尾矿坝筑坝模袋力学性能试验研究

模袋法是解决上游法细粒尾矿堆坝难的一种新方法。为研究模袋法尾矿坝筑坝模袋的基本力学性能,采用与云南省某尾矿坝施工现场一样的土工布和尾砂,通过斜坡滑移、直剪、无侧限压缩试验,对固结不同时间的小尺寸尾矿坝筑坝模袋进行了摩擦和受压性能的试验研究。斜坡滑移试验表明,若含水率相对较低,则模袋间的摩擦系数较大;直剪试验测得固结8 d的模袋间内摩擦角约为28º,黏聚力约为40 kPa;在无侧限压缩条件下,固结1 d和3 d的模袋在受压过程中,其弹性模量都表现为“大-小-大”的变化形式。由于土工布和尾砂的共同作用,模袋的极限抗压强度远大于单纯尾砂堆积体的极限抗压强度。当压应力达到模袋所能承受的极限荷载时,通常会在模袋底部靠近模袋边缘处发生土工布的撕裂破坏,采用主动土压力理论分析了发生破坏的原因。本试验研究可以为模袋法尾矿坝的实践提供理论指导。     

土工合成材料界面摩擦特性的室内剪切试验研究

采用自行研制的直剪仪和斜板仪研究了3种粗糙程度的HDPE（高密度聚乙烯）膜分别与砂土、土工布及土工复合材料之间的界面摩擦特性,进行了高垂直应力的直剪试验和低垂直应力下的斜板试验。通过对试验数据进行分析比较,认识了一些HDPE膜界面摩擦特性的变化规律及其影响因素,并对直剪试验结果与斜板试验结果之间的差异进行了初步的研究。     

土工格栅与土界面作用特性试验研究

土工格栅与土的界面摩擦特性指标是加筋土工程设计的关键。通过分析土工格栅与土的界面摩擦作用和进行了直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。在两种试验条件下,土工格栅加筋土复合体的抗剪强度均有界面摩擦角φsq和界面凝聚力csq,且土工格栅与土相对位移量的不同,其复合体的强度机理有区别。在拉拔摩擦试验中,剪应力峰值强度对应的剪切变形值高于直剪摩擦试验中剪应力峰值强度的剪切变形值5～10倍以上。两种试验均有其适用性,而土与土工格栅的相对位移较小时直剪摩擦试验较能反映实际;土与土工格栅相对位移较大时土与格栅双面均发生相对位移,拉拔摩擦试验更为合适。随法向应力的增大,直剪摩擦和拉拔摩擦试验的剪应力峰值以及剪应力峰值对应的位移均提高。直剪摩擦的剪切速度小,剪应力峰值强度高,且达到峰值强度的剪切位移大;增加剪切速度,剪应力峰值强度降低,且对应的位移也减少,其原因是界面上的孔隙水压力消散和筋材的应力松弛。应根据具体工程的需要选择直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验确定设计参数。     

土工袋垫层抗液化性能振动台试验研究

土工袋能够有效地约束袋内土体,具有良好的滤水保土作用,可以用于地基抗液化,但土工袋抗液化性能尚未有系统及深入的研究。开展了一系列小振动台试验,验证土工袋垫层的抗液化效果,研究了振动加速度、土工袋层数和排列方式对抗液化性能的影响。结果表明：土工袋具有良好的抗液化效果,袋内土体的超静孔压比小于同深度处周围的土体;土工袋垫层的排水性能是在土工袋本身具有良好透水性的基础上,孔隙水会沿着土工袋与土体的界面以及袋间的空隙排出;相较于不透水刚性垫层,振动过程中土工袋垫层表面基本保持水平,发挥出较好的变形协调性;土工袋层数增加及交错式排列对抗液化效果有利。     

袋内材料对土工袋动力特性参数影响的试验研究

土工袋加固地基技术已普遍应用于房屋地基、边坡加固等工程中。大量研究表明,土工袋具有显著的减振消能效果。为了进一步探讨不同的袋内充填土体材料对土工袋减振消能效果的影响,通过对不同粒径、级配、黏粒含量的填充土体材料及装有相应填充土体材料的土工袋进行水平循环剪切试验,研究袋内填充土体材料与动剪切模量及等效阻尼比2个参数的关系。试验结果表明,土体装入土工袋后,动剪切模量降低,等效阻尼比增大;当填充土体材料及土工袋内土体材料粒径相对较小、级配均匀、黏粒含量高时,等效阻尼比和动剪切模量较大。总体而言,粒径和级配对土工袋减振消能效果影响不大。     

模袋混凝土技术在班多水电站主河床上游围堰堰坡防护中的应用

模袋混凝土技术是我国20世纪80年代初从国外引进的一项现浇混凝土新技术,它采用织物模袋做软模具,利用混凝土泵将水泥砂浆或混凝土充灌入模袋成型,起到护坡、防渗等作用。由于它具有施工速度快、造价低、地形适应性强、稳定性好等优点,可广泛应用与于道路、水库护岸、河涌、海堤等方面。本文主要阐述了模袋混凝土技术在黄河班多水电站主河床上游围堰下游堰坡防护中的应用,为模袋混凝土技术的推广提供实践经验,同时为模袋混凝土在水利水电工程中的应用提供施工技术支持。     

机织模袋混凝土防渗护坡技术在大洼灌区渠道中的应用研究

运用机织模袋混凝土防渗护坡技术不仅有利于灌区渠道边坡的加固,而且可最大程度的降低输水渗漏损失显著提升渠道用水效率。本着不改变工程规模、位置的原则对灌区老化的渠系建筑物进行节水改造,对于促进当地农业经济发展和提升渠道水利用系数具有显著的综合效益。以大洼灌区节水改造工程为例,系统分析了机织模袋混凝土技术在灌区续建配套与改造工程中的具体应用,通过探讨渠道防渗的施工工具、工艺方法和改进技术,可为其他类似灌区的渠道防渗和节水改造方案的优化设计提供科学依据。     

模袋袖阀管压密注浆的注浆压力理论计算方法研究

针对常规注浆施工中串浆、跑浆严重,对地层加固效果不理想的现状,模袋袖阀管注浆技术开始在隧道超前注浆施工中得到应用,但目前模袋注浆压力的确定多以经验为主。考虑模袋在注浆过程中始终保持柱形扩张,同时在周围被挤密土体中形成一个由弹性区和塑性区组成的应力影响区。基于弹塑性理论,考虑在周围土体的塑性影响区内采用非关联流动法则,推导得到了表征模袋注浆过程中浆体初始半径R₀、浆体现时半径R_u和土体塑性区半径R_p之间关系的表达式,由此可以解出模袋注浆压力P的理论计算公式。参数分析结果表明:模袋注浆压力值受土体弹性模量、内摩擦角、黏聚力和初始应力的影响显著。将所得的模袋注浆压力理论计算公式应用于人民会堂站的模袋袖阀管注浆工程中,由浆体扩张半径R_u随注浆压力P的变化规律可以得出:当浆液对周围土体的挤密效果最佳时,模袋注浆压力P=2.0 MPa,浆体最终扩张半径R’=20 cm。注浆效果检验结果表明:模袋注浆膨胀构造的止浆岩盘成功实现了对浆液扩散的控制,达到了预期的控域注浆效果。     

模袋固化土围埝地基排水固结过程的模拟分析

天津港南疆1号墩改造工程和北大防波堤西内堤一期围埝工程中,采用塑料排水板加固地基,成功的使用了水泥固化土模袋的施工工艺。把轴对称问题转换为平面应变问题进行分析,通过等效变换将排水板变换为连续的排水墙;同时考虑了模袋的加筋作用以及提高固化土凝聚力的作用,采用硬化模型模拟地基土体的固结过程。重点分析当地基中有排水板存在时,随上部逐级加荷,地基中心点沉降、加固区边缘的侧向变形以及中心点以下的孔隙水压力变化。分析结果与工程的实测数据吻合较好。     

加筋水泥土梁力学性能的试验研究

在对加筋水泥土进行力学试验的基础上, 初步得出其基本的力学性能, 以期为加筋水泥土用于支护工程提供试验依据。     

压实花岗岩风化土物理力学性状试验研究

吕梁山脉东麓花岗岩风化土的工程类型与我国南方以及日本、韩国等地的花岗岩风化土有较大差别。为了对吕梁山压实花岗岩风化土的物理力学性状有较全面认识,通过常规土工试验、X射线衍射试验、大固结试验、大三轴试验等方法,对其击实特性、承载特性、变形特性、剪胀特性、强度特性等进行了分析。结果表明：黏土掺量对花岗岩风化土的击实特性和承载特性影响较大,存在两个不同的黏土掺量界限值（约8%和4%）,分别使得试样密实状态和承载能力处于最优;试样不存在膨胀潜势,无膨胀性,为低压缩性材料;压实花岗岩风化土颗粒破碎的特点导致试样二次加载→卸载压缩曲线存在两次明显塑性变形增大的现象;剪切时由于试样内部颗粒历经压密→错动→翻越→破碎的过程,导致不同围压下试样表现出不同的剪胀性;剪切过程中由于颗粒破碎的存在,使得试样表现出强度非线性特点。     

非饱和土蠕变力学特性试验及经验模型研究

为了预测基质吸力对非饱和粉质黏土蠕变行为的影响,开展其非饱和蠕变经验模型的研究。基于粉质黏土的非饱和蠕变试验,尝试改进Mesri模型和Log-Modified模型。其中Mesri模型和Log-Modified模型的应力-应变关系均采用双曲线函数描述,通过初始切线模量建立其与基质吸力的联系,从而得到应力-基质吸力-应变关系。而Mesri模型和Log-Modified模型的应变-时间关系分别通过幂函数、三参数幂函数描述,分别整合两个模型,得到改进后的Mesri模型和Log-Modified模型。改进后的两个模型为应力-基质吸力-应变-时间模型,利用ε/D-ε关系曲线和幂次关系拟合得到应力-基质吸力-应变关系参数,依据lnε-lnt关系曲线确定改进Mesri模型的应变-时间关系参数,采用BFGS算法和通用全局优化法求解改进Log-Modified模型的应变-时间关系参数。将关系参数分别代入两个改进后的模型,得到相应的非饱和蠕变经验模型。对非饱和蠕变曲线进行辨识,对比两种改进模型的预测精度。结果表明:改进后的Log-Modified模型的预测效果较差,改进后的Mesri模型能较为准确地描述非饱和粉质黏土的蠕变特性。     

纳米石墨粉红黏土改良机理试验研究

为了探寻纳米石墨粉对区域性红黏土的改良机理,利用TSZ-1型三轴试验仪进行正交试验设计,选用扫描电镜法对试样进行微观结构测试,采用单因素方差分析法分析了纳米石墨粉掺量对红黏土力学特性的敏感性,试验结果表明:纳米石墨粉掺量是改良红黏土抗剪强度参数的显著性影响因素;改良红黏土的主应力差与轴向应变曲线之间整体呈双曲线关系,具有明显峰值应力,表现为应变硬化特征;改良红黏土的抗剪强度可采用线性的Mohr-Coulomb准则来描述;内摩擦角参数表现为随着纳米石墨粉掺量增大基本保持不变,而黏聚力参数具有随掺量的增加先增加后减小的特性;纳米石墨粉对红黏土改良的宏观力学性质,与其对红黏土孔隙结构的影响及红黏土矿物颗粒的黏附胶结密切相关。     

裂隙充填影响巴西圆盘抗拉力学特性试验研究

裂隙是影响岩石力学特性和破裂模式最重要的因素之一,通过试验、数字照相技术和声发射监测对完整和含不同裂隙倾角 单裂隙、不同岩桥与裂隙夹角 双裂隙充填与非充填类岩石材料巴西圆盘的抗拉强度和破裂模式进行研究,探讨了随着 、 的不断变化和裂隙充填与否对试样最终破坏机制的影响。试验结果表明：（1）随着裂隙倾角 不断增大,单裂隙试样的抗拉强度先减小后增大,然后又减小;预制裂隙尖端萌生的翼裂纹贯通造成试样破坏;（2）双裂隙试样的抗拉强度随着 的增大先减小后增大;预制裂隙尖端萌生的翼裂纹和远场裂纹的扩展导致试样破坏;（3）在 、 相同的情况下,充填试样抗拉强度明显要高于非充填试样;预制裂隙充填与否对试样裂纹扩展的时间和裂纹数目影响较大;（4）加载初期,声发射较为平稳;宏观裂纹出现或者抗拉强度跌落时声发射将会变的异常活跃;在 、 相同的情况下充填试样声发射的起伏变化更为剧烈。     

考虑间歇充填和浓度效应的充填体长期强度试验研究

为探究不同充填间隔时间(FTS)和料浆浓度对胶结充填体长期强度影响机制,配制70%、72%、75%三个浓度、充填间隔时间为12、24、36、48 h的两分层胶结充填体试件,开展单轴抗压强度(UCS)试验并探究其力学特性及其破坏形式。试验结果表明,（1）胶结充填体峰值抗压强度随充填间隔时间增大而呈递减趋势,充填间隔时间一定时胶结充填体抗压强度随料浆浓度增大而增大,且峰值抗压强度与充填间隔时间呈多项式函数规律;（2）胶结充填体试件加载过程中表现为压密阶段、线弹性阶段、裂纹扩展阶段和破坏发展4个阶段,随充填间隔时间延长,胶结充填体的破坏形式可能表现为张拉破坏–拉剪破坏过渡–拉剪混合破坏的损伤模式。研究结论能够为后期充填体强度设计和稳定性控制提供有益参考。     

尾砂胶结含盐冻结充填体力学特性研究

矿山充填开采正逐步向寒区甚至永久冻土区发展,这些区域含盐地下水分布非常广泛。同时,极端寒冷条件下往往需要向充填材料中加入一些防冻盐以防止料浆在输送过程中发生冻结。通过室内测试分析了-6℃环境下不同盐分(Na Cl)膏体充填体力学特性(强度和初始弹性模型)随时间演化特征。利用单轴压力机测得了龄期为7、28、90 d膏体充填体的强度和初始弹性模量,结果表明NaCl的加入会降低冻结充填体的强度,其影响程度取决于胶结料类型。试样的强度随着养护时间的增加而增大。此外,不论盐分浓度、养护时间和胶结料类型,试样的强度与初始弹性模量之间存在显著的线性关系。该研究结果可以为寒区含盐膏体充填技术的开展提供一些依据。     

水化学作用对滑坡滑带土的物理力学特性影响试验研究

滑带是影响滑坡稳定的最关键内在因素之一。对原状土进行X射线衍射、压汞试验,获得了滑带土体的成分及其含量和孔隙结构参数,结果表明,滑带土成分以石英、拉长石、伊利石等为主,孔隙孔径以小孔和过渡孔居多;依据工程实例滑坡滑带土所处的水化学环境,模拟不同水化条件,通过剪切试验、渗透试验和扫描电镜试验,获得不同化学条件的强度和渗透性参数及微细观结构特征,分析了滑带土在不同水化学条件下力学特性和渗透性变化规律。试验结果表明：相同pH条件下,较之蒸馏水,土样经化学溶液浸泡后峰值强度和残余强度变大,且残余强度的变化更明显;不同pH条件下,酸碱性溶液使得土的强度参数显著降低。该研究结果为水化学条件下滑坡滑带土力学特性变化、多场耦合理论模型分析提供了重要的基础数据。     

基于正交试验的不同胶结强度Bimrock岩体力学特性试验研究

Bimrock在不同胶结强度下的力学特性鲜有研究,而胶结强度对Bimrock力学特性和变形破坏特征有着重要影响。为探究不同胶结强度对Bimrock力学特性的影响规律,通过正交试验设计法,开展Bimrock基质配比试验,对不同配比基质试样的强度力学参数进行参数敏感性分析,基于正交试验结果,制作不同胶结强度的Bimrock试样,通过单轴压缩试验,分析不同胶结强度对Bimrock力学特性的影响。结果表明：Bimrock试样的单轴抗压强度和弹性模量与其胶结强度呈正相关,从弱胶结到强胶结,单轴抗压强度从11.02 MPa增加到34.21 MPa,弹性模量从2.11 GPa增加到5.57 GPa;随着胶结强度的增加,试样在变形至破坏的各阶段表面裂纹数量均减少;强胶结试样的压缩破坏模式表现为单条主裂纹的贯通破坏,破坏时间较短,脆性破坏明显;中等胶结试样发生整体与局部剪切破坏,表现为一条明显贯穿整个试样和一条仅贯穿试样下半部分的剪切破坏面;弱胶结试样发生横向拉张破坏,可见多条沿竖直方向的张拉裂纹,局部出现张剪破坏并存的破坏特征,从变形到破坏产生的裂纹较多且较为破碎,破坏时间相对较长。Bimrock岩体工程问题复杂而且较难处理,针对Bimrock力学特性与变形破坏特征的研究对工程建设以及地质灾害防治有重要意义。