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《岩土工程学报》2020年第4期中文摘要
日期:2020年04月21日 16:08:30点击数:字号:【

虑土拱效应影响的路堤荷载下土工格室加筋体变形分析

赵明华,陈大兴,刘  猛,欧  强

(湖南大学岩土工程研究所,湖南 长沙 410082)

摘  要:首先假定内、外土柱界面侧土压力系数和摩阻力发挥程度均与界面相对位移相关,对传统土柱模型进行了改进,得出土拱效应分析模型,进而运用自变量转换等数学方法建立路堤底部桩土应力比与桩土差异沉降的函数关系;考虑土工格室加筋体的三维形态及实际工作状态,用小挠度弹性薄板简化其计算模型,引入桩土变形及格室加筋体与上下界面摩阻效应,结合已建立的土拱效应模型构造非线性代数方程组,得到了“路堤–土工格室–桩土加固区”共同作用模型,对此模型进行迭代求解,得出计算桩土应力比、沉降及桩土差异沉降的新方法。通过实例验证与前人方法进行了结果对比,证明了该方法的合理性。最后选取重要参数进行分析,研究了桩土刚度比、路堤填土压缩模量、路堤填土内摩擦角对桩土应力比及格室体变形的影响。

关键词:土柱模型;土拱效应;土工格室;弹性薄板;变形计算

高面板坝堆石体的填筑质量控制指标研究与应用

朱  晟1,2

(1. 河海大学水文水资源与水利水电工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210024;2. 河海大学水利水电学院,江苏 南京 210024)

摘  要:利用建设中的阿尔塔什高面板坝的堆石料填筑级配,进行了现场大型相对密度试验,结合三因素图研究了堆石体采用孔隙率和相对密度双控填筑标准的设计方法,并利用堆石料挖坑检测资料说明了相应的现场填筑质量控制流程。结果表明:①堆石料的填筑级配基本为分形分布,粒度分形维数在2.516~2.633之间,压实性能较优;②当堆石料的最大粒径达到400 mm时,其干密度缩尺效应已经较小,可直接利用最大控制粒径等于400 mm级配的相对密度试验结果制作三因素图,作为评价现场堆石体压实质量的依据;③满足设计孔隙率不大于19%的堆石体,如果增设相对密度压实标准,则相对密度需满足不小于0.76,则仍有15%的检测坑不满足双控填筑标准要求的压实程度。孔隙率受级配影响较大,仅仅满足设计孔隙率要求,不能保证堆石体都能得到充分的压实,理论上不适合作为堆石体的压实标准;④采用孔隙率和相对密度双控填筑标准,为设计级配优良且充分压实的堆石体提供了理论依据,可以更好地满足高土石坝对于变形控制的要求,是保证高坝建设与运行安全的基础。

关键词:面板堆石坝;堆石;双控填筑标准;相对密度;孔隙率;压实;分形理论

位移多点约束法在面板堆石坝精细模拟中的应用研究

魏匡民1,2,陈生水1,2,李国英1,2,米占宽1,2,傅中志1,2

(1. 金沙js娱乐场官方网站岩土工程研究所,江苏 南京 210024;2. 金沙js娱乐场土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京 210029)

摘  要:面板堆石坝数值模拟中为了兼顾计算精度和计算效率,可对混凝土面板划分精细网格,并与堆石体相对稀疏的网格进行合理的连接过渡。基于自主研发的有限元执行平台,开发实现了基于位移多点约束的疏密网格过渡方法,并应用于在建200 m级面板堆石坝工程数值模拟。通过方案对比,验证了该方法的精度,且面板精细网格与堆石体稀疏网格之间变形协调。相较于传统模拟方法,面板精细模拟方法可细致表达面板内应力变化梯度,能够为跨尺度精细模拟混凝土面板性状提供技术基础。该方法简便实用、易于数值实现,具有较好的推广应用前景。

关键词:面板堆石坝;有限元;应力变形,多点约束法;精细模拟

生石灰与微生物共同固化过湿性铝尾黏土试验研究

欧孝夺1,2,3,莫  鹏1,江  杰1,2,3,苏  建*3,4,彭远胜1

(1. 广西大学土木建筑工程学院,广西 南宁 530004;2. 工程防灾与结构安全重点实验室,广西 南宁 530004;3. 广西金属尾矿安全防控工程技术研究中心,广西 南宁 530004;4. 广西博世科环保科技股份有限公司,广西 南宁 530004)

摘  要:因土体孔隙小,目前微生物矿化技术(MICP)在铝尾黏土固化中鲜有应用。基于尾矿库复垦需求,采用生石灰与微生物共同固化技术(生化固化技术)对过湿性铝尾黏土进行处理并与石灰固化技术处理进行对比,通过SEM扫描、压汞试验、剪切试验和压缩性试验揭示其生成物元素组成、土体微观结构和强度变化规律。试验结果表明:生石灰与土中水发生水化反应,形成大量较大直径孔隙,为微生物生存提供空间;生石灰与铝尾黏土中水反应生成Ca(OH)2导致土体pH值和温度升高,试验生石灰掺入量导致的土体温度上升处于试验菌种耐受范围内,同时该菌种具有较好耐碱性,能够利用生石灰水解产生的Ca2+进行矿化作用,但过高碱性会影响其代谢,故应控制生石灰掺量;石灰固化技术处理铝尾黏土能够提升土的抗剪强度,降低压缩系数;生化固化技术处理铝尾黏土能有效填充土体孔隙和黏结土颗粒,处理效果优于生石灰固化技术处理,考虑生化固化效果的最优生石灰掺入量为23.33 kg/m3。

关键词:生化固化;微生物;生石灰;铝尾黏土

频发微小地震下顺层岩质边坡累积损伤及稳定性分析

刘新荣1,2,3,许  彬*1,2,3,刘永权4,王继文1,2,3,蔺广义1,2,3

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心,重庆 400045;

3. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学),重庆 400030;4. 中建地下空间有限公司,四川 成都 610073)

摘  要:三峡库区蓄水后诱发的高频度微小地震对边坡稳定性产生了重大影响。采用振动台模型试验和UDEC离散元数值计算方法,深入地探究了库区典型顺倾层状岩质边坡在高频次微小地震下的累积损伤和稳定性。研究表明:①地震持续作用下,边坡自振频率、阻尼比、损伤度和损伤速率依次降低、增大、累积变大和不断提升,各测点PGA响应表现为“高程效应”和“趋表效应”,且PGA放大系数均呈降低趋势;②高、低动荷载振幅阶段边坡岩体非线性累积损伤模型可分别用指数函数和三次函数描述,其演化曲线分别呈初期轻微降低、中期线性递增、后期平缓微增的“S”型特征和急速增长的“陡升”型特征;③边坡累积损伤–失稳破坏呈现为起伏体爬坡–啃断–磨平、次级节理(层面)起裂–扩展–贯通、坡体沿复合破坏面发生整体滑移、失稳破坏后岩体以破碎–大型–巨型块状堆积于坡脚,且含起伏体边坡整体稳定性更优;④动荷载振幅、动荷载频率、坡高、坡角增大而层面厚度减小时,边坡临界失稳微震作用次数减小、累积永久位移增大、稳定性系数减小,且层面出露边坡更易发生失稳破坏。

关键词:频发微小地震;顺层岩质边坡;振动台模型试验;累积损伤;UDEC离散元方法;稳定性

黏土中箱筒型基础防波堤静力失稳破坏模式和承载力研究

蒋敏敏1,蔡正银2,肖昭然1,徐光明2

(1. 河南工业大学土木工程学院,河南 郑州 450001;2. 金沙js娱乐场官方网站岩土工程研究所,江苏 南京 210024)

摘  要:箱筒型基础结构是适用于软土、大波浪荷载的新型防波堤结构。通过离心试验研究了箱筒型基础结构的静力失稳破坏模式和承载力特性,以及地基土体强度、波浪力作用高度对其影响规律。研究表明,箱筒型基础结构的荷载与转角、水平位移和竖向位移关系曲线有弹性变位和失稳破坏两阶段,但土体强度较大时,竖向位移不出现失稳破坏。随着弯矩的增大,结构转动中心从海床面以上向地基中移动,达到弯矩承载力时,转动中心深度位于桶底端附近。土体强度较小、波浪力作用高度较低,结构失稳的变位模式为转动和竖向位移;波浪力作用高度增大,失稳的变位模式为转动、水平位移和竖向位移的模式;土体强度增大至44.5 kPa,变位模式为转动和水平位移的模式。土体强度相同时,结构的弯矩承载力随着水平承载力的增大呈线性降低;波浪力作用高度相同时,弯矩承载力随着水平承载力的增大呈线性增长关系。研究结果揭示了箱筒型基础结构失稳破坏规律和承载力特性,并为结构优化设计提供参考。

关键词:箱筒型基础防波堤;黏土地基;离心模型试验;失稳破坏模式;承载力

不同微波照射方式下岩石试样的内外升温特征试验

高  峰1,2,邵  焱1,熊  信1,周科平1,2,曹善鹏1

(1. 中南大学资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083;2. 中南大学小行星矿物资源研究中心,湖南 长沙 410083)

摘  要:微波辅助机械破岩是实现硬岩非爆破连续开采的重要手段,开展微波照射方式对研究岩石的温度响应以及破坏机制具有重要的理论和实际意义。对花岗岩试样进行不同功率和时间的微波单次与循环加热、单侧与双侧加热试验,并开展试样加热前后的P波波速测试。结果表明,试样反向功率整体上随时间降低,且降低程度随功率增大而增大。试样内部温度高于表面温度,其变化具有明显的阶段特征,且在升温阶段存在“拐点”,表面温度从中心以辐射状向边缘逐渐降低。微波加热使试样内部产生热应力并导致裂纹产生和扩展,降低P波波速。采用单次、单侧、高功率和短时间的微波照射方式对试样进行加热,可以使试样温度升高更为显著。

关键词:微波;岩石破碎;照射方式;温度;功率

高地应力深埋隧道断裂破碎带大变形控制方法现场试验研究

王道远1,2,3,刘  佳*1,张  逴4,袁金秀1,朱永全2,3,刘  辉5,崔光耀6

(1. 河北交通职业技术学院土木工程系,河北 石家庄 050091;2. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;

3. 石家庄铁道大学土木工程学院,河北 石家庄 050043;4. 中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司,河北 石家庄 050031;

5. 中铁十九局集团有限公司,北京 100176;6. 北方工业大学土木工程学院,北京 100144)

摘  要:针对新莲隧道大埋深、高地应力、大变形凸显的实际情况,开展单层支护、双层支护、刚性强支、超前导洞+扩挖方案下支护受力及变形控制方法现场试验研究。结果表明:①原设计方案1支护偏弱不足以抵抗围岩形变压力,平导支护应力超过设计应力值率达100%,正洞支护侵限严重,换拱率100%;②“让抗结合”的双层支护方案2,下台阶与仰拱同步施作,不利于下部围岩应力释放,仰拱隆起开裂,边墙换拱率84%;变更下台阶与仰拱分段施作后,仰拱应力缓慢释放,大变形得以控制;③采用“刚性强支”理念的方案3,增设了“H175型钢+大拱脚靴套+锁脚锚杆套管”,提升了拱架整体刚度,最大收敛变形速率减小42.4%、月开挖进尺达90 m;④采取“超前导洞+扩挖”的方案4,实现了应力分阶段缓释,大变形得到有效控制,但纤维混凝土的应用及超前导洞支护的拆除增加了成本和工序。建议跨断裂破碎带段采用经济合理、工序简便、支护调整灵活的方案3进行施工,方案4可作为更大围岩变形的预备方案。同时拱顶预留变形量可近似按边墙预留变形量的1/2留设。

关键词:高地应力;断裂破碎带;围岩大变形;大拱脚靴套;锁脚锚杆套管;控制方法;现场试验

盆地内外介质阻抗比对盆地地表地震动及次生Rayleigh面波的影响

于彦彦,丁海平,刘启方

(苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室,江苏 苏州 215011)

摘  要:采用综合f-k滤波和基于S变换的极化分析方法,从盆地观测点的模拟时程中提取Rayleigh面波,研究盆地内外介质的阻抗比(IC)对盆地地表地震动及次生面波的影响。结果表明:①此方法能较好地识别和提取Rayleigh面波震相。②盆地放大效应受IR影响显著。水平分量最大放大系数(AFmax)随IC的增加而增大,最大约1.15;垂直分量AFmax随之降低,最大值0.85左右。同时,盆地斜边区域水平分量地震动的削减作用随IC减小而增强。③IC对盆地显著放大区域的分布特征影响明显。IC较小时,盆地内存在多个显著放大区域;IC较大时,此区域仅出现在盆地边缘。④随IC增加,两分量的面波幅值降低,面波持时变长,传播速度增大。⑤IC较小时,面波幅值在盆地内振荡明显,随IC增大,该值在盆地边缘处最大,向内部基本不变。⑥面波幅值与地震动峰值之比在水平分量上随IC增大而降低,最大比值出现在盆地边缘;在垂直分量上受IC影响不明显,主要随与盆地边缘距离的增加而增大。

关键词:盆地;Rayleigh面波识别;阻抗比;地震动;放大效应

黄土自重湿陷变形的多地层离心模型试验方法

米文静1,2,张爱军*1,刘争宏3,刘宏泰3

(1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100;2. 商洛学院,陕西 商洛 726000;

3. 机械工业勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710000)

摘  要:黄土的自重湿陷变形对上部建筑物具有较大的危害,现有的黄土室内湿陷试验方法和现场浸水试验方法,难以同时满足工程建设对试验结果在经济性、期限和准确性方面的要求。在之前提出的黄土湿陷变形的典型层离心模型试验方法的基础上,以咸阳渭城区布里村自重湿陷性黄土地基为对象,开展了包含地基多个地层的单线法和双线法自重湿陷变形离心模型试验,提出了黄土自重湿陷变形的多地层离心模型试验方法,并与室内湿陷试验和现场浸水试验结果进行了对比;同时分析了Q2和Q3黄土自重湿陷的分层变形特征。研究结果表明:多地层离心模型试验结果得到的地区修正系数值与现场浸水试验测得的值相差0.04,其相对误差为2.5%。证明多地层离心模型试验方法可以得到与现场浸水试验相近的结果,且具有费用少、试验周期短的优势,在一定情况下可以取代现场浸水试验进行黄土自重湿陷变形的测定。

关键词:湿陷性;黄土;自重湿陷变形;离心模拟;修正系数

堆石料流变应变的硬化特性试验研究

周墨臻1,张丙印*2,钱晓翔3,孙  逊2

(1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044;2. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;

3. 北京市轨道交通设计研究院有限公司,北京 100089)

摘  要:堆石料流变变形是高土石坝工程长期变形的重要来源之一,过大的长期变形可导致发生坝体裂缝和面板挤压破损等问题。目前常用的流变模型主要是根据单级加载流变试验成果建立的,未考虑多级加载情况下堆石料加载变形和流变变形之间的相互影响。研制了三轴仪油压伺服轴向应力稳压器,实现了应变控制进行应力加载和应力控制进行稳压流变的联合控制模式,据此提出了一种进行多级应力加载和流变的三轴试验方法,可有效避免流变的起算时间问题。采用糯扎渡弱风化花岗岩堆石料,进行了系列的多级加载三轴流变试验。根据试验结果,探讨了多级加载条件下堆石料应力应变曲线的分段特性,发现堆石料流变变形会引起堆石料的塑性硬化,可使得堆石料在后续应力加载的一定范围内处于弹性再加载状态。基于弹塑性理论,探讨了堆石料流变硬化特性的作用机理,表明堆石料流变的硬化特性具有普遍性,是流变的一项固有属性。

关键词:高土石坝;堆石料;粗粒土;流变试验;流变硬化

采空区破碎煤岩样压实再次破碎特征的数值模拟研究

张  村1,2,3,赵毅鑫1,3,屠世浩4,张  通*2

(1. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083;2. 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽 淮南 232001;

3. 中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083;4. 中国矿业大学矿业工程学,江苏 徐州 221116)

摘  要:采空区垮落带破碎煤岩体压实过程中不断出现岩体的再次破碎与孔隙结构调整,进而影响垮落带压实应力及孔隙特征。采用离散元数值模拟研究了垮落带破碎煤岩样在压实过程中的应力、孔隙结构及破碎演化特征,分析了煤岩组合比例及组合结构对煤岩组合颗粒破碎压实特征的影响。模拟结果表明:破碎煤岩样在压实过程中的应力应变曲线以最大垂直应变(εm)为界分为两段,第一段的压实应力随着应变的增加呈指数式增加,在应变超过εm后,应力呈线性增加,直线段斜率与煤岩组合试件中岩样的比例呈正比,但破碎煤岩样的岩样比例对εm影响较小。破碎煤岩样破碎率随着应变的增加呈S型上升,在应变大于εm后,煤岩样基本不再发生破碎。在相同煤岩比例下,煤岩组合结构对破碎煤岩样的破碎率影响较大。在破碎煤岩样加载过程中,破碎煤样优先于岩样破碎,进而对其周边破碎岩样产生卸压充填作用,大幅度降低了岩样的破碎率。最后,给出了破碎煤岩样破碎率–应变拟合模型,提出了破碎率增长最大速度应变值,定量分析了煤岩比例对破碎率的影响。

关键词:垮落带;破碎煤岩样;压实特征;破碎率;离散元模拟

考虑抗拉强度剪断的非饱和土无限边坡稳定性分析

李梦姿1,2,蔡国庆*1,2,李  昊3,杨贝贝4,赵成刚1,2

(1. 城市地下工程教育部重点实验室,北京100044;2. 北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;3.河南省交通运输厅,

河南 郑州 450003;4. 北京城建设计发展集团股份有限公司郑州分公司,河南 郑州 450000)

摘  要:基于Fredlund强度理论提出了抗拉强度包线部分截断的非饱和土非线性强度准则(C-F准则)。该准则允许土体破坏过程中产生剪切破碎。然后建立无限边坡在稳定渗流作用下,考虑抗拉强度部分剪断的无限边坡稳定性分析方法框架,给出非线性强度包线下安全系数的求解方法。该方法可以考虑抗拉强度部分剪断和渗流作用对边坡稳定性的影响规律。分析结果表明,C-F准则较Fredlund强度准则所得安全系数会有降低,对渗流高陡非饱和土边坡稳定性分析的影响会更加显著。

关键词:非饱和土;无限边坡;抗拉强度;剪断

植物源脲酶诱导碳酸钙固化砂土试验研究

吴林玉1,缪林昌*1,孙潇昊1,陈润发1,王呈呈2  

(1. 东南大学岩土工程研究所,江苏 南京 210096;2. 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092)

摘  要:植物源脲酶诱导碳酸钙沉积胶结砂土是岩土工程领域的一种新型技术,相比目前广泛应用的微生物固化砂土技术具有很多优点。直接从大豆中提取脲酶,首先研究了温度及pH值对大豆脲酶活性的影响,然后控制胶凝液浓度、pH值、温度和反应时间进行了脲酶诱导碳酸钙沉积试验,在此基础上,采用循环灌注脲酶液和胶凝液的方法固化3种不同颗粒粒径范围的砂土,通过超声波测试、无侧限抗压强度测试及碳酸钙含量测试检测固化效果。结果表明:大豆脲酶最适pH值为8,15℃~75℃范围内脲酶活性随温度升高而增大。大豆脲酶诱导的沉淀产物为方解石型碳酸钙,随胶凝液浓度增大,碳酸钙产率先增大后减小,胶凝液浓度为0.75 mol/L时,碳酸钙产率最大。胶凝液浓度一定时,pH值为8情况下碳酸钙产率最大,且产率随反应时间增加而增大。10℃~40℃范围内温度对碳酸钙产率影响较小。固化试样的抗压强度与碳酸钙含量呈正相关,随砂土颗粒粒径增大,试样的抗压强度先增大后减小,0.25~0.5 mm砂土固化效果最好。

关键词:砂土固化;大豆脲酶;碳酸钙沉积;颗粒粒径

卸荷条件下岩石平行偏置双裂隙的扩展规律研究

周子涵,陈忠辉,王建明,年庚乾,陈  帅,包  敏

(中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083)

摘  要:岩质边坡中存在着大量的非贯通断续节理,对于开挖扰动下的边坡岩体强度及破坏模式起着重要的控制作用。为了研究边坡岩体在开挖扰动下内部节理裂隙的细观扩展规律,基于叠加原理与Kachanov法,推导了卸荷条件下平行偏置双裂隙的尖端应力强度因子表达式并从理论上分析了多种因素对裂隙间相互作用的影响规律,最后对含平行偏置裂隙的类岩试件进行了卸荷试验,结果表明:①主次裂隙间的裂隙错距或岩桥长度愈小、主裂隙长度愈大,裂隙尖端处的相互作用变化愈剧烈;②随着裂隙倾角的增大,裂隙尖端张拉破坏的趋势愈发明显,而剪切破坏趋势减弱;③裂隙间的岩桥长度越大,应力强度因子放大系数受裂隙倾角的影响越敏感。通过对比理论上不同试件在侧向卸荷条件下的裂隙轴向起裂应力与试验测得的实际起裂应力发现,两者相对误差均在4.7%以内,证明了利用提出的理论方法计算裂隙的临界起裂应力是合理可行的。通过本研究揭示的卸荷条件下平行偏置双裂隙的扩展规律,可对露天矿节理岩质边坡在开挖过程中的细观破坏机制提供一定的理论依据。

关键词:断续节理;叠加原理;Kachanov法;应力强度因子;卸荷试验

基于凝胶分形模型膨润土侵蚀质量的计算方法

徐永福1,2

(1. 上海交通大学土木工程系,上海 200030;2. 皖江工学院,安徽 马鞍山 243000)

摘  要:地下水沿围岩裂隙对高放废物地质处置库膨润土缓冲/回填层产生侵蚀作用,膨润土的侵蚀质量与地下水流量密切相关?不同于砂粒,膨润土以凝胶形式赋存于地下水中,形成悬浊液?膨润土凝胶具有分形结构,基于膨润土凝胶的分形结构,导出膨润土的侵蚀质量(ms)与地下水流量(Vw)的理论关系,表示为,指数表示为膨润土凝胶分维(D)的函数,?采用B?rgesson等和Suzuki等对MX-80膨润土的侵蚀试验结果,验证膨润土的侵蚀质量与地下水流量的理论关系?膨润土凝胶的分维根据Svensson等的X-射线小角度衍射结果计算,膨润土在不同浓度NaCl溶液中的侵蚀质量与盐溶液流量的关系都符合基于膨润土凝胶分形模型的理论关系?

关键词:膨润土;侵蚀质量;流量;凝胶;分维

基于化学反应动力学方程的一维膨胀时程模型

邹维列1,2,叶云雪3,韩  仲*2

(1. 西京学院土木工程学院,陕西 西安710123;2. 武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;3. 南昌航空大学土木建筑学院,江西 南昌 330063)

摘  要:基于膨胀土的微观膨胀机理,利用二级化学反应动力学方程推导出膨胀土的两种膨胀时程模型:双曲线模型和Logistic模型。前者为两参数模型,其参数物理意义明确;后者为三参数模型,尚有物理意义不明确的参数。通过室内一维膨胀率试验研究了初始含水率和干密度对膨胀时程曲线的影响规律,并对两个模型进行比较。结果表明:①双曲线模型与Logistic模型均能准确地描述膨胀时程曲线;②双曲线模型还可进一步用于预测不同初始含水率和干密度下的膨胀时程曲线;③预测曲线与试验数据具有较好的一致性,且参数的校正过程简单,便于工程应用。推导的膨胀时程模型对于描述膨胀土浸水饱和过程中的体变演化规律具有重要的理论意义。

关键词:膨胀土;微观膨胀机理;膨胀时程;动力学方程;模型

堆石料颗粒破碎特性及Wan-Guo硬化法则的修正

孙大伟1,2,张  亮1,2,徐志华1,2,张国栋1,2

(1. 防灾减灾湖北省重点实验室,湖北 宜昌 443002;2. 三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学),湖北 宜昌 443002)

摘  要:高应力下超高堆石坝坝料的颗粒破碎特性是当前研究的热点问题。取已建成的世界最高面板堆石坝——水布垭坝的筑坝堆石料为试验料,进行了轴向应变达25%的三轴固结排水试验,得到了31组试验的高质量试验数据。在此基础上,统计分析得出临界状态剪应力q与平均主应力p呈幂函数关系、颗粒破碎率与围压呈幂函数关系、临界状态应力比与围压呈对数函数关系。试验揭示了在高–超高围压下堆石料发生了较显著颗粒破碎,堆石料粒径变小、颗粒级配改变导致其剪应力–轴向应变试验曲线下弯。因此高围压下堆石料的临界状态判断标准应为“体应变不变”,而不再是“剪应力不变”。最后引入破碎因子项,修正了Rowe剪胀方程的Wan-Guo硬化法则。

关键词:堆石坝;本构模型;三轴试验;颗粒破碎;状态相关

数值流形法在裂纹扩展中的应用

喻志发1,2,3,4,于长一*2,3,4,刘  丰1,闫澍旺1

(1. 天津大学建筑工程学院,天津 300354;2.中交天津港湾工程研究院有限公司,天津 300222;3. 港口岩土工程技术交通行业重点实验室,

天津 300222;4.天津市港口岩土工程技术重点实验室,天津 300222)

摘  要:针对传统的断裂准则难以模拟混合型多裂纹扩展问题,在已有数值流形法程序基础上,对已有的裂纹扩展准则进行改进使数值流形法能够适应于多种类型裂纹扩展模拟。研究中以莫尔–库仑准则和最大周向应力准则为基础,将二者结合确定裂纹扩展方向。采用C语言开发相应计算程序计算了半圆盘拉伸试验和四点双边剪切试验,数值模拟和试验结果的裂纹扩展路径一致,并且裂纹能够穿过流形单元内部。随后模拟了重力坝开裂问题,发现重力坝开裂主要是拉伸破坏,并且裂纹扩展路径与有限元结果近似。最后通过模拟边坡滑移问题,计算结果与DEM和其他方法对比具有高度一致性。结果不仅验证了提出的强度准则在模拟各类型的裂纹扩展问题是有效的,同时为NMM模拟工程实际问题打下基础。

关键词:数值流形法;裂纹扩展;拉伸;剪切;边坡

不同黏粒含量粉土的微观结构研究

黄春霞1,黄  敏1,蔡  伟1,2,陈国兴1,刘  畅1,张艳美3

(1. 南京工业大学交通运输工程学院,江苏 南京 210009;2. 南京城市职业学院,江苏 南京 210092;

3. 中国石油大学储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580)

摘  要:粉土在中国广泛分布,粉土液化现象的发生与粉土微观结构息息相关。将粉土的宏观抗液化特性与微观结构特征结合起来,分析了不同黏粒含量粉土微观结构的变化规律。利用扫描电子显微镜(SEM)获取不同黏粒含量粉土的微观结构图像并运用Image-Pro Plus(IPP)图像处理软件对粉土微观参数进行计算和分析。结果表明,随着黏粒含量逐渐增加,粉土内部结构逐渐紧密,颗粒接触方式由直接线或面接触转变为点接触,孔隙类型由架空孔隙向镶嵌孔隙转变;孔隙面积随孔径增大而增大,微、小和中孔隙的数量随黏粒含量的增加先增大后减少;随着黏粒含量的增加,微、小和中孔隙形态基本保持不变,但大孔隙的丰度和分形维数显著增加,结构的复杂程度增加。通过不同黏粒含量微观结构的变化规律,揭示了黏粒含量对粉土微观结构的影响以及粉土宏观抗液化特性的微观机制。

关键词:粉土;扫描电子显微镜试验;微观结构;黏粒含量;抗液化特性

常压至高压下中砂剪切特性及应力–剪胀关系

郝冬雪1,岳  冲1,陈  榕*1,任  杰2,陈  孚3

(1. 东北电力大学建筑工程学院,吉林 吉林132012;2. 云南电网有限责任公司昆明供电局,云南 昆明 650118;

3. 广东电网有限责任公司汕头供电局,广东 汕头 515000)

摘  要:为研究高围压范围内砂土相对密实度和围压对土体强度和变形特性的影响,对3种不同相对密实度砂土试样在常至高围压下进行常规三轴固结排水剪切试验,获得偏应力–轴向应变–体应变关系曲线,同时进行颗粒破碎分析。结果表明:在常至中压范围(0.8 MPa≤≤2 MPa),应力–应变曲线均表现出不同程度的应变软化,其剪胀性随相对密实度增加和围压的降低而增强;当进入高围压范围时(>2 MPa),应力–应变曲线逐渐向应变硬化型转变,试样体积逐渐趋于剪缩。颗粒破碎程度随着围压和密实度的增大而增大,在高围压时由于中密和密砂剪切后期出现了明显的颗粒破碎,导致剪切过程中出现了二次相变。不同密实度土体的破坏内摩擦角和对数围压表现良好的线性关系,拟合确定了破坏内摩擦角随对数围压增加的衰减率,同时基于Bolton应力–剪胀关系拟合确定了试验砂土的临界状态内摩擦角,建立了剪胀指标与初始相对密实度及平均有效应力的关系式,为高压情况下砂土地基稳定性分析等提供强度参数。

关键词:砂土;高围压;相对密实度;强度特性;颗粒破碎;应力–剪胀关系

上限法简化模型分析鱼雷锚水平承载力

瑜  璐,杨  庆*,张金利,杨  钢

(大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116023)

摘  要:鱼雷锚的承载力问题是工业界关注的首要问题。基于塑性极限分析理论上限法提出一种简化模型用于计算鱼雷锚水平承载力。通过有限元方法得到考虑锚翼长宽比()和土体强度()等因素的平均水平承载力系数,将其用于上限法简化模型。并采用有限元方法和de’Sousa研究结果验证上限法简化模型的合理性。研究进一步发现:①旋转中心位置低于锚翼长时,减小锚翼长度或宽度,旋转中心位置靠向锚尖;②鱼雷锚的锚翼长度大于1/2锚长时,增加锚翼宽度比增加锚翼长度更能显著提高承载力,该结论为优化锚型设计提供参考依据。

关键词:鱼雷锚;水平承载力;上限法;旋转中心;极限分析

基于硬脆性岩石特征粒径的锥齿滚刀最优钻压分析

谭  昊1,2,纪洪广*1,曾志远3,刘志强2

(1. 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;2. 北京中煤矿山工程有限公司,北京 100013;

3. 中钢集团安徽天源科技股份有限公司,安徽 马鞍山 243000)

摘  要:为提高反井钻机锥齿滚刀对硬脆性岩石的破岩效率,需要得到最优钻压,分析岩碴粒径是研究反井钻机锥齿滚刀最优钻压的重要手段。采用直线破岩试验方法,使用锥齿滚刀破碎硬脆性大理岩试样,并通过Rosin-Rammler分布函数对岩碴粒径分布情况进行分析。通过对比多个钻压下岩碴粒径分布的累计概率曲线、特征粒径以及比能,得到钻压与岩碴特征粒径分布规律、特征粒径与比能的关系。当特征粒径最大和比能最小时,分别得到大理岩试样的最优钻压为34.45 kN和35.19 kN,因此最优钻压约为35 kN。据此,建议在实际应用中可将钻压设为35 kN。还分析了在相同钻压下,采用锥齿滚刀破碎硬脆性大理岩和花岗岩时的粒径分布关系,分析得到两种单轴抗压强度岩碴的特征粒径。研究结果表明特征粒径能够反映锥齿滚刀的破岩效果;硬脆性岩石的破碎过程符合黎金格的新表面说,特征粒径与比能呈近似反比关系;在一定钻压范围内,相同钻压下花岗岩特征粒径均大于大理岩,且特征粒径差距随钻压增加而增大。

关键词:锥齿滚刀;岩碴;Rosin-Rammler分布;特征粒径;比能;最优钻压

层状横观各向同性地基变形问题的一个近似解

朱桂春1,2,史培新*1,王占生3

(1. 苏州大学轨道交通学院,江苏 苏州 215000;2. 扬州工业职业技术学院,江苏 扬州 225000;3.苏州市轨道交通集团有限公司,江苏 苏州 215000)

摘  要:从横观各向同性平面问题的基本弹性方程出发,利用扩展的瑞利–里兹法,将层状横观各向同性土体划分为多层有限区域及无限区域,每层土体作为一个块体,构造泛函,依据最小势能原理,对泛函进行变分求其驻值,结合边界约束条件,最终求得其近似解。求解过程采用高阶多项式及无穷坐标变换的方法实现了对无穷远处边界的高精度描述,克服了传统有限元方法对无穷远处结构盲目截断的缺点,同时又具有解析法精确求解的优点。根据公式,编制了Mathematica计算程序,得到了非对称荷载作用下层状横观各向同性地基变形的解答,并分析了横观各向同性参数和层状性质对地基变形的敏感程度,最后将其应用到某地连墙成槽施工引起的地层变形计算,研究表明该计算程序可快速简便地求解地连墙成槽施工引起的地层变形,具有较强的工程实用性。

关键词:横观各向同性;层状地基;瑞利–里兹法;近似解

 

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