广吸力范围内国道G310路基黄土水力力学特性试验研究*

为探讨广吸力范围内国道G310路基黄土水力力学特性,采用WP4C仪、压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法对其开展持水特性试验,用全自动直剪仪对具有不同初始干密度和不同吸力的试样进行强度特性试验,并结合压汞试验进行微观分析。根据上述试验数据提出快速预测抗剪强度公式。试验结果表明:随着初始干密度的增加,积聚体间孔隙体积发生收缩,积聚体内孔隙占主要作用。广吸力范围内试样的土水特征曲线随着初始干密度增大而向右上方偏移,而孔隙比随吸力的增加基本不变。抗剪强度随着初始干密度增大而增大,且随着吸力增加而增加。应力-应变曲线低吸力范围呈应变硬化现象,高吸力范围呈应变软化现象。利用Khalili & Khabbaz模型预测的抗剪强度值与实测值非常接近,因此该模型可用于预测广吸力范围内非饱和黄土的抗剪强度。     

非均质黏土地基单桩基础水平极限承载力研究

为减少海上风机长期受到风浪流等水平荷载的影响,利用ABAQUS软件建立非均质黏土单桩基础极限承载力有限元模型,利用温度作为虚拟变量以反映非均质黏性土抗剪强度随深度变化的关系,采用生死单元法进行地应力平衡,并比较有限元得到的水平荷载下单桩基础承载力变化结果与离心机试验结果,以验证其准确性。结合刚性桩与刚柔性桩水平极限荷载下土体失效模式,分析不同长径比、土体弹性模量系数、桩土摩擦因数等参数对单桩基础水平极限承载力影响。结果表明：桩体预埋深度增加后,桩体从刚性桩向刚柔性桩转变,土体破坏模式从楔形、旋转破坏转变为楔形、满流和旋转破坏。土体弹性模量系数对单桩基础水平极限承载力影响较小,长径比和桩土摩擦系数对单桩基础水平极限承载力有较大影响。     

熵权TOPSIS模型在地下工程岩体质量评价中的应用

选取岩石单轴抗压强度、岩体质量指标、岩体变形模量、岩石泊松比、岩石抗剪强度、结构面摩擦因数、地下涌水量和结构面产状作为评价指标,通过计算指标原始数据的信息熵确定各指标权重,在此基础上,建立基于熵权TOPSIS法的地下工程岩体质量模型,并应用于工程实例,研究表明:采用熵权计算权重,能够依靠原始数据本身而不依赖人的主观判断,且计算过程简单;基于熵权TOPSIS法的地下工程岩体质量评价结果与实际情况均完全一致,能够应用于地下工程岩体质量评价中。     

某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的"土骨架"出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%～34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。     

基于强度折减与刚度退化小净距隧道围岩稳定性研究

运用刚度退化的基本原理和方法,将泊松比ν和弹性模量E进行调整,提出变刚度隧道围岩强度折减法。以某小净距隧道为例,在只调整ν或E、同时调整ν和E、保持ν和E不变4种情况下,探讨了刚度退化对小净距隧道围岩稳定性的影响。结果表明:ν对隧道拱顶下沉、拱底沉降、最大主应力的影响要强于E;隧道两拱脚向内位移随折减系数的增大而增大,内侧拱脚向内位移比外侧拱脚的要大,且在刚度调整时拱脚位移要比保持刚度不变时大;等效塑性应变随折减系数的增大而增大,刚度调整导致等效塑性应变区减小,考虑刚度退化推迟了中夹岩柱塑性区贯通;将变刚度隧道围岩强度折减法应用于小净距隧道工程围岩稳定性评价,可依据安全系数的大小来评判设计的合理性,为支护参数及施工技术的选用提供参考。     

玄武岩纤维增强尾矿力学性能的试验研究

为提高尾矿坝的安全稳定性,提出纤维加筋增强尾矿力学性质的方法,采用三轴试验和扫描电镜(SEM)技术观测法,系统研究纤维加筋效果和纤维作用机制。首先,以云锡公司某选厂分级尾矿作为试验试样,甄选出玄武岩纤维作为加筋尾矿的理想材料,制备纤维加筋尾矿试样;然后,开展纤维加筋尾矿试样的三轴剪切试验,研究尾矿干密度纤维参数等对玄武岩纤维加筋尾矿力学性能的影响;最后,借助SEM,从微细观的角度分析玄武岩纤维与尾矿颗粒的界面作用特性,揭示纤维增强尾矿力学性能的作用机制。结果表明:玄武岩纤维能有效提高尾矿的抗剪强度;随干密度和围压的增大,加筋尾矿的抗剪强度增大;尾矿颗粒越粗糙,纤维作用效果越好。     

边坡岩体抗剪强度参数多重反演方法研究与应用

为了解决分析推动式滑坡时多个边坡岩体抗剪强度参数难以同时测定的难题,基于剩余推力法理论,提出了边坡岩体抗剪强度参数多重反演方法,确定了参数多重反演方法的基本原理和计算流程,将该方法应用于白音华一号矿北帮滑坡的工程实例中,并采用实验室试验方法进行验证.结果表明:通过岩体抗剪强度参数多重反演方法计算得出白音华一号矿北帮的泥岩和弱层的内摩擦角分别为25.5°、7.9°,岩体抗剪强度参数多重反演方法计算结果与实验室试验结果具有显著的一致性;运用该方法可有效解决多个抗剪强度参数同时反演问题,减少计算工作量,具有广泛的适用性.     

黏性颗粒在滤料表面沉积的动态模拟及规律

为研究颗粒黏性对过滤除尘性能的影响,分析了颗粒沉积过程的受力情况,应用颗粒流计算软件PFC2D对颗粒在滤料表面的沉积行为进行了数值模拟。结果表明:颗粒形成粉尘层的过程中主要受到风流力、惯性力等压缩力和范德华力、滚动摩擦力偶矩等压缩阻力的作用,颗粒黏性的增加,会使颗粒间滚阻系数和摩擦系数显著增加;PFC可实现粉尘颗粒在滤料表面沉积过程的可视化,得到不同黏性颗粒在滤料表面的沉积形态,滚阻系数或摩擦系数越大,粉尘层孔隙率越大,过滤阻力越小,其中,摩擦系数的影响作用弱于滚阻系数。     

考虑岩体强度参数时效性(流变)的边坡稳定性研究北大核心CSCD

受流变特性的影响,岩体的力学参数具有时效性。为得到边坡时效安全系数,在FLAC数值模拟软件中,通过对岩体抗剪强度参数先折减再流变、先流变再折减及强度参数随流变时步折减(老化理论)3种方式将流变分析与强度折减法相结合,实现了理想弹塑性与黏弹塑性分析的有机结合。研究了时效安全系数的物理意义,利用边坡特征点水平位移增量量化表征了岩体流变特性对稳定性的影响程度;采用岩体强度参数的初始瞬时值和长期强度值,计算得到了考虑边坡时效性安全系数的上下限值。结合黄山石灰石矿山工程实例分析得到:采用抗剪强度参数长期值和瞬时值进行流变分析的结果与现场实际监测数据误差较大,强度参数随流变时间折减时最大误差为5.03%,拟合度最高,模拟结果最接近工程实测分析,能够为边坡长期稳定性评价及滑坡预警预测提供理论依据;将边坡设计的永久性过渡到时效性,流变计算5 a,边坡的安全系数由1.35降低至1.25,表明未来5年边坡处于稳定状态。     

砂蜡物理性质及其破坏形式研究北大核心

通过研究不同配比情况下砂蜡混合物标准样的单轴压缩实验,测定分析了其力学特性,并对试样压缩破坏的破裂情况进行了分析研究。结果表明,在含蜡量较小时,砂蜡的单轴抗压强度与蜡含量基本呈线性关系。而循环加载情况下,抗压强度变化不大;含蜡量高的砂蜡强度较大而变形较小,随着蜡含量的升高,砂蜡的割线模量E_(50)和弹性模量Et都增大,砂蜡试样的泊松比也呈现出上升趋势;砂蜡试样与煤岩试样相同,单轴压缩变形破坏形式也表现为复杂多变,蜡含量多(8%~14%)的砂蜡试样中多发生A类脆性剪切破坏型、B类楔劈式破坏型,而蜡含量低(4%~6%)的砂蜡试样破坏形式以C类挤压粉破柔性破坏型为主。     

极地冻土低温力学特性及井眼坍塌风险分析*

为解决极地冻土区油气资源储量极大但其力学特性和钻井井壁失稳机理尚不清晰的问题,对冻土岩样开展低温三轴力学特性实验,并基于此开展钻井井壁坍塌失稳相关数值模拟分析。结果表明:冻土的极限强度会随温度的降低和围压的增大而逐渐提高;冻土弹性模量尽管会随温度的降低而增加,但受围压影响较小,而泊松比基本不受温度及围压的影响;冻土内聚力会随实验温度的降低得到较大幅度提升,但不同实验温度范围内温度对冻土内聚力的影响程度存在差异,实验温度高于-12.5 ℃时温度对冻土内聚力的影响较强;极地冻土储层钻井过程近井地带冰的分解会随钻井作业的进行而逐渐变慢,冰的最终分解前缘位置为0.079 6 m,井眼扩大率达到63.51%。研究结果可为极地冻土层油气资源钻井作业设计提供参考与指导。     

双风机并联机站局阻特性研究

为探究双风机并联机站局部阻力特性、完善机站局部阻力及其系数的计算公式,以实际矿井通风机站为工程背景,在分析机站流场能量损失机理的基础上,采用物理模型实验和数值计算相结合的方法,分析了机站入口分流、出口汇流的断面速度不均匀程度与机站阻力损失的关系,同时对不同宽高比的矩形断面进行多工况模拟。结果表明:断面速度不均匀性越大,速度分布重组造成的阻力损失越大;确定了机站局阻计算所需参数的合理测定位置,得出机站局阻系数计算时的综合影响系数Kc随风机工况增大而增大、随断面宽高比A增大而减小,并呈现较好的线性关系。研究结果可为多级机站通风系统通风阻力特性分析以及工程优化设计提供参考。     

坝体动力抗震及尾矿动力特性分析

为研究尾矿坝的动力抗震特性以及为抗震措施提供理论指导,以四川某尾矿库为例,分析了该尾矿坝在EI Centro地震波、汶川地震波和人工地震波作用下的位移、加速度、液化、安全系数的动力响应特性。采用GDS动三轴仪对该尾矿库的3种典型尾矿进行动力实验,研究结果表明:随着动剪应变幅的增大动剪切模量比逐渐减小,阻尼比逐渐增大;3种尾矿的动压缩弹性模量的倒数与动轴向弹性应变之间的关系为直线关系,在双对数坐标系中,平均有效应力与动剪切弹性模量的关系为直线关系;尾粉质黏土抗液化强度较低,应优化尾矿排放工艺使其尽量沉积到库尾。     

饱和层状尾砂动力特性研究*

为探究动力作用下尾砂液化破坏特性,基于某矿山尾矿库坝体分层尾砂,开展不同固结应力和层状结构条件下动三轴试验,分析层状尾砂动弹性模量、阻尼比及动剪应力比等动力参数与动孔压的变化规律。结果表明:固结应力对层状尾砂力学特性和动孔压变化趋势有较大影响,固结应力越大,动孔压增长越明显,初始增长斜率随固结应力增大而下降;尾粉土厚度一定时,固结应力越大,层状尾砂动剪应力比越小;固结应力为常数时,层状尾砂动剪应力比随尾粉土厚度增加先增大后减小,当尾粉土厚度为0,20,40,80 mm时,对应动剪应力比分别为0.33,0.35,0.38,0.28;尾粉土对孔隙水压力阻隔作用比尾细砂更明显,试样破坏所需振次随尾粉土厚度增加而增加。研究结果可为高烈度地震区尾矿坝地震液化研究提供理论参考。     

黄土深基坑降水诱发的地基附加应力和沉降简化计算

为预测黄土地区深基坑降水导致的地层不均匀沉降,确保坑周建筑物安全,基于弦线模量法、弹性半无限体理论和剪切位移法,将坑周土体以降水曲线为界分为疏干区和饱和区,综合考虑绕渗区内渗流力在水平方向的分量和桩-土界面侧摩阻力对土体的约束作用,推导降水引起地基附加应力和地面沉降的理论计算公式,将理论计算值与工程实际监测数据对比分析...     

基于不同强度等级混凝土的动力学特性研究

基于TAW-2000D电液伺服岩石三轴仪和直径75 mm的霍普金森压杆试验装置,得到了C25,C35和C45混凝土在静、动载荷作用下的应力-应变曲线,探讨了混凝土强度等级、动态峰值强度、峰值应变和应变率之间的变化规律。结果表明:混凝土准静态应力-应变曲线和动态应力-应变曲线在形态上存在明显差异,动态应力-应变曲线的峰值点随应变率的增大向右上方移动,线弹性阶段各曲线斜率变化不明显;动态峰值应力、动态弹性模量和峰值应变均存在不同程度的率相关性,并且混凝土材料的应变率敏感性随其强度等级的提高而增强;混凝土C45的各力学指标对应变率的敏感性最强,C35次之,C25的应变率敏感性最弱;推导了应变率与强度等级和冲击速率之间的经验公式,三者之间存在非线性变化规律。     

含水率对构造煤煤粒瓦斯扩散的影响研究

为了研究分析不同含水率对煤粒瓦斯扩散的影响，以平煤八矿构造煤为研究对象，利用瓦斯扩散试验装置，测定不同含水率条件下煤粒瓦斯解吸量，对比分析不同扩散模型，优选适合描述含水煤粒瓦斯解吸全过程的扩散模型，进而研究不同含水率对煤粒瓦斯扩散系数的影响。研究结果表明:相同时段下，干燥煤样的累计瓦斯解吸量最大，随着含水率增加煤样的累计瓦斯解吸量越来越小，水分的增加封堵了瓦斯扩散通道，在煤微孔隙内产生一定的蒸气压增大了瓦斯扩散的阻力使得单位时间内的瓦斯解吸量不断减小；通过3种扩散模型的对比发现幂函数模型在误差大小和稳定性方面都优于其他2种模型；利用该幂函数模型对扩散系数进行计算得出4种含水率对煤粒扩散系数的影响发现，扩散系数均经历前期快速下降和后期缓慢下降2个阶段，扩散系数随含水率的增大而减小且扩散速率趋于稳定。     

高水巷旁充填材料单轴压缩变形破坏与能耗特征分析

高水巷旁充填材料在煤矿沿空留巷工程中得到了广泛应用,水灰比对其力学性质关系密切。首先通过扫描电镜分析了高水材料的微细观形貌,其次通过 RMT-301伺服试验机对1.3~2.5∶1等6种水灰比的高水材料试样进行了单轴压缩试验,得到了各水灰比试样的全应力-应变曲线,分析了试样的变形特征、强度及破坏特征、能耗特征随水灰比变化的规律。结果表明,高水材料的微观结构为固、液、气构成的多孔海绵状结构;高水材料的变形特征与岩样相似,也大致可分为压密阶段、线弹性阶段、屈服阶段以及峰后应变软化阶段,弹性模量、割线模量和峰值强度等随水灰比提高多呈指数函数关系下降;随着水灰比增大,试样由脆性破坏逐渐过渡到延性破坏;随着水灰比增大,试样吸收的总应变能与可释放弹性应变能均呈指数函数关系下降,而耗散能变化幅度不大。     

冻融循环作用下受荷砂岩的能量演化与破碎分形特征*

为研究冻融循环作用对岩石力学特性的影响,对砂岩试件依次进行冻融循环处理、单轴压缩实验以及筛分实验,分析不同冻融循环次数下砂岩试件加载过程中的能量演化、分配规律以及破坏后碎屑尺度分布的分形特征,并讨论冻融循环作用的影响效应。结果表明:随着冻融循环次数的增加,单轴抗压强度和弹性模量均呈指数衰减的趋势,峰值应力点对应的耗散应变能及其与总能量比值表现出类似的变化规律。这些试件破坏后的碎屑尺度分布具有分形特征,分形维数在2.50~2.61之间。数据拟合进一步表明冻融循环作用下耗散应变能与分形维数之间呈显著的线性正相关关系,这是因为冻融循环次数越大使得砂岩试件的抗压强度越小,破坏所需的耗散应变能越小,试件破碎程度越不严重,导致相应的分形维数越小。