循环加载下压实黄土的边界面塑性本构模型

压实黄土的动应力应变关系预测是黄土高原平山填方工程长期运营涉及的关键问题之一,已有模型预测压实黄土的动本构关系难度较大。该文在边界面塑性框架下,引入动态映射法则,提出了一个反映应变累积的循环加载塑性模量表达式,构建了循环加载条件下压实黄土边界面塑性本构模型,分析了循环应力比与围压对应力应变关系与模量的影响规律,采用压实粉质黄土动三轴试验结果进行了验证。结果表明,该循环加载塑性模量基本反映了压实黄土的应变累积行为,所构建的本构模型考虑了循环应力比对动应力应变关系与模量的影响,可为填方压实黄土长期变形分析提供参考。

山西吕梁黄土崩滑类型及发育规律

山西吕梁地区地质环境脆弱,属于晋西黄土高原崩塌、滑坡地质灾害易发区.黄土崩滑地质灾害给当地造成了巨大经济损失和重大人员伤亡.通过对吕梁地区地质灾害调查,结合原位测试与室内试验,研究了吕梁地区黄土崩滑地质灾害类型和发育规律.依据构成边坡的地层岩性与地质结构、滑动面发育位置,将吕梁地区黄土滑坡类型划分为Q3单一黄土层内滑动和Q3-Q2-N2组合地层结构层内滑动两种类型;按破坏模式将吕梁地区黄土崩塌类型划分为：倾倒式、垮塌式和剥落式3种类型.调查还发现空间上黄土崩滑灾害主要发育在柳林县、临县、石楼县和中阳县4县,且主要沿公路、铁路等交通线路呈条带状分布;时间上具有明显的年周期变化规律,汛期（6～10月）高发,特别是主汛期（7～8月）.最后对Q3-Q2-N2组合地层结构层内滑坡发育机理进行了初步探讨,认为吕梁地区人工开挖和降雨耦合作用是诱发吕梁地区黄土滑坡和崩塌的最主要因素.

入渗影响下黄土边坡张拉裂缝极限深度探讨

张拉裂缝深度影响边坡稳定性,是黄土边坡稳定性分析乃至黄土滑坡研究中一个关键问题。以往关于裂缝深度的研究大多是建立在半无限空间假设下,与黄土边坡坡顶张拉裂缝尖端微元体的实际应变状态不符。基于非饱和土力学和最大伸长线应变理论认为,张拉裂缝尖端土体微元体水平应变达到极限拉应变,推导出入渗影响下黄土边坡坡顶张拉裂缝极限深度控制方程。采用压力膜仪试验确定黄土土–水特征参数,分析了张拉裂缝影响因素及产生机制。将计算结果与野外实测值进行了初步对比分析,表明该裂缝深度控制方程计算结果更接近实测值。

结构性黄土的临界压力比及其边界面塑性本构模型预测

结构性黄土的临界状态与初始孔隙比有关,表现出临界状态线不唯一,需通过指标临界压力比反映,而修正剑桥模型及其改进模型预测的临界状态线唯一,这导致结构性黄土的临界状态及应力-应变关系难以被准确预测。针对这一问题,首先基于原状黄土三轴不排水剪切试验结果,根据临界压力比的公式,计算得到了不同初始孔隙比条件下指标临界压力比的值,发现原状黄土的临界压力比与初始孔隙比成反比例关系,阐明了其临界压力比的物理力学意义;进一步,在一个考虑临界压力比的边界面塑性本构模型框架下,引入结构性硬化参数以反映原状黄土在等向压缩路径下的结构劣化,通过临界压力比的不同取值来反映临界状态线不唯一,通过耦合塑性偏应变引起结构强度衰减与塑性体变引起结构劣化两个方面充分反映黄土的结构性劣化行为;最后,采用该模型预测了原状黄土三轴不排水剪切行为与等向压缩行为,临界状态、应变软化、应力路径及孔隙水压力预测效果良好。以上结果表明,结构性黄土的临界压力比物理意义明确,且取值方法可靠,本构模型若考虑临界压力比则能切实反映黄土实际的临界状态。上述研究结果对于黄土地区岩土工程问题的数值分析具有重要的理论与实际意义。

黄土填方边坡界面渗流破坏机制模型试验研究

为了扩大可用耕地面积,延安地区开展了一系列的治沟造地工程,在填方坡体与原始坡体之间形成了接触界面,这类界面潜在影响着填方坡体的渗流变形破坏。针对延安地区治沟造地工程黄土填方边坡已有的和潜在的变形破坏问题,通过室内黄土边坡降雨模型试验,研究了界面对黄土填方坡体渗流特性与变形破坏的影响规律,揭示了界面渗流影响下填方边坡的破坏机制。结果表明:(1)界面是黄土填方边坡雨水入渗的优势渗流通道,雨水沿界面入渗至填方体中部和底部,界面入渗与坡面入渗雨水一并汇集于填方体中部,加速了填方体的饱和进程,改变了填方体的渗流场和有效应力场,坡顶与坡肩处产生张拉应力,诱发多条张拉裂缝萌生和扩展;(2)填方体坡脚中部先小范围侵蚀,随后中部产生大范围侵蚀破坏,进而触发填方体中部和底部产生较大规模的浅层滑动,加剧了填方体坡顶与坡肩裂缝的萌生和扩展,形成了多个优势渗流通道和复杂地质地貌条件,降低了填方体的局部稳定性。上述研究结果对黄土填方边坡稳定性评价和提高治沟造地工程使用寿命具有较好的指导意义。

动荷载下填方体压实黄土动应变与动孔压变化规律研究

某黄土填方体不同深度含水率差异明显,部分层位体积含水率达到50%,高含水率影响该填方体在长期动荷载作用下的变形与应力状态,需开展动荷载下填方体压实黄土动应变与动孔压变化研究。制备接近填方体实际干密实度的三轴试样,开展不同围压与不同循环应力比条件下饱和压实黄土动三轴试验,研究循环应力比与循环次数对饱和压实黄土塑性应变累积、应变变化率、应变幅值、孔压累积、孔压变化率与孔压幅值的影响规律,进一步基于边界面塑性理论揭示循环应力比和围压的这一影响机制。研究结果有利于黄土填方体动力分析,对该高填方体长期变形评估具有重要参考意义。

地裂缝场地隧道暗挖地表沉降影响因素分析

以西安地铁6号线区间隧道穿越f8地裂缝为工程背景,对传统交叉中隔墙(cross diaphragm,CRD)工法隧道开挖施工穿越地裂缝场地全过程进行了三维有限元动态数值模拟,分析了开挖方向、隧道埋深、隧道洞径以及隧道穿越地裂缝的角度4个因素对暗挖隧道穿越地裂缝场地施工地表沉降的影响。结果表明:地表沉降曲线随开挖进尺均呈反S形变化规律,大致分为初始小变形、急剧变形和稳定变形等三个阶段;地裂缝场地暗挖施工以下盘到上盘的开挖方向更有利于控制地表沉降,地表沉降量与隧道穿越地裂缝的角度呈负相关,与隧道埋深和洞径呈正相关;地表沉降横向影响范围不受开挖方向及穿越角度的影响,但随埋深和洞径的增大而增大;隧道穿越地裂缝场地在选择施工方案时,以大角度→浅埋深→小洞径→下盘至上盘开挖为优先考虑顺序。研究结果可为地裂缝发育地区隧道及地下工程设计与施工提供科学依据。

双剪统一边界面塑性本构模型的有限差分算法及其数值验证

双剪统一边界面塑性本构模型(BUST模型)能反映低偏应力水平下岩土材料的塑性应变累积行为,这不同于经典双剪统一弹塑性本构模型。为了将BUST模型应用于滑坡或边坡的静、动力响应分析,构建并编译了BUST模型的有限差分算法,且通过数值模拟分析验证了该算法的可靠性。首先,推导BUST模型在一般应力空间和主应力空间的有限差分计算格式,给出了边界面、加载面、映射变量、塑性乘子、塑性修正、角点奇异性处理等的具体数学形式;其次,编写BUST模型的C++程序,并在FLAC^(3D)软件平台开展一系列数值计算,比较BUST模型与双剪统一弹塑性本构模型结果差异性,预测软岩三轴剪切应力-应变关系,模拟黄土-泥岩边坡坡体内部加速度响应。结果表明所构建的双剪统一边界面塑性本构模型有限差分算法计算结果可靠,可用于分析边坡或滑坡的静、动力响应。