埋入源下半无限体中瑞利波可激性研究

埋入源激发波场分析对岩土工程勘探非常重要。基于模态叠加法给出均匀半无限体中埋入球形膨胀点源激发波场位移表达式,由此研究瑞利波可激性及其传播特性,分析埋入源下瑞利波可激性机制,并通过有限元模拟验证分析方法有效性。结果显示:在均匀半无限体中瑞利波可激性受源埋深与波长比影响,比值越小,瑞利波可激程度越高;当比值大于1时,瑞利波不易激发。与自由状态下以平面波阵面传播的简正瑞利波相比,半无限体中埋入源激发瑞利波速度随传播距离变化,传播具有空间特性,距中心轴线越近,竖直向质点振动相速度越小,当距离大于一个波长时,激发瑞利波传播特性趋于简正瑞利波。     

考虑颗粒破碎引起级配演变的道砟边界面本构模型

道砟即使在低围压下也会产生颗粒破碎,从而改变其原始级配。级配作为道砟的一个重要物理特性,显著地影响着道砟本身物理、力学特性。建立可以反映颗粒破碎引起级配演变的本构模型至关重要。基于Einav的分形破碎指标和土体边界面塑性理论,通过分析道砟三轴试验结果,尝试建立了低围压下可以反映颗粒破碎引起级配演变的道砟边界面本构模型。与试验结果对比发现:模型可以较好地反映道砟在低围压下的应力-应变特性;同时,可以对加载过程中颗粒破碎引起的级配演变进行合理的预测。     

三维高静载频繁动态扰动时岩石损伤特性及本构模型

采用改进的SHPB试验装置,进行深部岩石的三维高静载频繁动态扰动试验,分析动态应力-应变曲线的一般特征,可将其细分为微裂纹稳定发展、微裂纹非稳定发展、疲劳损伤、疲劳破坏4个阶段进行描述,其中峰值后的2个阶段处于动态应力卸载过程。基于连续因子、应变等效原理及统计损伤理论定义岩石的损伤变量并推演损伤演化方程,采用组合模型法建立岩石的本构模型。结合试验数据,验证岩石的损伤演化规律及建立的本构模型,结果表明:利用推演的损伤演化方程计算出损伤变量,其与动态应变的关系曲线符合试验中岩样的损伤规律;建立本构方程的拟合曲线与试验曲线具有较好的一致性,说明建立的本构模型可以用来预测深部岩石处于三维高静载频繁动态扰动时的动力学特性。     

充填料浆流动沉降规律与充填体力学特性研究

采场中充填体的几何结构和力学特性是影响充填体质量的控制性因素。通过开展充填料浆流动沉降相似模拟试验及充填体单轴和常规三轴压缩试验,揭示采场充填体的结构特征与强度分布规律,研究不同围压下不均匀充填体的变形特征与破坏模式。结果表明,(1)采场内充填体存在两个分界面和粗骨料、细骨料及灰砂3个不同区域,沿充填料浆流动方向,充填体的强度呈减小–增加–减小的"S"型分布;(2)充填体三轴压缩轴向应力–应变曲线包括压密、弹性、屈服、应变软化、残余强度5个阶段,相同区域充填体的强度随围压增加而上升,相同围压下不同区域的充填体强度大小依次为灰砂区域细骨料区域粗骨料区域。不同区域充填体的黏聚力大小依次为灰砂区域细骨料区域粗骨料区域,内摩擦角大小依次为粗骨料区域细骨料区域灰砂区域;(3)随围压的增大,充填体宏观破坏裂纹呈增多的趋势,宏观破坏主要为单斜面剪切破坏、张剪复合破坏和"Y"型破坏3种破坏形态。研究成果能为采场的充填钻孔数量与位置设计及稳定性分析提供理论依据。     

出渗对均匀大粒径泥沙附近水动力特性影响

为探讨出渗对均匀大粒径泥沙颗粒周围水流特性的影响,基于粒子图像测速技术（PIV）对出渗影响下的均匀大粒径泥沙颗粒群周围水流结构进行测量,并对不同出渗强度下颗粒群周围立面二维流场结构进行了分析。试验结果表明:出渗能够减小颗粒群周围原水流运动方向的流速,而增大垂直向上的流速,且两者均随着出渗强度的增强而对流速的影响愈加明显;根据实测数据,拟合出考虑出渗影响下的均匀大粒径泥沙周围纵向流速分布公式,相关性较好;出渗能增强颗粒群附近的紊动强度,加剧周围水体的能量耗散;随着出渗强度的增强,颗粒群周围的涡量值随之减小。     

基于均匀设计坡积土含水量与干密度对锚-土界面性能影响试验研究

为深入了解坡积土中锚杆锚-土界面剪切变形特性随土体含水量和干密度的变化规律,本文采用自主研制的基于微元法锚-土界面摩阻性能测试方法和装置,引入均匀试验设计原理设计试验方案,测得不同含水量和干密度下锚-土界面的剪应力-剪切变形全过程曲线,其形状符合三折线模型。基于试验结果,回归得到了锚-土界面峰值抗剪强度随土体含水量和干密度变化的经验关系式。同时,试验结果表明:（1）锚-土界面峰值抗剪强度随土体含水量增加而降低,且土体干密度越大其降低幅度越大;（2）峰值抗剪强度随土体干密度的减小而降低,且土体含水量越小,其降低的幅度越大。     

五星形桩抗拔承载性能模型试验研究

五星形桩是一种新型的截面异形桩,是在圆桩基础上向内切割5个圆弧,形成截面类似五星形的一种桩型。利用自主研发的多功能桩基模型试验加载系统,砂雨法成桩,进行了4根五星形与圆形桩（周长最大化五星形桩F₁、周长面积比最大化五星形桩F₂、与F₂同截面周长的圆桩C₁、与F₂同截面面积的圆桩C₂）抗拔承载特性对比模型试验研究。试验结果表明:（1）五星形桩F₁与F₂的极限抗拔力基本相同,大圆桩C₁最大,小圆桩C₂最小。（2）大圆桩C₁的极限抗拔力是F₂的1.73倍,说明五星形截面形式对抗拔侧摩阻力产生了较明显的弱化。（3）小圆桩C₂的侧表面积是F₂的0.66倍,但其极限抗拔力是F₂的0.8倍,这进一步说明五星形截面形式对抗拔侧摩阻力有一定程度的弱化。但F₂的极限抗拔力是C₂的1.25倍,可见桩的截面形式由圆形转变为五星形可一定程度地提高抗拔承载能力。（4）抗拔侧摩阻力与上拔位移呈双曲线分布,仅需较小位移就可达到极值。     

线性加载下塑料排水板地基固结理论探讨

针对目前国内外塑料排水地基固结计算均近似采用砂井等效模型的不足,本文将塑料排水板等效为形状极为接近的扁椭圆柱体,根据同焦椭圆柱理论及等应变假设,推导了线性加载下塑料排水板地基的固结解析解;根据ADINA有限元计算及现有学者数值计算成果对比验证了本文理论的正确性。通过与目前不同砂井等效模型对比分析,认为在理想竖井的二维平面固结理论下,本文理论与Long & Covo等效法“d_w=0.5b+0.7δ”较为接近,说明扁矩形截面的排水“形状效应”比等面积圆形截面更优;对于考虑井阻影响时,我国《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）以及《真空预压加固软土地基技术规程》（JTS147-2-2009）中建议的等效法均具有一定误差,建议采用本文理论计算。此外,地基荷载线性加载时间越长,地基前期固结速率越慢,与骤加恒载情况差异越显著。     

软土次固结阶段桩侧负摩阻力变化规律研究

设计软黏土中单桩模型箱试验,模拟了桩周土逐级加荷沉降,通过量测超孔隙水压力、土体沉降及桩身轴力变化,分析了软黏土进入次固结阶段时,桩侧负摩阻力及桩身中性点位置变化情况。研究表明,在次固结阶段桩周土所产生的沉降对桩侧负摩阻力仍具有一定影响,沿桩身呈先增大后减小的趋势;当桩周土所施荷载等级达到一定程度时,桩身中性点位置将随着桩周土次固结时间的增长而逐渐上移。次固结阶段产生的沉降量与土体上所施加的荷载等级有关,随着桩周土荷载等级的增大,次固结阶段产生的沉降所占总沉降的比例逐渐减小,其蠕变效应逐渐减弱。     

黔西上二叠统龙潭组菱铁矿层的沉积成因及地质意义

基于黔西地区晚二叠世含煤地层钻井岩心观察及样品分析测试结果,研究了煤系中含菱铁矿与黄铁矿层的岩石学特征,划分了6种含菱铁矿与黄铁矿层的垂向沉积序列,归纳总结了5种菱铁矿与黄铁矿的发育模式,指出含菱铁矿层的发育对"多层叠置独立含煤层气系统"的发育具显著的控制作用。研究结果表明,研究区内菱铁矿中CO_2的来源与沉积有机质和海相碳酸盐岩有关,其中,形成于海平面上升背景下的菱铁矿中CO_2的同位素特征与海相碳酸盐岩同位素特征相似,形成于海平面下降背景下菱铁矿中的CO_2主要来源于沉积有机质,海平面持续较高背景下的发育的菱铁矿则受沉积有机质与海水的共同影响,此外成岩环境的改变导致形成菱铁矿与黄铁矿的共生组合。含煤岩系中含菱铁质(黄铁矿)的泥岩及粉-细砂岩具低孔、低渗特征,可作为含气单元间的隔水阻气层,这种岩层的分布受控于沉积环境及区域海平面变化,对"多层叠置独立含煤层气系统"的形成具有分划性的阻隔作用。