汶川8.0级地震的余震触发作用和对断层的应力加卸载作用

采用可变滑动震源模型,计算和研究了汶川M_S 8.0地震产生的应力变化及对后续6次强余震的应力触发作用,并定量分析了汶川地震对附近活动断裂带的库仑应力加卸载作用。结果显示:汶川地震产生的库仑破裂应力变化分布图案复杂性强,主要由发震断裂复杂的空间展布形态以及震源断层活动具有逆冲兼右旋走滑两种性质决定。汶川地震产生的库仑破裂应力变化对多数强余震存在一定的触发作用。汶川地震的发生对附近的断裂带有不同程度的影响,其中青川断裂中段和北段、岷江断裂南段和灌县-江油断裂南段,主要是以强烈的库仑破裂应力加载作用占主导地位,有利于强余震序列的孕育、加速以至于发生;东昆仑断裂带和鲜水河断裂带受到了轻微的应力加载作用;龙泉山断裂带、华莹山断裂带和西秦岭北缘断裂带主要受到了轻微的卸载作用。

基于混凝土损伤模型的卸载作用下盾构隧道损伤机理

在密集的地铁交通网附近区域进行工程活动会引起下卧盾构隧道产生较大纵向差异变形,对隧道结构服役性能及行车安全造成不利影响。既有研究大多基于弹性、弹塑性理论框架,忽视盾构隧道纵向变形带来的结构损伤的影响。考虑混凝土材料非线性损伤力学特性,首先引入一种基于能量的拉应力和压应力分解,考虑混凝土拉/压力学特性的差异;其次,建立双标量混凝土弹塑性损伤本构模型;最后,基于三维非连续接触模型及多尺度建模技术构建盾构隧道−围岩精细化模型,探究差异变形下盾构隧道损伤劣化机理。研究结果表明:卸载作用下,管片混凝土以局部拉损伤为主而压损伤较小,在管环拱顶和拱底内缘、拱腰外缘以及螺栓连接处拉损伤最严重;卸载作用会引起盾构隧道隆起变形,横截面椭圆度也随纵向发生变化,拐点附近管环椭圆度最大;卸载引起的盾构隧道纵向附加剪力和弯矩最大值分别出现在拐点附近和模型中心处;混凝土材料损伤劣化会降低盾构隧道承载能力、纵向刚度和环向刚度,基于弹性本构的计算模型会高估整体结构的刚度;当前分析工况下,管片钢筋较难屈服,而中间部位管段上半侧纵向连接螺栓较易屈服;加载曲线拐点附近管环受损最严重,且承受较大的附加剪力和弯矩,应特别予以关注。

开挖与卸载交替作用对上陡下缓型高陡层状岩质边坡变形失稳影响试验研究

以云南磷化集团有限公司所属尖山磷矿上陡下缓型高陡层状岩质边坡为工程背景,依据相似理论开展模型试验研究,分析开挖与卸载交替作用对这类型岩质边坡变形失稳的影响。结果表明:上陡下缓型高陡层状岩质边坡随开挖深度的逐渐增加,其对应的位移变形量也逐步变大,边坡整体上表现为上部向下运动,下部受压向临空面方向隆起的变形规律;同时当开挖至一定的深度后,坡面与坡中均会发育较多的走向裂缝,且随着开挖深度的不断增加,其不断向坡体深部延伸发展。在整个开挖过程中,坡体中会发育形成"平面与圆弧面复合型的潜在最危险滑移面,且表现为滑移-弯曲-剪切的变形失稳破坏特征。对边坡开展的浅部卸载作用效果不理想,虽其位移变形量有所减小,但没有改变坡体整体的变形失稳趋势,对边坡施加的深部卸载作用效果非常明显,使坡面及坡顶产生的裂缝几乎完全消除。研究结果可为中国西部大开发过程中面临的上陡下缓型高陡层状岩质边坡的预警预报与治理设计提供参考。

卸载动效应分析思路及其在土木工程中的应用

根据卸载作用的特点,提出了结构动力响应计算的卸载动效应分析思路,该思路采用补充方程描述结构的计算状态与实际状态偏移量,并通过消除计算状态的偏移量提高计算精度和稳定性。列举该思路在开挖工程施工技术、小扰动效应分析、结构弹塑性动力响应时程分析及变结构体系运动稳定性分析等方面的应用实例。该分析思路计算过程较为简便和灵活,某种意义上说是结构稳定性基本概念在开挖工程施工、结构振动控制和计算分析等领域的推广和应用。

加卸载条件下喷射混凝土力学特性试验研究

为了研究喷射混凝土在加固支护后的力学特性,开展了循环加卸载下不同配比的混凝土试样力学试验,分析了不同骨料粒径和水灰比下混凝土试样的强度特征、变形特征以及应变随时间的变化规律。研究结果表明:在加卸围压试验中,可利用混凝土试样损坏时的围压与卸载时围压的比值来评判混凝土的强度,比值越小,代表混凝土试样的强度越高;在加卸围压试验中试样的应变比常规三轴试验小,低水灰比和小粒径的试样的脆性破坏更显著,破裂面更加完整;试样的破坏强度大体上呈现随着粒径的减小,破坏强度增大的趋势;水灰比较高的试样,在卸载试验中存在延时破坏的特征。

基坑开挖对旁侧隧道影响及隔断墙作用离心模型试验研究

开展了干砂地层中基坑开挖对旁侧隧道影响及隔断墙保护作用的三维离心模型试验和数值分析,获得了隧道上浮、隧道内力、隧道周围土压力、地表沉降等变化规律以及隧道空间位置和基坑开挖深度的影响。试验结果表明,基坑回弹量与采用Boussinesq解计算的回弹量比较接近;地表沉降量与文献报道的试验结果相近,而明显小于现场实测沉降;靠近基坑一侧的隧道周围土压力有所减小,而远离基坑一侧的隧道周围土压力则有所增加。隔断墙的设置可以一定程度上减小地表沉降、隧道外土压力变化、围护墙水平位移以及隧道上浮和弯矩。数值计算结果表明,隧道上浮量和水平位移随着隧道埋深及其与围护墙距离的增大而减小,而随着基坑开挖深度的增大而增大。

红粘土侧向卸荷真三轴试验及其力学特性分析

采用刚柔复合型真三轴仪,模拟基坑实际开挖过程,进行了三向主应力不同的单面侧向卸荷真三轴试验,分析了侧向卸载和竖向加载条件下红粘土的应力应变关系、变形破损过程及其强度参数随基坑开挖的变化特点。根据红粘土强度参数在基坑开挖过程中的变化特点和工程实践确定强度折减系数,采用双强度折减法对土体强度参数进行分步折减,并选用FLAC3D程序和摩尔库伦模型对红粘土深基坑工程开挖的力学过程进行数值模拟。结果表明,加卸载条件下红粘土变形破损的力学机制完全不同,土体强度参数随基坑开挖深度的增大而减小,变化的范围、幅度和速度以递增方式变化。在相同竖向荷载条件下,开挖过程的土体较受压过程的土体更易变形破损而失稳。

基坑开挖对旁侧既有隧道影响的模型试验研究

研究基坑开挖对旁侧既有隧道的影响并制定合理的隧道变形及位移控制措施,是当前城市地下空间开发利用过程中的重要课题之一。文章运用模型试验及数值分析相结合的方法,分析了基坑开挖卸载作用下隧道的内力、位移及土压力变化规律和埋入式隔离桩体系对于既有隧道的保护作用。结果表明:基坑开挖导致隧道呈现两端拉伸,上、下压缩的变形趋势,且隧道埋深越浅、距离基坑越近,隧道变形趋势越大;隧道整体发生朝向基坑一侧的位移,距离基坑较近及埋深较浅的隧道位移较大;靠近基坑一侧的隧道围土压力减小,远离基坑一侧的隧道围土压力增大;长度在基坑嵌固深度上、下的隔离桩体系对隧道有很好的保护作用,但长度过长导致效费比不高,长度未超过基坑开挖时的隔离桩体系对隧道的保护作用有限。

固体潮力触发地震的可能性

为验证固体潮力触发地震的可能性,通过理论推导计算了太阳和月球对地球的固体潮力及其作用范围。结果显示:太阳和月球对地球的固体潮力远远小于地壳岩石强度,单一的固体潮力不能使岩石破裂而引发地震;太阳和月球对地球的加卸载作用主要集中在低纬度地区,与地球地震带范围基本吻合。岩石力学实验结果表明,岩石在外力作用下达到非线性时,固体潮力的扰动也可以触发地震。该结果为地震预报研究奠定了基础。

东濮凹陷文南沙三中亚段致密储层裂缝特征及主控因素研究

基于对构造作用的研究,利用测井、地震、岩石物性、沉积相资料分析,揭示文南低品位区块沙三中亚段致密性砂岩储层裂缝发育特征.工区主要发育的裂缝类型有高角度构造裂缝、低角度卸载裂缝两类,裂缝主要走向为北东向,倾角为45°～90°、0～30°,裂缝充填程度低,优势方位的裂缝走向与现今最大水平主应力方向大致一致,裂缝连通性较好.裂缝分布区域与构造作用、构造部位以及岩性有密切关系,断层附近富含砂岩的水下分流河道微相裂缝最为发育.两类裂缝的成因都与工区目的层段下伏盐底辟有关,由于底辟作用造成的地层上隆不仅使上覆地层产生高角度的拉张裂缝,而且导致地层上覆载荷卸载产生低角度的卸载裂缝.综合研究表明,两类裂缝在空间上的搭配组成了良好的裂缝网络系统,对剩余油气的开采具有重要意义.

增压法真空预压加固机理的分析

本文从固结过程中有效应力和超静孔隙水压力变化角度对增压法真空预压的防淤堵、加压、卸载作用的加固机理进行分析。对于正常固结软黏土,真空预压过程中发生颗粒移动及其滤膜淤堵的可能性较小。高压充气虽能一定程度上冲刷滤膜防淤堵,但会减小塑料排水板内的真空度及真空度向深层土体传递。停止高压充气后孔压计读数迅速下降,与排水固结理论中超静孔隙水压力逐渐消散的规律存在明显的差异,增压法的高压充气不能施加额外的压力增量。高压充气会使膜下真空度降低,在某种意义上起了卸载的负面作用,导致能源浪费和延误工期。与普通真空预压相比,增压法真空预压加固后土体的孔隙比大、超固结比小、不排水抗剪强度低。

加卸载路径下含水泥岩力学行为和破坏形态研究

泥岩巷道在开挖遇水后极易发生变形、垮落,严重影响巷道安全掘进。为揭示含水状态和开挖效应对泥岩巷道影响机理,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对泥岩遇水前后细观结构变化进行定性表征,并采用三轴试验机对5种含水率下的泥岩进行三轴加载和加卸载试验。结果表明:1)富含高岭石的泥岩遇水后,片状结构的高岭石会变为卷曲状的埃洛石,层间间距变大,孔隙率增大,分子作用力减弱,物性劣化造成强度衰减。2)与加载作用相比,同等含水状态卸载作用下泥岩的强度较低,卸载作用导致偏应力的激增,泥岩提前进入屈服段,承载强度较低。3)卸载路径峰后曲线陡峭,泥岩脆性更强,扩容明显,破坏更为剧烈。随着含水率增加,泥岩由脆性向塑性转化,含水状态和应力路径均会影响岩石力学特性。4)对比原始、遇水加卸载破坏形态,泥岩遇水后产生的微裂隙会影响最终破裂形态,在卸载路径中更为明显,张拉破坏所占比例更高。针对卸载路径下含水泥岩破坏时机提前,现场应及时加强支护以恢复围压,减少含水巷道破坏风险。