基于随机块石模型的土石混合边坡稳定性分析方法研究

为了准确地分析土石混合边坡的稳定性,克服传统有限元方法分析土石混合边坡的不足,提出一种考虑块石随机分布及含量的土石混合边坡稳定性分析方法。该方法根据土石混合边坡中的块石含量及级配,随机生成了含石率从10%～60%的土石混合体模型,每种含石率均考虑8种不同的块石分布位置,最后将生成的模型导入到OPTUM G2中建立土石混合边坡模型,采用有限元极限分析法对土石混合边坡的稳定性进行了分析,并将计算结果与采用两种等效强度参数模型所得的结果进行对比分析。研究结果表明,由于块石空间分布位置的不同,相同含石率下土石混合边坡的最大、最小下、上限安全系数变化较大;土石混合边坡坡体中的塑性区不再是圆弧型,而是呈现出"绕石"、"分流"和"包含"三种典型的扩展模式;采用两种等效强度参数模型与随机块石模型所得的边坡安全系数存在较大差异。研究成果可为土石混合边坡的设计及施工提供参考依据。     

基于微观结构重塑的非饱和冻土导热系数预测

为预测非饱和冻土的导热性能,基于土体微观结构,提出了非饱和冻土特征结构识别算法和多元素生成算法,并将该算法与传统有限单元法组合,建立非饱和冻土导热系数蒙特卡洛预测模型。通过土体SEM电镜图像,采用逆向四参数增长识别法识别土体中各组分含量、大小以及各方向分布概率;改进传统的四参数随机增长法,提出了考虑土、水、冰和气的多元素生成算法;基于生成的非饱和冻土模型,通过蒙特卡洛方法获得非饱和冻土导热系数,并与规范中冻土导热系数进行对比,验证了蒙特卡洛法预测模型的合理性（平均误差<4%）;通过多因素分析研究孔隙率、颗粒大小、土体导热性、饱和度以及结冰率对非饱和冻土导热性影响,各因素与导热系数的相关系数依次为：-0.352、-0.098、0.641、0.520和0.060,影响大小为：土颗粒导热性>饱和度>孔隙率>土颗粒大小>结冰率。各影响因素对非饱和冻土导热系数影响可以归纳为对热通量形成“热链”密度、宽度、连通性、热流承载力以及对“热桥”通量的影响。     

砾石掺量及侧限压力对黏土类土石混合体动力特性的影响分析

黏土类土石混合体常作为路基填料在工程中广泛应用,然而其在交通荷载作用下的动力特性方面研究较少。为此,本文以0.05 Lc(Lc为圆柱试样直径)为土体、块石分类阈值,根据土石混合体中砾石掺量、侧限压力的不同,采用自振柱仪对其在小应变(10^-6~10^-4)下的动剪切模量和阻尼比进行研究。结果表明:土石混合体最大动剪切模量随砾石掺量的增加而不断增大,且在20%~40%掺量区间内增幅最大,随侧限压力的增加而增大,且增幅逐渐变小;在应变幅值相同的条件下,动剪切模量衰变程度随砾石掺量的增加而不断减少,且在20%~40%掺量区间内减幅最大,随侧限压力的增加而减小,且减幅逐渐变小;最小、最大阻尼比随砾石掺量和侧限压力的增加而减少。结合试验结果分别从颗粒“骨架”结构性、动态结构稳定性、材料密实度、能量耗散等方面阐述块石掺量和侧限压力对土石混合体动剪切模量和阻尼比的影响机理。最后采用优化Hardin-Drnevich模型建立砾石掺量、侧限压力与土石混合体动力特性参数(最大动剪切模量、参考剪应变、最大阻尼比、最小阻尼比)之间的估算公式,以期为土石混合路基的动力设计和施工提供指导。