定向剪切应力路径下冻结黏土变形特性试验

为研究复杂应力路径下冻土的强度与变形特征,采用冻土空心圆柱仪（FHCA-300）对不同负温状态下的饱和冻结黏土开展定向剪切试验,基于不同剪切方向下冻结黏土的轴向和扭剪分量的应力-应变关系,探讨土样的剪切变形特征、各向异性属性以及剪切带的演变规律,并考察温度、大主应力方向角、平均主应力以及中主应力系数等因素对冻结黏土强度的影响。结果表明：平均主应力p值对冻结黏土的应力-应变关系影响显著,尤其是p=4.5 MPa时具有较高的剪切强度,且该值可能为压融临界p值;大主应力方向变化会诱发冻结黏土的各向异性,随着大主应力方向角的增加,冻结黏土剪切强度逐渐降低,并有明显的剪切带产生;中主应力系数的增加使得轴向强度有逐渐降低的趋势,但对剪切强度影响不明显;随着温度的降低,冻结黏土强度逐渐增大,试样发生脆性破坏并出现剪切破裂面,其剪切强度主要取决于冰颗粒和土颗粒的胶结力。     

岩石空心圆柱扭剪仪研制的重点问题及研究进展

随着深部岩体工程的发展,开挖卸荷导致的应力主轴旋转问题引起了广泛关注。首先,分析总结了岩体工程中存在的应力主轴旋转问题及其对岩体工程稳定性的影响;其次,介绍了土体空心圆柱扭剪仪的发展现状及其特点,从荷载的施加方式、试样尺寸两个方面指出了研制岩石空心圆柱扭剪仪的关键问题,并与土体空心圆柱扭剪仪进行了对比,提出了新的扭矩施加技术和合理的岩石空心圆柱试样尺寸;最后,总结概括了考虑应力主轴旋转的土体本构模型的研究成果,并对考虑应力主轴旋转的岩石本构关系的研究进行了展望。该工作将对岩石空心圆柱扭剪仪的研制和相关理论的研究提供一定的参考和指导。     

刚性桩复合地基中性面深度与桩土应力比计算

刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比的简化计算主要基于桩侧摩阻力线性分布假设,当桩身较长时,桩端侧摩阻力的计算值会远大于实际值,致使中性面深度及桩土应力比的计算结果与实际差别较大,故有必要对线性分布模式予以修正。据此将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式,考虑负摩阻力作用及桩上、下刺入变形,根据褥垫层-桩-土变形协调关系推导了刚性桩复合地基中性面深度、桩顶面桩土应力比、中性面桩土应力比计算公式。最后通过模型试验与工程实例验证,计算值与实测值吻合较好。     

徐家围子断陷深层火石岭组致密火山岩储层地应力分布规律研究

徐家围子断陷位于松辽盆地北部,其深层中生代火石岭组为致密火山岩气藏,天然裂缝发育,地应力分布非均质性强。结合诱导裂缝法与井径崩落法进行单井现今地应力方向分析,利用声波测井法计算现今地应力大小的纵向分布。依据火石岭组构造顶底面图、火山岩相组及断层分布特征建立非均质三维地质模型;在动、静态岩石物理参数拟合校正的基础上,结合实验测试及已有研究成果,确定不同岩相组和断层岩石物理参数,建立三维力学模型;利用Ansys有限元数值模拟软件建立火石岭组三维数学模型并进行相关运算获得三维现今地应力分布模型。计算结果表明在火石岭组地层中,水平最大主应力方向主要为东西向,应力值范围在86~110 MPa;水平最小主应力方向主要为南北向,应力值范围在67~84 MPa。分析模拟结果可知火山岩相、断层和构造起伏三者对火石岭组现今地应力分布影响较大。其中水平主应力的方向主要受断层和近火山口相分布的影响,而水平主应力的大小则是受三者综合作用。在构造低部位,近火山口相组发育处,断层上盘及断层端部皆为主应力的集中区域。依据现今地应力研究成果可为徐家围子断陷下一步开发井网部署、压裂改造方案和水平井的设计以及注水管理提供重要指导。      

深层碳酸盐岩储层溶洞围岩应力分布研究

以冀中凹陷任北奥陶系碳酸盐岩储层为例,基于油田测井资料及岩石力学实验确定了研究区岩石力学参数,对目标储层典型的长椭圆形孤立落水溶洞围岩应力进行了数值模拟,并根据第三强度理论研究了围岩破坏情况。研究结果表明,（1）溶洞在上覆岩层压力和侧向压力的共同作用下,长椭圆形溶洞围岩的应力集中效应带为9倍的半径范围;（2）长椭圆形溶洞围岩应力以压应力为主,主要集中分布在洞顶和洞底;（3）溶洞填充性对其围岩主应力差及破坏范围影响很大。当填充压力小于0.1 MPa时,溶洞围岩主应力差及破坏区域范围随填充压力的增大而增大;而当填充压力大于0.1 MPa时,溶洞围岩主应力差及破坏区域范围随填充压力的增大均呈减小的趋势。      

岩石空心圆柱扭剪仪试验能力

针对自行研制的岩石空心圆柱扭剪仪可独立控制4个加载参数（轴力、扭力、内围压和外围压）的功能,通过数学和力学分析,系统地整理出几种易于实现且符合实际工程的应力路径及加载方式：在轴力与内围压满足一定关系的前提下,可以获取岩石的抗拉强度,提供一种新型测量岩石抗拉强度的方法;通过控制内外围压及轴力,可以进行常规三轴试验与真三轴试验,克服了现阶段岩石真三轴试验中试验装置复杂、试样加载面摩擦大的缺点;在轴力与内、外围压分别满足一定关系时,可以分别实现平均应力p不变与中主应力系数b不变的应力路径,用于研究应力主轴旋转对岩石力学性质的影响。上述应力路径的实现对岩石力学性质的研究以及现阶段岩石室内试验的发展具有重要意义。     

考虑砂土抗剪强度空间变异性的盾构开挖面稳定性分析

采用传统研究方法对盾构开挖面稳定性的分析多基于土体是均质、各向同性材料的假设,显然与其本身的非均质性相违背。为此,开展了考虑土体抗剪强度参数的空间变异性对盾构开挖面稳定性的影响研究。在随机场理论的基础上,采用协方差矩阵分解法建立了描述砂土内摩擦角空间变异性的三维随机场模型,借助于数值分析软件平台研究了内摩擦角的变异系数、自相关距离对开挖面失稳模式、极限支护应力的影响规律,并采用概率分析法探讨了极限支护应力特征值的选取。结果表明：砂土内摩擦角的空间变异性对开挖面稳定性有重要的影响;随内摩擦角的变异系数的增大,极限支护应力的概率分布离散性越大;开挖面失稳模式与自相关距离的大小密切相关,当自相关距离与隧道直径比较接近时,开挖面可能出现局部失稳;提出了开挖面极限支护应力特征值的概念,并结合失稳概率给出了其初步确定方法。     

强风化软硬互层岩质高边坡监测与数值模拟

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况,其结构面组成及性质复杂,与支护结构相互作用的复杂程度较高,相互影响较大,顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托,对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测,并利用岩土分析软件PLAXIS,采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面,且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个;支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响,但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大;支护锚索预应力变化具有一定规律,预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响;坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大,结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定,支护设计合理,可为同类边坡支护设计提供相应建议。     

土-膨润土隔离墙应力状态与固结行为的现场试验研究

土-膨润土竖向隔离墙被广泛应用于污染场地治理,其服役性能受应力状态和固结变形影响较大。通过建造两段不同尺寸的土-膨润土隔离墙试验段,并利用土压力盒、孔压计、测斜管等分别对墙体现场应力状态和变形进行了为期15个月的监测,获得了土-膨润土隔离墙固结行为的基本特征。监测结果表明：墙体主固结阶段需要数月;墙体固结变形以侧向变形为主;大部分深度内总应力在前1个月显著减小,并在随后基本保持稳定,有效应力随超孔压消散而不断增加;水平应变与最大水平有效应力均与墙深呈显著正相关;然而在主固结期间,墙体底部总应力和孔压均一直减小直至等于静水压力,有效应力始终很小。根据实测墙体变形及应力分布的特点,指出在相邻土体中可能形成滑动楔形体,对填料产生整体挤压,从而对隔离墙的现场固结行为特征作出了合理解释。最后,针对土-膨润土隔离墙的设计施工提出了相关建议。     

土工格室补强路基整治路基病害的试验研究

土工格室广泛运用于道路或铁路路基的补强和病害整治,针对不同几何尺寸土工格室的整治效果不同,采用焊距为340、400、680 mm和高度为0.10、0.15、0.20 m组合的9种不同规格土工格室进行整治铁路基床下沉病害的现场试验,并与换砂法试验进行了对比,分析不同整治法的轨下动应力衰减规律。结果表明,格室每增高0.01 m,动应力衰减增加约0.6%～1%;焊距每增加100 mm,动应力衰减降低约5%;相比较于换砂法,土工格室法轨下动应力衰减快、分布均,路基强度高,表明换填厚度的大小与整治方法密切相关。在试验的基础上提出了换填厚度设计容许应力法,综合考虑了路基应力水平、格室与砂垫层动应力衰减性能以及路基基床土的容许承载力,为换填厚度设计提供了理论设计方法。