基于数字图像的大型堆积体细观力学特性及 力学参数研究

大型堆积体常见于西南水电工程中，其力学性质极其复杂，需从细观结构上对其加以研究，才能从本质上揭示其力学特性及变形破坏的特征和规律。将数字图像处理技术DIPT) 应用到堆积体的数值模拟中，自行开发了 Photo-To-FLAC^3D (PTF) 自动建模程序，可实现对堆积体图像的分析处理、信息获取并自动生成细观模型文件的全过程，为堆积体力学行为的模拟提供了新的建模方法。以澜沧江古水水电站堆积体边坡为例，对实拍数码照片采用 PTF 实现其细观模型快速、准确的建立，运用三轴数值模拟试验对其力学特性及力学参数进行分析和研究。研究表明，堆积体变形表现出明显的“欺软怕硬”特性，受力表现出“贯穿带”的特性。提出随机统计分析法对堆积体力学参数进行研究，通过随机选取多组现场照片进行分析，由统计分析得出的力学参数与实际工程物理实验的参数非常接近，说明该力学参数研究方法的可信性，为堆积体力学参数的选取提供了一条新的路径和依据，是大型原位试验的有益补充。     

川藏公路102滑坡滑动带力学参数的反分析

滑动带力学参数是滑坡研究中的关键与难点所在，这一点在川藏公路沿线的大多数松散堆积体滑坡的稳定性评价中尤为突出。基于对102滑坡进行的大量现场调查和滑动带原状土采样，通过三轴剪切试验和滑动带力学参数的反分析2种方法研究了滑坡滑动带力学参数。对所得结果验算和对比后可知，滑动带力学参数的反分析是确定滑坡滑动带力学参数的理论上可行、实际上有效的方法。     

大型碎屑堆积体工程特性及稳定性评价

在中国西部水电工程建设中,由于地质条件复杂,面临许多工程地质问题,其中在坝址区和库区的大型堆积体对电站建设影响很大。分布在峡谷斜坡的大型碎屑堆积体,由于方量巨大、粒径多为30～200cm,极难进行强度试验和稳定性评价。以澜沧江中上游乌弄龙电站坝前大型堆积体为例,介绍该类碎屑堆积体的强度参数、粒度组成等工程特性的评价方法,并进行稳定性计算。研究结果表明:堆积体在天然条件下安全系数为1.11～1.15之间,处于稳定状态。地震条件下取Φ=36°～37°,K=0.98～1.02,表明该堆积体处于基本稳定状态,与现场调查的变形动态较吻合。这说明采用的分析评价方法是正确的,取得较好的效果。这些研究方法对于大型堆积体的研究具有借鉴意义,对于类似工程问题具有参考价值。     

基于大型直剪试验的松散堆积体力学特征分析

针对松散堆积体独特的物理特征及其复杂的力学特性,采用筛分试验分析了重庆市某地区具有典型特征松散堆积体的3种试样的天然级配参数,得出典型松散堆积体的级配特征是含石量较大,因此采用石、砂模拟堆积体,并采用室内大型直剪试验仪对试样在不同垂直荷载下进行剪切试验,得出各试样剪应力-位移关系曲线;根据莫尔-库伦强度理论得出各试样的正应力-剪应力关系曲线,求出各试样的c、φ值。该研究成果可为实际工程设计提供理论依据和数据支撑。     

硬脆性岩石时效强度理论研究

随着大型水利水电项目相继竣工投入运行,岩体工程的时效安全性问题成为岩土工作者关心的热点问题。论文以大理岩为例,对硬脆性岩石进行系统的室内力学试验,建立可以描述硬脆性岩石强度时效性的时效强度理论模型。通过单轴、常规三轴压缩试验,研究大理岩的力学特性、破坏模式以及围压的影响,得到大理岩随围压增大出现的脆延转换特性;通过循环加卸载试验,建立大理岩力学参数随塑性内变量的函数表达式,并结合恒载试验得到的大理岩力学参数随时间的变化规律建立大理岩塑性内变量的时效表达式,和时效强度理论模型。结果表明,随时间增长,大理岩的力学参数呈现非线性劣化趋势,并在两周后逐渐趋于稳定,研究成果对岩体工程长期稳定性分析具有重要的理论价值和指导意义。     

土与结构相互作用的可视化剪切试验装置研制及应用

 土与结构的相互作用是岩土工程中普遍存在的力学问题,在已有大型直剪试验系统平台上,设计局部可透视的刚性剪切盒和数据采集分析系统,研制相应的设备。在接触面力学参数可靠获取的基础上,通过高清数码摄像实时采集剪切试验过程中接触面剪切带的数字图像,利用GeoPIV分析获得剪切带土砾的变形和剪切带的厚度,实现土与结构接触面直剪试验剪切带变形的可视化与定量化。以三峡库区堆积体滑坡工程为背景,开展不同含水率条件下土石混合体与混凝土接触的剪切试验,得到接触面抗剪强度参数的变化规律和剪切过程中土砾颗粒运移特征,定量分析土砾颗粒在剪切过程中的位移变化规律,获得试验条件下接触面剪切带厚度为17～23 mm,试验结果表明上剪切盒中的土砾剪切过程中发生显著的位移,其相对下剪切盒的水平位移小于上下剪切盒的相对位移,呈现非线性的变化趋势,并给出土砾实际位移与剪应力的关系。该研究成果可为土与结构相互作用的可视化剪切试验、接触面力学特性和本构模型分析提供重要支撑。     

辽河欢喜岭地区工程建设场区工程地质初勘

通过勘探和土工试验对辽河口生态经济区欢喜岭地区某工程项目场区进行了岩土工程详勘,对其土层工程力学性质进行了分析与评价,为设计与施工提供可靠的岩土参数。     

武汉市轨道交通四号线一期工程Ⅱ标段地质分析

文章介绍了武汉市轨道交通四号线一期工程的工程概况,通过工程地质勘探和实验方法,得出场地岩土层的构成与特征。按照一定的统计原则和方法,分析了地基岩土物理力学性质,研究了地基岩土物理力学性质指标,用于指导工程设计与施工。研究了地铁建设所遇到的主要工程地质问题如地震、气象、水文条件等对地铁建设的影响,提出了在地铁施工中解决的办法。实践证明,明确工程建设中的工程地质问题并作出科学评价,对工程设计与施工至关重要。     

某气体分馏装置地基土性试验研究及分析

以某石化公司大型气体分馏装置地基的岩土工程为实例,论述了大型设备装置地基岩土工程进行的技术工作方法。通过对该建筑物地基土各土层的物理力学性质的现场原位测试以及室内土工试验结果的分析,并根据有关规范与标准,本地经验值,得出该大型气体分馏装置地基土承载力的推荐值和相关参数,为设计与施工提供依据。     

争岗滑坡堆积体滑面强度参数反演分析

边坡滑面强度参数的确定是岩土工程领域的难题之一.结合澜沧江古水水电站争岗滑坡堆积体工程地质条件,依据堆积体稳定性受暴雨工况控制的实际情况,对三维滑面及边界条件采用栅格控制和克里格插值法构建了争岗滑坡体的三维滑块模型,并对堆积体的稳定性现状进行合理的假设,利用三维极限平衡方法反算出底滑面综合抗剪强度参数.研究结果表明:该参数可反映滑坡体的总体稳定性及失稳破坏模式,与现场勘察的结果相吻合,证明了反算方法的有效性,在此基础上提出了滑坡堆积体治理的基本思路.相应参数反算方法可为相似工程中参数的确定提供有益参考.     

垃圾填埋场边坡稳定可靠度分析

 高度非均质是垃圾土最突出的性质,其物理力学参数在时间和空间上均具有很大的变异性。基于现场取样进行室内测试,对垃圾土重度和抗剪强度参数的变异规律和概率特性进行研究,按分层概率特性和总体概率特性生成随机参数,采用蒙特卡罗法分析填埋边坡可靠度。研究结果表明,随埋深增加垃圾土有效黏聚力减小,有效内摩擦角增加,二者呈负相关特性,但在各个分层中,可认为二者彼此独立;按分层概率特性进行可靠度分析所得安全系数标准差较小,按总体概率特性进行分析标准差较大,前者分析结果更加准确可靠,说明对于高度非均质的垃圾土,为进行填埋边坡可靠度分析,首先必须研究和掌握其参数的变异规律和概率特性。     

爆破震动作用下公路隧道动力特性分析

基于小净间距的南方某公路隧道二期工程爆破震动安全监测，通过爆破震动作用隧道围岩与衬砌质点振动速度波频谱分析与质点振动速度幅值分布情况，对公路隧道混凝土衬砌及其围岩在爆破地震波作用下的力学性质特征进行论述，指导和优化爆破施工，为合理与有效保护隧道衬砌提供依据。     

煤的变质程度、孔隙特征与渗透率关系的试验研究

以贵州六盘水矿区中高变质程度的原煤为对象,利用TESCAN VEGA II型自带能谱扫描电镜、ASAP2020型比表面微孔分析仪,对煤样的内外部孔隙特征进行研究;借助自主研制的三轴渗流装置,进行不同瓦斯压力条件下含瓦斯型煤的三轴渗流试验。结果表明：(1) 煤的变质程度与内外部孔隙特征呈正相关关系,变质程度越高,原煤的分形维数越高,原煤的吸附量和孔容也越大;(2) 原煤的内外部孔隙特征与渗透率呈正相关关系,内外部孔隙越发育,渗透率越大;(3) 在恒定平均有效应力和温度条件下,随瓦斯压力的增大,渗透率先急剧降低,而后降低趋势渐缓,且渗透率与瓦斯压力服从指数分布关系。研究结果对贵州六盘水矿区瓦斯灾害的防治和煤层气的开发利用具有一定的理论指导意义。     

不同温度下褐煤裂隙演化的显微CT试验研究

利用显微CT系统直观地研究褐煤从20℃～600℃裂纹的演化扩展过程,对原生裂纹和新生微裂纹的扩展演化进行详细的分析研究。研究结果表明:20℃～100℃,褐煤热破裂程度中等,只有很少的微裂纹产生;100℃～300℃热破裂剧烈,原生裂纹扩展延伸,且产生许多微裂纹,新旧裂纹扩展、延伸、搭接形成裂隙网络;300℃～500℃裂纹的扩展很缓慢;500℃～600℃,裂纹有闭合的趋势。随温度升高,微裂纹易沿层理方向产生于软煤质中,止裂于硬质带边缘,部分垂直层理方向的裂纹会在硬质带边缘分叉后沿层理方向扩展,裂纹沿层理方向的扩展速度远大于垂直层理方向的。     

基于冲量定理的滚石对构筑物冲击力计算方法

 滚石灾害在工程施工过程中对施工人员、设备和构筑物具有较大的威胁,因此研究滚石的运动特性及其冲击力显得非常重要。基于刚体运动学原理建立滚石运动特性的计算方法,通过与数值仿真结果对比来验证其合理性,同时滚石的运动参数作为计算其对构筑物冲击力的基础参数。在考虑滚石自转的基础上,基于冲量定理提出滚石冲击力的计算方法,并结合弹性力学理论解决计算中的撞击时间难以确定的问题。利用提出的方法对长河坝环境边坡的滚石运动特性及冲击力进行分析,计算结果表明：滚石运动过程最大弹跳高度可达25 m、最大平动速度和转动速度分别可达到57 m/s及350 rad/s,滚石运动受地形影响较大。结合运动参数分析结果和冲击力计算模型确定滚石对不同部位构筑物的冲击力数值,冲击力计算结果为构筑物位置的选择及灾害防治提供了一定的参考。     

含软弱夹层斜坡地震动力响应特性的振动台试验研究

 斜坡中的软弱夹层往往控制着其变形破坏模式。在地震作用下,软弱夹层与地震波的复杂作用机制使得该类斜坡的地震响应特征很难被充分了解。在已有认识的基础上,开展4个含软弱夹层斜坡模型的振动台试验,旨在通过与均质斜坡模型响应进行比较,揭示含软弱夹层斜坡的地震动力响应特性,并观察软弱夹层在这一响应过程中所起的作用。主要研究结果为：(1) 4个含软弱夹层模型的水平分量(PHA)和竖直分量(PVA)加速度响应均呈现出高程放大效应,且主要体现在夹层以上部位。在夹层以下部位,水平分量加速度放大系数始终保持在1.5以内。(2) 与均质模型响应的比值表明,在夹层以上部位,夹层的存在对2个加速度分量的影响与夹层特征和激振强度密切相关。当激振强度较弱(≤0.3 g)时,厚夹层和薄夹层的存在都能对PHA和PVA响应起到增强作用。当激振作用增强时,厚夹层表现出了隔震作用,在坡顶,PHA和PVA响应相对均质模型分别减弱50%和70%。(3) 与加速度响应一致,坡表水平向位移响应也呈现出了高程放大特征,且在坡顶最大。然而,与均质斜坡模型的初始变形出现在坡顶这一现象不同的是,含夹层模型的变形最早出现在夹层以上、坡顶以下的部位。分析产生这一差异的可能原因在于,当激振强度较大时,含夹层模型相对于均质模型在该部位的水平向响应强度显著增强,而夹层的挤压变形也可能造成初始变形部位更靠近夹层。(4) 含软弱夹层模型的最终破坏部位和破坏程度,与夹层的厚度和倾角密切相关,表现为含水平夹层模型的破坏部位高于含反倾夹层模型,而含薄夹层模型的破坏程度高于含厚夹层模型。     

金沙江白鹤滩水电站坝区左岸边坡变形特征及机制分析

左岸河谷边坡的稳定问题是白鹤滩水电站重要的工程地质问题之一,在地质历史过程中,随着河谷下切,岸坡不同部位不同高程的岩体均产生不同程度的卸荷变形,研究这些变形特征及变形机制对于从宏观上定性把握左岸边坡的稳定性至关重要。根据勘察成果初步分析,左岸河谷边坡变形受缓倾角错动带以及NW向断层控制明显,具体地,卸荷裂隙的空间分布和发育规模均与其相对这些控制性结构面的位置相关,并且表现出较强的规律性。总结这些规律并采用离散单元数值分析软件UDEC和3DEC模拟河谷下切过程中这些控制性结构面对边坡变形的控制作用,进一步印证地质上的分析成果,同时结合地质勘察与数值计算成果分析左岸边坡的变形机制。     

新型单层冻结井壁水平极限承载特性试验研究

针对采用双层复合井壁的井筒掘进断面有效利用率大幅降低的情况,提出一种新型单层冻结井壁结构,为获得该种井壁结构的水平承载特性,采用相似模拟试验方法,研究3个井壁的水平极限承载特性和变形破坏特征,研究结果表明,井壁竖向、环向应变值、竖向位移与竖压一致性较好,不会出现机械滞后的问题;井壁所受竖压可视为均匀竖压;泊松比与混凝土强度无关,弹性模量与混凝土强度相关;竖向极大正位移与加载围压之前的最大竖向荷载呈正比关系;竖向极大位移与水平极值位移/水平极限荷载基本呈正比关系;在忽略竖压影响的情况下,径向位移与水平应力基本上呈正比关系;井壁破坏时内侧压应变远大于井壁外侧,内侧总压应变一般为-2000～-2500με,有时达到并超过-3000με;新型单层井壁极限承载力高于普通混凝土井壁。研究结果对完善新型单层井壁设计理论以及指导新型单层井壁快速、科学施工等均具有重要意义。     

含软弱夹层岩体爆破的夹层土运动特征试验研究

 以单孔台阶爆破为原型,进行含软弱夹层的混凝土模型爆破试验,利用高速摄像观测爆破过程中夹层土的运动状态,分析不同炮孔装药量、夹层土含水率和最小抵抗线条件下夹层土的运动特征及其变化规律。研究结果表明,利用高速摄影可以清晰地观测到距炮孔中心2～4 cm之后的夹层土的运动影像,从而证实爆破对紧邻炮孔的软弱夹层的推移作用;模型爆破时夹层土的最大运动速度可达450 m/s,并随着与爆心距离的增大,夹层土的运动速度大致呈线性降低,其降低幅度主要受夹层土含水率和炮孔装药量的影响;距炮孔相同距离处的夹层土运动速度和运动的最大距离均随装药量、含水率、最小抵抗线的增加而增大,且装药量对夹层土的最终推移距离起着主要作用。     

重庆码头大直径深嵌岩短桩水平承载力试验研究

在码头建设过程中,由于山区场地条件的限制,大直径深嵌岩短桩在工程中得到了使用,但是在水平荷载作用下,相应的原位试验研究还比较缺乏。通过采用对顶法对重庆码头大直径深嵌岩短桩的水平承载特性进行测试,分析包括桩顶的荷载-位移曲线、水平位移分布规律以及桩身弯矩及剪力的分布情况。研究结果表明:大直径深嵌岩短桩水平荷载与位移关系基本呈直线分布,增加桩长对改善其水平受力性能较为有利;从桩土的侧向变形来看,变形主要发生在上部填土处,表层处土体的密实度及桩径大小对侧向变形影响较大;从桩身的内力分布来看,桩身弯矩在距离地表6 m处最大,最大剪力主要分布在地表附近。