考虑含水率影响的非饱和原状黄土冻融强度试验研究

提出了用于非饱和原状黄土增湿的蒸汽增湿方法,给出了蒸汽增湿试验步骤,通过对比试验分析确定了适宜的试验参数,从增湿后水分分布是否均匀、土体密度是否改变等方面论证了蒸汽增湿方法的有效性。对含水率的测试结果表明,微波炉法测试结果能满足精度要求,酒精燃烧法在测试较高含水率时误差较大。进一步应用蒸汽增湿法得到的不同含水率原状土样测定了非饱和黄土冻融后的强度指标,揭示出当非饱和原状黄土含水率过低时,冻融作用对黄土的粘聚力值基本没有影响,当含水率较高时,经历冻融循环后黄土粘聚力值较冻融前降低,冻结温度越低以及冻融循环次数越多,降低值越大。经历冻融循环后黄土内摩擦角值较冻融前增加,冻结温度越低,增加值越大。在含水率较低时冻融循环次数几乎不引起内摩擦角值发生变化,在含水率较高时冻融循环次数越多,引起内摩擦角增加值越大。     

岩石试样的强度准则及内摩擦系数

岩石是一种非均质材料并含有各种缺陷,利用岩样的应力应交全程曲线可以确定理想强度,在排除岩样缺陷后讨论峰值强度与围压的关系,即强度准则。通过岩样剪切破坏后保持轴向变形恒定降低围压试验,可以确定岩样由摩擦力维持的承载能力随围压的变化关系。比较峰值强度和残余强度随围压变化关系的异同,可以研究岩样屈服过程中内摩擦系数的变化情况,以及内摩擦力对岩样变形特性的影响。粉砂岩试样在峰值应方时内摩擦系数已经达到最大值,峰后只是粘结力或者说是材料强度的降低过程,围压对变形没有明显影响。大理岩试样屈服过程中内摩擦系数不断增加,而内摩擦力的增加量与围压有关,高围压时只有材料强度完全丧失之后,由内摩擦力达到岩样的承载极限。内摩擦力系数随屈服过程增大,是岩石由脆性转交为廷性的根本原因。      

基于围岩力学参数概率分布模型的变形敏感性灰关联分析

为了给布伦口-公格尔水电站地下洞室某标段围岩稳定性分析的参数选取提供可靠的理论依据,综合考虑岩体参数的空间变异性,针对常规敏感性分析方法所存在的不足,运用三维离散元计算程序,提出了基于围岩力学参数概率分布模型的变形敏感性灰关联分析方法。该方法以岩体密度?、弹性模量E、泊松比?、黏聚力c、内摩擦角φ及节理内摩擦角φj等6个围岩力学参数作为因素序列,拱顶下沉量作为目标序列,分析影响因素在整个定义区间内的变化对围岩拱顶下沉的敏感程度。结果表明：密度是最敏感因素,其次是弹性模量、黏聚力和泊松比,而内摩擦角以及节理内摩擦角敏感性最小。最后,将常规灰关联敏感性分析与该方法计算结果进行对比,结果表明：除密度、内摩擦角和节理内摩擦角一致外,其余参数敏感性均与结论不一致。因此,文中方法在考虑实际参数概率分布的基础上能够更加准确、合理地对参数进行综合评价。     

旁压试验成果应用

通过几项工程对旁压试验的应用及其资料的整理分析,给出了估算软土不排水抗剪强度,砂土内摩擦角等参数的经验关系式以及应用旁压试验成果估算地基土强度、单桩承载力和基础沉降量等。     

重力式挡土墙地震旋转位移下的屈服加速度

旋转位移假设下,将挡土墙和填土看成一个系统,建立挡土墙在地震作用下的旋转破坏模式,应用极限分析上限法推导了系统外力功率和耗散功率,得到了水平屈服加速度系数的理论计算公式,并采用MATLAB语言进行数值求解,获得了破裂角和水平屈服加速度系数的数值解。计算公式考虑了填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角、竖向地震加速度系数、填土黏聚力、填土内摩擦角等对水平屈服加速度系数的影响。研究结果表明：填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角和竖向地震作用对水平屈服加速度系数的影响显著,在实际工程设计中需合理取值以达到安全经济的目的。     

含水率影响下尾矿砂内摩擦角随标贯击数变化研究

尾矿砂样品在运输和存放过程中均存在易扰动的特点,但考虑到工程造价以及人力资源等因素,目前在大部分上游式尾矿坝的工程地质勘察中难以建立现场试验室,所得抗剪强度指标与实际情况存在一定误差。针对这种现状,结合某铅锌矿尾矿坝现场试验结果,从现场简易试验获得的含水率和标准贯入击数进行分析,并对基于含水率影响下尾矿砂内摩擦角随标准贯入击数变化规律进行了研究,提出了考虑上覆压力作用下标准贯入击数的修正公式,并推出了用标准贯入击数估算尾矿砂内摩擦角的方法。通过几个实例验证：除当修正后的标准贯入击数N1>8（5%< <20%）情况下以外,该方法均能够有效地估算尾矿砂内摩擦角。研究结果表明,该方法在以后的上游式尾矿堆积坝的工程地质勘察工作中具有较强的应用价值。     

旋压入土式静力触探机制研究

由于现有静力触探机械设备提供的动力有限,使得静力触探技术无法应用于较硬土层或较深土层中（应力较高）。保证探头顺利平稳地探入较硬土层,是触探技术应用于硬土层的前提条件。通过对旋压式触探时探头上的受力进行分析,推导了不考虑侧壁摩擦力的旋压式触探的总锥尖阻力和扭矩的理论模型,同时也推导了用旋压式触探测试成果计算锥土间摩擦系数的数学模型,并在室内旋压式触探仪上进行相应的试验,试验结果不仅验证了理论分析的正确性,而且试验结果表明：对同一土体制成不同含水率、干重度的试样进行相同的探入速度和旋转速度下的旋压式触探,所得的扭矩与总锥尖阻力呈线性关系。根据数学模型计算的锥土间摩擦系数要比土体的内摩擦系数大得多,但两者具有较明显的一致性。结合土层的各向异性的特点、锥土间的摩阻力的存在等因素分析了旋压式触探方式能够降低总锥尖阻力的原因     

基于主应力旋转的黏性填土挡墙土压力

填土水平墙背竖直光滑的挡墙,墙后土体处于以自重应力和水平应力为主应力的应力状态。实际工程中,挡墙背面与土体存在一定的摩擦及黏结力作用致使挡墙附近土体中的主应力发生偏转,此时,经典朗肯土压力理论不再适用。本文对挡墙附近土中的主应力状态进行旋转处理,通过分析墙后填土中应力状态摩尔圆,得到了考虑墙土摩擦和黏结力作用的黏性填土挡墙主被动土压力计算公式,分析了填土内摩擦角与墙土摩擦角对土压力的影响,使用算例将本文方法所得结果与现有黏性土土压力计算方法所得结果进行了对比分析。结果表明,朗肯土压力公式是本文所得计算公式的特例;随着墙土摩擦角和内摩擦角的增加,被动土压力逐渐加快增大;主动土压力随着内摩擦角的增加而减小;当内摩擦角较小时,主动土压力随着墙土摩擦角的增大不断减小,当内摩擦角较大时,主动土压力随着墙土摩擦角的增大先减小后增大;土内摩擦角的影响大于墙土摩擦的影响;相对于现有方法计算结果,本文方法所得主动土压力较大,被动土压力较小,墙土摩擦越大,2种方法所得结果的差值越大,土黏聚力还会加大这一差值。本文方法考虑了墙背土体主应力方向偏转的客观事实,所得计算结果将更符合实际情况。     

南昌地区红土的动强度特性试验研究

通过动静三轴试验,探讨南昌地区红土的动强度指标随固结比及固结围压的影响规律。从试验结果可知,南昌地区红土的动强度随固结围压的增大而增大,却随固结比的增大而减小,动内黏聚力C随着固结比的增大而减小,动内摩擦角?_d随固结比的增大而增大。通过对动静试验结果进行对比发现,南昌地区红土的动内黏聚力小于静黏聚力,动内摩擦角大于静内摩擦角。      

岩体强度对牙轮单齿作用下破碎坑的体积及形态影响研究

借助连续-非连续单元法(CDEM),对牙轮钻单齿压入破岩的机制进行了探讨,研究了加载过程中破碎体积及破碎坑的演化规律,分析了岩体凝聚力和内摩擦角对单齿破岩体积及破碎坑形态的影响。数值计算结果表明,破碎坑基本上呈半椭球体,其宽深比仅受内摩擦角控制,随着内摩擦角的增加,破碎坑的宽深比减小。破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积可用齿压F、钻齿半径r、凝聚力c及内摩擦角? 表征,基于数值计算结果给出了破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积定量表述的公式;基于相关理论公式,考虑各个同时与岩石接触的几个齿轮对岩石的损伤是相互影响的,引入单齿破岩体积的修正系数,建立了牙轮钻的工作参数（轴压、转速、进尺速度等）与岩体凝聚力及内摩擦角的函数关系。在鞍千矿南采区进行了牙轮钻随钻测试的现场试验,获得了不同岩性下的单齿破岩体积,并就近取样测试了岩体的凝聚力及内摩擦角。当修正系数取0.363时,现场测试结果与基于数值计算得到的单齿破岩体积基本一致,从而证明了数值计算及相关理论推导的正确性。研究成果可以为岩体强度的动态测试提供依据。     

基于细观力学脆性岩石剪切特性演化模型研究

压缩作用下岩石内部细观裂纹扩展导致岩石产生损伤,其对岩石变形、强度等力学特性有着重要影响;然而,岩石内部裂纹扩展与剪切特性（黏聚力、内摩擦角及剪切应力）动态演化关系很少被研究。基于裂纹扩展机制推出的岩石应力-应变本构模型,并结合摩尔-库仑失效准则,推出了在岩石应力-应变关系峰值应力（对应岩石压缩强度）状态时,本构模型细观力学参数与岩石黏聚力、内摩擦角及剪切强度之间的状态关系。然后,引入岩石应力-应变本构关系塑性变形阶段服从摩尔-库仑屈服准则的力学流动规律,进而将已推出的应力-应变关系峰值状态点所满足的细观力学参数与黏聚力、内摩擦角关系,推广到岩石进入塑性变形后,岩石内部裂纹扩展（或应变）与黏聚力、内摩擦角及剪切应力动态演化的理论关系。随着裂纹扩展或应变增加,黏聚力、内摩擦角及剪切应力先增大,达到一个峰值点后减小,该结果与应力-应变本构曲线变化趋势相对应。通过试验结果验证了所提出理论结果的合理性。并讨论了初始裂纹之间摩擦系数对黏聚力、内摩擦角及剪切应力随裂纹扩展或应变演化规律的影响。     

考虑土拱效应的刚性挡墙主动土压力分析

以墙后填土为无黏性土的刚性挡土墙为研究对象,考虑墙后土体的土拱效应,修改了Shubhra Geol 抛物线形土拱表达式,推导了对应不同内摩擦角和墙-土摩擦角的挡土墙平动模式下的主动土压力系数。基于水平微分单元法,得到考虑土拱效应的主动土压力分布、合力大小和合力作用点高度的理论表达式,并与现有经典理论解及前人理论研究成果和模型试验数据进行对比分析,结果表明,主动土压力与墙-土接触面摩擦角、土体内摩擦角、土体重度和挡墙高度相关,土压力分布为非线性,与其他结果比较吻合,从而验证了该研究成果的正确性。     

结构面抗剪强度参数对岩质边坡稳定的影响

边坡工程中,结构面抗剪强度是非常重要的力学参数,合理地选择确定抗剪强度的方法,常常要分析c、值在边坡稳定中的作用。根据极限平衡原理,对10~30m高的平面滑动型边坡不同抗剪强度的控稳结构面c、值在边坡稳定中的作用进行了定量分析。研究表明c值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐减弱,值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐增强。得到了不同坡高下c、值边坡稳定作用等值曲线,该曲线很容易确定抗剪强度参数c、值在边坡稳定中的作用。     

基于平面应变试验的非饱和膨胀土强度分析

介绍了非饱和土强度理论的研究现状,总结了FREDLUND提出的吸力内摩擦角 的性质与规律研究,根据FREDLUND非饱和土强度理论和吸力内摩擦角 的计算方法,利用原状膨胀土的平面应变等应力比卸荷试验,分析得到土样破坏时应力状态下得到的吸力内摩擦角 > ,与FREDLUND提出的吸力内摩擦角 的变化规律不一致,分析认为,是由于卸荷试验过程导致微裂隙的张开,引起基质吸力的降低,有待于继续深入研究。     

粗粒料大型三轴试验的尺寸效应研究

采用大型三轴仪,对双江口高土石坝的砂岩过渡料进行试验研究。通过对不同试样直径D和不同最大粒径dmax的过渡料进行等?3应力路径试验,分析了D、dmax对应力-应变-强度特性的影响,研究了室内试验存在的尺寸效应。结果表明,对同一种级配试样,破坏主应力差、内摩擦角和初始切线模量随试样直径的减小而增大;在低围压下破坏主应力差和内摩擦角的增大趋势明显,但随围压增大,增大幅度减小;对同样的试样直径,最大粒径增大,破坏主应力差和内摩擦角增大,同样这种增大趋势在低围压下明显。     

加筋陡坡临界高度的影响因素敏感性研究

基于塑性极限分析的上限定理,利用自编程序,分别计算了不同坡脚、顶面倾角、内摩擦角、黏聚力、筋带抗拉强度、加筋间距、格栅布置方式、填土重度、地震烈度、顶部荷载共10种影响因素作用下加筋陡坡的临界极限高度。根据正交分析方法给出了各个因素的敏感性顺序。结果显示,土的内摩擦角和地震作用对陡坡临界高度的影响最为显著,黏聚力敏感性则较缓坡有所下降。因此,对陡坡应重视对土的内摩擦角的选取,并在设计中对地震作用予以重视。     

地震效应下三维非均质土坡稳定性极限分析

基于极限分析上限定理,采用拟动力法研究了地震效应下非均质土坡的三维稳定性,并通过重度加大法（GIM）推导出边坡安全系数的显式表达式。此外,采用遗传算法进行优化,将所得结果进行对比验证,详细分析了地震条件下相关参数对边坡稳定性的影响。分析结果表明：边坡高度一定时,宽高比、边坡倾角的增大以及土体内摩擦角、非均质系数的减小均会造成安全系数的降低;拟静力法获得的结果相比于拟动力法较大,两种方法结果的差值会随着水平地震系数、有效内摩擦角的增大而增大,随着边坡倾角的增大而减小;土体放大系数的增大会导致安全系数减小,而地震波周期及波速的变化几乎对安全系数没有影响;滑动面轨迹受水平地震系数的影响较大,而受非均质系数的影响相对较小。     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的简化理论分析

考虑到传统浅埋偏压隧道围岩压力的分析仅以计算摩擦角体现围岩材料特性,没有将内摩擦角和黏聚力作为独立参数分开研究,基于规范法,提出水平地震作用下独立考虑黏聚力的浅埋偏压隧道围岩压力的简化解析分析方法,获得隧道顶部竖直围岩压力、隧道两侧水平侧压力以及滑动面破裂角的理论表达式,并对影响顶部竖直围岩压力、水平侧压力和破裂角的因素进行了研究。结果表明,竖直围岩压力与滑裂面摩擦角、地面倾角呈正相关,与水平地震效应系数、滑裂面黏聚力呈负相关;滑裂面内摩擦角、黏聚力、地面倾角越大,破裂角越大,水平地震加速度系数越大,破裂角越小;水平侧压力随滑裂面内摩擦角和黏聚力的增大而减小,随水平地震效应系数和地面倾角的增大而增大。研究成果可为浅埋偏压隧道的围岩应力计算提供一定的理论依据。     

土的三维破坏准则在颗粒流模型中的应用

Savage-Hutter(S-H)颗粒流模型用一个只与材料参数相关的土压力系数来描述颗粒流内部的应力状态,不能很好地反映颗粒体在运动时的本构关系。通过引入颗粒体应力与速度梯度之间的关系,得到了一个能够反映颗粒流本构模型的崩塌动力学模型。另外,为解除S-H模型中对横向应力大小的假定,通过引入Von Mises、Drucker-Prager、Mohr-Coulomb和Matsuoka-Nakai等土的三维破坏准则,得到了广义摩擦系数的4种表达形式。该模型的主要优势是通过引入颗粒流的本构关系,能较好地体现颗粒流体在运动中的内在机制,并且材料强度参数简单易知。分析了由Drucker-Prager准则和Mohr-Coulomb准则所得到的材料强度参数,并探讨了广义摩擦系数与应力洛德角等物理量之间的关系。用所建议的模型来模拟颗粒流的运动过程,并将数值计算与试验结果进行对比,发现两者能够较好吻合。     

再论悬臂式抗滑桩合理桩间距的计算方法

为了进一步合理确定悬臂式抗滑桩桩间距,在对以往关于开挖边坡抗滑桩桩间距分析模型缺陷讨论的基础上,提出在抗滑桩桩后局部所形成的拱脚处,两侧土拱在此交汇形成的是倒梯形受压区。在计算确定悬臂式抗滑桩桩间距时,除满足桩间静力平衡条件、土拱跨中及拱脚处的强度条件等基本控制条件外,还需满足桩计算宽度条件、桩土变形协调条件等附加条件,得到了确定桩间净距的方程组,通过迭代试算可以求解。依托一工程实例,定量地说明了在其他因素不变的情况下,桩间净距随桩后土体黏聚力或内摩擦角的增大而非线性增大,且桩间净距受黏聚力的影响更为敏感,同时桩间净距随着桩后坡体推力的增大而呈非线性减小。所提出的方法除可用于黏性土外,还可用于无黏性土。