考虑饱和度影响的红壤土抗剪强度模型及应用

鉴于降雨入渗过程中土体饱和度变化对库区边坡稳定性的影响,基于Bishop非饱和土抗剪强度理论和van Genuchten土水特征曲线模型,建立了直接考虑饱和度影响的多参数土体抗剪强度理论模型,并采用三峡库区红壤土设计了土水特征曲线试验和三轴剪切试验,获得了基质吸力和抗剪强度随饱和度变化的试验结果,进而验证了模型的合理性。结果表明,模型预测值与试验实测值的吻合度较好,建立的模型能较好地预测三峡库区红壤土的抗剪强度。进一步分析可知,红壤土抗剪强度指标——粘聚力和内摩擦角均随饱和度的增加呈非线性递减;在净总应力一定的情况下,红壤土抗剪强度随饱和度的增加呈对数关系递减。     

古贤水利枢纽坝址区基岩剪切带抗剪强度参数确定

古贤水利枢纽坝址区剪切带具有地质形成历史长、岩体组合结构复杂、延展规模大等特点,根据颗粒分析试验结果,剪切带软弱结构面由岩屑夹泥和泥夹岩屑两种类型组成,采用室内直剪和原位剪切两种试验方法研究其抗剪强度参数。结果表明,综合对比两种试验条件下获得的抗剪强度指标,发现直剪试验结果较高;剪切试验的破坏过程与充填物性质密切相关,且应考虑平硐开挖扰动对抗剪强度指标的影响。     

三峡库区水位变化条件下白水河滑坡抗剪强度弱化趋势分析

滑坡演化的本质是滑带土抗剪强度参数在多因素影响下随时间弱化的过程。使用试验法和工程地质类比法得到的滑带土抗剪强度都属于某一时间点,具有时间上的局限性。以滑坡实际监测的位移曲线及其趋势为依据,采用数值模拟手段对滑坡不同时间段的抗剪强度进行连续、继承反演分析,得到滑带土抗剪强度参数随时间有弱化的趋势。并以三峡库区白水河滑坡为例,运用GEO-studio数值模拟软件实现该反演过程,数值模拟结果与监测数据具有较好的一致性, 表明通过参数反演得到的不同时间段的抗剪强度比较合理。     

层面处理方式对胶结砂砾石抗剪强度的影响

为分析不同层面处理方式对胶结砂砾石抗剪强度的影响,开展了不同层面处理方式的胶结砂砾石坝层面抗剪强度试验。根据凝结时间建立回归模型,并在此基础上测试胶结砂砾石在四种层面处理方式和不同间歇时间下的c′、f′等抗剪断特性参数。结果表明,胶结砂砾石层面抗剪强度与层面处理方式和层间间歇时间均有关系,不同间歇时间应采用不同的层面处理方式。     

基于正交设计的土坡稳定影响因素敏感性分析

以西昌昔格达组地层边坡为例,采用正交设计和方差分析研究了土体参数、坡面结构及地质结构对土坡稳定性影响的敏感性,通过比较同一因素在不同水平下计算获得的试验指标平均值,分析了显著影响边坡稳定因素的敏感性.结果表明,土体参数和坡面结构对土坡稳定性影响显著;土体重度减小、抗剪强度指标提高、坡度变缓、马道变宽、单级坡高变小等均使土坡趋于稳定.     

某水电站坝址河床覆盖层大型原位直剪试验

坝基覆盖层具有很强的原位结构特性,易被扰动,取原状土样进行室内试验很难实现,重塑土样又难以反映其原位结构,故室内试验很难全面反映覆盖层的原位工程力学特性。采用新型直剪试验法在大渡河干流某水电站坝址进行了表层覆盖层原位直剪试验,该方法用链条张拉剪切框使试样受剪,克服了剪切框内壁摩擦对剪切面正应力的影响,从而能精确地测定出试验抗剪强度。试验测得的覆盖层抗剪强度处在地质报告建议值范围内,且略小于室内试验测得的强度。结果表明,新型直剪试验法能够较好地适用于覆盖层原位强度指标的测定,可为工程设计提供客观、合理的依据。     

不同应力路径对加筋土应力—应变关系的影响

对加筋土在常规三轴上进行了三种不同应力路径（σ３＝ｃ、ｐ＝ｃ、η＝ｃ）的试验研究。结果表明：不同应力路径对加筋土的应力应变关系及抗剪强度指标—粘聚力ｃ值有较大影响，但是对其抗剪强度指标—内摩擦角φ值影响不大。     

重塑黄土强度试验研究

为探讨重塑黄土强度特性,通过直剪固结快剪试验分析了重塑正常固结土样在不同含水率和干密度下的强度特性,并通过卸载、直剪快剪试验探讨了含水率与超固结比对超固结土强度的影响.结果表明,含水率与超固结比为影响重塑超固结黄土抗剪强度的重要因素,严格控制黄土相关指标是确保工程稳定的基础.     

基于滑带土等效抗剪强度参数的古滑坡稳定性分析

采用野外直剪试验方法测定鹅公带古滑坡体滑带土强度参数,据此求得的滑坡稳定安全系数与古滑坡已处于临界失稳的现状不符,为此特提出考虑降雨条件下浸润线升高等因素影响下的滑带土等效抗剪强度参数,利用强度折减法,通过FLAC3D软件反分析得到等效抗剪强度参数,并利用该参数计算不同运行工况下的鹅公带古滑坡体稳定安全系数。结果表明,各种工况下古滑坡稳定安全系数均不满足规范要求,且在汛限水位及水位骤降情况下处于失稳状态,应进行加固处理。     

泥质白云岩结构面抗剪强度各向异性的数值模拟

针对结构面抗剪强度的各向异性对坝基稳定性评价的影响问题,利用3DEC模拟软件对泥质白云岩结构面进行直剪模拟试验,研究了其抗剪强度随粗糙度变化的规律。结果表明,泥质白云岩结构面的粗糙度越大,剪切应力—剪切位移曲线峰值越明显,结构面的抗剪强度越大,抗剪强度参数也越大;法向应力水平越高,粗糙度对结构面抗剪强度的影响越弱。     

基于复合材料理论的冻土强度模型

为建立冻土强度模型,在假定冻土强度由原土强度和冰体强度两部分组成的基础上,基于复合材料理论,利用叠加原理建立了冻土扩展的Mohr-Coulomb强度模型,并分别对理想化模型冻土和均匀化材料模型土进行了有限元计算。结果表明,冻土内的土颗粒体与冰体的变形特征(压缩、膨胀)存在明显差异;纵向冰体中的Von Mises应力明显大于横向冰体中的相应应力。因此,冻土试样的破坏首先是从竖向裂纹开始的。     

崩岗区残积土抗剪强度试验研究

以江西省赣州市崩岗侵蚀区的土样为试验样本,通过对不同含水率、干密度、石灰含量、养护时间、干湿效应影响下的崩岗区残积土进行直剪试验,研究崩岗区土的抗剪强度特性,并分析崩岗侵蚀的机理。结果表明,含水率增加、干密度降低及干湿循环次数增加均会使土样的抗剪强度降低;掺入石灰能提高土样的抗剪强度,且石灰含量和土样的养护时间与土样的抗剪强度成正相关。     

三峡库区秭归地区某碎石土岸坡稳定性分析及防治对策

为研究三峡库区岸坡在不同状态下的稳定性,选取三峡库区秭归地区某碎石土岸坡做了快剪试验,获得了该碎石土在天然状态和降雨状态下的抗剪强度指标,并运用SLOPE/W软件模拟边坡,采用Bishop方法计算了两种状态下的安全系数,发现天然状态下边坡稳定,降雨状态下边坡不稳定,进而采用抗滑桩模拟治理不稳定边坡的稳定性,并给出了抗滑桩的设计尺寸。     

江苏省河道生态护坡技术固土作用及效果研究

为探索河道不同生态护坡的固土作用及效果,以江苏省河道生态护坡调查为背景,选取草皮生态护坡、石笼生态护坡和生态袋护坡,采用室内试验研究草皮生态护坡的抗剪强度。结果表明,草皮根系明显提高了土体的抗剪强度,且土体抗剪强度随含水率的增加而减少;复合根系的固土效果比垂直、水平根系好。采用ABAQUS建立三维有限元模型,从位移等值线和边坡安全稳定系数方面对比三种生态护坡的固土作用和稳定性,与无草边坡相比,草皮生态护坡、石笼生态护坡、生态袋护坡均能不同程度地减小土体的滑动区域范围,提升整体边坡的稳定性。研究成果可为工程实践提供指导。     

多相土石复合介质推剪破坏响应特征试验研究

为研究多相土石复合介质推剪破坏响应特征,分别建立土石比为4∶6、5∶5、7∶3的模型,并将模型在不同含水条件下进行推剪试验,得出不同模型在不同条件下抗剪强度指标变化规律及推剪过程中力与位移的响应特征。结果表明,浸水条件下各模型抗剪强度指标均较正常条件时有所降低,粘聚力降幅随土石含量的增大而增大,而内摩擦角约降低10%;浸水条件下各模型剪切破坏力均较正常条件下低,且模型的土石比越大,破坏时所需的剪切力越小,水平位移也越小,但破坏过程中力与位移稳定阶段响应特征更加显著。研究成果可为土石坝在特定土石配比材料下的渗漏破坏检测提供依据,还可为高速公路土石路基填料在相同压实度、不同水环境条件下的设计施工提供参考。     

土体与玻璃间摩擦机理试验研究

引用非饱和土抗剪强度理论研究了土体与玻璃间摩擦机理,为解决滑坡模型试验中模型槽侧壁玻璃与土体间摩擦边过大问题提供了试验依据,设计改造了室内土体直接剪切试验,证明了土体与模型槽侧壁玻璃接触面间存在吸力,且随土体含水量而变化,先增后减.     

含水率和干湿循环对人工填土边坡稳定性的影响

基于土体Mohr-Coulomb准则做了重塑土直剪试验,获得了不同含水率和干湿循环次数下粘性土抗剪强度参数及其变化规律,即随着含水率的增加,粘聚力先增大后减小,内摩擦角逐渐减小;随着干湿循环次数的增加,粘聚力先剧烈下降后趋于稳定,内摩擦角变化较小;含水率和干湿循环次数的增加,均使得土体抗剪强度降低。将试验结果应用于边坡稳定性计算中表明,含水率增加会导致边坡稳定性系数急剧下降,干湿循环次数增多也会导致边坡稳定性下降,但循环5次后,边坡稳定性基本保持不变。     

Shear strength and pore pressure characteristics of methane hydrate-bearing soil under undrained condition

Hydrate exploitation requires a deep understanding on the mechanical behavior of methane hydrate-bearing sediment (MHBS). Due to the low permeability of overlying strata, partial MHBS likely exhibit failure behavior under undrained condition. Therefore, it is essential to understand the undrained shear strength and excess pore pressure behavior of MHBS for facilitating the evaluation of the stability of hydrate-bearing layer during methane hydrate recovery. This study conducted several undrained triaxial compression and hydrate dissociation tests on methane hydrate-bearing sand specimen to analyze the shear strength and excess pore pressure characteristics of MHBS under undrained condition. The experimental result shows that hydrate saturation and initial effective confining pressure significantly affect the undrained mechanical behavior of MHBS. Hydrate saturation increases the shear strength and negative excess pore pressure. High initial effective confining pressure also enhances the shear strength but suppressed the negative excess pore pressure. Hydrate saturation has a minimal effect on the undrained internal friction angle but remarkably enhances the undrained cohesion. The effective internal friction angle and cohesion exhibits an increase with the increase in hydrate saturation. Notably, completely different from the common soil, the effective undrained strength indexes are not equivalent to the drained strength indexes for MHBS, which should be careful in evaluating the stability of methane hydrate-bearing layer. In addition, the hydrate dissociation test by thermal stimulation method concludes that hydrate dissociation induces the positive excess pore pressure, axial compression, and volume expansion under undrained condition. The large deviatoric stress enhances volume expansion of MHBS but hinders the generation in excess pore pressure during hydrate dissociation. These findings significantly contribute to the safe exploitation process of methane hydrate.