散粒体斜坡运动堆积特征试验研究

散粒体斜坡俗称“溜砂坡”,对其运动和堆积特征的研究是溜砂坡防治的关键.在斜坡模型架上模拟碎块石的运动过程和堆积过程,探索其颗粒大小、形态与斜坡角的关系.通过堆积体纵剖面取样发现,溜砂坡堆积呈现分形结构,其颗粒质量粒径分布分维数随黏粒含量的增大而增大.     

散粒体材料间接触面力学特性的单剪试验研究

在清华大学土与结构接触面循环加载剪切试验机的基础上, 研制了可进行两种散粒体间接触面试验的叠环式单剪试验系统,并对糯扎渡高心墙堆石坝坝料的接触特性进行了系统的试验研究。结果表明,两种散粒体材料间接触面的强度包线为其单相材料强度下的包线。当达到破坏强度后,在接触界面附近会产生集中的“刚塑性”接触面剪切变形,其位置发生在强度最薄弱处。两种散粒体间的接触变形特性可通过刚塑性模型来描述。     

崩落矿岩散粒体流动性能试验研究

崩落矿岩散粒体的流动性能对于降低损失贫化具有重要的意义。分析了影响散粒体流动性能的因素,采用标志颗粒法进行了崩落矿岩散粒体流动性能试验,主要考虑的因素有放矿口大小、散体颗粒的粒径以及不同的散体材料。试验内容有放矿口大小与散体移动带试验;不同散体粒径与散体移动带试验、不同散体材料与散体移动带试验;平面和立体模型时放矿口尺寸对放出量影响试验;散体堆积高度与散体移动带试验。研究结果表明,（1）移动边界与散体的材料、颗粒的尺寸大小、放矿口大小等因素有关,而散体堆积高度对其影响不大;（2）散体的流动速度与散体颗粒的大小和放矿口尺寸有关。根据所得试验结果,提出了采矿设计参数的确定方法。     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。     

循环荷载作用下筋土界面抗剪特性的试验研究

利用自主研制的大型结构面剪切仪完成了一系列界面直剪试验,探讨在法向循环荷载与静荷载两种条件下土工格栅与石英砂界面的抗剪性能,比较其在两种法向荷载下的异同点。试验结果表明：循环荷载作用下剪应力随剪切位移的发展趋势与静荷载下的有相似之处,但曲线本身表现出了循环发展的特性;循环荷载作用下剪应力峰值和谷值的最大值与法向应力的关系近似符合摩尔-库仑定律;循环剪应力最大值随着法向循环荷载频率的增加而减小,但随着振幅的增加而逐渐增大;循环荷载下筋土界面剪应力随位移而波动,始终处于振幅上下限所对应静荷载下剪应力之间,相关物理量之间具体的定量关系需要进一步研究。     

工程振动对混凝土与基岩胶结面抗剪强度影响的试验研究

针对葛洲坝工程,我们开展了振动对混凝土与基岩胶结面抗剪强度影响的试验研究。通过现场的一组特定试验,即除施加静力荷载外,再加上振动荷载,然后在振动过程中进行抗剪试验。结果表明,由于振动的影响,f值降低了15%。     

黏土的张拉-剪切耦合强度研究

现有的土体强度研究主要集中在土体受到压缩剪切作用,而针对单轴拉伸、拉剪耦合或多向拉伸作用的研究较少。当前土的联合强度理论仍建立在土体受压缩剪切作用的基础上,不适用于分析土的抗拉强度和拉剪耦合强度。针对饱和黏土中的拉剪联合作用,建立了饱和黏土的张拉-剪切耦合强度模型,给出了饱和黏土张拉-剪切耦合强度公式以及多向拉伸作用下的强度公式;基于已有的饱和黏土试验数据以及所做的饱和黏土室内试验数据对所建立的强度模型预测能力进行了验证,并与其他联合强度模型进行对比分析,检验了强度模型的适用性和准确性;强度模型全面、合理地描述了饱和黏土的压剪强度、张拉-剪切耦合强度及多向拉伸强度特征,为饱和黏土张拉-剪切耦合问题的解决奠定了理论基础。     

基于多尺度直剪试验的岩石模型结构面抗剪强度特征研究

开展岩石模型结构面抗剪强度特征的多尺度（尤其大尺寸）直剪试验研究对于理解岩石结构面力学特性具有重要的理论价值和实践意义。首先,基于多尺度直剪试验仪(MSJ-DST),对20 cm×20 cm、40 cm×40 cm、60 cm×60 cm、80 cm×80 cm和100 cm×100 cm的岩石模型结构面试样采用法向应力分别为200～1 000 kPa进行直接剪切试验;然后,研究不同尺寸岩石模型结构面抗剪强度的特征。结果表明：不同法向荷载作用下模型的受力变形特点相近,峰值剪切位移总体上随着某一数值附近上下浮动;在同一法向应力作用下,不同尺寸结构面试样的峰值抗剪强度表现出在某一数值附近上下浮动的特征,残余抗剪强度则表现出随尺寸的增加有小幅度增加;5级法向应力作用下,不同尺寸的峰值抗剪强度和残余抗剪强度随着法向应力的变化规律均近似相同,抗剪强度残余值与峰值的比值随着法向应力的增大逐渐增大并趋于稳定。     

非饱和黏土的张拉-剪切耦合强度研究

非饱和黏土中液相与固相基质间的相互作用,依据其形成机理的不同可分为毛细作用和物理-化学作用,目前建立的非饱和土强度模型多是基于毛细机理建立的,忽略了后者对土体强度的贡献。现有非饱和土强度理论仍建立在土体受压缩剪切作用的基础上,不适用于分析土的抗拉强度和拉剪耦合强度。为了能够全面地、合理地描述非饱和黏土的强度作用机制,建立了一个适用于非饱和黏土的二元介质压剪强度模型,将非饱和黏土抽象为理想毛细部分和理想吸附由两个理想部分组成,针对两者分别建立了理想强度公式,利用参与函数反映土中两种理想部分所占的比重,描述实际情况下土体的强度特征。在压剪强度模型的基础上,通过考虑非饱和黏土中的拉剪联合作用,建立了非饱和黏土的张拉-剪切耦合强度模型,给出了张拉-剪切耦合强度公式。利用强度模型对非饱和黏土的压剪强度及张拉-剪切耦合强度进行预测,预测结果和已有试验数据的对比结果表明所建模型能够较好地描述非饱和黏土的强度特征。     

鄂西高速公路岩体结构面强度参数试验研究

对湖北省西部某高速公路宜昌—恩施段主要岩体结构面(层面)的抗剪强度参数进行了较系统的试验研究,包括岩体结构面的野外地质调查、岩体结构面原位直剪试验、结构面室内模拟试验及岩体力学参数估值等。通过对各种试验数据进行整理、分析和对比,得到了岩体结构面强度参数。最后在岩体工程分类的基础上,利用Hoek-Brown经验方法对各类岩体结构面强度参数进行了估算。综合以上多种数据,并考虑岩体结构面所处具体地质条件,提出了各类岩体结构面强度参数建议值。     

冻融作用下土石混合体-混凝土界面强度劣化、孔隙结构演化及颗粒运移研究北大核心CSCD

土石混合体-混凝土界面在寒区工程广泛分布,其界面处颗粒骨架受冻融影响塌陷、重组,极易诱发界面强度劣化,是影响寒区工程安全运营的难题。解析冻融影响下界面的强度行为,揭示界面强度与孔隙结构和颗粒骨架的互馈效应,是解决此难题的关键。开展土石混合体-混凝土界面室内直剪试验,借助NMR分层测试及PFC数值模拟,获取界面区抗剪强度参数及孔隙结构演化特性,明晰界面颗粒旋转运移特征;基于分形维数理论,定量评价界面孔隙结构变化,阐释冻融下界面强度劣化机理。即强度骤降阶段界面处土石颗粒受冻胀挤压,其有序排列被打乱,联结、互锁作用弱化,此时孔隙体积、分形维数均增大,界面整体性下降;反翘阶段界面处大块土颗粒分裂重组、骨架塌落,形成块石为核、黏土在外覆盖的包裹体结构,孔隙内部复杂程度降低导致抗剪强度小幅提升;随冻融次数增加,碎石外土颗粒剥落,界面区孔隙体积及颗粒旋转量缓慢增大,界面逐渐脱黏劣化。研究成果对工程构筑物孕灾机制具有指导价值。     

鄂西高速公路岩体结构面强度参数试验研究

对湖北省西部某高速公路宜昌-恩施段主要岩体结构面（层面）的抗剪强度参数进行了较系统的试验研究，包括岩体结构面的野外地质调查、岩体结构面原位直剪试验、结构面室内模拟试验及岩体力学参数估值等。通过对各种试验数据进行整理、分析和对比，得到了岩体结构面强度参数。最后在岩体工程分类的基础上，利用Hoek Brow n经验方法对各类岩体结构面强度参数进行了估算。综合以上多种数据，并考虑岩体结构面所处具体地质条件，提出了各类岩体结构面强度参数建议值。     

剪切速率和材料特性对筋-土界面抗剪强度的影响

土工合成材料与填料之间的界面强度参数是加筋-土工程设计的关键技术指标,筋-土界面的直剪试验和拉拔试验在界面剪切特性试验研究中应用最为广泛。利用土工格栅、土工织物与砂土的直剪试验和拉拔试验,研究了剪切速率和筋材性质对筋-土界面强度的影响。研究结果表明,当剪切速率不超过一定界限（如7.0 mm/min）时,其对直剪试验结果的影响可以忽略;筋-土界面强度受加筋材料及砂土特性的影响,双向聚丙烯土工格栅和土工织物与砂土之间的内摩擦角与纯砂接近,界面强度较高,而玻纤格栅因其延伸率低和网格尺寸较小,与砂土的界面强度比较低。     

礁灰岩-混凝土界面剪切特性试验研究

为探究礁灰岩地层中钻孔灌注嵌岩桩的桩-岩界面剪切作用规律,试验选取南海某岛礁的块状结构、砾块结构、砾屑结构及砂屑结构礁灰岩岩芯,开展室内物理力学性质试验及常法向应力条件下的礁灰岩-混凝土界面剪切强度试验研究,探究桩-岩界面剪应力-剪切位移关系曲线的变化规律。开展红砂岩-混凝土界面剪切对比试验,揭示两种不同沉积作用类型的岩石与混凝土黏结面产生剪切强度差异的根本原因。试验结果表明：礁灰岩-混凝土界面的剪切强度受礁灰岩的结构类型、桩-岩强度比等因素影响;由于水泥浆在礁灰岩中的扩散填充作用,礁灰岩-混凝土界面的黏结力和内摩擦角均高于砂岩-混凝土界面;桩-岩强度比产生的界面剪切强度响应受礁灰岩结构类型的影响,低桩-岩强度比时,块状结构、砾块结构礁灰岩-混凝土界面的黏结力均高于高强度比条件;桩-岩强度比增大,块状结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角增加,而砾块结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角变化不大。     

土石混填体抗剪强度特性及影响因素的试验研究

土石混填体是一种由土体和块石混合形成的非均质散体材料,其抗剪强度特性主要受含水率、含石量、颗粒级配及压实度等因素的影响。基于室内大型直剪试验,在前人研究的基础上,考虑级配参数的影响,通过控制试样质量与体积达到试验所需的压实度水平,分析了各主要参数对土石混填体抗剪强度的影响规律。试验结果表明:在级配良好的情况下,随不均匀系数的增大,土石混填体抗剪强度先增加后减小,不均匀系数在22.99左右时取得峰值,而曲率系数对其影响较小;土石混填体的抗剪强度分别随着含石量、压实度的增加而不断增加,但当压实度超过92.5%后增加趋势变缓。随着含水率的增长,其抗剪强度先增加后减少,在最优含水率附近时达到峰值。基于Matlab多元线性回归分析,得出了各因素对土石混填体抗剪强度影响程度的主次顺序为:含石量含水率压实度不均匀系数曲率系数,通过非线性回归分析得到了其抗剪强度关于各因素的拟合公式,且相关指数R~2大于0.9。     

散粒体滑坡涌浪运动特征与能量转化规律研究

滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身,已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点,精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此,以天然碎石模拟散粒体滑坡,建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型,研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著;厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波,厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波;（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律,水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异,结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%;（3）基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%,由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散,相较二维试验转化率较低。通过探讨散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征,揭示滑体-水体能量转化基本规律,研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。     

混凝土桩-泥皮-砂土接触面力学特性试验研究

为研究泥皮、粗糙度对桩-土接触面力学特性的影响规律,根据灌注桩成孔后的孔径-深度曲线,应用统计分析法获得了桩侧凸出尺寸和粗糙度的分布频率规律,以此构建了表面光滑和梯形凹槽混凝土板来模拟实际桩侧表面粗糙度。在此基础上,开展了不同泥皮厚度、粗糙度条件下的混凝土-砂土接触面大型直剪试验。其研究结果表明：无泥皮条件下粗糙接触面,其剪切应力-切向位移关系曲线呈软化型;泥皮厚度为5、10 mm条件下,呈硬化型。剪切模量G0.02随泥皮厚度增加而衰减。对光滑混凝土板,其接触面峰值剪切强度和峰值摩擦角随泥皮厚度的增加呈指数关系衰减;对粗糙混凝土板,峰值剪切强度和峰值摩擦角随泥皮厚度的增加近似呈线性衰减。初始泥皮越厚,试验后的泥皮土和泥皮越厚,接触面剪切强度越低。无泥皮条件下粗糙度对接触面峰值剪切强度的影响规律：存在一个临界粗糙度Icr =10 mm,当混凝土板的粗糙度I< Icr时,接触面峰值剪切强度和峰值摩擦角随粗糙度的增大而增大;当I≥Icr时,二者随着接触面粗糙度的增大而减小,泥皮存在会影响改变这一规律。     

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。