松砂土中桩侧表面粗糙程度对桩承载力的影响

一、前言 在室内模型桩试验中,如果选用铝合金或有机玻璃等材料制作模型桩,由于管壁比较光滑,而模型桩又较为短小,当置于砂土中时桩的极限承载力一般不大。为了提高承载力,一种有效的方法是将桩侧表面做某些加工处理,例如外缠一层布等,以便增加桩侧表面的粗糙程度,提高桩与土间的摩擦力。 香港大学在进行高层建筑与桩筏基础共同作用的模型试验研究过程中。

香港岩石的硬度与点荷载指标和强度的关系

无损硬度测试——施密特锤及肖氏硬度实验和点荷载试验是三种经常用来间接测定岩石强度指标的方法。目前很多学者已提出了不同的经验关系，这些关系主要是把硬度指标、点荷载指标和单轴抗压强度、单轴抗拉强度与间接拉伸强度联系起来。但是在应用这些关系时，必须首先用当地的岩石特性数据加以验证，查看地质变化的影响，才可确保使用无误。本文的主要目的是根据大量香港岩石（包括花岗岩、石灰岩、大理岩和凝灰岩）的实验数据，提出一套适用于香港地区岩石的经验关系，另外也对其他经验关系作了考证。

岩爆预测的模糊数学综合评判方法

采用模糊数学综合评判方法，选取影响岩爆的一些主要因素，例如地应力大小、岩石抗压和抗拉强度、岩石弹性能量指数，对岩爆的发生与否及烈度大小进行了预测。针对国内外一些岩石地下工程实例进行了分析计算，结果与实际情况符合得很好，说明岩爆预测的模糊数学综合评判方法的有效性。

岩石边坡稳定性和Fuzzy综合评判法

采用Ｆｕｚｙ数学方法，充分考虑工程实际经验，建立了Ｆｕｚｙ综合评判模型。根据不同的稳定状态，将边坡划分为五个等级；综合分析影响边坡稳定的各种作用因素，根据它们作用程度的不同，赋予不同的权值；采用二级综合评判，使评判结果更符合实际。

脆性岩石破裂过程损伤与渗流耦合数值模型研究

大量的实验结果表明,脆性岩石的渗透性不是一个常量,而是应力和应力诱发损伤破裂的函数.建立了一个描述非均匀岩石渗流-应力-损伤耦合数学模型(FSD Model),开发出岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合分析计算系统(F-RFPA^(2D).在该系统中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现.该系统能够对岩石试件在孔隙水压力和双轴荷载作用下裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析.最后,给出两个算例:算例1模拟载荷作用下岩石应力应变-渗透率全过程.模拟结果表明,非均匀性对岩石的应力峰值强度、峰值前后其渗透性演化规律及其破裂机制影响十分明显,模拟结果和实验结果较为一致;算例2模拟孔隙水压力作用下岩石拉伸断裂过程,通过和物理实验对比验证,验证了模型计算结果的可靠性.

岩石裂纹的分形特性及岩爆机理研究

给出了单轴压缩下岩石破坏过程中裂纹分形维数的测量结果，讨论了分形维数值与岩石组成及应力状态之间的关系，并根据这一结果对岩石岩爆过程的机理进行了分析。

蓄水期库岸古滑坡的水动力学响应监测——以三峡库区泄滩滑坡为例

水库岸坡失稳是伴随水电工程建设而产生的一种地质灾害,一般认为主要是由于水库蓄水或运营导致岸坡水动力条件的不利演化造成的。国内外水库岸坡失稳的实例很多,但是岸坡的水动力条件演化过程主要以渗流计算所获得的渗流场作为依据,缺乏系统完整的现场监测资料。以三峡水库蓄水为契机,在湖北秭归县泄滩古滑坡体上建立了一套自动水文监测系统,监测内容包括水库水位、滑坡体水位、渗压与降雨量等。从监测成果来看,岸坡的水位(或渗压)上升速度明显滞后于库水位上升速度,滞后时间与岸坡的渗透性有关,滑带、滑坡影响带和基岩的渗透性相对较弱,滞后时间较长,但是滑坡体的渗透性良好,滞后时间较短;水位观测井的观测成果存在误导,需要结合观测井结构进行分析,建议尽可能使用标准管结构;降雨引起的滑坡体水位上升量和滞后时间与降雨强度关系密切,降雨强度越大水位上升量越大,水位开始上涨的时间越短。因此,对降雨的影响分析有必要考虑雨型,确定合适的基准时间单位。就泄滩滑坡而言,以小时为基本时间单位较为合适。

黑方台黄土泥流滑坡及发生机制研究

黑方台因农业灌溉触发了大量泥流滑坡。为了充分反映黑方台黄土泥流滑坡发育特征,首先基于IKONOS影像对黑方台泥流滑坡进行了遥感解译,随后又开展了详细野外调查工作。结果表明,黄土泥流滑坡呈流态化运移特征,滑距可达300 m以上,是黑方台危害最为严重的一类滑坡。钻探和塬边露头测量显示,研究区黄土底部黏土高程西高东低。地下水数值模拟结果显示,研究区地下水总体上由台塬西部流向地势较低的东部台缘,使得该处地下水抬升幅度要高于西部,从而造成泥流滑坡集中分布于东部台缘。为充分反映该条件下黄土泥流滑坡的破坏机制,开展了室内饱和原状黄土应力路径试验,分析研究了黄土泥流滑坡液化机制。

黄土滑坡典型工程地质问题分析

黄土滑坡是西北地区最为严重的地质灾害。随着西部经济的发展及工程活动的加强,黄土滑坡成为近年工程地质研究的热点问题。黄土滑坡后缘地裂缝发育,具有高陡的后壁以及演化特征。泾阳南塬自1976年大面积农业灌溉以来,发生了27处50余起黄土层内滑坡。2005年～2007年6月,对南塬黄土滑坡进行了多次现场调查和滑坡特征测量,获得了详实的野外资料。在现场工作的基础上,初步分析了地下水位上升诱发高速远程滑坡机制、塬边地裂缝成因机制、滑坡高陡后壁成因机制及其稳定性评价方法及黄土滑坡演化机制与演化平衡等当前黄土滑坡研究亟待解决的工程地质问题。

岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型

从岩石细观非均匀性的特点出发,应用弹性损伤力学、B iot渗流力学理论,对岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合模型进行了描述.算例表明,该模型能较好的模拟出岩石材料在水压和载荷作用下裂纹扩展路径不规则发展及稳态、瞬态渗流过程,裂纹扩展对渗流路径和流动过程起到明显的控制作用.

台缘裂缝发育特征、成因机制及其对黄土滑坡的意义

黄土滑坡是我国西北地区非常严重的地质灾害现象,后缘裂缝是黄土滑坡典型特征之一。陕西省泾阳南塬自1976年大面积农业灌溉以来,发生了27处50余起黄土滑坡。研究区塬边裂缝发育,滑坡密集分布的太平至蒋刘段目前共分布着28条裂缝,总延展长度为1424m。塬边地形形态控制着裂缝的发育、成因机制,因此,根据裂缝所处塬边地形形态,将南塬裂缝发育模式分为:"U"模式、"W"模式和"Z"模式。裂缝形成后对塬边滑坡的发展产生重要影响,使得坡体土体应力状态接近破坏边界面,只需较小的孔压增量和荷载即可诱发滑坡,同时,改变了地表水的入渗途径,极大地增加了地面灌溉和降雨诱发滑坡的概率。同时,裂缝的形成对于黄土滑坡的演化和群体性分布具有重要的意义。

花岗岩板渐进破坏过程的微观研究

研究了花岗岩板在单轴压缩应力状态下的微观破坏过程。试验主要采用了液压加载台、光学显微镜、同步录象系统以及二次复型技术等。研究发现,花岗岩的开裂是局部发生的,并首先开始于石英颗粒的边界,而这些边界多数位于近轴向。轴向裂纹的发生和发展最终导致样品的劈裂破坏。不同的矿物颗粒表现出各自特有的、与其微观结构密切相关的破坏行为。石英在花岗岩的破坏过程中起着极其重要的作用。表面裂纹的分形维数随破坏的发展而持续增加直到样品突然失稳。

基于岩石可钻性指标的地层界面识别理论与方法

岩石可钻性指标是石油、矿山及地质部门广泛用于钻头选择和制定生产定额的重要参数,但现行可钻性指标的定义及参数获取的实验方法还存在许多问题.通过分析,重新定义了岩石的可钻性,提出了以单位能量下的穿孔速率作为可钻性指标的新概念;基于钻进过程中有效轴压、转速、穿孔速率和可钻性指标间的耦合关系,建立了可钻性指标的计算公式.同时,对新的可钻性指标在地层识别中的敏感性进行了分析,阐述了可钻性指标在地层识别中的物理意义.研究表明,新的可钻性指标克服了传统可钻性指标在判层中存在的盲区,并可实现沿钻孔剖面的连续判层.

岩爆模拟试验及岩爆机理研究

在岩爆模拟材料筛选试验的基础上,选取了最具岩爆倾向的材料制作含孔试件进行了含洞室岩体的岩爆模拟试验。试验中考察了加载条件、开孔方式、几何特性等诸因素的影响,探讨了岩爆发生机理,得到了一些规律性的结果。

土体含水率和吸力量测及其对边坡稳定性的影响

为研究暴雨诱发滑坡的机理 ,在香港进行了一次大型人工边坡试验。通过检查该边坡坡顶在 2 0 0 1年 6月至 2 0 0 1年 12月期间含水率和吸力与每天及每小时降雨变化曲线 ,及含水率和吸力随深度变化曲线 ,看到在雨季含水率和吸力变化或者“浸湿前锋”移动通常发生在边坡土体以上 3m以内 ,而且 ,在 2 0 0 1年的一次最大暴雨中在边坡土体 1～ 2m之内形成了瞬时地下水位。另外 ,还看到在2 0 0 1年旱季由于蒸发在边坡土体中形成了“干燥前锋”。通过对边坡开挖之前的自然边坡的稳定性分析 ,降雨入渗可以使边坡土体的安全系数急剧降低而蒸发则可以使边坡土体的安全系数缓慢升高。雨季含水率和吸力的浅层变化或者“浸湿前锋”的浅层移动可解释为何香港地区在暴雨期间极易发生浅层滑坡。而旱季由于蒸发形成的“干燥前锋”

岩爆应力状态研究

通过地下洞室围岩的应力状态分析和真三轴压缩试验，研究了岩爆应力状态及其在围岩中的极限深度问题。研究结果表明，片状劈裂岩爆是在双轴压缩应力状态作用下在洞壁面上产生；剪切错动型岩爆是在真三轴应力状态下在围岩内部产生；围岩内部存在着产生岩爆的极限深度区，极限深度的深浅取决于地应力场中的垂直和水平主应力的比值大小。

钻进参数用于香港复杂风化花岗岩地层的界面识别

在采用仪器钻进系统对复杂风化花岗岩地层界面进行成功识别的基础上,在复杂风化花岗岩场址的勘探中进行进一步应用和检验。在该风化花岗岩地层中,强风化与中等风化花岗岩交错,地层特征相当复杂。试验采用R–20液压回转式钻机,并安装数字式钻孔过程监测系统,在钻孔过程中对穿孔参数进行自动采集。对穿孔参数的定性和定量分析表明,在此地层中,有效轴压力、钻具转速、冲洗压力、钻头位移及穿孔速率等监测参数在界面处亦具有明显的涨落,说明这些参数与界面处岩石强度的变化具有很好的响应特征,能可靠地揭示复杂地层的变化。同时,采用变斜率法对地层中的主、次界面进行识别。t检验表明,仪器钻进系统对岩土界面识别的置信度为99%。

野外土-水特征及其工程意义

为了研究非饱和土边坡的土-水特征,在香港某人工边坡坡顶1,2,3,4m等不同深度同时安装了含水量计及吸力计。根据土体体积含水量和吸力值的野外监测结果,得出了边坡坡顶土体不同深度的野外土-水特征曲线。同室内土-水特征曲线明显的滞后性相比,野外土-水特征曲线的滞后性可以忽略。野外土-水特征曲线滞后性可以忽略的原因可能是由于边坡坡顶土体在暴雨期间的非平衡效应或者是体积含水量和吸力在野外和在实验室内测定方法不同的缘故。此外,对野外土-水特征曲线的工程意义进行了探讨。

高放废物处置北山预选区深部完整岩石基本物理力学性能及时温效应

岩石物理力学性能研究是高放废物处置库选址、设计、建造和性能评价中不可或缺的一个重要研究方面。经过全国筛选对比,已初步确定甘肃北山地区为我国高放废物处置库重点预选区。甘肃北山地区深部的主要岩石为似斑状二长花岗岩和英云闪长岩,似斑状二长花岗岩均匀性好,两种主岩均具有高密度、低孔隙率、高力学强度、低变形和高脆性的特性。通过一系列室内蠕变试验,研究在不同温度(室温,50℃,90℃)与围压(单轴,10 MPa,30 MPa)条件下,北山花岗岩在不同恒定应力水平下的变形特征与声发射特性,温度和围压对岩石力学性能有着重要的影响。随着温度的升高,围压为10和30 MPa时的弹性模量逐渐升高,至70℃左右时达到最高,之后随温度的升高略微降低;裂纹损伤应力呈线性显著降低,而泊松比呈线性明显升高。稳态蠕变阶段的应变速率随着温度的升高而明显加速,在同一应力比下到达破坏的时间相应降低。随着恒载应力的降低,似斑状二长花岗岩达到破坏的时间显著增长。随着围压的增加,轴向蠕变变形量明显增加;在相同的应力比下,导致岩石断裂破坏的时间显著延长。

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发,提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现。算例表明,该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下,微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响,非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同,裂纹扩展路径不规则发展,模拟结果和实验结果较为一致。