砂土与混凝土顶管界面摩擦特性试验研究

为了揭示不同工况下混凝土顶管-砂土接触面剪切摩擦特性,确定管土、管浆摩擦系数,为顶管施工参数的选取及顶进力的计算提供指导与参考。采用直剪试验研究了5种砂土在不同法向压力、不同剪切速率及不同润滑状态下与混凝土管接触面的摩擦特性。试验结果表明:随着砂土颗粒粒径的增加,砂土与混凝土接触面剪切应力稳定值降低。随着法向应力的增加,砂土界面剪切应力达到峰值或稳定值时的剪切位移增加,同时界面剪切应力-剪切位移曲线的应变软化特性逐渐减弱,应变硬化趋势逐渐增强。无润滑条件下,随着法向应力的增加,剪切应力稳定值增量基本保持稳定或略有降低,泥浆润滑条件下,剪切应力稳定值增量增大;在较低法向压力下剪切速率对砂土剪切应力的影响较小;泥浆润滑条件下,砂土与混凝土接触面剪切应力可降低70%~80%,随着法向应力的增加,润滑效果降低。      

基于CT扫描的黄土孔隙结构特征研究

孔隙特征作为反映黄土微观结构的重要特征之一,直接影响黄土的水敏性、渗透性和强度等物理力学性质。为了研究水力耦合作用下黄土微观孔隙结构特征,使用CT技术对天然原状、原状饱和与重塑黄土的初始结构以及不固结不排水剪切试验后的土体结构进行了扫描,通过建立黄土三维结构模型,分析了剪切试验前后孔隙结构的演变特征。结果表明：饱和与重塑作用使天然原状黄土的大孔隙减少,剪切作用使天然原状黄土和重塑黄土发生剪切破坏,原状饱和黄土发生压缩破坏,局部孔隙率增加。天然原状黄土与原状饱和黄土在剪切前后均表现为微孔和小孔数量较多,其孔隙倾角主要分布在50°～90°之间,解释了黄土亚稳态结构形成的主要原因。扰动作用使重塑黄土的孔隙尺寸分布均匀,且重塑黄土与原状饱和黄土在水力作用下更易失稳屈服。揭示了黄土剪切变形破坏的微观结构主要表现为粒间胶结物的溶解、孔隙的坍塌与填充以及颗粒旋转、破碎和滑移。试验结果可为黄土剪切强度降低和湿陷机理研究提供依据。     

冻土地基中锥管板条装配式基础抗拔承载性能试验研究

为了分析冻土地基中输电线路基础发生冻拔破坏的科学问题,以锥管板条装配式基础为研究对象,采用室内模型试验测试及分析的研究方法,开展了不同环境温度下,冻土地基的冻结试验和基础的上拔加载试验,分析了地基温度场、位移场的分布特征以及基础抗拔承载力与温度之间的关系,揭示出上拔荷载作用下冻土地基的破坏模式。研究结果表明：冻结试验中,模型基础的冻拔位移均小于周围地基土体的冻胀位移,基础对地基土体的冻胀存在反约束作用,距离基础越近,约束作用越明显;不同冻结环境温度下基础的上拔加载试验中,抗拔极限承载力均随环境温度的降低近似呈线性增大,增加速率接近1.8 kN/℃;在冻结与上拔力双重作用下,地基土体首先出现局部张拉破坏,随着上拔荷载的不断增加,地基土体逐渐由局部张拉破坏过渡为整体剪切破坏。研究成果可为这种形式的基础在冻土地基中的应用提供理论依据和实践经验。     

基于物理模型试验的多层滑带滑坡变形演化特征

滑坡变形演化特征一直是滑坡灾害预测与防治领域急需解决的关键问题,但对于多层滑带滑坡的变形演化特征却少有研究。以物理模型试验为手段建立了三层滑带滑坡物理试验模型,完成了多层滑带滑坡变形演化全过程的模拟。基于PIV技术获取坡表位移数据,通过柔性测斜仪监测滑坡深部位移,同时布设土压力盒获取滑坡内部土压力的变化情况,实现了多层滑带滑坡演化过程多参量数据分析。试验结果表明,多层滑带滑坡破坏过程可分为初始、等速、加速和破坏4个阶段。不同破坏阶段滑坡的主要变形区域不同,下层滑体受到上层滑体牵引作用,在重力和推力作用下滑坡变形逐渐向浅层发展。变形过程中滑坡应力逐渐向滑带集中,滑坡推力沿埋深方向呈多级梯形分布。加速变形阶段滑带处应力迅速增大,滑坡体内产生多层应力集中带,滑带位置推力变化与滑坡位移显著相关。     

陕西泾阳南塬黄土滑坡滑带土残余剪切强度特性

为探求陕西泾阳南塬高速远程黄土滑坡的复活机理,从大型黄土滑坡滑带采集原状黄土试样、古土壤试样(原状土),部分制备重塑试样(重塑土),进行不同体积含水率下的反复剪切试验,从而获得滑带土残余剪切强度指标与体积含水率、黏粒含量之间的关系.结果表明:原状土和重塑土的剪应力-位移曲线均为硬化型;在不同的垂直压力下,原状土和重塑土的残余剪切强度差值变化较大;当剪切强度达到峰值强度以后,随着剪切位移的继续增大,原状土和重塑土的残余剪切强度都有一定程度的损失,这种损失因垂直压力的不同而不同;对同类土,通过反复剪切试验获得的内聚力和内摩擦角随体积含水率的增加而降低;相关性分析表明,该区滑带土的黏粒含量较低,对残余剪切强度的内摩擦角影响很小,尤其是当天然体积含水率较低时,体积含水率的变化对残余剪切强度的影响远远大于黏粒含量的影响.     

干湿循环对滑带土基质吸力与抗剪强度的影响

滑带作为滑坡结构中的软弱带,是控制滑坡稳定的关键部位。研究干湿循环过程中滑带土非饱和力学特性的变化,对理解库水位周期性波动下滑带土抗剪强度变化以及由此导致的滑坡变形乃至失稳过程具有重要意义。以三峡库区某堆积层滑坡滑带土为研究对象,通过进行0～5次干湿循环过程模拟,对滑带土重塑样进行直剪试验和核磁共振试验,结合滤纸接触法测定剪切完成后试样的基质吸力,重点分析干湿循环过程中非饱和滑带土孔隙结构、基质吸力、土-水特征曲线及抗剪强度的变化特征,并基于试验结果建立了干湿循环下非饱和抗剪强度的预测模型。结果表明：干湿循环在土-水体系的物理化学效应作用下使土中颗粒间的联结不断遭受损伤、破坏,引起试样内部小孔隙不断发育、扩展并向大孔隙演变,土体孔隙数量增多,整体孔隙率增大;随着干湿循环次数的增加,土体进气值与残余含水量逐渐减小,水分更易渗入与溢出土体孔隙,土体持水能力逐渐下降;干湿循环作用下,滑带土抗剪强度的劣化特性十分明显,黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数增加而逐渐减小,且干湿循环对土体黏聚力的削弱程度大于对内摩擦角。基于直剪试验联合滤纸接触法测定基质吸力,提出了滑带土非饱和抗剪强度预测方法,为干...     

考虑注浆作用的矩形顶管竖向土压力计算模型

针对矩形顶管上竖向土压力计算模型研究较少的现状，借助Terzaghi土压力计算理论，结合矩形顶管工程特点建立了考虑注浆作用的矩形顶管竖向土压力计算模型，提出了改进的竖向土压力计算公式；依托苏州某矩形顶管工程中竖向土压力实时监测数据，探究了其变化规律并验证了该计算公式的准确性。研究结果表明:土体中的剪切带从管道外壁两侧产生并沿竖直方向发展，且可贯穿至地表；临界状态下剪切带上的膨胀角完全发挥，以临界内摩擦角及其正弦值计算剪切带上的摩擦系数；不同的注浆压力下，管道上方可能出现“主动土拱”和“被动土拱”。计算值与实测值的对比分析表明，改进后的计算方法能够较好地包络矩形顶管竖向土压力范围。      

基于水平承载桩土抗力计算的挡墙土压力计算模型

为了考虑挡墙位移与深度对土压力大小及分布规律的影响,使计算结果更加接近实际情况,根据水平承载桩土抗力计
算方法建立了可以考虑位移及深度非线性影响的挡墙土压力计算模型,并对其主要参数水平地基系数KN 的取值进行了分析。
通过对计算模型的试验验证显示:该模型能比较准确地计算土压力的大小,并且能够较好地反映土压力随深度的分布规律。表明
该方法简便、实用,可为挡墙设计土压力的计算提供一定参考。      

南京粉砂三轴压缩过程中的三维孔隙结构演化特征

砂土三轴剪切过程中细观孔隙结构演化与其宏观力学性质之间存在着紧密联系。基于南京大学自主研发的微型三轴仪,对南京粉砂试样进行了三轴剪切试验,利用显微CT扫描,获得了加载过程中试样的三维孔隙结构演化特征。结果表明:试样表现出应变软化-硬化型的应力-应变关系曲线;端部摩擦阻碍试样体积膨胀,发生鼓形区状破坏;试样整体体孔隙率从初始的46.3%减小到40.9%,后增大到43.0%附近,且试样破坏区孔隙率显著增大;统计区状破坏区表征单元体孔隙参数,发现破坏前孔隙被压密消失,孔隙数量减少32.4%,平均孔隙半径减小48.8%,导致孔隙半径分布趋于集中,破坏后破坏区域内出现大量大半径的孔隙;颗粒间错动导致颗粒棱角破碎,使孔隙形状趋于规则。     

黄河三角洲地区砂土路基液化机理探讨及处置

从砂土路基液化机理人手,结合黄河三角洲地区地基土工程地质特征,对该地区路基砂土液化做现场振动试验,找出影响砂土路基液化的影响因素,主要内因有土体的密实度、含水量和土体中是否存在软弱区;主要外因有荷载的大小、作用时间和荷载频率。并针对砂土液化的内外因,结合青银高速公路强夯处理案例展开分析,提出了处理方法。     

孔隙水压力的变化与滑坡速度的关系

为了研究滑坡运动产生的孔隙水压力与运动速度的关系,建立了滑体饱和状态下的无限斜坡模型,结合有效应力原理
以及剪切滑带处的土体运动定律,推导出滑坡运动速度v、滑带处的孔隙水压力uw 以及滑坡运动时间t 三者之间的解析表达式。
并以三峡库区三舟溪滑坡为例,运用MATLAB编程计算得到三舟溪滑坡的v(t)-uw(t)之间的关系曲线。分析曲线得出:若滑坡
保持某一速度v 匀速运动时,由于土体排水固结作用,运动变形产生的孔隙水压力增量及时得到消散;在滑坡加速运动的过程中,
孔隙水压力值随着加速度增大而增大,当孔隙水压力的增长速率超过土体的固结排水速率时,孔隙水压力大大削减了土体的抗剪
强度,加速了滑坡的破坏。      

浅谈滑坡成因及防治措施

<正>斜坡上的部分岩体和土体在自然或人为因素的影响下沿某个滑动面发生剪切破坏向下运动的现象称为滑坡。滑动面可以是受剪应力最大的贯通性剪切破坏面或带,也可以是岩体中已有的软弱结构面。规模大的滑坡一般是缓慢地、长期地往下滑动,有些滑坡滑动速度也很快,其过程分为     

海洋软黏土大直径沉桩贯入挤土效应

【目的】研究海上沉桩贯入软土地基诱发的挤土效应。【方法】利用有限元大变形RITSS程序,通过大量的参数分析,对海洋地基桩基础贯入引起的挤土效应、土体破坏机理、周围土体的水平和隆起位移,以及挤土效应的影响范围展开系统研究。【结果】将数值模型与锥形桩(圆锥贯入仪)经典理论解进行比对,获得了较好的一致性。对大量数值仿真结果进行统计,获得在海洋地基中沉桩时土体的径向位移和垂直隆起高度的定量化描述,桩周土在1~3倍圆桩半径范围内最大水平位移为0.26R。【结论】提出关于水平位移和隆起高度的计算公式,能够预测沉桩对临近土体扰动的影响范围,能较为准确地评估多桩系统中沉桩对临近桩基础的影响。     

深基坑双层土体空间效应分析

随着城市的不断发展,基坑开始由传统的二维模式向三维空间转变。该文借助于坑壁土体的三维破坏模式,推导出双层土体的破坏模型,在此模型基础上基于土体塑性上限理论及极限平衡分析理论,提出了考虑空间效应的土压力计算公式以及相应的空间效应影响系数。该计算公式可用于基坑土钉墙、护坡桩、地下连续墙等支护系统的设计。     

不同剪切速率对风化砂改良膨胀土抗剪强度指标的影响

土的抗剪强度指标受含水率、剪切速率以及土样的类别等多个因素的影响。为了研究不同剪切速率对风化砂改良膨胀
土的抗剪强度指标的影响规律,分别在2.4,0.8mm/min剪切速率下对不同含水率和不同掺砂比例的风化砂改良膨胀土样进行
了室内直剪试验,得到了不同剪切速率下改良膨胀土的抗剪强度指标值。试验表明:采用2.4mm/min的剪切速率测得的抗剪强
度指标比采用0.8mm/min的剪切速率测得的值要大;通过对比试验数据可知,剪切速率对内摩擦角的影响比对黏聚力的影响相
对来说较小,对砂土的抗剪强度指标的影响比对黏土的抗剪强度指标要小,对含水率较小的土样的抗剪强度指标的影响比对含水
率大的土样的抗剪强度指标要大。对于风化砂改良膨胀土的抗剪强度指标的测定时的剪切速率应采用规范要求的0.8mm/min。      

浅谈滑坡成因及防治措施

斜坡上的部分岩体和土体在自然或人为因素的影响下沿某个滑动面发生剪切破坏向下运动的现象称为滑坡。滑动面可以是受剪应力最大的贯通性剪切破坏面或带,也可以是岩体中已有的软弱结构面。规模大的滑坡一般是缓慢地、长期地往下滑动,有些滑坡滑动速度也很快,     

泾河下游黄土台塬区侵蚀诱发滑坡机理

泾河下游黄土台塬区侵蚀诱发的黄土滑坡不仅威胁当地居民的生命财产安全,而且引发严重的水土流失及文物损毁等问题。以该类黄土滑坡为研究对象,在详细地质调查的基础上,取唐家村L2滑坡坡脚原状黄土进行减围压三轴剪切(RTC)试验,研究了饱和黄土的应力、孔压、围压特征以及剪切速率对土体力学行为的影响。结果表明,RTC应力路径下围压率达到0.55时,土体会因偏应力增大而引起塑性剪切破坏;同时,该应力路径下的饱和黄土内摩擦角很小,仅为10.7°;RTC应力路径下的破坏面,十分接近K 0状态面,说明天然斜坡坡脚饱和黄土在小幅水平应力降低条件下易于发生破坏,从而诱发滑坡失稳。     

风振影响下乔木坡地暴雨型浅层滑坡演化机制

强对流或台风等极端天气下乔木坡地发生浅层滑坡灾害往往是暴雨和强风共同作用的结果。以皖南山区一处暴雨型浅层滑坡——畈章组滑坡为例, 通过现场调查和气象资料的分析表明, 除暴雨外风荷载也有可能促进滑坡的启动。为揭示该滑坡启动与破坏后这一完整运动过程的演化机制, 首先基于无限斜坡模型分析了实际降雨条件下的滑坡稳定性, 然后对取自于滑坡体内乔木根系周围和滑动面附近的两种土样利用DPRI型环剪仪, 分别开展了不排水循环剪切试验和自然排水残余剪切试验。结果表明: ①降雨入渗引起滑动面孔隙水压力的上升, 并导致稳定性的降低是畈章组滑坡启动的直接原因; ②乔木根系周围的饱和土在风振作用产生的动剪切荷载下易形成高的超孔隙水压力, 并导致浅表层的局部失稳滑动, 增加了畈章组滑坡整体破坏的可能性; ③滑动面土体的残余强度具有强烈的"正速率效应", 从而控制了畈章组滑坡启动后不会表现出高速远程的运动特征, 与现场调查结论一致。研究结果可以为暴雨协同风振作用下富乔木坡地浅层滑坡的预警预报研究提供参考。      

复杂不连续层间剪切带三维可视化及模型分析

摘 要:层间剪切带由于沉积环境、构造运动和水岩物理化学作用导致其空间分布形态复杂且不连续,在大坝工程建设中对坝基的安全稳定有重要的影响。传统研究剪切带主要通过地质剖面图、平面图附以定性描述展开,对剪切带空间整体特征描述不够清晰准确。分析了剪切带成因及形态特征,以勘察资料为基础,确定模型核心数据及控制点,以人机交互方式建立虚拟钻孔并确定边界,通过ＤＳＩ离散光滑插值拟合法重构剪切带三维空间模型,并依据剪切带成因对模型做出合理性评价;最后通过一个应用实例所建立的剪切带空间模型分析,证实了该方法构建复杂不连续层间剪切带的可行性。      

西安地铁隧道穿越地裂缝带的计算模型探讨

通过对西安地铁隧道穿越地裂缝带的大型物理模型试验成果的分析,提出在地裂缝活动时,穿越地裂缝带的地铁隧道有以下两个方面的变化特征:一是作用于隧道的荷载发生改变;二是在隧道底部产生脱空现象。这种脱空现象无论在整体式隧道还是盾构隧道中都会出现。造成隧道在界面上与土体脱空的原因是隧道和周围地层的变形不协调。脱空区域的大小对地铁隧道的变形与内力计算会产生明显影响。在对隧道变形特征分析的基础上,总结得出了西安地铁穿越地裂缝带隧道变形的4种计算模型:对于整体式长隧道,可以采用一端固定而另一端简支,或一端固定而另一端定向支承的计算模型;对于整体式短隧道,可以采用外伸梁模型;对于盾构隧道,可以采用一端固定而另一端定向支承的计算模型。最后,对脱空条件下隧道数值分析的建模问题进行了讨论。算例分析表明:在数值计算中,对于隧道与土体接触面的界面处理非常关键,否则将造成计算结果的重大误差。