孔隙水压力对高铁路基动力响应的影响

采用2.5维有限元方法分析孔隙水压力对饱和路基地面振动的影响。根据Biot理论建立饱和多孔介质控制方程,采用双重Fourier变换将控制方程转换为频率 波数域表达式。采用2.5维有限元方法建立饱和路基模型,列车荷载在频率 波数域表示,轨道和路堤采用欧拉梁模拟,采用黏滞阻尼吸波边界减小有限元边界反射。分析列车速度、路基孔隙率和渗透系数对地面振动和孔隙水压力的影响。结果表明：车速较低时,由于饱和路基受孔隙水压力的影响,地面竖向振幅小于弹性地基;车速较高时,孔隙水压力急剧增加,对地面振动影响较大。列车运行速度较高时,饱和地基的孔隙率和渗透系数对孔隙水压力有较大影响。     

土(尾矿)坝的三维有效应力动力反应分析

本文首先根据试验资料整理出可用于三维应力状态的振动孔隙水压力增长的公式,然后提出了一个计算饱和土体(尾矿)地震反应的三维动力分析方法。该法不仅考虑到动剪应变与动剪切模量之间的非线性关系,而且还考虑到随振动孔隙水压力的逐渐增长而变化的动力性质。这个方法能够求得地震过程中三维应力状态土坝的加速度、动应力,动应变以及振动孔隙水压力随着时间的发展以及液化的开始和发展的过程。 以安徽铜陵尾矿(副)坝为例,采用空间等参数法,用本文提出的分析方法和振动孔隙水压力公式,详细地分析了该坝在0.1g和0.2g地震情况下的各种反应量和稳定情况。     

淤砂层对重力坝地震响应的影响分析

在大坝地震响应分析中如何考虑淤砂层,以及淤砂层对大坝的地震响应影响如何,是目前混凝土坝抗震分析和设计中需要进一步研究的问题。将库水-淤砂层-坝体-坝基动力相互作用当做波动散射问题,采用广义饱和多孔介质统一计算框架分析库水(流体)、淤砂层(饱和多孔介质)、坝体与坝基(固体)间的耦合。研究了一种考虑库水可压缩性与淤砂层影响的库水-淤砂层-坝体-坝基动力相互作用的高效分析方法,并通过自编程序实现了该方法。以Koyna重力坝为对象,以脉冲P波和SV波为输入,给出了库水-坝体-坝基体系不同时刻的波场快照,分析了其波场特征。设计了不同淤砂层厚度的4种工况,对比分析了4种工况下坝体的位移、加速度和最大应力,研究结果表明：库底淤砂层对坝体位移影响很小,但对坝体各点加速度和最大应力有减小作用,并且随着淤砂层厚度的增加,作用会增强。     

振动能量下砂土的体变与孔隙水压力

本文建立了砂土在振动能量下的体积变化和孔隙水压力生长的新型本构关系。鉴于砂土的非线性振动反应和多因素的影响,文中采用了内缓变理论(Endochronic Theory)将本构关系表达为单一的内缓变量(软化参数)的函数。 试验证明在基于建议的本构关系计算的孔隙水压力值与相应的振动能量下,福建标准砂试样中产生的孔隙水压力很接近。同时又根据该本构关系预估了实际地震能量下饱水砂层中孔隙水压力的反应,回判地震液化势,获得了较满意的结果,具有一定的实用性。     

渗透固结方法分类的探讨

在分析饱和软土地基不同排水固结处理方法的基础上,将饱和软土渗透固结按其作用机理的不同区分为压缩型固结和渗透力型固结;渗透力型固结又分为减压型和加压型两种形式,将真空预压归类于减压型渗透力固结。提出了超稳定渗流孔隙水压力的概念,得出了渗透力型固结的过程就是超稳定渗流孔隙水压力逐渐转化为有效应力的过程的结论;建立了渗透力型固结沉降计算的简化方法。并对渗透固结处理软土地基的若干问题进行了分析和讨论。     

土坝地震孔隙水压力产生、扩散和消散的三维动力分析

本文将地震孔隙水压力与土坝(尾矿坝)的变形和固结紧结合起来,引用著名的皮奥(Biot)方程,用空间等参数有限单元法求解位移和残余孔隙水压力;提出了一种用于土坝动力分析的非线性三维有效应力分析力法。该法不仅可计算地震动应力、动应变、加速度,而且可以计算地震期间和地震后孔隙水压力的增长、扩散、消散、液化的发生和发展过程、土的残余变形及其随着时间的变化。文中用加权剩余值法详细推导了有限单元法的计算公式。文末举有算例。     

倾斜地层地震液化和滑移的有限元分析

应用饱和多孔介质动力学分析倾斜地层的土壤动力线性反应、液化和液化滑移问题，地下水位上的地层简化为单相介质层，饱和夹砂层看作是两相介质，水是可压缩的，采用双曲线非线性本构关系，考虑了砂土的剪胀性、刚度退化、滞回特性和土水相对运动等因素。基于土力学模型，建立了适用于分析非自由场地液化的动力方程组，基于是否考虑发生渗流问题，同时建立了两种离散形式：一种是以土骨架位移和水位移为未知量的矩阵方程，另一种是以土骨架位移、水位移和孔隙水压力为未知量的矩阵方程，初步分析了适用于多孔介质波动模拟的离散模型的人工边界问题，形成的方法将有助于问题的解决。     

核磁共振T2分布评价岩石孔径分布的改进方法

岩芯核磁共振（NMR）T2分布和毛管压力分析数据均在一定程度上反映了岩石的孔隙结构,理论分析表明,这两组数据具有相关性.应用NMR T2分布研究岩石孔径分布，关键是在分析两者的相关性的基础上，从T2分布构造出可靠的毛管压力曲线.但以前用饱和水T2分布构造的毛管压力曲线的方法与实际毛管压力曲线匹配性差.事实上，薄膜束缚水部分的存在引起T2分布反映的孔隙空间与毛管压力曲线反映的孔隙空间有差异.本文提出一种改进方法，在消除薄膜束缚水对T2分布的贡献后，用自由水T2分布构造毛管压力曲线.应用本文方法,对24块岩芯数据自由水T2分布构造的毛管力曲线及其孔喉半径分布与隔板毛管压力分析结果进行了对比.结果表明，改进方法对于毛管压力曲线的构造精度有明显改进，从而为NMR T2分布研究孔隙结构提供了可靠的理论和方法上的支持.     

粉煤灰改良饱和黄土的抗液化特性

为了经济、环保地达到改良处理减轻饱和黄土地基液化震害的目的,通过配备不同粉煤灰掺量的改良黄土进行动三轴试验,研究饱和粉煤灰改良黄土的动应力、动应变和动孔隙水压力变化特征,分析粉煤灰掺量对饱和改良黄土液化应力比、动残余变形和动孔隙水压力的影响规律,并结合微结构试验结果,探讨饱和粉煤灰改良黄土抗液化的物理化学机制。结果表明:粉煤灰掺量对饱和改良黄土的液化应力比、动应变和动孔隙水压力比均具有较为显著的影响。随着粉煤灰掺量的增加,饱和改良黄土的液化应力比持续增加,且当掺量达到15%后,继续增加粉煤灰掺量时改良黄土的液化应力比增加显著。饱和改良黄土的动应变和动孔隙水压力比均随着粉煤灰掺量的增加而减小;掺量达到25%后,饱和改良黄土不液化。饱和粉煤灰改良黄土的SEM细观结构试验照片中呈现大量的圆球状、粒状粉煤灰颗粒和絮凝状胶结物,表明其抗液化的物理化学机制主要包括粉煤灰的水化作用、胶体生成物和颗粒的填隙作用和粉煤灰对游离水的吸附作用。     

二维非均匀饱和土体的地震反应分析

将饱和土体视为由弹性骨架和不可压缩流体组成的两相孔隙介质,取固相位移,液相位移,孔隙水压力为场变量。从两相孔介质的动力耦合微分方程出发,利用伽辽金原理和Ｗｉｌｓｏｎ－θ法导出了三场有限元积分方法,该方法可进行二维非均匀饱和土体的地震反应分析,文中通过算例讨论了非均匀饱和土体地震反应的一些特征。     

基于Finn本构模型的饱和砂土地震液化分析

天然地震作用下的饱和砂土液化问题是岩土地震工程研究的重要课题之一。目前,国内推荐使用的规范法是基于实际地震液化调查而建立的判别方法,方法本身缺乏理论基础。采用Finn液化本构关系建立了砂土液化数值分析模型,运用有限差分法的动力时程分析模块,分析了饱和砂土地基的地震液化问题。结果表明,将Finn本构模型应用于砂土液化分析,可以较好地给出地震作用过程中孔隙水压力和有效应力变化的规律。     

双控动力固结法加固软粘土地基的应用研究

饱和软粘土含水率大、渗透性差,强夯处理时,超孔隙水压力不易消散,常规的排水措施效果不佳,而电渗降水已经被证明是一种有效的软粘土排水措施。本文提出了将电渗降水和强夯法相结合的地基处理方法——双控动力固结法,进行了双控动力固结法的处理试验,并与不降水强夯法和井点降水强夯法进行对比分析。结果表明,电渗法可迅速降低地下水位和地基土含水量,有效避免“弹簧土”的产生,提高单点夯最佳夯击能;可有效抑制夯后超孔隙水压力的急剧上升,并促进超孔隙水压力快速消散;在降水速度和土性改良方面,电渗降水优于井点降水。因此,应用双控动力固结法处理软粘土,有着很显著的加固效果。     

横观各向同性饱和地基中埋置荷载的非轴对称瞬态响应

基于孔隙介质的Biot理论,首先利用Laplace变换,给出圆柱坐标系下横观各向同性饱和弹性多孔介质在变换域上的波动方程;将波动方程解耦后,根据方位角的Fourier展开和径向Hankel变换,求解了Biot波动方程,得到以土骨架位移、孔隙水压力和土介质总应力分量的积分形式的一般解;借助一般解,建立了有限厚度饱和土层和饱和半空间的精确动力刚度矩阵,并由土层的层间界面连续条件建立三维非轴对称层状饱和地基的总刚度方程;在此基础上,系统研究了横观各向同性饱和半空间体在内部集中荷载激励下的动力响应,并给出了问题的瞬态解答.该研究为运用边界元法求解饱和地基动力响应奠定了理论基础.     

饱和黄土动态液化和静态液化机理的差异性研究

饱和黄土在不同外荷载作用下其液化机理具有显著差异.为研究饱和黄土动态液化和静态液化机理的差异性,基于室内动三轴试验和静三轴试验,研究岷县永光饱和黄土动态液化后的动应力与轴向动应变关系、动孔隙水压力比与轴向动应变关系,分析其静态液化后的偏应力与轴向应变关系、孔隙水压力比与轴向应变关系,并结合液化前、后的SEM试验结果,研...     

部分饱和孔隙岩石中声波传播数值研究

利用基于Biot理论的孔隙弹性介质的高阶交错网格有限差分算法,模拟了具有随机分布特征的多种流体饱和岩石中声波在中心频率分别为25,50,75,100kHz时的声场特点. 对于一个由两种成分（气和水）饱和的岩石模型, 假设含不同流体的孔隙介质随机分布在不同的宏观区域,该区域尺度远小于计算的声波波长;组成模型的两种随机分布介质具有相同的固体骨架参数、渗透率和孔隙度,但分别被具有不同压缩性、密度和黏滞系数特性的水和气饱和. 计算和统计分析结果表明,在两种孔隙成分随机分布的部分饱和条件下纵波速度比较复杂,除骨架参数外,其变化主要依赖于中心频率、各种孔隙成分饱和度及饱和介质的速度. 比较该随机分布模型、Gassmann理论模型和White的“气包”模型,发现三种模型得到的纵波速度和衰减规律有较好的定性对应关系. 其次,按照这种随机计算模型的处理方法,本文还首次计算了一个三种流体成分充填饱和的例子,即岩石模型中的孔隙被水、油和气部分饱和,计算时保持模型含水饱和度不变而只改变含油和含气饱和度. 在这种计算条件下,纵波速度随中心频率呈增大的趋势但有起伏变化. 声场快照显示了各种转换波在多种孔隙成分充填（两种和三种孔隙成分）岩石中的声场特征,复杂的水-油-气界面的非均匀分布对声场有重要影响,纵波能量主要转换形成了较为复杂的多种慢纵波和横波.     

复杂应力条件下松砂振动孔隙水压力与体变特性的试验研究

利用新研制的土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在5种初始主应力方向角与5种中主应力系数相组合的初始固结条件下,对饱和松砂进行了不排水循环扭剪试验。讨论了初始固结条件对不排水条件下饱和松砂孔隙水压力变化规律及对剪胀、剪缩、卸荷体缩等体积变化过程的影响。试验研究表明：（1）分别以稳定残余孔隙水压力和破坏时循环次数归一化后的残余孔隙水压力比和循环次数比之间的关系可以用双曲线模式表达。其参数主要依赖于初始主应力方向,中主应力系数对参数的影响并不显著。归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系也可以用双曲线模式表达,其中的2个待定参数依赖于初始主应力方向,与中主应力系数无关;（2）在三向非均等固结条件下的不排水循环扭剪试验中,饱和松砂表现出卸荷体缩特性,不同初始主应力方向时,饱和松砂剪缩、剪胀、卸荷体缩呈现出不同的交替变化模式。     

油水双相饱和孔隙模型核磁特性理论研究

利用特征函数展开方法，给出了基于扩散效应的核磁共振Bloch控制方程的弛豫模式解表达式, 在此基础上分别给出了水饱和与油水双相饱和孔隙模型的核磁共振特性模拟结果. 结果表明，孔隙流体的核磁弛豫与孔隙大小、孔隙表面弛豫率、孔隙流体的扩散能力以及含油饱和度等有密切的关系. 对于水饱和孔隙，弛豫时间主要由孔隙大小控制. 当孔隙较大时，即使均匀大小孔隙，孔隙流体的弛豫也会表现为多指数弛豫. 而且最小模式弛豫时间与孔隙大小为非线性关系. 对于油水双相饱和孔隙，在孔隙较小时，含油饱和度对弛豫的影响主要表现在弛豫时间随含油饱和度的增加而线性减小；但在孔隙较大时，含油饱和度的增加对弛豫影响表现在两个方面，其一，孔隙水弛豫由多个弛豫模式控制逐渐转变为由最小弛豫模式控制；其二，孔隙水弛豫时间与含油饱和度表现为非线性关系. 对由实际岩芯抽象出的孔隙模型，采用本文获得的理论公式，在油水双相饱和时进行了正反演模拟. 计算结果与已有的实验结果较为一致.     

复杂应力条件下饱和松砂孔隙水压力增长特性的试验研究

针对福建标准砂D1=30％,在三向非均等固结条件下,利用新研制的土工静力一动力液压三轴一扭转多功能剪切仪针对多种不同初始主应力变化方式进行了循环扭剪试验,讨论了初始主应力方向变化等初始固结条件对饱和松砂不排水条件下孔隙水压力变化规律的影响,对循环扭剪过程中主应力方向与中主应力系数的变化进行了分析,给出了孔隙水压力随循环次数的变化规律。结果表明：分别以最大孔隙水压力和液化破坏时循环次数归一化后的孔隙水压力比和循环次数比之间的关系依赖于循环剪应力幅值和初始主应力方向。而归一化后的孔隙水压力比与广义剪应变之间的关系和循环剪应力幅值、初始主应力方向无关,可以统一地采用双曲线模式表达,其中的两个待定参数依赖于初始主应力方向。     

上覆压力变化时孔隙岩层弹性波速度的确定及其普遍意义

在沉积正旋回砂砾岩储层的探井中采集了不同岩性的典型样品.在不同的有效覆盖压力P及孔隙流体为不同相态（气饱和、水饱和和油饱和）下测试了岩石的纵、横波速度（Vp,Vs）,分析了不同类型的孔隙流体对速度的影响.用适于低频条件下的Gassmann方程计算水饱和样品的Vp,Vs值,并和实验结果（高频条件下）比较,认为运用Gassmann理论一般可用于计算含有孔隙流体的岩石弹性波速度,以此预测由于孔隙流体的变化所引起的岩石速度的变化,精度是在石油工程的许可范围内的,其结果对声波测井和地震勘探资料处理具有理论和实际意义.     

基于ADCIGS预测地层孔隙压力的方法研究

工业界计算孔隙压力系数普遍应用的Eaton和Fillippone方法都需要构建能够准确表征低速层的层速度模型,层速度模型精度及效率成为制约孔隙压力预测的关键参数,但目前工业界层速度建模的精度及效率很难满足孔隙压力预测的要求.本文由正常压实情况下的背景速度场出发,基于时距曲线公式及角道集抽取公式,创新推导了以角度域共成像点道集(ADCIGS)剩余曲率为自变量的孔隙压力系数计算公式,该公式完全由去噪后的地震数据进行驱动,不需要构建层速度模型,该方法大幅提高了计算孔隙压力系数的效率.由模型测试及实际数据应用证明,利用本文提出方法进行孔隙压力预测是有效可行的,该方法可以有效提高预测孔隙压力精度,还可以有效提高预测孔隙压力效率.