刚性承台下刚性桩复合地基附加应力研究

复合地基内任一点的附加应力都是由桩间土所承担上部荷载和桩侧摩阻力及桩端阻力分别引起的附加应力叠加组成。根据荷载传递规律和现场试验,假定桩侧摩阻力沿深度半梯形分布,考虑到桩径的尺寸效应,采用Mindlin解对桩侧摩阻力和桩端阻力进行二次积分计算,求得桩上部荷载引起地基内任一点附加应力,桩间土上部荷载引起的附加应力采用Boussinesq解直接求得,最终叠加求得总附加应力。经工程实例验证,方法合理可行。     

矩形基础受垂直荷载作用下地基土中任意点的竖向附加应力系数计算公式

矩形基础受垂直均布荷载作用下,地基土中任一点的附加应力虽然可以通过角点法和应力叠加原理求得,但是除了矩形角点下各点计算较容易外,其余的点计算均较繁琐;矩形基础受垂直三角形分布荷载作用下,矩形基底面积垂直投影范围内地基土中各点的附加应力虽然可以通过角点法和应力叠加原理求得,但是除基底荷载分布为零的边的角点下各点计算较容易外,其余的点计算都很繁琐,而矩形基底面积外的点则无法计算。本文通过推导得出两个公式,借助电脑,能很容易地计算矩形基础受垂直荷载作用下地基土中任意点的附加应力系数,并通过计算对比,验证了公式是正确的。     

双线平行盾构法隧道施工附加荷载的计算分析

对隧道周围土体采用椭圆形非等量径向位移模式,在镜像法基本原理基础是推导了土体损失引起的附加应力计算公式;结合弹性力学Mindlin解得到的正面附加推力和摩擦力引起的附加应力,得到三者共同作用下总的附加应力公式,并通过算例分析了各影响因素下水平平行隧道上附加荷载的分布规律,重点探讨了土体损失引起的附加荷载在相邻隧道上的分布,分析结果对平行隧道施工具有一定的参考价值。     

Y型桩桩侧摩阻力产生附加应力的分析计算

Geddes的应力解求解过程中将桩侧摩阻力简化为集中力,导致无法考虑桩径、桩长变化对桩侧摩阻力在地基内产生附加应力的影响,通过分析得出,对于长径比较小的短桩,由Geddes应力解计算的竖向应力系数与实际考虑桩径影响的结果相差甚远。通过首先在Y型截面上沿周边的9个积分区间线积分,然后再沿桩长进行积分的方式,借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,得出了Y型沉管灌注桩沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力及沿桩身三角形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力作用在地基内部时任意点土中竖向应力分量的数值计算方法。分析了Y型截面4个独立变量外包圆半径 、模板弧度 、开弧间距 、夹角度数 对Y型桩侧摩阻力产生附加应力系数的影响及采用Geddes应力解计算产生的误差,并对桩长及计算深度对产生误差的影响也进行了分析,得到了一些有益结论。     

CFS桩处理软弱地基的试验研究

介绍了一种新兴的地基处理技术--水泥粉煤灰钢渣桩（CFS）。采用现场大面积堆放钢坯的方式,模拟研究了CFS桩复合地基工作期间的承载特性,得出了堆载条件下基底的最终沉降量、桩间土体深层水平位移及竖向附加应力分布、临近的人工挖孔桩水平位移及其桩体前（后）附加应力变化等规律,探讨了堆载作用下CFS桩复合地基-临近桩体的共同作用机理。此外,研究了CFS桩施工所引起的环境效应,得出了CFS桩成桩过程中地基土侧向附加应力在水平、垂直方向上的变化规律及A,B试验区受桩体施工影响的地面隆起量。     

软硬相间岩层底板变形研究

引入损伤变量ω理论,分析水平状软硬相间岩层在竖向应力下的应力-应变关系：再引用弹性模量E和岩层厚度L两个变形参数建立软硬相间岩层底板变形参数方程,得出竖向应力随着底板深度的增加而减小的规律：运用数值模拟软件,建立煤层开采模型,模拟软硬相间岩层底板在采动作用下的变形过程。通过数值分析底板在采动作用下的应力-应变关系和位移特征,发现竖向应力作用下软岩受到的水平应力比硬岩大,竖向应变也比硬岩大,而竖向应力和水平应变变化不大,认为在采动影响下软硬相间岩层底板中的软岩具有吸收更多的应变能来保护软岩下硬岩的变形特点。     

线性加载下考虑土体非线性变形的一维固结理论

深厚软黏土一维固结计算中,初始应力和附加应力分布形式对固结度存在较大影响。假设土体初始应力和附加应力均沿深度线性变化,推导了线性加载时的双曲线一维固结控制方程,并用差分法加以解答。同时,在不同的外荷载qa、压缩层厚度H、初始模量E0、附加应力分布系数β及边界条件下,分析了初始应力和附加应力沿深度线性变化对平均固结度Us、Up的影响。结果表明,当顶面和底面均透水时,除了E0≤388 k Pa且H≥25 m情况外,初始应力和附加应力沿深度线性变化对Us、Up的影响不大。但当顶面透水而底面不透水时,在土体初始应力和附加应力的两种不同分布形式下计算的Us、Up相差较大,特别是对于深厚软黏土,这种差别更加明显。另外,还可以看出,考虑初始应力和附加应力随深度变化时,Tv不再适合作为描述时间的无量纲因子。     

土层深度对泊桑系数、垂直压应力和侧向压应力之比的分析

文中分析了土层中任一深度单元土体的应力,在自重应力作用下,其深度变化必然引起垂直向应力与侧向应力作用变化,其主要标志是有效应力的变化。基于这种思想推导了土泊桑系数μ随深度增加不是一常量,而是单调递增。同时也推导了土层深度对垂直向压应力和     

非均布路基荷载下溶洞顶板稳定性分析

基于Boussinesq解求得在非均布路基荷载作用下溶洞顶板上的附加应力,利用MATLAB采用高阶次函数拟合顶板上附加应力的分布形式;将计算结果与上覆土层和顶板的自重作用相叠加,得到溶洞顶板分别按简支梁、固支梁和悬臂梁计算时的最大弯矩和最大剪力;进而,通过对溶洞顶板最大拉应力和最大剪应力的计算,用以判定溶洞顶板抗弯和抗剪切的稳定性,从而提出一种非均布路基荷载下溶洞顶板的稳定性评价方法。最后,引入稳定系数,从路基荷载的分布形式、溶洞与路基荷载的相对位置、溶洞顶板的厚度以及顶板跨径四个方面进行参数分析;并通过工程算例对比分析,验证本文方法的可行性和合理性。     

反倾层状边坡弯曲折断的应力及挠度判据

以地质分析为基础 ,将反倾层状边坡的任意岩层概化为受复合作用力的板梁模型 ,通过简单的力学解析 ,开展了反倾层状岩石边坡弯曲折断判据的研究。依据岩层折断时和相临岩层的瞬时关系 ,将岩层下部视为瞬时临空状态 ,考虑岩层自重荷载和上部岩层附加荷载 (上部岩层重力荷载、层间摩擦力 )的共同作用 ,基于最大拉应力准则 ,提出了岩层弯曲折断的应力判据 ;依据应力判据 ,得到了岩层弯曲折断的挠度判据 ;利用应力判据及挠度判据 ,可实现反倾层状边坡弯曲折断的现场判定及其控制设计     

岩质边坡倾倒破坏的力学分析

以岩质边坡倾倒破坏地质过程分析为基础,假定岩体倾倒破坏过程中始终处于力平衡状态以及层面上下缘存在着阻止剪切错动破坏的层间阻力,岩体中某一点应力根据弹性力学原理可以简化为垂直的自重应力和水平的侧应力,将倾倒破坏岩体的力学过程概化为平面应变模型,并基于最大拉应力破坏准则,推导出岩体倾倒折断破坏深度的临界公式。实例计算及讨论表明,倾倒破坏临界深度理论适用范围广,并且考虑了边坡水平应力,计算结果更加符合实际破坏特征。另外,边坡坡角、岩层倾角及厚度对岩体倾倒破坏深度影响具有较大影响,特别是层面倾角50°～70°时边坡最易发生倾倒破坏。     

锦屏二级水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究

爆破开挖导致的围岩损伤是围岩稳定性的重要影响因素。采用数值分析及现场检测的方法研究了锦屏二级引水隧洞岩体爆破开挖损伤特性。数值模拟结果表明,引水隧洞开挖引起的围岩应力重分布是围岩损伤的主要原因,爆炸荷载和应力重分布的耦合作用将增大引水隧洞围岩损伤区范围,增大的损伤深度可达1.5 m,考虑开挖荷载瞬态卸荷动态损伤效应的损伤区范围最大,较单独考虑围岩地应力准静态重分布所导致的损伤深度可增大1.9 m,平均损伤深度增大近1倍。现场检测成果较好地验证了数值模拟结果,表明爆破开挖可显著增大围岩的损伤范围。锦屏二级水电站引水隧洞开挖过程中,不可忽视爆炸荷载及开挖瞬态卸荷对围岩的损伤作用。     

基于H-B准则的公路桥梁桩基嵌岩深度计算

基于Hoek-Brown强度准则,推导了在微小转动下嵌岩段桩侧法向应力及水平摩阻力计算模型,采用静力平衡原理建立了水平荷载作用下公路桥梁桩基嵌岩深度的计算公式,提出了嵌岩深度计算的新方法。参数敏感性及影响因素分析表明： （1）水平荷载引起的力矩 、桩径d、岩层上覆压力 、岩石单轴抗压强度 、岩体类别参数 、岩体地质力学分类指标RMR均对嵌岩深度有一定影响,在 、d不变的情况下,岩体质量和岩石单轴抗压强度对嵌岩深度的确定最为敏感; （2）岩体质量越差,所需嵌岩深度越大;岩体质量越好,岩层上覆压力对嵌岩深度影响越小,反之越大。（3）嵌岩深度随岩石单轴抗压强度的提高呈非线性缓慢地减小,在相同的单轴抗压强度下,岩体质量越好,嵌岩深度越小,反之越大。     

Gravity-induced stresses in stratified rock masses

Summary This paper presents closed-form solutions for the stress field induced by gravity in anisotropic and stratified rock masses. These rocks are assumed to be laterally restrained. The rock mass consists of finite mechanical units, each unit being modeled as a homogeneous, transversely isotropic or isotropic linearly elastic material. The following results are found. The nature of the gravity induced stress field in a stratified rock mass depends on the elastic properties of each rock unit and how these properties vary with depth. It is thermodynamically admissible for the induced horizontal stress component in a given stratified rock mass to exceed the vertical stress component in certain units and to be smaller in other units; this is not possible for the classical unstratified isotropic solution. Examples are presented to explore the nature of the gravity induced stress field in stratified rock masses. It is found that a decrease in rock mass anisotropy and a stiffening of rock masses with depth can generate stress distributions comparable to empirical hyperbolic distributions previously proposed in the literature.     

深埋隧洞爆破开挖荷载诱发围岩损伤特性

深埋隧洞爆破开挖荷载构成复杂,对围岩损伤区的孕育发展具有重要影响。利用颗粒流程序（PFC）软件,讨论了不同初始地应力状态下爆炸荷载及地应力瞬态卸载所分别诱发围岩损伤的特性,并通过锦屏2级水电站引水隧洞爆破开挖损伤区检测数据对数值模拟的结果进行了验证。研究表明,爆炸荷载和地应力瞬态卸载所诱发的围岩损伤程度和范围均随地应力量级的提高而显著增大;爆炸荷载作用条件下损伤区的分布有随着侧压力系数的增大而向应力集中区发展的趋势,而地应力瞬态卸荷所产生的围岩破坏以受拉破坏为主,表层损伤区沿开挖呈轮廓均匀分布的趋势;在相同的初始地应力状态下,爆炸荷载和地应力瞬态卸荷所分别诱发的围岩损伤区深度均明显小于实测值,考虑二者的耦合效应后,计算值与实测值基本吻合。这说明这两种荷载是高应力条件下爆破开挖荷载的主要成分,但二者耦合作用对围岩的损伤大于它们单独作用效应的线性叠加。     

断层构造对煤层底板突水的影响分析

在原岩应力、地质构造、地下水等因素基础上,从应力场和渗流场共同作用的角度出发,研究含底板岩体在内的采场岩体系统的变形与破坏。研究结果表明,随着工作面向前推进,底板岩层的破坏深度和范围逐渐增加,底板岩层中水平应力低于承压水压力的深度也逐步增大。随着开挖接近断层,断层对应力分布情况的影响越来越明显,最终在断层处造成突水。为了预防底板突水的发生,合理留设防水煤岩柱是必要的工程措施。     

煤柱下底板偏应力区域特征及案例

选取某煤矿近距离煤层为工程背景,采用FLAC3D模拟了8#煤层残余煤柱底板偏应力场分布特征。结果表明：（1）底板的偏应力呈扩散状向底板传递,距离煤柱越远扩散范围越广,煤柱边缘偏应力呈45°向底板传播;（2）煤柱较窄时,中线和边缘处偏应力影响深度浅,随煤柱宽度增加,底板偏应力变化和影响深度较大,当煤柱宽度足够大时,影响深度又变浅,中部趋于原岩应力;（3）同一水平面上,偏应力呈马鞍状分布,随煤柱宽度增加,煤柱中线处和边缘处偏应力经历了先增大后减小的过程,煤柱边缘处偏应力峰值位置变化不大;（4）同一煤柱宽度,煤柱边缘偏应力峰值向深部递减且趋势减慢,同时,峰值远离煤柱且趋势加快。在自由边界受均布载荷、底板垂直应力、水平应力、切应力解析解的基础上,推导了底板偏应力解析公式,解析与模拟结果基本吻合。具体到该工程的地质条件,9205轨道巷距离煤柱边缘20 m、9205回风巷在煤柱边缘、9205运输巷在煤柱中线处,9205轨道巷维护效果最好,证明了内错式巷道且距离煤柱足够远时,偏应力较小,宏观应力环境更适合巷道围岩自稳。     

Wellbore breakouts of the main borehole of Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) and determination of the present tectonic stress state

The Sulu-Dabie high-pressure (HP)-ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt as the product of subduction-collision between the northern China plate and Yangtze plate underwent a process of formation and evolution from deep subduction→exhumation→extension→slow uplift. The study of its modern tectonic stress field has great significance for a complete understanding of the process of formation and evolution of the HP-UHP metamorphic belt, especially the exhumation and uplift of the belt. Wellbore breakouts are the most visual tectonic phenomenon which can characterize the modern stress action in the main borehole of Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD). Ultrasonic borehole televiewer reflection wave data show that wellbore breakouts began to occur at 1216 m depth of the main borehole. A total of 143 borehole televiewer images were collected from 1216 to 5118 m depth (hole completion depth). After data processing and statistics, the average azimuth of the long dimension of the wellbore breakout obtained was 319.5° ± 3.5°, indicating that the average azimuth of the maximum horizontal principal stress causing wellbore breakout initiation was 49.5° ± 3.5°. The maximum and minimum horizontal principal stress values at 52 depths in the interval of 1269 to 5047 m were estimated using the elements of wellbore shapes (wellbore depth and width), combined with the cohesive strength and internal frictional angle of the rock obtained by rock mechanical tests on samples, and the static load stresses at corresponding depths were calculated according to the rock density logging data. The results indicate that: the maximum and minimum horizontal principal stresses are 41.4 and 25.3 MPa at 1269 m depth respectively and 164.7 and 122 MPa at 5047 m depth respectively; the maximum vertical stress is 141.3 MPa at 5047 m depth with a density of 2.8 g/cm³; the in-situ stresses increase nearly linearly with depth. The magnitudes and directions of the three principal stresses reflect that the regional stress field around the CCSD main borehole is mainly in a strike-slip state, which is consistent with the basic features of the regional stress field determined using other methods.     

地应力与岩体模量关系的理论及试验研究

岩体模量（弹性模量及变形模量）是工程岩体力学特性的基础参数之一,研究地应力状态与岩体模量之间的关系具有重要意义.基于静弹性热力学模型原理,结合弹性理论,推导了水平主应力与岩体性质参数的定量关系,并对地应力与岩体模量的关系进行了探讨.在此基础上,以赣龙铁路梅花山隧道为依托,开展了围岩应力及岩体模量参数的现场测试工作,并将实测成果与理论分析进行对比.结果表明：当埋深影响较小时,花岗岩中的水平主应力与岩体模量呈线性正相关关系;当埋深相差较大时,深度对地应力及岩体模量的影响均不可忽略,水平主应力与岩体模量一般呈非线性关系,需要进一步研究;对花岗岩中的岩体弹性模量和变形模量与水平主应力之间的相关性进行对比发现,岩体变形模量与水平主应力的相关性更好.研究成果可为工程岩体力学参数取值及评价提供借鉴.     

汶川地震中锚固岩质边坡的动力响应特征

岩质边坡的地震响应是当前岩土工程界所关注的重要问题之一。以紫坪铺工程进水口边坡为研究对象,以现场监测数据为基础,从时间和空间的角度综合分析了汶川地震前、后支护荷载和边坡位移的变化特征,并讨论了坡体形态、岩体结构以及支护荷载对地震力作用的协同影响。研究结果表明：受地震力作用影响,坡体变形和支护荷载发生突变,主要受主震影响;地震引起的支护荷载变化量在100 kN以内,未超出设计荷载的5%;边坡水平向产生的永久位移在12 mm范围内,岩体变形深度受结构面分布控制;边坡中部变形最大,沿水平方向具有明显的临空面放大效应,而沿高程方向,没有明显垂直放大效应。研究成果可加深对锚固岩体动力响应机制的认识,同时为以位移控制的边坡工程抗震设计提供参考。