变坡面浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算方法

为研究在考虑黏聚力和内摩擦角作用下对变坡面浅埋偏压小净距隧道围岩压力的影响,本文利用极限平衡法来求解变坡面浅埋偏压小净距隧道深、浅埋侧侧压力系数、围岩拱顶垂直压力和围岩两侧水平压力,推导出考虑黏聚力和内摩擦角的围岩压力计算方法,通过简单算例与已有规范公式和既有文献进行对比,验证本文公式的合理性,并探讨了深埋侧隧道水平侧压力系数影响因素。结果表明:水平侧压力系数随坡角的增加而逐渐增大,随夹角的增加而呈现不同的变化趋势,随黏聚力和内摩擦角的增加而逐渐减小,随埋深的增加而逐渐增加。在考虑黏聚力和内摩擦角的作用下,本文公式有利于考虑降雨等环境因素引起的岩土体力学参数的变化带来的对围岩不利影响,可为类似变坡面浅埋偏压小净距隧道结构设计和支护参数优化提供理论依据。

考虑土拱效应的超大断面隧道上覆土影响因素分析

超大断面隧道上覆荷载是隧道支护结构设计的关键参数。依托某超大断面隧道工程,建立数值模型分析不同覆土厚度与洞径之比下土层黏聚力、内摩擦角和剪胀角对隧道上覆土竖向应力的影响。结果表明:随着覆土厚度与洞径之比增加,土拱效应逐渐显现;各地层参数对隧道上覆土竖向应力的影响程度由大到小依次为内摩擦角、黏聚力、剪胀角。

Earth pressure coefficient at rest during secondary compression

In order to obtain the earth pressure coefficient at rest (K0) at higher consolidation pressures during secondary compression, a series of K0 tests for saturated reconstituted clay were conducted. The results indicate that the measured K0 in secondary compression can be described by equations related to internal friction angle, secondary compression coefficient, compression index, recompression index, and sediment time. Effects of consolidation pressures and sediment time on K0 during secondary compression can be attributed to cementation (part of cohesion) increase and internal friction angle decrease. Cementation increase leads to nonlinear variation for K0 and internal friction angle decrease results in increase of K0. K0 computed by equations associated with internal friction angle is overestimated at apparent lower consolidation pressures with different sediment time, which agrees with the measured values well at apparent higher consolidation pressures.

Numerical Study of the Interaction between a Reinforced Concrete Pile and Soil

This paper proposes a numerical simulation of the mechanical behavior of a reinforced concrete pile foundation under an axial load. In fact, the foundation of a structure represents the essential structural part of it, because it ensures its bearing capacity. Among the types of foundation, deep foundation is the one for which from a mechanical point of view, the justification takes into account the isolated or combined effects of base resistance offered by the soil bed and lateral friction at the soil-pile interface;the latter being the consequence of a large contact surface with the surrounding soil;hence the need to study the interaction between the soil and the pile in service, in order to highlight the characteristics of soil which influence the mechanical behavior of pile and therefore the stability of the structure. In this study, the reinforced concrete pile is supposed to be elastic, and characterized by a young’s modulus (E) and a Poisson’s ratio (ν). The soil obeys to a Camclay model characterized by a cohesion (c), an initial voids ratio (e0), shearing resistance angle (φ) and a pre-consolidation pressure (P0). A joint model with a Mohr Coulomb behavior characterizes the soil-pile interface. The loading is carrying out by imposing a vertical monotonic displacement at the head of pile. The results in terms of stress and displacement show that the bearing capacity of the pile is influenced by various soils characteristics, it appears that the vertical stress and the force mobilized at rupture increase when the initial pre_consolidation pressure, the cohesion and the internal friction angle of soil increase;and when the initial soil voids index decreases.

超高性能混凝土基于抗剪切强度参数的Mohr-Coulomb破坏准则

通过对4种钢纤维体积含量(0%、1%、2%和3%)的超高性能混凝土在5档围压(0、10、20、40和60 MPa)下进行常规三轴压缩试验,基于直线型摩尔强度包络线及试验数据推导出每种钢纤维含量超高性能混凝土在不同围压下内摩擦角φ和黏聚力c,由c值和φ值计算确定Mohr-Coulomb破坏准则中的参数,得到不同围压不同钢纤维含量下的MohrCoulomb破坏准则,经检验这种随围压与钢纤维含量不同而变参数值的Mohr-Coulomb破坏准则能较好的描述超高性能混凝土三轴抗压强度的发展规律。

竖向压力条件对黄土抗剪强度的影响规律

明确黄土物理力学性质是分析黄土地质体稳定性的重要依据。以延安新区原状与重塑黄土为研究对象,采用改进的室内直剪试验方法对原状与重塑黄土高、低压力条件下的抗剪强度进行测试,研究不同湿度、密度和高、低压力条件下原状与重塑黄土抗剪强度及抗剪强度指标的变化规律。研究结果表明:低压力、低含水率条件下黄土试样剪应力-剪切位移关系曲线具有明显的“单峰”特征,高压力条件下黄土试样剪应力-剪切位移关系曲线呈持续增长趋势,无明显峰值特征;原状黄土强度指标明显大于重塑黄土,且湿度和密度变化对黏聚力的影响程度较内摩擦角更显著;高、低压力段下的黄土抗剪强度指标存在显著差异,建议在对黄土边坡浅层稳定性分析时按照包含低压力条件下的直剪试验获取抗剪强度指标值。

旱区陡坡黄土的低压力抗剪强度特性试验研究

黄土强度指标的准确确定是地质体稳定性分析的基础依据。以延安地区某边坡上更新统黄土为研究对象,利用改进的直剪仪,开展不同初始含水率、密度、干湿循环条件下原状与重塑黄土的低压力抗剪强度试验,研究原状与重塑黄土的低压力抗剪强度及抗剪强度指标随初始含水率、密度及干湿循环次数的变化规律,建立黄土的低压力抗剪强度指标与初始含水率、密度及干湿循环次数之间的函数关系。结果表明,黄土的低压力抗剪强度与初始含水率的关系可采用指数函数描述,与土体密度和干湿循环次数的变化关系可采用线性函数描述;原状与重塑黄土的黏聚力、内摩擦角与初始含水率之间呈负相关,且原状黄土抗剪强度指标高于重塑黄土;黄土的抗剪强度指标随土体密度增加而显著提高,随干湿循环次数增加呈明显减小趋势。

软弱岩石峰后应变软化力学特性研究

软弱岩石给采矿工程中巷道支护和维护带来一系列棘手的问题,深入研究软弱岩石受力变形、破坏的机制和规律,对于保证巷道围岩的安全和稳定具有十分重要的意义。通过对软弱泥岩进行常规三轴压缩试验,得到不同围压下的全应力–应变关系曲线,然后依据峰后岩石任意一点应力状态均满足Mohr-Coulomb极限破坏条件的假设,建立以广义黏聚力■和广义内摩擦角■两个状态参数来表征的软弱岩石后继屈服面模型。在此基础上,利用试验数据绘制岩石峰后不同软化状态时的几组莫尔应力圆,通过"切线法"得出莫尔强度包络线的拟合方程,进而确定出不同围压条件下的■和■值,并借助Matlab软件对广义黏聚力■、广义内摩擦角■与等效塑性剪切应变、围压之间的关系进行最小二乘曲面拟合,得出软弱岩石峰后力学参数的软化规律,结果表明:随着围压的增加,广义黏聚力c值呈快速增加的趋势,而广义内摩擦角■值则显著减小;广义黏聚力■受岩石软化程度的影响也十分明显,从岩石峰值状态到残余状态■值迅速降低,平均降低53.88%,而广义内摩擦角■值在该软化过程中则基本保持稳定。最后,将得到的广义黏聚力■和广义内摩擦角■的拟合方程嵌入到FLAC内置应变软化本构关系中,并利用FLAC3D软件对模型的正确性进行数值模拟验证,结果表明数值模拟曲线与试验曲线比较吻合。

改进的主动土压力计算方法

墙背土压力分布与挡土墙的位移大小和转动模式密切相关。针对绕墙底向外转动的刚性挡土墙,基于土压力形成机制的分析及已有的研究成果,建立挡土墙位移与墙背土体内摩擦角发挥值之间的关系式,反映了墙背土体内摩擦角随着挡土墙位移的增加而渐进发挥的过程。在此基础上,提出一种改进的考虑位移影响的主动土压力计算方法。计算结果表明,随着挡土墙位移的增大,墙背土压力由静止土压力逐步减小。当挡土墙位移达到临界值后,相应的墙背土压力均收敛于库仑主动土压力。墙底背面土压力也是随着挡土墙位移的增长而逐步收敛于库仑主动土压力。与模型试验结果对比表明,理论计算值与试验实测值基本吻合。

不同围压下灰岩力学特性及破坏力学模型研究

为研究围压对灰岩力学特性及破坏力学模型的影响,采用MTS815对完整灰岩岩样进行三轴压缩试验。基于岩样宏观破坏形式,建立张拉剪切破坏模型,构建峰值强度与围压关系表达式;讨论张拉剪切模型与纯剪切模型对岩石剪切强度参数(黏聚力与内摩擦角)的影响。结果表明:岩样弹性模量、抗压强度及残余强度均随围压升高而增大,且残余强度与围压呈非线性相关;当岩样最终破坏时,环向应变与轴向应变比值随围压升高呈负指数降低;一定围压范围内,岩石抗压强度受剪切强度参数和抗拉强度影响;张拉剪切模型确定岩石剪切强度参数值随破裂角增大而增大,与纯剪切模型相比,数值均较小。因此低围压时,考虑岩石破坏模型具有一定的实际意义。

任意位移模式刚性挡土墙土压力研究

改进了水平层分析法,用于计算任意位移模式的土压力分布。对不同位移模式下水平微分单元进行受力分析,认为位移模式只影响了层间等效内摩擦角。根据前人提出的内摩擦角逐渐发挥的概念,将层间等效内摩擦角与挡土墙位移模式联系起来,并应用到水平层分析法中,实现了能够定量反映位移模式的土压力计算方法。分析表明:随位移模式变化,土压力合力大小始终保持不变且与库仑理论计算结果相一致,土压力分布和合力作用点则变化显著。试验数据验证了方法的合理性和可靠性。研究成果可供刚性挡土墙土压力计算参考。

粗粒土静止侧压力系数试验

对某土石坝地基覆盖层2种级配的砂卵砾石料进行大型单向压缩试验,试验中,土压力盒基于标定方法提供的参数得到试样内的水平应力和垂直应力,进而计算其静止侧压力系数K_0。研究水标法和砂标法对粗粒土的适用程度,探讨K_0试验结果的可靠性;分别对2种级配土料进行中三轴CD试验,测定土料的有效内摩擦角,然后依据相关经验公式计算K_0,验证经验公式的有效性。结果表明:砂标法对于粗粒土来说是一种较可靠的标定方法;在竖向应力足够大时,K_0试验误差可以忽略不计,所测定的K_0接近实际值;Federico基于Terzaghi的已激发有效摩擦角概念而推导出的有效内摩擦角与静止侧压力系数之间的关系式较适合粗粒土。

宁南地区红黏土的强度特性研究

文章通过试验研究了宁南地区红黏土物理力学性质及胀缩性,结果表明,该红黏土的液、塑限较低,具有一定的胀缩性;分析了含水率w与黏聚力c、内摩擦角φ、基质吸力S、膨胀力P的关系,发现S、P与w之间呈良好的指数函数关系,c与w呈幂函数关系,φ与w呈线性关系;通过拟合得到适用于宁南地区红黏土的非饱和强度公式,该公式通过膨胀力来表示由吸力引起的强度部分,避开了量测基质吸力的麻烦,以一种相对简单有效的方式来确定非饱和红黏土的抗剪强度。

稻谷内摩擦角的测定与实验研究

主要对稻谷的内摩擦角进行了测定与实验研究。测定了稻谷的内摩擦角,并探讨了影响内摩擦角的因素。实验结果表明:剪切速度最佳为5.20 mm/min,稻谷的内摩擦角随着法向压力的增大而减小,低速剪切速度变化对内摩擦角的影响不明显,水分变化对其影响也不明显。根据实验结果,拟合出内摩擦角与法向压力的关系方程。

低围压水平下砂的排水行为(英文)

采用干样沉降法制备样品 ,选用静三轴仪对松砂和密砂样在 10 k Pa至 10 0 k Pa的低围压下的排水行为进行了实验研究 ,并对实验结果作了橡皮膜校正 ,在围压为 10 k Pa的密砂实验中 ,轴向应力的校正值可达到 12 %。实验研究表明低围压下松砂的剪胀性非常明显 ,且存在剪应力极值 ;围压越低 ,松砂和密砂的剪应力极值越小 ,达到最大剪应力所对应的剪应变越小。同时还表明低围压范围内相对密度不同 ,砂的应力应变特性不同 ;此外 ,低围压下砂的内摩擦角高于高围压下的值 。

非裂缝型砂岩储层缝网压裂技术

为了保证致密砂岩储层的压裂成功率和改造效果,研究了缝网形成机理和主控因素.通过压裂裂缝扩展分析,确定缝网形成的条件是产生应力释放缝,与主裂缝的夹角为75°.通过分析应力释放缝的岩石力学性质、净压力、最小主应力及应力差等力学影响因素,以及致密储层缝网形成机理,明确了影响缝网形成的主要控制因素,建立了工艺选井选层方法,并以实现缝网压裂为目标进行缝网压裂工艺优化.通过现场试验,建立了一套适合大庆致密油气储层的缝网压裂技术,明显提高了该类储层压后产能。

高瓦斯煤层冲击地压发生条件与影响因素

针对高瓦斯煤层冲击地压问题,用解析方法得到冲击地压发生条件,分析了主要影响因素对满足冲击地压发生条件的临界塑性区半径和临界应力的影响规律.结合五龙矿开采实际情况对影响高瓦斯煤层冲击地压的煤的模量比、煤层瓦斯孔隙压力、支护应力和内摩擦角4个因素做了对比分析.研究发现:高瓦斯煤层在巷道掘进面附近由于存在开挖面空间效应,掘进面前方尚未开挖的煤体对巷道变形起到了限制作用,减少了冲击地压的发生,随着掘进面向前推进,后方一定距离范围内的巷道支护应力增大.随着瓦斯解吸渗流的进行,巷道壁处孔隙压力降低,巷道冲击地压危险性明显提高,此时提高支护应力,冲击危险性有所降低.高瓦斯煤层巷道发生冲击地压的临界塑性区半径和临界应力随模量比、瓦斯孔隙压力的增大而快速减小,随支护应力的增大而增大,临界塑性区半径随内摩擦角的增大而增大,临界应力与内摩擦角不是单调函数关系,存在一个极小值点,当内摩擦角小于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而减小;当内摩擦角大于此极小值时,临界应力随内摩擦角增大而增大.

基于蒙特卡洛模拟的极限注水压力不确定性分析

海上油田注水过程中,为防止由于注水压力不合理而导致盖层完整性被破坏,需要对极限注水压力的不确定性及敏感因素对其的影响规律进行分析。以PL19-3油田某注水井为研究对象,利用FLAC3D软件建立了储盖层模型,模拟计算了盖层开始发生破坏时的注水压力即极限注水压力,分析了渗透率、内聚力和内摩擦角等参数对极限注水压力的影响,并采用蒙特卡洛模拟方法分析了极限注水压力的不确定性。结果表明:当注水压力达到极限注水压力时,盖层开始发生破坏;随着渗透率增大,极限注水压力呈现出先增大后减小再缓慢增大的趋势;随着内聚力和内摩擦角的增大,极限注水压力分别呈现线性增大和二次函数增大的趋势。确定性极限注水压力只是不确定性分析结果的一部分,而通过不确定性分析可以得到盖层发生破坏可能性较大的极限注水压力区间,能够对极限注水压力进行全面评估,可以为现场注水安全管理提供理论指导。

粗粒土静止侧压力系数估算方法研究

静止侧压力系数K0是土体基本的力学参数,进行粗颗粒土K0系数的研究对土石坝及填方工程有重要的理论意义和应用价值。目前,适用于粗粒土K0试验仪器及方法较少,因此准确可靠的K0估算公式在实际土石坝工程中具有较强的应用性。为得到可靠的粗粒土K0估算公式,利用大型K0测试仪以及大型三轴仪,对某砂卵砾石料和堆石料同时进行了系列K0试验以及CD三轴试验。基于各土料K0试验结果,验证了笔者之前提出的粗粒土K0与竖向应力的关系式。在此式基础上,结合三轴试验结果,总结了一个根据有效内摩擦角φ′预测任意固结状态以及应力状态下粗粒土K0值的估算公式。最后,利用K0试验结果验证了本文估算公式的准确性及适用性。

粘性土路基劈裂注浆压力预估计算方法研究

通过分析现有非饱和土劈裂注浆压力计算模型,得出其主要计算参数为土的粘聚力、内摩擦角及回弹模量,根据室内抗剪强度直剪试验,获得了粘性土粘聚力与含水率的半对数关系、内摩擦角与含水率的线性关系。根据全国9个地区的粘性土现场承载板试验,得到了基于压实度、稠度的粘性土回弹模量综合计算式,进而提出基于含水率、压实度的粘性土路基劈裂注浆压力预估计算方法。通过邵怀高速公路注浆工程实例的现场实测值与理论计算值进行对比,验证了预估计算方法。