强震过程滑带超间隙水压力效应研究:大光包滑坡启动机制

大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其滑带地质背景为埋深400 m的饱水层间构造破碎带。为研究强震过程该带间隙水压力(孔隙和裂隙水压力)响应特征,设计夹饱水软弱层地质体单元模型,并开展系列振动台试验,结果表明:振动过程软弱层超间隙水压力显著大于上下硬层,且具有瞬态生成和逐渐累积特性,进一步揭示依赖模型非协调变形的"振动冲压-拉张"和"振动剪切"是瞬态超间隙水压力成因、依赖软弱层非协调变形的动力损伤是超间隙水压力累积成因,从而建立了垂直和水平振动耦合作用下包含间隙水压力系数r_w和间隙水压力作用的有效面积系数h的地震滑坡滑带有效应力模型。对于大光包滑坡,滑带h估测范围为0.7~0.9,当r_w为0.73~1.04时滑带抗剪强度可降为0;振动台试验表明,汶川强震过程大光包滑坡区地震动参数可使r_w达到这一水平。最后,提出大光包滑坡启动的"强震作用-层间错动带控滑-动力非协调变形致损、扩容-超间隙水压力激发-滑坡启动"演化过程机制。     

改性钠羧甲基纤维素加固土冻融性能及损伤机制研究

以改性钠羧甲基纤维素加固土法在季冻区边坡水土流失的治理和应用推广为研究背景,基于室内试验,研究冻融循环次数和冻融低温温度对加固黄土和粉砂土体积、抗剪强度、渗透系数和耐久性的影响规律及加固土颗粒及结构在冻融循环过程中的变化。发现在反复冻融循环过程中,加固黄土和粉砂土的体积和渗透系数随循环次数增加而增大,抗剪强度和耐久性随冻融次数的增加而减小;加固黄土和粉砂土12次冻融循环后试样冻胀体积和抗剪强度随冻结温度降低而减小,渗透系数随温度降低而增大,耐久性随温度降低而减小,但减小幅度随温度降低越来越小;加固黄土作为相对细的土冻胀变形更显著,渗透系数变化更明显,而加固粉砂土作为相对粗的土颗粒间胶结作用更弱,黏聚力变化更显著,两者耐久性受冻融循环影响变化规律相似;M-CMC与颗粒间的包裹吸附胶结增强了土壤结构稳定性,使得黄土和粉砂土随水融次数增加试样含水率不断提高,试样体内液态水凝结成冰晶体时的冻胀作用增强,这是加固土团聚粒发生塑性变形甚至断裂变形的主要原因,导致加固土结构损伤劣化,改良性能受到影响;与此同时,由于M-CMC材料的延展性,使得材料与颗粒间胶结具有"弹性"减缓了冻胀损伤,提高加固土的冻融耐久性。     

多次冲击下砂岩粘弹性损伤本构关系

为研究砂岩的粘弹性损伤特性,开展了多次冲击压缩下的霍普金森杆试验.通过砂岩动应力应变曲线分析了中应变率范围内两种动变形模量的定义方法,表明采用等效动变形模量能反映砂岩在动态冲击压缩作用下的损伤变化特性.从微观角度出发,砂岩的统计损伤变量可由破坏的微元体数量占全部微元体数量的比例定义;从宏观角度出发,这种统计损伤变量也可由微元体破坏前后的动变形模量定义,并验证了动变形模量服从Weibull统计分布.微元体受力模型由粘性体和损伤体并联而成.粘性体的力学机制由砂岩动应力与动应变、应变率之间高度线性相关的拟合关系得到合理的解释;损伤体的应力应变关系由Drucker-Prager强度准则和Lemaitre应变等效原理基础上推导而来.通过对建立的粘弹性本构关系曲线与试验曲线进行验证,两者之间的变化趋势一致,具有较好的代表性,表明建立的粘弹性损伤本构关系是合理的;两者之间的偏差可通过增加砂岩试样数量、优化试验方案以及应用概率统计等途径解决;在获得一定概率保证率的本构关系参数后方可将粘弹性损伤本构关系用于分析和评价煤矿采动区岩质边坡的稳定性,以及为相关的地质工程安全评价提供必要的理论分析基础.     

嵌岩扩底短桩抗拔承载性能现场试验研究及数值模拟

为研究嵌岩扩底短桩的抗拔承载性能,在现场完成了4根扩底短桩的抗拔静载试验,详细地分析了单桩Q-s曲线,并将现行规范计算的极限抗拔承载力与现场试验结果相比较。在通过PLAXIS 3D软件验证数值模拟结果与现场试验结果吻合的基础上,进一步深入探讨了水平荷载对扩底短桩抗拔承载特性的影响。结果表明:扩底短桩的Q-s曲线呈陡变型,极限状态桩顶上拔位移与桩径之比的平均值为1.94%;现行规范计算结果过于保守,公路规范相比其它规范计算结果与试验结果较为接近;当水平荷载与上拔荷载的比值η分别为10%,20%,30%时,极限抗拔承载力呈线性减小,相比η=0时分别减小8.3%,16.7%,25.0%。研究结果对优化桩基设计有重要的理论意义和工程应用价值。     

汶川震区震后地质灾害发育分布及演化特征统计分析

汶川地震是21世纪以来中国发生震级最大的地震。为了分析汶川震区震后地质灾害发育分布,根据三大数据库及新闻稿的数据,以滑坡和泥石流为例,从规模、烈度及时间3个方面对汶川震后9 a来地质灾害演化特征及差异性进行了初步统计分析,并预测了2018—2025年滑坡和泥石流的演化趋势。结果表明:①滑坡数量与规模呈反比,与烈度也呈反比,且滑坡主要集中在7—9月份;②泥石流规模特征较均匀,高烈度区泥石流数量大于低烈度区,且主要集中在7—9月份;③滑坡在震后初期数量较少,泥石流则在震后初期数量较多;④初步分析汶川震后滑坡和泥石流演化特征差异的原因是这2种灾害的产生条件不同;⑤预测滑坡在短期内呈震荡式衰减趋势,高峰周期为3~5 a,泥石流呈水平波动趋势,高峰周期为3~5 a。     

直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究

针对岩质切向边坡发生剪切破坏时其剪切面难以预测,同时在强风化作用下造成岩体性质差异使得岩体强度参数难以准确获得的问题,本文以遵义市花台坡高边坡为工程背景,开展直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究。得出切向边坡岩体剪切过程受到走向与坡向垂直的结构面控制,剪切面首先沿此方向上的节理裂隙扩展,硬岩剪切过程中剪切面呈现"台阶"型破坏面,粗糙度小;较硬岩剪切破坏面呈现"波浪"型,起伏剧烈,粗糙度大;软岩发生整体剪断,剪切面较为平整;而含贯通性倾坡外结构面的岩体则沿结构面发生剪切破坏,剪切面顺直平滑。与室内三轴试验对比后发现,现场原位直剪试验结果很好地反映了工程实际情况,特别是对于薄层软硬相间的岩体,能提供更为准确的岩体强度参数。     

典型震裂山体发育特征及形成机制分析 ——以四川省茂县叠溪镇松坪沟为例

为了揭示强震作用下斜坡的震裂损伤特征及其演化规律,对四川省茂县叠溪镇松坪沟流域的3个典型震裂山体开展了地质条件及震裂纹调查.结果表明:①震裂斜坡震裂纹的扩展主要与结构面特征有关,震裂纹往往沿着节理触发和扩展.②震裂纹的组合特征控制了震裂山体的失稳模式.③ 强震过程中,在冲压-拉张荷载下主要形成拉张裂纹、冲压裂纹及压致拉...     

改性糯米灰浆基本物理力学特性及微观结构试验研究

糯米灰浆在我国有着悠久的应用历史,但由于存在收缩性大、早期强度低、抗冲蚀性差等特点,使其应用受到了一定程度的限制.基于对传统糯米灰浆的研究,以九寨沟钙华颗粒、糯米浆、生石灰、石膏、改性剂为原料,采用流动度试验、抗压试验、抗折试验及SEM、EDS、XRD相结合的方法,研究改性糯米灰浆的基本物理力学性能及微观结构,探究其固化机理.实验结果表明,改性糯米灰浆具有初始流动性好、凝结时间可控、早期强度高等特点,当掺量为糯米浆0.52 kg、生石灰0.23 kg、石膏0.77 kg、钙华颗粒1 kg、改性剂0.01 kg时,浆液的各项性能较佳,60 d抗压强度达19.37 MPa,抗折强度达5.75 MPa;钙华颗粒作为碳酸钙"晶核",可提供稳定的附着环境,诱导晶体的生长;结石体的固化过程包括硫酸钙晶体的生成及碳酸钙晶体"团聚→架桥→缠绕和包裹"的演化过程,逐步改善结石体内部晶体排列次序,进一步优化孔隙结构.改性糯米灰浆固化机理的研究为其应用提供了良好的理论基础.     

双聚材料固化黄土直接剪切性能研究

为了改善黄土地区边坡侵蚀现象,针对双聚材料对黄土的固化作用,开展室内试验,研究在极端干旱和极端饱水条件下固化黄土的力学性能,并辅助以调控土体干密度,以确保实验结果的准确性以及趋势正确性。结果表明:材料掺加能增大土样饱和含水率,随密度增加先增大后减小;在极端干燥和完全饱水条件下,相比固化土,黏聚力和内摩擦角都远大于未固化土,其中在饱和时材料对内摩擦角的作用最为明显;根据力学性能和综合因素考虑,材料掺量为0. 34%最优。     

三维激光扫描技术在边坡地质编录中的应用

西南地区地形条件复杂,高陡边坡发育普遍,其显著特点是地形起伏大,山体险峻。传统的地质编录方法是通过罗盘+皮尺进行现场地质测绘,不仅工作量大、成果精度低,而且存在人身安全隐患。以某水电站边坡为例,阐述了三维激光扫描技术在地质编录中的应用方法。其借助非接触式测量,能够快速高精度获取边坡实体密集点云数据,通过点云数据就能够解译边坡长大结构面和节理裂隙发育规律及空间展布特征,包括各级结构面分布、优势产状、延伸长度、间距等地质要素信息,从而研究结构面组合关系及其破坏模式,克服了传统地质编录的局限性。其地质要素的解译成果具有信息量丰富、准确度高的特点,将复杂的野外工作转化为内业数据进行处理,大大提高了工作效率,颠覆了传统的调查方法,具有一定创新性和先进性。