降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征数值分析

为分析降雨入渗条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征,开展不同坡度条件下边坡降雨入渗数值模拟计算,分析降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件,研究降雨强度、饱和渗透系数、坡度等多因素对边坡暂态饱和区演化特征的影响。研究结果表明,降雨条件下边坡暂态饱和区的形成条件为：①降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数;②降雨入渗进入饱和状态土控制入渗阶段。降雨条件下,降雨入渗影响区、暂态饱和区均持续向下扩展;降雨停止后,地下水位线以上的岩土体孔隙水压力、体积含水气量持续降低,且地下水位线不断升高。降雨强度小于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区扩展速率与降雨强度呈正相关;降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率受降雨强度影响较小。降雨期间,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率与饱和渗透系数随深度的变化率δ_kz呈正相关,孔隙水压力峰值与δ_kz呈负相关;降雨停止后,地下水位线、孔隙水压力峰值与δ_kz呈正相关。降雨初期,降雨入渗影响区面积、孔隙水压力峰值与坡度呈正相关;降雨后期及降雨停止后,降雨入渗影响区面积、暂态饱和区面积、地下水位线高度与坡度呈负相关。     

温、湿度对粉砂质泥岩单轴力学性能的影响试验

为研究粉砂质泥岩经温、湿度作用后单轴力学性能的变化,开展变温循环试验、浸水试验以及浸水条件下的变温循环试验,得到粉砂质泥岩在不同温、湿度作用下的应力-应变曲线,并分析其单轴力学指标的变化规律。试验结果表明：粉砂质泥岩单轴抗压强度与超声波速呈正相关;天然粉砂质泥岩的峰前应力-应变曲线符合塑-弹-塑性岩石的特征;干燥粉砂质泥岩经历变温循环后,单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均降低,且其降幅与循环次数、变温方向、温差变幅相关;恒温浸水时,粉砂质泥岩的轴向膨胀率和含水率在初期增长较快,后期逐渐趋于平缓,且单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均随含水率的增大而降低;温、湿度共同作用于粉砂质泥岩时具有增效作用,作用效果大于温、湿度单独作用效果之和;粉砂质泥岩在单轴受压破坏后,根据其特征可分为六种破坏形态,且不同破坏形态的出现与含水率、拉压比相关。     

基于弹塑性损伤模型的岩石加卸载计算研究

基于经典弹塑性理论,引入损伤因子,综合考虑岩石在外力作用下的塑性变形与损伤演化,提出一种各向同性弹塑性损伤耦合模型。根据以上理论编制有限元计算程序,较好地描述了岩石在不同加卸载路径中的应力-应变特性。通过程序模拟计算,具体结论如下:在常规路径加载中,岩石的峰值强度与残余强度均随围压的增加而增加。在卸围压路径下,残余应力受初始围压影响较小,但侧向应变与体应变有着明显的增加。轴向荷载的提高使岩石损伤值增加,卸围压过程中最大损伤因子均大于同等初始围压下的常规路径试验。     

基于灰色多层次理论的桥基施工对路域水环境的影响评价

为评价桥基施工对路域水环境的影响程度,通过引入灰色多层次理论,构建桥基施工对路域水环境影响的评价计算模型．采用层次分析法确定因素与指标权重,运用灰色聚类方法确定白化权函数及灰色评价矩阵．湖南炎陵一汝城高速公路龙巢高架桥桥基施工对路域水环境的影响评价结果表明,桥基施工对路域水环境的影响程度为中度影响,在施工期间应做好路域水环境的监测及保护工作．评价结果与现场实际情况一致,验证了该方法的可靠性和合理性．     

基于集对分析的公路隧道施工安全风险评价

为了科学准确地评价公路隧道工程施工安全风险, 从地质条件、开挖断面、隧洞施工和洞口工程4个方面筛选出14个二级评价指标, 建立了隧道工程施工安全风险评价指标体系; 利用粗糙集理论对隧道工程施工安全风险评价指标进行客观赋权, 采用变异系数法计算风险评价指标权重; 基于推广得到的集对分析理论中的四元联系数构建了隧道施工安全风险评价模型, 并结合工程实例莲荷隧道进行了实证分析。结果表明, 莲荷隧道施工安全风险评价等级为中度风险, 评价结果与现场调研一致。评价方法能真实反映隧道工程施工风险评价过程中的不确定性, 提高了隧道工程施工总体风险评价的精度; 评价模型能为隧道工程施工安全提供风险预判, 对同类工程的施工安全风险评价具有借鉴意义。     

三种模型在洞庭湖区域地下水资源量预测中的应用

为了建立适应于洞庭湖区域地下水资源量变化规律的预测模型,在分析洞庭湖区域河川天然径流量、长江三口入水量、城陵矶出水量与地下水资源量相关性的基础上,分别利用多因子逐步回归模型、BP神经网络模型和多变量时间序列CAR模型建立了3种洞庭湖区域地下水资源量预测模型,并对所建立的3种模型的预测精度和预测结果整体规律进行了对比分析。研究结果表明:地下水资源量与河川天然径流量、长江三口入水量、城陵矶出水量具有较好的相关性;多变量时间序列CAR模型的预测精度较好,BP神经网络模型的预测精度次之,而多因子逐步回归模型的预测精度较差;多变量时间序列CAR模型的预测结果整体规律优于BP神经网络模型,而BP神经网络模型的预测结果整体规律则优于多因子逐步回归模型。     

酸腐蚀下粉砂质泥岩力学特性及细观机理研究

为探究酸性环境下粉砂质泥岩宏观力学性质变化规律与孔隙变化规律及其内在联系,对不同pH值条件下不同腐蚀时间的粉砂质泥岩试样开展单轴压缩试验、电镜扫描试验及能谱分析试验,得到了不同溶液pH值与不同腐蚀时间对粉砂质泥岩试样宏观力学性质及细观损伤特性的影响规律。结果表明:(1)随着溶液pH值的减小及腐蚀时间的增加,试样的单轴抗压强度及弹性模量显著降低;(2)孔隙率及次生孔隙率显著增大,断口表面越来越粗糙;(3)粉砂质泥岩试样受酸溶液腐蚀机制主要是岩体内Al₂O₃等化合物与酸性溶液中的H⁺发生化学反应,从而引起试样的宏观力学性质劣化。     

降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性的影响

为研究降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线分布、负孔隙水压力消散、稳定性的影响, 采用Geo-studio软件中的seep模块模拟短时间特大暴雨、长时间小强度降雨两种工况下边坡的入渗规律, 并结合花岗岩残积土遇水软化的特性以及饱和-非饱和理论对现有的饱和-非饱和抗剪强度理论、土体重度进行修正, 最后将渗流计算的孔隙水压力导入到FLAC^3D中对路堤稳定性进行数值模拟, 结果表明:花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线随降雨历时增加由坡脚逐渐上升;相同降雨量下, 长时间小强度降雨对边坡内部水位线上升的影响明显大于短时间特大暴雨工况;综合考虑负孔隙水压力的消散、软化效应、土体重度变化等因素的影响, 短时间特大暴雨对边坡稳定性影响较小, 长时间小强度降雨对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性影响较大。     

多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明：动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%～30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%～35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%～20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0～1)、缓慢增长阶段(N=1～6)和增长稳定阶段(N=6～9)。各因素按显著性由高到低排序依次为：压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一.雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳.开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提.基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律.结果表明:暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成-发展-消散-地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考.