泥石流实验教学任务驱动模式的探究

从室内理论教学、野外实验教学、教学后拓展反思3个环节出发,构建了基于任务驱动的泥石流实验教学模式。以解决传统泥石流教学中缺乏系统性学习,学生学习兴趣不强的问题。将该模式注入到实验教学中,在教师的指导下,学生能够独立地完成自己的学习任务,充分发挥主动性,提高分析和解决问题的能力。结果表明,任务驱动下的泥石流实验教学模式在实验教学中成功实践,并取得了不错的效果。

基于教实结合的泥石流实验教学改革模式探讨

为促进传统实验教学模式的改革,以适应当今社会对泥石流防灾减灾人才的需求。针对泥石流实验教学的目标,将室内泥石流自主设计实验与课堂教学相融合的方式,从教学模式和教学成果展示途径来探讨泥石流实验教学方式的改革。提出通过开课宣讲、实例引导、理论解析、自主实验、结果反馈5个教学步骤和"以赛促学""以分促学"两种成果展示途径来实现泥石流实验教学模式的改革,达到促进学科交叉融合、培养学生创新与实践能力的目的。实践表明,提出的教学模式在泥石流实验教学课程中成功实践并取得良好教学成果。

PFC数值模拟方法在岩石力学实验教学中的应用

岩石力学是土木工程、水利工程、地质工程等专业中非常重要的一门课程。通过分析传统岩石力学实验教学手段的局限性,将PFC数值模拟技术融入到岩石力学实验教学中。采用PFC软件模拟了岩石三轴压缩应力—应变全过程曲线和内部裂纹的扩展情况,表明PFC数值模拟技术在岩石力学实验教学中观察岩石破裂机理及其破坏演化过程等方面具有优越性,可弥补传统实验教学手段的不足,提高学生对岩石变形破坏过程的理解,加深学生对岩石破坏机理的认识,激发学生对岩石力学实验的兴趣,培养学生的创新精神。

不同固结条件下尾矿粉质黏土动力变形特性分析

利用GDS振动三轴试验系统,针对四川省某尾矿库的尾矿粉质黏土料,基于不同固结条件开展振动三轴试验,研究尾矿粉质黏土在分级循环荷载下的变形特性,基于不同固结条件对尾矿粉质黏土各动力变形特性参数的变化情况进行对比分析。结果表明:当固结围压σ_(3)和固结比Kc不断变大时,尾矿粉质黏土的各动力变形参数呈现出明显不同变化趋势,阻尼比λ会持续变小,动弹性模量E_(d)与动剪切模量G_(d)不断增大;在动应变ε_(d)不断增大的过程中,阻尼比λ会相应升高,但动弹性模量E_(d)与动剪切模量G_(d)却显著下降,动弹性模量比E_(d)/E_(dmax)逐渐减小,表明动弹性模量逐渐衰减,且衰减过程呈三段式;固结压力σ_(3)和固结比Kc的增大可以减缓动弹性模量E_(d)的衰减。采用沈珠江动本构模型对试验结果进行拟合,获得相关模型参数。

磷石膏动模量及阻尼比试验研究

近年来,磷石膏废渣的生产和堆积迅速增长,给库区安全以及环境带来不小的隐患。该文利用英国GDS公司的GDS-DYNTTS型微机控制振动三轴试验系统,对杨家箐磷石膏堆场库区不同取土深度下的磷石膏废渣进行动力特性试验,主要针对其在围压较大、偏压固结条件下的动弹性模量E_(d)、阻尼比λ进行较详细的研究。试验结果表明:密度相同条件下,动弹性模量随着固结比和围压的增加而变大,且在动应变ε_(d)增长初期曲线变化率不大,ε_(d)超过0.01%后动弹性模量会迅速减小,再逐渐趋于平缓;利用Kondner模型发现最大动弹性模量倒数和动应变的曲线呈较好的线性关系;对动模量比(E_(d)/E_(d0))曲线进行归一化分析,可以得出动模量与动应变的变化趋势,并且根据Darendeli模型对磷石膏动模量比的衰变阶段进行划分;利用最小二乘法对阻尼比与动弹性模量比λ-Ed/Ed0分布进行拟合,得到归一性较好的经验模型曲线。

循环荷载下加筋砂土累积应变特性试验研究

为研究加筋在砂土循环加载过程中产生的影响,以高密度聚乙烯(HDPE)网格作为加筋材料,对实际工程场地所取砂土试样开展动三轴试验,研究不同加筋层数和不同加筋间距下砂土轴向累积应变的演化趋势,并对筋材在试验过程中发挥影响作用的机制进行分析。研究结果表明:加筋能减少砂土轴向累积应变,加筋层数越多,对轴向累积应变的削减作用越强,但通过增加筋材层数带来的加筋效果增幅逐渐减小;不同加筋间距下轴向累积应变曲线均符合改进Monismith模型,在间距为80 mm时,轴向累积应变显著降低。加筋在砂土中产生影响作用的方式主要有两种:一是通过自身的弹性性能发挥作用,筋材的弹性变形恢复,导致其附近砂土颗粒的位移减少;二是在筋土界面处产生更好的咬合作用以形成似黏聚力,从而产生影响。研究结果可为加筋作用机理的深入研究提供参考。

不同碎石含量混合红黏土静力特性研究

针对贵州混合红黏土路基在静荷载下的强度及变形问题,采用英国GDS静三轴试验系统对不同碎石含量混合红黏土开展了静力特性试验,研究了不同围压、含水率和碎石含量(质量分数,下同)对红黏土应力、应变的影响规律,分析了碎石含量对混合红黏土抗剪强度的影响。结果表明:(1)当碎石含量固定且低于30%时,围压越小,试样在三轴试验剪切过程中越易呈现应变软化特征。当混合红黏土试样处于最优含水率时,随着围压和碎石含量的增大,主应力差值变大,试样在整个三轴试验过程中呈现应变硬化特征。当围压和含水率固定时,随着碎石含量的增大,抗剪强度先增大后减小。(2)当碎石含量超过30%时,黏聚力c会逐渐降低,抗剪强度减小。围压和含水率对试样的抗剪强度都有一定的影响。围压越大,试样的抗剪强度越大;而含水率越大,抗剪强度则先增大后减小。试样在最优含水率附近抗剪强度最大。

循环荷载作用下中等风化砂岩的能量演化规律研究

在岩土工程中岩石和主体建筑经常会受到各种复杂应力的作用,尤其是受到循环荷载的情况较为普遍。为保证工程安全和完善复杂应力下的岩石力学特性研究,选取广东某地中等风化砂岩为研究对象进行了力学试验。采用声波检测仪和MTS-815型岩石刚性试验机,分别进行了三轴压缩试验、三轴循环荷载试验和波速试验。通过循环荷载试验分析了砂岩在剪缩区和剪胀区的力学特性,并由应力-应变曲线分析得到了砂岩在不同轴向振动荷载下的能量演化规律。

分级循环加卸载下砂岩损伤力学特性研究

通过选取陕西省略阳市某滑坡表层的中风化砂岩进行静态单轴压缩试验与三轴循环加卸载试验,研究低围压循环加卸载条件下岩石的损伤力学特性,得到力学参数、损伤参数、滞回环面积等随循环过程的演化规律及循环荷载作用下砂岩的变形破坏机制。结果表明:循环加卸载试验过程中,围压增强砂岩抵抗变形破坏能力,随着围压增大,动弹性模量明显增大而动泊松比逐渐降低,砂岩试样内凹现象逐渐“模糊”;滞回环面积受围压与轴向载荷影响明显,与围压变化呈负相关,与轴向载荷变化呈正相关,轴向载荷增大时,不可逆应变逐渐累积,砂岩损伤加剧;砂岩内部原始裂隙在初始较低循环荷载作用下压密,后过渡到弹性变形与裂纹稳定扩展阶段,随着试验进行,裂纹加速演化不稳定扩张,岩样逐渐变形失稳破坏。

千枚岩饱水状态下软化效应试验分析

陕西省汉中地区发育大量软变质岩,在雨水浸润的条件下极易软化造成边坡失稳破坏。以略阳县菜籽坝楔形块体的千枚岩为研究对象,设计了在不同浸水条件下的岩石直剪试验,揭示了千枚岩在水岩作用下的破裂形式及劣化效应。研究结果表明:在浸水条件下,岩石力学参数随浸水时间增加而降低,至14 d时变化微弱,逐渐趋于稳定;浸水初期颗粒间相互摩擦导致产生较多岩粉,浸水中后期颗粒在水岩作用下产生磨圆效应,颗粒间滑动使得岩粉明显减少;水岩作用对千枚岩力学特性的影响依次为:黏聚力>峰值应力>内摩擦角;根据扫描电子显微(scanning electron microscope,SEM)观察,得出岩石浸水软化是由微变形逐渐量化至宏观破坏的过程;千枚岩结构面粗糙度受水岩作用影响严重,是诱发陕南地区软变质岩滑坡灾变的重要因素。

静水压强及真空仪的研制

介绍一种室内开展静水压强测定的试验装置,即静水压强及真空仪。该仪器可实现在液体表面压强大于、小于及等于大气压强的条件下,试验人员测定液体内部不同位置的压强大小。通过试验,学生能较好地掌握静水压强的基本方程,理解几个关于压强的重要概念,同时,该试验的开展,使实验教学效率和效果明显得到了提高。具有一定的实践教学意义及推广意义。

P5含量对砾类土强度与变形特性影响的试验研究

为了研究粗粒含量对砾类土的强度与变形特性的影响,本文对5种不同粗粒含量的强风化灰岩土石混合体开展了室内大型直剪试验与数值模拟研究,并获取相关的强度与变形参数。室内试验结果表明:随粗粒含量增加,抗剪强度参数先增大后减小,粗粒含量70%时试样内摩擦角达到最大,黏聚力变化无明显规律。对实验数据进行统计分析表明,用径径比可以很好地体现试样级配、粒径大小、含量、试样尺寸的关系,最终得到抗剪强度与径径比关系的经验公式,可以初步预测粗粒土的抗剪强度。数值模拟结果表明:使用Clump“聚粒”模型模拟砾石能较好地拟合剪应力与剪位移曲线;剪切过程中剪切带附近颗粒运动表现为上凸的弧线,这个现象持续至剪切结束;力链表现为倾斜的珊瑚状,随剪切进行力链不断发展增强,至剪切完成力链稍有衰减。

三轴循环荷载下砂岩变形及损伤力学试验研究

在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上,对砂岩进行单轴压缩和三轴循环加卸载试验。结果表明,砂岩的侧向变形和体积变形都与岩石破坏有密不可分的关系;岩石微裂纹的压缩和释放并不一致,内凹现象和推进效应是岩石内部微裂纹压密、闭合、扩展等引起的;在循环加卸载持续作用下,岩石的破坏是一个累积的过程;滞回环面积受到围压、荷载大小和加载次数的影响;轴向和侧向累计不可逆应变在循环荷载作用下的增长趋势呈线性关系,围压的增大可有效限制岩石侧向累计不可逆应变。

强震作用下斜坡表面放大效应的三维离散元模拟

为研究强震作用下斜坡表面的动力放大效应,以陕西勉县某岩质斜坡为例,建立了三维模型。运用离散元软件3DEC,模拟了动力条件下斜坡的变形失稳过程,分析了斜坡表面的动力响应特征,研究了不同地震波输入工况条件下坡体表面动力响应差异。研究结果表明:考虑地震纵波的影响时,竖向加速度得到显著增强,坡面的PGA放大系数增强了约1.62倍;坡面形态强烈影响着斜坡表面的动力响应特征,强震作用下,斜坡坡肩及坡形转折处的放大效应均十分强烈,凸出部位次之,坡表两侧的放大效应最弱;不同输入工况下,斜坡坡形转折处的水平向PGA放大系数均维持较高值,特别是在仅输入水平向加速度的条件下,该部位在地震滑坡灾害预防中应特别注意;强震作用下滑坡的运动过程可概括为滑坡孕育启动阶段—挤压碰撞高速运动阶段—堆积阶段。研究成果可为该地区防灾减灾工作提供一定理论支持。

磷石膏动残余变形特性试验研究

为分析云南某磷石膏库堆积坝在地震作用下的永久变形,采用英国GDS-DYNTTS型微机控制振动三轴试验系统对堆积坝料进行动力残余变形特性的试验研究。试验结果表明:同一固结比,当围压和动应力水平较低时,残余剪应变γ_(d)和残余体应变ε_(VI)与lg(1+N)在双对数坐标中能较好拟合;当围压和动应力水平较高时,试验开始阶段试验数据与拟合曲线会产生偏差,但是随着振次增加,实验曲线与拟合曲线能较好重合。此外,残余体应变斜率c;与剪应变γ_(d)拟合度较好,而C_(dr)/S_(1)^(2)与剪应变γ_(d)拟合关系较离散,通过改进沈珠江模型,调整应力水平指数,拟合关系离散程度大大减小。

饱和砂土蠕变特性及其影响因素试验研究

为了研究饱和砂土的蠕变特性及其影响因素,开展了不同密度、不同级配方法(相似级配法、等量替代法)、不同加载方式的侧限高压单向压缩试验。试验结果表明:饱和砂土的蠕变主要经历3个阶段,分别为瞬时变形阶段、快速变形阶段和稳态蠕变变形阶段;压缩模量随密度的增大而增大;用相似级配法所制试样加权平均粒径比等量替代法所制试样的加权平均粒径小42. 4%,压缩模量高8%~18%。不同加载方式对试样的最终变形量也有一定的影响。循环加载后,试样压缩模量减小4. 3%~10. 1%,最终应变量增加4. 6%~6. 0%。对试验数据进行统计分析表明,用幂函数可以很好地拟合饱和砂土的应力、应变、时间关系,最终得到适用于本砂土的蠕变模型。研究成果可在砂土地基设计、评估中得到应用。

不同围压条件下千枚岩宏观破坏与微观破裂特征分析

通过选取陕西省汉中市阴湾沟滑坡的千枚岩进行不同围压条件下的岩石三轴压缩试验和电镜扫描试验,分别从宏观和微观角度研究该处千枚岩的变形破坏机制,并分析岩石宏观破坏与微观破裂之间的相关性。研究结果表明:在低围压条件下,千枚岩宏观破坏模式为拉张破坏和剪切破坏的复合型,当围压升高,千枚岩宏观破坏模式变成沿结构面滑动的剪切破坏;在零围压的条件下,千枚岩微观破裂断面较为平整,随着围压升高,千枚岩试样沿层面发生剪切破裂;在外力作用下千枚岩易发生剪切破坏,与其平坦面的断面形态和沿层面破裂的微观破裂模式是密切相关的,说明千枚岩的宏观破坏与微观破裂之间存在一定联系。

岩体力学参数对反倾边坡稳定性影响的数值模拟研究

应用离散元软件UDEC,以秦岭南部略阳县菜籽坝反倾边坡为例,研究岩体物理力学参数(主要为抗拉强度、节理刚度、内摩擦角及黏聚力)对边坡稳定性的影响。通过比较三者所引起的边坡位移及变形破坏情况,得到以下主要结论:抗拉强度对反倾边坡稳定性的影响有限,但随着抗拉强度的大幅降低,边坡失稳范围也会加大;节理刚度的合理选取至关重要,极大影响着结构面的弯曲变形;随着内摩擦角及黏聚力的不断降低,边坡潜在破坏范围逐渐增大;三者对倾倒变形影响大小关系为:内摩擦角、黏聚力>节理刚度>抗拉强度。

基于声发射的深层砂岩裂纹发育分类研究

利用MTS-815型刚性试验机和声发射监测仪,对深层砂岩层理面与垂直加载方向夹角不同的3种岩样(SY-0°、SY-45°、SY-90°)进行单轴压缩试验,得到应力-AE事件-AE能量-时间的关系曲线,并对声发射各个阶段参数R A和A F进行了统计,判断张拉裂纹和剪切裂纹的变化趋势。结果表明,3个方向加载的岩石破坏形式不同,SY-0°破坏是张拉、剪切共同作用导致的,SY-45°破坏以张拉破坏为主,SY-90°破坏是张拉、剪切共同作用,但以剪切破坏为主。

高铁隧道路基上拱变形蠕变成因试验研究

高铁无砟轨道路基竖向上拱变形是影响高速铁路安全运行的重要因素。为研究西南某高铁隧道无砟轨道路基上拱变形的成因及规律,对现场取得的泥质灰岩试样进行三轴蠕变试验。试验结果表明:试样的变形由瞬时弹性变形和蠕变变形两部分组成;试样的瞬时弹性应变与应力卸载量Δσ呈正相关关系;蠕变应变量的最大值出现在第5级试验,达到了1.40×10^(-4) mm;使用广义Kelvin模型对试验数据进行拟合,取得了较好的效果,说明广义Kelvin模型能够有效体现泥质灰岩的蠕变特性;根据广义Kelvin模型和拟合参数,计算由蠕变应变引起的路基上拱量达11.58 mm,证明路基岩石的蠕变是引起高速铁路路基上拱的重要因素。研究结果可为揭示高铁路基上拱变形机理提供依据。