冻融作用对超固结土强度的影响

冻融过程中土结构受冷生作用的影响,可导致其工程性质发生变化。本文研究了冻融作用对超固结土强度的影响。以天津粉质粘土和兰州黄土的重塑超固结土样为研究对象,对两种土施以一次冻结–融化,对冻融前后的土样分别进行电镜扫描图像定量分析和土力学试验。试验表明,两种土经过冻融作用后,其强度参数发生了变化。结合前人对正常固结土冻融过程中应力状态变化的分析,综合电镜扫描图像的定量分析和冻融过程中的变形时程,对超固结土强度的变化提出了新的机理解释。     

考虑固-液接触角影响的粗颗粒间液桥毛细力计算方法

从土颗粒间形如液桥的水分毛细力认识和解释非饱和土的水力特性日趋为土力学界所关注。为研究固-液接触角对粗颗粒间液桥毛细力的影响,将粗颗粒简化为一对不等径球体颗粒,假定液桥的形状为圆环且不考虑颗粒重力和浮力的影响,结合液体被粗颗粒完全和不完全浸润两种情况提出了考虑固-液接触角影响的液桥毛细力联合迭代算法。随后研究了固-液接触角、液桥体积和颗粒半径比对毛细力与颗粒间距的无量纲关系的影响。最后利用已有文献中考虑固-液接触角时不等径球体颗粒间液桥的毛细力实测值对该算法进行了验证,通过计算液桥毛细力预测值与实测值之间的均方根误差发现联合迭代算法在表征液桥毛细力与颗粒间距关系时优于已有公式。     

卵石倾角对砂卵石地层隧道开挖影响的细观力学研究

在实际工程中,椭圆形或亚圆形的卵石以不同角度在地层中层状分布。针对卵石倾角对砂卵石地层施工力学行为的影响,将地层材料视为由卵石和土体基质组成的混合材料,建立砂卵石地层二维细观有限元模型,开展不同卵石倾角下的隧道开挖数值计算。通过围岩应力模拟值和理论值的对比,对细观分析模型的适用性进行了验证。在此基础上,从围岩应力和围岩变形两个角度,对不同倾角下的隧道开挖围岩反应进行了分析。结果表明:当卵石倾角从0°增大至90°时,围岩塑性区的形态和范围均发生变化,且拱腰处的围岩竖向应力不断增大。在给定的计算条件下,地表沉降最大值以每10°相对增幅5.17%的速度线性增加,地表沉降槽宽度系数呈现出先增加后减小的趋势,在卵石倾角为30°时取得最大值;地中沉降最大值和地中沉降槽宽度系数随深度的变化关系均可以采用幂函数形式的公式进行描述。     

考虑围压效应的冻土三阶段强度准则

冻土抗剪强度的围压效应是寒区工程建设与冻结法施工工程承载能力分析的基础与前提。随着围压的增大,现有冻土抗剪强度试验结果既有先增大后减小的两阶段试验规律,也有先增大后减小再增大的三阶段试验规律。为描述冻土抗剪强度的特殊规律,该文对土与冰的特性分别进行了分析,认为冻土的抗剪强度所呈现的多阶段发展规律,不仅因为其继承了未冻土的强度特征,还由于冻土中孔隙冰的存在对抗剪强度有特殊的贡献。基于此,该文将冻土抗剪强度分解为反映黏聚摩擦特性的基准强度与由于存在孔隙冰而表现出的特殊贡献强度。通过利用幂函数强度表达式作为冻土的基准强度,并进一步构建描述冻土强化弱化规律的贡献强度,从而发展得出考虑冻土复杂围压效应的三阶段强度准则。对不同类型冻土的两阶段与三阶段试验结果进行的预测表明,所建立的冻土三阶段强度准则能够合理地描述冻土的抗剪强度变化规律。     

采砂改变级配砂砾料筑坝压实特性及碾压施工参数研究

某水库规划砂砾料场由于人工采砂,导致砂砾料级配劣化、离散性大,原设计包线、开采条件和坝的填筑控制标准等均发生变化,为保证大坝的填筑质量,大坝设计填筑标准相对密度由75%提高到了80%。为了验证新填筑标准的合理性,并确定经济高效的碾压施工参数,本文通过天然含水和充分洒水条件下不同铺料厚度、不同碾压遍数下的现场碾压试验,系统研究了含水率、铺料厚度、碾压遍数和含砾量等因素对扰动砂砾料压实性能的影响,在此基础上结合新的填筑标准,探讨了碾压施工参数和施工工艺。     

土的结构性参数及其与变形强度的关系

本文在全面回顾有关土结构性和结构性定量化研究的基础上，沿着一条新的途径，提出了一个简明、实用的结构性参数——综合结构势，并通过试验，从变形和强度两个方面证明了土结构性参数具有明显的合理性、广泛性、灵敏性和稳定性。     

多年冻土区铁路保温路基变形特征研究

冻土具有极为特殊的工程地质性质,修建其上的路基将不可避免地发生变形,甚至是破坏。为保证道路畅通,冻土路基在满足热稳定性要求的同时,道路路基的变形也必须满足设计规范要求。基于青藏铁路北麓河保温路基的地温、变形监测资料,分析路基地温、变形特征及其相互关系。研究结果表明,冻土路基的变形和其下地温场状况密切相关,地温场状况及其变化控制和决定着冻土路基变形场的状况。多年冻土地温升高产生的冻土压缩变形是导致保温路基持续较大变形的主要原因之一,在冻土路基变形研究中不可忽略。而冻土融化产生的变形是冻土路基变形的主要因素。基于实际监测数据分析结果,考虑到温度对多年冻土地区土体力学性质的强烈决定作用,建立冻土路基热弹塑性融沉压缩本构模型,进行温度场和变形场的单向耦合分析。计算结果表明,当该地区年平均温度较低、在路基高度较小的情况下,铁路保温路基的变形较小。相反,在该地区年平均温度较高,路基高度也较大的情况下,冻土路基的变形较大,这也和监测结果相符合。     

基于突变级数法的青海木里矿区冻土环境评价

为探索矿区冻土环境评价的方法和理论,应用突变理论对冻土环境进行了分析.基于由冻土冻融侵蚀敏感性、冻土热稳定性和冻土生态脆弱性3个子系统组成的青海木里矿区冻土环境评价指标体系,建立了木里矿区冻土环境评价突变模型.利用文献资料和野外考察资料,采用突变级数法,通过突变模型的归一公式建立了评价等级标准（理想状态、良好状态、一般状态、较差状态、恶劣状态),并对木里矿区冻土环境进行了综合评价.研究结果表明：木里矿区冻土环境质量为一般状态;与其他环境评价方法相比,突变级数法只需对评价因子进行重要性排序,在一定程度上避免了权重赋值的主观性.由于冻土环境的特殊性,应用突变级数法对矿区冻土环境进行评价更加地科学和有效.     

冻融作用对土结构性影响的土力学意义*

冻融循环可以改变土的力学性质,这种影响是通过改变土的结构性而产生的.以一定干密度的饱和兰州黄土和天津粉质粘土为研究对象,使两种土都经过一个冻融循环,然后对冻融前后两种土分别进行土力学试验和电子显微镜图像的定量分析.发现冻融前后土的力学性质和微观结构特征都有一定的变化,而力学性质的变化从某种程度上都可以从微观结构的定量改变中得到解释.这将冻胀和融沉对土微结构的改变以及由此导致的土力学性质的改变的定量化研究向前推进了一步.     

张掖地区季节冻土场地上的地震动效应

针对季节冻土地区一场地,进行了现场地脉动观测,并在观测点采集原状土样。采用动三轴试验,取得了融土和冻土的动力学参数,如土层的剪切模量比和阻尼比等。讨论了具有季节冻土层的场地上地震动反应分析的输入问题,包括边界条件、地震动时程和土层参数。利用这些参数和场地地震危险性分析结果,应用一维剪切梁模型,计算得到场地在季节冻土层消融前后的地面强震地震动参数。进一步假定不同的冻土层厚度,计算得到地震动峰值参数和反应谱随冻层厚度变化的规律,以此分析了冻土层对地震动效应的影响。对场地所做的地震动计算结果表明:地表的冻土层对强震有一定的抑制作用,冻土层对地震安全性有正面影响,此效应随冻结深度的增加而加大;而场地的卓越周期随冻土层厚度的增大而减小。对于季节冻土地区的抗震设计具有一定的意义。