膨胀土的电导率与膨胀性的关系研究EI北大核心CSCD

膨胀土是一种高塑性、强亲水的黏性土。由于黏土矿物含量较高,膨胀土颗粒的交换阳离子含量也较高,总比表面积较大,在电导率测试指标上反映是膨胀土的导电性随膨胀性的增大而增强。选取强、中、弱3种不同膨胀等级的代表性试样,采用无电极电阻率测定仪和便携式电导率探头,测试了膨胀土泥浆和孔隙水溶液电导率测试,采用原子吸收光谱仪检测了膨胀土孔隙水溶液中的离子种类、含量等。研究表明,膨胀土孔隙水溶液的导电性与膨胀土泥浆的导电性均随膨胀性增大而增大,膨胀土的电导率和自由膨胀率具有良好的线性关系,工程中可以利用这一原理进行膨胀土的快速判别。     

冻融循环下膨胀土物理力学特性研究EI北大核心CSCD

处在季节性冻土区的膨胀土渠道极易受到冻融循环作用的影响,影响工程的稳定安全。为了探究冻融循环作用对膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为研究对象,开展了不同含水率条件下膨胀土试样的冻融循环试验,对经历不同冻融循环次数作用后的试样进行了变形测量、无侧限压缩试验和微细结构试验。结果表明,在冻融循环过程中含水率低的膨胀土体积变化规律表现为"冻缩融胀",含水率高的膨胀土体积变化规律表现为"冻胀融缩";冻融循环作用对膨胀土的应力应变曲线、强度和弹性模量有着显著的影响,尤其是第1次冻融循环作用;试样的含水率越高,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响越大;试样的面孔隙度和孔隙定向度的变化规律与力学参数的大致呈负相关,说明冻融循环作用下土体内部微细结构的变化直接影响着膨胀土的力学性质。     

植物根系对低液限粉质黏土边坡浅层土体抗剪强度影响的试验研究

随着生态平衡和环保日益得到公众的认同和重视,工程边坡的生态修复与防护技术得到发达国家的重视,生态防护成为边坡灾害防治和水土流失控制的首选方案,代表着边坡防护的发展方向。本文采用等应变直剪仪对两种种植在低液限粉质黏土边坡上的抗旱耐瘠植物的根-土复合土体及素土进行室内剪切试验,探讨不同根系密度和含水量对抗剪强度的影响,结果表明:随着垂直压力的增加,土体抗剪强度随之增加;根系能显著增加土体抵抗剪切破坏能力,其中沙打旺提高土体抗剪强度的效果较锦鸡儿明显;随着根系密度的增加,抗剪强度随之增加;随着土体的含水率增加,根-土复合体抵抗剪切能力先增加后减小;植物根系对土体的内摩擦角影响不大,但对黏聚力影响较大,根-土复合土体抵抗剪切破坏的能力主要由黏聚力的提高决定。本文研究成果对华北地区低液限粉质黏土公路边坡生态防护技术及采煤矿区环境生态治理工程中的植物选择和配置,均具有重要的意义。     

极限平衡理论下边坡强度参数反演及加固稳定性分析

参数反演是获得较为可靠的边坡强度参数的一种有效手段。本文在对边坡临界滑动面进行判别的情况下,以瑞典法为基础,通过建立强度参数之间及其与临界滑动面一一对应的关系推导得边坡强度参数反演的显式计算公式。然后,将反演结果用于锚索加固条件下的边坡稳定性研究。经工程算例分析验证了本文方法的可行性和实用性,并得到如下结论:(1)预应力锚索能对边坡形成有效的加固作用,且锚索在坡面上的位置越靠近滑动面的滑出点时其对边坡的稳定性越有利; (2)锚索的预应力越大则计算得到的安全系数越大,而锚索水平倾角的增大对计算得到的安全系数影响微小。     

水-力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例,通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上,通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数,并建立了隧道三维有限元数值模型,分别对考虑水-力耦合效应、不考虑水-力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨,分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水-力耦合效应的影响程度,并提出了围岩破坏变形机制。结果表明:（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形,围岩应力可分为增长期（ < 20d）、调整期（20~60d）、稳定期（>60d）3个阶段,且整体应力水平较高,下台阶含水量大于上台阶,孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64.0kPa,内摩擦角为27.7°。（3）数值分析表明,隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显,这是由地下水流速场的改变引起的,水力坡降在衬砌面附近最为明显,渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形;考虑水-力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响,地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙,最终汇集于隧底;受开挖、地下水渗流的影响,围岩节理裂隙进一步扩张,成为地下水良好的运移通道;围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大,围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降,反过来,高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性,建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。     

浸水-循环加卸载条件下压实膨胀岩的变形特征

膨胀岩的体积变形具有明显的水-力路径效应,为了研究浸水-循环加卸载条件下压实膨胀岩的变形特征,以延吉膨胀岩为研究对象,开展了不同初始含水率试样的一维膨胀-循环压缩试验。根据试样浸水膨胀后的压缩-回弹曲线,确定了压缩指数、回弹指数以及二者之差,并引入累积总变形率和累积残余变形率的概念来表征其在循环加卸载条件下的变形特征。结果表明:膨胀率与初始含水率具有显著的线性负相关关系;随着循环次数增加,加、卸载曲线越来越平缓,卸载-再加载滞回环面积逐渐减小,试样的压缩指数、回弹指数以及二者之差均呈逐渐减小的趋势,单次循环产生的总变形和残余变形逐渐减小,累积总变形和累积残余变形先增加后逐渐趋于稳定;初始含水率越小的试样,压缩指数和回弹指数越大,累积总变形和累积残余变形越大;循环加卸载过程对不同初始含水率试样的力学性质有强化和同化作用。     

腾冲火山构造区马站岩浆囊地球物理特征的再探讨

云南腾冲火山盆地深部存在岩浆囊是人们关注的问题,多方面进行了大量的研究且存在不同意见。作者此前依据低电阻异常推断出位于小空山、大空山、黑空山等火山口的下部,深13~30 km范围内东西向25 km,南北向30km的低电阻率的岩浆囊,其东侧为大盈江断裂。文章利用反射地震、重力、航空磁测资料进一步探讨了岩浆囊的其他地球物理特征。由于火山喷发,不仅在火山口附近形成了局部物质亏损,而且,岩浆囊本身也亏损了岩浆物质,在重力上延图中滤去了表层的火山局部负重力异常后,呈现出大空山北侧的与低阻体相对应的负重力异常,这与岩浆囊高温熔融状态含水低密度物质有密切关系。整体的重力负异常印证了低阻岩浆囊的存在。腾冲马站岩浆囊的温度为397~651°C,平均温度为524°C,其主体中心部位不可能存在磁性体。对航磁资料的处理,消除表层火山岩影响后,仍然发现有较强磁异常,其平面投影范围与低阻体相近,推断磁异常是岩浆囊顶层,在15 km深度以上范围内,随着岩浆囊体温度逐步下降,当低于480°C以后会形成新的铁磁性矿物,因此,在囊体上层出现了范围与囊体相近的较强的磁性体。反射地震仅仅在浅部较清楚地观测到较连续的反射波界面,是浅部火山岩、含水层、以及花岗岩顶界面的反映。向深部反射界面很不连续推测是由于多次岩浆上涌,其喷发时间有先后,成分有差异,故岩浆囊物质的不均匀性,虽然由于含水、矿化、熔融体构成了低电阻的共性,可温度的不均匀,却又显示了不同期次岩浆成分有变化,由岩浆囊向地表的通道上,东部花岗岩下为高速,相对于较低温度的物质,在小空山、大空山和黑空山深部沿大盈江断裂带有东西两个大的隐伏花岗岩体之间是最新的火山喷发通道,具有相对低速的通道。     

基于单元速度泰勒展开的上限原理有限元法

极限分析上限法较极限平衡法有着严谨的理论基础和物理意义。借助于级数展开的思想,通过对速度在单元形心点处一阶泰勒展开,得到了以形心点速度和速度一阶导数为基本未知变量的上限有限元法,该方法丰富了上限有限元基本理论,且可更好地表达与刚体上限法之间的联系。在形成新的上限法的同时,放松单元内任一点均需严格满足上限性质的要求,采用等面积多边形的形式代替外切多边形来逼近摩尔-库仑屈服圆。算例表明:该方法可稳定收敛到真实解,具有和传统Sloan法相同的收敛度;采用等面积多边形逼近形式时,较少的多边形边数即可取得较好的收敛效果,收敛速度大大提高。     

干湿循环作用下膨胀土的贯入特性试验研究

揭示干湿循环作用下膨胀土力学特性的演化规律对防治膨胀土灾害有重要指导意义。提出了一种基于超微型贯入试验的土体内部力学特性研究方法,在干湿循环条件下对重塑膨胀土开展了一系列贯入试验,获得3次干燥过程中试样贯入阻力随深度和含水率的变化曲线。结果表明:(1)通过超微型贯入试验能够简单、快速和有效地掌握膨胀土在干湿循环过程中力学特性的时空演化特征;(2)试样的贯入阻力在干燥过程中总体呈增加趋势,相对于深部土体,表层土体的贯入阻力对干燥作用更加敏感;(3)干湿循环作用对膨胀土的力学特性有重要影响,随干湿循环次数的增加,膨胀土的贯入阻力总体上呈减小趋势,贯入曲线由单峰结构逐渐向多峰结构过渡,贯入阻力的空间差异性更加突出,且该现象在低含水率区间更加明显。基于土力学、土结构的基本理论以及试验中观测到的一些现象,对干燥过程和干湿循环作用下膨胀土的贯入力学特性进行了分析和探讨。干燥过程中土颗粒收缩靠拢、密实度和颗粒接触点增加及土吸力增加是导致膨胀土贯入阻力增加的重要原因,而干湿循环作用导致的土结构松散化、裂隙化则是引起膨胀土整体力学性质弱化的重要原因。     

月壤水平开挖推剪阻力影响因素离散元数值分析

通过引入考虑范德华力和抗转动作用的月壤微观接触模型,采用离散单元法模拟月壤水平推剪试验(简化的土-开挖设备间相互作用模型),对月壤推剪破坏机制进行研究,分析了推剪深度、倾角和速率的影响,为真实月面环境下开挖提供参考。结果表明:推剪过程中推剪阻力首先随推剪位移增加至峰值,而后下降并趋于稳定;随推剪位移的进一步发展,推墙前方土体堆积,推剪阻力缓慢回升,推墙前土体受扰动区范围逐渐增大;当推剪面竖直时,随着推剪深度增加,推剪阻力和能量消耗增大,前方受扰动土体范围增大,破坏面为直平面;相同推剪深度下,推剪倾角越大,推剪阻力和能量消耗越小,前方扰动土体范围越小,破坏面为直平面;推剪速率越大,推剪阻力和能量消耗增大,前方扰动土体范围越大。由于月面开挖时推剪反力由机械与月面摩擦提供,考虑到开挖机械重量受空间运输能力限制,建议采用对推力(机械重量)要求低的浅层、倾斜、慢速开挖,适用于月面早期建设活动。