不同降雨强度下离子型稀土矿边坡渗流特性与临界滑移面变化分析

以离子型稀土矿边坡为研究对象,研究了不同降雨强度条件下降雨、停雨阶段离子型稀土矿边坡孔隙水压力变化情况,并利用有限元Morgenstern-Price法研究了各时间段临界滑移面的变化。结果表明,降雨强度是影响离子型稀土矿浅层边坡孔隙水压力的显著因素;雨水在离子型稀土矿边坡中的传递具有滞后性,是停雨阶段造成离子型稀土矿边坡不稳定隐患的内在原因;降雨强度越大,进入289滑移面的时间越快,安全系数变化的“加速度”波峰越高,影响时间越长。首次提出降雨条件下离子型稀土矿边坡发展可能历经的4个阶段为:较为安全阶段、内部剧烈变化阶段、极易滑坡阶段及相对安全阶段。

土体呈梯形分布的光滑直立型挡土墙土压力理论

尝试性地建立梯形土体的土压力理论(包括主、被动土压力),挡土墙被简化为光滑直立型.通过算例的数值分析发现,梯形土体的土压力理论给出的主、被动土压力均小于等于经典土压力理论Rankine公式和Coulomb公式的主、被动土压力,其差值在地表附近为0,当深度有一定增加时会出现,并随深度的增加而变大,且该差值在被动土压力中表现得更明显.结果表明,与新建立的关于梯形土体的土压力理论相比,Rankine土压力理论和Coulomb土压力理论会在一定程度上高估梯形土体的主、被动土压力.

基于三角形滑移面的地基松动土压力研究

由岩溶塌陷、隧道开挖等方面引起的土体变形往往会对基础建设和基础结构等造成不均匀沉降、地面塌陷及开裂等危害,确定土体结构顶部松动土压力的分布情况并准确地分析土体变形与土拱效应间关系显得尤为重要。为了揭示土体变形和沉降对结构顶部松动土压力的变化规律,进行了一系列不同H/B的活动门试验(H为地基高度,B为活动门宽度)。基于试验结果,提出以三角形作为力学模型分析不同滑移面时松动土压力的数学模型,考虑了滑移面角度与土体变形及主应力偏转三者之间的关系,分析了滑移面内任意水平微分土条的主应力偏转情况并建立受力平衡微分方程,根据不同滑移面形态下的边界条件求解松动土压力理论公式,与已有试验结果对比验证了理论公式的合理性。通过对滑移面角度、侧向土压力系数和内摩擦角等主要参数进行分析,结果表明:在较小相对位移下(1%~3%)土体应力迅速发生转移和重分布,初始滑移面角度略小于π/4+φ/2(φ为内摩擦角),随着H/B增大土体应力比缓慢增长最终趋于稳定;地基内封闭三角形滑移面的松动土压力与相对位移及内摩擦角相关;内摩擦角的增加使得土拱效应得到充分发挥,加强了应力转移,降低了土拱应力比;内摩擦角的增大减小了水平向应力分量,从而降低了侧向土压力系数。

砂土拱效应滑移面几何轮廓与松动土压力分析

土拱效应本质上是由于土体内部松动引起的应力转移现象,土体松动过程伴随着滑移面的形成和延展,但目前针对滑移面几何轮廓、松动影响范围以及考虑松动区动态演变对松动土压力的影响等方面的研究尤待深入.利用Trapdoor试验对砂土拱效应滑移面轮廓及演变开展研究,获得滑移面几何轮廓及其演变模式在不同填土高度、活动门下移和宽度以及砂料密度下的表征区别.通过界定滑移面影响范围内松动核心区域,提出基于核心区几何形状的松动应力计算方法.分析松动应力-活动门下移曲线特征,以揭示最大、最小拱状态条件下的曲线特征随填土高度、活动门下移和宽度以及砂密度的变化规律.研究结果表明:1)滑移面轮廓随活动门下移的演化过程为三角形—子弹头形—椭圆形,填土高度越高,活动门宽度越小,初始和次级滑移面轮廓越尖锐;2)初始、次级滑移面高度随活动门下移递增,第Ⅲ级滑移面拐点高度随活动门下移递减,初始、次级滑移面夹角随活动门下移先增后减,第Ⅲ级滑移面上半夹角与下半夹角均随活动门下移递增;3)随着填土高度的增加,松动核心区形状演化过程为三角形—梯形—矩形,核心区高度为填土高度的0.5倍~0.8倍,核心区夹角与核心区面积均随内摩擦角的增加近似线性递减;4)基于核心区面积的松动应力计算方法相比,Terzaghi等方法更具适用性,且其适用于计算低填土试验组的临界应力和高填土试验组的极限应力.研究成果为更精确地描述砂土松动区的位移破坏模式及其界定标准以及松动区稳定性评价提供参考.

渗流作用下不同结构土质边坡稳定性模拟

边坡稳定性分析是预测由于各种载荷和环境条件引起的地层沉降、变形和滑移的重要方法。在堤坝中,水体的渗流作用会改变岩土体的力学特性,尤其是土壤的剪切强度。为了分析土石坝在渗流作用下的边坡稳定性,用剪切强度折减法对坝体结构的安全系数、滑移面和位移场进行计算,讨论不同坝体结构在渗流作用下的边坡稳定性,结果表明:剪切强度折减法能够用于渗流作用下的边坡稳定性分析,渗流作用能够劣化土壤的剪切强度。在渗流作用下,坝体结构对边坡稳定性有显著影响,临水侧边坡角α比非临水侧边坡角β越小,边坡越稳定。

曲线滑裂面下RB模式的主动土压力计算方法

为研究在RB模式下挡土墙的主动土压力解的问题,假定滑裂面为曲线滑裂面,提出在RB模式下主动土压力的计算方法,采用水平分层的方法推导出主动土压力的微分方程,并用有限差分法对其进行求解,并将计算结果与相关试验结果进行对比,验证该方法的准确性。还讨论了主动土的压力分布、合力大小及合力作用点位置对墙顶位移的影响。研究结果表明:这三者均与墙顶位移之间存在负相关关系。

土体主动滑动场及主动土压力的计算

将边坡临界滑动场方法进行推广与改进,提出挡土结构中的土体主动滑动场的数值模拟方法,并得到相应的主动土压力分布。数值计算结果表明,本文方法精度高,与现有的解析解一致;且可方便地考虑挡墙面的摩擦作用、土体的不均匀分布以及复杂的外载组合,值得推广应用于工程设计。

改进注浆法制备(ZrO_2)_(0.92)(Y_2O_3)_(0.08)电解质薄管的电学性能及应用

用改进注浆法制备出长度为 2 2 6～ 2 6 6mm ,厚度为 0 4～ 0 9mm ,相对密度为 96 7%的 (ZrO2 ) 0 .92 (Y2 O3 ) 0 .0 8电解质薄管 ,用SEM和交流阻抗谱研究了样品的微结构和电学性能 ,分析了烧结密度、晶粒和晶界对样品电学性能的影响 ,考察了用该电解质薄管组装的固体氧化物燃料电池的性能。结果表明 :样品的致密度随烧结温度的升高而逐渐增大 ,样品的微结构对其电学性能有强烈的影响 ,样品的电学性能随烧结密度的增加而增大 ,晶粒电导率和晶界电导率也随烧结温度升高而得以改善 ,16 5 0℃烧结的样品具有较好的烧结性能。单电池的最大开路电压和短路电流分别为 0 946V和 1 84A ,85 0℃时最大输出功率为 0 46W。

轴对称主动土压力问题的滑移线解

地基中竖向孔支护结构的设计需要以其所受主动土压力为依据,为此常需计算竖向孔开挖后孔壁主动土压力。含竖向圆孔地基是轴对称问题,基于平面应变假设的经典朗肯土压力理论或库仑土压力理论显然不适用,而现有求解轴对称条件下主动土压力方法多采用完全塑性假定或其他假定环向应力与大主应力之比(环向压应力系数?)为常数的方法,理论上不够严谨且误差较大。建立轴对称问题滑移线方程,采用使主动土压力为最大的目标的方法,采用迭代法求解环向压应力系数?,分析了?受土体参数和轴对称竖向孔几何参数影响规律,进而求解轴对称竖向孔孔壁主动土压力的精确值,理论上更为严谨,结果更为合理,并对比平面应变条件下的土压力结果,总结了轴对称条件下主动土压力的规律。

深基坑空间效应机理及考虑其影响的土应力研究

以坑周土体为研究对象,根据土体中土拱效应及滑裂面的相对位置关系分析深基坑工程空间效应的形成机理;根据受空间效应影响土体微元和不受空间效应影响土体微元的应力状态,推导考虑空间效应的支护结构土正应力计算公式.研究表明:空间效应的本质为坑周土体中的拱效应对支护土正应力和变形等特性的影响,研究空间效应时采用基坑长深比更合理;考虑空间效应的土正应力计算公式可以精确地计算支护结构上某点处的土正应力值,是关于该点深度和至坑角距离的二元函数,弥补了基坑设计规范中土正应力计算公式只与深度相关的缺陷.算例表明,该公式可以反映支护结构上土正应力的整体分布情况.

锚杆抗滑桩嵌固深度研究

通过对锚杆抗滑桩在工作状态下的受力进行分析,给出了嵌固深度的计算模型.分别运用被动土压力法、滑移线法和弹性楔体法求解出了滑动面下的桩前土抗力,进而利用该计算模型求得锚杆抗滑桩的嵌固深度.最后利用模型试验测试结果对计算模型进行了验证,并选用适当的工程算例对研究内容进行了分析讨论.结果表明该计算模型给出的锚杆抗滑桩嵌固深度比较合理.

沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算方法

针对明洞洞顶垂直土压力计算公式的不足,综合考虑大、小边坡坡角,推导沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算公式。采用荷载等效方法,将数值计算的明洞顶土压力的抛物线型分布荷载转化为均布荷载,与统一公式计算得到的均布荷载进行对比,验证统一计算方法的正确性。取20°的小坡角沟槽,利用统一计算方法研究填料性质、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性对土压力的影响。结果表明:小坡角沟槽情况下,填土内摩擦角、黏聚力以及沟槽与明洞宽度比对明洞洞顶土压力基本无影响;填土模量增大可以减小土体压缩相对变形量,减轻明洞洞顶应力集中现象。因此,在实际小坡角沟槽明洞工程中,应尽量提高土体压实度,减小明洞结构受力。

渗流作用下土坡圆弧滑动有限元计算

分析了土坡滑动稳定性计算的条分法及其存在问题 ,并提出了圆弧滑动的有限元法 ,以三角形单元的渗透力取代垂直条块周边的水压力 ,正确考虑了渗流方向及其力矩的影响 ,不仅提高了计算精度 ,而且连续计算渗流与滑坡 ,使计算过程简便迅速。

挡土结构中土体被动临界滑动场及被动土压力的数值计算

本文将边坡临界滑动场方法进行推广和改进 ,计算挡土结构中土体被动临界滑动场PCSF和被动土压力 .首先建立土体极限平衡方程并引入条间力函数 ,给出平衡方程求解格式 ;介绍改进的土体临界滑动场数值模拟技术 ;最后给出实用的被动土压力计算图 .本文方法原理简单、精度高 ,可应用于工程计算 .

抽水作用下先存断裂活化滑移机制研究

一些规模较大的地裂缝往往是在断裂构造的基础上先初步形成,然后在抽水作用下加剧活动,但是具体的作用机制是很复杂的。本文利用弱面破坏和滑移控制理论对先存断裂在抽水过程中的活化和加剧发展的机制进行了分析。结果表明由于先存断裂弱面的存在,岩土体中的应力场及变形破坏模式都发生了明显的变化,当抽取地下水时,水位下降引起的应力扰动,导致含断裂面的岩土体的平衡被破坏,使得上盘岩土体产生沿断裂面的滑移,从而加剧了地裂缝的活动。这一认识与以往认为地裂缝是差异固结沉降为主要控制因素的看法是有所区别的,进一步完善了抽水作用下地裂缝形成和发展的机理。

不连续应力边界土压力的严密解法

基于上下限定理的推论,分析了不连续应力边界下土体中不连续应力场和速度场特征。根据应力不连续线和速度不连续的性质,在考虑有重土、土和墙体摩擦情况下,通过数值计算,解三类边值问题。求得墙后土体在表面受不连续荷载时,挡土墙绕基底转动下土体的静力场,同时对对应的机动场进行分析,找出了满足所有速度边界条件和静力边界条件的应力场,得到绕墙基转动下挡土墙土压力的严密解。算例表明:文中求解极限平衡问题真解的算法是可行的。

一般条件下主动土压力的变分求解

基于库仑土压力理论的假设,主动土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动体产生,从墙后滑动体整体静力平衡方程出发,推导出坡面起伏且有不均匀超载、倾斜墙背、黏性填土等一般情况下的主动土压力泛函极值的等周模型。在该基础上,引入拉格朗日乘子,将主动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得到了线性的滑面函数和沿滑面线性分布的法向应力函数。结合边界条件和横截条件,主动土压力泛函极值问题进一步转化为单个未知量的一维方程问题。通过算例,土压力计算结果与库仑土压力理论解完全一致,但土压力作用点在墙体的相对位置却并非总是作用在墙高的1/3处。通过算例进一步表明,坡面的起伏和坡面超载的不均匀性对主动土压力大小和作用点位置有显著的影响。

有限宽度土体被动土压力及滑裂面试验研究

采用无黏性砂开展平动模式(T模式)、绕墙底转动模式(RB模式)、绕墙顶转动模式(RT模式)下有限宽度土体模型试验,利用微型土压力计测试了移动挡墙上的土压力,利用数字图像相关法分析土体变形图像得到了剪切应变(滑裂面)、水平和竖向位移等变形特征。结果表明:(1)T模式下,有限宽度土体滑裂面经过移动挡墙墙踵、固定挡墙墙顶,被动土压力值大于库仑被动土压力,位于挡墙下部H/3范围的土压力受B/H影响较大;(2)RB模式下,滑裂面呈现为以挡土墙顶为中心的多道弧线,弧线半径为H/3~H,被动土压力为“鼓”形分布,当B/H≤1.0时,受固定挡墙影响,滑裂面半径缩小;(3)RT模式下,滑裂面线型特征与T模式相似,被动土压力较大值位于挡墙下部,当B/H减少时,挡墙下部土压力值增大,土体滑裂面范围缩小;(4)不同被动变位模式下,土体位移均可形成大小不同的水平土拱、竖向土拱,土拱形状和大小与变位模式、B/H均密切相关,两土拱的外边缘与滑裂面曲线基本一致。

滑裂面形状对挡土墙主动土压力的影响

滑裂面的准确选取对挡土墙稳定性分析有重要影响.基于塑性极限分析理论,分别推导了直线和对数螺旋线滑移模式下挡土墙主动土压力的计算公式,通过算例对比分析研究了平面滑裂面和对数螺旋滑裂面主动土压力的特点.研究结果表明：直线滑裂面为对数螺旋滑裂面的一种特例,随着滑裂面曲率增大,主动土压力合力作用点逐渐上移,主动土压力合力略有增加,但对墙趾的弯矩显著增加,不利于挡土墙稳定性;挡土墙各参数对直线滑裂面主动土压力合力作用点有不同影响,随着填土内摩擦角、挡墙倾角、填土倾角的增大而上移,随着墙土间摩擦角、黏聚力与容重挡土墙高度的乘积之比的增大而下移,合力作用点位置大致在0.2～0.4 倍墙高处,说明主动土压力的非线性分布.研究结果对准确选取滑裂面形状计算挡土墙主动土压力有实际工程应用价值.

柔性支护结构主动土压力的变分计算方法研究

从基坑柔性支护结构后的滑动土楔体的整体静力平衡方程出发,推导了考虑作用点位置的主动土压力泛函极值等周模型。在此基础上引入拉格朗日乘子,将主动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。对于一般黏性土,依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得到了对数螺旋线的滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数。结合边界条件和横截条件,主动土压力泛函极值问题进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数优化问题。同时,讨论了滑裂面为平面和圆弧面两种特殊情况。通过算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下限处,主动土压力最小,滑裂面为平面;随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性增长,相应滑裂面为对数螺旋面。对于砂性土,位置系数上限值随内摩擦角的增大而增大,其相应的土压力值也随之增加。对于软黏土,滑裂面为圆弧面,随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性下降,滑裂面背离基坑方向移动。