岩土工程研究的探索与实践

介绍了中国水利水电科学研究院岩土工程研究所50年来主要科研领域的发展变化，以及在科学研究和技术开发方面取得的主要成果，内容包括土力学及工程、岩石力学与工程、土工抗震、渗流控制、土工离心模型试验、爆破工程、燃煤电厂灰渣性质及其贮放技术等。同时提出了岩土工程研究所在今后一段时期内的重点科研方向。     

低应力条件下的岩土工程问题

结合实际工程建设需求,对工程建设和开发中涉及低应力条件的岩土工程问题进行系统的总结和分析,包括未来月球资源开发,土工构筑物浅层土体的变形和稳定,地基地震液化,室内和原位试验的判释和应用等。国内外目前的研究多关注土石料在中、高应力条件下的工程性质,对低应力条件下土石料工程性质研究很少且研究结论有相悖之处。在应用中低应力区的土石料计算参数取值通常与中、高应力条件下获得的强度和变形参数一致,而土石料的强度和变形性质对应力条件有很强的依赖性,不同应力条件下土石料的强度和变形特性可能差异较大,这种计算参数取值方法的适用性存在疑虑。建议对低应力条件下土石料静、动力工程性质开展系统的试验研究,在此基础上,研究能够反映低应力条件下土石料工程特点的本构模型,为土工结构低应力区土石料参数设计标准的选择及土工结构数值分析中低应力区材料参数取值提供科学依据。     

深厚覆盖层上高土石坝防渗墙裂缝渗流分析模型及应用研究北大核心

深厚覆盖层上修建混凝土防渗墙在其施工和运行期由于多种原因而容易发生裂缝,可能影响覆盖层地基的渗透稳定性,对工程安全造成难以估量的影响。为有效地求解深厚覆盖层上高土石坝防渗墙裂缝渗流问题,在改进节点虚流量法的基础上引入无厚度的缝单元来模拟防渗墙裂缝渗流行为。以瀑布沟深厚覆盖层工程渗控为例,计算了混凝土防渗墙裂缝未充填和充填下的三维渗流场,得到不同裂缝条件下渗流场的水头分布、浸润线以及渗漏量,系统分析了深厚覆盖层地基中混凝土防渗墙垂直裂缝条件下的稳定渗流场规律和特点。结果表明,该方法能对渗流逸出点和浸润线能准确定位,并能很好地模拟混凝土防渗墙裂缝对坝区渗流场的影响,可以为该类问题的分析提供参考。     

粉煤灰的压实

粉煤灰的主要粒径组成是粉土粒，其压实设计方法需击实法和相对密度法并用，并取其中要求高的密度作为设计填筑密度。本文通过大量的粉煤灰击实试验和相对密度试验，分析了试验方法对设计密度的影响。同时，与粉煤灰现场碾压试验进行了对比，其结果显示，碾压灰很难达到0．95倍的最大击实干密度，或者0．65～0．75的相对密度。碾压灰的高设计干密度给施工带来一定的难度，从室内试验结果看0．87倍最大干密度的压实灰体同样具有良好的力学性质，因此，认为实际应用中粉煤灰的压实系数可以低于土壤的压实系数。     

粗粒料级配缩尺中相似比例对密度影响的试验研究

针对粗粒料密度研究中变量复杂问题,为探究不同相似比例n值对试验材料密度变化的影响规律,以红石岩堰塞坝料的两条代表性级配为研究对象,在相同的试验条件和参数标准下,分别研究不同变量指标对密度的影响。结果显示:最大干密度和最小干密度均随相似比例n值的增加呈先增加后减小的变化趋势;同时,由于相似比例n值的不同引起了其它级配特征值的变化,材料P_5含量在小于30%范围内变化时对最大干密度的影响较为明显,随P_5含量的增大呈增大趋势;C_u/C_c对密度的影响与P_5相似,下凹型级配中最大干密度和最小干密度随中值粒径d_(50)增大呈先增大后减小,总体趋于减小的变化规律。结果表明:相似比例n值会影响材料之间粗细颗粒的填充关系,对下凹型级配曲线密度产生明显影响,对平均级配曲线影响较小,室内试验时需选择适宜的相似比例。     

惰性污染因子Cl-迁移特性的离心模拟试验研究

污染因子在土壤中迁移机理在室内多采用土柱试验开展研究,但对于低渗透性土壤(10-5cm/s),由于土壤渗透过程极其缓慢,其试验过程漫长甚至无法完成试验。离心模拟试验技术不但能够模拟重力场,而且也可以模拟污染物的迁移过程。本文利用LXJ-4-450 g-t离心机,通过专门研制的离心模拟试验装置,对惰性污染因子Cl-在低渗透性饱和黏土中的长期迁移规律进行了离心模拟试验研究,并对其在低渗透性饱和黏土中的迁移规律进行了模拟分析。研究结果表明,对低渗透性黏土采用离心模拟试验开展污染物迁移规律的研究可极大提高试验效率和可靠度。     

基坑支护结构上的水土压力

说明土体抗剪强度的两种确定方法的适用条件;分析了基坑周边土体内孔隙压力随工程进展而变化的情况;指出控制基坑支护结构稳定的工况,叙述相应工况下的水土压力分算和合算方法。分析了近几年在国内流行的土压力计算方法与国际惯用方法的差别,从而表明它们的合理性和适用条件。     

糯扎渡高心墙堆石坝离心模拟试验研究

近年来，随着高土石坝建设的迅速发展，研究坝体在施工期和运行期的各种性状已成为土石坝研究领域中最为重要的课题。同时，离心模拟试验技术在高土石坝的研究中也有了更加广泛的应用。本文结合坝高261．50m的糯扎渡心墙堆石坝，利用小比尺离心模型进行了模拟试验，研究坝体在施工期和运行期的应力和变形性状，论证采用小比尺离心模型研究高坝变形和应力性状的可行性，同时提出了原型坝体在竣工期和蓄水期的应力变化和变形情况，为该坝的设计和施工提供了科学依据。     

土石混合料固结流变试验研究

堰塞坝料大多为土石混合料且具有级配分布范围较宽的特点,其流变变形将影响堰塞坝的长期运行安全。本文选择典型的反映宽级配特征的三组试验材料,采用大型固结仪开展固结流变试验。根据试验结果,分析了竖向应力对流变应变的影响规律,发现流变应变随竖向应力的增大呈对数趋势增大,且在高应力范围内应力增大时流变变形增量更为显著;探讨了级配特征对流变变形的影响,认为级配良好且不均匀系数较大的材料,流变量值相对较小,而对于级配特征值均较小且细颗粒含量较高的材料,流变量值更为显著;基于流变试验时程规律,建立了四参数双曲线型的固结流变模型。模型结果较为准确,能较好地反映宽级配粗粒料固结流变特征。     

球应力循环条件下堆石料变形特性的试验研究

库水位反复升降过程中堆石体的应力状态表现为偏应力基本恒定、球应力往复循环变化,为探求球应力循环条件下堆石料的变形规律,以取自现场的堆石材料为研究对象,通过控制孔隙水压力来实现球应力增大–减小的低速循环应力路径静力三轴试验。研究结果表明：偏应力恒定、球应力循环条件下,体应变随球应力的减小而增大,随球应力增大而减小,总体表现出随循环周次向体积收缩发展的变化规律,循环周次对累积体应变的影响较小;剪应变的发展受应力条件的影响较为显著,有效球应力减小时或增幅较缓,或在第1循环周次内突增,有效球应力增加时,剪应变增幅较缓;累积剪应变与初始应力比和试验过程中的动态应力比有关;土样可能存在类似临界状态线且处于其下方的“转折状态线”,当土样应力变化状态处于“转折状态线”与临界状态线之间的区域内时,土样状态将产生显著变化。