基于灰色理论的脆性岩石抗压强度尺寸效应试验研究

采用相同直径不同高度的圆柱形白色大理岩及灰岩试样进行单轴压缩试验研究,验证了脆性岩石抗压强度在一定范围内随高径比的增大而减小的规律。依据岩石单轴压缩试验结果,基于灰色预测GM（1,1）模型建立了脆性岩石的单轴抗压强度与试件高径比之间的非线形关系式,该经验公式对脆性岩石具有统一的形式,同时通过式中参数a值反映了由于岩性、试验条件等不同而引起的强度差异。利用该关系式可以很方便地在相关岩土工程中为相似岩石估算其强度值提供参考、借鉴。     

不同含水率砂岩无损检测参数的尺度效应研究

利用螺旋CT机和智能超声波测速仪对5种尺寸的砂岩试样进行干燥及不同饱和条件下的无损检测试验。试验结果表明,当试件直径一定时(D=50 mm),真空饱和法吸水率比自然浸水法略大,饱和吸水率与试件高度几乎成线性相关,试件两个方向的尺寸比值为2.0附近时其吸水能力较强,高径比最大的h/D=3.5时其吸水能力最差;由于岩石天然缺陷造成的各向异性,试件尺寸选取越小其各向异性指数越高,尺寸足够大其宏观均匀性才明显;砂岩的宏观力学参数和细观特征都存在尺度效应,当试件高径比h/D2.0时岩样的弹性模量波动比较大,当高径比h/D≥2.0时试件计算弹性模量随着高度的增加而缓慢增加。得到了不同含水率砂岩无损检测参数的尺度效应方程,公式表明砂岩的吸水效果与试件的纵波波速的平方和CT数反比例相关,对于研究水岩相互作用时考虑试件的尺度效应有一定的指导意义。     

基于H-B准则的公路桥梁桩基嵌岩深度计算

基于Hoek-Brown强度准则,推导了在微小转动下嵌岩段桩侧法向应力及水平摩阻力计算模型,采用静力平衡原理建立了水平荷载作用下公路桥梁桩基嵌岩深度的计算公式,提出了嵌岩深度计算的新方法。参数敏感性及影响因素分析表明： （1）水平荷载引起的力矩 、桩径d、岩层上覆压力 、岩石单轴抗压强度 、岩体类别参数 、岩体地质力学分类指标RMR均对嵌岩深度有一定影响,在 、d不变的情况下,岩体质量和岩石单轴抗压强度对嵌岩深度的确定最为敏感; （2）岩体质量越差,所需嵌岩深度越大;岩体质量越好,岩层上覆压力对嵌岩深度影响越小,反之越大。（3）嵌岩深度随岩石单轴抗压强度的提高呈非线性缓慢地减小,在相同的单轴抗压强度下,岩体质量越好,嵌岩深度越小,反之越大。     

微型桩群桩支护均质土滑坡的振动台模型试验

为研究地震作用下微型桩群桩支护均质土滑坡的地震动力响应特性,依托大型振动台,设计完成几何相似比为8:1（原型:模型）的物理试验模型。试验以El Centro波、汶川波、Kobe波以及不同频率的正弦波为激励波,研究地震动力作用下微型桩群桩的破坏模式、加桩后土质滑坡的加速度响应规律等。试验结果表明:（1）地震激励后微型桩的破坏模式与静力情况类似,呈反"S"型变形,弯曲破坏范围主要分布在滑面上1.4~4倍桩径内和滑面下1.4~3.4倍桩径内。（2）不同频谱特性的地震波激励时,滑坡加速度响应不同。激励频率越靠近滑坡自振频率,其加速度响应越强烈。微型桩群桩支护滑坡的加速度响应具有高程放大效应,且激励频率越靠近坡体自振频率,其高程放大效应越显著。（3）微型桩群桩支护结构对地震波有一定的阻滞作用,支护部位（尤其是坡脚）坡面的加速度响应明显弱于坡内,可限制坡表效应,但伴随坡高的增大,这种阻滞作用趋于减弱,无支护部位的上部坡体仍会出现坡表效应。     

考虑分层特性的尾砂胶结充填体强度折减试验研究

充填体分层现象在分段或阶段嗣后填充采空区过程中较为常见。设置65%、70%、72%和75% 4个浓度,填充次数为1、2、3和4制作不同分层胶结充填体试件,进行单轴压缩试验探究其力学强度及其破坏模式。试验结果表明：（1）相同浓度条件下,随着填充次数增多,胶结充填体的单轴抗压强度弱化效应越明显,而当浓度在65%～75%之间变化时,对应强度折减系数介于0.592～0.967;（2）充填体单轴抗压强度与填充次数之间满足二次多项式函数关系,而与料浆浓度呈对数函数分布;（3）不同分层胶结充填体的破坏模式主要表现为共轭剪切破坏和贯穿分层面的张拉破坏。低强度夹层可能是导致分层胶结充填体强度降低的原因,能够为后期填充采空区的充填体强度设计提供可靠的理论依据。     

单轴压缩条件下锚杆对含三维表面裂隙试样的锚固效应试验研究

在岩石相似材料试件中设置三维表面裂隙,制作不同锚固方式的试件,对其进行单轴压缩试验,研究锚杆对试件强度以及预置裂隙扩展模式的影响。试验结果表明,与无锚试件相比,4种加锚试件的抗压强度和压缩弹性模量均有不同程度的提高,而且锚杆对压缩弹性模量的增强效果比对抗压强度的增强效果更显著。4种加锚试件的残余强度大体相等,比无锚试件的残余强度提高了2.0～2.5倍。加锚试件的破坏过程大致分4个阶段:孔隙裂隙压密阶段、弹性变形至微弹性裂隙发展阶段、非稳定破坏阶段和破裂后阶段,试件表面宏观裂纹均出现在破裂后阶段。由于锚杆的加固止裂作用,预置裂隙的扩展模式发生变化,加锚试件内部出现了弧形破裂面和剪切薄弱面。试验中共出现3种裂纹:张拉裂纹、剪切裂纹和拉剪复合裂纹。     

高温作用后类岩石的单轴动态压缩和劈裂拉伸试验研究

对类岩石试件进行高温作用后的单轴动态压缩试验和劈裂拉伸试验.结果表明:(1)水泥砂浆试件经历各种温度高温作用后,随着应变率的增加,试件的抗压强度和压缩弹性模量基本呈逐渐增加的趋势,峰值应变呈无明显的固定变化规律.(2)水泥砂浆试件经高温作用后,试件的抗压强度越低,对应变率的敏感性也越强.(3)水泥砂浆试件经高温作用后,...     

不同风化程度花岗岩动力特性实验研究

采用6种不同风化程度的花岗岩试样,在相同围压下进行了不同加载速率（1～105 MPa/s）的动三轴压缩实验。研究发现,不同风化程度花岗岩试件的抗压强度、弹性模量均随加载速率的增加而增加,泊松比随加载速率的增加而减小。抗压强度的增加幅度随风化程度的增加而增加,弹性模量的增加幅度基本保持不变     

分形节理的强度和变形研究

首次运用“分形实验法”人为地生成具有分形结构的节理试件进行实验分析。利用光弹实验可视性特点详细研究了具有不同粗糙度（不同分形维数）的节理在单压和压剪两种加载方式下对试件力学特性影响，得出了一些规律性的结果     

疏水材料处理吉林西部乾安地区盐渍土的力学强度试验

为了给吉林西部乾安地区盐渍土边坡水渠工程施工提供理论依据及施工参考,利用新型泥土超疏水乳液（CN）对该区盐渍土进行了处理,研究了不同处理条件下CN对盐渍土土体力学强度的影响,将经过不同处理的素土与CN土无侧限抗压强度进行对比,结果表明：1）在不同含水率条件下,CN土的无侧限抗压强度均有较大提升,且在14.86%含水率时取得最大提升率98.90%;随着含水率的增加,素土与CN土应力-应变曲线均存在由硬化型向软化型的转变,其阈值在最优含水率附近。2）随着压实度的增加,CN土无侧限抗压强度逐渐增强,在90%压实度条件下取得最大提升率130.77%;且CN处理后,原本呈塑性硬化型的素土转变成脆性软化型。3）盐分的增加对于CN土无侧限抗压强度起到了抑制作用,在0.3%含盐量条件下取得最大无侧限抗压强度1.33 MPa;过量的盐分结晶会破坏CN形成的纳米结构疏水膜,使得在高含盐量条件下,CN土的抗压强度低于素土。4）扫描电镜实验对CN土微观机理探讨,CN处理后使得土颗粒团聚呈大颗粒,颗粒表面光滑,孔隙发育减少。结构单元体和孔隙单元体的分析证明了处理后土体连结更为紧密,从而提升抗压强度。     

成层土中桩土相互作用的颗粒流模拟

以上海某桩基工程项目为背景, 使用颗粒流方法研究了成层土情况下的桩土相互作用过程。在考虑土层成层分布基础上, 将桩-土相互作用以平行连接模型来表征, 以颗粒接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、平行连接模量、平行连接刚度比、平行连接法向强度、平行连接切向强度作为平行连接模型的细观力学性质参数, 以土的黏聚力和压缩模量作为黏结强度和刚度比的取值基础, 以现场单桩竖向抗压静载荷试验所得荷载-位移曲线作为确定细观力学参数的基本标准, 开发了相应桩-土作用过程颗粒流模拟的二维颗粒流代码, 得到了不同土层的细观物理力学性质参数, 分析了竖向荷载作用下桩-土的相互作用过程与土粒的移动特征。结果表明, 不同土层中颗粒位移特征不同, 黏土颗粒位移明显大于砂土, 不同土层的桩-土粒接触力也不相同, 砂质粉土的摩擦系数和刚度较大, 所承受的接触力也就较大, 力链传递方向主要是法向方向。研究结果对分析成层土中桩的荷载传递机理具有一定的参考价值。     

寒区水泥固化土力学性能影响因素分析

为了在北方寒区推广和应用水泥固化土建造保暖性房屋和设施农业,采用内蒙古黄河灌区周边典型的粉质土,利用普通硅酸盐水泥固化土体,配制水泥固化土,采用静力机械压实法和人工分层击实法分别制作了Φ50mm×H50mm和Φ39.1mm×H80mm两种不同规格的试件,并进行了无侧限抗压强度室内试验,研究了不同水泥掺入比、不同养护龄期、不同规格及成型方法对水泥固化土无侧限抗压强度的影响,得出了不同试验条件下水泥固化土的强度变化规律.试验结果表明:强度均随水泥掺入比及龄期的增大而增大,三者之间较好地满足空间平面模型,偏回归分析表明,水泥掺入比较龄期对强度的影响贡献更大,两种规格试件的强度之间较好地满足对数关系;不同规格及成型方法的试件对水泥固化土强度的影响规律不同,Φ39.1mm×H80mm试件存在一个临界水泥掺入比与临界养护龄期,当超过这个值时,其强度增长率减小.     

基于中主应力修正关系的边坡稳定性分析

边坡稳定性分析时通常将应力条件简化为平面应变状态,采用三轴试验强度计算出的边坡稳定性偏于保守。在充分考虑中主应力物理含义及力学机制的基础上,将Mises屈服准则与Mohr-Coulomb（简称M-C）内切圆屈服准则进行匹配,得到了平面应变条件下土体屈服破坏时中主应力的理论修正关系,进而也得到了该条件下最大主应力与最小主应力的比值关系,从理论上证明了该比值关系是与土体平面应变破坏时内摩擦角成一定关系的常数,也在平面应变试验中得到了验证,从侧面反映出中主应力理论修正关系的合理性。由上述两种关系建立了土体平面应变破坏条件下的应力路径,结合Lade-Duncan强度准则,建立了平面应变条件下强度参数与三轴试验试验条件下强度参数转换公式,由该转换公式得到的平面应变条件下的强度参数与平面应变试验实测值误差在2%左右,大幅缩小了三轴试验实测值与平面应变试验实测值的误差。在均质边坡稳定分析中分别采用常规三轴试验强度值与由公式转换得到的平面应变强度值进行计算。研究结果表明,三轴试验条件下内摩擦角为10°～20°之间时,基于两种强度参数得出的安全系数相差不大;当三轴试验条件下内摩擦角大于20°时,平面应变条件下安全系数较三轴试验条件下提高19%左右,但该成果只在文中计算案例有效,两者误差的准确关系还有待于进一步研究。值得关注的是,由于平面应变条件下土体强度变大,边坡的临界滑面深度变浅了,其形态相应变陡。     

半圆型结构冰压力的物理模拟试验研究

利用DUT-1非冻结合成模型冰开展1:25冰对半圆型构件的物理模拟试验研究. 首先用简单的斜面构件的物理模拟试验检验了整体试验装置和技术设备的可靠性, 然后以同样比尺进行2种冰厚在5个不同水位条件的系列试验, 获得了模型冰排在半圆型构件前的破碎堆积现象和作用于构件上的水平和垂直作用力过程.结合实测模型冰物理和力学指标, 通过优化组合, 拟合出半圆型防波堤冰荷载的试验公式. 这些公式包含了冰对半圆型结构的弯曲破坏作用力、挤压破坏作用力及爬坡和堆积作用力.     

New design chart for geotechnical ground improvement: characterizing cement-stabilized sand

Cement stabilization of soil is a useful method to improve the mechanical behaviors and engineering performance of soils in geotechnical design and construction projects involving weak or liquefiable soils. Among the factors affecting the strength of cement-stabilized soils, water content and water–cement ratio are important but less well understood because of controversial views. This paper presents a systematic laboratory study to investigate the effects of water content and water–cement ratio on the unconfined compressive strength, with good control of the packing density and void ratio of the tested specimens. The effects of void ratio and cement content are also investigated. The strength of the cement-stabilized sand continuously decreased with increasing water–cement ratio within the range of 0.5 to about 3. A general equation is suggested to evaluate the unconfined compressive strength of cement-stabilized soil. Finally, a new conceptual characterization chart is proposed with consideration of the effects of cement content, water content, and water–cement ratio.

     

软土型水泥土掺砂试验研究

考虑到土性对水泥土强度的影响,提出了在软土中掺砂以改进水泥土抗压强度性能的方法.选取深港西部通道填海区含有机质的淤泥,采用均匀设计法来考察水泥掺入比、砂的掺入比、龄期和水泥土抗压强度的关系;建立了其回归模型,研究了3个因素对强度的影响情况,给出了优化配比的方法;最后提出了改进机具以实现水泥土掺砂的设想.     

不同应力路径下土体的变形特性与破坏特性

在固结不排水加荷与卸荷两种情况下,基于土体常规的三轴压缩试验结果和真三轴平面应变试验结果,指出不同的应力路径下土体具有不同的变形特性和破坏特性,并且这些特性差异的根本原因在于不同的应力路径,有着其球应力p和广义剪应力q与球应力p的比值q/p的不同变化趋势。最后,依据Matsuoka-Nakai破坏准则和其相应的转化型式,进一步探讨了其破坏参数k2值的确定方法。试验检测的结果表明,Matsuoka-Nakai破坏准则能给出土体较为准确的破坏强度预测结果。     

含砂量对水泥土强度影响的试验研究

天然软土尤其三角洲地区的淤泥或淤泥质黏土常含砂,以含细砂或粉细砂为主,系统研究水泥土强度与含砂量的关系,为水泥土性能改良、强度设计及水泥土搅拌法施工提供直接依据。选取珠江三角洲两处典型的淤泥、淤泥质黏土,按天然含水率配制试验用土,掺加不同含量的细砂制成含砂水泥土试件,养护到不同龄期,对其进行无侧限抗压强度试验,得到了水泥土强度与含砂量及其他关联影响因素关系的变化规律。主要结论是：细砂颗粒在水泥土中起到了细骨料的作用,有利于提高水泥土强度;考虑水泥土的含砂量、水土质量比、水泥掺入比和实际水灰比等因素,得到了含砂淤泥水泥土强度估算公式;在不含砂淤泥水泥土中掺入2 %干细砂时其强度约提高25 %,掺入15 %~25 %干细砂则可提高40 %~60 %。     

湛江强结构性黏土强度特性的应力路径效应

为探讨湛江强结构性原状土与相应重塑土在不同应力路径下的强度特性及其与结构性的关联性,开展了在不同固结条件下的主动压缩、被动压缩、主动伸长3种应力路径试验,分析了该强结构性黏土在不同应力条件下的力学性状与强度特性。结果表明,湛江黏土的剪切破坏形态主要是单一型、双交叉剪切带与“腰鼓”型3类,应力-应变特性主要为轻度应变软化、强烈应变软化、轻度应变硬化、强烈应变硬化4类;偏压固结下试样破坏应变小于等压固结相应值,破坏强度及初始弹性模量比后者大;不同应力路径下土的强度差异主要反映在结构屈服前有效黏聚力的不同,结构屈服前,原状土的黏聚力高于重塑土的黏聚力,内摩擦角小于后者;结构屈服后,黏聚力逐渐减小,内摩擦角略有增大。原状土到重塑土的转变过程是黏聚力与内摩擦力在土体内部相互消长的过程,强结构性黏土在结构屈服前的强度指标具有较强应力路径依赖性。     

低强度桩复合地基沉降计算方法研究

从低强度桩复合地基沉降变形模式出发,建立了一组低强度桩复合地基沉降计算的应力-应变协调方程。推导方程过程中,考虑了桩-土-垫层之间的相互作用,得出了桩土应力比和等沉面深度的解析解,并且进一步得到了桩和桩间土体的应力分布规律、压缩变形量、桩体上刺入垫层和下刺入下卧土层的刺入量。在此基础上,通过与复合地基下卧土层的压缩变形量求和,最终推导出了低强度桩复合地基的总沉降计算公式,为低强度桩复合地基的沉降计算提供了一种科学方法。