用固体力学化学理论研究岩土的力学化学行为—以成都龙泉紫色为例

根据固体力学化学理论，提出用化学动力学方法研究岩土破坏及滑坡形成的机理，并以成都龙泉紫色土为例研究了在力与水协同作用下易滑土层的力学化学行为。实验表明，土长期抗剪强度降低的幅度与溶液的pH值有关，土的溶解速度与易溶盐含量有关，且溶解曲线略呈“S”型。这 初步证明了龙泉紫色土破坏的力学－化学效应及其可能存在的自催化趋势。通过实验了解了力与协作作用导致 土破坏的力学化学规律，并将定量求滑面长期抗剪强度与反应机理研究结合起来，为定量评价地下水和应力对岩土破坏机理这一滑坡学关键问题打下基础。     

化学及干湿循环作用下泥灰岩损伤劣化特性分析北大核心CSCD

库岸岩质边坡底部受水的化学腐蚀及水位变化形成的干湿循环影响,其强度远低于一般岩体。泥灰岩作为一种强度较差的特殊岩体,更易受到地质、水文等因素的联合破坏。对三峡库区巫山段常见的泥灰岩进行化学溶液浸泡及干湿循环作用,开展单轴压缩试验、直剪试验、电镜扫描试验、数值模拟,并采用PSO-BP神经网络对抗剪强度参数进行预测。研究结果表明:泥灰岩在化学及干湿循环作用后的受力变形经历着裂纹起裂-扩展-延伸-破坏四个阶段,破坏时的裂纹扩展路径呈现多向发展的趋势;岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力在酸性增强及干湿循环次数增加后都有明显下降,这主要与其内部结构、矿物组成有关,干湿循环作用下的热胀冷缩及化学作用下的腐蚀,加剧了泥灰岩内部裂隙扩展、孔隙增大;PSO-BP神经网络能较好地预测泥灰岩抗剪强度参数在不同pH值、不同干湿循环次数下的值,误差较小,可将该方法运用到类似案例分析中。     

黄土高原小流域坡沟系统降雨型滑坡侵蚀特征

通过野外对坡沟系统分峁坡和沟坡采样,及原状土室内干密度测定和不同含水量下抗剪强度力学实验,得到了峁坡和沟坡土壤干密度随高程的变化规律,建立了小流域坡沟系统土体的抗剪强度随含水量的变化规律,为小流域土壤侵蚀定量计算和降雨型滑坡侵蚀预报模型参数的确定提供参考.     

降雨诱发顺层岩质及土质滑坡动态预警力学模型

对于降雨诱发的顺层岩质滑坡,当滑坡后缘有裂隙存在时,水通过裂隙渗入坡体内部导致滑带土的软化和抗剪强度减小,同时,由于裂隙水的静水压力以及扬压力的影响,滑坡体稳定性随降雨而动态变化;对于降雨诱发的土质滑坡,坡体的增重和滑面的抗剪强度降低使滑坡体稳定性不断变化。通过考虑岩质滑坡后缘裂隙静水压力、扬压力、滑面软化的动态变化过程以及土质滑坡浸润面高度、软化作用的动态变化过程建立了这两类滑坡的稳定性系数预警模型,并验证了模型在顺层岩质滑坡中的准确性。     

基于因子分析和BP神经网络的滑坡抗剪强度参数取值

滑坡抗剪强度参数取值是一直困扰滑坡防治工程设计的一大难题,目前其研究方法主要有试验法、反分析和统计分析法,但都没有考虑其他基本物理力学参数的影响。为此,提出了以某一区域工程地质条件相似的滑坡基本物理力学参数为基础,采用SPSS数学分析软件分析滑坡各基本物理力学参数与抗剪强度的相关性,筛选出对滑坡抗剪强度影响较大的因子;然后采用BP神经网络模型研究区域滑坡抗剪强度与影响因子的网络结构,并以建立的神经网络结构对该区域的滑坡抗剪强度参数进行估算;最后以万州区滑坡为例进行分析和验证。研究结果表明,采用神经网络计算的结果与滑坡试验得到的结果误差基本都在5%左右,精度较高。     

降雨诱发型残坡积土滑坡形成机理分析

以马家村滑坡为例,用有限元方法分析了降雨入渗条件下残坡积土斜坡的暂态非饱和渗流场,用极限平衡方法分析了残坡积土斜坡的渗流稳定性。分析了斜坡结构、临空面、降雨对斜坡变形与稳定性的影响,分析了降雨诱发残坡积土滑坡的过程。降雨诱发残坡积土滑坡的机理为:降雨入渗使残坡积土斜坡中形成软弱带;坡脚开挖使斜坡坡面出现拉张裂隙;降雨使坡面裂隙中充满水,导致斜坡土体饱和,抗剪强度降低,同时产生动水压力,不利于斜坡的稳定;当斜坡的下滑力大于抗滑力时发生滑动。     

舟曲某千枚岩与砾石土质高边坡现场剪切试验及稳定性分析研究北大核心CSCD

拟建边坡工程地层主要为表层第四系坡积物、志留系千枚岩相变质岩。为了研究该边坡岩层的力学特性,选取2个典型地段采用平推法进行现场大型剪切试验。结果表明:现场剪切试验成果客观地反映了试验对象的基本性状和实际情况;强风化千枚岩的剪切特性和剪胀剪缩特性与其风化程度和岩体的完整性有关,当岩体完整、风化程度低时,岩石力学性质明显,其剪切破坏为脆性破坏,并表现为持续剪胀;当风化严重、岩体破碎时,表现出某些土的力学性质,呈塑性破坏,且表现为先剪缩后剪胀;砾石土抗剪强度与含砾石量有关,含砾石量越大,抗剪强度越高,其在低法向应力下表现为剪胀,在高法向应力下表现为先剪缩后剪胀。通过使用不同方法获得的抗剪强度参数对边坡进行稳定性分析,得出了现场大型直剪试验的成果更有利于边坡稳定性分析和加固工程设计的结论。     

舟曲某千枚岩与砾石土质高边坡现场剪切试验及稳定性分析研究

拟建边坡工程地层主要为表层第四系坡积物、志留系千枚岩相变质岩。为了研究该边坡岩层的力学特性,选取2个典型地段采用平推法进行现场大型剪切试验。结果表明:现场剪切试验成果客观地反映了试验对象的基本性状和实际情况;强风化千枚岩的剪切特性和剪胀剪缩特性与其风化程度和岩体的完整性有关,当岩体完整、风化程度低时,岩石力学性质明显,其剪切破坏为脆性破坏,并表现为持续剪胀;当风化严重、岩体破碎时,表现出某些土的力学性质,呈塑性破坏,且表现为先剪缩后剪胀;砾石土抗剪强度与含砾石量有关,含砾石量越大,抗剪强度越高,其在低法向应力下表现为剪胀,在高法向应力下表现为先剪缩后剪胀。通过使用不同方法获得的抗剪强度参数对边坡进行稳定性分析,得出了现场大型直剪试验的成果更有利于边坡稳定性分析和加固工程设计的结论。     

降雨作用下浅层碎石土滑坡解体破坏机理研究

为了揭示浅层碎石土滑坡的变形解体破坏机理，通过资料搜集整理与分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验，采用数理统计分析方法、不平衡推力法和不分离接触弹塑性有限元强度折减法，获得了滑坡的整体稳定性系数；运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论，分析了该类型滑坡的变形解体破坏过程，揭示了强降雨作用下浅层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机理和一般的力学机理。结果表明，浅层碎石土滑坡的解体破坏过程中，滑体位移、滑体沿滑面滑动状态和塑性应变的发展以及滑面上摩擦应力的发挥程度是不一致的；强降雨是浅层碎石土滑坡体发生失稳的主要触发因素；采用弹塑性接触有限元算法可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程，为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

滑移孤石稳定性分析及失稳过程研究——以四川省马边县某孤石为例∗

停留在高陡山坡且部分埋入土体的大体积独立崩积物——孤石,在降雨和地震等不良地质情况下会发生失稳破坏并威胁坡脚居民的生命财产安全,独立滑移破坏为孤石的一种主要破坏形式。为了探究独立滑移孤石的滑移力学原理,分析土体物理力学参数对孤石滑移失稳的影响。基于库伦土压力理论,建立上部楔形体土压力计算模型、下部楔形体模型和左右土体模型,使用Mathematics软件分析模型公式中的抗剪强度、黏聚力和滑裂角等对土压力的影响,并使用Flac3D有限差分法分析滑移孤石的失稳过程。结果显示,上部土体所提供的下滑推力随着抗剪强度和黏聚力值的增大而呈减小趋势,下部土体模型能承受的孤石最大推力约19 kN,当孤石推力大于19 kN时,孤石下部土体将以29.22°的滑裂角滑出;下部土体所提供的抗滑力随着抗剪强度和黏聚力的增大而增大,有限差分法模拟得到了孤石以推动表层土体向临空面滑移的方式失稳。孤石周围土体的抗剪强度和黏聚力对孤石稳定性具有控制作用,降雨使抗剪强度和黏聚力降低是孤石滑移失稳的主要原因。     

非饱和黄土土水特征及其强度指标

以多种理论模型对非饱和土三轴仪实测数据进行了拟合评价;并在此基础上,引入非饱和土最新理论,反演和解析了土体脱湿与吸湿条件下的边界土-水特征曲线、渗透系数函数以及吸应力特征曲线;进一步从强度本构入手,结合不同基质吸力的三轴剪切试验结果,探究了基于吸应力的强度特性。研究结果表明:非饱和土三轴仪所测数据点及其三种模型拟合曲线均落在水力边界曲线(SWCC、HCF、SSCC)范围之内,表明了试验结果的正确性和合理性,以及非饱和土中水分的能量和数量的关系因路径差异而具可变性,即基质吸力不再是含水率的单值函数,而是一个范围体系;同时采用吸应力特征曲线的统一有效应力原理来描述土体在非饱和条件下的抗剪强度性质是合理的、普遍有效的,并且验证了土体处于饱和或者无基质吸力时,吸应力不为零,此时的吸应力对应的是土体在剪切破坏时的表观粘聚力这一结论。     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究(Ⅱ)

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测,还是最近一系列高技术常规局部战争中钻地炸弹对地下坚固目标的破坏,在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下,都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述,定量上的确定存在数量级的误差,尤其是爆炸和冲击的近区,误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征,不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关,而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概述了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响,并简述了其研究的新趋向。     

抗震液化的总应力合成分析方法

基于总应力动力分析法,运用二维显式有限差分程序FLAC对某大坝在地震荷载作用下的动力响应进行模拟分析。编制了分析大坝液化的数值模型的分析模块并与FLAC接口。分别考虑了水平、竖向地震荷载以及两个方向的耦合和不同水位深度对大坝动力特性的影响,得到了大坝在地震荷载作用下液化区域和位移矢量的分布态势。     

盐渍土与混凝土衬砌冻结强度直剪试验研究∗

盐渍土、冻土作为特殊土一直是岩土工程领域研究的热点,但盐渍化冻土与结构之间的相互作用却鲜有报道。为研究山东季冻区、盐碱地渠系工程破坏问题,开展了氯盐、硫酸盐渍土在不同含盐量、不同法向应力条件下与混凝土衬砌冻结接触面的直剪试验研究。结果表明:冻结接触面剪切破坏的性状与含盐类型和含盐量均有关,随氯化钠含量的增加,破坏性状由脆性破坏转为塑性破坏,且氯化钠含量约为2%时是破坏性状的转折点,硫酸钠含量的增加,不会改变接触面的脆性破坏性状;初始冻结强度来源于接触面上冰晶的胶结作用,随含盐量的增大,冻结强度降低,且含盐类型对冻结强度影响不同,氯化钠比硫酸钠对初始冻结强度降低作用更显著,当氯化钠含量接近2%、硫酸钠含量超过4%时,接触面完全丧失初始冻结强度;随着含盐量的增大,内摩擦角由不变到开始减小,黏聚力由开始降低到趋于稳定。     

土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

爆炸荷载作用下岩石的变形与破坏研究(Ⅰ)

无论是矿山工程、隧道工程中钻孔爆破效率的提高、工程爆破领域爆破振动参数的预测,还是最近一系列高技术常规局部战争中钻地炸弹对地下坚固目标的破坏,在不考虑岩石中强爆炸引起的光子和电磁辐射等极端效应情况下,都亟待要求对岩石中爆炸引起的应力、变形及其它运动参数和破坏效应作出比较准确的评估。目前对此问题的研究尚只能达到大致的机理及景象的定性认识和描述,定量上的确定存在数量级的误差,尤其是爆炸和冲击的近区,误差更大。其原因在于岩石中爆炸产生的变形和破坏特征,不仅与作用时发生相应的物理及力学运动密切相关,而且强烈地受岩石自身构造缺陷水平及其变化的制约。本文概述了爆炸作用下岩石的动力变形与破坏研究之现状。研究中考虑了岩石的构造特点及其对基本力学性状的影响,并简述了其研究的新趋向。     

强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用

将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。     

高分子稳定剂改良河道岸坡表层砂土水稳定性试验研究∗

针对河道岸坡表层砂土水稳定性问题，采用高分子稳定剂对砂土进行改良，结合浸泡崩解测试法和浸泡剪切测试法对改良砂土的水稳定性进行一系列的试验研究，并对砂土改良前后的水稳定性进行对比分析，并结合微观扫描电镜对改良机理进行分析。研究结果表明：稳定剂可以提高河道岸坡表层砂土的水稳定性。改良砂土随着稳定剂含量和密度的增大，崩解后的散开面积减少，当稳定剂含量达到0.3%时，试样呈现稳定状态。改良砂土试样在200 kPa轴向应力下的剪应力峰值整体上随稳定剂含量和密度的增加而增加。改良砂土的水稳定系数K随着稳定剂含量和砂土密度的增加而增大；当稳定剂含量大于3%时，改良砂土的稳定系数K均达到90以上。高分子稳定剂作为一种土体改良材料，与水混合后加入到砂土中，可填充砂土颗粒间的孔隙，包裹和连接砂土颗粒，形成一个整体的网状膜结构，提高砂土的水稳定性能。研究结果可为河道岸坡有效治理提供一定的参考。     

不同含水率状态下黏性土-混凝土界面剪切特性室内试验研究

利用青岛理工大学自行研制的恒刚度直剪仪,完成了18%、20%、25%、28%共4组不同含水率黏性土与混凝土大型直剪试验,重点对不同含水率和法向应力下剪应力—剪切位移关系曲线进行分析,探讨了含水率的变化对黏性土与混凝土界面力学特性的影响规律。试验结果表明:黏性土与混凝土界面的剪应力—剪切位移关系曲线受到含水率变化的影响。当含水率较高时,界面剪应力达到峰值后剪切变形表现为典型的弹塑性变形;当含水率较低时,界面剪应力—剪切位移关系曲线呈现出折线型关系。界面抗剪强度随含水率的增大而减小,但抗剪强度与法向应力始终保持线性关系,黏聚力受临界含水率25%左右的影响,小于临界含水率时,黏聚力随含水率的增大而增大,大于临界含水率后,黏聚力随含水率的增大而减小;摩擦系数受含水率的影响较小,变化幅度仅为5.5%。