边坡对循环荷载的响应研究

 在循环荷载作用下,边坡岩土体除了受到静态力作用外还受到动荷载的长期作用,岩土体对动荷载产生响应,易引发或加剧边坡失稳。以某路堑边坡为研究对象,研究在不同动力输入条件下边坡岩土响应规律。研究结果表明,当循环荷载的振动频率一定时,边坡各测点的位移、速度、加速度随循环荷载最大振幅的增大而增大,呈明显的线性关系;当循环荷载的最大振幅一定时,边坡的动力响应峰值与频率不再是线性关系,而是出现波动变化,存在4～5 Hz频段范围的强响应频段区间,这一频段与边坡岩土体卓越周期(频率)基本一致,易引起边坡的共振响应,而这种共振响应对边坡稳定是不利的。研究结果对合理评价循环荷载对岩土边坡的影响、对岩土边坡的长期安全性及耐久性分析具有重要的理论意义和工程应用价值。     

循环交通荷载作用下饱和重塑黄土变形特性研究

为研究主应力轴旋转作用下饱和重塑黄土的变形规律,借助空心圆柱扭剪仪开展了排水状态下饱和重塑黄土的循环三轴试验和循环交通荷载试验,主要研究了主应力轴旋转对饱和重塑黄土的竖向塑性累积应变、径向塑性累积应变以及八面体塑性累积剪应变的影响。试验结果表明：(1)主应力轴旋转会使土体产生塑性累积变形;土样的竖向塑性累积变形和八面体塑性累积剪应变随循环次数增加呈对数型增长趋势,且循环竖向应力比和循环扭剪应力比与其呈正相关;径向塑性累积应变初期主要表现为拉应变形式,随荷载作用次数的增加,其值逐渐减小并向相反方向累积。(2)主应力轴旋转会加速相应的竖向塑性累积应变,在其他条件一定时,循环交通荷载作用下试样的变形量是循环三轴试验的数倍。(3)重塑黄土在交通荷载作用下竖向变形远远小于原状软黏土,作为路基填筑材料具有一定的优越性。(4)对现有的竖向塑性累积应变计算模型进行了修正,得到了饱和重塑黄土沉降变形的显式预测模型,并对该模型的有效性进行了分析验证。     

循环荷载下黄土特性模拟

在不排水的条件下，黄土在单调荷载下会出现软化，在循环荷载下会出现液化（或循环移动）。对此给出了试验结果，并尝试用边界面及广义塑性模型来预测黄土的软化及液化现象。结果表明：循环荷载下塑性应变累积速度要比单调荷载下软化阶段塑性应变累积速度慢，广义塑性模型可较好地预测黄土软化、液化现象。讨论并分析了模型参数对预测结果的影响。     

地震荷载作用下岩质边坡稳定性分析

分析岩质边坡地震反应及动力稳定性,应首先进行边坡地震稳定性的工程地质分析与区域预测分析,在此基础上选择岩质边坡动力稳定性的多种分析方法进行综合分析。结合岩质高边坡工程实例,总结了岩质边坡地震反应及动力稳定性分析的研究成果,给出了一些对工程实际有益的新结论。     

循环荷载下节理岩体边坡动力响应的试验研究

 在振动荷载的长期循环作用下,岩质边坡中的原生结构面可能扩大并产生新的破裂面,直接影响到岩质边坡的稳定性。以某节理岩体边坡为原型,根据相似理论制作模型框架并在其内建造室内节理岩体边坡模型,利用振动台对边坡模型进行振动加载,研究在振幅分别为1.0,1.25,1.5 mm的振动荷载作用下节理岩体边坡的动力响应规律,对比水平方向和竖直方向振幅都为1.5 mm时边坡模型的变形差异。循环加载试验表明,在振动荷载作用下,边坡变形随振动荷载振幅、振动时间的增大而增大;边坡模型对于竖向的振动荷载更加敏感;边坡模型在受到振动荷载作用时,顶部的变形大于底部的变形;长期的振动荷载作用会导致原生裂隙延伸、扩张、贯通,引起边坡变形增大;根据变形情况提出边坡在振动荷载作用下的变形过程及变形导致的整体性滑坡和局部滑塌2种可能的破坏模式。研究结果对节理岩体边坡在循环荷载作用下的动力响应、疲劳劣化机制和边坡工程的长期安全性等理论研究和工程应用具有参考意义。     

长期竖向循环荷载作用下黄土中单桩沉降特性模型试验研究

长期竖向循环荷载作用下单桩的沉降特性与静载情况下明显不同,通过黄土及饱和黄土中单桩的竖向循环荷载试验,分析了循环荷载作用下单桩的累积位移发展模式,研究了桩顶位移s及循环位移幅值c?随循环次数N的变化规律。试验发现:黄土饱和后单桩的承载力明显下降;饱和前后单桩循环荷载试验的s–N曲线都可采用幂函数进行描述;相同荷载大小时,饱和前单桩的循环荷载位移小于静载位移,循环位移比(循环荷载位移与静载位移的比值)介于0.6与0.8之间,而饱和后单桩的循环荷载位移明显大于静载位移,且循环位移比随循环荷载比线性增长;饱和前单桩的循环位移幅值明显大于饱和后的位移幅值,主要受循环荷载幅值及桩周土性质的影响。     

开挖和堆载作用下黄土边坡变形特征离心试验研究

为了研究开挖和堆载对黄土边坡变形破坏特征的影响,采用原状黄土在离心机上模拟黄土边坡在开挖和堆载作用下的变形过程,得到了两种工况下黄土边坡的位移变化规律和破坏特征。位移矢量图表明:开挖和堆载前,坡体变形以自重应力作用下的竖向变形为主;开挖和堆载后,坡体中后部土体以垂直向下变形为主,前部土体变形以水平变形为主;对模型边坡控制点位移特征分析,发现开挖对前部土体变形影响较大,堆载对后部土体变形影响较大,但开挖是影响边坡变形的最主要因素;开挖和堆载作用下黄土边坡的变形过程完全不同。     

黄土力学参数对边坡稳定性的影响

依托实际工程,通过有限元数值分析,开展了不同土体力学参数对边坡稳定性影响的研究,得出边坡稳定性随着土体重度γ的减小而增大;边坡稳定性随着土体粘聚力C、内摩擦角φ、土坡坡角θ的增大而增大。这四个参数对边坡的稳定性的影响较为显著,而土体的压缩模量E、泊松比μ对黄土土坡稳定性影响很小。     

循环荷载作用下煤变形及渗透特性的试验研究

 利用自主研发的含瓦斯煤岩热流固耦合三轴伺服渗流装置,以型煤试件为研究对象,进行不同温度条件下循环荷载试验,研究循环荷载作用下煤变形及渗透特性。研究结果表明：(1) 随温度的升高,煤循环形成的滞回曲线所围成的面积逐渐减小。在单个循环曲线中,加、卸载阶段的主应力差、渗透率与轴向应变曲线呈现“X”状;在同一循环周期下,轴向应变与渗透率随温度的升高逐渐减小;在同一温度下,轴向变形随循环次数的增加逐渐增大。(2) 随温度的升高,加载阶段曲线斜率逐渐增加,累计变形总量降低,即提高了不可逆过程的发展速率。(3) 在各温度条件下,加载阶段应变及渗透率在整个循环过程中的变化均不明显。卸载阶段应变及渗透率在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,应变随循环次数的增加趋于平缓。在相同循环次数下,体积应变随温度的升高逐渐增大,渗透率逐渐减小。     

循环荷载作用下富水砂质泥岩动变形特性试验研究

通过富水砂质泥岩循环三轴试验,对循环荷载作用下砂质泥岩的动应变发展规律进行了研究,重点分析了动应力水平、静偏应力大小以及振动频率对动应变的影响。结果表明：富水砂质泥岩在循环荷载作用下的不可逆应变累积过程表现为稳定型和破坏型两种典型情况。对于稳定型发展曲线,变形发展表现为初始阶段和稳定阶段,初始阶段的累积变形约占总变形量的 40% ～ 50% ,但所占比重随着应力水平的提高逐渐减小;对于破坏型发展曲线,变形发展表现为初始阶段、稳定阶段和加速阶段的三阶段变形演化规律。岩样的累积塑性变形随动应力和静偏应力的提高而增大,随振动频率的增大而减小,而且动应力和静偏应力越大,变化趋势越明显。富水砂质泥岩的临界动应力值与其岩性、应力水平、振动频率等密切相关。     

循环荷载下非饱和重塑土土钉支护边坡的模型试验研究

 设计循环荷载下土钉支护边坡室内试验模型,利用多通道协调加载系统,采用正弦波形式的循环荷载进行坡顶加载,频率为2 Hz,研究4种载荷参数即10～30,30～50,40～60,40～80 kN时循环荷载作用下土钉轴力、面板位移和坡顶沉降的累积效应和面板的动力响应,并研究载荷参数为10～30 kN时土钉支护的侧边界效应。研究表明：在考虑侧边界效应时,土钉轴力和面板位移较小;当忽略侧边界效应时,且载荷参数保持不变时,随着加载次数增加,面板加速度、土钉轴力和面板位移有一定增加,坡顶沉降较显著;加载次数相同而载荷平均值增加时,面板加速度变化很小,土钉轴力、面板位移和坡顶沉降出现明显的增长;坡面中部位移似抛物线形状。     

斜坡震裂变形力学机制初探

 为了深入分析斜坡在地震中的震裂变形破坏形成机制,结合5.12汶川大地震造成的斜坡震裂变形和破坏现象的详细调查,采用有限元数值分析和振动台模拟实验相结合的研究方法,对单面和双面斜坡震裂变形的力学机制进行初步分析,认为地震中地震波的作用,将使坡体应力场出现重大变化,坡体尤其是坡面上将出现量值和方向不断调整变化的反复拉剪作用,是坡体(面)震裂变形甚至破坏的重要原因。分析还认为,拉剪作用有3种表现形式,即初动拉剪加速破裂效应、重复拉剪破坏效应和双坡共剪破裂效应,并结合实例对3种破坏效应进行分析。研究成果为预测震裂斜坡破坏提供了有力参考,也为灾后重建和防灾减灾提供了有力依据。     

黄土地层下预应力锚索荷载传递规律的试验研究

在已有理论推导的基础上,基于现场拉拔试验,分析锚固长度、拉拔荷载及锚索体直径对预应力锚索在特定黄土地层条件下荷载传递规律的影响。分析结果表明:(1)预应力锚索的有效锚固长度以6～8m最为合理,过短不利于锚索极限承载力的充分发挥,过长则易造成锚索材料的浪费;(2)锚索轴力随拉拔荷载增大不断向锚固段远端传递且越来越小,其峰值则不断增大且向远端偏移,该现象与锚固段前端锚索体所受轴力超过其屈服极限而产生局部塑性破坏有关;(3)土体及锚固体具有明显的非均质性和非线性,使得浆体与土层间存在相对薄弱或非连续界面。当拉拔荷载级别增大至一定量值时,这些弱面上即发生锚固力跳跃分布现象;(4)在工程实践中,锚固力分布曲线的始点与锚固段端口并不完全重合,而是相对纵轴均存在不同程度的偏移,导致发挥实际锚固作用的锚固段长度往往较理论设计的偏短;(5)在黄土地层下,部分预应力锚索极限承载力随其直径增加而线性增长,增长系数约为1.1,而与锚索有效锚固长度无关。所得结果为黄土地区锚索支护工程的设计和施工提供参考依据,具有一定的理论和实用价值。     

陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏特征研究

 顺层岩质斜坡是常见的斜坡结构类型之一,对该类斜坡的变形破坏特征以及形成机制研究已较深入,一般认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移–拉裂、滑移–弯曲(或溃曲)模式为特征。通过系统的文献收集及大量现场调查发现,陡倾顺层岩质斜坡还存在一种典型的变形破坏形式,即倾倒变形。结合具体的陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏的实例,详细分析、总结该类斜坡发育的地质环境条件及变形破坏特征,在此基础上结合典型斜坡分析陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形是在河谷演化、成坡过程中,岩层在平行坡面的最大主应力作用下由坡脚开始从下至上作悬臂梁弯曲,最终导致岩层根部折断,形成倾倒体;当坡体内折断带的剪应力超过其抗剪强度时,坡体将发生滑动形成滑坡。     

循环载荷作用下岩石材料变形场演化试验研究

 将岩石在动载荷作用下破坏过程的应力场直观地表现出来,从变形场演化的角度研究岩石试件的破坏规律是岩石力学变形观测领域一个有重要意义的课题。采用岩石材料破坏过程变形场监测(Geo-DSCM)系统,观测循环载荷作用下岩石材料破坏过程中的变形场演化。岩石试件采用大理岩加工而成,对岩石试件加载的循环载荷为正弦波,其下、上限载荷分别为10,130 kN,频率为0.04 Hz。通过对多个岩石试件的变形破坏过程的观测,从变形场演化的角度总结岩石材料在循环载荷下的破坏规律。试验结果表明：循环载荷作用下岩石的变形经历3个阶段,即均匀阶段、局部化阶段和破坏阶段。岩石在破坏过程中其变形场演化表现出一个规律,即在破坏前夕发生严重的变形局部化现象,形成变形局部化带;变形局部化带中的变形进一步集中,形成宏观裂纹,导致试件破坏。从而可用一种描述变形场局部化特征的统计量(如变形场的方差)来表征变形场演化过程,岩石破坏前发生变形局部化,此统计量会发生突跳。因此,此统计量可用以指示岩石结构的破坏,如果设计现场观测系统,应用此方法有望实现灾害监测与预报。     

加筋格宾挡墙在重复荷载作用下动变形特性试验研究

 为研究加筋格宾挡墙变形特性,对加筋格宾挡墙进行重复荷载作用下的模型试验,得出5种频率(2,4,6,8,10 Hz)、3种振幅(40～80,50～100,60～120 kPa)的动载作用下加筋格宾挡墙面墙累计侧向变形和竖向变形(沉降)的变化规律,以及影响面墙动变形特性的主要因素及其显著性;并对分级卸载时面墙的变形特性也进行分析研究。结果表明：挡墙动变形特性受振动次数、动荷载幅值以及格宾笼填充率等因素的影响,振动频率影响不显著;挡墙较大侧向变形发生在第3～5层;随着动荷载幅值的增大,达到变形稳定所需的振动次数增加,变形值亦增大;动变形的发展随振动历时的增长而增大,初期增长较快,随后逐渐变缓;分级卸载过程中,面墙侧向变形几乎没有弹性恢复。     

基于遗传算法的土坡三维可靠度分析

 边坡稳定分析的三维安全系数方法和三维可靠度分析方法一般均需人为给定一个与滑坡体宽度相关的参数或仅针对固定三维滑面进行分析计算。由于这样计算得到三维安全指标并不是最小值，因此难以反映边坡真正的安全度水平。引入随机场局部平均计算模型，考虑土性参数的空间相关性，边坡存在一个最小可靠指标对应的三维滑坡形态，这为采用优化方法进行土坡稳定三维可靠度分析奠定基础。对最小三维可靠度指标与三维临界滑面存在的缘由进行分析。遗传算法是一种优秀的全局寻优算法，可以有效解决边坡稳定分析临界滑面搜索问题。引入土性参数的空间相关模型，结合边坡稳定的三维简化毕肖普方法，直接以边坡稳定的三维可靠度指标为优化目标，建立基于遗传算法的边坡稳定三维可靠度分析方法。该方法无需滑坡宽度的假定，可以得到真正的边坡稳定三维可靠指标及对应的三维临界滑面。算例说明该方法的有效性。     

张拉工艺对压力分散型锚索 荷载不均匀系数的影响

 压力分散型锚索锚固段受力均匀并有可靠的防腐蚀系统,特别是在软弱破碎地层中可以提供高于拉力型锚索数倍的承载力,近年来在国内岩土加固工程中逐步得到应用。由于压力分散型锚索各承载体单元长度的差异,容易导致锚索各承载体单元荷载的差异,对锚索的加固效果产生不利影响。通过对压力分散型锚索荷载不均匀系数的探讨,分析不同张拉工艺时压力分散型锚索的荷载不均匀系数,探讨消除和减小锚索荷载不均匀系数的对策,提出工程加固中合理选用压力分散型锚索的建议。针对不同工程条件通过对锚索张拉工艺的调整,可以大大降低锚索的荷载不均匀系数,说明压力分散型锚索不仅适用于临时工程,也可以满足永久性工程需要。     

顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响

 顺向坡是岩质斜坡中稳定性最差、最易变形破坏的斜坡类型,顺向坡岩层倾向和坡向夹角的上限与岩质密切相关。为了分析不同岩质顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响,建立考虑侧限顺层平面型斜坡的稳定性计算模型。考虑斜坡侧向边界阻滑效应,结合直剪试验岩桥贯通理论计算侧向阻力,以T2b2和T2b3分别作为软、硬岩代表,分析不同岩质顺向坡岩层倾向和坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度,最终给出顺向坡岩层倾向和坡向的上限夹角。结果表明：在考虑侧限时,硬质岩岩层倾向与坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度高于软质岩,取30°为顺向坡岩层倾向与坡向夹角的上限较合适。通过三峡库区库首至巴东段滑坡统计,验证分析结果的合理性。结论为经验判断顺向坡危险性提供了依据,也可作为区域滑坡危险性评价等工作中坡体结构划分的参考。