抗浮锚杆应力-应变状态的线弹性理论分析

假定抗浮锚杆各部分贡献的位移与锚杆轴力均呈线弹性关系,运用力学原理分析锚杆轴力与锚侧摩阻力、锚-土变形之间的相互关系,推导出锚杆的摩阻力、轴力及各部分变形与锚杆各参数的相互关系。实例验证结果表明：基于线弹性模型基础上建立的摩阻力、轴力和位移公式能够较好地描述垂向抗浮锚杆在弹性变形阶段的内力和变形形态;获得了抗浮锚杆摩阻力和剪切位移沿锚固长度的分布规律;证实了锚土界面处变形为土层抗浮锚杆变形的主要部分。     

土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究

为研究同一湿度场环境下土体湿化膨胀与桩基相互作用的机理，设计了室内物理模拟试验，对土体湿化膨胀与桩基相互作用进行了分析。通过人工降雨入渗的方式模拟变化的湿度场环境，实时监测模型箱中不同入土深度的桩基抬升量以及膨胀土地基的变形和应力数据，研究桩基入土深度与抬升情况的关系，基于非饱和土力学理论、桩–土相互作用剪切位移理论，提出考虑土体刚度和隆起量变化的侧摩阻力计算方法，并将桩侧摩阻力理论计算结果与模型试验结果进行对比分析。结果表明：在土体吸水膨胀过程中，桩体的向上抬升会引起桩底端部的卸载作用；地层隆起量随着深度的增加呈线性递减，随着桩尖入土深度的增加，桩顶隆起量呈对数趋势减小，增加桩长可以在一定程度上抑制桩基抬升；同时，基于剪切位移理论得出的桩侧摩阻力与基于非饱和膨胀土理论得出的桩的侧摩阻力及试验测试数据分布基本一致，表明本文所提出侧摩阻力计算公式是可靠的。     

基于湛江组结构性黏土的桩土接触面模型及解析解

湛江组结构性黏土因其特有的结构特性而使该土层中桩基承载性状复杂,传统的桩基设计计算理论和方法应用于该土层中桩基承载力计算时其理论计算值与工程实测值或多或少存在一定误差而存在适用性问题。基于湛江组结构性黏土直剪试验及无侧限抗压强度试验,在剪切位移法的基础上,提出了桩土接触面软化模型,即桩土接触面处于弹性阶段时,桩侧摩阻力随位移线性增加;桩土接触面处于软化阶段时,桩侧摩阻力随位移线性减小,且减小速率与土体灵敏度、桩土接触面法向压力有关;桩土接触面处于滑移阶段时,桩侧摩阻力不随位移变化。依据该模型推导了湛江组结构性黏土中竖向荷载作用下单桩位移及轴力解析解,并比较了计算与试验结果,验证了所提模型的合理性。     

基于均匀设计坡积土含水量与干密度对锚-土界面性能影响试验研究

为深入了解坡积土中锚杆锚-土界面剪切变形特性随土体含水量和干密度的变化规律,本文采用自主研制的基于微元法锚-土界面摩阻性能测试方法和装置,引入均匀试验设计原理设计试验方案,测得不同含水量和干密度下锚-土界面的剪应力-剪切变形全过程曲线,其形状符合三折线模型。基于试验结果,回归得到了锚-土界面峰值抗剪强度随土体含水量和干密度变化的经验关系式。同时,试验结果表明:（1）锚-土界面峰值抗剪强度随土体含水量增加而降低,且土体干密度越大其降低幅度越大;（2）峰值抗剪强度随土体干密度的减小而降低,且土体含水量越小,其降低的幅度越大。     

充气锚杆在砂土中的模型试验研究

为探讨充气锚杆的承载特性,通过建立室内试验模型,改变锚杆充气压力大小、埋设深度、土体密度、橡胶膜长度、厚度等条件,进行了一系列的抗拔试验,得到相应的荷载-位移曲线。研究结果表明：在影响充气锚杆抗拔承载力的诸多因素中,充气压力及土体密实度与承载力成一定倍数增长关系,是最显著的影响因素;其次是橡胶膜长度,成显著线性增长关系;充气锚杆的极限位移主要来自橡胶膜的弹塑性变形,反映了充气锚杆在抗拔过程中橡胶膜的力学行为;通过与常用锚杆的对比分析,得出充气锚杆的极限抗拔承载能力约是单锚片螺旋锚的4.3倍,是双锚片螺旋锚的1.9倍,其极限侧阻力约为一般注浆扩大头锚杆的2～4倍     

3种模式下钻孔灌注桩桩-土剪切特性现场试验研究

不同的桩-土剪切模式对桩-土剪切位移量的大小和桩侧摩阻力的发挥有重要影响。对抗压桩、顶拔桩和负摩擦桩等3种模式的6根钻孔灌注桩的剪切特性进行了现场加载试验与长期监测。通过对不同桩型的桩身应变、桩顶位移和桩周土沉降等试验资料的系统分析,建立了"侧阻-位移"曲线确定各模式桩-土剪切位移量和不同深度的极限侧阻力。根据不同桩-土剪切模式极限侧阻力的发挥特征,分析了桩-土相对运动方向、剪切边界约束条件、剪切位移量、加载速率和剪切历时等5个因素对极限侧阻力发挥的不同影响。讨论了利用现场顶拔桩试验结果对桩负摩阻力增大段的极限负摩阻力进行预测的可行性,供同行参考借鉴。     

嵌岩桩负摩阻力现场试验与计算方法研究

桩-土剪切位移对桩基负摩阻力发展有重要的影响。在既有研究的基础上,通过桩周土体沉降与桩身应变的监测结果建立了计算桩-土剪切位移量的方法。利用该方法对浅中层桩-土监测数据进行分析,确定了在桩顶自由条件下该试验场地桩-土剪切位移量在4~5 mm;对于深层桩-土没有达到该剪切位移量,负摩阻力则无法发挥至极值。根据负摩阻力的发挥特征,改进了规范中嵌岩桩负摩阻力的计算方法,该方法同时考虑了桩周土竖向有效应力与桩土剪切位移的影响。使用该方法计算的负摩阻力与实测结果较为吻合,获得的下拉荷载能够达到安全与经济的效果,可供工程设计参考、借鉴。     

充气锚杆极限承载力计算方法

为研究充气锚杆极限承载力计算方法,在模型试验基础上,探讨充气锚杆抗拔过程中的受力特征与破坏形式,分析锚杆荷载-位移曲线变化特征。基于圆孔扩张理论,通过简化力学模型,推导充气锚杆侧阻力与端阻力计算公式,将理论公式计算值与试验成果进行比较。研究结果表明：(1) 采用球孔扩张理论可以较好地描述膨胀体端部对土体产生的弹性、塑性变形力学机制,估算端阻力值。充气膨胀压力对土体的挤压膨胀作用大大增加了锚杆的侧阻力。(2) 极限承载力理论公式计算值与抗拔试验值基本吻合,验证了极限承载理论计算公式的正确性。(3) 通过与螺旋锚杆相比,充气锚杆的承载力约为单锚片螺旋锚杆的4.3倍,约为双锚片螺旋锚杆的1.9倍,充气锚杆的承载能力优势明显。     

锚杆临界锚固长度简化计算方法

假定锚固体与周围岩土体之间剪应力呈倒三角形分布,计算出锚固体顶端弹性位移;基于锚杆抗拔承载机制及变形特性分析,锚固体周围岩土体变形分析采用与抗拔桩类似的剪切位移模型,得到锚固体周围紧贴锚固体表面岩土体的位移;然后根据锚固体与周围岩土体之间的位移协调原理,推导出了锚杆临界锚固长度的简化计算公式。工程算例对比分析结果表明,其计算结果与实测值吻合较好,且计算公式简单易记,取值明确,适用于工程设计中估算锚杆临界锚固长度。     

锚杆锚固对节理岩体剪切性能影响试验研究及机制分析

为研究锚杆锚固对节理岩体剪切性能的影响规律及锚杆抗剪作用机制,开展不同锚杆倾角及不同法向应力作用下加锚节理岩体室内剪切试验研究,探究加锚节理岩体在法向力及剪切力作用下的变形和受力特征,对比分析节理岩体锚固前与锚固后的剪切变形规律,讨论锚杆倾角、节理面法向应力等因素对节理岩体抗剪性能的影响。试验结果表明,锚杆锚固能够有效地增加节理面的黏聚力和内摩擦角,提高节理岩体的抗剪强度;锚杆倾角对加锚节理岩体的抗剪强度及剪切变形规律有重大影响,较大的锚杆倾角有利于发挥锚杆的"销钉"抗剪作用;节理岩体施加锚杆后其剪力–位移曲线存在弹性阶段、屈服阶段及塑性变形阶段3个区段;在锚杆倾角相同的条件下加锚节理岩体的抗剪强度随节理面法向应力的增加而增大。分析试验后试件破坏形态可知,加锚节理岩体中锚杆的屈服破坏主要发生在节理面附近的区段,岩体材料由于锚杆横向的挤压作用,也会在节理面附近发生局部破坏现象。     

Can pseudotachylytes be used to infer earthquake source parameters? An example of limitations in the study of exhumed faults

Tectonic pseudotachylytes might be used to constrain earthquake source parameters, such as dynamic shear stress resistance, average dynamic friction and slip-weakening distance. Estimation of dynamic shear stress resistance and dynamic friction from field studies is based on the assumption that the volume of melt produced during coseismic slip is proportional to the frictional work converted to heat on the fault surface. Conditions conducive to a realistic estimate of dynamic shear resistance are: (i) the presence of large outcrop exposures that allow for estimation of the volume of pseudotachylyte; (ii) the presence of structural markers offset by faults in order to relate the displacement accommodated by the fault with the volume of melt produced; (iii) data that provide an estimate of the initial melt temperature; and (iv) determination of host-rock temperature and pressure conditions that may have existed during seismic faulting. An independent indication that steady-state friction in the presence of melts might be achieved during coseismic slip arises from the dependence of the fractal dimension of the fault profile (intersection of the fault surface with the outcrop surface) with displacement. This relation could also indicate the slip-weakening distance (Hirose, T., Shimamoto, T., 2003. Fractal dimension of molten surfaces as a possible parameter to infer the slip-weakening distance of faults from natural pseudotachylytes. Journal of Structural Geology 25, 1569–1574).The above conditions are all satisfied in the case of the Gole Larghe Fault Zone, which consists of hundreds subparallel strike-slip faults that cut tonalites of the Adamello batholith (Italy). The thickness of pseudotachylyte-bearing faults increases with displacement. From displacement/thickness ratios and energy balance calculations, we determined the dynamic shear resistance for several pseudotachylyte-bearing faults. In the same faults, the fractal dimension of the fault profile increases from 1.0 to 1.16 with displacement. This was also observed in experiments where steady-state friction in the presence of melt was achieved (Hirose, T., Shimamoto, T., 2003. Fractal dimension of molten surfaces as a possible parameter to infer the slip-weakening distance of faults from natural pseudotachylytes. Journal of Structural Geology 25, 1569–1574). However, we will show that the estimate of the dynamic shear stress resistance, average dynamic friction and slip-weakening distance in the studied faults is limited by the uncertainties to attribute the measured displacement to a single seismic rupture. Since many pseudotachylytes in the upper seismogenic crust overprint preexisting cataclasites, it is suggested that future field and experimental work should be addressed to determine microstructural indicators (i.e. evolution of cataclastic fabric with displacement) within cataclasites, which might constrain the contribution of the cataclastic, pre-pseudotachylyte displacement to the total displacement accommodated by the fault.     

节理峰值剪切位移及其影响因素分析

根据Barton-Bandis节理峰值剪切强度准则,分析了节理峰值剪切位移与法向应力之间的变化关系,并以此为基础总结了Barton峰值剪切位移公式的不足。通过室内直剪试验验证了节理粗糙度与法向应力是影响结构面峰值剪切位移的两个主要因素。试验结果表明,峰值剪切位移与节理粗糙度成反变化关系,与法向应力成正变化关系。建立了考虑节理粗糙度与法向应力的节理峰值剪切位移计算新公式。克服了Barton经验公式只考虑节理粗糙度,而不考虑法向应力作用的局限。新公式能很好地拟合试验数据,表明其合理性。     

超长灌注桩桩-土界面剪切试验研究

为研究超长灌注桩桩侧与土体接触界面的剪切力学行为,采用大型界面剪切仪,开展混凝土与粉质黏土、粉细砂土接触界面剪切试验。针对钻孔灌注桩泥浆护壁施工特点及后注浆工艺的应用,在混凝土与粉细砂土界面设置膨润土泥皮或膨润土泥皮与水泥浆,以研究泥皮及存在泥皮时注浆对界面剪切性状的影响。试验结果表明：界面剪切应力随剪切位移增加逐步达到极限值,之后,剪切应力保持基本不变或出现软化现象;土体类型及法向应力大小对界面剪切力学行为具有较大的影响;粉细砂土-混凝土界面摩擦角与土体有效内摩擦角相近,存在泥皮时,界面摩擦角降低达40%,泥皮的润滑作用较大地削弱了界面的剪切性能;存在泥皮情况下,注浆后界面摩擦角较泥皮界面提高近1倍,水泥浆的注入不仅消除了泥皮产生的不利影响,也有利于进一步改善界面剪切性能,提高其抗剪强度;泥皮及注浆对界面剪切应力与剪切位移关系亦有较大的影响;界面剪切作用对土体具有一定的影响范围,并在接触界面附近土体中逐渐形成剪切破坏带,剪切过程中界面呈现出由剪切位移阶段逐步过渡至剪切滑移阶段;此外,在剪切过程中,不同界面类型的土体变形存在较大差异。     

共轭剪切角的流变学意义

基于最大侧向位移速率假设(Maximum lateral displacement rate, 简称MLDR), 本文提出了一个关于共轭剪切角的流变学理论。根据这个假设, 无论是压应力或张应力作用在一个固体上, 剪切带总是沿着使得被剪切带分割的块体的侧向位移速率为最大的方向发育。换句话说, 如果平行于驱动应力的纵向位移速率或驱动应力的大小被看作为边界条件, 那些被剪开的块体总是以最快的可能速度从两侧挤出或饲入变形区。该理论的优点是:剪切位移的方向是可逆的。因此, 同一剪切带可以在挤压和拉张应力体系中活动。在各向同性固体中, 剪切带的方位和驱动应力方向之间的夹角θ由方程式 tan θ= 确定, 其中n为描述该固体塑性流动的幂指数。      

基于Hoek建议的非线性关系求取岩体抗剪强度的算法及工程应用

阐述了Hoek建议的非线性关系原理,以此提出了求取岩体抗剪强度的算法：考虑了岩体抗剪破坏时总体或平均水平,通过计算出不同正应力 下对应的剪应力 ,线性回归确定一定应力范围内线性化后的 、 值,解决了Hoek-Brown准则拟合算法不能求解一定正应力 条件下岩土的抗剪强度的问题。在对中缅油气管道（国内段）澜沧江跨域工程边坡岩体应用以及进一步对比研究,结果表明：采用文中算法给出的第1种确定正应力 的方法所得的 、 值与Hoek-Brown准则拟合算法所得的结果相差不大,究其原因是两种算法考虑的因素不太一样,导致围压 或正应力 大小有所差别;在实际工程正应力 较低的情况下,应采用文中算法给出的第2种确定正应力 的方法来获取的 、 值,这样所得的结果才与实际情况比较接近,克服了Hoek-Brown准则拟合算法对围压 依赖的问题。     

黄土−砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究

构筑物与土体接触面力学行为是岩土工程研究的热点之一。基于一系列直剪试验,研究不同法向压力、土体含水率条件下黄土?水泥砂浆块界面剪切特性。结果表明,(1) 在土体含水率为9.2和13.1%条件下,法向压力为50、100 kPa时黄土?沙浆块界面剪切应力?位移曲线表现为应变软化型,且可分为峰值前、峰值后及残余阶段三部分,在法向压力为200、300 kPa时表现为应变硬化型;在土体含水率为17.1、20.8%条件下,不同法向压力时黄土?砂浆块界面剪切应力?位移曲线均为应变硬化型;(2) 黄土?砂浆块界面的抗剪强度包络线符合摩尔?库仑准则,随着含水率的增大,界面黏聚强度降低显著,摩擦强度略有增加,整体抗剪强度降低。当土体含水率由9.2%增加至20.8%时,界面黏聚力由41.5 kPa下降至3.6 kPa,界面摩擦系数由0.50增大至0.58。用非线性模型对界面剪切应力?位移曲线关系进行拟合,结果表明非线性模型可较好反映黄土?砂浆块界面的剪切特性。     

Shear behaviour of fractured rock as a function of size and shear displacement

This paper presents laboratory results regarding the shear behaviour of an artificial tensile fracture generated in granite. We used a direct shear rig to test fractures of different sizes (from 100 mm to 200 mm) under various shear displacements up to 20 mm and cyclic shear stresses with constant normal stress of 10 MPa. To determine the evolution of surface damage and aperture during shear, cyclic loading was performed at designated shear displacements. These changes in the surfaces topography were measured with a laser profilometer ‘non-contact surface profile measurement system’. In addition, changes were also measured directly by using pressure-sensitive film.

The results showed that the standard deviation (SD) of the initial aperture of the sheared fracture significantly increases with both shear displacement and size, which result in an increase in the non-linearity of the closure curve (since the matedness of the fracture surfaces decreases with shear displacement). Therefore, we concluded that shear dilation is not only governed by the surfaces sliding over each other, but is also strongly influenced by the non-linearity of closure with shear displacement. Furthermore, while the shear stiffness of the fracture during the initial stage decreases with fracture size, it increases with fracture size in the residual stage. This can be attributed to the fact that only small asperities with short wavelengths were mainly damaged by shearing. Moreover the result showed that the damaged zones enlarge and localise with shear displacement, and eventually tend to form perpendicular to the shear displacement.     

岩石摩擦滑动变形演化及声发射特征研究

进行岩石摩擦滑动变形演化过程的声发射特征试验研究。以数字散斑相关方法和声发射系统为试验监测手段,采用双面剪切模型试验方法,开展界面摩擦滑动速率与声发射振铃计数、界面摩擦滑动位移与声发射累计能量、试件变形能密度与声发射b值的对应关系研究。结果表明：（1）声发射振铃计数演化受岩石界面摩擦滑动速率影响,界面摩擦滑动速率的突变与声发射振铃计数激增有较好对应关系;（2）界面摩擦滑动位移与摩擦滑动过程中声发射累计能量演化趋势具有较好的对应关系,可以利用声发射累计能量对岩石摩擦滑动位移的变化趋势进行定性判断;（3）通过声发射b值演化分析可以得出,在剪应力缓慢增长阶段,界面摩擦滑动以随机分布的小尺度微破裂为主;在剪应力线性增长阶段后期,界面摩擦滑动以锁固段的大尺度微破裂为主;在剪应力波动增长阶段,岩石摩擦滑动失稳既可能是由小尺度微破裂为主引发的状态转化,又可能是由以锁固段大尺度微破裂为主引发的稳定状态转换。     

基于数字图像分析的土工合成材料加筋砂土拉拔试验研究

由于加筋土界面作用的复杂性,加筋土工程建设中铺设土工格栅时往往采用经验的方法,很大程度上造成了土工格栅的浪费及工程安全隐患,理清不同填料筋土界面作用的影响范围,有助于确定加筋土结构的合理加筋间距。为了揭示不同填料筋土界面作用的影响范围,采用4种不同类型的砂土与格栅在不同法向应力下进行了一系列的拉拔试验,并结合数字图像量测技术,分析了不同类型砂土下界面剪切带厚度、颗粒位移矢量、格栅拉拔阻力峰值及应变等演变规律。研究表明：界面剪切带厚度H随法向应力σ_v与砂土平均粒径d₅₀的增加而增大,通过多变量拟合的方法,得到了H、σ_v与d₅₀三者之间的函数表达式;格栅在拉拔过程中,砂土颗粒位移矢量以土工格栅为界有着显著的差别,格栅上部的颗粒位移矢量明显大于下部颗粒,且在格栅上下一定范围内会形成颗粒位移矢量集中带;拉拔阻力峰值随σ_v及d₅₀的增加而增大;不同类型砂土各区段的格栅应变均表现出由前向后依次递减的趋势。