基于土体中结构面的岩土工程问题探讨

土体中也存在结构面，并且结构面的存在与很多的岩土问题有关。为使土体中的结构面受到足够的重视，本文就其中的几个主要岩土工程问题进行了探讨，它们是：结构面对土体力学性质的影响、土体结构面对土体破坏的控制作用、有时可尝试用离散元等模型分析土体变形、土体中结构面上水的渗流和污染物的运移、结构面上土体力学参数问题、土坡稳定性问题、土与结构物的相互作用问题、土体中结构面与环境岩土工程问题等。     

量子地球化学的研究进展和发展展望

量子地球化学是应用量子力学理论研究地球物质的结构物理与结构化学的一个新理论。综述了量子地球化学理论建立以来,在矿物的结构、地球化学特征,乃至地球科学中的研究方面的最新进展,揭示了矿物中的元素分配与晶体结构等量子地球化学的研究核心,以及矿物的表面和内部电子结构、元素的分配及其动力学机制,显示量子地球化学在地球科学理论和应用领域有极广阔的前景。     

结构性海积软土的弹塑性研究

通过对天津市欠固结海积软土进行的大量试验,研究了土的结构性和弹塑性变形本构关系两个方面的问题。首次引入结构强度系数,建立了微结构定量参数与力学参数之间的关系,并提出一种综合考虑结构性影响的应力应变关系模型,为海积软土的结构性模型研究及实际应用提供了一条新的途径。     

白音华一号露天南帮工程地质特征分析

在分析矿区地层岩性、构造和水文地质条件的基础上,依据岩石的物理力学性质,确定了矿区边坡的软弱层面,同时对矿区南帮（非工作帮）的工程地质特征进行了研究。认为：第四系松散层具饱水性质,新近系地层以膨胀性的粘土（岩）为主,可塑性较强,易崩解,抗压、抗剪强度低,煤系地层以软岩为主,力学强度亦低,矿区工程地质特征为二类一型。据此预测了该区可能产生的工程地质问题,并提出了相应预防措施。     

系列尺度岩石结构面相似表面模型制作的逆向控制技术研究

制作与原岩结构面相似表面形态的模型试样是开展结构面力学模型试验的关键。基于不同尺度岩石结构面模型试样的制作特点,研制上、下盘完全吻合的系列尺度试样模具,并设计上、下盘吻合结构面试样的制作工艺,使得原岩结构面可以多次重复利用,提高原岩结构面的使用效率,降低取样成本和试验周期,实现在同一块结构面上不同尺度结构面模型的制作。利用表面形态相似性评价技术,验证制作工艺的可行性,结果表明,按照该逆向控制技术设计制作的模型试样,能复制出和原岩结构面表面形态一样、上、下盘结构面吻合度高的模型试样,符合制作不同尺度模型结构面的要求,可克服原岩结构面上下盘吻合度差、不能多种尺度取样的缺点,为开展具有真实表面形态的结构面抗剪强度尺寸效应试验研究提供了条件。     

岩质边坡稳定性的工程地质研究

岩质边坡稳定问题是工程地质学的一个重要研究課题,也是工程实践中迫切要求解决的问题。但是,对这个问题的研究,无论是国內国外都在进行探讨,还沒有形成一套完整的理论体系。为了推动这一方面的研究工作和解决生产实践中所提出的问题,本文试图从工程地质观点,并结合力学概念作一初步探讨,不妥和错误之处,希读者批评指正。     

土石混合体的研究现状及研究展望

土石混合体是不同于岩体与土体的一种地质材料,其物理力学特性的研究越来越受到工程界关注。本文首先介绍了土石混合体概念的提出,并以土石混合体在我国的广泛分布特点与工程中的诸多实际问题阐述了其研究具有重要的工程价值与理论意义。另一方面,通过大量与土石混合体相关的文献检索与分析,本文从力学试验、几何结构研究和数值模拟等不同方面总结了近年来土石混合体研究的成果,指出结构效应是土石混合体重要而又特有的一个特征,其几何结构模型与数值模拟的研究也取得了许多重要而有价值的成果。最后,针对土石混合体研究中仍存在的不足,本文展望并探讨了土石混合体今后的研究方向,提出了地质成因与物质组成结构特征、水与土石混合体的耦合作用、土石混合体三维数值模拟研究、以及土石混合体力学参数快速确定方法等4个方面的研究内容与研究思路。     

基于微结构张量理论的柱状节理岩体各向异性强度分析

复杂的结构面是控制岩体力学性质的主要因素,由结构面引起的岩体各向异性一直是岩体力学研究的热点问题。柱状节理是一类特殊的岩体地质结构面,具有强烈的各向异性特性,微结构张量理论是目前国际岩石力学领域一种较有效地探讨结构面各向异性问题的新方法。材料的微结构张量和加载向量是微结构张量法描述的两个重要参量。采用多组节理面局部坐标系与整体坐标系的投影关系,定义了材料的微结构张量计算方法,引入各向异性参数ψ表述微结构张量在加载方向的投影,将其引入Jaeger针对岩体沿节理面滑动破裂提出的基于Mohr-Coulomb强度准则,得到了多组节理岩体的各向异性强度准则。同时,结合白鹤滩坝址区的柱状节理特性,分析柱状节理引起的各向异性对坝址区稳定性的影响     

循环荷载下非饱和结构性黏土的弹塑性双面模型

非饱和黏土的结构性能够显著影响其力学特性。基于非饱和土经典模型BBM（Barcelona basic model）和一种可描述循环塑性的硬化法则,引入体积破损率的作为标准土体结构破损的参数,建立了一个描述常吸力下非饱和结构性黏土静态及动态力学特性的弹塑性双面模型。模型在应力空间中包含与重塑非饱和土屈服面几何相似的结构性边界面和加载面,采用径向映射法则和可移动的记忆中心原理,通过结构性边界面和加载面在应力空间中的演化来反映循环加载过程中非饱和结构性黏土的循环塑性特征和结构损伤过程。通过与相关非饱和黏土控制吸力试验数据的比较,表明该模型能够较好地反映静态加载下非饱和结构性黏土的力学特性,而模型预测的循环荷载下的应力?应变特征也具有一定的合理性。     

建议用准确的力学概念研究地球动力学

随着构造地质和地球动力学研究的深入,所引用的力学概念也越来越多,这些概念在力学中已先于地质学有严格的定义,那么引用这些概念时也应该遵循这些定义,以免错用。在进行构造解析和地球动力学分析时,准确运用力学概念有利于对问题的精确和量化解释,否则不仅不利于地质学的发展,还会阻碍地质学与力学和地球物理学之间的交流。然而,近年的文献中误用力学概念的现象时有发生,这与学科日新月异发展的形势很不相称。地质学每次突跃式发展都与其他学科,尤其力学概念的引入分不开。文章仅就几个最常用的力学概念作些基本解释,以期引起关注和研讨。     

破裂压性面力学性质的转化

破裂压性面力学性质之转化这一课题,由于在生产实践和理论研究上的重要性,已越来越为广大的地质工作者所重视。本文试图根据野外观察的资料,对这一题课,阐述一些粗浅的看法。     

Bearing of structural anisotropy on deformation and mechanical response of rocks: An experimental example of rocksalt deformation under variable compression rates

The deformation and mechanical responses of rocks are prime concern in development of varieties of civil and mining engineering structures. The deformation and mechanical properties of both natural and artificial materials are strongly depend on mineral constituents and their arrangements, temperatures and pressures, stress rates and structural anisotropy. This study elaborates an understanding of structural anisotropy, compression rates and mechanical attributes relationship in rocks with specific examples of deformed rocksalt. The cubical samples (5X5X5 cm³) with three kinds of structural anisotropy were subjected to quasistatic compressive stress at rates 0.00035 MPa/min, 0.0035 MPa/min, 0.035 MPa/min, 0.35 MPa/min, 3.5MPa/min, 5 MPa/ min, 7MPa/min and 9 MPa/min on servo-controlled Material Testing System (MTS). The stress-strain curves prepared from deformation of rocksalt’s samples under different rates of compressions are used to determine major mechanical parameters viz., strengths, strains, and modulus of elasticity. A micromechanical en-echelon crack array model is proposed to explain the influence of structural anisotropy on deformation patterns and mechanical properties of rocksalt.According to the proposed model the deformation progresses due to different proportional contributions of tensile and shear crack arrays under the influence of structural anisotropy. The control of structural anisotropy loses with respect to increment in rate of compression with enhance contribution of shear crack arrays in comparison to tensile crack arrays and ultimately fails in shear where the structurally anisotropic rock show isotropic behaviour.     

膨胀性硅藻土的力学性质及其灾害效应研究

在云南保山－腾冲高速公路建设中,遇到了与膨胀性硅藻土相关的边坡稳定问题。通过对云南腾冲五合乡、芒棒乡、团田乡多个地质剖面现场调查和室内物质成分、微观结构分析、力学性质测试表明,云南腾冲新近纪芒棒组硅藻土是一种富含膨胀性黏土矿物的黏土质硅藻土,在性状上属于膨胀性极软岩。天然硅藻土具有很强的结构性,导致其物理性质与力学性质的关系与传统岩土力学规律极不相符,如孔隙比高达2.20～2.78、液性指数为0.66～2.73的天然硅藻土单轴抗压强度竟高达1.09～2.11 MPa。综合研究表明,云南保山－腾冲高速公路建设中黏土质硅藻土边坡的滑坡灾害、风化剥落灾害与其工程特性密切相关。     

Mechanical stratigraphy as a factor controlling the development of a sandbox transfer zone: a three-dimensional analysis

In thrust belts, fold–fault terminations are common features of the structural architecture and can pose complicated problems to unravel, in particular when two or more terminations are in close proximity. Such terminations usually reflect pre-existing attributes. Amongst the many factors, lateral variations in the mechanical stratigraphy can control along-strike geometry and kinematics of fault-related folds.A displacement transfer zone was produced in a compressional sandbox model by means of two adjacent, mechanically different stratigraphic domains. The experiment allowed two discrete chains to develop in the different domains, so that a complex structural setting occurred in the connecting area. Periclinal folds, oblique thrust fronts and oblique ramps developed in the resulting transfer zone. The interaction between periclines in the transfer zone produced lateral culminations in the folded structures. The analysis of displacement across the structural domains revealed that a significant loss of slip along the faults occurred in the relay zone. In this area, imbricate faulting was partially replaced by layer-parallel shortening. A linear relationship appears to exist between the bed length of the thrust sheet and the related fault slip.     

Evaluation of the new dynamic needle penetrometer in estimating uniaxial compressive strength of weak rocks

Studying the mechanical characteristics of weak sedimentary rocks is a burning issue in civil and mining engineering designs and analysis since obtaining rock mechanical properties of these has always faced lots of problems and uncertainties due to the structural weaknesses. One of the main causes of these problems is the difficulty of preparing high-quality core specimens recommended by testing standards or suggested methods for uniaxial compressive strength (UCS). For resolving this issue, in this study, common methods for indirect estimation of UCS of weak rocks were initially studied, their merits and demerits were analyzed, and then, in light of their positive and negative points, a new modified device was designed with a different mechanical structure and force exertion system, which could be practically used to present a new method for indirect estimation of UCS. Thus, in this study, we initially had a general view of the new dynamic needle penetrometer and its modified parts and their capabilities. After introduction, as the first phase of the practical studies on this, dynamic needle penetration resistance (DNPR) was measured, as the dynamic needle penetrometer test result, from 65 specimens collected from three different projects. Then, the relationships between DNPR and UCS of the rock specimens and the regressions of correlations were statistically analyzed. Finally, a linear equation with considerable accuracy resulted from analysis, and using this led to solving the main problem of this research by proposing a developed method for indirect estimation of uniaxial compressive strength of weak rocks.     

裂隙岩体等效力学参数结构效应的计算机模拟试验研究

为研究裂隙岩体结构效应对其等效力学参数的影响,引入基于离散元的合成岩体技术,通过可控的改变三维岩体结构网络中的结构参数,制作相应的合成岩体试件,开展计算机模拟试验研究。结果表明：随岩体中裂隙体积密度增大,裂隙的变形参数和强度参数随裂隙密度增加而减少,其中等效弹性模量对结构面密度变化最为敏感;随岩体中裂隙倾角增加,岩体等效弹性模量随之单调增加,且等效弹性模量的离散程度（标准差）随倾角增加而减小,而各强度参数指标则先减少而后增加,形成一个U形变化规律;岩体等效力学参数均随结构面尺寸增加而减小,同时等效力学参数的离散程度（标准差）随结构面直径增加而增加,其中单轴抗压强度指标变化最为敏感;岩体等效力学参数对裂隙尺寸和产状的离散程度不敏感。该研究结论可为其他结构效应研究提供一种新思路。     

复杂开挖过程FLAC3D力学仿真代码生成系统研究

针对直接采用FLAC3D编制复杂开挖过程力学仿真程序所遇到的困难,开发了FLAC3D力学仿真程序代码生成系统(generating code system,简称GCS)。介绍了如何利用矿用地质软件Surpac,按空间、次序、结构功能及工程地质体属性对复杂开挖过程进行剖分,形成可编程的组件;着重解决了模型单元质心定位、单元捕捉、重组和应用程序变量到FLAC3D变量、函数、语句、数据结构之间映射等问题;使用VC++开发并给出了一个特定回采开挖过程的FLAC3D力学仿真代码生成系统实例,该应用程序以模型单元数据库为数据源,通过一系列与用户交互的页面,由用户对回采开挖过程所需步骤和参数进行选择和确认,并将这些步骤和参数传递给仿真代码生成系统,由系统自动完成FLAC3D力学仿真代码的生成。FLAC3D力学仿真程序代码生成系统架起了地质三维几何造型软件与三维计算软件之间的桥梁,可大大提高编制FLAC3D三维力学仿真代码的效率,降低程序编制的出错率,有利于应用FLAC3D软件更为深广地解决复杂岩土开挖过程中的力学问题。     

排水抗滑桩技术研究现状及展望

排水抗滑桩技术一方面可以克服传统抗滑桩不利于坡内渗流排水这一问题,另一方面也减少了竖向排水、抗滑等结构单独施作时的开挖工程量,并可充分提供水化热散热面,确保整体结构的质量,因此成为现代滑坡防治工程中重要的技术手段,也是近年来地质灾害、水文地质及地下工程等学科持续关注的新型技术。排水抗滑桩技术涉及流体力学和固体力学,以及水动力模型、结构模型、工程地质模型等,理论体系尚不够成熟,且存在空间结构组合相对复杂、施工技术难度较大等问题,其进一步推广应用受到制约,需要开展有针对性的现状总结研究。在查阅大量国内外相关文献、专利和实际工程应用的基础上,对现有排水抗滑桩结构（抗液化桩、空心排水抗滑桩、箱型排水抗滑桩等）特征及分类进行系统归纳,发现：结构上通常与集排水结构形成“渗-集-排”抗滑组合立体结构系统,主体抗滑形式多为桩型或键型,“渗-集-排”结构通常包括透水孔、辐射状渗水孔和排水花管;通过对典型应用实例的综合分析,指出排水抗滑桩虽已具有显著提高稳定性的优势,但距离其广泛应用和多元化发展还有一定距离。据此提出目前排水抗滑桩研究中施工工艺复杂、力学性能和排水特性不明晰、抗滑稳定性计算理论不完善、平面...     

板裂千枚岩微观结构与力学性质

为了研究板裂千枚岩的微观结构及力学性质,以汶川-马尔康高速公路沿线典型的板裂千枚岩为研究对象,进行了X衍射,薄片鉴定和单轴、三轴压缩试验。结果表明：1）板裂千枚岩微观结构和矿物成分比较复杂,具有明显的脆、塑性变形和裂隙,结构稳定性差;2）板裂千枚岩的各向异性明显,结构面夹角从0°到90°,板裂千枚岩的弹性模量、抗压强度、黏聚力和内摩擦角先减小后增大,呈V型分布规律;3）板裂千枚岩的破裂模式与结构面夹角和围压的大小密切相关,其破裂模式共有顺结构面的张拉劈裂破坏、顺结构面的剪切滑移破坏、Y型张拉-剪切复合破坏、顺结构面和贯穿结构面的复合张剪破坏、贯穿结构面的剪切破坏5种类型;4）随着围压的增大,不同结构面夹角试样的强度、变形参数和破裂模式的各向异性逐渐减弱;5）最大主应力与结构面的组合方式控制着岩石的破裂模式和力学性质,这是板裂板裂千枚岩显示各向异性的根本原因。     

Seismic landslide analysis: Gurpinar (Istanbul) as a case history

Slope failures triggered by earthquakes are among the most important soil mechanics problems. In this study, static and pseudostatic analyses of slope stability for earthquake conditions were carried out in the Gurpinar area. In situ testing (SPT) was carried out and laboratory samples were obtained from six boreholes (maximum depth 50.0 m) to determine soil classification and strength characteristics. Geophysical studies (seismic refraction and MASW) were also carried out in the area to estimate the structure and stiffness strength characteristics of the slope to 50.0 m depth. All field and laboratory data were used to determine the mechanical and structural (geometrical) behavior of the slope. In order to solve the slope stability problem, three soil slope models were considered. Pseudostatic analysis was carried out to estimate the earthquake acceleration seismic hazard in the region. These analyses showed that, while there was no potential slope instability under static load conditions, some problems would appear with increasing earthquake acceleration. A geotechnical slope improvement project is proposed for the study area.