水平分层胶结充填体损伤本构模型及强度准则

以矿山分层充填为背景,针对水平分层充填体,提出了初始分层损伤、荷载损伤与总损伤的概念;利用损伤力学理论,考虑分层效应,建立了充填体损伤演化及本构模型;基于全微分方法构建了考虑分层效应的充填体强度准则。开展了不同分层充填体力学特性试验。研究结果表明：所建立的分层充填体损伤本构模型及强度准则理论曲线与试验曲线高度吻合,验证了模型的正确性;初始分层损伤随分层数增多,呈现 的二次多项式递增,分层效应与荷载耦合作用劣化了充填体总损伤;充填体总损伤率呈先增大后减小趋势。在峰值之前,分层数越多,则总损伤率越大;而峰值之后,分层数越多,则总损伤率越小,且总损伤率最大值随分层数增多而增大。     

二叠系炭质页岩软弱夹层剪切蠕变特性研究

以西南灰岩山区二叠系炭质页岩软弱夹层为研究对象,开展了原生软岩、层间剪切带和滑带3个演化阶段的矿物组成成分、微结构和不同正应力水平的剪切蠕变力学特性分析。结果表明：软弱夹层在演化过程中,矿物组分发生改变,黏土矿物含量在原生软岩中小于5%,层间剪切带中在5%～10%之间,滑带中大于10%。微结构由致密变得疏松,颗粒间连接力减弱;软弱夹层的蠕变位移和蠕变速率随着剪应力增加而增大,呈非线性关系。在相同剪应力条件下,蠕变位移和蠕变速率的关系为：滑带>层间剪切带>原岩。长期剪切强度逐渐降低,黏聚力的降幅大于内摩擦角,对时间的敏感程度较高。为受软弱夹层控制的层状基岩滑坡的发育发展过程、失稳机制研究提供了重要借鉴意义。     

端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究

针对大型露天矿开采后残存的大量端帮滞留煤进行开采时,确定留设支撑煤柱的合理宽度一直是端帮采煤工艺高效应用推广的突出难题。将端帮开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹,基于断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型,运用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb破坏准则,分析了支撑煤柱边缘的应力分布规律,建立了支撑煤柱边缘破坏区的边界方程,进而得到了不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的表达式。结合不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的理论表达式与煤体破坏间所确定的表征其不同状态的3组特征参数,进行了曲线规律显现。依据不同破坏准则下所显现的曲线规律,分析了留设煤柱宽度Wp、采硐宽度We、煤层埋深H及煤层倾角β等独立因素对支撑煤柱破坏宽度rp的影响规律,同时将工程实例数据分别代入不同准则下所得的理论表达式。理论结果和实测数据表明,Hoek-Brown破坏准则的运用更为符合现场煤柱破坏演化规律及适合节理岩体破坏的分析。此外,结合煤柱稳定性研究中的极限破坏理论和渐近破坏理论,描述了煤柱失稳破坏机制及过程。为端帮开采中支撑煤柱的合理宽度设计及煤柱破坏的理论分析中的准则运用提供了新思路,为推广端帮开采工艺的应用提供指导意义。     

砾钢渣抗液化特性试验研究

陈化的钢渣作为土工回填材料是废弃钢渣循环利用的主要途径之一。按土的工程分类方法,将废弃钢渣划分为砾钢渣、粗钢渣和细钢渣。针对砾钢渣,考虑固结应力比、振动频率、围压和含砾量等影响因素开展动三轴试验研究。分析了砾钢渣的应力、应变和动孔隙水压力的特性,分析了砾钢渣试样的动强度与振动次数、动应变与振动次数、孔隙水压力与振动次数和动应力与动应变关系。采用Seed和Finn提出的饱和砂土动孔压计算模型分析砾钢渣的动孔压曲线类型,并与传统砂砾土的抗液化强度进行比较。得出砾钢渣的抗液化特性较好,工程中可以用砾钢渣替代传统的砂土、砂砾土、砂砾料和砂卵石作为回填料,解决砂砾资源日渐短缺的问题。     

微生物诱导碳酸盐沉积改善裂隙岩石防渗性能和强度的试验研究

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术主要利用微生物生命活动与环境反应形成的碳酸盐来修复岩土体。为了研究该技术改善含裂隙岩石防渗性能和强度的效果,利用巴氏芽孢杆菌开展了裂隙黄砂岩的修复试验,并对修复后的裂隙黄砂岩进行了无侧限抗压、核磁共振和电镜扫描(SEM)等测试,分析了巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩的修复效果和修复机制。研究表明:巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩具有较好的修复效果;修复时间越长,巴氏芽孢杆菌的修复效果越好。修复42d后,裂隙黄砂岩的孔隙率下降36.41%,防渗性能提升94.62%,抗压强度增加30.52%。巴氏芽孢杆菌具有较好修复效果原因在于,其诱导产生的碳酸钙能够胶结填充物与试样,大幅降低试样的孔隙率,改善其内部孔隙结构的均质性。     

细颗粒组分含量对钙质砂抗剪强度的影响

由于吹填过程的水力分选作用钙质砂土地基颗粒分布不均匀,容易形成分布不均、形态各异的以不同细粒含量的粉细砂层为主的细粒汇集层,引起钙质砂土地基承载力和不均匀沉降问题。开展不同细粒含量的粉细砂三轴固结排水剪切试验,分析细粒含量对钙质砂土力学特性的影响。研究结果表明,（1）当细粒含量增加时相同围压下土样剪胀性逐渐减弱,且峰值偏应力也逐渐减小;（2）各组试样干密度为1.40 g/cm3状态下各含量粉细砂均表现出应变软化特征,当细粒含量为10%时粉细砂土体强度稳定性最差,之后稳定性随细粒含量增加而逐渐增大;（3）钙质细砂由于颗粒咬合作用,具有表观黏聚力,当细粒含量小于40%时,随着细粒含量增加,颗粒之间的咬合作用显著降低,表观黏聚力线性减小。研究成果可为粉细砂层的地基处理及边坡稳定分析提供参考。     

基于广义Hoek-Brown准则的瞬时线性化强度折减技术

广义Hoek-Brown(HB)准则广泛应用于岩体的计算和分析,然而,广义HB准则是典型的非线性强度准则,不能直接在有限元强度折减法中采用来开展岩体的稳定性分析。针对这一问题,开展瞬时线性化研究,根据已有的应力状态将HB强度包线上一点的抗剪强度转化为该点切线对应的黏聚力和内摩擦角,并提出了两种瞬时线性化强度折减方案:(1)基于弹塑性分析获得的应力场,对每个应力点专属的瞬时Mohr-Coulomb(MC)强度参数进行折减,相应的方法记为Point-IL-SSRFEM;(2)由于传统有限元法要求单元的抗剪强度参数保持不变,在每个单元上各个应力点获得瞬时MC强度参数后,对这些参数进行单元均一化处理并进行折减,相应的方法记为Element-IL-SSRFEM。基于岩质边坡算例,对比和评述了三参数等比折减技术和瞬时线性化强度折减技术。数值分析结果表明:与Element-IL-SSRFEM相比,Point-IL-SSRFEM对网格划分的要求较低,计算精度和计算效率相对较高;与三参数等比折减相比,Point-IL-SSRFEM的计算精度高、计算性能稳定。因此,推荐使用Point-IL-SSRFEM来分析岩质边坡的稳定性。     

不同强度热带气旋对中国降水变化的影响

基于1960—2017年2 000多个气象台站逐日降水数据和中国气象局热带气旋(TC)最佳路径资料集,采用客观天气图分析法(OSAT)识别得到TC降水。研究表明,中国TC降水总体呈显著下降趋势,较12年前的研究结果下降趋势变缓;TC盛期(7~9月)降水占到TC总降水的78.5%,TC盛期降水和TC非盛期降水均呈显著下降趋势。TC降水气候趋势在空间分布上以减少为主要特征,并表现出明显的地域差异,自南向北呈"减少—增多—减少"的分布型,减少趋势中心位于广东和海南。按TC影响期最大强度分级(弱TC、中等强度TC和强TC)研究不同强度TC降水的变化,结果显示,强TC降水表现出显著减少趋势,主要决定着TC总降水的影响范围和趋势等主要特征。进一步分析发现,影响TC频数在1960—2017年呈显著减少趋势,并在1995年发生突变;对1995年前后2个时期的对比研究显示,与前一时期(1960—1994年)相比,后一时期(1995—2017年)影响TC活动频次在20°N以南的海域呈现出显著的减少趋势,减少大值中心位于南海北部,而且这一特征也主要由影响TC中的强TC所决定;强TC的这一变化趋势导致了华南地区尤其是广东和海南TC降水日数的减少,进而使得TC降水减少。     

含软弱夹层板岩抗剪强度试验及表征方法

在微机控制岩石剪切试验机上,针对预裂的含薄层黏土充填结构面板岩试件,进行不同法向应力下的结构面直剪试验,发现:结构面直剪试验中,并不是整个结构面都参与抗剪工作,只有部分结构面发挥抗剪作用,而且发挥抗剪作用的有效摩擦面积随法向应力的增大而增大,但是增大速率逐渐减小。基于整个结构面发挥抗剪作用的假设,获得了结构面表观剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面表观抗剪强度指标;同时基于每次直剪试验中结构面部分区域发挥抗剪作用的假设,获得了结构面有效剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面有效抗剪强度指标。对比两者发现:结构面抗剪强度指标中,内摩擦角与发挥抗剪作用面积的选取无关,黏聚力则受发挥抗剪作用面积选取的影响;基于结构面有效摩擦面积计算得到的有效黏聚力,相比表观黏聚力,提高了95%。本文研究成果对于滑坡工程治理方案的评估与选择具有重要的意义和价值。     

锚固节理直剪力学行为的颗粒流数值分析

为探究锚固节理在直剪加载作用下的细观力学响应,利用颗粒流数值计算方法建立不同锚固角度下的锚固节理数值模型,并进行不同法向荷载下的直剪试验。之后,通过分析和对比剪切-位移曲线和峰值剪切强度来对锚固节理宏观力学性质进行研究。与此同时,基于微裂纹分布规律,从细观角度揭示了剪切荷载下不同锚固角度的岩石节理面的破坏特征;研究结果显示。（1）不同于非锚固节理,锚固节理的剪切-位移曲线在剪切后期呈现出一定的增长趋势,且粗糙度不同曲线变化特征存在一定的差异。（2）不同锚固角度下,锚固节理的破坏模式存在着较为明显的差异。当锚固角为90°时,锚固节理模型的破坏主要集中于锚杆与上下节理面接触位置,且破坏主要为挤压式破坏。随着锚固角度的减小,接触位置的破碎区域不断减小,节理破坏主要表现为沿着锚杆的轴向拉伸变形破坏及内部的拉伸破坏。（3）锚固角度的变化对锚固节理的抗强度的影响程度与节理面的粗糙度存在一定关联。具体而言,较为平直节理抗剪强度随着锚固角度的增大,增长趋势明显,而粗糙节理面随着锚固角度的增大峰值抗剪强度的变化趋势相对较为平缓。