非饱和花岗岩残积土的剪切特性与抗剪强度分析

对不同含水率的原状和重塑花岗岩残积土开展常规三轴固结不排水试验,对比分析饱和度对原状土和重塑土剪切变形特性的影响规律,并通过测定原状土和重塑土的土水特征曲线,给出基质吸力与抗剪强度指标之间的关系,建立花岗岩残积土非饱和抗剪强度表达式。结果表明:原状和重塑花岗岩残积土的应力-应变曲线的硬化程度随着含水率和围压的增加而上升,原状土的应力-应变曲线在低含水率、低围压条件下表现为软化型,重塑土均表现为硬化型;原状土和重塑土的应力路径随含水率的变化基本相同,随着含水率降低,剪切过程中产生的孔隙水压力逐渐减小,有效应力路径逐渐向总应力路径靠拢;花岗岩残积土土水特征曲线可分为饱和、过渡、残余3个阶段,脱湿过程中原状土的残余吸力大于重塑土,过渡区范围比重塑土大,在高饱和度状态下,原状土和重塑土的含水率随基质吸力的增加变化幅度很小,达到进气值后才随着基质吸力开始明显下降,进入到残余阶段含水率的变化逐渐缓慢;基质吸力对土体内摩擦角的影响很小,黏聚力随着基质吸力的增加不断增大,吸附内摩擦角逐渐减小,基质吸力对土体抗剪强度的贡献逐渐减弱,基质吸力对原状土与重塑土有效黏聚力的影响远大于有效内摩擦角,通过基质吸力与吸力强度之间的回归关系建立的非饱和双曲模型对预测花岗岩残积土的抗剪强度具有很好的适用性。

非饱和花岗岩残积土崩解机制试验研究

为研究非饱和花岗岩残积土的崩解机制,将取自广州的残积土试样根据不同含水率和压实度进行制备,用自制仪器进行崩解性试验,并对相关公式进行修正并用于试验数据处理。同时,从微观角度将土颗粒的粒间受力状态进行简化分析,继而对非饱和花岗岩残积土的崩解机制进行分析,结果表明,主要控制因素为孔隙气压(有效孔隙率)和基质吸力。结合试验结果,建立崩解稳定阶段平均速度与有效空洞率及基质吸力的关系,结果表明,分别呈指数函数和对数函数正相关。

饱和花岗岩水-力耦合力学特性试验研究

采用全应力多场耦合三轴试验仪,对饱和花岗岩开展了不同加载速率、不同围压、不同孔压下的水-力耦合三轴压缩排水试验,分别给出了饱和花岗岩在不同加载速率、不同有效围压下的应力-应变曲线,分析了峰值强度、峰值应变、弹性模量随加载速率以及有效围压的变化规律。研究结果表明:(1)在不同有效围压和加载速率的条件下,岩样的应力应变曲线均经历了非线性压密、弹性、屈服、峰后四个阶段。偏压加载初期非线性压密阶段比较明显,而随着围压的升高非线性段逐渐消失;由于花岗岩的致密性较高,因而曲线的弹性阶段较长且相对平滑;在屈服和峰后阶段,岩石呈现出明显的脆—延性转化的过程。(2)饱和花岗岩的峰值强度随着加载速率的增加而增大;且当有效围压相同时,岩石的峰值强度大致相等,抵抗外界荷载的能力大致相同。(3)缓慢加载条件下饱和花岗岩的峰值应变表现出加载速率强化效应,但强化效果是有限的;且在有效围压相同条件下,随着围压和孔压的同步增长,峰值应变也呈增长的趋势。(4)弹性模量随着加载速率的增加呈二次多项式增长,但随着围压和孔压的同步增长而逐渐降低。

非饱和花岗岩残积土水-气两相驱替过程数值模拟

水流在非饱和土体中的入渗过程实质上是水在下渗的过程中驱替空气的两相流问题。为揭示非饱和花岗岩残积土水-气两相驱替动态渗流机理,选取福州某地原状花岗岩残积土作为研究对象,基于工业CT扫描图像与Level Set方法,研究了原状土样两相驱替的动态特征。结果表明:对于细观尺度水-气两相驱替模拟,Level Set法能很好地捕捉两种不混溶流体间的界面位置;水-气两相驱替过程存在大孔隙优先流特征,且“绕流”现象一般易于出现在孔隙成圆度较高处;两相渗流速度主要受孔道迂回度控制,笔直、较宽孔道,渗流速度相对较高,同时存在明显的“优势通道”,且随渗流时间增大以先急后缓的特征呈正相关变化,最大增速率为10.77%,最小仅1.90%;孔道横截面速度大小分布与孔隙结构有关,“回流”和“绕流”现象会使驱替速度骤降,降低幅度可达21.62%;驱替阻力最大出现在孔壁处,孔道越窄,阻力越大;驱替效率与驱替压差成正比关系,且初期加压增速效果显著,可达25.49%,后期仅为1.47%。该研究成果可丰富降雨型滑坡理论基础并预防灾害产生,具有重要的理论价值及工程意义。

桂东南容县非饱和花岗岩风化土的土水特征

崩岗与滑坡在桂东南容县花岗岩风化土层中频繁发生,危害严重。风化土的土水特征与相对渗透系数不仅是非饱和渗流计算的重要依据,也是研究崩岗侵蚀过程与机理、滑坡形成的必要基础。开展筛分试验和压汞试验分别获得花岗岩风化土的颗粒级配累积曲线及孔径分布曲线,采用压力膜仪进行脱湿试验,研究各初始干密度花岗岩风化土的土水特征,分析Van Genuchten、Gardner、Brook&Corey模型的适用性,预测非饱和风化土的相对渗透系数及探讨渗透系数的差异。结果表明:残积土与全风化土土水特征曲线均呈现“双台阶”特征,且优势孔隙为集聚体间孔隙和颗粒间孔隙;然而,初始干密度对残积土脱湿过程的影响较全风化土显著。同一干密度全风化土的孔径分布系数较残积土的大,而孔径分界点却较残积土的小。Van Genuchten与Gardner模型对2种土的适用性均最好(R^(2)>0.93),Brook&Corey模型适用性次之。残积土相对渗透系数与渗透系数均随干密度的增大而减小,且较全风化土的小。容县花岗岩风化土边坡上弱下强的不均匀渗透特性与其粒度组成有关,并影响边坡变形破坏模式与崩岗侵蚀特征。

非饱和花岗岩残积土动力变形特性试验研究

为了探究某高速公路工程中非饱和花岗岩残积土动力荷载作用下的变形特性,以衡阳非饱和花岗岩残积土为研究对象,采用美国GCTS公司的USTX-2000非饱和土/饱和土动静三轴试验系统进行了非饱和动三轴试验,并利用Janbu公式进行了拟合。分析了吸力、净围压等对非饱和花岗岩残积土的变形特性的影响,并对其相应的本构关系及模型参数进行了探讨。结果表明:在吸力一定情况下,动应力应变骨干曲线呈双曲线型,骨干曲线随着净围压增大向上移动,不同净围压情况下,其与吸力未呈明显的相关关系;净围压相同时,非饱和花岗岩残积土的最大动弹性模量随动应变增大而减小;吸力一定条件下,最大动弹性模量随着净围压的增大近似线性增加;相同净围压下,阻尼比随动应变的增大而增大。研究成果为工程地质问题治理提供理论依据。

饱和全风化花岗岩地基土压缩特性的研究

结合海南东环客运专线全风化花岗岩地基土一维固结压缩试验,研究了在不同荷载应力作用下其压缩变形特性。研究结果表明,其应力与应变、应变与时间之间呈双曲线关系,割线模量与应力呈线性关系,并建立了应变—应力—时间关系的统一函数模型,为进一步分析地基沉降变形提供了依据。

穿越饱和全风化花岗岩隧道施工技术

九龙江隧道为西气东输三线东段控制性隧道工程,隧道实长1096.5m。隧道在出口岸滩穿越全风化花岗岩,地质条件极其复杂,各风化层界面变化频繁,含水量大,裂隙发育,原岩结构完全被破坏,围岩自稳能力极差。施工过程中发生数次塌方、突水、涌砂情况。通过对隧道K1+294处突水、涌砂情况研究,介绍了西三线东段九龙江水域穿越隧道穿越该段饱和全风化花岗岩的施工关键技术,为同类地质条件下的地下工程施工提供借鉴。