面波测试在汶川强震区土体损伤调查中的应用

汶川地震后,确定地震对岩土体扰动的范围和损伤程度,是预测震后次生山地灾害演化趋势,以及制定道路修复加固工程对策的重要依据。面波勘察是通过获取剪切波速变化情况,推断土体扰动范围的快捷手段。本文在位于汶川地震强震区的213国道都汶段内的2个边坡工点和3个路堤工点,布设6个测段进行了高精度面波浅层地震勘查。结果表明：①9度和10度地震烈度区土体扰动的深度无明显差别;②在汶川地震强震区,人工填筑的路堤工程所造成的强扰动区深度不小于5 m,自然土体造成的强扰动区深度为0-5 m;③路堤工程表面填、挖交界处的损伤明显。上述结论可供灾后道路修复工程设计中确定边坡加固深度和路堤翻挖深度时参考。

基于土体损伤的深基坑支护地表沉降量计算

目前深基坑外部地表沉降量计算均假定土体是理想的原状土,与工程实际不符,不能很好地表征深基坑外部地表沉降,针对此问题,提出了一种改进的深基坑支护地表沉降计算方法。首先,基于损伤土体力学理论,建立了土体损伤模型;然后,基于损伤条件下的土体演变和本构关系,构造了土体损伤条件下的基坑支护地表沉降计算模型。实验测试结果表明,该模型能够很好地描述深基坑工程中支护地表的沉降过程,与工程实践监测结果相符,且证明了土体损伤和地表超载均对基坑支护地表有较大影响。

盾构掘进过程中土体损伤本构模型研究

为定量地确定盾构掘进过程中对土体造成的损伤,根据盾构对周围土体的扰动方式和土体内部稳定性判定准则,分析土体在发生损伤过程中,其内部孔隙率的变化规律。基于细观损伤力学理论,分析了土体损伤变量与孔隙率之间的关系,将土体损伤划分为4个不同的阶段,并给出每个阶段的损伤变化规律,建立以孔隙率表征的损伤变量演化方程。并基于线弹性本构关系,建立盾构掘进过程中考虑损伤作用的土体线弹性本构模型,以期为施工提供依据。

考虑土体损伤的挤土效应计算探讨

圆孔扩张理论应用于静压桩沉桩、搅拌桩成桩过程周围土体的应力和变形分析,取得了一定的成果,但其理论分析结果和实验结果仍存在一定的偏差,主要原因在于理论推导时未考虑桩周一定范围内的土体受施工因素影响而产生的损伤.为更有效地发挥圆孔扩张理论在指导桩基施工中的作用,论文通过构造桩周土体粘聚力变化的表达式来考虑施工造成的土体损伤,基于连续介质力学的原理,依据边界条件确定了表达式中的土体损伤因子,得到了能够反映造成土体损伤主要因素的土体粘聚力变化表达式.基于圆孔扩张理论,并引入土体损伤因子,通过平衡微分方程的迭代计算,分析了成桩过程中的土体塑性区半径及应力分布,发现考虑土体损伤时,塑性区范围相对较大且应力的变化会相对较缓.通过不考虑损伤和考虑损伤的分析结果与既有理论的计算结果对比分析,表明论文提出的考虑土体损伤的分析方法简单合理,为精细化分析桩基施工对地基的影响提供了新方法.

地震动强度增大过程中边坡土体的损伤演化及其计算方法研究

地震作用下边坡失稳破坏过程也是土体损伤变形演化过程,当前边坡模型试验中土体损伤的定量计算方法尚未提出;研究以兰州新区职教园区内一填方边坡为原型,开展了地震动强度逐级增大条件下边坡失稳破坏的模型试验,研究边坡变形失稳过程中相关物理量随地震动强度的变化规律,进而提出土体损伤的计算公式。研究结果发现:在地震动强度增大过程中,坡肩土体损伤变形最为显著,传递函数频谱随地震动强度增大呈现有规律的减小变化,土体阻尼比随地震强度增大呈现指数函数增大变化,据此提出了基于归一化阻尼比的土体损伤量计算公式,该公式计算的土体损伤量也呈现指数函数增大变化,反映了地震动作用下土体的非线性损伤变形破坏过程。文中提出的土体损伤量计算方法可为基于模型试验的边坡稳定性评价提供理论依据。

干湿循环下崩岗土体裂隙变化及与声波波速的关系

为探究干湿交替下崩岗土体的损伤劣化效应,以崩壁五个层次土体为研究对象,进行干湿循环处理,通过图像处理技术、超声波测定等方法,探讨干湿循环对裂隙指标和纵波波速变化的影响。结果表明,各土层裂隙总长度、面裂隙率及裂隙宽度随干湿循环次数增加总体呈先增后减趋势,而纵波波速随干湿循环次数增加整体呈下降趋势。波速与裂隙平均宽度呈对数函数衰减关系(p<0.05),利用纵波波速快速无损检测崩岗土体损伤劣化成为一种可能。

根系退化对根土复合土体的影响

为探索根系自然腐烂对其自身抗拉能力及根土复合体力学性能的影响,测定了种植狗牙根的红粘土的基本物理力学性能指标,并制备狗牙根自然退化0、3、6个月情况下的重塑含根土、原状含根土试样进行三轴试验。结果表明,狗牙根根系进入退化状态后,抵抗拉力的能力随时间明显降低,退化6个月时根系已腐烂,完全不具有力学性能;退化3个月时,重塑含根土和原状含根土的抗剪强度均发生不同程度的衰减;退化6个月的根系使根土复合体降低52%左右的强度,对土体造成极大损伤。

脆性统计损伤模型在岩土工程中的应用研究

采用脆性破坏统计理论研究结构性土体的损伤性质 ,提出了应用土体强度关于Weibull分布的分析方法得到了结构性土体的宏观损伤演化方程和本构模型 .根据损伤容限定义了稳定安全系数 .

土体变形规律研究进展

土体变形规律的研究经历了由线弹性到弹性非线性再到弹塑性的三个发展阶段，土的流变特性和应变软化特性的研究也取得了突破性的成果。本文在分析了土体变形的基本特性后，分别介绍了土体变形弹塑性、流变性和应变软化等方面土体变形的研究进展。

高原寒区地表土壤冻融作用的空间参数化表征研究

在全球气候变暖背景下,寒区季节冻土环境变化对陆地表面与大气之间的物质与能量交换、陆地景观格局演化的影响十分剧烈。摸清季节冻土的分布格局及其时空变化对开展寒区自然科学研究、保障生态环境和人类生产活动安全均具有重要意义。经过数十年的发展,冻土遥感技术和冻土物理学取得了长足的发展。然而,当前冻土研究成果在区域尺度下灾害风险评估与防控领域中的应用仍处于较低水平。针对冻土研究成果在应用中的短板,以青藏高原东南缘的高山峡谷区及其周边地区为研究区,重点解决地表土壤冻融循环及其水热传输过程的系统性表达,建立了适用于青藏高原高海拔冻土区的空间全分布式的冻土水热耦合过程数值模型,分析了研究区2010—2020年的冻土系统演化过程。在此基础上,构建了地表土壤冻融作用的空间参数化表征方法,提出冻融作用对土体抗剪强度的损伤系数。研究表明,青藏高原东南缘季节冻土随气温升高变化剧烈,表现出较强的空间异质性。季节冻土除了周期性冻融循环外,总体呈退化趋势,为冻融作用下岩土体结构抗剪强度的变化增加了更多不确定性。最后,利用土体抗剪强度损伤系数,从时间变化和空间分布角度揭示了地表土壤冻融作用对冻土边坡稳定性的影响程度。土体抗剪强度损伤系数可以有效刻画地表季节冻土水热过程及其冻融作用特征,为冻融灾害相关研究提供新思路,也为寒区灾害风险评估与灾害防治等领域的研究提供了冻土系统动态演化数据和技术支撑。

沉井下沉对周边环境的影响分析

沉井作为一种经济性良好、施工速度快的特种结构,在城市地下空间开发中得到了广泛的应用。沉井下沉时,往往会对周边环境造成较大的影响。通过珠三角某配水工程中顶管井沉井下沉过程中引起道路塌陷和周边房屋开裂事故的工程案例,结合地质条件、现场施工记录,并进行了有限元模拟,得出下沉过程中土体损伤是导致本次事故产生的主要原因,并提出了有针对性的处理措施,保证了沉井复沉后周边环境的安全。最后针对复杂环境下沉井下沉提出了建议,可为类似工程提供了有益的参考。

季冻区土质边坡滑动界面临界深度的试验研究

为研究季节冰冻区土质边坡春融期常发生的浅层滑坡灾害,考虑盐水冰点低于水的冰点这一物理特性,设计了模拟土坡内部冻融界面的试验方法。比较了在不同含水率时,经冻融循环后土质边坡滑动面的临界深度,验证了在冻融界面上土质边坡的破坏形态,根据试验结果拟合了符合本文土样条件的土质边坡滑动面临界深度的损伤模型。分析表明,冻融循环后,随含水率和冻融循环次数的增加,边坡滑动破坏的临界深度值逐渐减小,经对试验数据拟合提出的临界深度随冻融循环损伤模型,可为季节冰冻区的边坡设计提供参考。

深厚软土地区大型沉井突沉行为分析

为了研究深厚软土地区某大型沉井的突沉行为,结合现场监测数据对沉井的下沉过程及受力特性进行分析,推测了沉井发生大幅度突沉的机理;基于ABAQUS/Explicit有限元软件,将显式动态求解方法应用于沉井下沉的拟静力过程分析,揭示了沉井突沉过程中土体的扰动损伤行为。分析结果表明,由于局部土体损伤失效带动周围大面积土体的不稳定损伤演化从而引发沉井快速下沉,土体损伤耗散能的大小可表征相应的沉井区域的下沉量;采用扩展的Drucker-Prager模型并结合损伤因子演化方程用来模拟土体扰动损伤特性的方法,能够定量分析评价沉井周边软土在受力变形后的扰动度和相应的沉井突沉行为。

Meso-damage cracking characteristics analysis for rock and soil aggregate with CT test

The aim of this paper is to investigate the damage cracking characteristics of rock and soil aggregate(RSA)by X-ray computed tomography(CT)under uniaxial compressive loading.The mean CT value for the region of interest(ROI)is used to analyze the cracking characteristics.Also,the mathematical morphology method based on the image threshold segmentation is used to obtain characteristic parameters of cracks to describe the cracking evolution of RSA.Results show that the elastic mismatch between rock blocks and soil matrix is the primary reason for RSA cracking.The mean CT value for the RSA specimen,rock block inclusions,and their adjacent soil regions decreases with the increasing stress level.However,it is more sensitive for block inclusions than soil regions.Using the image segmentation method,length,area and mean width of cracks obey to power function distribution.Crack statistical characteristics are closely related to the rock block’s distribution and morphology.These results may be useful to reveal the mesoscopic cracking mechanism,establish meso-damage evolution equation,and constitutive relation for RSA.