页岩水化扰动损伤试验及统计损伤模型研究

页岩水化扰动是对井壁围岩孔隙结构产生不同程度损伤,劣化其力学性质,降低井壁安全稳定性。采用核磁共振技术和三轴压缩试验对不同浸泡时间的岩样体变和力学性质进行测试与分析。研究结果:(1)通过T_(2)能谱信号强度幅值的增长趋势,分析了不同尺度孔隙的转变和扩展规律,揭示了页岩水化损伤破坏的力学机理,并分析了孔隙比和体积膨胀率变化规律;(2)通过页岩抗剪强度和弹性模量随浸泡时间变化曲线,分析了其强度下降的演化规律,揭示了页岩水化具有显著的时效性。(3)基于扰动损伤试验结果,运用损伤力学和强度统计理论,以体积膨胀率作为考察变量,建立页岩水化扰动统计损伤模型,可预测页岩水化扰动损伤演化规律。研究成果对实际工程有重要的指导意义。

结构性黄土的变形特性

针对结构性黄土研究中的不足和存在的问题,以原状结构性黄土样和人工制备结构性黄土样 2 种试样的室内侧限压缩试验、等含水量三轴剪切试验和浸水变形试验以及等吸力三轴剪切试验为基础,研究了结构性黄土的湿陷及变形特性。结果表明,结构性黄土存在一个与广义应力路径无关的湿陷面,结构性黄土的变形与结构强度的破坏有直接的关系。

非饱和黄土的结构性研究

通过室内侧限压缩试验 ,对原状黄土和人工制备结构性黄土测定了不同含水量下的结构强度、压缩曲线、湿陷系数及饱和时的固结系数。从试验得到了非常接近的结果。

结构性黄土的本构模型

天然沉积黄土具有结构性,因为其在结构破坏前后表现出非常不同的力学特性。为了真实地反映黄土的结构性、湿陷变形特性,在室内试验的基础上,应用充分扰动饱和粘土的稳定孔隙比和稳定状态原理,根据不可逆变形由团块之间滑移和团块破碎机理所引起的概念及土体损伤演化定律,建立了非饱和黄土的屈服函数和损伤函数,得到了非饱和原状结构性黄土的结构性数学模型。该模型能够模拟加载及其他力学特性,且物理意义明确,数值计算结果与试验结果吻合很好。

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,工程特性更为复杂,但其强度理论尚不完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土变形稳定性分析的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和及非饱和黄土的应力–应变曲线为基础,根据在相同σ1-σ3下产生同一轴向应变ε1的变形等效的原则,确定与对应饱和度Sr相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证该数学公式的正确性。根据试验结果分析含水率对非饱和土抗剪强度的影响,建立非饱和土的实用抗剪强度公式。该研究为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。

非饱和结构性黄土吸附强度的试验研究

以甘肃永登非饱和结构性黄土为研究对象,通过等吸力三轴试验,研究非饱和黄土在控制吸力条件下的剪切性状,得到基质吸力随含水率及围压的变化规律和基质吸力与吸附强度之间的相互关系,并推导新的吸附强度公式,该公式可预测不同吸力对非饱和黄土抗剪强度的贡献。试验结果表明:非饱和黄土的基质吸力随含水率和围压的增大分别减小,但含水率的变化对基质吸力的改变起着主导作用,在低含水率情况下,基质吸力灵敏度较高,吸附强度随基质吸力的增大而增大,围压对吸附强度的影响较小。本研究为非饱和黄土抗剪强度应用于西部地区黄土工程实践提供了一种新的方法。

栗西尾矿坝地震反应分析和稳定性评价

【目的】对尾矿库进行加高后其在地震荷载作用下的动力反应进行分析,为对栗西尾矿坝的加高设计提供参考。【方法】基于实际钻孔勘探的成果,在确定了各分区-尾矿砂和初期坝堆石体模型的渗透系数、物理力学指标及加高方案下的浸润面分布条件下,采用等价粘弹性模型的三维有效应力有限元法,对栗西尾矿坝加高以后的坝体进行了地震永久残余变形、液化分析和边坡稳定分析,求得残余变形、孔压水平分布场和边坡安全系数。【结果】在地震作用下,尾矿坝坝内在靠近水边的沉积滩液化区,由于其藏埋较浅加之高孔隙水压力梯度的存在,将导致沉积滩表面出现裂缝喷冒现象。【结论】在加高方案设计中应设排渗设施,以降低地下水位,提高尾矿坝边坡稳定性。

非饱和黄土非线性K-G模型试验研究

K-G模型较之E-μ模型有较好的优越性,每个参数都能与土的剪切模量或体变模量直接联系,便于岩土工程的非线性理论和计算分析。以西部甘肃永登非饱和黄土为研究对象,进行大量不同湿度下的非饱和黄土常规三轴试验,获得不同初始饱和度下的K-G模型参数,进一步研究这些参数随初始饱和度的变化规律,建立模型参数和初始饱和度的相关表达式。在实际工程中,用测得的非饱和黄土的湿度指标,就可以得到黄土的K-G模型参数进行非饱和黄土的增湿数值模拟计算分析,避免吸力的量测和计算,具有一定的工程实际应用价值。

洛川黄土结构特性试验研究

众所周知,不同分布区域的黄土,由于各地的地理地质和气候条件不同,使得黄土的结构特性差异很大,即使同一地区不同土层位置的黄土,其结构特性也是存在差异的。另外,随着经济建设的飞速发展,越来越多的工程涉及更深层次的黄土,因此,考虑沉积环境和应力历史,开展不同沉积时代黄土的结构特性研究具有重要意义。通过对洛川标准剖面的Q1、Q2、Q3、Q4黄土进行无侧限抗压试验和常规三轴试验,分析不同土类黄土的结构特性。试验结果表明:洛川黄土的结构特性随着取土深度的减小,呈减弱的趋势;洛川Q2黄土的结构特性随着初始含水率的增大,呈减弱的趋势。

黄土稳定孔隙比原理的试验研究

通过对人工制备土样在充分扰动及饱和情况下进行侧限压缩、三轴剪切试验及等应力比三轴试验 ,验证和证明了充分扰动饱和黄土存在稳定孔隙比并满足稳定孔隙比原理 ,为建立黄土结构性本构模型 。

上游式尾矿坝的固结及静动力稳定分析

结合四方金矿尾矿库工程项目研究碎石桩加固初期坝地基对坝体稳定性的影响。首先,采用限动层加振冲碎石桩的方案对初期坝地基进行加固,并通过排水固结法计算了碎石桩在不同深度时,固结度随时间的变化规律,确定了最优的加固方案;其次,基于实际工程地质勘察和室内试验的研究成果,利用SEEP3D反演分析了其渗流结果;最后,采用基于有效应力法的EFES-3D计算程序对尾矿库初期坝地基在碎石桩加固前后进行了静动力计算和坝坡稳定性分析。可以看出,利用碎石桩加固初期坝可以使坝体沉降量增大,坝坡顺河向位移减小,并且降低了坝体液化的可能性,使坝体的抗滑稳定明显提高。

岗曲河混凝土面板堆石坝三维静力应力变形分析

采用邓肯模型对岗曲河面板堆石坝进行了三维有限元分析,研究软岩填筑层对坝体工作性能的影响,计算混凝土面板与岩石填筑层的位移和应力及周边缝变形。结果表明,由于受到下游堆石3D软岩填筑区的影响,坝体最大横断面最大沉降略偏向下游,总沉降量约为坝高的0.2%,面板周边缝位移的绝对值一般都小于2cm,周边缝的止水设计需注意选择合理的止水形式和填缝材料,由于坝址河谷狭窄,受岸坡约束,三维效应对坝体的应力变形影响较明显,为设计施工提供了参考。

结构性黄土渠道浸水变形离心模型试验有限元分析

应用非饱和黄土的结构性模型 ,采用考虑渗流与变形偶合作用的方法 ,编制了能够模拟非饱和黄土结构性及湿陷性的平面有限元程序 ,并对非饱和结构性黄土渠道模型离心试验进行了有限元数值模拟。有限元计算结果和模型试验结果非常接近 ,并且两者的规律性也相同 。

西板岔沟尾矿坝静力和动力稳定性分析

采用西安理工大学研发的EFES3D程序,运用等价粘弹性模型的三维有效应力有限元法,对河南洛南西板岔沟尾矿坝进行了地震永久残余变形、液化分析和边坡稳定分析,求得残余变形、孔压水平分布场和边坡安全系数。计算得到的坝坡的静力稳定最小的安全系数Fs为1.9,地震反应结束时的动力边坡稳定安全系数为1.19。计算结果表明西板岔沟尾矿坝在静力状态及动力作用下都是稳定的。

非饱和黄土的显微结构与湿陷性

对陕西某抽黄河水工程黄土的原状土样进行了三轴浸水试验及湿陷前、后试样的显微结构扫描电镜分析 .由非饱和黄土显微结构与湿陷性之间的联系 ,确定黄土结构与湿陷性的关系 .研究表明 。

结构性黄土吸力的试验研究

利用轴平移法量测吸力技术 ,进行了等吸力三轴剪切试验 ,研究人工制备结构性黄土吸力与周围压力的关系 ;利用土吸力量测仪进行了原状结构性黄土吸力的量测 ,研究了结构性黄土吸力随含水量及饱和度的变化关系 ,随着三轴剪切试验的周围压力的增大 ,吸力逐渐减小 ;原状结构性黄土的含水量 (饱和度 )对吸力有显著的影响 。

洛川Q_2黄土残余强度影响因素试验研究

自然界存在许多天然黄土边坡,当它们发生滑动时,发现这些滑坡的滑动面上的平均剪应力,比它们的抗剪强度小得多,发生上述现象的一个重要因素就是土的残余强度问题,因此研究黄土的残余强度具有深刻意义。试验结果表明:环剪仪是目前测量土残余强度最符合实际的仪器,单级剪切是作为测量土残余强度的首选剪切方式;洛川Q_2黄土的初始结构对其残余强度几乎无影响;洛川Q_2重塑黄土的残余强度参数c_r、φ_r随着初始含水率的增大而减小;洛川Q_2重塑黄土的残余强度参数cr、φr随干密度的增大而增大;洛川Q_2重塑黄土的残余黏聚力cr随着剪切速率的增大而减小,残余内摩擦角φ_r随着剪切速率的增大呈先增大后减小的趋势。

高面板堆石坝施工期上游坡面变形规律研究

结合龙背湾水电站混凝土面板堆石坝工程施工实际情况,采用三维有限元分析方法模拟面板坝施工过程中挤压边墙的变形发展过程,分析研究面板堆石坝施工期坝体变形规律和受坝体变形而导致挤压边墙变形的发展规律。依据监测资料,对施工期挤压边墙变形进行了系统分析,并通过对比大坝三维仿真分析计算结果及实测数据,验证了对大坝进行三维仿真分析的合理性。根据大坝三维计算的结果对大坝填筑方案进行了优化,计算结果表明优化坝体填筑顺序后,施工期挤压边墙的变形有明显减小。

褥垫层作用下复合地基抗震性能有限元分析

采用大型非线性有限元程序ADINA,针对复合地基-基础-上部结构典型算例,建立了计算模型,并进行了有限元动力时程分析。计算模型中,桩体、桩间土、垫层、基础采用简化的线弹性模型,分别定义材料类型;上部结构采用弯矩曲率梁算法进行计算;在边界设置黏性边界模拟无限域中的动力人工边界。通过数值计算研究了不同桩体刚度对自由场地加固区地表和非加固区地表位移峰值和加速度峰值和桩身所受到的弯矩及剪力的影响;研究了上部结构在不同垫层性质(不同刚度和不同厚度)作用下的动力反应,从而得出垫层的合理设置,为复合地基设计施工提供依据。

非饱和黄土的弹塑性软化本构模型

通过对陕西杨陵地区的非饱和黄土进行等应力比压缩试验和常规三轴试验,在对试验结果的应力-应变曲线特性进行分析的基础上,由试验结果直接确定屈服函数,根据 Drucker 公设,即相适应的流动法则,选择合适的硬化参数,建立了非饱和黄土的弹塑性本构模型,并将模型计算结果与试验结果进行比较。结果表明,该模型能够较好地模拟非饱和黄土与固结应力有关的应变软化现象,计算的变形规律与试验结果基本吻合。