粉质混合碎石土中土工格栅拉拔阻力特性试验研究

土工格栅凭借其良好的加筋特性,在大型土工结构中得到了广泛的应用。然而土工格栅在粉土中的加筋效果并不理想。通过室内大尺寸土工格栅拉拔试验,针对不同的法向荷载和粉土中不同的碎石含量,对土工格栅受拉时的拉拔阻力特性进行了对比试验。结果发现:单纯提高法向荷载来增加格栅表面的摩擦剪切阻力的方法并不适用。在粉土中加入大粒径碎石,可以提高格栅横肋的被动阻力,但在竖向荷载较小的情况下,反而降低了格栅的整体拉拔阻力;而施加适当的法向荷载,抑制土体的剪胀效应,格栅整体拉拔力则得到了显著增强。该试验结果对土工加筋结构的设计具有一定的参考价值。     

格栅纵/横肋对筋-土界面拉拔特性的影响研究

为了研究格栅加筋土体复合材料的加筋机理,借助砂土中双向格栅的拉拔试验,综合研究了纵肋根数、纵肋长度、横肋数量和格栅裁剪方式等对筋?土界面作用特性和格栅横肋贡献率的影响。研究结果表明：无横肋时筋材拔出对应的极限拉拔力随纵肋根数增加近似呈线性增加,并随筋材单根纵肋长度的增加,筋材极限拉拔力对应的加载端位移增大;当筋材长度增加且大于临界长度时,摩擦阻力增量斜率降低;保持纵肋相同,增加横肋数量筋材极限拉拔力增加,且横肋端承阻力对拉拔力贡献率逐渐增加,受横肋位置影响横肋对筋材拉拔力贡献率的增幅逐渐降低;针对相同的 50% 横肋百分比,筋材裁剪方式对筋?土界面摩擦作用效果显著,格栅横、纵肋分布越均匀,格栅极限拉拔力越大,表明格栅网格均匀性是确保加筋效果的关键因素之一。     

返包式土工格栅加筋路堤现场试验与数值分析∗

结合一座土工格栅加筋路堤的建造施工,埋设土压力盒、柔性位移计等元器件,测试了路堤在施工过程中竖向土压力、水平土压力、土工格栅拉应变的分布规律,并在此基础上开展了加筋路堤的数值分析,研究了加筋路堤的变形与潜面滑裂面形态。结果表明：①土工格栅加筋路堤内竖向土压力随路堤填高的增加而增大,在沿土工格栅布设方向上竖向土压力呈“单峰”状分布,峰值出现在土工格栅中部附近;②坡面生态袋后水平土压力较小,且受路堤边坡侧向变形的影响明显,加筋体后的水平土压力随填土高度增加近似线性增大;③路堤内各层土工格栅主加筋部分的拉应变在布筋方向上也为“单峰”状分布,峰值一般都出现在距坡面 3.5 m 处;④坡面返包部分筋材的拉应变主要产生于上部相邻两层填土施工期间;⑤加筋路堤的潜在破裂面可简化为 0.35H 的折线型。     

刚性面板加筋土挡墙室内模型试验研究

在研制的室内模型箱中,进行不同筋材配筋率和铺筋层数下加筋土挡墙模型试验,不同拉拔速度筋-土界面原位拉拔试验,分析了配筋率和铺筋层数对加筋土挡墙变形及土压力的影响及拉拔速度对筋-土界面抗剪强度的影响。结果表明,挡墙顶部沉降在筋材与面板连接处及挡墙后部较大,挡墙中间部位沉降较小。随着配筋率和铺筋层数的增加,挡墙顶部沉降和刚性面板倾角变小,面板受到的土压力减小。加筋土挡墙最优配筋率为60%~70%。拉拔速度对筋-土界面黏聚力几乎没有影响,但筋-土界面摩擦角随着拉拔速度的增加有增大趋势,从而导致筋-土界面的抗剪强度增大。     

不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切特性研究∗

采用 GDS 界面剪切仪,开展不同剪切速率下吸力基础-黏土界面剪切试验,研究了沉贯过程中基础沉贯速率对吸力基础-黏土界面剪切特性的影响,分析了不同剪切速率、不同沉贯深度下的界面剪切特性。试验结果表明,吸力基础-黏土界面的抗剪强度随着法向应力的增加而增大,但随着剪切速率的增加而减小;界面峰值强度对应的剪切位移均在 1 mm 以内,且随着法向应力的增加而增大;界面凝聚力与剪切速率呈正相关,界面摩擦角则相反。在沉贯速率 1.0~1.2 cm/min 范围内,界面凝聚力增加幅度最大。摩擦系数在 0.27~0.34 变化,且随着沉贯速率的减小而增大,随沉贯深度的增加呈现减小趋势。     

块石空间定向性对土石混合体力学性质的影响

土石混合体作为一种土和石的特殊混合体,其宏观变形破坏及力学性质与块石的空间定向性密切相关。为了研究块石定向性对土石混合体变形破坏机理的影响,采用二维颗粒流软件中FISH语言编写算法生成不同角度的椭圆形块石,建立土石混合体二维颗粒流数值模型,分别进行了单块石和多块石条件下土石混合体双轴试验数值模拟,对其变形破坏机理进行了深入分析。结果表明:块石角度不同时,土体中裂纹萌生位置不同;随着块石短轴方向与最大主压力轴夹角增大,土石混合体黏聚力先减小后增加,内摩擦逐渐减小;在应力峰值前的应力平缓增长阶段,土体中裂纹迅速增长,在试样强度达到峰值后进入残余强度阶段,裂纹的增速也逐渐降低;块石角度不同时,土石混合体的剪切带破坏形式不同。     

土体约束特性对地下结构地震反应的影响研究

针对土体对地下结构的约束效应,从相对刚度、相对埋深和土与结构界面接触特性三个方面"研究土体约束特性对地下结构地震反应的影响规律。以大开地铁车站单层段为研究对象,以中柱层间位移角为结构地震反应评价指标,利用ABAQUS有限元软件建立二维整体时域动力有限元模型选取8种相对刚度工况、4种相对埋深工况和4个界面接触特性工况,分析地震动峰值加速度时刻地下结构的地震反应规律,结果表明:受土体约束特性的影响,相对刚度和相对埋深均存在一个抗震最不利范围在该范围内,地下结构地震反应最大;当接触界面摩擦系数f < tanp时,随摩擦系数的增大,地下结构地震反应增大;当摩擦系数f ≥ tanp时,摩擦系数的改变对地下结构地震反应影响很小。     

含贯通节理岩体锚固界面应力分布规律分析∗

在拉拔条件下,对全长注浆锚杆在含贯通节理岩体中界面应力分布规律进行分析研究。修订了无节理岩体界面剪应力分布函数,确定了一定条件下修订系数的取值,定义了应力传递参数C,采用有限差分软件Flac3d分析了其影响因子c、φ、ψ、β的影响作用。确定了主影响因子锚固角β,并且在修订公式中加入了锚固角β因子。分析了不同锚固角度下浆-岩界面剪应力的分布规律。结果表明,在带肋钢筋肋间处产生应力集中现象,注浆体起到了均化作用。在拉拔条件下含贯通节理岩体主要在锚端与节理面附近发生应力集中现象。上下部岩体浆-岩界面剪应力呈双曲线形式分布。浆-岩界面剪应力随着锚固角β减小,呈先减小后增大趋势。意味着当锚杆锚固角度在60°附近时,对岩体的锚固效果最好。     

筋‐土界面刚度软化对加筋土挡墙动力特性的影响∗

加筋土挡墙被广泛应用于公路工程、铁路工程、水利工程、边坡等支挡结构中,筋土界面的动力剪切特性对加筋土挡墙的稳定性和耐久性有重要的影响。采用室内直剪试验研究了不同剪切频率(1 Hz,2 Hz,3 Hz)和不同竖向压力(50 kPa,100 kPa,150 kPa)条件下粗粒土与格栅界面的循环剪切特性。通过对循环剪切试验数据的拟合分析得到了筋土界面剪切刚度变化的经验公式,然后编制fish语言将该公式导入FLAC3D软件。通过分析考虑筋土界面剪切刚度变化规律的加筋挡土墙三维计算模型,并与振动台试验的试验数据进行了对比验证,发现了考虑筋土界面刚度软化的模型更符合实际情况。采用验证以后的三维计算模型对地震作用下考虑筋土界面和不考虑筋土界面剪切刚度软化的加筋土挡墙动力特性进行了对比分析。结果表明:考虑筋土界面剪切刚度的软化对地震作用下加筋土挡墙有明显的影响,在地震峰值加速度为0.4g时,考虑软化后墙体水平位移比不考虑软化增大了8.8%,加速度放大系数比不考虑软化增大了1.76%,筋材的最大拉力比不考虑软化的减小了6.9%。因此筋土界面的剪切刚度软化对地震作用下加筋土挡墙的影响不可忽略。     

玄武岩纤维加筋膨胀土三轴试验研究

选取玄武岩纤维作为加筋材料,将3种不同百分比(0.2%、0.4%和0.6%)的玄武岩纤维分别掺入到膨胀土中配制试样。进行固结不排水三轴试验(CU),研究纤维加筋膨胀土在不同纤维掺量、不同围压下的应力应变特性和加筋效果。结果表明,加筋膨胀土的应力—应变曲线均呈应变硬化特征;随着围压的升高,加筋膨胀土的主应力差逐渐增大,加筋作用越好;在相同围压下,加筋膨胀土的主应力差随纤维掺量的增加呈先升高后降低的趋势,在纤维掺量为0.4%左右时达到最大值,相应的加筋效果系数也最大。加筋使膨胀土的内摩擦角变化不大,而粘聚力则有明显提高。     

博物馆‑展柜‑浮放文物系统地震滑移与摇摆响应分析∗

目前评估浮放馆藏文物的地震安全性时,未充分考虑博物馆-展柜-文物系统的影响,并通常忽略展柜的动力特性。考虑文物与展柜间浮放界面及结构的非线性、展柜的自振频率和等效为矩形刚体的文物,给出了博物馆-展柜-文物系统解耦的有限元建模方法。以受三条单向地震波作用的某四层框架结构为例,考虑位于地面及不同楼层的四种展柜,对发生纯滑移、纯摇摆及滑移-摇摆运动的三类文物响应进行了分析,并与纯滑移和纯摇摆文物的理论运动方程所得响应进行了对比验证。结果表明：频率为 10 Hz 的展柜中文物的滑移和摇摆响应最大,20 Hz、30 Hz 和刚体展柜中文物的响应接近;随着楼层升高,文物的最大滑移量和摇摆角均增大;文物发生滑移-摇摆运动时的最大滑移量与摇摆角分别小于相同摩擦系数下纯滑移和相同宽高比下纯摇摆的文物,并随着文物宽高比和摩擦系数的增大而减小。     

土岩界面地震波能量传递与耗散特性研究——以汶川8.0级地震为例

以汶川8.0级地震为例,应用应力波在弹性介质界面能量分配与反射和透射系数之间的相关性,得出地震波在不同介质中滞留能量的耗散比与介质波阻抗比和上层介质能量衰减比之间的关系。通过离散数值计算发现当能量衰减比一定时,两种介质的波阻抗比在某一特定值时上层介质滞留能量耗散比达到最大,该值随着能量衰减比的增大而增大。这一结论对地震山区的"剥皮型"滑坡提供了一种全新的解释,并得到了路堤工程宏观震害与面波测试资料的验证。     

非饱和黄土微观结构与黄土滑坡

原状黄土属于非饱和黄土,对非饱和黄土的微观结构研究对于研究黄土地区边坡的稳定性具有重要意义。通过研究区黄土的SEM图像的微观结构分析和利用Janbu法对典型黄土滑坡进行边坡稳定性的计算分析,认为该地区黄土的内部微观结构以架空结构和镶嵌结构为主,在大颗粒上附着的胶结物较少;随着深度的增加,土体上覆压力增大,土体具有明显的挤压变形现象;黄土体在天然状态下处于极限稳定状态,随着含水量增加,边坡稳定性下降,达到饱和状态时,处于不稳定状态;随着黄土地区经济的快速发展,人类水事活动和工程性经济活动广泛开展,人为因素逐渐成为诱发滑坡发生的主导因素。     

辽西风积土路基振陷研究及数值模拟

随着铁路车辆轴重增大、速度提高以及行车密度加大,长期行车必然使路基产生较大的累积塑性变形,因此对路基振陷的进一步研究已刻不容缓。本文主要以辽西高速铁路沿线的风积土路基为研究对象,取其原状土,通过室内常规土工试验获取风积土的基本物理和力学参数;根据试验结果,对风积土在长持时动荷载下的振陷量进行回归分析,进而得出预测振陷的方法;基于MIDAS软件,进行风积土路基在列车振动荷载下的振陷的数值模拟,根据模拟过程中参数的调整,得出风积土路基振陷量随参数的变化关系;最后,提出针对风积土路基抗振设计和隔振措施,进而得到用于指导风积土路基抗振和隔振措施的统一设计方法。     

浸水条件下树脂锚索锚固性能劣化试验研究∗

预应力树脂锚索运用于交通/水工隧道中,服役环境复杂、年限长,富水围岩区段锚固系统面临潮湿环境长期侵蚀,在浅析潮湿环境侵蚀机制基础上,开展室内试验测试树脂锚固剂水中浸泡后力学性能变化,研究浸水条件下树脂锚索锚固性能变化特征。研究结果表明：树脂锚固剂试样具有弱吸水性,水中浸泡后单轴抗压强度、弹性模量及泊松比出现不同比例下降,试样破坏形态以垂直贯通的主裂缝为主,周围分布数目较多的细小裂缝,表面局部出现块状体的脱落与分离;随着水中浸泡时间的增长,树脂锚索锚固试件拉拔破坏模式由混凝土劈裂破坏,出现树脂锚固剂?锚索黏结失效的索体拔出破坏,平均极限锚固力下降,锚索锚固性能逐渐劣化,试件劈裂破坏时树脂锚固剂?混凝土界面产生分离,索体拔出破坏时为树脂锚固剂?锚索界面滑移。研究揭示了隧道潮湿环境下树脂锚索锚固性能劣化规律现象,有助于加深对预应力树脂锚固系统后期稳定性变化的认知。     

压实黄土抗剪强度参数影响因素研究

为了进一步研究河南三门峡地区黄土抗剪强度的影响因素,采用应变控制式三轴仪对不同含水量、不同压实度下的重塑黄土进行不固结不排水三轴试验。试验结果表明:相同压实度下,随着含水量的增加,应力应变关系曲线由弱应变硬化向强应变硬化转变;粘聚力与内摩擦角均随含水量的增加而减小,粘聚力与含水量的变化呈明显负线性相关,内摩擦角与含水量无明显的相关性。相同含水量下,粘聚力与内摩擦角随压实度的增加而逐渐增大,且呈现出明显的指数相关。含水量对抗剪强度参数的影响比压实度大。对以上强度参数采用最小二乘法进行拟合,得出考虑含水率和压实度的抗剪强度相关关系式,能够较为准确的反映在某种试验条件下强度参数的变化规律,为实际工程应用和数值模拟提供依据。     

降雨条件下坡面细沟侵蚀模型及临界坡度研究

分析了坡面侵蚀影响因素,采用水力学计算公式,建立降雨条件下,坡面细沟侵蚀模型。对坡面松散颗粒启动和土块启动进行分析,得出了坡面侵蚀临界水深条件。并对侵蚀速率及其影响因素进行探讨,得出当侵蚀速率大于零时,坡面侵蚀能力随着坡度的增大而增大,当侵蚀速率小于零时,坡面抗侵蚀能力随着坡度的增大先增大后减小,存在一个临界坡度θ_m,临界坡度一般在7°~24°之间,受内摩擦角的影响显著,随着内摩擦角的增大而增大。同时,基于侵蚀速率、侵蚀方式和临界坡度,将坡面划分为强烈侵蚀区、稳定侵蚀区和弱侵蚀区三个阶段,从力学的角度,揭示了坡面演化过程中的一些现象。     

地震作用下西安耶柿村滑坡稳定性模拟评价

地震是造成边坡失稳的最主要因素,尤其是强震往往会造成大量的滑坡发生,放大地震灾害造成的人员伤亡和财产损失。本文选取耶柿村滑坡为典型案例,研究其在汶川地震对其演化的影响,并针对不同地震烈度情况,研究其稳定性情况,为该滑坡风险评价和防控提供参考。结果表明:随着地震动峰值加速度的增大边坡稳定性逐渐降低,安全系数最大降低幅度可达50%。耶柿村滑坡仅在大震作用下稳定性不高,会发生失稳,中震作用下稳定性较低,表层堆积体可能会发生了局部失稳,小震作用下稳定性较高。尤其是在加速度峰值为0.12g的地震动荷载作用下,该滑坡最大水平位移为10.1 cm,水平应力与剪应变均变化明显,都有增大趋势,水平总应力最大值出现在基覆界面处,在该震动作用下,该滑坡具有整体失稳的可能性,提出了该滑坡防控对策。     

极端降雨对边坡土体强度的影响及其稳定性分析

降雨是影响边坡稳定性的重要因素。在分析重庆市1951—2015年降雨特征的基础上,以重庆市某高速公路高填方路基边坡为研究对象,分析了极端降雨对边坡土体基质吸力、强度和边坡稳定性的影响。结果表明:在降雨的初期,极端降雨对边坡土体基质吸力的影响较大,随着入渗时间的持续,基质吸力呈现出降-升-降特征;当土体入渗稳定时,基质吸力趋于稳定;降雨入渗对边坡土体内聚力有小幅增大作用,对内摩擦角则具有减弱作用,其平均值可降为初始内摩擦角的0.68倍;降雨入渗降低了边坡的稳定系数,但降雨入渗稳定后,边坡的稳定系数趋于稳定。     

中线法堆坝尾矿料的动力特性实验研究

以云南迪庆羊拉铜矿的尾矿料为研究对象,通过大量动力三轴试验,研究了中线法堆坝工艺所要求的不同粗粒含量尾矿砂的动力液化特性。结果表明,粗粒含量对尾矿砂的动力特性具有重要影响,粗粒含量变化与尾矿料动应变和动孔压变化特性之间存在紧密的相关性,随着粗粒含量的增加,尾矿砂动强度总体上呈增大趋势;动孔压的增长特性也具有类似规律,但三者在动应变达到5%时,其值均远小于围压。动应力对动应变影响显著,应力幅值越大,达到破坏标准的振次越少;动强度则随着固结压力增加而增大;而固结比Kc对动强度的影响不是单一的增大或减小,Kc=1.5时,其动强度比Kc=1.0,2.0的都大。试验同时表明,粒径组成粗细兼顾,级配良好的尾矿砂通常比粒径单一的粗尾砂具更好的抗液化性能,在通过提高粗粒含量来增大尾矿砂抗震性能时,还应考虑颗粒级配特性的影响。