红层泥岩填料的力学特性及本构模型研究

在红层泥岩地区进行道路工程施工时,考虑到材料短缺和成本问题,常常采用就地取材的方式作为路基填料。为了研究红层泥岩填料的适用性,选取甘肃省永登县某工点的风化红层泥岩填料为研究对象,在室内开展一系列三轴CU剪切试验,探究含水率、围压和压实度对应力-应变曲线、峰值(残余)强度、抗剪强度指标的影响,并对不同类型的应力-应变曲线,分别采用相应的模型进行拟合。研究结果表明：含水率、围压和压实度对其物理力学特性具有显著影响;对符合应变软化型规律的曲线,采用沈珠江的双曲线模型拟合的规律一般;对符合应变硬化型规律的曲线,采用Duncan-Chang模型拟合的规律较好。研究结果可以为甘肃省红层泥岩路基的病害处治与维修提供参考依据。     

考虑厚跨比的基桩下伏溶洞顶板冲切特性试验研究

根据相似理论,设计并完成了4组厚跨比条件下基桩下伏溶洞顶板冲切特性大比例室内模型试验,得到了基桩和顶板的荷载-位移曲线、顶板底面的应变-位移曲线,并分析了桩-溶洞体系冲切特性承载机制。结果表明,基桩荷载-位移曲线在加载过程中出现了两个较为明显的弹塑性区;顶板表面荷载-位移曲线中,厚跨比 和 时的位移在加载过程中出现回弹。与此同时,试验板底面应变变化与底面裂缝的发展趋势相吻合。试验板的冲切破坏是剪切效应和弯曲效应综合作用的结果,随着厚跨比的增大,桩-溶洞体系的极限承载力有所增大,位移量有所减小,剪切效应趋于明显,弯曲效应逐渐消失。冲切锥台的形状随着厚跨比变化显著,厚跨比 时,冲切锥台较为厚实,且沿边界破坏;厚跨比 时,冲切锥台则不受限制。最后,通过分析4组厚跨比条件下试验板冲切锥台,拟合了冲切锥台破坏母线与厚跨比 和基桩直径 的关系曲线,为岩溶区基桩溶洞顶板的理论研究和工程实践提供了依据。     

土工织物-砂土界面的叠环式剪切试验

针对土工合成材料界面特性试验易受试验装置影响的特点,采用大型叠环式剪切仪进行土工织物与砂土的界面剪切试验。对比砂土本身、土工织物与砂土的两种剪切试验结果发现,土工织物-砂土剪切引起的叠环位移较小;叠环的水平位移变化规律与土体的剪胀性具有密切联系,土工织物限制了下剪切盒内土颗粒的运动,对达到峰值强度时的土体剪胀也具有抑制作用。由试验结果可知,筋-土界面的剪切带远小于剪切的影响范围,土工织物在界面剪切中的作用不能仅通过剪切带反映,还应考虑土工织物的屏蔽作用和对于土体剪切带形成的影响。     

主动与被动状态下墙体侧向位移近似计算

极限状态下墙体侧向位移对土压力计算和支挡结构设计影响显著。根据Rankine变形体和Coulomb刚塑体模型,将墙后土体变形分别当作单剪和直剪试验中试样的剪切过程,以达到极限剪切变形（剪应变或单位长度剪切位移）作为进入主被动状态标准,构建了土体变形与墙体位移的几何关系,提出了反映土体变形与强度特性,同时考虑静止时初始应力状态影响的墙体极限侧向位移近似计算模型。分析表明：土体极限剪切变形、滑移区范围、初始应力状态是影响墙体极限位移的核心要素,其中极限剪切变形占据主导作用,是导致不同颗粒组成及密实程度土体进入极限状态所需墙体位移差异显著的主要原因,而主被动区范围不同和因静止土压力系数 1引起的初始剪切变形,则是被动状态墙体位移远大于主动的关键因素;算例中主动与被动状态下墙体位移与墙高之比分别介于0.5‰～13.2‰和?0.4%～?5.2%,且主动状态下细粒土墙体位移大于粗粒土,计算结果与工程经验及相关文献模型试验基本一致。     

厚垫层-砂桩复合地基现场试验研究

以瓯江北口大桥南锚碇巨型沉井场地地基处理为科研背景,研究厚垫层-砂桩复合地基的适用性及其承载力的影响因素,针对不同的垫层材料、垫层厚度和砂桩间距共进行了9组静载试验。为得到砂桩施工对周围已完成砂桩的影响程度,还进行了砂桩施工相互影响试验。试验结果表明：厚垫层-砂桩加固软土地基效果非常好,是大型沉井地基处理较为理想的方式;垫层含水率、垫层材料和垫层厚度对其承载力的影响程度均大于砂桩间距;砂桩施工过程对周围已完成砂桩的影响和对周围土体的影响具有很大差别,利用传统沉桩挤土理论分析砂桩施工对周围已完成砂桩的影响将产生较大偏差;砂桩施工对周围已完成砂桩会产生较大影响,最大影响范围主要集中在地表以下1/3桩长范围内,影响程度与土层的种类和性质有密切关系,土性越好,影响程度越小;可利用增大砂桩间距和已有砂桩的阻隔效应减小影响程度。     

上覆流沙层隧道开挖面稳定性分析与数值试验研究

为解决上覆流沙层隧道开挖面极易发生坍塌破坏的技术难题,以典型该地质条件下的青岛地铁M2号线啤苗区间（啤酒城站至苗岭路站）为研究对象,基于开挖面的实际破坏特征建立了开挖面失稳破坏力学模型,从功能转化平衡角度,进行了隧道开挖面稳定性上限分析,并利用强度折减与重力加载两种方式,提出了隧道开挖面安全系数,得到了不同开挖面土体黏聚力、摩擦角、重度、隔水层厚度及隧道开挖高度下的临界土体破裂范围及破裂模式。理论研究表明：随着开挖面土体黏聚力、摩擦角、隔水层厚度等参数的增加,开挖面安全系数不断增大,稳定性不断提高;随着土体重度、隧道开挖高度增加,开挖面安全系数不断减小,稳定性不断降低。通过建立不同工况的数值模型验证了理论研究的正确性,得到了上覆流沙层地质条件下开挖面的典型破坏模式和临界参数,并提出了相应工程建议。研究成果为青岛地铁M2号线的顺利贯通及该类地质条件下的隧道施工提供了理论指导和科学对策。     

碎石土斜坡水平受荷桩承载特性研究

斜坡上的桩基础的承载性能是复杂多变的。对于四川西部山地地形较广泛,且地基覆盖层多为特有的碎石土地层来说,水平受荷桩的相关研究还较少。为了研究碎石土地基斜坡上单桩基础的水平承载特性及桩土间的相互作用,通过现场水平静载荷试验在坡度为0°、15°、30°、45°的条件下,探讨桩身变形、桩身弯矩、土压力的变化。运用FLAC3D有限元分析软件得出水平荷载作用下,碎石土斜坡不同坡度的桩基础与桩周土之间的应力云图、位移云图的变化特点。将数值模拟结果与现场试验结果进行了对比,提出了单桩水平临界荷载和极限荷载在不同坡度区间内取值时的折减系数,为实际工程提供一定的参考。     

粉质黏土填料在K30试验加载进程中的变形时间效应状态分析

变形稳定标准和分级加载制度是影响K30试验效率和准确性的关键因素,与加载进程中填土的变形时间效应状态密切相关。开展了3组最优含水率下压实系数K分别为0.90、0.95和1.00填土模型的小型平板载荷试验,获得了不同荷载作用下填土变形时程曲线和弹塑性变形数据,讨论了在K30试验加载进程中填土变形状态的变化及其对加载稳定时间的影响。试验表明：良好压实的粉质黏土填料,在K30试验进程中的变形以弹性为主,处于缓慢收敛状态,随着加载级数增加,塑性变形比例逐渐增大,变形时间效应呈现出由微弱进入明显状态的演化趋势,变形1.25 mm对应于缓慢收敛中的微弱时间效应亚状态;“变形速率不超过0.01 mm/min”变形稳定标准分级加载时间随时间效应指数呈加速增长规律,能在保证试验精度的基础上提高试验效率;以最大荷载下填土变形时间效应不应超过显著状态、变形量不小于1.25 mm为约束条件,针对5级加载、0.04 MPa荷载增量的加载制度,可得K30试验的适宜范围为60～160 MPa/m。     

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。