多因素作用下石膏岩软化特性

为了研究隧道施工过程中石膏质围岩软化特性,以三叠系下统嘉陵江组地层中的石膏岩为研究对象,进行了多因素正交软化试验研究,分析了浸泡时间、溶液温度、 浓度对石膏岩软化后力学参数的影响规律。研究结果表明：石膏岩的软化系数和弹性模量随着浸泡时间的增加而减小,减小速率也随之降低;软化系数和弹性模量随溶液温度的升高而呈线性减小;在影响石膏岩软化后力学参数3个因素中浸泡时间的影响最大,权值高达80%,温度次之,权重为16%左右,而 浓度对石膏岩的软化影响非常微弱;建立了浸泡时间与溶液温度两个因素耦合作用下石膏岩软化后单轴抗压强度与弹性模量变化情况预测公式。在试验数据及结论的基础上从围岩坚硬程度划分、防排水措施及支护措施等方面提出了石膏围岩隧道的施工措施及建议。     

石灰岩高速滚动摩擦特性

滑面的摩擦特性是高速岩质滑坡动力学研究的关键问题之一。以典型脆性灰岩为研究对象,借助滚动磨损试验设备,开展不同压力和转速条件下干燥和湿润灰岩的滚动摩擦试验,研究岩石动态摩擦特性（摩擦系数和磨损率）。试验结果表明,干燥和湿润岩石的滚动摩擦系数分别与摩擦速率呈负相关和正相关,与法向压力关系不明显。对于干燥灰岩,滚动试件（滑体）和静止试件（滑床）的磨损率与摩擦速率分别呈正相关和负相关。对于湿润灰岩,磨损率与摩擦速率呈正相关。基于Hertz弹性接触理论,推导出摩擦斑处的最大压应力和拉应力,进而提出相应条件下脆性灰岩的摩擦碎裂机制。结论可为灰岩高速滑坡防灾减灾提供设计参数。     

基于冻融交界面直剪试验的冻土斜坡失稳过程研究

为了探讨多年冻土区自然斜坡失稳机制,开展了不同含水率黏土、粉土、砂土的土-冰交界面直接剪切试验和相应融土的直接剪切试验。结果表明,砂土和砂土-冰冻融交界面剪切应力-变形特性主要表现为弹性变形,且剪应力存在明显峰值;粉土、黏土及相应的冻融交界面在很小的变形范围内表现为塑性变形,且剪应力无峰值。水分对砂土活动层抗剪强度影响较弱,表现为水分增高,内摩擦角小幅降低。水分对粉黏土活动层抗剪强度影响剧烈,表现为水分增高,粉黏土黏聚力急剧减小。研究发现,冻土区斜坡失稳更易发生于细颗粒粉黏土中。相对于粉土,粉土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更强,粉土斜坡潜在滑动面更易发育在冻融交界面上层附近;相对于黏土,黏土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更弱,黏土斜坡更易在冻融交界面处发生滑动。同时,细粒土斜坡极易在达到最大融化深度前提前失稳,斜坡坡度越高,失稳时间越提前。融化期活动层水分增多导致潜在滑动面黏聚力降低是细粒土冻土斜坡失稳的最主要原因,孔隙水压对冻土斜坡具有一定影响,在稳定性评价时要考虑活动层水位的影响。     

抗液化排水刚性桩沉桩过程的土压力响应

抗液化排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于某建筑桩基工程,开展了抗液化排水刚性桩和不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,采用了动态土压力传感器实时监测沉桩过程中桩周土体内产生的土压力响应,对比了排水桩与普通桩沉桩对桩周土体水平方向应力及有效应力影响的差异。试验结果表明：抗液化排水刚性桩能够有效减小沉桩过程对桩周深部可液化土体的扰动,在桩身近侧（距桩心0.6 m）深部埋深（-15 m）位置,排水桩的水平土压力响应峰值仅为普通桩的1/4;排水桩能够有效降低沉桩对可液化土层有效应力的影响,使桩周土体更加稳定;在单次沉桩过程中,对于浅部埋深（-5 m）,排水桩对桩周土压力峰值的影响作用较小,对于存在可液化土层的深部埋深（-10、-15 m）,排水桩对土压力峰值的有效影响半径可达4倍桩径。现场试验数据为抗液化排水刚性桩的桩间距选择提供了有力的设计参考依据。     

钙质砂抗剪强度特性的环剪试验

珊瑚礁沉积的钙质砂与石英砂的物理力学性质有较大差别。对取自南海岛礁的钙质砂进行了单次往返环剪试验以分析钙质砂的抗剪强度特性,试验中考虑了相对密实度和竖向应力对结果的影响,并与相同级配和试验条件下的石英砂进行对比分析。结果表明：钙质砂正向剪切时应力-位移曲线为软化型,具有明显的残余强度特性,而反向剪切时则表现为硬化型,正向和反向剪切强度基本一致;石英砂正向剪切和反向剪切均表现为软化型。钙质砂正向剪切和反向剪切残余强度与峰值强度的比值在0.75～0.93之间;石英砂正向剪切和反向剪切残余强度与对应峰值强度的比值在0.89～0.96之间。相同级配和试验条件下,钙质砂残余强度均大于石英砂,且强度比值基本保持在1.05～1.3之间。在100、200 kPa竖向荷载作用下,钙质砂0.5～2.0 mm的颗粒发生了破碎,破碎率分别为4%和6%。     

大直径超长灌注桩水平承载性能的参数敏感性

大直径超长灌注桩是高规格建（构）筑物桩基工程的发展趋势,但有关其水平承载性能的研究还较少。依托江苏靖江文化中心大直径超长灌注桩建设项目,通过现场试桩试验获得了桩身水平受力及承载变形特征。采用孔压静力触探（CPTU）测试p-y曲线法构建了大直径超长灌注桩水平承载数值计算模型,在与现场试桩结果比对验证之后,进一步研究了桩径尺寸效应、桩顶嵌固形式、桩身倾角、竖向载荷对大直径超长灌注桩的影响规律。最后通过计算各影响因素的参数敏感度,实现了对大直径超长灌注桩水平承载性能参数敏感性的客观定量评价。研究结果表明：原位测试CPTU可以很好地应用于大直径超长灌注桩的水平承载分析,大直径超长灌注桩参数敏感度由大到小依次为：桩顶嵌固形式、尺寸效应、竖向荷载、桩身倾角。     

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。     

考虑钙质砂细观颗粒形状影响的液体拖曳力系数试验

钙质砂作为南海岛礁填筑常用的岩土材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达流体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要参数,目前国内外对钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。首先引入一个修正的三维参数 对钙质砂这种天然非规则颗粒材料的形状进行定量描述,然后开展一系列单个钙质砂颗粒在液体中沉降试验,利用高速相机记录颗粒沉降过程,结合图像处理技术获得颗粒沉降平衡速度Ut,进而计算出拖曳力系数CD和雷诺数Re,最后拟合出包含CD、Re及 三个参数的钙质砂拖曳力系数半经验模型。结果发现,在相同雷诺数条件下钙质砂的形状系数 越大,拖曳力系数越小。通过与其他研究结果对比发现,其表面微孔隙越发育,拖曳力系数越小的规律。该模型能够考虑不规则颗粒形状对拖曳力系数的影响,从而提高对土体渗透性预测的精度,对南海岛礁填筑工程中钙质砂固结和沉降的计算也具有重要意义。     

桩-承台-土复合受力体的拟静力模型试验

在1.2 m×1.2 m×1.2 m小型土工箱中完成了4组采取不同桩头连接构造的单桩-承台-土复合受力体缩尺模型的低周往复水平加载抗震试验,获得了试件破坏形态、荷载-位移滞回曲线、刚度退化曲线、桩身弯矩及桩侧土压力等数据,研究了不同桩头连接构造对试件水平受力性能的影响。研究表明：桩头部位采取不同的节点连接构造措施对桩头破坏形态和破坏程度、体系耗能能力和水平极限承载力及桩身弯矩分布规律均有一定的影响,但对桩与承台侧面的土压力分布规律和大小的影响并不显著。对于桩头普通连接的情况,以桩头嵌入深度为0.5D（D为桩径）为宜。桩头加强环连接与桩头嵌入深度1.0D时的连接具有大体相当的桩头约束效果,但加强环的制作相对复杂,其约束效果和破坏形态与加强环的截面尺寸、混凝土强度及配筋参数均有关系,应进一步深入研究。     

煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明：水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。