结构面三维形态测量及表面粗糙度分形分析

针对结构面表面形态各异、难以获得的问题,采用自行研制的结构面三维形态测量装置——变阻式结构面三维形态测量仪,对硬性结构面表面形态进行三维测量,实现了三维曲面形态的图形化。针对结构面粗糙度系数JRC值估测不准,导致结构面精确评价困难的问题,运用分形几何理论进行分析,获取粗糙度系数JRC与分形维数D的函数关系式,并与经典Barton理论相结合,建立了结构面表面三维分形表述的剪切强度模型。实例验证表明,该理论计算模型具有一定应用价值。     

岩石结构面抗剪强度MTS三轴试验方法研究

尝试在电液伺服岩石试验系统(MTS)上对无充填岩石节理试件进行三轴试验,该试验方法可利用一个结构面试样获得多组抗剪强度数据,克服了结构面直剪试验取样困难、试验结果离散性大等缺点,方法更为简单、快速。在此基础上,除对每一试件的试验结果按线性Mohr-Coulomb准则获得摩擦角和内聚力外,还对比分析了线性Mohr-Coulomb准则拟合、幂函数拟合和非线性Barton公式拟合结果,并对提出的试验方法进行了可靠性验证,最后分析了试验方法的适用范围。幂函数拟合和Barton公式拟合能够反映岩石节理剪切强度的非线性特征,优于Mohr-Coulomb准则;当0.01<σ_nj/JCS<0.3时,幂函数拟合和Barton公式拟合岩石结构面剪切强度比较可靠,而当σ_nj/JCS>0.3时获得的剪切强度偏高。     

基于三维形貌分析的结构面剪切试验研究

为研究结构面表面形貌、正应力及剪切历史对岩石结构面剪切特性及强度的影响规律,利用近景摄影测量技术测量试验前后结构面三维形貌数据,对影响结构面剪切特性的因素开展定性与半定量的分析。分析结果表明①结构面形貌对剪切特性的影响具有方向性,视倾角>0°的凸起体才可能在剪切过程中起抵触作用;②起伏粗糙对剪切特性的影响随正压力增大而降低,相应的剪胀效应也随正压力增大而减小;③在低正压力条件下,结构面表面的起伏凸起体即可被磨损剪断,首先出现磨损剪断的是视倾角较大的凸起,在经历1次正应力条件下剪切变形后,剪切曲线便不再出现峰值现象;④摩擦角随正压力增大而减小,而黏聚力随正压力增大而增大;⑤单块试样反复剪切试验中,取第1次残余值与后续剪切强度值拟合得到的剪切强度参数可代表具有剪切运动历史的结构面剪切强度。     

不均匀及不连续结构面抗剪强度模拟试验研究

在不同类型结构面与岩桥组合的大型剪切试验和不同比例岩桥与夹泥层组合的中型剪切试验基础上,对比分析了试验结果与常用的面积加权法计算值之间的关系,探讨了试验过程中应力、应变的变化规律和特征。结果表明,大型剪切试验值一般小于峰值面积加权计算值,而中型剪切试验的摩擦系数接近或小于计算值,粘聚力的试验值大于计算值,且岩桥位置不同对试验结果有一定影响。就剪切变形破坏特征而言,常常是前块首先变形,当变形达到一定量值后中块开始变形,然后是后块变形,直至破坏。当岩桥所占面积比例较小且剪应力较低时,夹泥层变形多大于岩桥变形;剪应力高或岩桥所占面积比例较大,则二者变形相近。岩桥剪切破坏面的特征与岩桥所占比例有关,岩桥所占面积比例较小的试件,岩桥在夹泥附近被直接剪断;岩桥所占面积比例较大的试件,岩桥破坏面为锯齿状,与剪应力方向形成约45°夹角。     

V形河谷滑坡最大冲击波面高度估计

提出一种计算V形河谷滑坡冲击波浪最大波面高度的经验公式。运用Flow-3D软件建立V形河谷滑坡冲击波浪传播的数值模型,开展96种工况的数值模拟试验,分析滑坡体的入水速度、入水体积、水下滑行时长以及滑坡角度和对岸爬坡角度对最大波浪高度的影响,并回归分析获得最大波面高度的拟合公式。新公式用于估计龚家坊滑坡产生的最大冲击波面高度,计算结果与物理模型试验值吻合。     

直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究

针对岩质切向边坡发生剪切破坏时其剪切面难以预测,同时在强风化作用下造成岩体性质差异使得岩体强度参数难以准确获得的问题,本文以遵义市花台坡高边坡为工程背景,开展直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究。得出切向边坡岩体剪切过程受到走向与坡向垂直的结构面控制,剪切面首先沿此方向上的节理裂隙扩展,硬岩剪切过程中剪切面呈现"台阶"型破坏面,粗糙度小;较硬岩剪切破坏面呈现"波浪"型,起伏剧烈,粗糙度大;软岩发生整体剪断,剪切面较为平整;而含贯通性倾坡外结构面的岩体则沿结构面发生剪切破坏,剪切面顺直平滑。与室内三轴试验对比后发现,现场原位直剪试验结果很好地反映了工程实际情况,特别是对于薄层软硬相间的岩体,能提供更为准确的岩体强度参数。     

锁固段对红砂岩锯齿节理面剪切特性影响因素研究

为了探究锁固段对锯齿节理面剪切特性的影响规律,采用3D雕刻技术制作了不同数量锁固段(2～4个)的红砂岩锯齿节理面,并进行了不同竖向应力和不同起伏角条件下的节理面直剪试验。试验结果表明:节理面直剪试验的剪切应力-位移曲线可划分为4个阶段,即,峰前线弹性阶段、峰前非线性阶段、峰后软化阶段、峰后残余阶段;节理面峰前线弹性阶段和峰前非线性阶段的剪切刚度以及破坏时的峰值剪切强度不仅与锯齿的起伏角和节理面所受的竖向应力有关,还与节理面上锁固段个数有关;锁固段个数对节理面的内摩擦角影响较小,但是深刻地影响其黏聚力剪切作用的发挥;而节理面的残余强度则只与节理面所承受的竖向应力有关,与其初始形貌特征无关,符合摩擦作用规律。基于拉应力和切应力破坏准则,得到了节理面峰值剪切强度与起伏角的关系,而且理论分析还建立了起伏角与锯齿节理面破坏模式之间的内在联系,预测结果与试验结果相符,可为后续节理面剪切特性的研究提供相应的理论基础与参考借鉴。     

某水电站坝基岩体结构面直剪试验研究

c、φ值是衡量岩体结构抗剪强度的主要参数,一般通过岩体结构面直剪试验获取。岩体结构面直剪试验分为多点法和单点法,工程设计中通常采用多点法,而忽视单点法的重要作用。为了对两种试验方法进行比较,结合具体的试验项目, 运用携带式剪切仪,分别采用上述两种试验方法,对某水电站坝基岩体结构面的抗剪强度参数进行了试验测试。试验结果表明两种方法各有所长,并指出只有二者相结合才能客观反映岩体结构面的抗剪强度,从而提高工程设计的科学性、准确性和可靠性。     

三峡船闸区硬性结构面蠕变特性试验研究

介绍了三峡工程船闸区硬性结构面的蠕变试验结果 ,着重分析了结构面在恒定荷载作用下的蠕变性态。在试验研究的基础上,提出了结构面蠕 变的剪切蠕变方程。研究表明：结构面的剪切蠕变位移不仅是加载持续时间的函数,且与所 施加的法向压应力和剪切应力的大小有关,其蠕变方程中的各系数均随应力与结构面蠕变剪 切强度比值的增加而增大。     

土层剪切波速相关因素分析与探讨

土层剪切波速是对土层动力特性和场地类别评判以及结构抗震所需要的重要参数。很多地区基于已有统计资料,取得了剪切波速与深度之间及标准贯入值之间的统计关系。但标准贯入值、钻孔深度对剪切波速估值的具体影响程度和主次关系如何仍未得知。本文尝试引入系统的理论方法——灰色关联分析方法分析钻孔深度、标准贯入值对剪切波速的影响的主次关系,得出土层标贯击数与相应土层剪切波速之间具有很好的关联性,而土层深度对剪切波速影响的关联度一般,因而应该用土层标贯数据进行剪切波速估值公式的拟合的结论。     

基于响应面分析法的纤维加筋砂土抗剪强度分析

为研究纤维的掺入对砂土抗剪强度的影响规律,对不同纤维长度、纤维掺量、含砂率的纤维加筋砂土进行直剪试验,通过单因素试验确定影响因素水平,采用响应面分析法对黏聚力建立回归方程并进行方差分析,并通过验证试验对响应面分析的最优化方案进行验证。试验结果表明纤维的掺入对纤维加筋砂土内摩擦角的影响并不显著,对黏聚力的影响较为明显;黏聚力模型模拟出的数据与试验数据相关性极为显著,失拟项差异不显著,说明模型可信;含砂率对黏聚力的影响极为显著,纤维掺量对黏聚力的影响相对显著,纤维长度对黏聚力的影响不显著;验证试验所得黏聚力与理论预测相差不大,说明使用响应面分析法进行理论分析可以切合黏聚力的实际情况。     

碾压沥青混凝土结合面剪切性能试验研究

在碾压沥青混凝土下部固化层温度低于规范要求的70℃情况下,进行了击实结合试验,通过对结合面上下温度的监测,进行了固定45°角剪切面剪切试验。结果表明：在下层固化层温度处于-10℃和30℃环境下,进行浇筑击实,结合面温度均大于沥青软化点,并且结合良好;其结合面剪应力可达到本体的50%～60%,并且剪切变形——荷载过程有明显的塑性特征。     

基于弹性地基梁法的深基坑软土抗剪指标优选

软土地区的岩土抗剪强度指标取值问题一直是深基坑工程设计中的重要研究重点。由于受到复杂水文地质条件的影响,武汉地区深基坑工程面临的软土抗剪强度指标取值问题更为复杂。以武汉市某典型深基坑工程基坑土样为试验对象,以弹性地基梁作为主要理论,研究了武汉地区软土抗剪强度指标取值问题。结论如下:采用弹性地基梁理论可以较好地分析深基坑支护结构内力以及变形;对于武汉地区类似基坑进行支护设计时,采用固结不排水的强度指标是较为合适的;采用基于弹性地基梁理论的天汉软件进行深基坑稳定性分析时,若采用原始试验值,结果是偏于危险的,因此存在一个使得指标选取更符合实际情况的修正系数。     

考虑层次结构的岩体结构面三维粗糙度表征方法

岩体结构面粗糙度的量化表征一直是岩土工程领域关注的焦点问题。在以往表征方法基础上,结合结构面三维形貌特征扫描分析,综合考虑结构面的层次结构特征,提出采用平均起伏角和平均相对起伏幅度表征一级波状起伏结构,采用面积扩展率表征结构面次级细微粗糙结构,并分析建立了结构面三维粗糙度系数与形貌参数的相关关系。验证分析表明,论文提出的结构面三维粗糙度表征方法可以较好地兼顾结构面一级波状起伏结构特征和次级细微粗糙结构的影响,计算得到的结构面抗剪强度与试验值吻合较好。相关研究结果可为结构面粗糙度量化分析及抗剪性能估算提供较好的借鉴。     

非饱和黄土抗剪强度特性试验研究

为了研究黄土滑坡的发生机理及剪切破坏特征,用探井法在延安滑坡体取样,进行了室内控制吸力的固结排水剪切试验,本次试验共做了10组(Q3、古土壤各5组)。试验结果表明:两种黄土存在不同剪切破坏面,古土壤颗粒中由于黏粒含量比较高,所以没有明显的剪切面;而Q3黄土由于其大孔隙发育,结构疏松,没有黏滞性,所以剪切面上有擦痕,存在明显的剪切面;抗剪强度参数会随着实验过程中基质吸力的改变而改变,黏聚力随着基质吸力的增加而增加,二者为线性关系;而内摩擦角的变化很小,几乎不随吸力的改变而改变;随着含水率的增加,吸力和黏聚力均呈现下降趋势,吸力的减小降低了土颗粒之间的有效应力,从而使土的抗剪强度降低。     

基于动三轴试验的现场液化判别剪切波速法

通过控制土体剪切波速的动三轴液化试验，得到了更能真实地反映土体的抗液化能力的临界剪应变参数。文中探讨了各因素对临界剪应变的影响，并结合动三轴试验结果和剪切波速判别方法，对取土地区自由场地进行液化评估，得到了满意的结论。     

不同节理粗糙度系数的裂隙渗流规律研究

裂隙的研究对石油开采、水利工程以及地下空间的利用都具有重要的意义。真实裂隙表面粗糙的几何形态会影响流体的流动特性及裂隙的传导能力,立方体定律难以满足使用条件。根据节理粗糙度(JRC)标准剖面轮廓曲线,采用逆向数字化建模方法,开展仿真模拟不同JRC裂隙渗流规律的研究。结果表明:作用在不同粗糙度裂隙两端的压差恒定时,随着节理粗糙度的增加裂隙内流体的流量逐渐减小;流入不同粗糙度裂隙单位体积流量恒定时,随着粗糙度的增加,作用在裂隙两端的压差逐渐增大;模拟结果与实验结果相对比,得出裂隙机械宽度与流量之间的关系曲线表现出明显的非线性特征,两条趋势线相吻合,均符合对数关系。     

瞬态面波检测分析软土地基固结效果

基于软土固结中剪切波速度增值与固结度的关系理论，介绍了面波勘探技术与原位监测，室内土工实验成果紧密结合，检测分析软土地基处理固结效果的方法，并分析了测试固结度的系统误差，提出浅层地基固结度的测试准确性高于深层地基。结合浙江省玉环县漩门二期供水蓄淡围垦工程，说明了该方法的准确性和实际工程意义。     

基于Ps值的软土抗剪强度指标选取研究——以武汉长江Ⅰ级阶地为例

对武汉长江Ⅰ级阶地多个典型基坑工程软土进行静力触探试验以及各种试验条件下的抗剪强度试验,通过500多组试验数据分析了Ps值与抗剪强度指标之间的相关性,得到了回归拟合曲线方程。结果表明,武汉长江Ⅰ级阶地软土抗剪强度指标与Ps值具有较好的相关性。利用Ps值根据拟合曲线方程计算各种试验条件下的抗剪强度指标,同时使用有限元方法建立深基坑三维数值分析模型,通过支护桩水平位移模拟值与实测值的对比分析,得出使用三轴固结不排水抗剪强度指标更符合实测结果。所建立的回归拟合曲线方程为武汉长江Ⅰ级阶地软土抗剪强度指标的获取提供了一个简单易行的方法。     

饱和淤泥爆炸排水固结试验研究

对采用爆炸排水固结法处理淤泥类软土地基进行了试验论证.爆炸试验表明,水平向应力波对土体排水的贡献大于竖向应力波,缩短排水距离有利于土体的排水固结,炸药用量对试验有很大影响.直剪试验显示爆炸后土体粘聚力和内摩擦角较爆炸前均明显改善.爆炸后土体含水量显著降低.试验还得到了爆炸后土体出水量与时间的关系曲线,从几个方面证实了饱和淤泥爆炸排水固结处理软土地基方法的可行性.试验结果与理论分析相吻合.