间歇循环荷载作用下饱和砂土累积塑性变形及孔压特性研究

长期列车荷载作用会引起砂土地基和填料的强度衰减、累积沉降过大甚至沉陷等病害问题,严重者危及行车安全。揭示病害机制需探明间歇荷载作用下饱和砂土累积塑性变形及孔压特性。对此开展了不同围压、动力幅值下连续加载与间歇加载的动三轴试验,试验结果表明:(1)饱和砂土累积塑性变形-振次曲线呈现锯齿状发展。间歇效应导致卸荷回弹,并显著降低了后加载阶段砂土累积塑性变形,可使连续加载条件下的破坏型“转换”为稳定型。(2)对于塑性安定和塑性蠕变型,孔压-振次关系曲线呈台阶状,第1加载阶段的孔压随振次迅速累积增长,而间歇阶段排水,孔压消散接近或降至0,土体趋密实;在后续加载阶段,孔压累积幅值大幅降低。对于增量破坏型,孔压在第1加载阶段快速增大,试样破坏。(3)建立了表征间歇加载下砂土累积塑性应变两阶段发展特征的预测模型,预测效果良好。(4)间歇效应提高了砂土抵抗塑性变形的能力,连续加载会高估砂土累积塑性应变和低估其动强度。该研究结果对深刻认识间歇循环荷载下饱和砂土的累积变形特性和机制具有重要参考价值。

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明:细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小,并在细粒含量为30%时达到最小值,之后随着细粒含量的增加又逐渐增加,不同的是参数θ在细粒含量超过30%后,其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究,更进一步证明了临界含量的存在,试验所用的含细粒砂土,临界细粒含量在30%左右。

饱和砂的动孔压演化特性试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,对饱和砂进行不排水动三轴液化试验,研究了液化进程中动孔压的发展规律,并阐述了动孔压的演化机理.基于试验结果,提出适用于饱和砂的动孔压应变模型.该模型直接和动力分析中应变幅相联系,能够弥补应力模型的不足,并具有较好的适用性.等压固结条件下,动应力和固结压力对动孔压比与动应变比的关系影响较小,动孔压发展规律可近似用同一模型表示.不同动应力和固结压力作用下,饱和砂土动孔压的增长模式用Seed提出的孔压应力模型描述时,试验常数可取相同值.

孔压增长后的饱和砂土流体特性及其孔压相关性

设计并完成了可液化饱和南京细砂自由场地基振动台试验。利用不同埋深处量测的加速度反应时程,采用线性插值法通过换算得到模型地基土剪应力和剪应变。进一步基于流体力学方法,研究了饱和砂土在孔压增长过程中表观动力黏度的变化规律。试验结果表明,在正弦波荷载作用下,饱和砂土液化前的表观动力黏度随着剪应变和剪应变率的增大而减小,表现出典型的"剪切稀化"非牛顿流体特性;超孔压比在饱和砂土的表观动力黏度发展变化中起着显著作用,表观动力黏度随着超孔压比的增大而减小,并且利用幂函数可以很好的拟合表观动力黏度与超孔压比的关系曲线。此外,表观动力黏度与孔压比的关系似乎不依赖有效上覆压力,该结论有待进一步验证。

水泥-水玻璃双液注浆在饱和动水砂层隧道施工中的应用研究

针对隧道在饱和动水砂层中自稳能力差、施工难度大的现状,通过现场注浆试验对水泥-水玻璃注浆压力、TSS管注浆工艺等进行了研究。研究表明新奥法中应用水泥-水玻璃双液注浆方法加固饱和动水砂层隧道可以取得较好的效果。

饱和南京细砂动剪切模量特性的大型振动台试验研究

为了研究饱和砂土动剪切模量在振动孔隙水压力(简称孔压)升高和消散阶段的变化规律,开展了饱和南京细砂的大型振动台试验研究。基于试验数据,分析了加速度二次积分时合理选择带通滤波的低频和高频阀值的重要性,提出了由土层加速度时程确定土体动剪切模量的方法。分析孔压升高和消散阶段土体的动剪切模量比与循环周数、孔压比、剪应变幅值的关系,结果表明:与孔压升高阶段相比,孔压消散阶段的动剪切模量比明显要低,将孔压升高与消散阶段的土体动剪切模量视为相同是不合适的;大型振动台试验给出的饱和南京细砂动剪切模量比随剪应变幅值增大而衰减的速度大于室内循环三轴试验给出的结果。

饱和砂土振动注浆的有限元模拟

在有限单元法基础上,考虑大位移大应变情形,采用套叠屈服面模型对饱和砂土振动注浆进行了数值模拟和分析。当振动荷载分别作用在孔底或孔壁上时,同一振动力随振动时间增长,残余孔压和峰值孔压均有所增加。振动力越大,历经同一振动时间的残余孔压和峰值孔压越大。当振动荷载作用持续一段时间,然后再施加注浆压力,发现孔壁中间节点径向位移达到最大值,向两端位移逐渐减小。

尾矿砂液化特性试验研究

尾矿料多为无粘性细粒土,在地震荷载作用下极易发生液化。本文通过对辽宁某铜矿的尾粉砂进行室内动三轴试验,研究了尾粉砂在动力荷载作用下的变形强度特性。研究表明,尾粉砂动应变的发展主要可分为小应变和大应变两个阶段,对于本文所采用的尾粉砂,大、小应变的分界点在1%左右。通过不同饱和度尾粉砂的对比试验,研究了围压和饱和度对尾粉砂动强度的影响,即围压越大、饱和度越低,尾粉砂动强度越高。并进一步通过对不同围压下液化试验结果的归一化分析,提出了一种更加符合实际的孔压应力模型,该模型能很好地反映试验过程中的孔压增长模式。

饱和含细砾砂动孔隙水压力特性三轴试验研究

利用TAJ—20振动三轴仪对饱和含细砾砂进行振动三轴试验,研究了几种不同因素下砾砂的孔压发展规律;并采用双曲线孔压模型进行了拟合。试验结果表明:随着振动周次和动应力幅值的增加,动孔隙水压力逐渐增加,而动孔压随固结应力比的增大逐渐减小。等压固结含细砾砂孔压均能达到围压,而偏压固结孔压是否达到围压主要取决于动应力幅值能否大于主应力差,即动应力是否足够大;但当固结应力比太大,孔隙水压力不能达到围压。饱和含细砾砂动孔压比增长随相对密度的增大而减缓,当达到相同的动孔压比,相对密度越大,振动破坏所需的振动周次也就越多,土体就越不容易破坏。振动频率越快,动孔压比上升越快,即孔隙水压力上升速度越快。当达到相同的孔隙水压力时,振动频率越快,振动破坏所需的时间就越少。饱和含细砾砂动孔压发展可用双曲线模型很好的拟合,可为工程实践和试验资料的积累提供依据。

饱和砂土地基三维地震响应分析

对饱和砂土地基进行了完全耦合的三维排水有效应力动力分析。探讨了不同输入地震加速度、不同土性参数和不同土层构成等因素对饱和砂土地基抗液化性能的影响。结果表明:在地震荷载作用下,天然饱和砂土地基的水平振动加速度沿深度方向自下而上被放大;在地震中,地基中超孔压比的分布规律基本是上下部较小,中部较大;土性参数对地基本身的抗液化性能有重要影响,初始孔隙比越小,相对密度越大,土体的抗液化能力越强;随输入地震加速度的减弱,由粘土和砂土构成的地基,在不同深度处的超孔压比基本保持不变,没有出现明显的超孔压消散现象。

饱和动态含水砂层浅埋隧道施工中的注浆技术

文章主要介绍了在饱和动态含水砂层特殊地质条件下的浅埋暗挖隧道及地下工程施工中采取的注浆技术,其中包括注浆材料、注浆机械配套、注浆工艺以及注浆后的开挖支护等综合配套技术。

饱和动态含水砂层浅埋隧道施工配套技术研究

主要研究了在饱和动态含水砂层特殊地质条件下的隧道及地下工程施工中采取注浆技术 ,浅埋暗挖法有关注浆材料、注浆机械配套、注浆工艺、以及注浆后的开挖支护等综合配套技术。

中等强度砂岩饱水力学参数变化试验及动态出砂规律

为了研究含水条件变化对砂岩储层出砂的定量影响规律,对国外某油田N储层中等强度砂岩27块岩心进行不同饱水时间和饱水度条件下的三轴强度破坏试验,测试不同围压三轴破坏强度、弹性模量、泊松比以及内聚力、内摩擦角随饱水时间和饱水度的变化。试验揭示中等强度砂岩力学参数随饱水度的变化规律。根据试验数据,利用极限稳定强度指数模型拟合岩心力学强度参数随饱水时间和饱水度的变化经验关系式,用于该储层的动态出砂临界条件预测。结果表明:在饱水时间为0~50 d内,不同围压下的三轴破坏强度、弹性模量随着饱水时间明显下降,饱水50 d时围压40 MPa下的破坏强度和弹性模量均下降约30%;随着饱水度从0增加到100%,岩心三轴破坏强度、内聚力和弹性模量先降低较快,然后趋于稳定,最终无量纲强度比约为72%;该储层含水饱和度上升至0.85时,储层出砂临界压差下降25%~30%,而地层压力下降30%情况下,出砂临界压差降低10%~11%;未来含水上升和地层压力下降是导致该储层出砂的主要诱发条件。

长江中游动床阻力计算及其近期变化特点研究

冲积河流的动床阻力复杂多变。分析长江动床阻力变化特点对研究长江中游洪水演进及河床冲淤变形过程具有重要意义。利用长江中游枝城、螺山、监利、沙市及汉口等5个水文站的7019组实测流量资料和二次曲线拟合的水面纵比降数据,计算了各流量级下的糙率系数,定量分析了2001~2017年长江中游河段动床阻力的变化特点。结果表明:①三峡工程运行后,荆江河段典型断面各流量级下的动床阻力均明显增大,城汉河段典型断面各流量级下的糙率在2013年前变化较小,2013年后明显增大,枝城站和汉口站2017年各流量级下的糙率与2001年相比分别增大约60%和20%,阻力增大的主要原因是床沙粗化和水流强度减小;②各流量级下的阻力整体上均沿程减小,即枝城河段>沙市河段>监利河段、螺山河段>汉口河段;③荆江及城汉河段洪、中、枯流量对应的阻力均呈增大趋势,与2001~2002年相比,2017年各水文站洪水流量对应的糙率均增大了20%以上,除枝城站外,其余各水文站枯水流量对应糙率的变化幅度均小于10%。

砂泥岩薄互层饱和度及油气评价

长垣西部葡萄花油层主要为低渗砂岩储层,在低孔低渗砂岩储层中受泥层的影响,使薄砂层的电阻率偏低。为了得到砂岩的实际电阻率,就要考虑薄互层的影响,进行校正。通过对薄互层电阻率影响因素分析并运用双侧向数值模拟反演进行电阻率校正,对目的区域的岩样进行岩心实验,根据对实验以及测井资料的分析,并结合岩性、孔隙结构多种因素影响的作用,建立了变岩电参数阿尔奇饱和度模型,此外,运用束缚水饱和度对含水饱和度进行计算,由此来检验结果的准确性。结果表明:通过对目的层段深电阻率曲线校正后,电阻率有所增大,所估算的含油饱和度也变大,说明电阻率通过校正后,能改善含水饱和度估算精度性,与试油结论一致。

海洋环境下玄武岩纤维加筋砂土抗液化性能的试验研究

历史资料表明,海域砂土液化引起的场地失效是造成震害的重要原因之一。本文围绕海洋腐蚀环境下的砂土抗液化性能的提升需求,通过室内试验探讨了玄武岩纤维加筋砂土在海洋环境下的抗液化特征:研究了纤维含量对波浪荷载作用下饱和砂土抗液化强度、超静孔隙水压力,以及应力—应变发展特征的影响。试验结果表明:纤维的掺入能够有效提高砂土在海洋环境下的抗液化强度,但存在纤维含量的阈值,纤维加筋增强法不会改变砂土的液化模式,在波浪低频荷载作用下,砂土呈现出了明显的剪胀特征,纤维含量对临界状态应力比具有显著影响,对相转换状态应力比影响较小,研究成果为海洋工程中纤维加筋土的推广应用提供了有价值的参考。

三峡入库卵石推移质输沙特性近期变化及影响分析

为了深入分析三峡入库水沙条件,通过对三峡入库控制站朱沱、寸滩站近50年来实测卵石推移质资料的搜集、整理,分析了两站卵石推移质变化过程、变化特点和主要影响因素。结果表明:近50年来两站径流量没有明显的趋势性变化,但近期卵石输移量呈明显阶段性减少趋势,其中朱沱站1992—2009、2010—2015年的卵石输移量比1975—1991年分别减少了46.9%、79.8%;寸滩站1982—2001、2002—2015年的卵石输移量比1966—1981年分别减少了40.6%、85.7%;推移质输移量年内分配与悬移质泥沙基本接近,主要集中在每年汛期7—9月,占全年的80%以上,近期无明显变化。两站推移质输移率与流量关系的指数差异较大,但同一站在不同时期的指数相同。随着时间推移,不同流量的推移质输移率均呈减少趋势,河道卵石开采、水利工程拦沙是近期卵石输移量减少的主要原因,此外河床粗化、上游大型水库群汛期拦洪削峰也有一定影响。受入库卵石输移量大幅减少的影响,三峡工程自175 m试验性蓄水以来,处于变动回水区的重庆主城区河段未出现大量淤积情况,反而出现微冲态势。研究成果为进一步了解高强度人类活动背景下三峡入库推移质输移量变化提供了一定依据。

静力固结及动力固结有效应力法在FEPG中的实现

针对有效应力法应用于饱和土体动力反应分析时扩展性不强的缺陷,从D’Alembert-Lagrange原理出发,结合有效应力原理和渗流连续性条件,给出饱和砂土的动力固结耦合方程及相应增量方程的弱解形式。根据有限元语言的语法规则,分别编写静力固结问题和动力固结问题的脚本文件,由有限元程序自动生成系统(FEPG)生成FORTRAN源程序,且对等效刚度阵进行了对角线归一化处理,并编写了相应子程序。算例分析表明,所开发的程序正确、可靠。

高含水饱和度层对加拿大Kinosis油砂区双水平井SAGD开发的影响

为明确高含水饱和度层对双水平井SAGD开发效果的影响,以加拿大Kinosis油砂区块为研究对象,综合利用动态分析和数值模拟技术开展研究。通过注采井实际生产动态参数变化,结合温度监测结果,明确高含水饱和度层存在时SAGD开发的动态特征响应。在建立油砂区典型注采井机理模型的基础上,着重研究高含水饱和度厚度、距注入井距离以及含水饱和度对SAGD开发指标的影响效果及规律。结果表明,高含水饱和度层的存在增大了注入蒸汽的消耗,热量沿高含水饱和度层向油砂层两侧加速扩展;生产指标在蒸汽腔碰遇并穿越高含水饱和度层过程中表现出明显变化,如日产油量"递减漏斗"的出现,瞬时水汽比大于1等;厚度大于2 m的高含水饱和度层将对SAGD开发效果产生较大影响,需尽量避免在高含水饱和度层厚度大于6 m的区域布井,并尽量使注入井远离高含水饱和度层。

广州地铁杨体区间含水砂层设计

介绍了在浅埋饱和含水砂层中采用暗挖法的设计。