鄂尔多斯盆地周边地区野外溶蚀试验结果讨论

2003到2004年,在国土资源部地质调查项目“鄂尔多斯盆地地下水勘查”工作中,作者在鄂尔多斯盆地周边地区建立了8个野外溶蚀试验站,采用不同岩石的600多枚试片开展了为期1年的野外溶蚀试验观测。通过试验并结合前人的野外溶蚀试验成果分析,得出了如下几个重要的结论: ( 1)试验区灰岩较白云岩的溶蚀量大20%以上; ( 2)与我国南方的试验结果相反,即北方土下碳酸盐岩样品溶蚀量远远小于地上样品的溶蚀量; ( 3)从华北到西北存在一个碳酸盐岩样品由溶蚀变为沉淀的地带;同理,从我国北方碳酸盐岩样品土下溶蚀量小于地上溶蚀量到南方土下溶蚀量大于地上溶蚀量区域变化过程中,又存在土下与地上溶蚀量接近的地带,这两个地带是控制我国现代岩溶作用机制的重要分界线,对岩溶地貌的发育与演化研究具有重要意义。      

底摩擦重力试验在倾倒变形岩体稳定性研究中的应用

底摩擦重力试验(底摩擦试验)是利用相似理论分析原理,将研究原形按几何比例和各种物理力学参数,制作相似模型及确定相应的边界条件。然后按照相似边界条件进行加载试验,再现曾经发生过或今后将会出现的物理力学现象,进而了解其发展演化规律及其对工程的影响。澜沧江某水电站坝肩主要为典型的倾倒变形岩体,为探讨倾倒变形岩体在天然重力场条件的变形破裂发展趋势。试验采用模拟重力场条件的岩体底摩擦模型试验技术模拟分析岩体倾倒变形进一步发展演变过程及特征。     

Stabilization of swelling clays by Mg(OH)2. Changes in clay properties after addition of Mg-hydroxide

Stabilization of the swelling clay structure is attempted by intercalation of Mg(OH)₂ and the development of a brucite interlayer between the clay layers. The properties of the product obtained by applying the technique, formulated as described in a previous work, are considered here. The materials used were Wyoming bentonite (USA), Fuller's Earth (UK), kaolinite, illite, lignite, and silica gels. The Mg(OH)₂-clay products were examined by the methylene blue dye test, X-ray diffraction analysis (XRD), differential thermal analysis (DTA), and derivative thermogravimetry analysis (DTGA). From the results obtained it is concluded that: the Mg-hydroxide is adsorbed by swelling clays both on their external and internal surface, whereas it is adsorbed on the external surface by non-swelling clays. The internally adsorbed phase of Mg-hydroxide forms an ill-defined interlayer of brucite, retarding swelling, whereas the external phase covers the particles modifying drastically their surface properties, like the adsorption of the MB dye. The material produced after precipitation of Mg-hydroxide on swelling clays (smectites) did not re-expand on wetting or after glycolation. The adsorption of MB dye was also reduced by some 80–90%, due to coating effect, preventing the measurements of the external surface area of the clay by polar molecules. The principal forces involved in the process are believed to be physical adsorption on the external surface, along with chemisorption and some chemical bonding, mostly in the internal surface. Cementation due to crystallization and, in the long term, some pozzolanic reactions take also place. Internal adsorption of the Mg-hydroxide is postulated to be in the form of positively charged mono- and/or small polymers and it is, chiefly, diffusion controlled. Since Mg-hydroxide is internally adsorbed by swelling clays, whereas Ca-hydroxide(lime) is not, and the (Mg, Ca)-clay aggregates are more stable than the Ca-clay or the Mg-one, the combination of the two hydroxides could give better results in soil stabilization than each hydroxide alone.     

原状非饱和黄土的三轴试验研究

利用特制的非饱和土三轴仪器,对不同含水量条件下原状非饱和黄土的强度和土-水特征曲线进行了试验研究。试验结果表明：非饱和黄土的抗剪强度随着含水量的不同而不同,含水量越大,非饱和黄土的基质吸力就越小,抗剪强度亦越小。含水量趋于饱和时,非饱和黄土的抗剪强度值逐渐接近于饱和黄土的强度值。原状非饱和黄土的抗剪强度均高于饱和黄土的抗剪强度。非饱和黄土的内摩擦角受含水量的影响不大。凝聚力受含水量的影响很大,含水率越大,基质吸力越小,总凝聚力越小。根据实验结果,提出了非饱和土的抗剪强度模型,该模型易于确定,与实测基本吻合,误差较小,满足非饱和黄土的强度计算要求。     

流-固耦合模型试验用的新型相似材料研制及应用

为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律,根据地质力学模型试验相似原理,通过大量多组别配比试验,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中,断层相似材料以砂为粗骨料,滑石粉为细骨料,石膏、膨润土作为胶结剂,液态石蜡作为调节剂;围岩相似材料以砂为粗骨料,重晶石粉、滑石粉为细骨料,白水泥及乳胶作为胶结剂。通过大量室内试验,对比分析原岩及相似材料变形特征及强度破坏特性,重点对单轴抗压强度、渗透系数、重度、泊松比、弹性模量等重要变形及水理特性参量进行调控,系统研究不同配比对材料参数的影响规律。试验结果表明：该材料力学参数变化范围广、性能稳定、操作工艺简单,可用来模拟不同渗透系数的低、中等强度岩体材料。将该相似材料应用于吉莲高速公路永莲隧道断层突水、突泥三维地质力学模型试验中,力学性能及水理特性均达到试验要求,能够有效地模拟突水、突泥的发展演变过程,真实反映断层灾变过程中各物理场响应规律。     

基于边坡渐进破坏特征对传统极限平衡法几点假设的合理分析

边坡的渐进破坏特征一直以来是边坡计算仿真中的一个难点。实际边坡的破坏很少是一个整体达到极限状态,突然滑动的过程,往往是逐步发展由局部破坏到最终整体失稳,即临界状态小扰动导致的链式多米洛骨牌式失稳。利用颗粒流软件,设计了0.1 m粒径高10 m土坡的数值模型,粒间黏聚力为36 kPa,摩擦系数为0.36。初始模型在重力作用下不会发生破坏,通过单独折减粒间黏聚力到18 kPa使得边坡破坏,监测竖向颗粒组group的变化获取每20 000个时间步的边坡破坏形态,实现200 000个时间步内边坡的渐进破坏过程。边坡总是从局部开始破坏,坡体物质的运移造成次一级破坏,形成最终的近似弧形的滑动面,说明滑体不是整体下滑,不是刚体,不是整体达到极限状态;坡体内应力的变化也不是单调的,有涨有落,均区别于当前极限平衡法中有限条块的刚体假设;滑动面上同时达到极限状态假设,问题本身是静不定的,通过给出条间力的传递方式使之静定可解;整体分析不能考虑破坏的局部化和渐进特征。这说明边坡计算方法的未来在于能反映动力问题和材料破坏特征的离散元方法。     

黏土中两种不同直径单桩水平循环加载模型试验与分析

为探讨海上风机在风、浪等水平往复循环荷载下大直径单桩基础的循环弱化特性,设计了稳定输出长期循环荷载的机械加载装置,开展了软黏土中长期水平循环荷载下海上风电大直径单桩基础和传统长桩基础的模型试验对比研究。根据API给出的骨干曲线和Masing二倍准则构建循环荷载下的p-y（荷载-位移）曲线,并借鉴前人工作,采用累积塑性应变描述软黏土的不排水抗剪强度弱化,提出了分析大周数水平循环荷载下单桩基础循环弱化的理论方法。该方法将循环荷载次数、幅值等外界条件与桩周土体的循环弱化特性建立联系,以适应海洋环境复杂多变的水平循环荷载形式。通过模型试验和理论研究认为,大直径单桩基础因刚度较大,在同样的水平力循环荷载条件下,其抵抗循环荷载的能力明显优于传统长桩。在海上风机大直径单桩的设计中采用基于黏土残余强度的循环后稳定水平承载力更为合理。     

降雨下边坡开挖支护离心模型试验

为研究降雨下高速公路高边坡在开挖及运营过程中的变形规律及稳定性,以柳南公路改扩建工程某处典型高边坡为原型,利用大型土工离心机及自主研发降雨装置,开展12组不同开挖-支护时序边坡模型试验,通过对边坡从变形至破坏全过程监测,分析不同支护时序条件对边坡稳定性的影响。结果表明:实时支护能有效抑制边坡在水平和竖向的变形,在边坡开挖至第1级和第6级后,坡顶水平变形分别降低33.9%和30.4%,竖向变形降低54%和11.6%;实时支护对维持降雨下边坡稳定状态非常有利,边坡开挖至第2、4、6级后遭遇降雨,其稳定系数降低了10.1%、5.4%、6.5%;相同降雨量下,无实时支护边坡的稳定系数要比实时支护至少降低50%,说明了实时支护对降雨下边坡稳定性的意义巨大。      

城市地铁隧道施工对管线的影响研究

结合深圳地铁大剧院-科学馆区间隧道非降水施工对管线的影响问题,阐明了该工程的施工方案,给出了管线安全性的评价标准。在此基础上,首先利用土工离心模型试验,模拟了隧道开挖对管线的影响,然后,利用三维弹塑性有限元法模拟了隧道施工过程中管线的动态响应。通过离心模型试验、数值模拟分析、现场量测的地表沉降值的对比分析可知,三者的数据基本吻合,论证了分析结果的合理性和可靠性,并对施工期间管线的安全性做出了评价,为该工程顺利实施提供了理论依据和指导作用,并取得了一些有意义的成果。     

复杂应力条件下掺砾黏土真三轴试验

采用新型真三轴仪器,对掺砾黏土进行了复杂应力条件下加载试验,近似模拟了土石坝填筑期心墙土体单元的加荷过程。试验结果表明,由于土体单元处于复杂应力状态,即使是单向加载这样的简单加荷应力路径,在不同应力方向上的应力和变形也都呈现显著的应力各向异性。土石坝应力变形分析中坝体单元处于三向应力条件下,由于加载引起的应力各向异性对心墙乃至整个坝体的应力变形规律都有较大影响,合理的本构模型应该能够反映并描述这种复杂应力状态下的应力各向异性。