川中红层泥岩时效膨胀变形特性试验研究

四川盆地及周边山地广泛分布俗称为"川中红层"的侏罗系泥岩,是一种典型的软岩,其强度低,易风化崩解,流变特性显著,具有一定的膨胀特性,是引起该地区多处高速铁路路基长期持续性上拱变形的一个重要因素。为揭示红层泥岩在浸水条件下的时效变形特性,以川中红层典型泥岩为对象,在室内开展原状岩样浸水物化膨胀性试验,分析红层泥岩的吸水膨胀变形随时间的变化规律及其影响因素。试验结果表明,常规膨胀性指标显示川中红层泥岩为非膨胀岩,或仅具有弱膨胀性,原状岩样吸水膨胀率较小,但具有显著的时间效应;采用类Kelvin体建立红层泥岩膨胀蠕变模型,模型参数K和η可有效度量膨胀蠕变的极限应变及黏滞特性;原状岩样的结构性是影响其吸水率的重要因素,通过岩屑筛分试验获得最大含量粒组颗粒粒径dmax、细粒和微粒质量占比ω1.0和有效粒径d10三个参数,可以定量判断泥岩的吸水特性和膨胀特性,dmax越小、d10越小、ω1.0越大,则泥岩的吸水率越大,膨胀性越强。研究成果对川中红层泥岩地层高速铁路路基长期持续性上拱变形的机制认识及治理方案论证具有参考作用,并为红层泥岩物理、水理及力学特性及其相互关系的定量研究提供基础。     

高烈度区桥梁桩基础地震响应三维动力学数值模拟

针对高烈度区桥梁基桩的桩土相互作用问题，以锦屏一、二级水电站对外交通专用公路安宁河大桥为工程背景，建立了安宁河大桥2号墩的基桩的三维有限元模型。从基岩输入加速度时程，在此基础上对桩及其周边土进行动力时程分析，探讨了发生强震时的桩一土相互作用以及地震地面运动和上部结构对桩土相互作用体系地震响应的影响，得出一些有应用价值的结果。     

柱状节理岩石的形成特征及其工程性质分析

根据聚类方法分析了固体表面均匀收缩裂纹的类型及其与柱状节理之间的关系;分析了不同性质岩浆的粘度和结晶时间对柱状节理的影响,并对不同性质岩浆形成柱状节理的难易程度进行了总结;根据岩浆岩柱状节理的形成特征总结了柱状节理特定裂缝形成的主要影响因素,分析了热收缩和物质散失两种因素对裂缝的影响并详细推导了柱状节理岩体裂纹宽度的计算公式,并在此基础上利用泥巴山隧址区的流纹岩柱状节理进行了裂纹宽度的相关验证;模拟和分析了柱状节理岩体的工程力学特性,获得了泥巴山隧址区含柱状节理岩体的构造应力场并进行了相关力学特性分析。     

高陡斜坡区基桩水平承载特性模型试验研究

凭经验建造的高陡斜坡区桥梁基桩因水平作用引起病害的情况越来越多。为此,以红顶特大桥为原型,设计一套加载装置和试验方案,考虑基桩位于边坡中的位置与受力形式2个因素,对基桩水平承载特性进行水平静载与轴–横向组合加载模型试验研究并分别得到桩顶位移,水平荷载与相对位置及竖向荷载的拟合关系。结果表明,水平循环荷载作用下,桩顶水平位移与桩身弯矩均随荷载及其循环作用次数的增大而增大;水平荷载作用下,基桩水平极限承载力与其所在位置距坡脚的水平距离呈反比,即基桩越靠近坡脚线,其水平极限承载力越大,同时桩顶水平位移、桩身弯矩则越小;水平与竖向同时加载对基桩水平极限承载力的影响,与预加竖向荷载是否达到基桩竖向变形稳定荷载临界值有关,竖向荷载小于该临界值时,可提高基桩水平极限承载力,竖向荷载大于该临界值时,会降低基桩水平极限承载力。     

滑坡区隧道自锚式加固结构受力变形研究

 滑坡区隧道自锚式加固结构是针对位于深厚滑坡体中隧道病害治理问题而提出的一种新型治理措施。为研究整个加固结构与滑坡土体相互作用下的受力变形规律,首先建立物理力学计算模型,采用传递矩阵法推导内力及位移的传递矩阵计算式,借助MATLAB编程计算,得到加固结构内力和位移的分布特征,然后分别对加固结构进行数值模拟计算和物理模型试验,验证理论计算方法及结果的正确性。研究结果表明：(1) 抗滑支撑桩与锚索能很好地控制隧道的位移,改善隧道的受力状态;(2) 设计中,应尽量减小锚索与水平面的夹角,并增大滑坡边界范围内锚索力的设计值;(3) 数值模拟计算和模型试验得到的隧道内力和位移分布特征与理论计算结果相吻合,验证了理论计算方法及结果的正确性。     

双江口水电站坝址区地应力场形成机理及其特征分析

根据双江口水电站坝址区前期研究得到的地应力数据及相关地勘资料,运用工程地质分析原理和简易推断法对坝址区地应力场的形成机理及总体特征进行了分析与研究,认为研究区地应力场的形成是构造应力场和自重应力场受内、外综合因素影响的有机复杂动态耦合的结果。     

柱状节理岩体各向异性强度准则研究

以正六棱柱型柱状节理岩体为研究对象,根据柱状节理的分布特性,在参考Ramamurthy非线性强度准则的基础上,引入节理系数表征节理对岩体强度的影响,建立正六棱柱型柱状节理岩体各向异性强度准则。该强度准则以幂指数形式反映柱状节理岩体的强度非线性。分析时首先针对正六棱柱型柱状节理岩体,研究节理系数的计算方法,然后结合模拟柱状节理岩体单轴和三轴压缩试验结果确定各向异性强度准则中的常数,在此基础上采用已有试验数据对该各向异性强度准则进行初步验证。结果表明:该各向异性强度准则能够较好地反映柱状节理岩体强度的各向异性和非线性,预测值与实测值比较吻合。     

高速铁路红层软岩路基时效上拱变形机制研究

红层软岩地区高速铁路路基在运营期出现持续上拱变形,已成为当前阻碍我国高速铁路发展的又一关键因素,为揭示引起红层软岩地基时效性上拱变形机制,以西南地区某典型红层软岩深挖路堑路基上拱变形病害工点为依托,在现场工程地质与水文地质调查分析的基础上,结合基底地应力测试、红层软岩的吸水膨胀性试验和不同水理条件下的蠕变性试验结果,从地基岩体赋存的水、力环境、红层泥岩的时效性膨胀特性和水-力耦合蠕变特性角度,建立红层软岩地基分层变形机制模型,并系统分析地基短期、中期和长期上拱变形机制和特征。研究成果表明:(1)上拱区段属红层泥岩夹薄层砂岩的近水平地层结构,开挖法向卸荷引起浅层岩体微观裂隙松弛而视显,深层岩体仍为完整,地基岩体水平切向应力显著增大导致路基变形具有明显的结构效应;(2)侧向约束轴向自由下,红层泥岩吸水的时效性变形特征与其岩性及结构特征有关;(3)红层泥岩在低应力状态下即表现出典型的三阶段蠕变变形特征,且轴向应力越小,蠕变应变比越大;(4)水-力耦合作用下红层泥岩蠕变特性更为显著,大量级卸荷情况下上拱蠕变显著增大,蠕变稳定持续时间增长;水汽-力耦合作用下仍会出现显著的蠕变变形,蠕变稳定持续时间更长,总蠕变应变相对减小;(5)根据不同层位岩体的变形机制,将红层软岩地基划分为大气影响层(C1)、水汽-力耦合变形层(C2)、水-力耦合变形层(C3)和水-力耦合封闭层(C4)。路基短期变形主要由C1层岩体引起、中期变形由C3和C4层岩体引起、长期变形由C2层岩体引起。研究成果可为红层软岩地区高速铁路路基时效性上拱变形风险评估、预测及工程控制措施的设计提供理论支撑或参考。     

含裂隙充填节理岩体的压剪断裂机制研究

节理弱面是造成岩体力学性能弱化的主要因素,而充填物质的非均质性将显著影响节理岩体的剪切力学特性。考虑压剪应力作用下贯通性节理充填物中沿节理方向裂隙对节理岩体断裂特性的影响,制取含不同长度初始裂隙的充填砂浆节理岩体试样,在单轴压缩作用下研究含裂隙充填节理岩体的压剪断裂机制及初始裂隙尺寸对节理岩体破裂模式和断裂能的影响规律。试验结果表明:(1)单轴压缩作用下,充填节理岩体的失稳过程分为断裂和摩擦两阶段,前者为节理内裂隙的起裂、扩展到贯通过程,峰值强度后承载力迅速降低,之后因宏观破裂面的压剪摩擦作用而出现强化现象,直至剪应力达到其抗剪强度而失稳破坏;(2)随着充填体内初始裂隙长度增大,试样峰值荷载线性减小,峰值脆性断裂特征更加明显;(3)无初始裂隙节理试样破裂过程中裂隙在节理内分布均匀,而含初始裂隙试样断裂从裂隙尖端开始,向充填体和花岗岩块体黏接面扩展贯通,充填体内裂隙集中而密度较低;(4)采用节理韧带体积Vjc改进断裂能计算公式,计算充填节理岩体压剪断裂能Gf-V;基于充填节理的断裂机制,提出局部断裂能gf-V沿韧带双线性分布的前边界效应模型,解释了平均断裂能Gf-V随初始裂隙长度增大而减小的原因,试验结果验证了模型的正确性。     

红层软岩变形特性及基床系数取值试验研究

岩体变形特性及基床系数与基础内力、最终变形量和变形的均匀性直接相关,合理确定基床系数值对高层特别是超高层建筑至关重要。以成都市某超高层建筑论证为依托,针对建筑物持力层中风化泥质软岩,在井下平洞内进行不同压板尺寸和形状的平板载荷试验,并取得原位试样进行室内岩块单轴抗压强度、常规三轴压缩试验和直接剪切试验,根据室内及原位试验资料分析了岩体单轴抗压强度、弹性模量、承压板尺寸与基床系数的关系。结果表明：地基基床系数具有随地基岩石单轴抗压强度增加而增加的趋势;较小承压板试验数据离散性较大,较大压板试验数据离散性较小;如果红层软岩基床系数按照规范建议的黏土或砂土经验公式进行修正,会引起较大误差;红层软岩（中等风化泥岩）地基的基床系数与载荷板尺寸间呈双曲线型经验关系,据此建议对建筑物红层软岩地基基床系数进行修正;对红层软岩采用500 mm方形承压板试验获取的基床系数离散性较小。