考虑土体弹性模量空间变异性的盾构隧道变形分析

在对隧道变形的研究中,土体参数通常按确定值考虑,忽略了土体性质的空间结构性和变异性,与实际情况不符。将随机场理论与数值计算结合,开展Monte-Carlo随机分析,研究了土体弹性模量空间变异性对隧道变形的影响,并与确定性分析结果作对比。结果表明,随机场计算机模拟结合Monte-Carlo方法,计算次数足够多时可以得到很好的模拟结果,分析土体性质的随机性是可行的;土体弹性模量的空间变异性对隧道变形有重要影响,概率统计结果与确定性分析相比在量值上有明显不同,变形结果会随着相关距离和变异系数的增大变得越来越离散。     

土性参数空间变异性研究

利用齐次随机场模型研究方法,对样本容量按随机场离散,采用空间递推平均法对石河子北区多个钻孔统计分析后得出石河子北区典型土层的自相关距离、均值及变异系数。土性指标的相关距离具有显著的地区差异性和同一地区的相对稳定性,只有考虑了相关性的影响所得到的可靠度指标才较为可靠,因此对当地的土性相关距离的地区相关性研究很有必要。     

基于稳定系数法的盾构隧道开挖面失稳概率分析

基于B. B. Broms等提出的开挖面稳定系数的概念,结合概率分析方法,考虑了土性参数的空间变异性,将黏土参数不排水抗剪强度看作服从对数正态分布的随机变量,形成了盾构隧道开挖面稳定性概率分析法;并讨论了不排水抗剪强度的变异系数和其均值随深度线性增加的特征对开挖面失稳概率的影响规律。研究结果表明:黏土参数不排水抗剪强度的空间变异性对盾构隧道开挖面稳定性有着重要的影响,参数变异程度越高,开挖面发生失稳破坏的概率也就越大;开挖面失稳概率会随着线性系数的增大而逐渐降低。单一的开挖面稳定系数很难恰当地反映盾构隧道开挖面的稳定性状态,而采用失稳概率的表示方法更为合适。     

岩土参数随机场计算机模拟及其工程应用

基于随机场模拟的局部平均细分法理论,借助随机数发生器的子程序库,实现随机场可靠性分析的计算机模拟,并结合有限元软件ANSYS的后处理模块将模拟结果可视化,进而分析离散尺寸和相关距离对模拟结果的影响,通过工程实例,应用随机场计算机模拟结合Monte-Carlo抽样分析的手段,进行工程可靠性分析。结果表明随着相关距离的增加,随机场的变化特性减慢;越靠近上部的土层,土性参数的不确定性对基础沉降的概率反映特性的影响越大。研究成果不仅提供岩土参数随机场计算机模拟的实现方法,而且诠释其应用过程,完善随机场理论在岩土工程可应用领域的一个重要拼图。     

基于参数空间变异性随机场的地铁基坑变形研究

鉴于地铁基坑工程存在土体参数不确定性导致难以精细化控制变形的问题,依托济南地铁闫千户站基坑工程,考虑土体参数空间变异性,将随机场理论与数值模拟有机耦合,研究基坑变形特性与变异系数对变形的影响规律。结果表明,土体参数变异性较小时,可将二维随机场模型简化为一维计算;地表沉降大小和围护结构的变形具有较强相关性,围护结构最大变形区域在0.5H～0.9H,平均值约在0.7H;变异系数与地表沉降呈正相关,变异系数从0.1增加到0.4,地表沉降值增大了70%。     

滑带土含水率与力学参数关系试验研究

为研究降雨型滑坡滑带土力学性质的变化规律,通过三轴剪切试验,在不同含水率下对某滑坡滑带土的应力-应变关系、抗剪强度与变形模量以及强度指标进行了初步研究。研究表明,含水率对滑带应力-应变关系发展模式影响显著。当含水率小于塑限时,应力-应变关系的发展模式为弹性变形→应变硬化→出现峰值→应变软化,出现剪切破坏面;而当含水率大于塑限时,应力-应变关系发展模式基本上是应变硬化,出现鼓胀破坏。随含水率增大,滑带土抗剪强度降低,可分为3个阶段:塑限含水率以前,抗剪强度变化不明显;塑限含水率至17%(液限与塑限含水率的平均值附近)时,抗剪强度下降速率最大;随后变缓。随含水率增大,滑带土黏聚力降低,近似符合双线性关系。     

P5含量对砾类土强度与变形特性影响的试验研究

为了研究粗粒含量对砾类土的强度与变形特性的影响,本文对5种不同粗粒含量的强风化灰岩土石混合体开展了室内大型直剪试验与数值模拟研究,并获取相关的强度与变形参数。室内试验结果表明:随粗粒含量增加,抗剪强度参数先增大后减小,粗粒含量70%时试样内摩擦角达到最大,黏聚力变化无明显规律。对实验数据进行统计分析表明,用径径比可以很好地体现试样级配、粒径大小、含量、试样尺寸的关系,最终得到抗剪强度与径径比关系的经验公式,可以初步预测粗粒土的抗剪强度。数值模拟结果表明:使用Clump"聚粒"模型模拟砾石能较好地拟合剪应力与剪位移曲线;剪切过程中剪切带附近颗粒运动表现为上凸的弧线,这个现象持续至剪切结束;力链表现为倾斜的珊瑚状,随剪切进行力链不断发展增强,至剪切完成力链稍有衰减。     

考虑土性参数空间变异性的单桩竖向承载力分析

岩土体是自然界的产物,其性质具有较大的空间变异性。在已有土体随机场模拟研究成果基础上,考虑了土体强度参数的变异系数和相关距离,通过数值方法研究了竖向荷载作用下土体空间变异性对桩基础承载力的影响。结果表明,考虑土体空间变异性后,桩基承载力的中值都小于确定性分析得到的桩基承载力;随着变异系数和相关距离的增大,桩基承载力的不确定性越来越大,实际工程中需重点关注土体参数变异性大的工况。考虑土体强度参数空间变异性的桩基竖向承载力分布规律可以用对数正态分布曲线来描述,当样本数足够多时,可依此获取任一荷载下桩基础的失效概率。     

基于蒙特卡洛法的滑坡稳定性二元指标评价研究

土体抗剪强度参数(c和φ)统计特性、库水位升降及降雨耦合下对滑坡可靠性的影响较大,而目前研究不足。通过蒙特卡洛模拟开展了白水河滑坡不同土性参数变异系数、相关系数组合下库水位升降及降雨的稳定性计算,得出了最不利组合下的安全系数可靠值。结果表明:滑坡失效概率随土体抗剪强度(c和φ)相关系数增大而减小。不考虑相关性容易引起对滑坡可靠性偏保守的估计,库水位上升、库水位下降和降雨三种工况下滑坡失效概率最大值分别为考虑相关时最小值的1. 7倍、31倍和29. 5倍。相同库水位变化速率下,库水位下降比上升时的失效概率显著增大。两种工况下最大失效概率分别为38. 81%和17. 94%。库水位下降叠加降雨时滑坡稳定性最差,安全系数可靠值为0. 67,c、φ变异系数均取0. 5,不考虑相关性为其参数最不利组合;中值安全系数分析滑坡稳定性时偏高,二元指标体系评价滑坡的稳定性更符合实际。     

滑带土抗剪强度影响因素及其变化规律综述

滑带土抗剪强度取值对滑坡稳定性评价和滑坡治理工程设计起关键性的作用。通过回顾前人对滑坡的研究成果,总结了滑带土抗剪强度的影响因素及其这些因素(在一定条件下)的变化规律。研究的内容包括针对滑坡变形破坏到趋于稳定的五个发展阶段对应的滑带土峰值抗剪强度、完全软化抗剪强度、残余抗剪强度、长期抗剪强度和再生强度。最后,在调查清滑坡的变形破坏阶段的基础上,讨论了上述5个抗剪强度的取值问题。     

共面断续岩桥直剪试验破坏过程研究

岩桥对岩质边坡稳定性起控制性作用,而非贯通性节理岩体是广泛存在于岩质边坡中的一种岩桥载体形式。研究共面断续岩桥连通率对岩石抗剪性能的影响,可为岩质高边坡稳定性评价提供理论依据。以直剪试验的形式,通过石英砂、水泥、石膏和水制备直剪试验试样, 并预留相同长度的3条共面断续节理,对共面断续岩桥进行剪切模拟,分析其破坏模式、破坏过程演化机制和力学参数。结果表明:直剪试样呈现张拉破坏、拉剪破坏和剪切破坏3种破坏模式,以剪切破坏为主,节理所在面为控制性结构面;试样破坏过程依次呈现为裂纹稳定、裂纹破坏和残余变形阶段;随连通率增大,抗剪强度降低,黏聚力减小,内摩擦角小幅变动;共面断续岩桥连通率越大,岩石抗剪性能越差,岩质边坡稳定性越低。     

软岩隧道锚变形破坏机理缩尺模型试验研究

为了研究软岩中隧道锚变形破坏机理及破坏模式,通过对隧道锚现场1∶10缩尺模型进行超载破坏试验,对加载过程中锚体模型的外观变形、内观变形、钻孔测斜以及破坏裂缝进行分析,获得了锚体模型在推力作用下载荷-变形全过程曲线以及变形破坏特征,并结合数值模拟的超载试验结果进行了综合分析。研究成果表明锚体模型变形破坏全过程类似于软岩载荷试验变形破坏3个阶段;锚塞体底部与岩体接触面部位受拉剪破坏形成破坏底边界,锚塞体上方岩体受锚塞体向上挤压形成纵向拉裂缝以及与锚塞体成约45°夹角的剪裂缝。隧道锚极限承载能力主要取决于锚塞体底界面以及上部岩体抗拉能力和抗剪能力。     

基于电渗法的新近吹填土快速结壳试验

针对新近吹填土地基承载力低,无法满足机械进场施工的问题,基于电渗固结阳极区域土体固结快的特点,设计了一种新近吹填土快速结壳电渗电极,采用该电极分别开展了电渗、真空不同联合方式的室内试验,对比分析了排水量、电渗能耗、最终含水率、抗剪强度及承载力等土性参数指标。结果表明:采用该电渗电极处理后的吹填土含水率降低31.0%～61.4%,土体表层承载力最高可达192 kPa;单纯电渗处理后土层抗剪强度沿深度衰减,电渗-真空联合作用下土层抗剪强度更高且分布均匀;设计的电渗电极可实现高含水率新近吹填土浅表层快速加固。     

某地下洞室群加锚岩体支护仿真分析研究

针对某水电站地下洞室群加锚支护情况,研究了加锚区岩体的作用机理及相应的数值模拟方法。采用两组公式对加锚区岩体参数进行了修正,通过加锚区岩体抗剪强度和刚度的提高来模拟砂浆锚杆的锚固效应;通过对围岩施加等效均布压力和布置植入式预应力桁架两种方式,对预应力锚杆进行模拟。对加锚区岩体参数的研究表明,位移对变形模量的敏感性较大,对黏聚力的敏感性相对小一些;锚喷支护对于岩体的加强作用宏观上表现为加锚区岩体的抗剪强度和刚度均有所提高,而对于刚度的加强效应更为明显。根据围岩应力、塑性区分布情况,采用布置植入式预应力桁架方式进行模拟可以有效减小围岩的压应力集中现象,使压应力、塑性区分布更加合理。     

干湿循环对膨胀土强度特性的影响

为探讨干湿循环和压实度以及不同压实条件下干湿循环对膨胀土强度特性的影响,文中对不同压实度和干湿循环次数的膨胀土进行直接剪切试验。结果表明,随干湿循环次数增大,膨胀土抗剪强度越低;随压实度增大,干湿循环后抗剪强度下降越明显;膨胀土摩尔-库伦抗剪强度参数随压实度增大而增大,随干湿循环次数增大而减小。     

渗透系数空间相关性对渗流场统计特征影响分析

渗透系数的空间变异性是影响渗流场不确定性的重要因素。将渗透系数作为各向同性对数正态平稳随机场,通过数值模拟研究渗透系数空间相关性对渗流场统计特征的影响。选取了3种具有代表性的相关函数模型,即指数模型、高斯模型和球状模型,分别以渗透系数的相关距离和变异系数为变化因子对水头方差作敏感性分析。结果表明,渗透系数相关函数模型的选取、相关距离和变异系数的取值对水头方差具有较大影响。     

干湿循环作用下砂岩的劣化及破坏特性研究

针对干湿循环作用下消落带砂岩岩体强度衰减易导致砂岩边坡失稳的问题,以三峡库区秭归县沙镇溪典型库岸边坡砂岩试样为研究对象,采用浸泡—烘干处理方式模拟岩石干湿循环过程,将试样分组进行单轴压缩试验和直接剪切试验研究,并通过数值模拟,从变形的角度分析破坏过程。结果表明:干湿循环对砂岩的劣化作用在初期表现强烈,随着循环次数增加,作用逐渐减弱;在相同循环条件下,砂岩的极限抗剪强度随法向应力的增大而增加,相同法向应力作用下砂岩极限抗剪强度随干湿循环次数的增加而减小;粘聚力和内摩擦角随着干湿循环次数的增加而逐渐减小,总劣化度逐渐增大。试验结果对水库砂岩边坡稳定性分析具有较强的参考价值。     

软弱夹层含水率对岩体抗剪强度影响机制试验研究

为研究不同含水率对含软弱夹层岩体抗剪强度特性的影响,对不同含水率的含软弱夹层岩体进行室内直剪试验研究,并预测含水率对其抗剪强度的影响。结果表明,相同含水率状态下,含软弱夹层岩体抗剪强度随正应力水平的增加而增大;相同正应力条件下,其抗剪强度随含水率的增加而减小;含软弱夹层岩体峰值抗剪强度随含水率的变化主要通过内聚力和内摩擦角共同作用实现,且内聚力与内摩擦角随含水率的关系可分别采用开口向上和开口向下的二次函数进行拟合;高正应力条件下存在最佳含水率状态w_(opt),当含水率ww_(opt)时,适当增大含水率有利于岩体稳定,当ww_(opt)时,含水率越大,抗剪强度衰减速率越快。     

淮河河道滩岸泥沙颗粒基本属性研究

淮河某些典型河段河床稳定性较差,主要是由其边界条件的不稳定性造成的。采用现场查勘与室内试验相结合的方法,对淮河河道滩岸泥沙颗粒基本属性进行了研究。研究结果表明,淮河河道滩岸泥沙主要为低液限黏土及粉土质砂。所选取断面泥沙土体构成为上部土质较细,一般为低液限黏土;下部土质较粗,一般为粉土质砂或含细粒土砂。对抗冲性有较大影响的土性指标为黏粒含量、抗剪强度,不同泥沙土体的黏粒含量及抗剪强度特性不同;低液限黏土抗剪强度指标凝聚力大于粉土质砂,粉土质砂内摩擦角大于低液限黏土。同一种泥沙土体抗剪强度指标大小与干密度呈正比趋势,而与饱和度呈反比趋势。由本次选取的代表性断面泥沙土体颗粒分析结果来看,低滩土体大多由粉土质砂组成,含黏性土极少,是较易坍塌的滩岸。     

长江口潮滩沉积物抗剪强度分析

河口潮滩沉积物抗剪强度的大小,直接影响到河口潮滩泥沙运动和冲淤强度,进而对潮滩湿地生态系统产生影响.河口海岸区域沉积物抗剪强度的现场观测研究,长期以来少有定量成果.本文通过对长江口潮滩沉积物的抗剪强度进行现场观测和分析,得到长江口崇明东滩潮滩沉积物抗剪强度大小分布规律和控制因素.结果表明:由陆向海,北部光滩区域抗剪强度逐渐减小,变化范围在0.22～7.04kpa之间;中部光滩区域抗剪强度是先减小后增大,变化范围在O～9.14kpa之间;南部光滩区域抗剪强度是逐渐增大,变化范围在0.36 ～4.29kpa之间.由北向南,滩地抗剪强度都呈逐渐增大趋势,光滩区域由0.43kpa增加到2.88kpa,植被区域由1.14kpa增大到2.72kpa.由表层到底层,沉积物抗剪强度随着深度的增加而变大.沉积物粒度特征和水动力条件决定了崇明东滩南、北区域沉积物抗剪强度数值的不同.植被根系的加筋作用使得沉积物抗剪强度增大,其值是光滩区域的1.2 ～4.3倍.随着沉积物密实度的增加,沉积物抗剪强度相应地增大.