黄土节理抗剪强度特性试验研究

试验得出表面形态、干密度和含水量对黄土节理的强度特性的影响,揭示出黄土节理表面形态对抗剪强度参数c、φ值的影响规律。在相同含水量和干密度的情况下,粗糙表面的节理粘聚力c值较平整表面节理的大,而节理的摩擦角φ值相差较小,说明黄土节理形态特征对节理粘聚力c值有较大影响,而对摩擦角φ值影响较小。干密度对黄土节理粘聚力c值的影响较大,而对内摩擦角φ值的影响较小。当试样含水量在一定范围之内,黄土节理的摩擦角随含水量的增加呈二次曲线变化。但当试样含水量较大时,测得试样抗剪强度稍有增大,是因为节理表面部分土体在法向压力作用下发生重塑,破坏面已不是原有节理面,重塑土体自身的抗剪强度发生作用,引起试验所测抗剪强度的增大。

黄土节理二维稳态流流量方程

黄土节理渗流属于沿节理方向入渗和垂直于节理方向往黄土体入渗的二维渗流问题,对此问题目前尚少有研究。考虑节理内流体向土体的入渗及土体自身流速的影响,建立了黄土节理二维渗流模型,采用欧拉变数法推导了流体元运动微分方程,得到了以流速为函数的渗流微分方程。进而基于黄土节理渗流特征及边界条件,推导得到黄土节理二维稳态流的流量方程,表明岩体节理立方定律可归结为此方程在特定条件下的简化形式。进一步结合达西定律推导得到黄土节理渗透系数的表达式。通过现场试验和数值分析所反应出的趋势说明该公式有一定的应用价值。

原状黄土节理抗剪强度试验研究

黄土节理的剪切强度特性对于含节理黄土工程的稳定性有重要影响,为此在大量野外调研的基础上,采集典型黄土节理土样,首先对不同节理表面形态进行分类以制备试样,然后采用室内直剪试验研究了含水量对黄土节理剪切强度参数的影响规律,并与室内大型直剪试验对比,研究尺寸效应对剪切强度的影响,最后依据试验结果研究了节理剪切应力-位移规律。研究表明:黄土节理的抗剪强度关系符合摩尔-库伦准则,且黏聚力可忽略不计;随含水量的增加,黄土节理峰值内摩擦角最初的变化幅度较小,当大于某个含水量值时,峰值内摩擦角减小幅度变大,其变化规律可用指数形式进行描述;试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献,尺寸越大,其剪切强度也越大;其剪切应力-位移曲线属非线性屈服剪切型曲线,并构建了本构模型,对初始剪切刚度研究发现其随含水量增加减小,随正应力增加呈线性增加。

天然黄土节理水流入渗试验及数值模拟

节理广泛存在于黄土地区,是分割黄土的结构弱面和水流入渗优势通道,目前对其工程特性尤其是水流入渗规律的研究较少。首先通过模型试验分析典型含单节理黄土的水流入渗分布及范围,然后采用SEEP/W数值模拟软件,根据模型试验结果,利用非饱和渗流理论结合数值分析的方法得到典型节理宽度为0.41,0.8,1.24 mm的黄土体的等效饱和渗透系数分别为1.5×10-4,1.67×10-4,1.83×10-4 cm/s,最后研究了节理对水分场分布的影响及节理数量、节理间距等对入渗范围的影响规律。结果表明,节理对黄土水分场有较大影响,湿润区深度随节理数量的增加而大幅增加;随节理间距的增大,节理对水流入渗深度的影响逐渐消失,而湿润区宽度受节理间距的影响较小。研究成果对黄土节理渗流规律研究、含节理隧道及地下工程稳定性评价、控制水土流失等具有重要意义。

黄土节理表面形态及其分级研究

黄土节理在黄土地区广泛分布,节理表面形态对其强度及渗流等特性有重要影响。在大量野外调研的基础上,选取合适场地采集了典型天然黄土节理试样,利用轮廓曲线仪测量节理表面形态,绘制了节理面二维及三维轮廓曲线。然后运用统计学方法计算了节理表面特征参数,研究表明,节理表面的全坐标高度分布为高斯分布或准高斯分布。通过选取高度均方根z_1、峰点密度η、坡度均方根z_2三个参数,根据数据统计结果确定单因素分级范围,进而利用模糊数学方法综合评价节理表面形态,最终得到了所取天然黄土节理试样表面形态的综合特征参数R_j及分级结果。研究发现,对于同一场地,Rj值较为接近,表明同场地的节理表面形态具有相似性;经验证,特征参数Rj与黄土节理剪切强度具有较好的相关性,表明了分级的合理性。

黄土坡体节理发育特征和空间分区与边坡稳定性

通过现场调查分析了黄土坡体节理发育特征,节理走向与边坡倾向呈大角度斜交,节理走向受边坡倾向的控制。根据对斜坡不同区域受力分析,台塬区土体主要受到湿陷拉张作用,在斜坡地带土体主要受水平卸荷所产生的推力作用,把斜坡区节理发育分为湿陷节理发育区、拉张节理发育区、挤压节理发育区和开挖卸荷节理发育区。最后,对有无节理边坡进行了稳定性计算,计算结果和理论分析一致。

节理控制的降雨入渗通道对黄土开挖边坡稳定性的影响

黄土节理控制着黄土开挖边坡地表径流的主要入渗通道,在降雨作用下黄土节理将逐步发育成大的入渗通道,加剧了黄土开挖边坡的破坏。通过野外现场地质调查,统计黄土开挖边坡的节理裂隙、入渗贯穿通道分布状况,得出不同开挖边坡高度的入渗通道间距与开挖边坡高度高斯拟合关系式;根据入渗通道分布关系式,概化建立降雨入渗通道的演化数值分析模型,利用岩土工程软件Flac3D模拟分析山西忻州河曲运煤大道黄土开挖边坡在降雨状况下入渗通道发育过程,分析了40 mm/d、80 mm/d、120 mm/d三种降雨工况下降雨24 h的入渗通道演化过程及开挖边坡破坏程度,以及降雨对黄土开挖边坡的影响;指出在降雨作用下入渗通道在坡高60 m左右破坏严重,坡高高于此高度应注意入渗通道的剧烈扩展并加以防治。借用野外统计、调查结果概化建立入渗通道扩展演化数值模型,可以为工程地质条件相同黄土开挖边坡地区降雨作用下稳定破坏分析以及防治提供一种有效分析方法。

含节理黄土渗流数值模型研究

本文建立了在考虑黄土中有节理存在时,水分场数值计算的有限元方法。采用质量守恒的观点推导了质点元中饱和度的变化与流速的关系。进而利用达西定律得到以水头为变量的渗流基本方程。针对黄土垂直节理的渗流特点,确定了节理渗流基本方程中的参数。采用四边形等参元,利用Galerkin加权余量法建立考虑节理影响的黄土非饱和渗流的有限元形式。对局部水头边界条件下的黄土节理二维水分入渗问题进行了数值分析。结果表明,节理对黄土场地湿润峰的迁移有很大影响。

渗流作用下节理型黄土开挖边坡塌滑破坏分析

黄土节理在黄土地区普遍发育.通过野外现场地质调查。发现调查区域黄土开挖边坡垂直节理较多,不稳定的黄土边坡体被黄土垂直节理分割后,与其下部缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面在降雨作用下往往能形成塌滑破坏。建立了调查区域露天煤矿某黄土开挖边坡的概化三维数值分析模型,模拟分析了在3种降雨条件(20 mm/d,40 mm/d,100 mm/d)下降雨2 d后概化模型的孔隙水压力、位移、塑性区面积情况,提出此类黄土开挖边坡应注意黄土垂直节理与缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面的防治,为工程地质条件地区相同的黄土开挖边坡塌滑变形破坏分析以及防治提供了一种可行的分析方法。

节理型黄土开挖边坡塌滑破坏机理

黄土节理控制着黄土区地下水或者地表水的运输通道,黄土节理的发育致使黄土节理扩张为局部大的拉张裂隙,在拉张力作用下使得黄土高原地区塌滑灾害频繁发生。通过野外调查和分析,提出了黄土开挖边坡塌滑破坏可分为4个阶段:坡脚侵蚀剥落阶段、坡顶拉裂阶段、垂直裂隙扩展阶段、边坡整体塌滑破坏阶段。结合工程实例,通过概化的三维数值分析模型,使用岩土工程软件FLAC3D模拟分析了在3种降雨量条件(40 mm/d、80 mm/d、100 mm/d)下,降雨2 d后概化模型的塌滑破坏情况,这可为工程地质条件相同地区的黄土开挖边坡塌滑变形破坏的分析以及防治提供一种有效分析范例。

垂直节理影响的黄土隧道洞口段稳定性分析

通过模拟节理发育位置和数量的不同,在考虑隧道洞口段上覆土层厚度及洞周土体含水量变化的条件下,对黄土隧道洞口稳定性进行了计算分析。计算结果表明:在隧道洞口宽度范围之内,节理在拱顶中部时对拱顶沉降的影响较小,节理位置越偏离中部,拱顶沉降越大。节理位置位于隧道洞口段某侧时,节理发育一侧土体的相对剪应力水平和屈服区域面积均大于另一侧,说明节理对隧道洞口段有不利影响。当节理在洞顶两侧同时出现时,土体塑性区沿着节理面迅速发展,拱顶中部土体被节理充分切割,形成危险滑体。

黄土天然节理大型直剪试验研究

黄土节理的抗剪强度及变形规律对工程稳定性有重要影响,但目前对此的研究尚不充分.为此本次研究首先采集了黄土天然垂直节理土样,然后采用室内大型直剪试验方法,研究了黄土天然节理的剪切强度及变形性质,最后与小型直剪试验结果进行对比,得到了尺寸效应对黄土节理剪切强度的影响规律.结果发现,大型直剪试验得到黄土节理剪切峰值内摩擦角为47.37°,小型直剪试验值为35.17°;黄土节理直剪试验存在尺寸效应,试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献,尺寸越大,其剪切强度也越大;法向应力较小时,初始剪切刚度较大,应力-应变曲线存在峰值;法向应力较大时,初始剪切刚度较小,应力-应变曲线无峰值,剪切强度随应变增大而增大,最终趋于稳定.

节理倾角对黄土力学特性影响试验研究

黄土节理种类多样、角度多变,是影响黄土力学性质的重要因素。为研究节理对黄土力学性质影响,开展含预制节理黄土试样单轴与三轴压缩强度试验,分析了非贯通节理对试样剪切破坏模式影响,探讨了节理倾角对黄土强度与变形特性影响规律。结果表明:节理试样剪切破坏均为压剪破坏,破坏模式可分为节理面与破裂面贯通型和节理面与破裂面斜交型,压力作用下非贯通节理尖端翼裂纹和次生裂纹不断萌生,易劣化扩展形成剪切破裂面;节理存在弱化了试样抗变形能力,单轴压缩条件下试样应力-应变曲线均呈应变软化型,预制节理降低屈服阶段变形模量,减小试样剪切破坏位移,加速试样剪切破坏;节理存在显著降低黄土强度,峰值强度与残余强度均随节理倾角呈现先减小后增大变化趋势,但变化幅度随围压增大而降低,黏聚力随节理倾角变化最为敏感,节理倾角60°时试样强度指标最低;预制节理倾角与黄土试样剪切破裂角越接近,节理面越易劣化贯通为剪切破裂面,试样抗变形能力越差,强度性质劣化越显著,试样越容易剪切破坏。研究成果为揭示黄土节理界面劣化对黄土边坡促滑机制提供参考。

基于一种重塑性制样方法的节理黄土力学特性试验研究

黄土节理是控制黄土地基、边坡和地下工程破坏与稳定性的重要因素,探讨节理性黄土的破坏特性对于了解边坡后缘拉裂演化过程、滑动面的生成具有重要意义。针对原状节理性黄土室内试验试样制备困难的问题,考虑节理面低强度、弱胶结的特点,以一种接触面模拟材料为载体,结合重塑制样的方法,提出一种节理性黄土室内三轴试样的制样方法,通过重塑试样与原状试样的节理面抗拉强度对比分析,验证该方法的合理性和有效性。在此基础上,开展节理性黄土的无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验,讨论节理性黄土试样的强度与破坏规律。研究结果表明:节理的存在对试样强度和破坏的影响与节理倾角和围压大小有关,表现为低围压和45°倾角时的低强度效应;"沿节理面滑动破坏"与"破裂面与节理面呈X型共轭剪切破坏"是无侧限和三轴条件下的含单条贯通型节理性试样的两种典型破坏模式;非贯通型节理性试样的抗压破坏主要为"破裂面与节理面贯通型破坏"与"破裂面与节理面非贯通型破坏"两种类型。

洛川塬水土流失与黄土构造节理

通过对洛川地区黄土构造节理和沟壑水系的研究,发现黄土构造节理及其密集带作为黄土地层的软弱带,使得外营力侵蚀作用尤其是水力侵蚀作用显示了选择性,它们成为沟壑水系和水土流失的构造基础。

黄土节理渗透特性的试验研究

通过实验室加工的办法来模拟黄土中的垂直节理,以变水头渗透试验为手段,对有节理黄土进行渗透试验。对原状土和重塑土所进行的相关试验说明,达西定理在分析低水力梯度的节理渗流问题时是适用的。通过进一步研究其渗透系数随时间的变化关系,总结出了有节理黄土的渗流模型,并赋予了模型中参数的实际物理意义。以试验数据为例对模型参数的具体取值进行了分析。该模型能较好地反映有节理黄土渗流的特点。

成对节理对废弃黄土窑洞边坡稳定性的影响

节理在黄土地区普遍发育,一般成组成对出现,它的存在破坏了土体的整体性和连续性,形成的软弱面对黄土洞室和边坡的稳定性造成安全隐患。通过实地调查、数学统计等方法,对研究区节理分布特征和灾害类型进行系统研究,在此基础上将废弃黄土窑洞边坡变形破坏归纳为窑洞冒顶破坏和窑洞崩塌破坏2种模式。通过建立不同成对节理条件下的有限元模型,对废弃黄土窑洞边坡稳定性进行计算分析。结果表明:成对节理远离拱顶且间距越大时,稳定性越低,同时发育X节理时的稳定性比垂直节理时更低;成对节理对竖直位移的影响比对水平位移的影响大,而发育的X节理倾角越小时,窑洞更容易发生洞口局部崩塌及窑脸冒顶灾害;Mises等效应力在窑腿、立壁和拱顶不规则处更为集中,成对节理远离拱顶和间距增大时节理两侧的围岩应力差距越小,且当成对X节理倾角时变小时,最大等效应力值增大,节理附近更容易发生破坏。

原状黄土人工节理抗剪强度特性试验研究

应用直剪仪对原状黄土人工节理的抗剪强度进行试验研究,试验结果表明:原状黄土的节理形态特征对节理内聚力影响较大,而对节理内摩擦角影响较小;干密度对原状黄土节理内聚力的影响较大,而对内摩擦角的影响较小;黄土节理内摩擦角随含水量变化呈二次曲线规律变化,当大于界限含水量时,内摩擦角随含水量减小而增大;当小于界限含水量时,内摩擦角随含水量减小而减小;对于表面平整节理,内聚力随含水量变化而呈二次曲线规律变化,对于表面粗糙节理,内聚力随含水量变化呈指数规律变化。

黄土构造节理对洛川塬水系沟槽发育的影响

本文通过野外实测节理数据统计及室内地形图量测，分析了洛川塬黄土构造节理走向与塬区水系沟槽发育的关系，阐述了构造节理对洛河二，三级支流沟槽网络的控制作用以及沟脑小冲沟的发育机制。

黄土窑洞病害调查及分析

黄土窑洞是目前世界上建筑面积最大的地下工程群体,研究黄土窑洞病害问题不仅具有工程背景,也有重要的人文和生态意义。基于大量的现场调查研究,归纳出了黄土窑洞病害类型,并分析了影响黄土窑洞病害的因素。