桩承式路堤土拱效应发挥过程研究

通过三维模型试验对桩承式路堤中土拱效应发挥过程进行了研究,重点分析了不同桩顶盖板尺寸、不同加筋方式下应力折减系数与差异沉降之间的关系。结果表明,土拱效应随变形的增加而发挥;加筋材料的设置减小了差异沉降,削弱了填土中的土拱效应,荷载向桩顶的传递是土拱效应和拉膜效应共同作用的结果。采用有限元法对桩间距、填土高度等未能在模型试验中考虑的关键因素进行了参数敏感性分析,总结了土拱效应发挥过程的相关规律。根据有限元计算结果、试验数据和文献中收集到的实测资料,提出用土拱效应发挥系数和归一化位移来描述土拱效应的发挥过程,建议二者之间采用双曲线方程模拟,从而在设计中体现土拱效应随位移的发展,并满足路堤填土、加筋材料和地基之间的变形协调要求。     

红黏土承载比的土团尺寸效应研究

高液限红黏土用于路基填筑时,因其不良的水理特性,需要掺石灰或水泥改良。但红黏土成团现象十分突出,进行灰土拌和时不易达到均匀状态,影响预期改良效果。通过对不同直径的红黏土土团及石灰改良土土团进行承载比试验,结果表明：干密度随着土团直径尺寸的增大呈现先增大后减小的特征,红黏土和石灰土的最大干密度对应的土团直径处在0.2～ 5 mm范围内;而最大承载比CBR值对应的土团直径分别处在5～10 mm和2～5 mm的范围内。石灰土和红黏土的吸水率、膨胀率均随着土团尺寸的增大,呈现先减小后增大的整体变化趋势。在2～10 mm的范围内,两种土的膨胀量最小。石灰改良只对直径小于5 mm的土团的膨胀特性起到明显的抑制作用。可见,现场施工中严格控制土团的大小对保证土体的强度和水稳定性具有十分重要的意义。     

软基路堤拓宽静压PHC管桩挤土效应现场试验

PHC（prestressed high-strength concrete）管桩近年来被广泛应用。PHC管桩为挤土沉桩模式,沉桩过程引起的挤土效应对周围环境产生不利影响并对其可打性和承载特性有重要影响。结合广－清（广州至清远）高速公路扩建工程,通过现场监测超静孔隙水压力和土体水平位移,进行PHC管桩挤土效应研究。水平位移利用固定式测斜仪测量,孔隙水压力使用振弦式孔压计测量,并使用自动系统进行数据采集。研究发现,沉桩过程中引起的超静孔隙水压力变化随深度增加近似呈线性增长,水平方向随距离的增加而减小;挤土效应产生的土体水平位移随距离的增大而减小,随深度增加而减小;挤土效应滞后现象明显,可导致成桩后的桩体倾斜;拓宽地基场地上管桩施工对老路地基影响小,场地条件对沉桩挤土效应影响大,老路路堤对垂直于路基方向的水平位移有约束作用。     

水源热泵井回灌堵塞颗粒迁移模型的建立

以地下水源热泵井回灌中的物理堵塞问题作为研究背景,建立基于质量平衡方程来模拟多孔介质中颗粒的迁移方程和颗粒的沉积造成孔隙损伤的数学模型。该模型充分考虑了颗粒流动速度修正系数、孔隙率修正系数以及颗粒在孔隙里发生捕获率3个因素;模型的建立考虑孔隙率变化的情况,在物质的迁移和堵塞的过程中,孔隙率的变化往往也是个动态的变化过程;与传统的过滤模型相比,考虑了速度折减系数和流量折减系数后新建模型更加系统、全面。该模型为解决回灌井物理堵塞的室内外试验研究提供理论依据。     

考虑土石料颗粒破碎和密度变化的次塑性本构模型建模方法

试验和现场观测都发现高土石坝的坝料在高压及湿化作用下会发生显著的颗粒破碎,颗粒破碎会改变土石料的级配曲线和密度,因而影响其后继力学行为,因此,土石料的颗粒破碎是当前岩土工程领域的研究热点。为了模拟土石料在高压及湿化作用下发生显著的颗粒破碎现象,以及循环加载中的颗粒破碎与应力诱导各向异性随动硬化共同影响下土石料的变形,本文提出了一个建模方法,考虑土石料颗粒破碎和密度变化的影响。所建议的次塑性本构模型在经过试验资料的验证后可用于动力有限元数值计算。     

锦屏大理岩蠕变损伤演化细观力学特征的数值模拟研究

岩石的蠕变损伤和断裂是岩石流变效应的重要表现形式,但其损伤演化过程往往难以直观观测,为此,采用二维颗粒流数值模拟方法(PFC2D)对岩石的蠕变损伤和断裂的细观力学机制进行了分析。在锦屏大理岩室内试验基础上,利用颗粒流应力腐蚀模型(PSC),建立了能反映其短期和长期强度特征的柱状岩样数值模型,并开展了大量数值试验。结果表明,蠕变损伤的演化过程与暂态的损伤演化过程具有明显的差异。在岩样蠕变损伤过程中,其内部微裂纹多沿加载方向开裂且分布均匀,先快速增加再稳定扩展,最后则发生快速断裂。当荷载较小时,岩样宏观上呈现劈裂破坏特征,当荷载较大时,岩样呈现剪切破坏特征。在岩样蠕变损伤初始和稳定演化阶段的前期,荷载大小对岩样的损伤演化过程影响不大;在稳定演化阶段的后期至断裂过程中,低荷载下岩样的损伤增速比高荷载下快。     

盾构切刀顺次破岩机制的数值模拟研究

在对盾构切刀顺次破岩实际工况提出合理简化的基础上,从岩土细观角度出发,采用颗粒离散元法建立了切刀破岩的二维数值模型,研究了两把盾构切刀顺次作用下的破岩机制和影响因素,并通过试验对切刀破岩过程中切屑堆积现象及破岩力学特性进行了验证。研究表明,刀具尖端的破坏作用最为明显;切削岩石时切削力随着切削行程不断波动,水平切削力大于垂直切削力;不同于单刀切削,切刀顺次作用时前刀刮过的岩面留下了大量残余裂纹,使得后刀所受的切削力减小;从切削性能来看,随着切削深度的增加,岩石破碎块度不断增大,切削力和裂纹数迅速增加,说明切深与切削力密切相关;切削试验观测到了切屑在前刀面堆积和切削力的波动现象,与数值模拟具有较好的一致性。     

利用不对称的地下水位潮汐波动确定滨海含水层参数

在滨海地区,地下水水位受潮汐波动影响较大,使得传统的抽水试验、水位回复试验等方法确定含水层参数存在困难且花费较大。通过对广西北海市滨海含水层地下水位动态资料进行分析,发现其上升段和下降段是不对称的。基于海岸带承压含水层正弦潮汐波的传播理论,提出了确定含水层参数的分段法,并与振幅衰减法和滞后时间法进行对比,各种方法求出的储水系数与导水系数之比(S/T)很接近,说明分段法是有效的。对于北海市滨海含水层,上升段求出的S/T值比下降段要大,其成因机理还有待进一步分析。     

煤层气井底流压生产动态研究

井底流压对煤层气的开采至关重要。在考虑煤层产水量与井底流压的耦合作用下,基于质量和能量守恒定律建立了计算井底流压的数学模型。采用压力增量迭代法,利用matlab7.11编写了求解程序,分析了排采参数相互间的关系。研究结果表明:产水量与井底流压两者的关系呈非线性关系;储层渗透率越好、煤层厚度越厚,产水量与井底流压的耦合关系会更显著些;气液两相流阶段中,高产气量不仅能降低环空中气体流动的压降损失,还利于煤层气在地面管汇的运输。      

Optimization of slope angle and its seismic stability: A case study for the proposed open pit coalmine in Phulbari, NW Bangladesh

The present study reflects upon the results of substantial program of two-dimensional Finite Element Method （FEM） numerical analyses of the open pit that links to slope angle optimization associated with the safety factor of the pit slope of a coal mine in Bangladesh. In the present analyses, two types of models have been presented. The first model estimates safety factor without seismic effect on the overall pit slope of the model; the second model incorporates safety factor with seismic stability of the model. The calculated optimum slope angle of the first model is 31% with a rational safety factor of 1.51, prior to the seismic effect. However, the value is reduced to 0.93, 0.82, and 0.72, after we applies the seismic effect in the second model with M6, M6.5, and M7, respectively. Finally, our modeling results emphasize that for the case of the proposed Phulbari coalmine, there is extremely high prospect for causing massive slope failure along the optimum pit slope angle with 31% if the mine area felt seismic shaking, like the Sikkim （in northern India） earthquake with M6.9 on September 18, 2011.