石灰改良膨胀土的应力-应变-强度特征与本构描述

为探讨石灰改良膨胀土的变形特征与破坏机制,以压实度为95 %的荆门石灰改良膨胀土为研究对象,开展了单轴、侧限、三轴压缩应力状态下的力学性质试验。试验结果表明：即使湿化饱和后石灰土也具有较高的刚度与强度;单轴压缩状态下,无论饱和还是非饱和状态,石灰土的破坏都为典型的脆性破坏;三轴压缩状态下石灰土破坏前剪缩,同时伴随应变强化,即将破坏时开始剪胀,随后表现为应变软化;围压对石灰土的脆性破坏与破坏后的剪胀有一定的抑制作用,但即使在200 kPa围压下,试样仍发生脆性破坏。在辨明石灰土应力、变形机制的基础上,选用Duncan模型描述其脆性破坏前表现出的压硬性、剪缩性与应变强化特性,标定了相应模型参数,通过数值模拟与平行试验的对比验证了模型的适用性与参数的可靠性。     

含软弱夹层岩体边坡爆破层裂特性及稳定性研究

基于爆破相似理论建立含软弱夹层顺层岩体边坡爆破的力学模型,并介绍模型爆破层裂试验和剪切试验的设计思路及试验方法。以某石灰石矿采场黏土质夹层物为软弱夹层原料,通过相似模型试验研究爆破作用下含软弱夹层岩体边坡的层裂特性及稳定性。试验结果表明,爆破后可将软弱夹层分为爆腔区、压密区、影响区和无扰动区;爆腔区、压密区和影响区构成模型层裂区;爆前模型抗滑稳定安全系数最大、爆后次之、爆破过程中最小;层裂范围直接影响模型抗滑稳定安全系数。软弱夹层厚度对模型的层裂范围和抗滑稳定安全系数有较大影响。     

水利工程震害中土工结构低应力破坏实例分析

实际工程活动与低应力下土石料工程性质密切相关。总结了与低应力条件相关的工程活动,在总结分析以往地震中堤防和坝体滑坡案例的基础上,指出滑坡深度通常小于7 m,其上覆有效应力大多小于100 kPa。在对106组地震液化数据资料分析的基础上,指出地基液化大多发生在上覆有效应力低于100 kPa的低应力条件下。在目前的研究中,通常只关注中、高应力条件下土石料的工程性质。在应用中低应力区的土石料计算参数取值通常与中、高应力条件下获得的强度和变形参数一致,而高、低应力条件下土石料的强度和变形特性是不同的,这种计算参数取值方法的适用性存在疑虑。因此,研究低应力条件下土石料的工程性质,探讨数值计算中低应力条件下土石料计算参数的取值方法,具有重要的工程意义和科学价值。     

单层土体结构岩溶土洞的形成机理

岩溶土洞是岩溶区工程路基施工中的主要地质灾害。本文首先对广西桂林阳朔高速公路雁山段、西气东输二线工程广西贵港段两个典型工程路基单层土体结构的岩溶土洞进行详细剖析,然后通过室内模型试验、崩解试验的验证,研究岩溶土洞的形成机理。结果表明:单层土体结构的岩溶土洞发育是先从基岩面逐渐往地面发展,在发展过程中,对于较厚的土层,岩溶土洞的发育与扩展分为3个阶段:(1)基岩面附近的土洞形成与地下水位的承压状态和地下水位初始下降速度密切相关,土洞的形态主要以缝(洞)的形式出现,规模较小,多形成于土体中的裂隙面或非均质部位;(2)在地下水包气带(季节变动带)土洞的扩展以崩解为主,规模较大;(3)近地表(垂直渗入带)土洞扩展机制以上部降雨入渗、洞顶剥落为主,崩塌块体较大。      

地震作用下结构连续性倒塌研究进展与展望

近年来,地震灾害频发,导致结构倒塌事故时有发生,造成重大的人员伤亡和经济损失。针对地震作用下结构倒塌破坏,国内外学者进行了诸多的研究工作。从倒塌破坏准则、结构倒塌与抗倒塌试验、结构倒塌数值模拟和结构抗倒塌措施四个方面,对结构连续性倒塌的研究现状进行了归纳和总结,并对未来的研究热点进行了展望。     

差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。     

页岩各向异性特征的试验研究

为研究彭水页岩气区块储层的各向异性特征,开展了石柱县龙马溪组页岩的单轴和三轴压缩试验,分析了其力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性,并揭示了其破坏机制的各向异性。结果表明：(1) 龙马溪组页岩具有明显的各向异性特征,弹性模量在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,且围压的增加使其增加速率不断减小;0°、30°和60°、90°页岩的泊松比随围压的增加呈现出了相反的变化规律,这可能与页岩层理间孔隙和微裂缝的良好发育有关。(2) 相同围压下,0°试样强度最高,90°次之,30°最低,总体上呈现出两边高、中间低的U型变化规律,而不同角度的Hoek-Brown强度准则能较好地反映其强度的各向异性特征。(3) 页岩破裂模式的各向异性是由破坏机制的各向异性引起的,而强度的各向异性是由破坏机制的各向异性控制的。单轴压缩时,0°页岩为沿层理的张拉劈裂破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°为贯穿层理和沿层理的复合剪切破坏,90°为贯穿层理的张拉破坏。三轴压缩时,0°为贯穿层理的共轭剪切破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°和90°为贯穿层理的剪切破坏;页岩地层的层状沉积结构和层理间的弱胶结作用是破坏机制各向异性的根源。研究结果为水平井井壁的稳定性分析和水力压裂施工设计等提供了技术参考。     

胶结钙质土的室内试验研究进展

天然胶结钙质土是广泛分布于热带及亚热带海洋中由生物碎屑经碳酸钙胶结或固结而形成的碳酸盐岩类。其独特的工程性质常常给岩土工程设计与施工带来麻烦,也正因此引起了研究者的兴趣并对其开展了较为全面的试验研究工作。针对天然胶结钙质土、人工胶结钙质土的室内试验以及人工胶结钙质土试样的制备等3方面取得的研究进展进行总结回顾,汇总了胶结钙质土的基本应力-应变行为以及围压、初始密度及胶结度等主要参数的影响规律,指出了研究中尚存在的问题,并对胶结钙质土的进一步的研究工作进行了展望。该工作必将对此领域的研究具有借鉴和指导意义。     

砂岩侵入体系模拟及形成机理分析

砂岩侵入体系是一种普遍的地质现象,近些年来越来越受到地学界的重视,但对其形成机理探讨较少。作者及研究团队通过设计一套室内模拟实验装置,来简化模拟3层地层结构中砂岩侵入体系的形成和演化过程。在之前模拟实验(实验变量为顶层沉积物的厚度、进水管的结构)结果的基础上,进一步考察了地形坡度对实验结果的影响,并对砂岩侵入体系的形成机理进行了分析。实验过程中,共观察到7种不同形态不同样式的管道,并对实验过程中压力变化进行了测试。对实验结果分析认为:盖层厚度越大,压力下降的速度越慢,越不利于压力的释放;随着实验的继续进行,砂岩侵入体最终会转化为砂岩喷出体并喷出地表;不稳定的地形有利于触发疏松沉积物发生变形。实验表明,超压是砂岩侵入体发生的最重要条件之一, 沉积盆地中的压实不均衡和生烃作用是可独立产生大规模超压的2种主要机制。     

基于谱元法的玉田震害异常研究

玉田低烈度异常区位于河北省玉田县的中北部地区,该区在1679年三河—平谷8.0级特大地震和1976年唐山7.8级大地震中都表现出了明显的低烈度异常现象,是典型的低烈度异常区。唐山大地震以后,国内外众多学者对其异常的原因进行了较为深入的研究,取得了丰富的研究成果。作为一种探索,本文在已有研究成果的基础上,采用谱元法对异常原因进行了更为深入的研究。谱元法属于广义有限元法,是一种新的地震动数值模拟方法,具有计算精度高、收敛快以及易于实现并行运算等优点,用其进行数值模拟计算能大大减少内存需求和计算时间。近年来,该法取得了较快的发展,目前已成为进行大尺度、复杂地质结构模型地震动数值模拟分析的重要工具。破坏性地震震害异常机理的探索是进行场地条件对地震动影响研究的核心问题之一。本文为震害异常机理的研究提供了一种新的方法,这一工作对促进震害异常机理以及场地条件对地震动影响的研究具有重要的理论和实际意义。本文在对震害异常产生原因和研究进展进行详细归纳和总结的基础上,通过对玉田低烈度异常区已有研究成果和收集资料的分析,重点从基岩地形和土层特性两个方面,对玉田地区3个计算剖面的地震动反应进行了谱元法模拟,研究了玉田低烈度异常区的异常机理,得到了若干有意义的结论。本文取得的主要研究成果如下:(1)建立了玉田地区105m深度内的土层波速结构模型。根据收集的68个钻孔数据,从钻孔深度、覆盖层厚度、土层剪切波速以及场地类别4个方面对玉田地区土层的波速特性进行了详细分析,拟合得到了黏性土、砂土和碎石土剪切波速随深度变化的经验公式,再结合不同土层的波速特征,以平均剪切波速作为分类指标对玉田地区的土体进行了分层统计,建立了该区105m深度内的土体波速结构模型。(2)研究了基岩地形特征对地表地震动强度的影响。在对简单基岩凸起模型理论分析的基础上,通过对简单基岩地形模型的谱元法分析,从多个方面探讨了基岩凹陷或凸起地形对地表地震动强度的影响。结果表明,基岩凹陷或凸起地形的存在改变了地震波的入射角度,在使其出现多次折射与反射现象的同时,也使传播至凹凸变化区域的地震波向内汇聚或向外发散,从而导致与该区域相对应地表处的地震动强度整体得到加强或减弱,形成地震动强度相对增强区或减弱区。地震动强度相对增强区的范围较基岩凹陷区小,两者的比值随着基岩凹陷地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐减小。地震动强度相对减弱区的范围较基岩凸起区大,两者的比值随着基岩凸起地形陡度和覆盖层厚度的增大而逐渐增大。(3)研究了玉田地区基岩地形对震害异常的影响。通过对玉田地区3个剖面6个基岩地形模型的谱元法分析,探讨了各剖面中基岩地形的变化对地表地震动强度的影响。结果表明,玉田地区地表地震动的强度受基岩地形凹凸变化的影响,且这种影响在玉田地区的南北方向上表现得较为明显。玉田县城下基岩凸起地形的存在,降低了城区内大部分区域的地震动强度,形成了地震动强度相对减弱区;而县城以北区域下基岩槽形洼地的存在,则增大了该区的地震动强度,形成了地震动强度相对增强区。相对增强区内的地震动强度为相对减弱区的2倍左右。地震动强度相对减弱区与震害异常区相对应,且其范围较基岩凸起区大。(4)研究了玉田地区土体对震害异常的影响。通过对玉田低烈度异常区内外土体模型的谱元法分析,从地震动强度和频谱特性两个方面,探讨了同一地震作用下异常区内外土体地震动反应的异同。结果表明,在0~105m的深度范围内,玉田异常区内外土体的地震动强度相差不大,且都具有大致相同的频谱特性。异常区内外土体对较低频段(异常区内为0.67~3.17Hz,异常区外为0.67~2.94 Hz)地震波都具有明显的放大作用,而对高频段(6 Hz左右)地震波则都具有一定的吸收作用,并且这种放大、吸收作用在水平方向上表现得尤为明显。(5)研究了玉田地区基岩地形和土体对震害异常的共同影响。通过对玉田地区3个实际剖面的谱元法分析,综合分析了基岩地形和土体对震害异常的影响。结果表明,基岩地形与土体的共同作用,在增大地表地震动强度的同时,更显著地加强了基岩凸起(凹陷)地形对地震波的发散(汇聚)作用,表现出了明显的低烈度异常现象。低烈度异常区的范围较基岩凸起区大,但与震后现场调查得出的0.2等震害指数包线相比,其在南北向的范围较小,东西向则相差不大。综上所述,在合理考虑介质各向异性、地质构造背景以及场地条件等多种影响因素的前提下,建立正确的计算模型,利用谱元法进行震害异常机理研究是可行、有效的。玉田低烈度异常区的出现,是基岩地形与土体共同作用的结果。其中,玉田地区基岩地形的凹凸变化,在加强玉田县城以北区域地震动强度的同时,也降低了玉田县城内大部分地区的地震动强度,从而使县城内大部分地区的地震动强度相对更低;玉田地区深厚覆盖层的存在,导致土体的卓越频率主要位于较低频段,这与唐山地震时区内建(构)物自振频率较高的特点正好相反,避免了共振现象的产生,降低了玉田地区建(构)物的破坏程度。基岩地形和土体的共同作用,使玉田城区内大部分区域的震害程度相对更低,从而形成了典型的低烈度异常区。