基于Hoek-Brown准则的非等比强度折减方法

针对节理岩质边坡稳定性分析问题,开展了基于Hoek-Brown破坏准则的强度折减法研究。边坡的失稳过程是一个渐进累积破坏过程,破坏过程中各强度参数的衰减程度不同,在强度折减法中对应的折减系数也不同,不同折减系数间关系的确定及其综合安全系数的定义值得深入探讨。首先从岩体材料软化（硬化）特性出发,根据岩体强度参数从峰值强度到残余强度的变化规律,推导了Hoek-Brown破坏准则中3个强度参数折减系数间的数学关系式,然后以折减前后滑面上抗滑力之比定义综合安全系数来评价边坡的稳定性,最后结合算例验证了该方法的合理性,可有效应用于节理岩体边坡的稳定性分析。     

表面活性剂改性粉土抗剪强度特性的研究

表面活性剂随着工业、农业、日常生活等各种活动进入到土体及地下水中,不仅会带来环境污染的风险,还会改变土体的结构等从而影响土体的工程性质。为了合理评估表面活性剂污染土体的工程适宜性,采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和阳离子表面活性剂三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)对粉土进行改性,通过直剪试验研究其对粉土强度特性的影响。结果表明,表面活性剂改性后的粉土内摩擦角减小,随着表面活性剂浓度的增大,内摩擦角减小的幅值越大,当表面活性剂浓度达2%时,粉土内摩擦角减小23.9%;SDBS改性后的粉土黏聚力大大减小,SDBS浓度为2%时,黏聚力减小91.8%,CTAB改性后粉土黏聚力增大,最大增幅达41.8%;改性粉土中加入不同pH的表面活性剂时,内摩擦角变化很小,表明表面活性剂的酸碱程度对土样内摩擦角影响较小,随着表面活性剂溶液pH的增大,改性粉土的黏聚力呈现出下降的趋势,pH改变了土壤的电荷的分配,改变了土粒间的静电作用,从而引起土体黏聚力的变化。     

水利水电工程岩基抗剪强度参数二维分布模型构造的Copula方法

基于国内103个水利水电工程1 174组岩基抗剪强度试验数据,采用Copula函数研究岩基抗剪强度参数联合分布模型,探讨水利水电工程中岩基抗剪强度参数联合分布模型构建方法。利用最小二乘法求出岩基抗剪强度参数试验数据的相关统计参数,基于AIC准则识别出岩基抗剪强度参数边缘分布。选择4种Copula函数构造岩基抗剪强度参数二维分布模型,探讨了基于Copula函数的岩基抗剪强度参数二维分布模型的优越性。结果表明：水利水电工程岩基抗剪强度参数存在明显的统计负相关性。Copula方法能够构造具有任意边缘分布和任意相关结构的岩基抗剪强度参数联合分布模型,它为构造抗剪强度参数联合分布模型提供了一种简便的工具。已知岩基抗剪强度参数的边缘分布函数和相关系数不能唯一确定岩基抗剪强度参数的联合概率分布模型,在抗剪强度参数边缘分布函数和相关系数完全相同的前提下,不同Copula函数建立的抗剪强度参数联合概率分布模型差异显著。与常用的抗剪强度参数二维正态分布模型相比,基于Copula函数的抗剪强度参数二维分布模型具有较强的灵活性,它能更好地拟合原始观测数据。水利水电工程中惯用小值平均法确定标准值,当摩擦系数取较小值时,不同Copula函数构造的黏聚力的条件累积分布函数差异显著,这将对抗剪强度参数标准值的选取以及相应的设计方案具有明显的影响。     

基于变固结系数的静压桩周土体力学特性研究

以静压沉桩后桩周土体的应力状态为初始条件,根据桩周土体孔隙比、渗透系数和有效应力之间的相关性,在考虑固结系数随固结时间变化的条件下改进了轴对称条件下的太沙基固结控制方程。随后,采用分离变量法和离散化分析推导得出了桩周超孔隙水压力消散的半解析半数值解,并将解答与实测数据进行对比验证。在此基础上,采用空间滑动面理论改进的修正剑桥模型（SMP-MCC）定义土体三维不排水抗剪强度,研究了静压桩周土体强度、剪切模量随固结时间的变化规律。研究结果表明：由于解答考虑了固结系数随固结时间的变化,因而与实测结果吻合良好;土体压缩指数与渗透指数之比对土体固结系数和孔压消散速率影响较大;当土体压缩指数与渗透指数之比为1时,土体固结系数保持不变,解答退化为经典的太沙基轴对称固结方程;土体强度和剪切模量随固结时间的增长而逐步增加,固结完成后其值超越了土体原位强度和原位剪切模量。     

酸碱环境对水泥土抗剪强度影响的试验研究

以水泥土处于复杂环境中的安全性和耐久性为研究背景,对酸碱环境下水泥土进行了固结不排水剪切试验,得到了水泥土应力偏差（σ₁-σ₃）与轴向应变（ε）关系曲线和抗剪强度指标,研究了酸碱度对水泥土抗剪强度的影响.试验结果表明,随着围压、水泥掺量、pH值的增加,水泥土的抗剪强度逐步增加;水泥土的黏聚力、内摩擦角随着水泥掺量及酸碱度pH值的增大而逐渐增加;得到了不同酸碱度环境下水泥土的抗剪强度方程.其研究结果对在水泥土工程中的安全性和耐久性设计具有一定的指导意义和参考价值.     

基于Excel数据表和极限分析法的滑坡抗剪强度参数反演分析

针对采用传统的确定性边坡稳定性分析方法进行滑裂面抗剪强度参数反演分析所需滑坡断面不少于两个的不足,基于概率可靠度理论,提出了一种结合Excel数据表和极限分析上限法的滑坡强度参数反演新方法。依托湘西朱雀洞特大滑坡进行算例分析,研究结果表明：结合Excel数据表法和极限分析上限法反演得到的滑裂面抗剪强度参数与工程现场实测数据吻合良好,验证了新分析方法的正确性和有效性;运用该法反演分析只需一个滑坡断面,可有效解决单一滑裂面抗剪强度参数反演问题,减少了计算工作量,具有广泛的适用性和良好的工程应用前景。     

冻土与结构接触面循环剪切损伤模型

抗剪强度和压缩体应变是冻土与结构接触面的力学特性指标中最重要的两个参数,对冻土与结构接触面的力学分析至关重要。采用自行研制的大型多功能冻土-结构接触面循环直剪系统,开展了冻土与结构接触面力学性能及变形规律的试验研究,采用损伤力学理论,基于等应变分布假设、零弹性域假设、弹性应变无耦合假设,选择不可逆性体应变与最大不可逆性体应变的比值作为损伤因子,建立了用于描述冻土与结构接触面剪切行为的抗剪强度与压缩体应变损伤模型。通过相关试验对建立的损伤模型进行验证,结果表明,所建模型是准确、合理的。     

基于失稳状态耗能最小原理的预应力锚索加固边坡稳定性上限解析

基于岩土塑性极限分析上限理论的基本原理,考虑预应力锚索的加固效应,分析了单预应力锚索加固措施条件下边坡的稳定性特性,并由此探讨了多预应力锚索共同加固边坡的稳定性能量分析方法。结合强度折减技术,采用内点迭代方法和序列二次规划优化迭代法对锚固边坡安全系数目标函数进行了能量耗散最小化意义上的优化计算。典型算例的分析计算表明：锚索加固效应可以有效地提高边坡的稳定性,预应力锚索设置位置对边坡安全系数、临界滑裂面位置和锚索长度有显著影响。综合考虑锚索设置位置对边坡安全系数和锚索长度的影响,单锚索的最优设置位置应位于边坡中下部区域。采用多排锚索加固既可以保证边坡的安全储备,也可有效避免局部稳定性问题。     

麦秸秆布筋区域与截面形状下的加筋土抗剪强度

以防腐后的麦秸秆和石灰加筋固化滨海盐渍土,解决由盐渍土的盐胀和溶陷引起的低强度和大变形问题。将布筋区域设计为上半部、中部、下半部、上部1/3与下部1/3处分别布筋,共5种布筋区域;将麦秸秆切割成圆管状、半圆管状、1/4圆管状、圆管碾压后的随机形状,共4种加筋横截面形状。加筋盐渍土和加筋石灰盐渍土的三轴UU抗剪强度表明,适宜的布筋区域均为下半部,适宜的加筋横截面形状均为1/4圆管状。麦秸秆的布筋区域和加筋横截面形状对加筋盐渍土和加筋石灰土的抗剪强度均具有明显影响。加筋可有效地提高黏聚力,但对内摩擦角影响较小。麦秸秆适宜作加筋材料,5种布筋区域和4种麦秸秆截面形状的加筋条件下,均可提高滨海盐渍土的抗剪强度和抗变形性能。     

破裂面水压对砂板岩峰后强度影响的试验研究

在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行不同围压下砂板岩三轴压缩全过程试验,并测试破裂岩体试样峰后的天然含水状态强度。对试样破裂面施加4级动水压力和静水压力,分别获得天然含水状态和每级水压下破裂岩体试样的强度。试验结果及分析表明,水对破裂岩体强度影响的作用机制主要表现在饱和软化与水压弱化两方面,即饱和软化作用不随水压的增减而变化和水压力对强度的弱化作用随水压升高而线性增大;主要影响强度参数中的黏聚力,对内摩擦系数的影响较小;裂隙岩体中静水压力的弱化作用强于动水压力。试验与分析还获得水对裂隙岩体的饱和软化以及静水压力综合作用的定量表达,并对这些成果的工程应用进行讨论。