膨胀性泥岩应力-应变关系的试验研究

通过应变控制式固结不排水三轴试验,测定并分析了膨胀性泥岩的应力-应变关系以及强度变化特性,结果表明,膨胀性泥岩的应力-应变曲线呈应变软化型,泥岩中的裂隙结构面等是影响泥岩强度的重要因素,说明了膨胀性泥岩不同的破坏模式对应着不同的应力-应变曲线;还说明了峰值强度、残余强度以及残余强度比是随围压的变化而变化的;孔隙水压力变化分为3个阶段。通过控制不同的剪切速率的固结不排水三轴试验,研究和分析了应变率对应力-应变关系、强度变化特性以及孔隙水压力的变化     

库水位升降作用下大型堆积体边坡变形破坏预测

库岸边坡的变形破坏及稳定性研究是目前国内外研究的热点之一。基于水电站库区一大型堆积体边坡,通过现场原位直剪试验获取岩土体的力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,考虑了堆积体与基岩基覆接触带介质的应变软化特性,对水库蓄水和下降过程中边坡的变形破坏特征进行了分析预测。结果表明,在库水升降作用下变形主要发生在堆积体内部;根据堆积体的变形特征可分为3个区：前缘牵引变形区,变形量最大;中间过渡区,变形量最小;后缘被牵引变形区,变形量介于前缘和中间之间。模拟过程中,在坡体的不同位置设置位移监测点,得到了蓄水和水位下降过程中各监测点的位移时程曲线,监测结果显示,水位下降时堆积体前缘易形成局部失稳。通过剪应变增量判断堆积体边坡在库水作用下可形成2个潜在的滑动破坏面     

地下水作用下斜坡燕尾突模型研究

考虑滑面介质和上部岩体由不同力学性质的材料组成,上部岩体为弹性介质,滑带介质为应变软化介质。对应变软化介质,存在损伤软化与水致软化两种软化方式。用Weibull分布描述滑带介质的剪应力与应变关系,建立了斜坡系统的燕尾突变模型。通过分析,发现斜坡失稳与刚度比和滑带介质的含水率具有极大关联性。随着含水率的增加,斜坡开始滑动时的ξ0值不断降低,突跳时ξ*值也随着降低。此时的临界值x*增大,突跳量△x变小。同时含水率的不断增加,上部岩体和滑带介质的刚度比不断增大。刚度比的增大和含水率的增加引起的斜坡变形具有相似的规律。因此,正是由于含水率的增加和刚度比的增大,导致斜坡失稳的危险性增大,这也是降雨情况下斜坡容易失稳的根本原因所在。     

土工环剪仪的开发及其应用研究现状

在回顾国内外有关土工环剪仪研发及其应用研究工作的基础上,介绍了环剪试验设备的开发历程以及当今国际上对环剪试验系统研制方面的最新进展。总结了环剪仪在土工研究工作中的应用情况以及新的试验方法和测试技术等。着重阐述了利用环剪试验在对土峰后应变软化现象与残余强度分析、土的剪切带形成机制试验研究、地质灾害成因机制分析以及土工合成材料界面抗剪强度测定等方面研究中的主要内容、方法和成果。     

生态护坡基材土-岩接触面原位剪切试验研究

基材土-岩接触面剪切力学性能是生态护坡体系长久稳定的关键,相关研究可为解决基材脱落难题、完善生态防护技术体系提供必要依据和指导。采用自制的原位剪切仪对4种不同粗糙起伏的基材土-岩接触面进行了原位剪切试验,结果表明,基材土-岩接触面剪切应力-位移表现出典型的软化特性,具有明显的初始线弹性变形、弹塑性变形、峰后软化以及残余剪切变形4个阶段。分析发现,文中试验条件下凸起高度算数平均偏差Ra在4 mm以下时,峰值剪切强度增加速度较快,随后呈逐渐减弱趋势;残余剪切强度、峰值剪切位移以及进入残余阶段的剪切位移与粗糙凸起高度算数平均偏差呈近线性正相关关系。可见实施生态护坡时合理地控制坡面粗糙起伏,有助于提高土-岩接触面峰值剪切强度和残余剪切强度,改善其变形性能,对防护体系的长期整体稳定具有促进作用。     

长江口深水航道治理工程抗软化加固现场试验研究

在波浪作用下,导堤下近表层的②2-0土极易软化,曾使工程严重受阻。为此采用排水板和基床预压的抗软化加固方案,对方案进行现场试验验证。为在远离岸边且台风时监测,首次采用多个固定测斜仪的连续沉降板法监测沉降,精度达到0.001 mm。首次将自动监测仪器长期放入海底。从监测一年多的沉降和孔隙水压力曲线看,不仅规律性好,无异常点,而且在定量上准确、稳定。监测期间经几次台风袭击,未发生突降。试验验证了抗软化方案是非常成功的。     

岩石应变软化本构模型建立及NR-AL法求解研究

针对岩土工程材料应变软化问题及有限元对其数值计算时切线刚度矩阵负定造成求解困难的问题进行研究。建立了基于Drucker-Prager（D-P）强度准则的岩石弹塑性应变软化本构模型,本构积分算法采用一种完全隐式返回映射算法,它具有无条件稳定和精确的特点,详细论述了如何进行本构模型的程序化求解;考虑弧长法在判断切线刚度矩阵正定性导致效率低的缺点,在弹塑性增量有限元方程的迭代计算中尝试采用Newton-Raphson法和arc-length法（NR-AL法）联合迭代求解的思路,即在结构未达到极限荷载前采用NR迭代法,而当结构接近极限荷载时转换为AL法控制迭代,从而使结构越过峰值点进入软化区直至破坏,NR-AL法汲取了2者迭代求解中具有的优势;利用C++语言对所建应变软化模型的本构求解和弹塑性增量有限元方程迭代求解过程给予程序实现,应用所编程序进行数值计算,分析了D-P理想弹塑性模型、应变软化模型、应变硬化模型计算的应力-应变曲线的区别,同时将应变软化模型计算结果与试验数据进行了对比。研究结果表明：所建应变软化本构模型可以较好地模拟岩石材料的峰后软化特性,能够揭示峰后应变软化特性和破坏机制,同时NR-AL法能够求解由于应变软化造成的负刚度问题,也克服了单独使用弧长法时判断切线刚度矩阵正定性效率低的缺点。     

原状非饱和Q3黄土的土压力原位测试和强度特性研究

为了揭示原状黄土的土压力的分布规律及其在开挖过程和浸水过程中的变化规律,对兰州市一个高18 m的Q3黄土边坡进行了现场试验,量测了边坡的位移、土压力、基质吸力和含水率,观测了该边坡的破坏过程,同时进行了一组控制吸力的原状黄土的非饱和三轴剪切试验。研究结果表明：①原状Q3黄土的表观黏聚力和有效摩擦角与吸力之间均为非线性关系。②原状黄土边坡的土压力随着土坡开挖深度的增加而不断增大。边坡开挖结束后的土压力分布大致呈中间大,两端小的三角形,最大土压力位置在大约坡高的1/3位置处。与朗肯土压力理论计算结果相比,实测黄土边坡的土压力远小于计算值。在浸水条件下,非饱和黄土的边坡土压力增速较大,浸水是边坡产生破坏的直接原因。     

基于塑性损伤的黏土岩力学特性研究

一系列三轴压缩试验表明,黏土岩的力学特性与其应力状态相关。主要表现为:围压越大,黏土岩试样应力峰值越大,且峰值出现得越晚。这是因为高围压试样内部微裂纹闭合趋势更加明显,从而对于微裂纹的发展具有一定的抑制作用。但在软化过程中应力的跌落程度受围压影响不大,这是因为软化过程中,不同围压作用下试样内部的微裂纹均逐渐贯通,并发展成同类型的剪切面,对试样力学性能的削弱大致相同。在试验研究基础上,以微裂纹作为损伤基元,引入受应力状态影响的损伤演化方程(因微裂纹的发展受应力变化影响),建立新的本构模型,通过Abaqus及子程序对新模型进行数值实现。模拟结果与试验结果对比表明,该模型可以有效地描述黏土岩的力学特性。研究成果为黏土岩相关地下工程施工提供了更可靠的理论指导。     

青藏高寒地区沥青混合料的水稳定性与高温性能研究

青藏高寒地区年平均气温低, 温差大, 冻融循环频繁, 沥青路面性能要求不同于一般地区. 通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验及车辙试验, 分析了沥青种类、级配类型、公称最大粒径类型对青藏高寒地区沥青混合料水稳定性及高温性能的影响. 结果表明:SBS110#改性沥青的混合料的残留稳定度最大, SBS70#改性沥青最小, 随着针入度等级的提高, 沥青混合料的冻融劈裂强度比减小; SBS改性沥青混合料的高温性能最好, 复合改性次之, SBR改性最差; AC-13沥青混合料级配范围中值的冻融劈裂强度比与动稳定度最大; AC-13沥青混合料的水稳定性及高温性能优于AC-20与AC-25. 在青藏高寒地区选用针入度等级不高且具有骨架密实结构的SBS改性沥青混合料或SBS/SBR复合改性沥青混合料, 将沥青混合料冻融劈裂强度比的要求提高为85%, 有利于提高沥青混合料的水稳定性和高温性能.