露天矿土质路面产尘机理初探

本文介绍土体的理化特性及矿物组成，分析土质路面的产生机理，对固土防尘方法选择有一定意义．     

重金属元素对工程性质的影响

随着工程建筑精细化的加强,影响工程建设安全的因素不仅仅局限于以往狭义的工程安全问题,而是深入到了重金属污染等因素对工程性质的影响领域。本文对未污染土体、不同程度的Cr~(3+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)污染土进行了物理性质、固结压缩性质、强度性质及微观结构的土工实验,总结了在不同条件下污染土固有属性的变化,这对后期在该区域开展工程建设时考虑工程安全因素方面起到了重要的指示意义。     

基于微结构指标主成分分析的沉桩挤土效应研究

前期研究已认识到,土的宏观力学性质及其表现从本质上应取决于土的微观结构.在结构性较强的软土中沉桩,桩周土体内部结构会发生显著变化,土体的强度与变形性质是这种内在变化的宏观表现,研究土体微观结构与宏观力学行为变化之间的关系,对认知土体的力学性质,从微观出发去认识沉桩挤土效应的机理,指导工程实践具有重要地理论和现实意义.本文基于天津滨海地基土实际静压桩工程,在沉桩的不同时刻、沿桩身的不同位置取桩周土体原状土样进行室内三轴固结不排水剪切试验,得到土体强度指标参数,同时进行对应的微观结构试验,得到垂直与水平方向的10个微结构指标.采用主成分分析方法,在微结构指标中提取3个主成分,较好地分析了土体微结构特征.研究表明:3个主成分与黏聚力之间存在较好的相关关系,而与内摩擦角之间的相关性相对较弱;第一主成分对各微结构信息的提取比较充分,第二、第三主成分是对第一主成分未反映信息的进一步补充.同时主成分分析表明,土体微结构性质对强度性质起控制作用,在沉桩过程中,近地表和下部土层宏观力学指标表现出了相反的变化规律.主成分分析方法较好地表述了土体的微结构性质,为进一步从微观入手解释沉桩挤土效应机理提供了有力依据.     

埋地管道应力的数值分析

研究管道与土体之间相互作用对于管道防震减灾工作具有重要意义,为了研究地下管道所受应力的影响因素,通过改变管径、埋深、土体强度、摩擦系数建立了不同的模型。结果表明:相较于管径和管土间摩擦系数,管道埋深和土体强度对管道应力有较大影响,因此在施工过程中,除了埋深,更应注意管道地基土和回填土的选择。     

1880热轧带钢工程加热炉区深基坑围护及土体位移有限元分析

软土地基深基坑开挖过程中,由于降水质量、基坑围护不同,或者土方开挖工况选择不当,常会引起土体位移,对管桩产生较大的土压力,出现基坑滑坡、桩身偏斜等质量事故,特别是大面积群桩整体位移,对工程本身将造成较大的经济损失和工期延误.采用桩土共同建模,桩土单元之间位移协调的有限元方法,将桩土单元集成总体刚度矩阵整体分析,对宝钢1880热轧带钢工程加热炉深基坑开挖过程进行研究,对比计算了基坑开挖对土体侧移和土体应力分布的影响,对施工工况的设计具有参考作用.     

根土复合体材料的抗剪强度特性研究进展

在我国经济快速发展的进程中,自然地质作用与人类工程活动产生了大量的边坡,对人民生命财产造成了极大的威胁。为了有效地解决这类灾害,国内外学者开展了大量植物护坡技术的研究。植物护坡技术是利用植物根系与土体之间的紧密缠绕,起到提高边坡土体的抗剪强度,增强边坡浅层土体稳定性的作用。论文着重从植物根系的分布、根径大小、根数和土壤含水率、干密度等方面总结草本植物与木本植物根土复合体抗剪强度的变化,分析了植物原状土与重塑土的抗剪强度特性之间的差异性,并简要论述植物加筋理论力学模型的研究现状,最后对根土复合体抗剪强度研究的发展前景提出了几点展望。      

压力型锚索锚固段荷载传递特征及影响因素研究

为了研究土层压力型锚索锚固段的荷载传递特征及滑脱过程,在理论分析的基础上推导出压力型锚索在外荷载作用下的剪应力和轴力分布规律公式,详细分析了各影响因素对轴向力和剪应力的影响程度。研究结果表明：锚索锚固段的剪应力和轴力分布函数均为幂函数;剪应力和轴力大小及分布范围取决于锚固力,并与锚固体直径、锚固体弹性模量和泊松比、土的压缩模量和泊松比以及锚固体和土间界面的摩擦角有关;预应力锚索锚固段的最大剪应力位置仅与锚固体直径、土体性质、锚固体材料参数和半径有关;锚固体直径的大小对剪应力和轴力均有显著影响;在不同荷载作用下,锚固体界面剪应力的分布形式、范围和峰值位置均相同。现场原位试验结果表明：理论分析结果与工程实践结果吻合性较好。研究结果可为分析土体锚固工程的受力状态及优化设计提供依据。     

裂隙岩体的渗流特性研究

砂及土体的渗流特性可由达西定律得到很好的描述。但对于岩体,因其内部裂隙的交叉贯穿分布致使岩体的渗生复杂化。Ｄｉｅｎｅｓ提出的裂隙统计成功地解释了岩体中发生的渗流现象。笔者在此基础上建立起一个新的渗流模型,着重考虑了３个因素,即：流体通过第五裂湎的平均流量;单位体积内裂隙的数密度裂隙贯通程度（比例）。根据随机理论与流体通过单一裂隙的水动力学理论,获得了渗透率的积分表达式,其形式与各向异性介质中的达西     

大气干湿循环作用下矿山边坡的稳定性研究

矿山边坡工程中滑坡现象的产生与降雨条件联系紧密,降雨条件变化改变土体干湿状态,可以导致土体强度大大降低,进而成为触发边坡失稳破坏的主要因素。针对雨水在矿山边坡中的渗流问题,从数学模型、数值模拟和试验研究三个方面对近年来国内外降雨作用下边坡的研究成果进行梳理总结,探讨了目前进行降雨边坡的进一步发展需要解决的关键问题。     

粘粒含量与自由膨胀率对矿山岩土工程条件的影响

粘粒含量与自由膨胀率对矿山岩土工程条件的影响较明显,因此研究粘粒含量与自由膨胀率之间的相关性对进一步分析矿山岩土工程具有积极意义。影响膨胀土自由膨胀率的因素较多,但均与膨胀土中含有大量的蒙脱石、伊利石等亲水性矿物有关,同时与土体的常规物理性质指标有关。基于此,本文选取膨胀土中粘粒含量为研究指标,通过分析粘粒含量与自由膨胀率之间的关系,从而为岩土工程实践提供指导。研究结果表明自由膨胀率随粘粒含量的增加而增大,但两者之间并不呈现出线性关系。     

多相混合渗流理论研究

针对现有多相渗流理论假设各相均为连续相、无相间交换,不能表征相对渗透率端点附近出现非连续相,未能考虑多相混合、界面作用、相间传质传输等多相掺混复杂流动的问题,本文把多相渗流流体作为一个总体即混合流体,研究多相流体在多孔介质中传输,包含不相溶、相界面变化、相间传质传输、混合相,搞清各相间交换关系和流动机制,即多相混合流动规律。首先基于平衡热力学第一、第二定律,考虑渗流过程中的多相体系平衡条件,推导出了渗流过程中多相体系平衡热力学关系式,之后运用多相流体全质量守恒定律和渗流过程中多相体系平衡热力学公式,建立了多相流体混合渗流理论模型,分析了多相混合渗流理论与传统多相渗流理论的关系,提出了多相混合渗流的理论。指出多相体系流体总的渗流速度不仅与压力梯度成正比,还与多相体系混合渗流程度有密切关系,其中混合渗流程度是饱和度、界面张力、压力梯度和孔隙度的函数。研究结果表明,多相混合渗流理论深刻地反映了多相流体混合渗流的本质,揭示了多相流体混合渗流的内在作用变化规律,弥补了多相渗流理论用单相达西定律推广到了多相渗流中的不足,多相混合渗流理论涵盖了传统多相渗流理论,具有重大的理论意义和应用价值。      

Mechanism Controlling Permeability Change in Clays due to Changes in Pore Fluid

When a water-saturated clayey soil is leached with an organic fluid such as heptane, it has been found that under some conditions the hydraulic conductivity (or the permeability) increases manyfold. While it is generally agreed that physicochemical changes (e.g., compression of double-layer thickness) and the consequent alterations to the internal fabric (e.g., shrinkage of clusters) are responsible in most cases for such an increase, the underlying mechanism is not clearly understood. Two possible mechanisms are (1) formation of a few macrocracks due to shrinkage of clusters and (2) uniform increase in intercluster porosity throughout the volume of the soil due to shrinkage of clusters. The objective of the study presented here is to examine the most plausible mechanism of permeability increase caused by leaching. With the aid of Olsen’s permeability equation based on the cluster model, Poiseuille’s law for laminar fluid flow between two parallel plates, physicochemical theories, and experimental permeability data, it is shown that the formation of macrocracks is the most plausible mechanism of permeability increase.     

颗粒迁移和离子吸附对粗粒土渗透性的影响试验研究

为了研究颗粒迁移和氨氮离子吸附对粗粒土渗透性的影响,利用渗透仪对3种不同细粒含量的花岗岩全风化粗粒土进行渗透试验.研究3种土样分别在蒸馏水和硫酸铵溶液环境中的渗透系数变化规律.结果表明,在蒸馏水渗透环境中,随着土样中细颗粒含量的增加,颗粒迁移对土样渗透性的影响将有所减弱;在氨氮溶液环境中,氨氮吸附对细颗粒含量更高土样的渗透性影响更为明显;随着渗透时间延长,不同溶液环境中土样的渗透系数趋于一致,表明细颗粒迁移对土样渗透性的影响较氨氮离子吸附更强,但离子吸附对渗透系数降低具有一定的延迟效应.在此基础上,讨论土样在渗透过程中渗透性的演变机理,表明颗粒迁移造成土样下游孔隙堵塞,以及氨氮离子吸附造成颗粒表面水化膜厚度的变化,均是引起土样渗透性变化的主要原因.      

多孔介质细观流动理论研究进展

首先,从理论分析、实验研究和数值模型三个方面概述了当前多孔介质细观流动的研究现状,重点围绕纳微孔隙中流体流动界面作用与细观力学特性关系及表征、细观?宏观网络仿真模拟、细观尺度流体（油/水、气/水）流动细观动力学机制及数学模型等关键问题展开论述。在此基础上介绍了当前细观流动界面作用与细观力学特性研究情况,明确了细观尺度流体非线性流动机理,构建了反映微观力作用下细观尺度流动的数学模型,形成了网络仿真模拟方法。将为非常规油气开发过程中揭示影响流动细观成因,进一步阐明不同条件下的动用机理,确定高效开发方法提供指导,同时促进渗流力学学科的发展,具有重要的理论和现实意义。      

THMC多场耦合作用下岩石物理力学性能与本构模型研究综述

岩石多场耦合作用的研究已经开展了数十年,包括岩石在单一物理场、两场耦合或三场耦合作用效应的研究。然而深部矿产资源开采和地下空间开发中岩体的赋存环境非常复杂,岩体在高温、高渗透压、高应力及复杂水化学环境中将发生温度–水流–应力–化学（THMC）多场耦合作用。综合分析岩石多场耦合作用下的裂隙演化、变形力学机制、力学本构和耦合模型构建等方面的研究,在分析岩石强度理论的基础上得出岩石多场耦合本构模型以及岩石蠕变本构模型。不同行业对岩石多场耦合作用的研究重点存在一定的差异,岩石多场耦合作用不仅涉及到矿产资源开发、油气田开采、地热资源开发等资源能源领域,其在水利水电工程、高寒工程、地下工程、地下核废料处置及深埋能源储库等领域也是研究的重点。岩石在高应力、水流、高温和化学作用下,不仅会发生耦合作用,而且会对岩石本身的物理力学性能产生影响。分析研究多场耦合作用下岩石的力学性能对于预防事故发生和保障工程安全开展具有重要的现实意义。最后探讨分析了岩石多场耦合研究的重点、难点和今后研究的方向,为工程实践和相关问题的解决提供参考。      

酸法地浸采铀多井系统中渗透系数时空演化模拟

为了解酸法地浸采铀过程中含矿含水层渗透系数时空演化规律,通过数值模拟的方法建立了由两组五点型地浸抽注井构成的二维反应动力学模型,模拟酸法地浸采铀中孔隙度-渗透系数时空演化过程,探讨含矿含水层渗透系数时空演化规律。模拟结束时模拟区域内渗透系数区间为[5.37 m/d, 14.7 m/d]。通过渗透系数时间演化结果可知,在渗流作用和化学反应前锋不断向抽液孔推进,渗透系数发生变化的区域随时间不断增大,模拟区域内渗透系数区间值随时间不断增大,模拟结束时6个注液孔周围的渗透系数演化情况差异较小;矿层内渗透系数大于初始值的范围为注液孔中心相距约3 m（占抽注半径1/10）处的圆柱体内,渗透系数最小值出现在与注液孔中心相距约5.66 m处的圆周上,含矿层内大部分区域的渗透系数均小于初始值,根据模拟结果渗透系数最小值可能出现在与注液孔距离抽注半径的1/6~1/5区域内。      

应力—渗流耦合作用下损伤岩石渗流特性

地下矿产资源开采过程中,频繁的应力扰动会对深部硬岩造成一定的损伤。硬岩内部孔隙和裂隙在高地应力和高渗透压的状态下迅速扩展贯通,严重威胁岩体工程的安全和稳定性。针对损伤花岗岩开展了一系列应力—渗流耦合试验,结合CT扫描,考虑渗透压、围压和损伤程度等因素的影响,综合分析了损伤岩石在应力—渗流耦合作用下的力学和渗流特性。试验结果表明：随着损伤程度的增加,岩样孔隙及裂隙体积呈现出从平缓增加、稳步增加到急剧增加的变化趋势;在围压相同的情况下,岩样的峰值强度随着渗透压的增加呈线性减小,渗透压对损伤花岗岩的强度具有明显的弱化效应,且弱化程度与围压无关;损伤程度越大,裂隙发育程度越高,渗透率越大,同时,孔隙及裂隙的发育程度可用于表征渗透率的大小。     

Effect of Soil Permeability on Centrifuge Modeling of Pile Response to Lateral Spreading

This paper presents experimental results and analysis of six model centrifuge experiments conducted on the 150?g-ton Rensselaer Polytechnic Institute centrifuge to investigate the effect of soil permeability on the response of end-bearing single piles and pile groups subjected to lateral spreading. The models were tested in a laminar box and simulate a mild infinite slope with a liquefiable sand layer on top of a nonliquefiable layer. Three fine sand models consisting of a single pile, a 3×1 pile group, and a 2×2 pile group were tested, first using water as pore fluid, and then repeated using a viscous pore fluid, hence simulating two sands of different permeability in the field. The results were dramatically different, with the three tests simulating a low permeability soil developing 3–6 times larger pile head displacements and bending moments at the end of shaking. Deformation observations of colored sand strips, as well as measurements of sustained negative excess pore pressures near the foundations in the “viscous fluid” experiments, indicated that an approximately inverted conical zone of nonliquefied soil had formed in these tests at shallow depths around the foundation, which forced the liquefied soil in the free field to apply its lateral pressure against a much larger effective foundation area. Additional p-y and limit equilibrium back-analyses support the hypothesis that the greatly increased foundation bending response observed when the soil is less pervious is due to the formation of such inverted conical volume of nonliquefied sand. This study provides evidence of the importance of soil permeability on pile foundations response during lateral spreading for cases when the liquefied deposit reaches the ground surface, and suggests that bending response may be greater in silty sands than in clean sands in the field. Moreover, the observations in this study may serve as basis for realistic practical engineering methods to evaluate pile foundations subjected to lateral spreading and pressure of liquefied soil.     

三轴应力下颗粒流失对断层破碎带凝灰岩渗流特征的影响

地下工程施工过程中,处于三向应力状态的断层破碎带凝灰岩在流固耦合作用下发生颗粒流失,继而诱发断层带破碎岩石结构失稳,最终导致断层突水灾害发生。基于此,开展现场断层取样,利用破碎岩石三轴渗透试验系统,研究三轴荷载下不同粒径级配试样颗粒流失规律,进而分析颗粒流失对孔隙结构与渗流流速时变演化规律的影响。研究结果表明:（1）不同三轴应力下,破碎凝灰岩颗粒流失质量与时间满足指数型函数关系,两者间相关系数不低于94%。颗粒流失质量与轴压和围压成反比,且轴向位移越大,颗粒流失质量随围压减小的幅度越小;（2）渗透过程中0～60 s间的孔隙率增长较快,孔隙结构的渗流演变过程与粒径级配有关,随着n (Talbot幂指数) 值的增大,孔隙率整体增大,n值相同时,孔隙率随轴向位移与围压的增大而减小,且孔隙率量级为0.33～0.52;（3）由于试样内部颗粒规律性流失,破碎凝灰岩渗流流速时变演化过程可划分为“平稳渗流、渗流流速突增和近似管流”三个阶段,围压为0.8 MPa时各阶段流速整体大于围压为1.4 MPa时对应阶段的流速。平稳渗流阶段历时短,流速低,其发生次数随n值增加而减少;渗流流速突增阶段流速猛增达到峰值;近似管流阶段保持较高流速,虽然偶尔产生波动,但整体相对平稳。研究成果可为断层突水灾害演化规律研究提供理论依据。