透明土及其在岩土工程模型试验中的应用研究进展

介绍人工合成透明土体的发展及其在岩土工程模拟试验、土体连续变形测量方面的应用。结合离心机模型试验和数字图像处理技术在国内的发展,对实现由离心机、数字图像技术和透明土模型结合而成的非介入离心机模型试验进行了可行性分析,认为目前已具备开展非介入离心机模型试验的条件。

土动力学与岩土地震工程研究进展

综述了目前国内外土体动力本构模型、动力分析和动力测试研究的现状和进展，着重对复杂荷载下的动力弹塑性模型和弹塑性动力分析研究作了较详细的介绍，并对各种方法的优缺点进行了比较和评述．对今后土动力学和岩土地震工程的研究提出了初浅的看法．

各向异性层状千枚岩渗透率及有效孔隙率试验研究

采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置,对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验,研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下,气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明:围压相同时,岩样的初始气体渗透率k0随着层理倾角β的增大呈“W”型变化,在β=45°时取最大值;在围压循环加卸载过程中,气体渗透率先随围压的加载而减小,后随围压的卸载而增大,卸载时的气体渗透率小于加载时的渗透率;层状千枚岩有效孔隙率和气体渗透率呈指数关系;平行于层理方向的气体渗透率远大于垂直于层理方向的气体渗透率;岩样有效孔隙率和气体渗透率随偏应力变化经历初始压密阶段、线弹性阶段和塑性变形阶段,随着偏应力的增大,岩样有效孔隙率和气体渗透率先减小,接着保持稳定,最后快速增大,并在岩样应力-应变曲线斜率接近于0时达到最大值。

模糊分析理论及其岩土工程中的应用研究

岩土工程中广泛存在着各种不确定性信息,主要包括随机信息、模糊信息、灰色信息和未确知信息。对不确定性信息的研究有助于人们对工程的安全运行有更加全面的认识和了解。在全面回顾不确定性分析方法在结构工程及岩土工程领域研究进展的基础上,重点研究了模糊分析技术在岩土工程领域中应用的可行性及有效性。以计算力学参数的模糊处理,到结构的模糊力学分析,再到计算结果的模糊评价为主线对岩土工程中存在的模糊性进行全面、系统地研究,提出了岩土工程模糊分析的方法,并着重研究了计算力学参数的模糊性对工程结构应力、位移及稳定性的影响。 研究工作主要集中在以下几个方面: (1) 证明了单源模糊数与清晰数相加仍然是一个单源模糊数的推论;修正了单源模糊数的运算规则,为模糊有限元快速求解方法提供了数学依据。 (2) 推导了岩土工程参数随机模糊均值及方差的计算公式,证明了该计算公式的正确性和合理性,论证了随机模糊均值及方差与传统均值和方差之间的关系,证明了传统的力学参数随机处理方法是模糊随机处理方法的一种特例的论点,并编制了相应的随机模糊统计特征值计算程序。研究算例表明:随机模糊统计方法计算得到的随机模糊方差和变异系数都比按随机统计方法得到的方差和变异系数要小,说?

层状岩石不排气三轴压缩力学特性试验研究

为研究地下隧洞开挖过程中围压和孔隙气压对层状千枚岩力学特性及变形参数的影响,以氩气作为渗透介质,开展层状千枚岩不排气三轴压缩试验,分析层状千枚岩在不同围压和孔压下应力-应变关系、峰值强度、变形特性及破坏形式随层理倾角的演化特征。引入基于层理倾角的各向异性度公式,探讨围压和孔压对层状千枚岩各向异性的影响。结果表明:不排气条件下,当孔压减小或围压增大时,层状千枚岩峰值强度逐渐增大;岩石峰值强度σc、弹性模量及变形模量随层理倾角的增大呈“U”型变化;层理倾角在30°~60°之间,层状千枚岩存在层理弱面,破坏形式主要为沿层理面剪切滑移破坏;层状千枚岩在平行层理方向受围压、孔压影响较大,呈现明显各向异性特征。

支盘水泥搅拌桩复合路基的工程应用研究

支盘水泥搅拌桩复合路基与等截面水泥搅拌桩复合路基相比,在提高承载力和减少工后沉降方面具有明显的优越性。为了便于这种新型的复合路基形式在高等级公路软基处理中的应用,以沉降等效为控制指标,给出了两种桩型在复合路基中等效桩长和桩间距之间的对应关系表达式。借助工程实例的有限元数值分析和实测值沉降的对比,论证了支盘水泥搅拌桩复合路基的优越性和对应关系表达式的可靠性。结果表明:对于均质软土层可选择设置2个支盘,中心分别布置在0.55倍和0.85倍桩长的深度位置,对于含夹层的软土层可优先选择性质较好的土层设置支盘。以沉降量为控制指标,支盘水泥搅拌桩与等截面水泥搅拌桩的桩长存在线性对应关系,桩间距存在指数函数对应关系。

基于温度示踪的地下水流速测量研究

研究地下水的流动特性具有重要的意义,在以往的研究中,分布式温度传感可以用于识别地下水的渗流速度和位置,受此启发,通过建立数学模型和物理模型模拟现场环境及工况,基于点热源主动加热以及对加热阶段和冷却阶段的连续温度监测,推导出温度变化速率与一维地下水渗流速度的函数关系,并通过室内试验予以验证.结果显示,在地下水流速为一维且恒定、流速较大且范围在1×10^(-3)~1×10^(-2)cm/s时,可以通过该方法进行流速的计算.在工程实际中可以该方法用于在空间和时间维度上监测温度和渗流情况.

RS堆积体滑坡涌浪特征数值模拟研究

库区滑坡涌浪是滑坡产生的次生灾害,严重威胁库区工程安全及大坝稳定运行.澜沧江RM水电站RS堆积体方量巨大,且位于近坝区,开展RMRS堆积体滑坡涌浪特征研究对大坝工程安全设计和施工至关重要.本文建立RS堆积体滑坡涌浪远近场计算模型,基于光滑粒子流体动力学方法及浅水方程,研究RM工程正常蓄水位2895m情况下RS堆积体滑动产生的涌浪特征,并与经验公式法进行对比.研究表明:分析所采用的数值模拟方法在研究滑坡涌浪中具有优势,该方法可准确模拟滑坡体入水产生的非线性流固耦合过程,准确捕捉涌浪传播过程中受到复杂地形影响以及爬升过程中的地形相关性.研究结果可为评估RMRS堆积体滑坡涌浪对工程安全的影响提供参考.

沉井-砂土界面特性及侧摩阻力分布特性试验研究

沉井侧摩阻力是桥梁工程中的重点关注问题。为研究沉井-砂土界面特性,使用大型直剪仪对不同法向应力及含水率条件下的砂土进行界面剪切试验,并开展模型试验,研究不同类型的砂土、有无台阶以及不同施工工艺条件下沉井下沉过程中的侧摩阻力分布特性。结果表明:剪切位移较小时,沉井-砂土界面剪应力随剪切位移的增加而增加,当剪切位移达到某一临界值后,剪应力趋于稳定;界面抗剪强度随含水率的增加而小幅减小,界面抗剪强度参数以内摩擦角为主,黏聚力较小,界面水敏性较低;沉井下沉过程中,侧壁土压力-入土深度曲线在沉井刃脚位置发生“内拐”,即侧壁土压力在刃脚发生应力松弛,应力松弛的程度与下沉深度正相关,且随砂土粒径的增加有所降低;与无台阶沉井相比,台阶型沉井的侧壁土压力明显降低,在沉井上增设台阶可有效降低沉井的下沉难度;台阶型沉井与侧壁土体之间灌砂会导致沉井侧壁土压力小幅增加,对沉井的下沉难度影响不大。

基于优化支持向量回归的磨古倾倒变形体参数反分析研究

岩土体力学参数的确定将直接影响对倾倒变形体稳定性的分析判断,野外原位监测数据作为反映倾倒变形体现场条件的重要信息,利用原位监测数据能有效地获得倾倒变形体岩土体参数.本文针对雅砻江两河口近坝库区磨古倾倒变形体,提出以海洋捕猎者优化算法对支持向量回归反分析模型参数进行寻优,构建MPA-SVR岩土体参数反分析模型.以倾倒变形体现场安全监测数据为输入信息,反分析得到适用于两河口磨古倾倒变形体折断带的力学参数,其反分析结果可为变形体稳定性分析提供重要数据基础.结果表明磨古倾倒变形体不同高程监测点具有相似的变形规律,变形速率发展趋势与水位变化趋势一致,变形累计值整体呈增长趋势,变形尚未完全收敛;随着分期蓄水进程的推进,倾倒变形体水动力作用特征明显,反分析得到的折断带力学参数逐渐降低,从第二阶段蓄水到第三阶段蓄水,折断带黏聚力下降3.68%,内摩擦角下降1.98%.

水库近坝高位滑坡滑带抗剪强度参数综合确定研究

滑坡滑带的抗剪强度参数是进行滑坡稳定性评价和滑坡涌浪等灾害链研究必需的数据基础,科学合理确定滑带物理力学参数至关重要.本研究以澜沧江GS水电站MLS滑坡为依托,采用现场调查、大型原位剪切试验、室内重塑样剪切试验、室内原状样剪切试验、工程地质类比法及参数反分析法,综合确定滑带抗剪强度参数.采用数值模拟软件运用所得参数对滑坡进行变形破坏分析.数值计算结果与现场滑坡监测变形数据相吻合,验证了采用多方法综合选取滑带抗剪强度参数的准确性和合理性.研究成果可为MLS滑坡稳定评估和防治工程设计等提供技术支撑和参考借鉴依据.

基于透明黏土的取土器贯入扰动变形试验研究

为了解取土器贯入过程中黏土体的扰动变形特性,采用由Aristoflex AVC制成的新型透明黏土及粒子图像测速(PIV)技术,通过可视化模型试验装置进行了不同尺寸的取土器贯入试验。试验结果表明:取土器贯入过程中各截面不同位置处的土体变形规律基本一致,距离管壁越远,变形越小;取土器下部土体整体性较好,且距离中轴线约0.19倍取土器内径范围内的土体剪应变较小,室内试验可切取这部分土体;取土器贯入引起的土体扰动变形主要由侧壁摩阻力及刃脚挤土效应引起,增大取土器内径能有效减小取土器内土体的压缩变形。

某工程浅埋型隧洞地表注浆效果研究

针对某工程浅埋隧洞北部穿越VI级围岩区域土体松散、岩体极易破碎,围岩极易坍塌变形的特点,工程选用P·O42.5普通硅酸盐水泥和直径32mm的PE管,通过普通水泥单浆液注浆方法对VI围岩进行超前加固,并通过钻孔取芯法和压水试验检验注浆效果。基于现场施工情况以及施工过程中出现的问题,进一步探讨了注浆工艺效果的保证措施。

基于统计相关分析的雅砻江周家滑坡主控因素和变形机理研究

周家滑坡位于卡拉水电站上游,具有变形大、方量大、破坏迹象明显的特征,若出现滑坡失稳,可能将造成涌浪、堵江和水库淤积等灾害,威胁大坝施工期及运行期工程安全及环境安全.本文基于lasso-Random Forest(lasso-RF)、Spearman双变量相关性分析方法,依据滑坡现场原位监测数据,对周家滑坡进行了诱发因素相关性及变形破坏机理分析.结果表明:周家滑坡变形与降雨的相关性大于地震因素,变形的主要影响因素为降雨,且降雨对滑坡变形的影响具滞后性;滑坡B1区的表观位移与深部位移相关性较强,滑坡具有整体滑移特征,应当加强对B1区各指标的监测.

玄武岩节理系数及其与强度和变形特性的关系研究

节理密度、节理倾角与节理粗糙度情况等是控制玄武岩力学响应的三个关键因素。基于3D打印技术,通过开展单轴压缩与界面剪切试验,针对不同的模拟柱状节理玄武岩试样的破坏模式深入探究了特殊柱状节理的存在对玄武岩强度与变形的弱化作用,分析了节理系数与试样各向异性效应的关系。研究结果表明随节理系数的增大,模拟柱状节理玄武岩试样强度折减系数的线性减小程度及模量折减系数以指数关系式降低幅度受失效模式影响显著;强度各向异性效应与模量各向异性效应数值越大,表明柱状节理对玄武岩的岩块弱化作用越强;不同失效模式工况下,随节理系数的增加,强度各向异性效应线性增大,模量各向异性效应以指数关系式升高。研究成果可为工程岩体各向异性力学响应分析提供一定的技术支撑。

沉井侧摩阻力监测装置设计及应用研究

针对现有沉井施工过程中侧摩阻力测试方法要求高、难度大的问题,自主设计研发一套侧摩阻力直接测试装置,并提出输出电压与侧摩阻力的理论转化公式。通过有限元软件对不同传感器平行梁尺寸下梁端应变和最大应力、不同密封材料下装置的应变损失进行分析,指导传感器平行梁尺寸及密封材料的选择,并利用大型直剪仪对装置进行精准标定,最后在哈尔滨某沉井工程中进行现场应用。研究结果表明:1)平行梁的厚度越小、长度越大,弹性元件在荷载作用下微应变越大,但同时最大应力会增大;2)传感器内填充密封材料后,会存在一定应变损失,采用硅酮结构胶对装置进行密封应变损失最小;3)不同法向应力加载条件下侧摩阻力监测装置标定曲线的一致性较好,线性拟合系数均大于0.99,装置稳定性好。现场应用结果表明,通过侧摩阻力监测装置获取的沉井侧摩阻力与侧壁土压力的分布规律基本一致,且装置易于安装,可靠性好。

黏土-砂混合物三轴压缩超声波特性研究

为研究核废料缓冲回填材料的超声波特征,本文利用岩石三轴压缩伺服仪和超声波测试系统,开展侧限压缩和常规三轴压缩2种应力路径和2种超固结比状态OCR=0.83和2.9的压实黏土-砂混合物的三轴压缩试验和超声波测试。结果表明:侧限压缩试验的纵、横波波速(V_(p)、V_(s))曲线表现出与轴压-轴向应变曲线相似的3阶段特征,但V_(p)曲线具有滞后效应;常规三轴压缩试验的V_(p)增加,V_(s)降低,V_(p)和V_(s)变化与围压有关。动剪切模量和动泊松比(G_(d)和μ_(d))的曲线分别与V_(s)和V_(p)的曲线相似,围压主要影响动剪切模量的大小;V_(p)和V_(s)与有效平均压力(p)有关,V_(p)和V_(s)与p的关系可用二次函数较好描述;横波信号的主频逐渐增大,主振幅先减小后增大,主频变得不易分辨,围压越大,横波信号衰减越强;Ⅰ和Ⅱ区随偏压加载而逐渐融合,横波分裂效应减弱。研究结果可为核废料缓冲回填材料的配比设计提供参考。

高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力研究综述

库坝区滑坡体入水激起的涌浪灾害链对水工建筑物构成安全威胁.本文对高坝大库滑坡涌浪对水工建筑物作用力相关研究成果和发展趋势进行综述,概述了国内外典型滑坡涌浪实例及其危害,基于规范推荐公式、物理模型试验和数值模拟方法对库区滑坡涌浪对大坝坝体冲击压力相关研究成果进行总结归纳,提出应关注涌浪二次冲击阶段对水工结构的影响、开展坝前涌浪回落对坝面构筑物结构产生拖曳力的相关研究.总结了涌浪对通航建筑物作用力的相关研究,分析表明,现有关于涌浪对通航建筑物作用力的研究并不完全适用于库区滑坡涌浪对高坝水工结构作用,需开展专题研究.在现状分析的基础上,对高坝大库滑坡涌·浪对水工建筑结构作用的进一步研究提出了建议与展望.

热−力耦合作用下垃圾土体积变形特性和模型研究

城市生活垃圾填埋场因有机质降解产热导致其内部温度长期高于环境温度,引发工程运维问题。垃圾土温控三轴试验结果发现,温度变化引起的垃圾土体积应变与应力水平有关,且弹性体积应变占比较大,影响以塑性体积应变为硬化参数的弹塑性本构模型研究。在前期试验基础上,采用GDS温控应力路径三轴仪,研究了排水条件下温度对垃圾土中黏土体积变形特性和压缩特性的影响,并与相同条件下垃圾土体积变形特性进行比较,揭示了温度变化对垃圾土体积变形特性的影响机制。基于垃圾土温控三轴试验结果,推导了垃圾土热弹塑性压缩指数λT和热弹性压缩指数κT的确定方法;采用等效应力原则,假设温度变化引起的弹塑性体积应变等于某一等效应力增量引起的弹塑性体积应变,建立了垃圾土在热−力耦合作用下的体变计算模型,并对模型进行了验证分析。研究结果表明,孔隙比是影响垃圾土温度体积应变的主要因素;垃圾土的λT和κT随初始固结应力的增加而减小,比黏土高一个数量级;选取常温下相应固结应力水平的回弹指数κ和压缩指数λ比例值(κ/λ)能够较好地模拟热−力耦合作用下垃圾土的体积变形特性。