海陆交互相软土固结抗剪强度指标变化规律研究

以珠三角地区海陆交互相淤泥质软土为研究对象,通过室内直剪试验探究不同固结压力和固结度下抗剪强度及抗剪强度指标的变化规律,提出抗剪强度及对应指标-固结度-固结压力三维Logistic数学模型。研究结果表明,当固结压力P≥200 kPa、固结度U≥40%时,软土黏聚力(c)和内摩擦角(φ)增长较为明显;当U=100%时,各级固结压力作用下的软土抗剪强度(τ)相较于初始状态分别提高了7.89、12.73、13.50、18.20、22.38 kPa;所给出的三维数学模型可直接计算出某一固结压力和固结度下的抗剪强度指标c、φ、τ。研究成果能够更为准确地评价该地区软土地基逐级加载过程中的整体稳定性。

基于扭转剪切试验的沥青混合料抗剪强度分析

沥青路面的高温抗变形能力与沥青混合料的抗剪强度密切相关.根据路面荷载作用下沥青混合料中矿料颗粒的受力特点及转动状态,自主研发了扭转剪切试验装置.针对不同级配沥青混合料,在不同条件下进行扭转剪切试验;分析了骨架稳定性、沥青用量和温度对扭转剪切特性的影响,建立了考虑骨架稳定性指数、沥青用量和温度的抗剪强度预估模型.结果表明:最大扭转剪切力可以用于评价沥青混合料的抗剪强度;最大扭转剪切力随温度升高呈指数形式减小,随沥青用量增加呈二次函数关系变化,随骨架稳定性指数增大呈幂函数关系增大.构建的抗剪强度预估模型能够较为准确地表征各因素耦合作用下沥青混合料的抗剪强度,可以为沥青混合料优化设计及路面养护决策提供参考.

钢筋混凝土网格剪力墙双参数地震损伤模型及损伤分析

为了研究钢筋混凝土网格剪力墙在地震作用下的损伤演化规律,对已有钢筋混凝土构件双参数地震损伤模型进行修正,提出了适用于网格剪力墙的地震损伤模型;利用灰色关联方法,对网格剪力墙试验信息进行分析,确定关键设计参数,给出损伤模型中的组合系数计算公式。研究了剪跨比、轴压比、竖肢宽度和横肢高度等参数对网格墙损伤的影响,得到网格剪力墙主要影响参数与损伤演化的关系。基于所提出的损伤模型,计算了网格剪力墙的损伤指数,根据网格剪力墙构件破坏程度将其划分为基本完好、轻微破坏、中度破坏、严重破坏和倒塌失效5个损伤等级,标定了不同损伤等级的损伤指数区间。

重力波在四川盆地东北部一次夜间山地暴雨中的作用初探

利用GPM卫星降水、FY-4A卫星云图和ERA5再分析资料,对2018年7月10—11日发生在四川盆地东北部山地的一次夜间暴雨过程中的重力波作用进行初步探究。结果表明:(1)云水含量的振荡形式及位温场的波状变化在一定程度上反映了波动对中尺度天气系统的影响。(2)风垂直切变指数、热力螺旋度与水汽螺旋度变化的波动趋势存在于波动发生发展期间,一定程度上呈现出重力波特征。(3)风垂直切变指数大值区、热力螺旋度和水汽螺旋度极值中心皆与降水量大值区有良好对应关系。(4)地形扰动、切变不稳定、非地转平衡协同作用下可能形成重力波,并对此次暴雨产生增强作用。理查逊数小值区、非线性平衡方程的非零值区分别对雨带位置、移动方向具有指示作用。理查逊数的诊断表明,垂直切变不稳定在中尺度波动被激发之前形成;而垂直切变不稳定随波动增强而减弱,表明波动部分能量来自不稳定气流。

内陆复杂风电场风速垂直外推模型研究

陆上风能资源评估中风电机组的轮毂高度大于测风塔高度,忽略大气稳定度影响与地表粗糙度变化,风切变指数受地面地形和地貌因素的影响,且在外推到轮毂高度处时,风速难以精确预测。综合考虑了Monin Obukhov相似理论与动力学粗糙度最小二乘法计算模型,建立一种基于大气热稳定性在中性条件下的拟合方法。首先,评估了风切变指数在不同地点的空间分布和与大气稳定度变化之间的相关影响;其次,以2个不同地貌下陆上风电场的实测数据为基础,与常用的综合切变外推轮毂高度风速的计算方案相比较,结果表明:风切变指数日变化与大气稳定性日变化存在一定的相关性,新型外推风速模型计算方法能更加准确地评估目标高度风速的垂直分布变化。

矿山岩质边坡地层结构及岩体抗剪强度参数随钻智能识别方法

地层类别及岩体抗剪强度参数的准确识别对岩质边坡的稳定性评估至关重要。基于无量纲的可钻性指标建立了岩体抗剪强度参数随钻识别模型,使得随钻测试结果能够不经标定或换算,即可直接识别岩体抗剪强度参数。结合无监督学习和自主设计的决策模块,对深度序列随钻数据进行智能识别和自动平滑处理,实现对地层结构的智能感知,并定量描述各岩层的随钻参数及抗剪强度参数。采用自主研发的高精度现场随钻测试设备对云南鹤庆北衙露天矿灰岩体区和F6-1断层交界区域的爆破钻孔过程进行监测,并以两个典型钻孔的全过程监测结果为例,展示随钻智能识别方法的应用。总体而言,ZK1钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为90.85%,ZK2钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为84.47%,钻孔成像验证表明该方法识别的地层能更准确地反映边坡实际地层情况。值得注意的是,该方法能够在大尺度与地质剖面结果一致的前提下,精准地识别出地质剖面未曾表现的关键层位。这一特性为破碎软弱岩层及其强度参数的识别,以及地质模型的精准构建提供了有力保障。该方法在岩土工程领域具有广泛的应用前景,为岩层性质和抗剪强度参数的实时智能识别及地质模型的精准构建提供了可靠的解决方案。

四川盆地涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩古构造应力场及裂缝特征

通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区裂缝主要形成期(燕山晚期)构造应力和裂缝的分布受断层、岩石力学性质和构造应力的影响,断层广泛发育的区域容易出现应力集中,并引起较大的应力梯度。②利用库伦-莫尔破裂准则预测了研究区构造裂缝的发育,同时引入剪切破裂指数R定量表征裂缝发育的强度,其值越大反映裂缝发育程度越高。窄陡断背斜和断层附近裂缝发育,以高角度剪切裂缝为主,而在宽缓向斜部位裂缝发育程度最弱,研究区五峰组—龙马溪组底部硅质页岩应力集中,裂缝最发育。③涪陵南地区海相页岩气保存有利区主要为3个区带:远离大断层的凤来向斜内部,主要构造变形期未遭受大的破坏作用,其位于应力低值区,具有良好的保存条件,为Ⅰ类有利区;白马向斜内部小断层发育,应力值位于中等水平,保存条件中等,为Ⅱ类较有利区;石门—金坪断背斜遭受到强烈改造作用,容易产生大规模剪切裂缝,破坏了保存条件,为Ⅲ类不利区。

纤维和细粒含量对秸秆纤维土抗冻融性能的影响

为了增强秸秆纤维土的抗冻融性能,分别将长9 mm的玉米秸秆和芦苇秸秆纤维掺入到淤泥质土中,经历不同冻融循环次数后进行无侧限抗压强度试验和直剪试验,同时开展细粒含量对纤维土强度影响的常规试验和冻融试验,通过电镜扫描深入分析其内部变化。试验结果表明:冻融对土体强度和黏聚力影响显著,对内摩擦角影响较小。随着冻融循环次数增加,土体受到冻胀效应的影响,土颗粒重新排列,土体结构受到破坏,产生裂缝,导致强度和黏聚力降低,经历5次冻融循环后,土体结构达到稳定,强度和黏聚力也趋于稳定。适量的纤维可以明显提高土体抗冻性,冻融后对比两种纤维土的力学性能,玉米秸秆纤维土强度更高,芦苇秸秆纤维土韧性更好。除此之外,细粒含量对土体冻胀敏感性有较大的影响,细粒含量越高,土体冻胀效应越明显,从而导致土体强度的大幅衰减;但在未冻融时,细粒含量的增加反而能提高土体的抗压强度。

成层地基振动台试验双向剪切箱设计与边界效应测评

为满足散粒体材料(如土体)在多向振动台试验中截断边界模拟的需求,设计并制作了一种刚度可调节的层状双向剪切箱。剪切箱由矩形钢管框架堆叠而成,层间设置万向轴承与滚珠,可实现更加真实的双向协调运动;刚度调节装置与复位装置保证箱体复位、运动一致性和整体性,能够满足层间剪切变形。利用所设计的双向层状剪切箱进行上软下硬成层地基的振动台试验,根据边界效应指数与2-范数对边界效应进行定量分析。结果表明,研制的双向剪切箱性能良好,能够正确模拟成层地基场地的地震动特性,边界效应得到有效控制。

粤西北地区花岗岩残积土的抗剪强度特性

为了研究粤西北地区花岗岩残积土的抗剪强度特性,对74组花岗岩残积土的原状土及用作比较的重塑土进行了室内物理指标试验和室内直剪试验。结果表明:花岗岩残积土具有显著的区域差异性,兼具黏性土和砂土的特性,其黏聚力较大,内摩擦角较小;原状土的黏聚力高于重塑土,而两者的内摩擦角基本相同;重塑土和原状土的黏聚力都随着含水率的增加呈现出非线性减小并趋于稳定的变化趋势,但内摩擦角则随着含水率的增加在11°~16°的范围内波动,与含水率几乎无相关性;花岗岩残积土的黏聚力受颗粒组成、含水率、孔隙比等因素的综合影响,造成不同地点原状土的黏聚力和含水率之间的相关性不明显。该结论可为粤西北地区花岗岩残积土边坡的设计提供参考。

北京东部地区非饱和粉砂层原位直剪试验成果分析

对北京东部地区典型非饱和粉砂层进行原位直接剪切试验,采用最小二乘法拟合得到黏聚力和内摩擦角指标,其内摩擦角指标相比于传统地区经验值和室内直接快剪试验值分别提高了11.11%~24.4%、3.01%~17.40%;室内直接快剪试验测得粉砂层的黏聚力为4.8~7.5 kPa,而原位直剪试验测得该值最高达9.5 kPa。研究成果为该地区非饱和砂土层的剪切指标参数优化提供了试验支撑,节约了基坑支护造价,为实现工程建设全过程绿色建造提供了可能。

基于风廓线雷达产品的冰雹过程分析

利用贵州省威宁县气象局的风廓线雷达基础数据及其二次开发产品、雨量站和MICAPS的实况数据,对2019年6月11日发生在威宁本站的一次冰雹大风天气过程进行综合分析。结果表明:水平廓线产品可反映出冷暖平流的时空变化及垂直分布,更早探测冷空气入侵、风场切变情况及低空急流强度;大气折射率结构常数和垂直速度可以指示降水的发生、持续时间及降水强度情况;强降水发生前有较强风垂直切变,降水过程中风垂直切变值整体大于0.2 s^(-1),风垂直切变的增强会引起垂直速度和地面大风的增大;若以大于15 dBZ和小于10 dBZ为降水的起止标志,风廓线雷达反射率因子较其他产品可以更清晰地指示降水的开始和结束。

基于原位钻孔剪切试验的高填方边坡稳定性分析

边坡土体强度参数对边坡稳定性有重要影响,而边坡稳定性分析结果的准确性制约着工程的建设。针对某填方边坡工程,为准确分析边坡土体强度参数,同时为边坡后续加固治理提供可靠依据,采用原位钻孔剪切试验获取边坡填土抗剪强度指标,并对边坡进行稳定性分析。研究结果表明,原位钻孔剪切试验能快速、直接、有效且准确地获取土体强度指标,真实反映土体特性,对提高边坡稳定性分析评价的准确性具有重要意义。

合肥弱膨胀土力学特征及饱水扰动影响

为了研究合肥地区弱膨胀土遇水及扰动对其强度和变形等力学性质的影响,对合肥地铁7号线徽富路站深基坑内弱膨胀土的原状样及饱和扰动样,分别开展了50 kPa,100 kPa和200 kPa三种围压下常规饱和三轴压缩(CTC)和三轴拉伸(CTE)以及原状非浸水样双压力室三轴压缩试验。通过对比原状样与饱和扰动样的应力–应变、强度指标以及变形模量的差异,探讨了饱水扰动对膨胀土力学性质的影响,且采用XRD衍射测试了膨胀土的矿物成分及含量。试验结果表明:(1)合肥地铁7号线基坑土质为弱膨胀土,黏土矿物中蒙脱石含量占46%;(2)合肥地铁7号线基坑的弱膨胀土强度的降低主要表现为黏聚力的降低,原状样较扰动饱和重塑样黏聚力下降了56%,而内摩擦角的变化并不显著;(3)合肥地铁7号线基坑内弱膨胀土有超固结现象,表现为原状样具有剪胀软化特征;(4)合肥地铁7号线基坑弱膨胀土原状样遇水扰动后初始模量下降了20%左右,水的浸润大幅降低了膨胀土抗变形能力。

高应力状态下两河口堆石料蠕变特性试验研究

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性直接决定着土石坝工后变形的大小。对两河口水电站砾石土心墙堆石坝的两种筑坝堆石料,开展室内大型三轴蠕变试验,结果表明:①在低应力水平下,试验侧向应变为正;在高应力水平下,试验侧向应变为负;②采用幂函数外推30 a对应的试验值,将其作为堆石料蠕变试验的极限应变,所得剩余蠕变与时间呈良好的幂函数关系;③最终剪切蠕变与剪应力呈倍数关系,轴向蠕变衰减幂指数与剪切蠕变衰减幂指数基本相等,最终轴向蠕变是最终剪切蠕变的1.5倍。最后,提出了更简洁的两参数幂函数蠕变模型,模型参数物理含义明确,便于在工程中使用。研究可为土石坝工后变形的初步估算提供参考。

准噶尔盆地东南缘页岩油储层脆性预测与评价

准噶尔盆地东南缘二叠系中下部发育页岩油致密储层,脆性预测与评价对其勘探和开发有重要意义。本文利用岩石物理实验、测井资料和叠前地震资料计算了准噶尔盆地东南缘二叠系页岩油致密储层脆性指数,对Rickman经典公式法、杨氏模量与泊松比比值法、拉梅系数法和剪切模量法进行了比较、分析与评价。研究认为:1)杨氏模量相对泊松比对岩性有更好的区分度,由拉梅系数表征的泥岩分布率较高;2)根据文献所得测井多参数计算脆性指数的方法应用效果不佳,在Castagna经验公式换算横波速度基础上计算的脆性指数具有较好的应用效果;3)由YPD(Young's modulus-Poisson's ratio-density)式和LMR(拉梅系数-密度)式反演的弹性参数变化率也能较好地指示有利储层,尤以密度变化率为最佳,该属性在扇三角洲前缘及分流河道特征上得到很好的展示;4)岩石物理实验和实际资料应用均表明,ρE/σ为研究区脆性的最佳表征公式,效果好于Rickman经典公式与其他方法。

重庆市山地地区近地层风切变研究

为分析重庆山地地区近地层风切变指数的特征,利用重庆市7座80~90m完整年测风塔实测数据,研究7座测风塔风切变指数时间和空间的变化特征。结果表明7座测风塔实测风切变指数差异较大,变化范围为0.04~0.34,相比1/7(约0.143)的参考值,实测风切变指数误差幅度最高达137%。该结论可用于重庆山地地区近地层风切变指数的模拟及风速推算,以提高该地区分散式风电项目开发选址和风能资源评估的科学性。

基于综合指数法的胶粉/SBS复合改性沥青性能评价

为了实现废旧轮胎的资源化利用、将废旧轮胎回收粉碎后用于公路工程的建设,制备了不同胶粉活化度的高掺量双螺杆挤出法(twin-screw extrusion process,TSEP)活化胶粉/SBS复合改性沥青试样,对其常规性能进行测试,采用动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer,DSR)对复合改性沥青进行高温温度扫描、多应力蠕变恢复(multi-stress creep recovery,MSCR)试验及线性振幅扫描(linear amplitude scanning,LAS)试验,探究胶粉活化度和掺量对复合改性沥青高温流变特性、高温抗车辙性能及中温抗疲劳性能的影响,同时采用综合指数法综合评价高掺量TSEP活化胶粉复配SBS改性沥青性能。结果表明:高掺量TSEP活化胶粉复配SBS改性沥青的常规指标均得到改善,尤其是ERP-B/SBSCMA黏度最低,相较于其他5种改性沥青具有更好的施工和易性;随胶粉活化度的提高,其复合改性沥青的高温抗车辙性能有所下降。33%胶粉掺量的ERP-B/SBSCMA的高温性能优于20%胶粉掺量的ERP-B/SBSCMA-20;随着温度的升高,车辙因子提高了9%~40%;抗疲劳性能也有所提高。ERP-B的活化程度适中,其复合SBS改性沥青具有良好的常规性能、高温抗变形性能及中温抗疲劳性能。

基于含水率改变的抗剪强度指标折减方法在膨胀土基坑支护设计计算中的应用

通过膨胀土室内试验,得到了膨胀土含水率与抗剪强度指标的定量关系。试验研究表明,抗剪强度指标随含水率的增加呈逐渐降低的趋势,与内摩擦角φ相比,黏聚力c对含水率的变化更加敏感,含水率每增加5%,黏聚力c降低7.5kPa,内摩擦角φ降低3°。在此基础上,提出了适用于膨胀土基坑支护设计计算的基于含水率改变的抗剪强度指标折减方法,并通过工程实例计算与现场监测验证了该方法在膨胀土基坑支护设计中的适用性。

煤系地层填方路基滑动机理及处治分析

为研究煤系地层的填方路基破坏机理、诱发因素及处治方案,以河荔高速公路某段煤系地层填方路基滑坡病害为背景,通过研究试验成果,计算分析不同破坏模式下的稳定性及主要控制因素。结果表明,煤系地层天然与饱和状态下抗剪指标差异明显;自然边坡存在顺倾角临空,边坡易沿软弱煤层蠕滑失稳;煤系地层边坡易产生风化层圆弧滑动和深层层间滑动。据此提出煤系地层填方边坡的有效处治措施。