黄土盾构隧道围岩强度指标结构性参数表征与荷载计算

为了考虑黄土地层特征,获取合理的围岩压力以指导黄土盾构隧道结构设计,通过对比盾构隧道与新奥法隧道围岩压力现场测试数据,结合黄土盾构施工实践,验证形变围岩压力计算黄土盾构隧道围岩荷载的合理性;考虑黄土地层的强度参数,通过芬纳公式构建黄土盾构隧道形变围岩压力的计算方法;采用三轴剪切实验,探究原状黄土的应力应变关系以及应力结构性参数的变化规律,构建应力结构性参数下黄土强度指标的计算方法;结合盾构隧道开挖支护下围岩的应力应变变化规律,建立深埋黄土盾构隧道围岩结构性参数场的计算框架,结合结构性参数修正的黄土强度准则,给出深埋黄土盾构隧道围岩压力的计算方法。研究发现,使用形变压力理论计算黄土盾构隧道围岩荷载具有合理性;原状黄土相比重塑黄土有明显的应力峰值及应变软化现象;黄土应力结构性参数与粘聚力存在较好的拟合关系,与内摩擦角相关性低;当仅考虑地层浸水造成黄土结构性演变引起的围岩压力变化时,当含水率由1%增加到25%,塑性圈半径由4.6 m增加为5 m,围岩压力由587 kPa增加到622 kPa。

考虑初始结构性参数的结构性黄土边坡稳定性评价

针对应力比结构性参数存在的问题,建立了结构性黄土初始结构性参数与含水率、围压之间的关系,在变形过程中建立了更为合理的结构性参数与广义剪应变的关系,并将其引入结构性黄土的强度理论中。在此基础上,通过数值计算对边坡结构性参数分布的变化规律及潜在滑动面的确定进行了评价。研究结果表明:建立的初始结构性参数可以反映黄土边坡的结构性参数初始分布场;结构性参数变化的上限是初始结构性参数,下限为结构性完全丧失后的结构性参数,且其值等于1.0;在结构性黄土边坡稳定性分析中,通过结构性参数的分布规律可在一定程度上确定边坡的潜在滑动面,但仅适用于塑性区域呈明显的带状集中分布的情况。

延安新区黄土结构性参数对无侧限抗压强度的影响规律

为研究高填方黄土的结构性在无侧限压缩状态下对其强度与变形特性的影响,以延安新区某高填方场地黄土为研究对象,开展不同试验条件下原状黄土与重塑黄土无侧限抗压强度试验,研究含水率与压实度对黄土结构性的变化规律及其力学特性的影响,并构建原状黄土和重塑黄土的初始结构参数与抗压强度关系的数学模型。结果表明:随着土样含水率的增大或压实度的减小,土体的应力-应变关系曲线由“陡峭”向“平缓”特征过渡,应力峰值减小且后移,结构性参数-应变关系曲线的峰值减小且前移;塑性指标可以作为影响初始结构性参数变化的临界值指标,含水率小于塑限值时,小应变会导致黄土结构性增强,反之则减弱;随着含水率的增大,初始结构性参数呈非线性减小,抗压强度呈线性减小;原状黄土结构性参数-应变关系曲线比相应的重塑黄土曲线分布“陡峭”,含水率增大对原状黄土初始结构性的削弱程度明显大于重塑黄土;初始结构性参数与抗压强度具有非线性关系,可较为精确地表征出原状黄土和重塑黄土基于抗压强度、饱和黄土抗压强度及初始结构性参数的双曲线函数模型。

一个可考虑球应力和剪应力共同作用的结构性参数

土的结构性是岩土材料的基本特性,基于综合结构势理论建立的结构性参数,以表述土的结构性,但已有的表述存在缺陷,为此针对应变和应力结构性参数的缺点提出了一个可同时考虑球应力和剪应力作用的结构性参数——应力比结构性参数。通过理论分析和三轴试验研究发现,应力比结构性参数与应力或应变结构性参数相比,可同时考虑剪应力和球应力对土结构性的影响,并且剪切过程中结构性参数不再出现峰值,更符合人们以往对结构性的认识。该参数从定量上更加准确地反映了土的结构性。

复杂应力状态下的土结构性参数

分析了应力综合结构势具有的局限性,继承了其合理内核,探求了一种新的、可以方便应用于复杂应力状态下的结构性参数——应变综合结构势,突破了结构性参数在复杂应力条件下应用的局限性,拓展了其应用空间。

土的结构性参数与强度的关系及其在边坡稳定分析中的应用

在合理评价土结构性变化规律的基础上,建立结构性参数与强度之间的关系,进而基于强度折减法对边坡的稳定性进行分析。研究结果表明:结构性参数与凝聚力呈近似的双曲线变化规律,而内摩擦角基本不变;当结构性参数为1时(正常固结土),凝聚力为0;边坡的稳定性与结构性参数密切相关;当强度折减系数达到一定值时,在滑动面附近结构性参数显著减小,并形成一个贯穿区域,此时,折减系数即为边坡的安全系数,贯彻区域即为临界滑动面。

非饱和黄土结构性参数与其强度指标关系初探

在非饱和黄土结构性前期研究成果的基础上,初步探索了结构性参数与强度指标之间的联系规律以及如何利用结构性参数求取土体不同结构状态下的强度指标等问题。分析表明,结构性参数与强度指标之间存在良好的内在联系;所定义的非饱和黄土结构性参数比与土结构性的影响因素之间关系密切;通过反映土结构性各因素综合影响的定量指标——综合结构状态量,结合原状黄土天然含水率下的强度指标,可以在较大范围求出给定结构状态下非饱和黄土的强度指标。

三轴试验条件下的结构性参数

对三轴试验条件下结构性参数进行简化,得到了采用割线模量表示的结构性参数,避免了由于起始状态土体的主应力差、主应变均为0,造成基于主应力差描述的三轴试验条件下结构性参数在此状态下均无法求解的现象.通过对土体结构性参数的计算条件进行分析,构建了以主应变为单变量描述的结构性参数模型.采用单变量描述的结构性参数直观地反映了主动作用对土体结构性的影响,并且简化了结构性参数的计算过程.对甘肃省刘家峡某地黄土进行了三轴试验,探讨三轴试验条件下结构性参数的变化规律.试验结果表明:土体的力学性质由土体自身的结构特性所决定,而作用在土体上的围压、含水率等外部条件的变化会改变土体的结构特性.

湿陷性黄土结构性参数变化特性研究

利用改制的应力式直剪仪进行一定应力条件的均匀增湿直剪试验,通过加装流量计,精确控制增湿含水量,研究了黄土增湿剪切过程中竖向位移的变化规律。试验结果表明:竖向位移在竖向压力为200 kPa时最大;重塑黄土的竖向位移大于原状黄土的竖向位移;结构性参数随竖向压力与增湿含水量的增大均减小。

甘肃兰州大青山Q_2黄土构度指标及结构性参数变化规律分析

随着城市建设的发展,用地矛盾日趋严峻,为了缓解这种紧张的局面,目前开展的平山填沟造地工程将面临着大量Q2黄土工程问题。基于综合结构势理论,以兰州大青山Q2黄土为研究对象,开展Q2黄土构度指标及结构性随增湿、加载变化规律的试验研究,对比分析了不同围压及含水率变化时应力结构性参数的演变规律,同时建立了应力结构性参数最大值与构度指标、围压、含水率的函数关系f1,应力结构性参数与应变、最大应力结构性参数的函数关系f2。将结构性参数引入邓肯—张模型,建立了反映结构性土应力—应变的本构模型,试验结果和与计算值表现出很好的一致性。

基于贝塔朗菲的黄土结构性参数理论体系研究

通过对河南省燕山水库溢洪道两侧边坡失稳分析,认为含水率增高是失稳首要原因。数值模拟表明沟渠坡比偏大是失稳次要原因。室内试验表明击实可增加溢洪道边坡稳定性。该工程位于第四纪地表Q_2黄土层,具有典型性。"内因是事物发展的根据,外因是事物发展的条件",与黄土地质灾害研究密切相关的是黄土结构性参数理论。目前,黄土结构性参数理论从不同方面研究黄土特性,致力于定量化研究黄土物理力学性质与地质工程性质潜在逻辑。首次提出贝塔朗菲一般系统论方法来整合黄土结构性研究成果,概括前人从含水率、干密度、孔隙比、微观结构等方面对黄土结构性参数进行的系统研究成果,首次将系统论思想融入到黄土结构性的系统研究中。工程实例证明:基本上是适宜的,具有可行性。

基于Gunary模型的侧限条件下土体结构性参数研究

土体的结构性参数研究是岩土工程的难点和重点。利用室内控制应力与控制应变的侧限压缩固结试验,基于Gunary模型应力—应变关系形式与割线模量分析方法构建了土体在侧限压缩条件下形式简单、便于运用的单变量结构性参数模型。通过试验值与计算值的对比分析,得到基于应变考虑的结构性参数计算值与应力的关系符合双参数线型倒数函数形式,基于应力考虑的结构性参数计算值与应变的关系符合二次多项式形式。同时,验证了用Gunary模型研究侧限条件下土体结构性参数的合理性。

基于结构性参数的黄土边坡地质灾害定量评价

随着城镇化速度的加快,工程建设成为引起地质灾害的重要营力,诱发灾害的因素复杂多样,而土颗粒排列和连接等内部要素的相互作用过程及结构性演变是致灾的主要因素。基于综合结构势理论,以兰州东郊Q2黄土为研究对象,用构度指标定量评价了黄土结构强弱及结构性参数随增湿、加载变化的规律。将结构性参数引入邓肯—张模型中,分析不同围压及含水率变化时,应力结构性参数演变对剪切模量的影响,进而建立了预测结构性土发展的本构模型。

南票矿区松散层土体结构性参数试验研究

为了研究采空区影响下地表建(构)筑物的变形与破坏,必须首先全面认识建(构)筑物地基土的结构力学特性。基于综合结构势理论,利用TSW-40型土壤真三轴仪,以南票矿区松散层土体为研究对象,开展一系列不同围压、含水率和中主应力比条件下的真三轴试验,揭示了真三维应力状态下松散层土体应力比结构性参数的变化规律,建立了结构性参数数学模型。研究结果表明:原状土的q-ε_s曲线呈现出应变软化型、理想弹塑性型和应变硬化型3种典型的状态。重塑土和饱和土q-ε_s曲线一般均表现为应变硬化型。应力比结构性参数m_η随剪应变、含水率、固结围压和中主应力比的增加而降低;剪切作用初始阶段,m_η下降较快,当ε_s达到5%左右后,m_η逐渐趋于平稳,至ε_s=15%时,m_η趋近于1;结构性参数数学模型结果表明,固结围压对m_η影响最大,含水率次之,中主应力比对m_η影响最小。利用所建立的数学模型预测不同试验条件下松散层土体结构性参数变化规律,模型验证结果与试验结果吻合,证明了模型的有效性,可以作为进一步研究的理论基础。

EPS颗粒轻质土的结构性参数及其与变形强度的关系

为了改善软土和地基的特性，EPS颗粒轻质土得到了广泛的研究与应用。众多学者的研究表明，影响EPS颗粒轻质土力学特性的因素较多，使其力学特性难以把握。从结构性的角度出发，通过轻质土与未固化轻质土试样力学特性的对比，提取了反映轻质土胶结结构强弱的参数卢，通过参数卢研究了轻质土结构性与力学特性之间的关系。

土的综合结构势及结构性参数研究进展

土结构性是决定土力学特性的一个最为根本的内在因素。基于综合结构势理论的土结构性参数研究是土结构性研究的一种行之有效的方法,它不仅考虑了土颗粒排列的几何特征和土颗粒联结的力学特征,而且对土结构性进行了综合的、整体的、动态的量化。对已提出的结构性参数进行全面的总结和评述,统一了结构性参数的命名。在此基础上,总结了结构性参数与强度和变形的关系、结构性参数本构模型和结构性参数应用方面的研究现状,并进一步分析了土结构性描述的合理途径以及结构性与固结状态对强度和变形的影响,提出了同一结构性条件下研究结构性土强度、变形本构规律的新观点。

粉质粘土结构性参数试验研究

为合理描述外部环境改变引起土体结构性的变化规律,基于综合结构势理论,通过三轴剪切试验,研究了应力比结构性参数(mη)随试验条件的变化规律。试验结果表明:粉质粘土应力-应变曲线包括应变软化型曲线、理想弹塑性曲线、应变硬化型曲线3种形式;粉质粘土强度随着含水量的增大而减小,随着围压的增大而增大。粉质粘土应力比结构性参数随着含水率和围压的增大而减小。采用初始应力比结构性参数和结构性损伤量参数两个参数,建立了粉质粘土结构性应力-应变数学模型。将试验结果与模型计算结果进行了对比分析,结果表明二者强度误差小于3%,说明了所建立模型的合理性。

腰椎小关节结构性参数对相应节段生物力学影响的研究

目的腰椎退行性疾病发病率及致残率很高,给患者及社会造成巨大负担。前期临床研究发现,腰椎小关节方向性(facet orientation,FO)和不对称性(facet tropism,FT)在疾病的发病机制中发挥重要的作用。主要分析FO和FT对腰椎相应节段生物力学的影响。方法建立L2~3、L3~4和L4~53个节段椎间盘和相邻椎体的有限元模型,首先分析在前曲。

真三轴条件下原状黄土的定量化结构性参数研究

为描述土的结构性及其变化引起的力学效果,基于综合结构势思想,结合真三轴仪对原状土和扰动饱和土(干密度一致)施加荷载,提出了一个能综合反映土颗粒排列和联结特征的定量化结构性指标,探讨了不同含水率、围压和中主应力条件下结构性参数在真三轴剪切过程中的变化特性。研究结果表明,该结构性参数在揭示含水率、围压和中主应力对真三轴剪切过程中土结构性的影响时表现出很好的灵敏性、合理性和稳定性。

冻融循环条件下黄土结构性参数变异性研究

目前,国内外针对冻融循环作用黄土结构性参数的定量研究较少,以季节性冻土地区某高边坡土体为研究对象,进行不同冻融循环次数下压缩试验,计算结构性参数。试验结果表明:随竖向压力增大,变异量及变异系数均降低,主要是因为荷载较大时,土体被压得较密实,结构性更容易破坏扰动,扰动后冻融作用对土的胶结结构影响力逐渐减弱;随冻融循环次数增大,变异量逐渐增大,而变异系数初始阶段增大,到峰值后,逐渐减小,趋于稳定,循环次数大时,平均条件下单次冻融循环对结构性的影响程度变低。