控制吸力的非饱和土真三轴试验研究

基于西安理工大学的新型真三轴仪,在压力室底座与试样顶盖上分别安装高进气值陶土板与多孔板,从而增加孔隙气压力与孔隙水压力独立控制和量测装置,进而利用轴平移技术对基质吸力进行控制,并且新增水气控制面板和气动二联件对可控制吸力的真三轴仪进行了进一步完善。在此基础上初次尝试对重塑黄土进行了同时控制吸力(s=100 kPa)与净平均应力(p=300 kPa)为常数的真三轴固结排水剪切试验,分析了不同中主应力参数(b=0,0.25,0.5,0.75,1)条件下,各主应变(e_1,e_2,e_3)随偏应力(q)的变化情况;给出了重塑黄土在同时控制吸力与净平均应力路径下p平面上的破坏轨迹,并与Lade–Duncan强度破坏准则和Mohr–Coulomb强度破坏准则的预测破坏线进行了比较。     

非饱和原状黄土的变形及屈服特性试验研究

对不同吸力非饱和原状黄土进行了等应力比三轴压缩及常规三轴剪切路径下的试验,研究了偏应力比q/p(q及p分别为净平均应力及偏应力),吸力及净围压对不同应力路径下变形及屈服特性的影响。研究结果表明:在等应力比三轴压缩及常规三轴剪切过程中,孔隙比e与净平均应力p关系(e-lnp)皆位于二条相交的直线上,吸力、偏应力比及净围压对弹性指数的影响很小,对屈服应力及压缩指数的影响较大。等应力比三轴压缩路径下,偏应力比一定时,屈服应力及压缩指数皆随吸力的增大而增大;吸力一定时,随偏应力比的增大而先增大后减小。常规三轴剪切路径下,吸力一定时,屈服应力及压缩指数皆随净围压的增大而增大;净围压一定时,随吸力的增大,屈服应力增大,压缩指数减小。以塑性体应变作为硬化参数时,q-p平面上的初始及后继屈服面皆为对称于饱和土K₀线的倾斜椭圆,吸力及应力增大时,屈服面没有旋转,而是产生等向扩大。     

酸性环境对原状黄土结构性的影响研究

为了研究酸性环境对原状黄土结构性的影响,通过室内侧限压缩试验及常规三轴试验,构建了侧限条件和三轴条件下的结构性参数,分析研究了不同压力条件下酸性环境对原状黄土变形特性和结构性的影响。试验结果表明:在侧限压缩条件下,当压力小于100kPa时,浸酸试样的压缩性明显大于浸水试样的压缩性,随着压力的增大,浸水试样和浸酸试样沉降量逐渐趋于一致。在低压下,浸酸浓度越大,其压缩结构性参数越小。在压力较大时,两种浸酸试样结构性参数基本趋于一致,且小于浸水试样的结构性参数。在三轴条件下,围压一定时,结构性参数随着含水量的增大而减小。含水量一定时,结构性参数随着围压的增大而减小。不同围压下,浸酸浓度对原状试样的结构性参数影响不同。     

考虑应力场与渗流场耦合的尾矿坝非稳定渗流分析

根据尾矿坝形成的特点，进行考虑应力场与渗流场耦合的非稳定渗流分析。根据弹性力学和渗流理论提出了耦合问题的力学模型及其控制微分方程，然后导出这一问题的有限元计算公式及相应程序。在计算中首次导出了尾矿坝的渗透系数与应力场的关系式，并进行尾矿坝的非稳定渗流分析。工程实例计算结果表明，考虑耦合作用的影响，尾矿坝渗流场的总渗流量减小，而应力场的各应力分量的最大值增大。     

偏应力往返作用下饱和砂土变形特性的试验研究

在固结排水条件下保持球应力不变,进行了偏应力往返作用下的动三轴试验,分析了饱和砂土的体积变形特性。结果表明:(1) 体应变可视具体条件表现为C1型剪缩(初次加荷)、C2型剪缩(卸荷前未产生剪胀)、C3型剪缩(卸荷前产生剪胀)、剪胀P及剪刚R(再加载无胀缩)等物态有规律的变化;(2) 各物态的体应变均与所作用的偏应力比有良好的线性关系。其参数与综合反映应力特征及土性特征的各物态起始体应变间均有良好的指数或直线关系;(3) 体应变可跟踪偏应力的往返变化,区分加荷、卸荷段的各不同物态,依序考虑各物态起始时的体应变,在对应确定相应参数的基础上进行计算,计算的结果与试验关系间有良好的一致性。     

全排型岩溶泉域地下水可采资源计算方法

本文从全排型岩溶泉域地下水水流系统特点分析出发，提出了全排型岩溶泉域地下水水流系统数学模型，通过实际全排型岩溶泉域地下水水流系统研究，提出了全排型岩溶泉域地下水可采资源计算方法，该方法充分考虑了人工开采条件下泉域地下水流的变化特点。     

酸性环境中钙质胶结砂岩的化学损伤模型

针对大部分工程中常见的砂岩最可能、最不利的化学环境---酸性环境中的力学性质的衰变、弱化问题,对钙质胶结长石砂岩进行了室内不同pH值溶液的模拟试验,对所得到的抗压强度试验及CT扫描试验结果进行了分析与总结,发现砂岩中主要胶结物CaCO3的溶解是岩石强度和变形衰减的主要原因,在此基础上利用化学动力学理论和损伤力学理论提出了可应用于酸性溶液的岩石化学损伤强度模型,并用室内实验结果对所提模型进行了检验与验证。     

岩土介质应变局部化问题的广义塑性梯度理论研究

进一步探索岩土介质的强度与变形机制，就必然要深入分析其细观变形和破坏性态。大量试验表明，由于试样的微细观层面上的不均匀性的影响，试样在破坏时常常出现狭窄带状高应变梯度区的应变局部化现象。研究应变局部化问题实质上是研究岩土工程的基本科学问题——岩土介质的一种真实破坏过程。基于传统连续介质力学的应变梯度理论难以反映岩土介质最基本的力学性质，如果能将广义塑性力学同应变梯度理论结合志来，应该能够得到一些新的启迪。 通过对宏观试验结果和CT试验结果的分析，提出一种可包含局部化变形的相当小而非无穷小的研究基元——塑性梯度体元，基于塑性梯度体元分析了应变局部化启动机制；建立起塑性应变的微分表达式后，随着硬（软）化模量从正值变为负值，变形模式将由均匀变形模式变为局部化变形模式。 进而，基于广义塑性力学的双屈服面模型和对塑性梯度体元的分析，构造由梯度依赖的双屈服面得到的塑性剪切应变和塑性体积应变的微分方程表达式，从而建立广义塑性梯度模型的理论框架，使其在反映岩土介质的基本力学性质的同时，也能反映介质的应变局部化特征，给出一种可能的梯度依赖的双屈服面的形式。阐述广义塑性梯度模型模拟局部化变形模式的机制。提出模型各个参数，尤其是其中局部化参数的物理意义和通过宏观可测量的物理量结合数值分析反推材料局部化参数的途径。 然后，在将位移进行离散的同时，也通过构造的C连续性的插值函数将塑性乘子在空间离散，得到一组以节点位移向量和节点塑性乘子向量为基本未知量的非线性方程组，从而建立广义塑性梯度模型的数值模型，给出了相应的边界条件处理方法和数值算法。 最后，编制二维FORTRAN90数值分析程序和VB后处理程序，并给出数值算例。算例显示塑性应变局限于局部处发生和急剧发展的过程；塑性剪切应变和塑性体积应变进入局部化变形模式后都主要集中在局部化带内，反映出岩土在一定条件下的剪胀机制；避免了病态的网格敏感性；且局部化带宽度受局部化参数影响。     

青藏高原多年冻土区热融滑塌模型试验研究

热融滑塌是青藏高原多年冻土区一种特有的浅层滑坡现象,也是伴随着青藏公路建设和运营过程中出现的一种灾害性的地质现象。国内仅对这一特殊的冻土地貌现象在一定范围内引起关注,没有从科学方法上做过系统的研究,为了适应工程实践的需要,开展相关研究工作非常必要。本文以青藏公路K3035里程的热融滑塌体为原型,以原状土样作为试验材料,以相似理论为基础,按1∶10的比例制作了相似模型,通过模型试验揭示了冻土斜坡在冻融循环过程中的某些特有现象及温度-变形耦合规律。     

地下洞室围岩稳定性评判方法新探讨

基于以围岩出现一定塑性松动区时对变形作为标准的围岩稳定性评判新思路，根据芬纳公式和修正的芬纳公式建立能够综合反映地下洞室围岩变形模量、强度参数以及洞室埋深的围岩稳定性评价指标分析方法，并与经验方法、规范推荐方法进行对比分析。该评判方法在西安市黑河引水工程和四川紫坪铺水利枢纽工程中的成功应用，表明该评判方法较经验方法、规范推荐方法更为科学、可靠，更具有可操作性与实用性。