循环荷载下干燥与饱和砂岩力学特性及能量演化

对取自陕北榆横矿区小纪汗煤矿顶板砂岩的干燥及饱和试件进行单轴循环加、卸载试验,分析了干燥与饱和状态下岩石的强度和变形特征以及岩石破坏过程中的能量演化与能量分配情况。结果表明:(1)循环加、卸载导致干燥试件的峰值强度较单轴压缩时下降19.47%;(2)饱水对砂岩的强度和变形均有影响,饱和试件的平均峰值强度比干燥试件低39.55%,同时饱和试件具有更加明显的压密阶段;(3)循环加、卸载下砂岩的加载和卸载弹性模量均呈现增大趋势,但饱和试件的弹性模量低于干燥试件;(4)通过峰值强度归一化处理后发现,在应力加载的不同阶段,饱和试件的弹性应变能Ue和耗散能Ud均低于干燥试件;(5)加载过程中,饱和试件弹性应变能Ue的占比高于干燥试件,该比例随着加载过程逐渐下降并在破坏前与干燥试件的Ue的占比达到近似水平。     

伊犁深厚湿陷性黄土浸水入渗及沉降变形特征分析

新疆伊犁黄土原位试验实测资料非常缺乏,为了研究其浸水入渗规律和自重沉降特征,开展了原状土和重塑土的现场浸水试验研究,并对表面沉降和水分进行观测。研究表明:浸水过程中,任一点的饱和度存在明显的暂态饱和区,封闭压缩气体上收缩膜承受的孔隙气压力、孔隙水压力和进气值的短暂力学平衡是其存在的主要原因;原状土因黄土结构性和地层结构性,其沉降特征具有明显的阶段性,其可用分段函数进行描述,重塑土因结构性破坏,其变形阶段性不明显;浸水21 d,湿润锋面到达8.8 m,重塑土(S4)的沉降量为120 cm,原状土(S5)的沉降量为78 cm,前者比后者大35%;鉴于软弱土层存在应力集中,湿润锋面以上相邻饱和土变形尚未稳定时,其下非饱和土不发生增湿变形,因此,原状土沉降变形为湿润锋面以上饱和土尚未变形稳定的沉降量,小于自重湿陷量的计算值85 cm。研究结果对伊犁黄土浸水变形机制和增湿变形计算奠定了基础。     

初始剪应力对饱和粉土液化大变形特性的影响

由于斜坡场地存在初始剪应力的作用,在强地震动作用下比水平场地更易发生液化大变形破坏,研究初始剪应力对土体液化大变形特性的影响是必要的。以饱和粉土为研究材料,开展了一系列单幅剪应变达到50%的循环扭剪试验。试验结果表明:在初始剪应力和循环剪应力的共同作用下,饱和粉土试样均发生孔压达到有效围压的零有效应力状态现象,累计变形呈平缓—急剧的发展模式,土体大变形的产生机制可区分为2种:循环液化和应变累计。随着初始剪应力比的增加,饱和粉土的循环强度呈现先减小后增大的特征,且在初始剪应力比接近循环应力比CSR时其循环强度最低。     

饱和黄土边坡的动力稳定性分析

考虑地震荷载作用下饱和黄土的孔压增长模式及液化规律,建立了饱和黄土无限边坡的动力稳定性分析模型,并将此类边坡的破坏分为液化型破坏和滑动型破坏两种基本类型。分析结果表明,由于孔压的累积,屈服地震系数将随时间而减小,并且明显地受到有效粘聚力、初始孔压比等参数的影响。另外还证实,考虑孔压累积时的永久位移计算值要大于常规的Newmark法分析的结果。     

横观各向同性饱和地基中埋置刚性圆柱基础的扭转振动

考虑埋置基础侧面和底面地基与基础的相互作用,研究了埋置于横观各向同性饱和地基中刚性圆柱基础的扭转振动问题。假设基础侧壁与地基完全黏结,沿侧面对剪应力积分得到了侧壁地基对基础所产生的反扭矩;通过研究位于横观各向同性饱和地基上刚性圆形基础的扭转振动,求得基础底面地基作用于基础的反扭矩。结合基础底面位移和应力连续等条件,根据基础振动的动力平衡方程,求解了相应的动力响应问题。给出了基础的角位移幅值,地基的等效刚度系数和等效阻尼系数的表达式。通过算例研究了相关参数对基础扭转振动的影响。     

非饱和地质体中水-应力耦合二维有限元方法及对锚杆支护的分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程入手,采用Galerkin方法将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,开发出了一个用于分析饱和-非饱和岩土介质中水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。然后就一个假定的处于渗流场中的饱和-非饱和土体使用预应力锚杆的支护效果问题进行了模拟计算。结果表明,在有地下水赋存的饱和-非饱和条件下,预应力锚杆的作用主要体现在减少了土体中的塑性区,而对位移的约束依部位而异,其对渗流场的影响不大。     

三维半球形凹陷饱和土场地对平面P波散射

以Biot饱和多孔介质动力学理论为基础，利用Fourier Bessel 级数展开法，得到饱和多孔介质半空间中半球形凹陷地形对入射平面P波三维散射问题的解析解.利用这一解析解数值计算给出地表位移幅值，分析入射角、入射波频率对地表位移幅值的影响，并与现存的单相介质情况下三维半球形凹陷问题和两相介质情况下二维圆弧形凹陷问题得到的结论进行对比.     

含水层和土壤的随机特征对水分运动的影响

将土壤或含水层的介质参数视为随机分布,建立了饱和非饱和水流运动的随机微分方程,利用随机数值求解方法,得到各种随机参数对水头分布和含水量空间变异性的影响。分析结果表明,随着渗透系数空间变异性和相关尺度的增大,含水层水头分布的变异性增大;对于区域内有抽水井分布的问题,在井点附近区域,z向水流速度空间变异性大,而在井点处变异性较小。当采用Gardner-Russo模型描述非饱和水分特征时,其非饱和土壤介质参数α的变异性对土壤负压和含水量变异性的影响大于饱和渗透系数,土壤含水量越小,含水量的空间变异性越大。初步讨论了根据随机数值方法研究地下水运动问题的可靠性分析方法。     

反应条件指数及其与饱和指数的关系初步探讨

反应条件指数(RCI)和饱和指数(SI)都是建立在热力学基础上说明水中物质溶解与沉淀作用的水文地球化学参数。饱和指数能够客观地反映水文地球化学作用发生的方向和状态,反应条件指数综合了水文地球化学状态条件和水文地球化学作用边界条件的信息,它不仅能反映水文地球化学作用发生的方向和状态,而且可以反映其发生的条件及原因。根据反应条件指数和反应条件边界值的概念,运用热力学基本原理和质量作用定律对反应条件指数与饱和指数的关系进行了论证,结果表明两者呈线性函数关系。这对认识和解决生产、科研中存在的水文地球化学问题具有重要指导意义。     

红层工程性质指标相关性研究

红层是我国南方分布广泛的白垩纪沉积软岩，大量试验数据分析表明，反映红层工程性质的一些重要物理力学指标间存在着较好的相关性，由于岩石结构的差异，不同地区红层的相关方程差异较大。通过对试验数据进行回归分析。建立了抚州市区红层的饱和重度与饱和单轴抗压强度、饱和单轴抗压强度与割性模量、三轴抗压强度与围压之间的相关方程，分析了现有点荷载试验强度与饱和单轴抗压强度相关方程对抚州红层的不适用性，并建立了相应的相关性明显的相关方程。