岩土力学研究的一些反思

传统三轴试验径变形的测量多采用链式环状传感器,假设试件为对称破坏,呈X型或沿中心轴对称破坏为合理测量方式,绘制偏应力与体积应变曲线斜率没有意义,如果在三向等量加卸载下斜率具有含义。弹性阶段比例极限和峰值应力恒定,外加应力大于比例极限应力时比例极限和峰值应力随损伤变化。破坏区荷载与位移关系曲线是材料力学与结构综合体现,应将应力和应变改为视应力与视应变;传统的迟滞回线面积是能量耗散表征是不正确的,应是能量存储、转换和耗散表征;沿中心轴破坏应为拉破坏,能很好地解释岩体中拉裂纹现象,因此提出循环加卸载试验以卸载曲线线性段作为材料参数确定依据。对于孔隙连通材料,施加应力大于比例极限应力,在不排水任意应力状态水压力卸载至0,以卸载曲线的线性段决定相应材料参数,建议传统三轴试验改为50 mm×50 mm×100 mm六面体试件。在比例极限应力内,损伤变量恒定,在外加应力大于比例极限应力时,沿应力主轴各方向损伤演化不一致,且随应力路径变化。     

钱塘江冲海积粉土渗透破坏试验研究

钱塘江冲海积粉土以砂质粉土为主,呈“高粉性、低黏性”的地区特点,在地下水动水压力作用下极易产生渗透破坏。粉土是介于砂性土和黏性土之间的一种过渡类型土,工程性质既与砂性土不同又与黏性土有较大区别。采用自行研制的粉土抗渗强度测定设备,对钱塘江冲海积粉土5种典型样本和微层理原状样本进行了渗透稳定试验。结果表明,钱塘江冲海积粉土渗透稳定性差,抗渗强度低;砂质粉土临界水力比降icr为1.01～1.25,破坏形式为局部流土,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF的过程是瞬间的,基坑开挖遇到该类土层极易产生渗透破坏;黏质粉土临界水力比降icr随黏粒含量增加而增加,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF有个短暂的过程,是整体流土破坏;钱塘江冲海积粉土渗透稳定各向异性;渗流垂直微层理方向的临界水力比降icr最大,是渗流沿微层理方向icr的2.5倍左右。研究结果为粉土地基渗透破坏防治提供参考。     

砂-黏土双层地基极限承载力的数值研究

在实际工程中,常见天然的或通过人工换填形成的上部砂土、下部黏土的层状地基,目前关于这种双层地基极限承载力和破坏机制研究还不够深入。通过有限差分法建立双层地基数值模型,分析基底粗糙程度、砂土剪胀角和超载对地基破坏模式及极限承载力的影响,并根据有限差分法计算结果对强度加权平均法、应力扩散法和冲剪破坏法等现有实用计算方法的估算正确性进行评价。研究结果表明,基底粗糙程度对极限承载力的影响随着砂土内摩擦角的增大而减小;当剪胀角较小时,剪胀角变化对承载力的影响更为明显;当下层黏土强度较小时,超载的作用更明显。强度加权平均法由于低估破坏面影响深度导致砂土层权重较大,计算结果偏大;应力扩散法忽略了砂土剪切强度,在砂土层较厚时出现低估;冲剪破坏法由于可较为精确地计算砂土破坏面上抗剪强度和被动土压力,是3种实用方法中计算最准确的,当砂土厚度和黏土强度较大时,建议按太沙基经验公式对下卧黏土进行局部剪切破坏修正后确定极限承载力。     

硬脆性大理岩拉剪破坏特征与屈服准则研究

岩土工程中常用的屈服准则多以压缩剪切为其破坏机制,然而硬脆性岩体的脆性破坏包括拉伸破坏、张拉剪切破坏和压缩剪切破坏3类,且随着岩体工程向深部发展,张拉剪切破坏成为了洞壁围岩的主要破坏机制。针对此问题,开展了硬脆性大理岩的室内拉剪试验,分析了大理岩拉剪破坏特征,并结合压剪试验结果,建立了考虑张拉剪切破坏机制和应力状态影响的Mohr-Coulomb准则。研究结果表明,硬脆性大理岩破裂面在拉剪应力状态和低正应力压剪应力状态下均具有张拉剪切破坏特征,高正应力压剪应力状态下则只具有压缩剪切滑移特征;拉剪应力状态下,大理岩破裂面张拉破坏特征明显,无明显剪切痕迹,剪切力固定时,剪切位移随着轴向拉力增加而增加;凝聚力和内摩擦角受应力状态影响,凝聚力随正应力增大先减小后增大,内摩擦角则随正应力的增大而减小;凝聚力、内摩擦角随正应力的变化趋势可分为4段,拉剪段、低压应力段、中压应力段和高压应力段,每段的凝聚力、内摩擦角与正应力皆可认为是线性关系,靠近抗拉强度处,内摩擦角趋近90°,凝聚力趋于无穷大;考虑张拉剪切破坏机制和应力状态影响的Mohr-Coulomb准则曲线分为两部分,可采用二次抛物线进行拟合的拉剪段和考虑凝聚力、内摩擦角随正应力演化的压剪段,由此建立的Mohr-Coulomb准则更全面、精度也更高。     

扩径率与入岩深度对岩基挖孔基础抗拔承载特性影响的试验研究

扩径率和入岩深度是影响岩基挖孔基础抗拔承载特性的两个重要因素。通过开展8个不同扩径率、不同入岩深度挖孔基础的现场真型上拔静载试验,从荷载位移变化规律、抗拔承载力和地基岩体破坏模式三方面分析了扩径率与入岩深度对基础抗拔承载特性的影响,结果表明扩径率对荷载位移曲线初始线性阶段影响显著。采用图解法分别获得代表基础低、中、高3种承载能力的抗拔承载力QL1、QDLI、QL2,分析表明,随着扩径率与入岩深度的增加,基础抗拔承载力均有不同程度提高,但两种因素对基础承载力影响机制不同,扩径率可明显提高初始弹性阶段的承载力QL1,而入岩深度可明显提高塑性阶段的承载力QDLI和QL2。通过分析地基破坏时地表岩体裂缝的分布特征,得出岩基中上拔岩体的破坏模式与基础结构型式无关,均是从基底开始出现裂缝,沿着一定角度的开口延伸至地面,直至地基发生破坏,并且破坏范围随着入岩深度的增加而减小。综合考虑基础施工安全性、经济性和机械化程度,建议优先选择加深入岩深度的措施来提高基础抗拔承载力。     

深部大变形回采巷道围岩拉压分区变形破坏的模拟研究

为研究深部回采巷道围岩大变形破坏规律,在地质力学评估及矿压显现特征实测的基础上,采用真三轴相似模拟方法,模拟了不同加载梯度下巷道围岩应变特征。结果显示,在浅埋静水压力条件下,巷道围岩呈现“浅部拉应变、深部零应变”的特征;深埋静水压力及初掘采动应力下巷道围岩出现“径向应变拉压交替分布”现象;当采动应力集中系数大于2时,深埋巷道围岩应变进入非线性大应变状态。采用FLAC3D的应变软化模型与摩尔-库仑模型,对比研究了深部回采巷道围岩位移、塑性区分布规律。结果表明,应变软化条件下,巷道围岩产生拉、压分区破坏且软化后的围岩位移与实测结果更吻合。综合研究结果,揭示了深部回采巷道围岩拉、压分区的产生机制,初步提出了注浆、喷层等措施,防止过度应变软化引起深部回采巷道围岩大变形,为类似巷道稳定性控制提供了一定的参考。     

破坏包络面理论在多基础系统中的应用研究

由多个分离基础组成的多基础系统是常用的海洋结构基础型式。基于破坏包络面理论,分析了砂土地基多基础系统的失效模式,建立了相应的承载力计算方法,并验证了计算方法的可行性。对比分析了单一基础和多基础系统不同荷载路径下的荷载安全系数,探讨了破坏包络面理论与分项系数法相结合的基础承载力计算方法。失效模式的分析表明,由于水平荷载的增大,四腿平台结构迎浪侧基础首先到达破坏包络线,其失效模式属于滑动失稳,但由于基础间的运动约束,其并不会出现真正的滑移破坏。随着水平荷载进一步地增大,迎浪侧基础承担的水平和竖向荷载不断减小,导致背浪侧基础受到不断增大的荷载。最终,背浪侧基础也到达破坏包络线,多基础系统失效。分析表明,荷载路径对基础的荷载安全系数有决定性的影响,计算基础的荷载安全系数需指明相应的荷载路径。鉴于破坏包络面的大小和形状取决于众多因素,基础设计时需采用特定工况下的破坏包络面进行承载力计算。     

坝基碎屑岩三轴蠕变特性及长期强度试验研究

基于物理和常规变形特性分析,认为某水电站坝基碎屑岩力学特性异常复杂,故采用岩石三轴伺服仪开展了系列的蠕变力学特性试验研究。首先,探讨了轴向、侧向及体积蠕变特性和速率变化规律;其次,分析了蠕变对偏应力-应变特性影响并开展了破坏岩样微细观电镜扫描试验;最后,在采用等时曲线簇法确定长期强度的基础上,以实际延性扩容为依据,认为岩石侧向体积扩容速率大于轴向压缩速率的临界点为快速蠕变破坏的标志,提出确定长期强度的新方法。结果表明,碎屑岩表现出显著的蠕变特性,蠕变曲线主要分为初始衰减和稳态蠕变两阶段,且最后一级应力施加后呈现加速蠕变现象;应力增加导致蠕变变形加剧,最终破坏表现出轴向压缩变形过大、体积延性扩容明显、稳态蠕变速率较大等特点,且蠕变速率与应力符合指数函数关系。岩样长期强度与三向稳态蠕变速率交点和侧向体积扩容应力阀值基本一致,为常规强度的54%～80%。试验结果旨在为相关岩石工程长期稳定分析及蠕变模型构建提供可靠的依据。     

水位下降条件下土钉加固土坡破坏特性研究

水位下降是导致滑坡的重要原因之一,而土钉是加固土坡的有效手段。进行离心模型试验,再现了水位下降时土钉加固土坡的变形和破坏过程,测量了土坡的位移变化。试验结果表明,水位下降条件下土钉加固土坡的破坏模式以绕钉破坏为主,滑裂面从坡顶逐渐向下发展至坡面;土钉加固土坡的破坏过程与变形局部化过程表现出显著的耦合变化;土钉加固机制主要表现为通过土钉与坡体的相互作用,减小土坡的变形和变形局部化程度,从而提高土坡的稳定性。增加土钉长度使得滑裂面向坡内部移动,显著减小土坡的变形及变形局部化程度,从而提高了土坡安全性。     

渝东北地区WX2井页岩气赋存特征及其勘探指示意义

为了深入研究渝东北地区龙马溪组页岩气赋存特征,该文以WX2井页岩高温高压等温吸附及覆压孔隙度实验数据为 基础,通过误差最小原则挑选了适合研究区的吸附模型,并基于孔隙度随有效应力变化关系建立游离气模型,综合分析了 吸附气、游离气及总含气随埋藏深度的变化特征。研究结果表明：WX2井页岩不同温度下过剩吸附量随着压力增大,均呈 现先增大后减小的趋势,随着温度的升高,最大吸附量逐渐减小,而校正后的绝对吸附量随压力增加,先迅速增大后增速 放缓,且用D-A模型拟合绝对吸附量数据平均误差最小,基本可以反应研究区页岩真实吸附过程。页岩样品在加压过程中 孔隙及微裂隙会逐渐闭合,卸压时绝大部分会重新打开,存在部分塑性变形造成的不可逆损伤,但不可逆损伤所占比重较 轻。不同方向样品孔隙度与有效应力之间具有负指数关系,富含层理页岩平行样品较垂直样品具有更大的初始孔隙度以及 更强的孔隙应力敏感性。页岩气赋存特征综合受控于储集层特征、吸附能力、温度及压力等因素,其中温度对吸附气和游 离气含量为负效应,储层压力为正效应;吸附气、游离气及总含气量均遵循先增大后减小的总体趋势,其中吸附气及游离 气含量分别主要受控于温度及储层压力。此外,临界深度上下,页岩吸附态与游离态相对含量发生变化,其对页岩气富集 评价具有重要意义。