相对湿度作用下的石膏矿护顶层突变破坏机制分析

依据室内试验所得的石膏岩的基本力学性质随着大气中相对湿度变化的规律,并结合石膏矿采空区的破坏特征,将护顶层简化为铅直方向受均布荷载q作用的三铰拱分析模型,建立了相对湿度作用下的石膏矿采空区护顶层的尖点突变模型,研究了相对湿度作用下护顶层突发破坏的失稳机制。试验结果表明：石膏岩的力学性质在采空区中环境湿度的作用下,其强度和变形参数会大大降低。分析和工程计算结果表明：随着采空区中环境湿度的增加,支撑体系越不稳定,越容易跨越分叉集而发生突发失稳破坏;相空间的控制参数a随着采空区中环境湿度的增加,其代数值是逐渐增大的（绝对值减小,由负值向0变化）,而控制参数b逐渐增大,系统突发失稳控制参数（a,b）的变化路径为向东北方向变化,该路径是系统较为容易发生突发失稳的路径。     

岩溶区土洞地基稳定性分析

地下水产生的潜蚀作用和崩解作用,对地基中土洞发育乃至破坏失稳有重要的影响。根据弹性理论及相关分析,可以获得地基中土洞周边土体的应力状态,再利用莫尔-库仑屈服准则,对其进行安全稳定性判别。结合工程实例计算,发现地下水位变化将导致土洞周边土体应力状态发生明显改变,并有可能导致土洞地基破坏失稳。     

从力矩效应和地下水分析缓倾角结构面成因

在岩石剪切破坏中引入力矩模型并就剪切破坏过程进行了分析。在发生剪切破坏时岩石的破坏带有一定宽度,剪切带上的剪应力和支持力不是均匀分布的,在剪切过程中存在一个调整过程,并在局部集中,导致了剪切力矩的存在。当轴向压力 较小时,支持力和剪切力都很小,可视为均匀分布;随着 的增大,支持力和剪切力都增大,出现非均匀分布,局部表现为应力集中,出现局部破坏,而在整体上表现为力矩平衡。当剪切力矩大于支持力矩时,宏观上剪切破坏出现;分析研究了地下水引起的接触面积的变化,由此并推导了静水压力情况下结构面的稳定性。随着水压力p的增大,除了对岩体材料力学性质的弱化外,结构面上有效压力 和结构面上、下岩体的接触面积率 变小,使得发生失稳破坏的临界角 降低,也就是发生滑动的条件更容易满足。     

考虑库水升降和滑带弱化作用的岸坡启滑机制分析

以三峡库区凉水井滑坡为研究对象,采用理论分析与数值模拟的研究手段,构建了滑带强度弱化模型,提出了渗流驱动的滑坡启滑判据,应用Geo-studio有限元程序分析了库水不同升降速率对滑坡稳定性的影响,揭示了库水升降作用下岸坡渗流场演变规律和渗流驱动下的启滑机制。研究表明：（1）渗透压力与渗透时间的变化是滑带土强度弱化的关键因素,弱化到临界强度时,在渗流驱动下发生压剪破坏而启滑,由局部向整体以渐进模式破坏失稳;（2）库水升降过程中,坡体内孔隙水压力滞后性较明显,水位升降速率会影响坡体地下水响应时程,升降速率越大,孔隙水压力变化越大,渗流驱动力越大,滑坡稳定性变化越快,越趋近于渐进破坏;（3）库水位从175 m降到145 m,凉水井滑坡滑面法向应力最大降低了38.19%,剪应力最大降低了22.20%,有效法向应力最大落差为168.64 kPa,抗剪强度最大落差为63.45 kPa。以上分析结论与规律可为涉水滑坡启滑机制分析、库岸山体滑坡失稳研究及应急防治工程等提供科学依据和理论方法。     

基于梯度塑性理论的岩样拉压剪破坏统一失稳判据

提出了单轴拉伸,直剪及单轴压缩剪切破坏失稳判据的统一形式。首先对de Borst R及Muhlhaus H B关于单轴拉伸试件梯度塑性理论解析解方面的开创性工作进行了回顾、评论,并指出了他们工作的缺憾。受de Borst R等工作的启发,对直接剪切试件进行了分析,得到了快速回跳条件。并发现:岩样的快速回跳条件就是系统(由剪切带及带外弹性岩石构成)的失稳判据。又对单轴压缩岩样剪切破坏进行了分析,得到了其失稳判据。通过对单轴拉伸失稳判据、直接剪切失稳判据及单轴压缩剪切破坏失稳判据的类比,得到了失稳判据的统一形式。统一失稳判据表明:岩石材料的局部化带宽度及压缩或剪切弹性模量越小,软化模量及等效试件高度越大,试件越容易发生失稳破坏。     

坡面形态对边坡动力变形破坏影响的模型试验研究

采用自主制作的单向振动试验台,对不同坡面形态土质边坡进行了失稳破坏过程的模型试验研究。试验设计了凹面坡、凸面坡和凹凸面组合型3类边坡共8个模型,通过单向振动试验台施加初始位移,触发模型边坡失稳破坏,利用摄像机对模型边坡破坏过程进行跟踪记录,并对变形破坏特征进行分析。试验表明：凹面坡主要由坡面上形成的横向裂隙带动整个坡体发生破坏,而凸面坡则是由于坡顶上形成的横向裂隙带动整个坡体发生变形破坏,凹凸面组合型边坡的破坏则是受坡面凸起部位所控制;进一步研究发现,凹凸程度越强的边坡越容易发生变形破坏,其变形破坏的程度越大。研究成果有助于了解不同形态坡面边坡的破坏特征,为工程边坡设计提供借鉴意义。     

地下水对库岸边坡稳定性的影响

针对库岸边坡在库水位陡降时易发生失稳破坏这一特点,分析了地下水引发库岸边坡失稳的机理,指出在地下水作用下,边坡岩土物理力学性质恶化、库水浮托力以及坡体内渗透力是影响库岸边坡稳定性的重要因素,给出了考虑地下水影响的库岸边坡稳定性计算公式。对三峡库区的某边坡工程进行了分析,结果表明：边坡岩土体介质因饱水软化作用,其滑动面的力学参数值降低;库水浮托力在某种程度上有利于边坡的稳定。当库水位陡降时,坡体内产生较大的渗透力是导致边坡失稳的一个很关键的原因。同时指出,在进行库岸边坡治理设计时,采取合理的防冲刷、反滤及疏导措施,能有效地降低地下水对边坡稳定性带来的消极影响。     

地下水在引发边坡病害中的作用

人们普遍认为由于地下水的浸泡降低滑带土的抗剪强度值是导致边坡失稳的内部机制。文章以云南元磨公路边坡为实例，对其进行了探究，发现病害边坡主要滑带土的天然含水量与其剪切试验所得的内聚力和内摩擦角之间并没有明显的线性关系。于是，文章采用极限平衡方程从理论上论述了地下水在边坡失稳过程中的力学作用，并对比边坡开挖前后入渗系数值的变化幅度，揭示出工程活动与降雨共同对边坡破坏的作用机制。     

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

以云南香丽高速公路沿线的岩羊村滑坡为研究对象,开展了滑坡动力稳定性评价及失稳机制研究：进行了不同烈度地震下的滑坡稳定性分析,采用滑带弹性区体积占比的变化反映其失稳过程,结合滑坡变形破坏模式,对滑坡整体稳定性进行评价;针对极限地震工况,分别从时间和空间角度描述滑坡失稳过程;建立了同时考虑滑带弱化和硬化的滑坡尖点突变模型,揭示了滑坡失稳的触发机制。研究表明：滑坡在区域Ⅷ度地震烈度条件下基本保持稳定,在锁固段的“锁固作用”下滑坡仅发生局部破坏;滑坡发生整体失稳的临界峰值加速度为2.29 m/s2,其失稳机制为在前缘牵引、后缘拉裂作用下,滑带塑性区贯通导致的整体失稳;地震作用下滑带前缘、中部、后缘并非同步破坏,表现为累积?触发效应;利用改进尖点突变模型推导了刚度效应失稳判据,揭示了滑坡整体稳定性与滑带介质的刚度及尺寸特性密切相关。研究结果为岩羊村滑坡的防治与抗震设计提供了指导,并可为同类工程的动力稳定性评价与失稳机制分析所借鉴。     

重力坝沿建基面失稳破坏的真实安全度研究

采用强度储备系数法,对重力坝建基面破坏过程进行非线性有限元模拟,并分析了坝体地基弹性模量比和建基面应力分布状态对破坏过程和强度储备系数的影响。研究结果表明：破坏过程可划分为4个阶段：贯通率平稳期、加速期、短暂平稳过渡期、急剧增加失稳期。当弹性模量比一定时,应力状态越趋于均匀分布,大坝处于稳定状态时的强度储备系数越大,坝趾坝踵处的应力比值越大,大坝处于稳定时的强度储备系数越小;当建基面应力分布状态一定时,弹性模量比的变化不改变建基面的总体破坏特征,强度储备系数与弹性模量比成正比。综合考虑应力分布及弹性模量比的影响,给出了正常荷载作用下重力坝沿建基面失稳破坏的真实安全度取值范围为1.5～2.5。     

基于力矩与地下水的黏性土剪切带倾角分析

土体剪切破坏时剪切带倾角是一个一直在研究的问题,传统理论解为Mohr-Coulomb解和Roscoe解。从剪切带厚度和剪切力矩角度重新考虑这一问题,在引入力矩分析及土体本构方程的基础上,对剪切带倾角进行了探讨,得出了新的理论解。同时分析了剪切带上的水压力效应,探讨了孔隙水压力对剪切带倾角的影响。     

管桩挤土效应的现场试验和数值模拟

以PHC管桩加固某物流加工二期标准仓库、厂房项目为依托,进行了吹填土地区PHC管桩的挤土效应研究。利用预先埋设的孔压计和测斜计,借助沉桩过程的现场测试手段,研究了PHC管桩在沉桩过程中桩周孔压变化和土体位移分布特征,发现沉桩过程中超孔隙水压力随距桩心距离的增加而近似呈线性规律衰减,影响范围约为10倍桩径,土体水平位移不仅与地基土性质有关,而且其分布特征也与深度有很大关系,表现为0.2～0.4倍桩长处土体水平位移较大。采用数值模拟有效地模拟了现场测试结果,进而将结果推广,得到了沉桩引起的桩周土体位移随深度和距桩心距离的变化规律。数值模拟结果表明：桩-土界面摩擦特性和桩径对土体位移场的影响较大。     

地层渐进成拱对浅埋隧道上覆土压力影响研究

砂土及完整性较差、黏聚强度较小的破碎岩体中,浅埋隧道地层拱作用机制随地层变形发展而变化,受此影响隧道松动土压力也相应变化。常规方法忽略了地层拱不同阶段力学机制的不同,同时未考虑剪切面转动与大主应力旋转之间的相互关系,因此,不能解决浅埋隧道地层能否成拱、地层拱何时贯通至地表以及地层拱发展对隧道松动土压力影响等问题。针对这一情况,提出渐进地层拱力学模型以反映不同阶段地层拱的力学机制;其次,同时考虑主应力旋转、剪切面转动及二者相互关系,确定拱内土体应力分布;随后,优化了传统主应力偏转与地层差异沉降间的数学模型。在此基础上确定了渐进地层拱对隧道松动土压力的影响。改进方法结果与传统方法结果及试验结果的对比验证了改进方法的有效性与适用性。通过参数分析研究了隧道初始松动压力、随地层变形发展的松动压力以及地层拱贯通至地表时的极限变形等关键参数。最后,对下北山超大跨浅埋隧道的研究说明了改进方法的实用性。结论显示：（1）初始松动压力为初始松动区内土体重力,初始松动区范围不受覆跨比影响,而受地层强度影响,随内摩擦角增加而减小;（2）最大拱效应阶段以后,松动土压力随地层变形发展而增加,深埋、小跨度隧道（ ）增长速率较慢,反之较快;（3）极限变形随覆跨比、内摩擦角增加而增加,深埋、小跨度隧道地层拱效应更明显;（4）对于下北山隧道,初始地层拱存在,初始松动土压力为0.37 ,极限松动土压力为0.41 ,最终松动土压力为0.54 ,隧道变形应控制在5.7%以下避免地层拱贯通至地表。     

结合水动力学原理在旬阳水电站安康城区及周边浸没研究中的应用

旬阳水电站库尾安康城区及周边地区系汉江左岸河流阶地和高、低漫滩, 具有典型的二元结构特征, 其中高漫滩表部普遍分布有较厚的人工填土。本文在浸没研究中应用结合水动力学原理以及粘性土的渗流特征, 确定测压水位和粘土层含水带水位关系, 针对不同建筑物的基础类型、埋深、填土层厚度、郊区农作物类型等, 确定不同的浸没临界深度。并通过7个不同正常蓄水位工况的地下水壅高计算和粘土层内的含水带埋深计算, 分析和研究浸没程度和范围, 最终确定合理的正常蓄水位, 为完成本工程水库移民安置工作提供了可靠的地质依据。     

护坡工程中保温板防冰冻设计

寒冷地区的护坡工程经常会由于土基冻胀而产生隆起、或是在冰弯矩作用下产生推坡的现象,从而使护坡工程在风浪淘刷下产生破坏。利用聚苯乙烯保温板阻隔大气负温对土基的侵袭,提高土基地温,从而减小冻深,削弱冻胀,避免护坡遭受破坏。经过对聚苯乙烯保温板的物理力学性质及冻融特性的试验分析,指出重度、含水率、导热系数、抗压强度、冻融循环次数对聚苯乙烯保温板保温效果的影响。提出护坡工程的抗冰冻设计方法,对有关问题的进一步研究和护坡抗冰冻设计具有参考意义。     

岩溶地下工程施工抽水诱发黏土层地面塌陷机理及临界条件探讨

岩溶地下工程施工抽水容易诱发地面塌陷工程事故,目前关于此问题的研究,主要针对砂性土层,较少涉及黏土层,但大量的抽水致塌事例发生在黏土层。本文分析施工抽水对界面上黏土性质、地下水动力条件的影响,并划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个影响区。依据“土-水”耦合作用,在Ⅰ、Ⅱ区建立非饱和黏土地面塌陷崩解作用模式及其判据,在Ⅲ区建立饱和黏土地面塌陷潜蚀作用模式及其判据。为了应用于施工抽水实践,推导出潜水非完整孔和承压水非完整孔抽水诱发地面塌陷的临界抽水流量表达式,并计算出南宁地铁工程场地地面塌陷的临界抽水量为17.97 m3?d-1。在场地内进行的现场抽水验证性试验的结果表明此临界抽水量具有一定的工程应用性及参考借鉴意义。      

缅甸船厂抽水试验井壁坍塌原因分析及处理措施

缅甸船厂12000DWT干船坞工程在抽水试验井施工过程中发生部分井壁坍塌,究其原因,有地下水动力作用的自然因素,又有桩基础挤土效应、压密注浆等人为诱发因素。通过现场观测和分析,在利用地下水动力作用方向的基础上,采取了改善泥浆性能、预先释放挤土应力等措施后,井壁无坍塌现象出现。经抽水试验验证,成井效果良好。     

MODFLOW在宿迁市地下水资源评价中的应用

地下水是宿迁市主要的供水水源,过去由于开采布局不合理,在全区已形成多个大小不等的降落漏斗,且面积在不断扩大。为了加强地下水资源的管理,合理开发利用和有效保护地下水资源,必须进行地下水资源的调查与评价,本文采用ＭＯＤＦＬＯＷ模型对全区的地下水位和水量进行模拟和预报,在此基础上制定合理的开采方案,通过对开采量的优化和合理分析,在获得最大开采量的同时,有效地控制降落漏斗区水位的下降,为该地区地下水资源的合理开发利用提供了依据。     

黏土地层盾构隧道临界注浆压力计算及影响因素分析

合理选择注浆压力是确保盾构隧道壁后注浆效果良好的前提。假定在黏土地层中,壁后注浆先对周围土体产生压密效应,当注浆压力超过一定值以后,浆液开始劈裂土体。为得到最优注浆压力,基于弹塑性理论,推导了考虑浆体无限扩张时的注浆压力上临界值计算式;将接头螺栓的抗剪效应与注浆对管片产生的压力结合起来,推导了考虑螺栓剪切破坏的注浆压力上临界值计算式;基于主、被动土压力公式,提出了保持地层稳定的注浆压力上、下临界值计算式。在此基础上,提出了最优注浆压力计算方法。通过工程实例,分析了土体的弹性模量、黏聚力、内摩擦角、初始地下水压,及隧道埋深对临界注浆压力的影响。结果表明：临界注浆压力与土体弹性模量、黏聚力、内摩擦角、初始地下水压,管片结构性能以及隧道埋深等因素有关;上临界值随着土体弹性模量、黏聚力、内摩擦角、初始地下水压及隧道埋深的增大而增大;下临界值亦随隧道埋深的增大而增大。     

江西省九江市规划区地下水特征及其环境评价

在分析介绍九江地区地下水类型(松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水、基岩裂隙水)和地下水环境条件及其动态变化规律的基础上,采用《生活饮用水卫生标准》,对研究区地下水环境,包括地下水质量和地下水污染现状进行了评价。研究区内合格的地下水占56%,不合格的占12%,中等不合格占16%,严重不合格占16%。地下水污染形成了4个严重污染区块,全区未污染地下水仅占8%、轻微污染占36%、中等污染占20%、严重污染占36%。污染项目主要为PH、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、氛等指标。由此提出了保护地下水资源的建议。