饱水软岩力学性质软化的试验研究与应用

软岩遇水后力学性质软化规律的研究,是水–岩相互作用研究的重要课题之一,在重大工程的设计与实践中具有重要意义。通过对华南地区广为分布的红色砂岩、泥岩及黑色炭质泥岩等几种不同类型的典型软岩在不同饱水状态的试验设计和力学性质测试,重点探讨了软岩软化的力学规律性。试验按照天然状态、饱水1,3,6和12个月等饱水时间点进行采样分析,测定其不同饱水时间点的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度及其随饱水时间的变化规律。结果表明:软岩与水相互作用后,其抗压强度、抗拉强度及抗剪强度变化的定量表征关系一般服从指数变化规律,各力学强度指标将随着饱水时间的延长而不断降低,最终将趋向稳定;6个月的饱水时间点为软岩力学强度趋于稳定的临界点。以此研究获得的软岩参数为基础,采用非线性有限元强度折减法对广东省东深供水改造工程中BIII2边坡稳定性进行了分析计算,结果表明:在塑性应变区贯通前,该边坡主断面的稳定性系数为0.83,说明BIII2边坡处于不稳定状态。这与实际边坡所处的状态非常一致。表明该试验研究结果用于工程计算中具有较好的意义,亦可为华南地区类似工程的设计、施工和长期稳定性分析等提供具有重要价值的参考。

边坡变形破坏过程的大变形有限元分析

在用有限元法分析边坡稳定性时,引入计算大变形问题的更新的拉格朗日方法,推导了边坡大变形弹塑性有限元分析的方程式。采用边坡某一幅值的等效塑性剪应变区,从坡脚到坡顶贯通前的折减系数作为边坡安全系数。在此基础上,采用弹塑性大变形有限元分析软件计算了均质土坡不同坡角的安全系数,将其与小变形分析的结果进行了对比分析,结果表明:用弹塑性大变形有限元分析边坡失稳破坏的过程中,既考虑了岩土材料的非线性,又考虑了边坡的几何非线性,使计算结果更趋合理。并结合东深供水改造工程BIII2边坡进行了大变形有限元分析,计算结果与勘查到的实际边坡的滑动面分布位置比较接近。研究表明:该方法尤其适宜于软土类边坡或基坑的稳定性分析。

特殊软岩软化的微观机制研究

软岩软化的机制问题是涉及到软岩力学变异性和工程设计的重要问题。针对华南地区广为分布的“红层”——红色砂岩、泥岩以及炭质泥岩等特殊软岩,结合广东省东深供水改造工程建设,设计了该类软岩的系列饱水试验。通过扫描电镜、偏光显微镜、能谱分析、粉晶X射线衍射以及岩石的物理力学测试等手段测定软岩微观结构、矿物成分、物理力学性质、水溶液的化学成分及其随时间的变化特点,揭示软岩性质软化的动态变化规律,探讨其软化微观机制。研究表明,该类软岩的软化主要是由于粘土矿物吸水膨胀与崩解机制、离子交换吸附作用、易溶性矿物溶解与矿物生成、软岩与水作用的微观力学作用机制、软岩软化的非线性化学动力学机制的综合作用造成的。分析认为,粘土矿物吸水膨胀与崩解机制、离子交换吸附机制及软岩与水相互作用的微观力学作用机制在该类软岩软化中起主导作用。而软岩软化的非线性动力学机制是软岩软化定量研究的重要方向之一。

门架式双排抗滑桩设计计算新模式

门架式双排抗滑桩是一种新型的支挡结构。这种结构具有较大的刚度,可以有效地限制支挡结构的变形,具有桩顶位移小,抵抗力大的特点。但其受力机理复杂,前、后排桩间土对结构的作用很难确定。针对这一问题,提出了一个新的计算模式:将前、后排桩及中间连系梁和桩间土视为一个整体;前排桩和后排桩受到的地基土的抗力简化为弹性支承,提出了桩间土对前排桩的作用模式和作用力计算分析模型,认为前排桩不仅受到桩间土的主动土压力作用,而且受到由于桩间土的挤压作用而产生的附加土压力的作用; 其主动土压力 qa 与单排桩所受到的主动土压力σa 之比是桩间距与桩宽(桩径)之比的二次抛物线函数;而附加土压力 qb 可由半平面体在边界上受法向分布力的解析解[1]求得;而桩间土对后排桩的作用按照弹性支承考虑。最后,采用有限元理论和 Winkler 弹性地基梁方法建立了求解门架式双排抗滑桩内力的力学模型,并应用于某供水工程的边坡加固中。计算结果表明:该种计算分析模式是合理可行的,具有一定的推广应用价值。

软岩在饱水过程中水溶液化学成分变化规律研究

针对广东地区重大工程中几种典型软岩的基本类型和特点,设计了一系列软岩饱水软化试验。通过选取华南地区“红层”——粉砂质泥岩和泥质粉砂岩两种代表性软岩,在天然状态、饱水1,3,6和12个月时,研究水溶液pH值和阴离子及阳离子浓度的变化,探讨不同类型软岩在不同饱水时间后,水溶液的pH值和化学成分的动态变化规律。结果表明,软岩在饱水过程中,水溶液的pH值将逐渐减小,由弱碱性向酸性过渡,这些变化率为2%～46%。同时,着重指出:饱水3个月时,是水-岩化学作用的临界时间转折点,即3个月之前,阳离子及阴离子的化学交换与吸附作用活跃,反应中离子的浓度是下降的;3个月之后,该作用逐渐减弱,离子的浓度呈现出回升渐趋稳定或稳定的趋势。软岩与水化学反应中离子浓度的变化一般服从两种曲线类型,即指数曲线和动力学稳定方程(反应-扩散方程)曲线。其动力学过程无论服从哪一种规律,最后终将趋向稳定态。此外,对于这两类软岩,其-F,Mn2+,Al3+,Fe3+,Zn2+等离子在试验过程中基本保持稳定值,表明岩块与水的化学作用过程中基本没有该类离子的参与。

软岩在饱水过程中微观结构变化规律研究

针对广东地区重大工程中几种典型软岩的基本类型和特点 ,设计了若干软岩饱水软化试验 ,探讨了不同类型软岩在各种不同饱水状态和饱水时间后微观结构的基本特征 ;在此基础上 ,揭示了不同类型软岩微观结构的动态变化规律 ,为软岩饱水后力学性质的变化规律和软化机制研究奠定了微观学基础。

华东地区现代地壳应力场及地震断层错动性质

使用143组中、小地震单震震源机制解和17组小区域综合机制解资料,统计分析了华东地区的现代构造应力场特征。华东地区现今处在NEE向(80°左右)主压、NNW向(350°左右)主张应力场的控制下;主应力作用方式以水平和近水平为主。在应力场方向和作用方式基本一致的背景上,不同地震构造分区存在一些差异,这些差异可能与相应区域主要活动断裂的主体分布方向有关,可能表征了现存构造对地震错动特征的影响和控制作用。现代中、小地震震源机制解,历史中、强地震和现代有感地震最内等震线长轴方向等资料显示华东地区地震主要沿NE,NW2个方向破裂错动,兼有NNE,NEE,NWW或近EW方向。以走滑和近走滑方式为主,兼有少量斜向滑动。地震断层的错动方式存在某些分区差异。华东地区历史中、强地震以NE向破裂错动为主,而现代中强地震在陆域以NW-SE为主,海域NE,NW兼有。

重大工程地下空间信息系统开发应用及其发展趋势

地下空间信息系统(USIS)是当前岩土工程研究中的一个重要发展方向。介绍了建立地下空间信息系统的目的和意义,论述了USIS的开发方法及其关键技术,包括:数据库技术、界面实现技术、MAPGIS二次开发技术、OpenGL三维图形开发技术、数字制图与智能分析技术等,并结合东深供水改造工程地下空间信息系统进行了开发方法和关键技术的应用研究,最后,对USIS的发展趋势作了较深入的分析,指出了今后研究的几个主要方向。

基于GIS技术的区域性滑坡发生概率分析

在MAPGIS平台基础上,针对边坡空间失稳破坏的特征,采用GIS空间数据分析功能,探讨了三峡库区奉节段(三蹬子—王家河)主要滑坡的稳定状况,利用MAPGIS系统对其进行了边坡失稳的确定性系数(CF)计算,并进行滑坡因子敏感性分析,确定了各因子中对应于滑坡发生的最不利数值区间,得出在现有资料条件下,该区段滑坡发生的敏感条件为坡度和边坡所处位置高程的结论。

软岩饱水试验与软化临界现象研究

针对华南地区广为分布的"红层"软岩遇水软化问题,选择粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等典型软岩为研究对象,在软岩饱水软化试验的基础上,采用"自组织临界性"理论深入分析了软化试验中的临界现象,结合软岩物理力学性质、微观结构以及水溶液离子浓度变化的试验结果,得出:在饱水3个月和6个月时,对应于所研究软岩软化的临界时间点,其物理、力学性质与水溶液离子浓度的变化在前3个月内变化幅度较大,3个月后较为平缓,并可能出现波动,6个月后开始趋于稳定;而其微观结构变化满足1～3个月变化较小,3～6个月自行调整而趋于有序,6个月之后结构类型完全改变。在此基础上,分析了软岩系统自组织临界现象中最显著的两个特征:自组织性和临界特性,并从系统演化的角度探讨了饱水软岩系统中一种具有一定稳定性的非平衡自组织有序结构的产生过程,给出了水作用下软岩工程特性变异达到稳定的临界时刻。

OpenGL三维地层切割面的实现技术

探讨利用开放图形库OpenGL实现三维地层显示的途径;讨论三维地层层面构造的插值基本原理;提出了地层的任意方向切割方法,即适用于水平截面和斜截面的网格分割法和适用于竖直截面的交线分割法。将此三维地层切割方法应用于广东省大型水利工程———东深供水改造工程中,实现了三维地层的任意切割,验证了该方法的可靠性和实用性。

华北4次中、强地震前震源区及其附近应力场的变化

使用小震机制解资料 ,分析了 1975年海城 7 3级和 1976年唐山 7 8级强震及 1983年菏泽 5 9级和 1995年苍山 5 2级中强震前 ,震源区及其周围不同构造部位应力场的时、空变化 ,证实震前震源区附近应力场曾有某些异常改变 ,如唐山强震前震源区周围出现长达 4a多的小震机制解主应力轴一致性取向的现象 ,菏泽地震前小震机制解P轴“集中—转向” ,苍山地震前P轴偏转且一致性增强。同时还发现 ,唐山地震前应力场异常变化开始时间可能早于 1972年 ;震源区内的陡河台与源外区的昌黎台小震综合机制解反映出震前的受力差异 ;震源断层附近不同应力区内震源机制解和地震活动有时空动态差异。这些现象一定程度上提供了不同构造条件和应力背景下 ,中、强震前震源区不同构造部位力学状态的改变或地震孕育过程的信息 ,对研究不同地震的孕震过程及差异有一定意义。

基于改进BP网络算法的隧洞围岩分类

围岩分类对指导地下工程的设计和施工具有非常重要的意义.引入人工神经网络的方法,进行隧洞围岩分类,在传统BP算法的基础上,通过改进学习算法、优化传递函数和网络结构进行神经网络方法优化.采用附加动量法和学习速率自适应调整的策略改进学习算法,使得当误差大于上临界值时,则降低学习率,当误差小于下临界值时,则适当提高学习率,这样可加快网络的训练速度,确保网络的稳定性;通过引入调整学习率参数,使得传递过程更加敏感,加快了传递函数的收敛速度,提高了训练函数的计算精度;通过给定隐含层节点模型的取值范围,对网络结构进行优化,提高了泛化精度.将改进的BP网络模型应用于广东省东深供水改造工程的隧洞围岩分类中,分类结果与根据《水工隧洞设计规范(SL279-2002)》的分类结果完全一致,表明该方法具有良好的工程实用性.

外荷载作用下软土压缩模量的动态演化规律研究

在软土地基的压缩性评价和变形计算中,压缩模量是一个重要的土性参数,目前一般是通过室内侧限压缩试验曲线得到,通常是一个常数。实际上,压缩模量在地基固结过程中会随着土体固结度的增加而逐渐增大,因此,探讨外荷载作用下软土压缩模量的变化规律显得十分必要。以珠江三角洲地区某高速公路代表性软土地基为研究对象,采集天然状态和超载预压后两种状态的淤泥质土样,分别开展不同压力条件下的室内固结试验,通过分析比较两种状态土样的试验数据,得出了两种状态下淤泥质土压缩模量随压力变化的定量关系和压缩模量随压力及时间演化的规律。在此基础上,结合天然状态和超载预压后的淤泥质土样在室内再压缩前后的微观结构图像,分析了两种状态下淤泥质土压缩模量随压力和时间演化的机理。从而为软土变形计算的参数合理取值提供了有用的参考,且对软基堆载预压过程中控制加荷速率和分级荷载的大小具有重要的现实意义。

1668年郯城大地震震源断层三维特征反演

1668年在山东郯城附近发生的8(1/2)级巨大地震,是有史料记载以来发生在中国东部的最大地震.该地震发生在郯庐断裂带山东区段,震源区现代小震依然频繁.本文以震源区附近重新定位的百余个现今中小地震基本参数,反演得到1668年郯城8(1/2)级大震震源断层产状:震源断层走向21.6°,倾角为89.5°,滑动角为148.9°,震源断层长度约180 km,下界深度约为32 km,上界埋深约为4 km左右,为北北东走向直立的右旋近走滑断层.震源断层在地壳浅表对应沂沭断裂带东地堑的安丘—莒县断裂(F5).根据8(1/2)级大震地表地震断层和烈度分布研究成果对反演结果进行了分析,并结合震源区地震深度分布、地震波速度剖面等对8(1/2)级地震的基本参数进行了讨论,认为各种结果之间能够相互验证,反演获得了理想结果.研究证明,对于震源区现代中小地震资料丰富的历史大地震,用该方法反演震源断层三维产状和错动性质是可行的.

重大工程地下环境信息系统的特点

地下环境信息系统(GIS)是信息技术在岩土工程中的应用产物,是综合运用地质学、地理学、计算机图形学、计算数学等多门学科理论。以 GIS 技术为基础,结合数据库处理、C++语言编程、OpenGL 编程、三维图象处理技术建立了对地下环境信息进行数据管理和模型分析的大型信息管理系统,同时介绍了地下环境信息系统的结构特点、数据特点、功能特点及操作应用特点,对其主要技术创新进行了描述。

华北地区地震学指标的定量对比筛选及其综合预报方法研究

在现今的地震预报工作中，地震学方法是首选且必不可少的方法．据粗略统计，目前用于我国地震预报的地震学参数有上百个之多．参数繁多，虽可任意选用，但也带来许多麻烦．“多多益善”，工作量太大，“择优录用”，难以确定哪些更好．在国家地震局组织的实用化攻关和“八...

《食品理化检验》“岗课赛证”融通教学改革初探

教育管理体系在食品理化检验领域展现出显著短板,难以满足当前行业对高素质专业人才的需求。本文针对双师型教师队伍建设、教学与实践的融合以及产学研用合作等关键问题,提出了一系列基于“岗课赛证”模式的教学改革策略。这些建议旨在通过加强教师队伍、创新教学方法、促进理论与实践的有效结合以及完善评价机制等方面,提升教育质量,培养符合行业需求的专业人才。

1995年苍山5.2级地震前应力场的动态变化

从１９９５年９月２０日山东苍山５．２级地震前源区及其附近不同小区应力场方向的动态变化入手，分析了主应力轴方位、仰角及其矛盾符号比等参量在５．２级地震前的异常变化及其时空演变特点，简析了可能成因。

珠江三角洲软土分布及其结构类型划分

珠江三角洲是指珠江出口所在的平原地区。该地区分布着大量的第四系软土层,该软土层为各种建筑工程的潜在病害层,给工程建设带来了极为不利的影响。根据已有的钻孔资料,对珠江三角洲海相沉积软土的分布范围进行了探讨,并按天然含水量和孔隙比进行了软土分区,分为2个大区和3个亚区。并对该区具有代表性的软土的微结构特征进行了分析和研究,包括野外采取原状土样、室内制备样品、电镜扫描、图像处理以及提取基本结构形态参数和分析观察结构面的基本特征等。旨在获取珠江三角洲海相沉积软土的微结构类型和特征,为软土的变形和破坏研究提供基础,为珠江三角洲地区海相沉积软土区的工程建设提供宏观参考。