切模量均按指数函数变化,分析结果表明:①由于风化岩体的弹性模量随着深度的变化,锚索锚固段的剪应力也随着岩体的弹性模量的增加(减小)而增加(减小);②在承压板附近,锚索锚固段的剪应力随锚索孔半径的增加而减小,由于风化岩体剪切模量的变化,因而导致剪应力的变化量很大;③在承压板附近,锚索锚固段接触面上的剪应力随着垂直于岩体横向等向面的剪切模量的改变而相应的改变。研究成果可为实际工程中压力型锚索设计提供参考。

用人工神经网络估算岩质边坡的安全系数

基于工程事例，介绍了一组初步试验工作，探讨人工神经网络（ＡＮＮ）方法用于岩质边坡稳定性安全系数估算的可能性。文中给出三次试验及试验结果，试验结果表明用人工神经网络估算岩质边坡安全系数不仅是可行的，而且是一种实时、准确且准备工作简单的估算方法。

含弱面岩质路堑边坡开挖坡角优化设计方法及应用

根据含软弱面岩质边坡的岩体结构特点,概化出含弱面岩质路堑边坡开挖坡角优化模型。建立了基于极限平衡方法的计算含软弱面岩质边坡最优开挖坡角的方法。将这种方法运用于某公路路堑高边坡的实践中,确定了影响其最优开挖坡角因素并确定了正交试验方案表,采用正交试验对各因素进行了敏感性分析,确定了该公路含弱面岩质路堑边坡的最优开挖坡角的合理取值范围,最后通过对该公路边坡实例的分析,证明这种计算模型作为一种计算最优开挖坡角简便途径的有效性和实用性。

基于实例类比推理的边坡稳定性评价方法

基于工程实例,利用边坡工程经验、类比推理原理,建立基于实例类比推理的边坡稳定性评价方法。文中基于工程经验,提出了一种新的归一化效用函数,将不同量纲的原始评估指标值转换到[-1,1]区间,同时尽可能地将指标值转换成效益型指标,使其更好地体现“奖优罚劣”。还定义了一种新的实例类比推理计算方法,使其能更好地体现实例之间的距离与差异。实例分析结果说明,所提出的方法不仅有效,而且简单实用。

边坡稳定性影响因素敏感性人工神经网络分析

传统的边坡稳定性影响因素敏感性分析基本上都是基于各参数变化的大量试算分析,这样不仅计算量大,而且数据准备工作复杂。基于人工神经网络的非线性映射功能,用RBF神经网络模型进行边坡稳定性影响因素敏感性分析,把正交表试验设计理论、效用函数理论与神经网络结合起来进行边坡影响因素敏感性分析,给出了敏感性分析的具体算法并以圆弧破坏边坡为例进行了分析,并将分析结果与用传统理论分析所得结果进行比较,结果显示,用人工神经网络方法进行边坡稳定性影响因素敏感性分析不仅可靠,而且方便简单。

边坡稳定性研究的综述与展望

综述了边坡稳定性研究的进展，并重点介绍了八十年代后的研究成果。最后，对边坡稳定性研究的主要问题和今后的发展方向进行了讨论与展望。

地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析

在总结地铁盾构施工的控制原则以及盾构通过临近群桩的动态预测方法的基础上,结合武汉地铁的设计,采用数值模拟方法对地铁盾构穿越汉口火车站区时地面及建筑物桩群进行模拟,分析了盾构穿越一般底层和穿越群桩基础两种不同的情况的位移情况,从而对盾构隧道对城市地面以及建筑物的影响做出评价,提供了盾构穿越建筑物施工安全控制的建议。

刚性桩加固软土路基竖向土拱效应的试验分析

刚性桩加固软土路基填土在自重作用下形成竖向土拱并通过土拱传递荷载,浅层荷载传递机制直接影响到桩土协调工作和加固效果,但目前对竖向土拱效应以及土拱的特性仍然缺乏深入研究。利用设置试验段进行现场试验,对采集到的路基孔隙水压力和桩土相对位移数据进行分析处理,从应力和变形两方面验证了刚性桩竖向土拱的存在性。试验数据分析反映,一定的荷载对应一定的土拱力学平衡结构;在现场试验条件下土拱形成后,荷载每增加约20kPa,土拱破坏一次,而后重新形成;粗骨料填土材料形成的土拱稳定性较好,加桩帽形式的土拱效应更为显著。

基于现场监测的深基坑施工动态风险评估

目前常用的基坑风险评价方法主要是根据专家经验完全进行定性分析,存在很大的主观不确定性。以监测项目作为基坑风险的评价指标,并考虑监测项目之间的相对重要性关系,建立了基于现场监测的深基坑工程施工期风险评估指标体系。以监测报警值作为参考标准将监测数据量化为监测项目的安全风险概率;风险损失以监测项反映的可能风险源采用专家调查法进行估值;兼顾考虑基坑的安全风险概率和风险损失对基坑的风险度进行了分级,并根据风险度等级处理要求作出风险响应。通过工程实例对该风险评估方法进行了应用分析,表明该方法具有信息明确、动态、可靠的特点。

光纤渗压传感器与公路软基监控试验研究

研制出新型的光纤Bragg光栅岩土工程监测仪器——光纤渗压传感器,并将其应用于高速公路软土地基中进行孔隙水压力监测,以检验研发成果。在试验过程中还解决了光纤渗压传感器量测系统、现场埋设以及数据采集等方面的问题。通过对采集的数据进行处理,对软基处理效果进行了分析,并与实际情况进行了对比检验仪器是否反映真实情况,同时利用与常规仪器数据进行对比分析,对传感器进行了综合评价。结果表明该传感器不仅可以达到常规仪器的监测效果,而且克服了常规仪器的一些缺点,仪器开发是较为成功的。

岩质边坡稳定性多人多层次模糊综合评价系统研究

以工程地质分析法为基础，针对边坡稳定性工程地质评价时评价指标多层次及多人参与的特点，应用系统工程与模糊数学知识，建立了岩质边坡稳定性多人多层次模糊综合评价模型。从影响边坡稳定性因素的构成关系入手，构造了描述边坡稳定性综合评价的评价指标多层次有序评价树（ＭＯＥＴ）结构，建立了ＭＯＥＴ中评价指标的知识量化方法：包括４种隶属函数与集成式指标权重获取方法，给出了基于知识的模糊推理算法及其计算机程序框图，研制出岩质边坡稳定性多人多层次模糊综合评价系统（ＳＭ２ＦＣＥＲＳ２）。实例证明该系统是有效的。