非饱和原状黄土强度特性的试验研究

用新研制的非饱和土直剪仪,进行了4组16个控制吸力的非饱和土直剪试验,得到了原状黄土的抗剪强度曲线。分析和探讨了非饱和原状黄土的强度特性。研究表明,同吸力对应的抗剪强度线在 - 图中的位置明显不同,且呈直线式上升;在试验研究的吸力范围内,原状黄土的摩擦角随吸力的变化很小,而粘聚力呈随吸力线性增加。     

初始主应力方向对钙质砂动力特性影响的试验研究

利用大连理工大学的土工静力-动力液压三轴-扭转动多能剪切仪对相对密度为30 %的钙质砂进行了扭转和竖向循环耦合试验,探讨了初始主应力方向角 对钙质砂动强度和残余应变发展的影响。试验结果表明： 对钙质砂的动强度、残余应变发展的影响非常明显,随着 的增大,钙质砂的动强度显著减小,而残余应变的发展速度则明显加快。     

堆载预压过程中的地基稳定性计算方法

在分期堆载预压过程中,需要对每一级堆载以及对下一级堆载高度下进行地基稳定性计算,并根据计算结果确定加堆高度和时间。计算时,根据不同堆载高度下的比奥固结理论有限单元法计算结果,用考虑地基强度增长总应力法和考虑超孔隙水压力的有效应力法分别进行地基稳定性计算,以保证地基在每一次加载时的稳定性。结合具体的工程实例,得到了一个很有用的结论：考虑地基土强度增长的总应力法和考虑超孔隙水压力的有效应力法进行地基稳定性计算所得的安全系数趋于相等。     

砂井地基固结的概率设计

将概率统计理论引入砂井地基固结问题的分析中,克服了现行“确定性”分析和设计法的不足。对砂井地基固结的概率分析进行了系统全面地研究,提出了砂井地基固结概率设计的设计系数法。该法用设计系数将砂井地基的固结概率设计与常规设计联系起来。径向固结系数的设计值等于其标准值与设计系数的乘积,也等于其均值与中心设计系数乘积。推导了径向固结系数为对数正态分布和伽玛分布时设计系数的计算公式,并据此研究了设计系数的变化规律。中心设计系数是径向固结系数变异系数的减函数,而是失效概率的增函数。研究了径向固结系数标准值的计算方法。为便于工程查用,提供了设计系数图表。提出了砂井地基固结概率设计的一般步骤,并用算例说明了该法在实际工程中的应用。     

暴雨作用下排土场平台–边坡系统土壤侵蚀过程模拟研究

为了探究冻融循环作用对土体结构和力学性质的影响机理,以内蒙古元宝山露天煤矿内排土场典型黏土为研究对象,采用室内冻融循环试验和MatDEM数值模拟,进行土体内部温度场、水分场和应力场的模拟分析。结果表明：排土场土料经过冻融循环后发生冻缩现象;低围压时应力−应变曲线呈现应变软化型,发生剪切破坏,围压升高后向应变硬化型转变,发生剪胀破坏;抗剪强度的劣化受前3次冻融作用的影响最为显著,在第3次达到最低值;温度的传递过程可划分为温度快速下降、缓慢相变过程、继续降温、温度稳定4个阶段;水分运移主要在温度传递的前2个阶段发生,且第二阶段的水分运移量居多;颗粒受冻融作用后整体半径缩小、分散性增大;温度和水分运移引起的颗粒胀缩、冰−水相变、冷生结构的形成等,导致颗粒的大小、位置、连接状态和颗粒间的应力等反复变化,共同驱动土体产生不可逆的结构性损伤,进而造成强度劣化。水分运移不仅为冷生构造的生长提供水源条件,还产生溶蚀、冲刷破坏,与水的相变共同成为冻融循环作用导致土体发生结构调整和应力场变化的主要原因。通过离散元法模拟冻融循环,有助于了解土体内部的力学特征和强度劣化机理,为冻区露天煤矿内排土场边坡及其他工程建设的稳定性研究提供参考。

     

大理岩破坏的声发射双主频特征及其机制初探

因试样制备、试验操作等限制,获得饱和岩石的直接拉伸强度较为困难。为对饱和硬岩的直接拉伸强度进行合理估算并验证其可靠性,同时分析水对估算误差的影响,设计完成了干燥、饱和状态下两种硬岩的单轴压缩和直接拉伸声发射试验。基于Griffith理论和Hoek-Brown(H-B)强度准则,通过裂纹体积应变法确定岩石起裂应力,估算饱和硬岩的直接拉伸强度和H-B强度参数m_i。结合声发射波形信号频谱特性,分析两者估算结果的准确性。结果表明,基于Griffith准则并采用起裂应力估算饱和硬岩的直接拉伸强度是一种较可靠的方法。对于干燥硬岩,该方法确定的直接拉伸强度估算值比试验值偏小。饱和硬岩直接拉伸强度估算值与试验值基本接近,这是因为硬岩饱和后,延性和蠕变趋向增强,并发生更多的微观拉破裂。饱和硬岩的m_i值增大与增多的微观拉破裂有关,m_i值变化可用于描述饱和硬岩的软化程度。基于Griffith准则并采用起裂应力估算的岩石直接拉伸强度和H-B强度参数m_i可用于岩体工程的早期设计。     

干湿循环下原状黄土抗压强度试验研究

黄土是干旱、半干旱条件下形成的,具有特殊结构的土,季节性的降雨和蒸发作用必将引起其力学性质和结构改变,从而造成其强度降低和变形增大的问题。通过单轴抗压强度试验探讨了黄土抗压强度与含水率、干湿循环次数的变化规律,借助SEM图像定性和定量分析了其强度变化的微观机制。试验结果表明：黄土单轴抗压强度随含水率的减小表现为非线性的增大;随干湿循环次数的增加而减小,经历多次干湿循环后趋于稳定;含水率增大和干湿循环次数的增加不仅仅会使得粗颗粒的接触方式改变与胶体物质和腐殖质数量减少,还会使得土体孔隙直径增大,大、中孔隙所占百分比之和明显增多,进而从微观结构阐述了土体宏观强度的变化规律。     

煤田火区碳排放量计算模型和关键参数研究

完善碳排放清单,是进行减排工作的基础,为了查明煤田火区对大气碳排放的贡献量,以煤氧复合作用学说为理论基础,从不同的研究思路出发,提出了烧失煤量法和排放通量法两种火区碳排放量计算模型。在明确模型中关键参数“释放因子”“排放系数α”“排放通量”“排放系数β”的具体含义的基础上,重点对各参数所对应的获取途径进行了研究论述：(1)释放因子通过在室内进行煤自燃模拟实验得出;(2)排放系数α通过煤岩吸附实验结合火区实地勘测得出;(3)排放通量通过对火区现场煤自燃气体排放及环境因素的实时监测得出;(4)排放系数β通过对遥感图像裂隙信息的提取得到。上述两种计算模型在我国乌达实验区进行了实际应用,并对其可实现性进行了检验。     

超临界CO2岩石致裂机制分析

超临界CO2是一种介于气体和液体之间的特殊状态的CO2流体,具有低黏、高扩散性和零表面张力等独特的性质。利用超临界CO2作为压裂液,有助于裂缝的起裂和扩展,同时可避免储层伤害。通过研究超临界CO2射流破岩和压裂特性,分析得到了超临界CO2岩石致裂机制。研究结果表明,超临界CO2低黏等特性使其更容易进入岩石微孔和微缝之中,在岩石内部建立大小不一的流体压力系统,使岩石发生拉伸和剪切破坏;常规流体压裂起裂压力较高,裂缝一般为单条或多条平直裂缝,大多沿着同一方向贯穿强度较高的胶结颗粒,且裂缝断面光滑、平整;超临界CO2压裂起裂压力相比于常规流体压裂低,在岩石中形成的裂缝网络较为复杂,裂缝互相连通,一般沿着强度较低的胶结物开裂,较少贯穿胶结颗粒,裂缝断面较为粗糙。该研究结果可为超临界CO2压裂技术的实施提供理论支撑。     

钙质砂的休止角研究与工程应用

砂土的天然休止角对土堆设计、基坑设计和边坡稳定性研判有重要的指导意义。砂土的天然休止角受土颗粒的摩擦特性、颗粒形状、粒径和含水状态等诸多因素的影响。开展了钙质砂的天然休止角试验,研究了多种因素对钙质砂天然休止角的影响规律。结果表明：钙质砂3种常见颗粒形状中,片状休止角最大,枝棒状次之,块状最小;钙质砂天然休止角随着粒径的增大而增大;当平均粒径相同时,天然休止角随着不均匀系数的增大而增大,随着曲率系数的增大而减少;通过与标准石英砂的对比试验发现,石英砂的天然休止角小于钙质砂天然休止角。对现场钙质砂边坡测量后表明,钙质砂地基经过振冲挤密后基坑开挖最大坡角略大于室内测得的天然休止角。研究结果对钙质砂土堆和基坑设计等工程实践有一定指导意义。