膨胀土增湿变形特性的试验研究

为研究膨胀土的增湿变形特性,应用室内试验手段,以西安-汉中高速公路穿越膨胀土路段为依托工程,对膨胀土的增湿变形特性与初始含水量、初始干密度及荷载水平的相关关系进行了研究,实验结果表明:对于干密度一定的原状膨胀土,天然含水量越大,增湿至饱和时膨胀变形量越小.土样干密度越大,含水量变化导致的增湿膨胀变形越大,增湿变形的水敏性越强.对于天然含水量一定的膨胀土土样,增湿膨胀变形随干密度的增大而增大,这一规律对低含水量膨胀土尤为显著.膨胀土天然含水量越小,增湿变形对干密度变化的敏感性越强.当荷载比较小时,荷载对增湿膨胀变形的约束作用(膨胀变性减小)最为显著,随着荷载增加,荷载对增湿膨胀变形的约束作用逐渐减弱.重塑膨胀土和原状膨胀土具有相同的增湿变形规律,但重塑土的增湿膨胀变形量明显大于原状土.     

采动区刚性墙体侧土压力试验研究

当刚性墙体位于采动区下沉盆地压缩区不同位置时,墙后土体存在两种不同的压缩变形区:一种是递增压缩变形区,离墙体越近,土体压缩变形越大;另一种是递减压缩变形区,离墙体越近,土体压缩变形越小.基于此,采用松砂和密砂填料,进行了模型试验,研究了两种压缩变形区刚性墙体侧土压力的分布规律.研究结果表明:当墙后砂土为递增压缩变形区,同一深度位置处,墙体的侧土压力随土体总压缩变形的增大而增大;相同压缩变形值时,土压力随着土体深度的增大总体趋势增大,局部会有减小;墙体下部区域土压力明显大于上部区域;墙体所受侧土压力合力也随土体总压缩变形的增大而增大.当墙后砂土为递减压缩变形区,墙体侧土压力及合力变化规律和前者一致,但侧土压力分布曲面较为平缓,侧土压力合力值较小.     

采动区桩基负摩阻力数值模拟分析

利用地表沉降规律和概率积分法对地表土体的沉陷预计,建立与理论相符合的有限元模型。对地表土体的沉陷模拟知,采动桩基负摩阻力是由桩底土体首先发生沉降而引起的,这与天然地基土条件下桩基负摩阻力的产生机理不同;对桩顶进行逐级加载分析表明,桩顶荷载对采动区桩基中性点位置有较大影响,随着桩顶荷载的增加,采动区桩基中性点位置逐渐下移。     

荷载作用下老采空区地表移动规律的试验研究

利用相似材料模拟试验动态模拟采空区形成过程,当采煤结束且采空区基本稳定后,通过在采空区的不同位置逐级加荷载来分析研究老采空区地表的移动和变形规律。试验结果表明：（1）加载后地表各参数的残余变形均有所增加,其最大残余变形值基本发生在采空区两侧;（2）荷载越大,地表的残余变形越大;（3）荷载布置在采空区两侧比布置在中央引起的残余变形要大;（4）采深采厚比越小,地面荷载对采空区的扰动影响越大。并列举工程实例对试验结果进行了初步验证。     

黄土增湿特性的结构性定量化参数

依据土的结构性观点,提出了一个能够反映黄土增湿特性的结构性定量化参数—结构性增湿系数。并利用侧限压缩试验对甘肃省兰州市、陕西省杨凌区2个采样地黄土进行不同含水率和不同压力条件下黄土增湿特性的研究。结果表明:压力和含水率对黄土的结构性参数具有显著影响;相同压力条件下,含水率越大,结构性增湿系数越大,且二者之间呈现非线性的关系;相同含水率条件下,黄土的结构性增湿系数总趋势上随压力的增大而增大;结构性增湿系数在受水和荷载作用下变化规律明显,能够较好地反映黄土的结构特性与增湿变形特性。     

水环境作用下采动诱发冲积层沉降特征及机理分析

为了研究水环境作用下采动诱发冲积层沉降机制,基于3个矿井的实测数据,分析了厚含水冲积层下采动地表沉降特征,基于有效应力原理,构建了潜水含水层和承压含水层土体压缩计算模型,研究了水环境变化对土体压缩量的影响,并结合现场实测资料对模型进行了分析和验证.结果表明:在厚含水冲积层下开采,地表沉陷波及范围远超一般地质采矿条件下的影响范围,水环境和冲积层的联合作用是导致地表沉陷异常的根本原因.潜水含水层土体压缩量与水位降深之间呈抛物线增长关系,承压含水层土体压缩量与水头降深呈线性增长关系,水头降深越大,土体的压缩量就越大.模型预测均方根误差为±8mm,相对中误差为6.5%,实测值与理论计算值相吻合,采用所构建的土体压缩模型能够对矿井疏排水产生的地层压缩量进行合理计算和预测.     

采动区建筑物地基反力分布规律

基于相似模拟试验、现场实测、数值模拟及理论分析，系统研究了采动区建筑物地基反力分布规律，获得了地基反力与建筑物所处的位置、刚度、长度、地基系数、开采厚度的关系：1)位于最大曲率点附近时，地基反力最大，位于最大下沉和倾斜点附近时，地基反力较小；2)地基越软弱、建筑物长度越短，地基反力越小；3)采动区建筑物地基反力大小是有限的，这些认识和结论为采动区建筑物保护和设计提供了理论基础。     

新增建筑荷载与下伏煤矿采空区相互作用规律研究

采空区在新增建(构)筑物作用下有可能发生"活化"变形,危及建筑物安全。为研究采空区建筑物地基的受力和变形特性,以晋城某采空区为例,采用FLAC~(3D)数值软件对采空区建筑物地基受新增荷载后的应力分布及沉降规律进行了研究。结果表明:开采前岩体应力基本随岩层深度线性变化,开采后岩体应力发生了复杂的应力重分布;在采空区中部及内外边缘处,地基沉降倾斜值、沉降差及曲率呈现不同变化特征;岩土层的附加应力与自重应力的比值越小,建筑荷载的影响深度越大;煤层采深采厚比越大,采空区对地表的影响作用越小;在采空区地基处理中,注浆充填是一种行之有效的治理手段。采空区的存在对新增建筑地基稳定性造成了不同程度的影响,在新增建筑荷载影响深度触及到采空区垮落裂缝带高度时,需对采空区进行加固处理,以确保建筑物的安全。     

大气降雨对土坝非饱和区含水率影响分析

运用非饱和渗流理论分析了不同降雨强度和降雨持续时间对土坝非饱和区含水率变化规律.结果显示,降雨强度越大、降雨持续时间越长,非饱和区土体含水率变化也大,坝坡表层土体较容易达到饱和,并且降雨影响深度也大,对坝坡表面湿化裂隙的产生及坝坡稳定性影响大.不管降雨强度如何,坝顶和坝坡中上部比坡体的中下部更容易受降雨浸湿.     

崩落法开采塌陷区上覆黄土层降雨入渗机理研究

以程潮铁矿东区为工程背景,东部塌陷区上覆黄土层为典型的非饱和土,基于非饱和土中水的基本运动方程建立了降雨一维入渗数学模型,并编制了计算程序;对不同条件下的入渗过程进行了详细分析,并研究了开采强度对降雨入渗时间的影响规律,计算得到了不同条件下雨水渗透通过整个黄土层所需的时间.结果表明:黄土层的雨水入渗与降雨强度和土体初始体积含水率等有密切的关系,其中土体初始体积含水率影响程度较大,初始体积含水率越大,雨水入渗速度越快;入渗时间随开采强度的增加呈指数增长,表明崩落开采对上覆黄土层的雨水入渗有显著的影响.研究成果可为降雨情况下井下水量的变化规律提供理论依据,并为井下泥石流灾害预测预报提供重要参考.     

采动区建筑物移动变形特性分析

基于现场实测资料和理论分析,获得了采区建筑物移动变形特性：1）靠近采空区侧建筑物下沉小于或接近地表下沉,远离采空区侧建筑物下沉大于地表下沉;建筑物下沉与地表下沉的差值是有限的。2）大我数建筑物的倾斜小于地表倾斜。3）当设有滑动层时,建筑物水平变形大小与地表水平变形大小基本无关,加固可以减小建筑物的水平变形;位于位伸变形区时建筑物产生的水平变形大于位于压缩区时产生的水平变形,位于拐点附近时建筑物产生的水平变形大于位于其它区域时产生的水平变形。4）处于地表变形正曲率区时,传递到建筑物上的曲率较大;而处于负曲率区时,传递到建筑物上的曲率较小。     

采动区钢框架结构柱脚的内力变化规律

以煤矿采动区采动过程地表的动态变形规律为基础,采用有限元软件模拟了地表钢框架结构柱脚在整个地表动态变形过程中的内力变化规律.分析了柱脚内力与地表变形之间的关系及其柱脚最大内力值对应的地表位置,并将地表变形引起的框架结构柱脚附加内力和初始内力值进行对比,结果表明抗采动钢框架结构柱脚设计应当考虑附加内力的影响.     

采动区地基、独立基础与框架结构共同作用的力学模型

根据采动区地表变形的规律和独立基础框架结构受力和变形特点，采用合理的地基模型、基础与上部结构共同作用模型和开采沉陷模型，综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论，建立了采动区地基-独立基础-框架结构共同作用的理论计算模型，该计算模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响，从理论上揭示了建筑物位于下沉盆地不同位置时，地表变形与建筑物附加变形和附加内力的关系，并推导出计算采动区建筑物附加变形和附加内力的计算公式，通过计算实例进行了验证，为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论计算依据．     

村镇砖混住宅抗采动变形的结构保护体系研究

以二层三开间砖混结构住宅为研究对象,在地表土移动对基础底面的作用机理研究成果基础上,对地表发生采动变形,特别是曲率变形的情况,采用有限元方法分析了无抗采动结构保护措施建筑物的破坏机理,以及现有抗采动变形措施的保护作用与机理．在分析结果基础上,提出了以经济、安全为目的的抗地表采动变形的结构保护体系．     

采动区建筑物下保护煤柱开采优化设计研究

采用岩层移动角进行留设保护煤柱的传统方法,增大了保护煤柱呆滞量,造成了煤炭资源的巨大浪费.为了探讨综放开采条件下保护煤柱留设的最优尺寸,基于潞安矿区王庄煤矿的地质采矿条件,提出了根据建筑物采动损害允许的临界变形值进行优化设计保护煤柱的新思路.按照概率积分法,预测计算开采工作面位于不同停采线位置时保护煤柱留设的合理尺寸,分析了不同开采方案下建筑物所受采动的影响面积、地表下沉程度及倾斜变形、拉伸变形等地表移动变形对建筑物采动损害的影响程度.通过11个方案的分析比较,结合经济与社会效益,给出了建筑物下保护煤柱留设的最优方案,为综放开采条件下建筑物压煤开采提供了科学依据.     

海塘渗透变形影响因素分析

为了明确各种条件对海塘塘身渗透变形的影响,以制订合理有效的防渗加固方案,结合钱塘江海塘塘身防渗加固中遇到的问题,应用能够考虑渗透变形后土体渗透性变化的饱和-非饱和/非稳定渗流分析程序进行了塘身初始浸润线、塘身土体初始含水量、降雨及洪水特性等因素的影响分析.结果表明：初始浸润线对塘身是否发生渗透变形起一定的制约作用;土体初始饱和度的增加可缩短洪水渗透至背坡所需时间;伴随降雨的洪水,浸润线上升较快,塘身背坡可产生较大的出逸坡降,离洪水越近的降雨,所发生的影响越大;洪水水位和洪水波形对塘身渗透过程也有较大的影响.该研究为海塘工程建设、防渗加固和运行管理等提供了科学依据.     

合肥非饱和膨胀土单轴压缩蠕变试验研究

针对合肥地区非饱和膨胀土进行单轴压缩蠕变试验,根据应变-时间关系曲线,探讨该区非饱和膨胀土的蠕变特性。试验结果显示：非饱和膨胀土蠕变经历两个阶段,即瞬时弹性蠕变阶段和稳定蠕变阶段。瞬时弹性阶段时间比较短,蠕变快,很快进入蠕变稳定阶段,蠕变稳定阶段持续时间很长。在相同含水率情况下,应力作用值越大,瞬时弹性蠕变量越大,稳定蠕变阶段时间越久;在相同应力作用下,含水率越大,瞬时弹性蠕变量越大。在40 kPa的小应力作用下,应变-时间呈线性关系;在100 kPa、200 kPa的较大应力作用下,应变-时间呈非线性关系,拟合函数为对数函数。     

南宁非饱和膨胀土压缩蠕变特性试验研究

针对广西南宁膨胀土进行了系列室内试验研究,探讨了非饱和膨胀土非线性流变特性.试验结果表明:分级加载试验及考虑预压荷载的压缩试验中应变-时间曲线有相同的趋势,在小应力时,土体呈现一定的线性变形,在较大应力时土体变形曲线均可拟合成对数形式.通过实验,蠕变曲线可以拟合成Bu体模型,并能得出其本构方程和蠕变方程.     

低渗透未饱和油藏产能计算及其影响因素研究

研究了低渗透未饱和油藏的产能公式,通过达西公式,推导并得到了考虑启动压力梯度和介质变形的未饱和油藏的IPR曲线方程.结合矿场数据对IPR曲线方程进行了验证,并研究了启动压力梯度、介质变形、含水率对产量的影响.研究结果表明:在相同条件下,启动压力梯度越大、变形系数越大,产油量越低;井底流压小于饱和压力时,IPR曲线存在最大产量点(拐点);相同条件下启动压力梯度越小、变形系数越大,最大产量点对应的井底流压越高.含水率变化对最大产量点位置影响不大.研究成果对合理开发低渗透未饱和油藏具有理论指导意义.     

地基压缩层厚度的数值模拟分析和探讨

采用FLAC3D数值模拟的方法探讨土质不同对地基压缩层厚度的影响.分别对均质土地基及双层土地基建立模型,观察荷载作用下地基压缩层厚度的变化规律,得出对于均质土体,在相同荷载作用下,当土的压缩模量越大,土的压缩层厚度越小;对于上软下硬土体,下部硬土层的存在会减小土体的压缩层厚度;对于上硬下软土体,下部软土层的存在会增加土体的压缩层厚度.