岩土样本数目对边坡可靠度分析的影响研究

 工程实践中岩土取样数目通常较少,定量分析样本数量对边坡可靠度分析结果的影响大小,以保证分析结果的可靠性对工程实践有一定参考价值。考虑边坡饱和土体的不固结不排水抗剪强度,从2个角度出发探讨不同岩土样本数目对边坡可靠度分析结果的影响：(1) 假设参数的变异性已知,考虑统计不确定性,研究其对边坡可靠度分析结果的影响;(2) 提出一种模拟实际边坡工程取样试验的直观分析方法,根据多组参数抽样结果对边坡进行可靠度分析,得到边坡破坏概率的频数分布,进而由实际需要确定所需样本数量。分析结果表明,当参数变异性较大时,所需样本数较少,当参数变异性较小时,所需样本数较多,这与传统的概率方法确定样本数目结果不同。模拟边坡取样试验的分析结果表明：从边坡实际设计上看,对于变异系数为0.2～0.5的不排水强度参数所需样本数目一般在10～15范围内。     

岩质高边坡治理初探

岩质高边坡，因其缺乏生物赖以生存的环境，既使经过传统的加固措施，却因暴露于地表，受到风吹、日晒、雨淋等各种破坏性侵蚀作用，表层岩石很容易降低强度，发生剥蚀脱落，降低边坡稳定性，危及工程的安全性．针对岩质高边坡的特点，探讨了岩质高边坡的治理措施，介绍了一些新的边坡治理技术．高边坡治理既要注重稳定性，还要考虑生态环境问题，景观设计应成为边坡治理中的一部分．     

地质钻孔不规则程度的定量描述及其对柯西课题解的影响

目前,绝大多数在较深钻孔进行地应力原位测试方法均是基于无限大空间中圆孔孔壁处的应力解(柯西课题解)推导的。在地质钻孔中,一般很难保证孔壁完全接近圆形并且光滑,特别是在岩体条件较差的环境中,孔壁往往非常粗糙,并出现一定程度的扩孔现象。为了解决该问题,提出一种对地质钻孔不规则程度的定量描述体系,采用随机分形的方式,根据岩体力学中对经典粗糙节理的分形描述规律,得到一系列不同粗糙度的钻孔孔壁形态。并将其代入有限元计算中,其计算结果与柯西课题解比对,并用峰值拟合法对理论公式进行修正。研究得出:孔壁不规则程度可由粗糙度、扩孔率、偏心距离以及圆度等多个物理量进行衡量;应力、应变分量极易受到孔壁粗糙程度的影响,应力集中效应明显,而位移分量具有较好的稳定性;当孔壁形状的分辨率达到一定程度后,各分量的变化趋势趋于一致;拟合参数与地应力组合无关,具有较强的稳定性。经典的柯西课题解不适用于孔壁非常不规则的情况,在进行地应力计算前应当依据钻孔形态进行修正,以提高精确度。     

随钻测试技术在高速公路高边坡灾后优化设计中的应用

由于地形条件限制,有些高速公路边坡无法展开深入勘察,地层和岩体性质掌握不清,会影响到边坡设计,严重者引起滑坡,损失巨大。随钻测试是近年来发展的一项原位测试技术,通过钻孔过程中钻进参数的采集分析,获取工程场地地层情况,评价岩体质量。以某在建高速公路高边坡为例,采用自主研发的随钻测试设备,采集了锚索孔钻孔过程中的钻机钻进参数,通过钻进参数、岩屑特征和临近地段勘察资料的综合分析,识别了边坡的地层情况。结果发现,原勘察资料中认为是中风化灰岩的地层,实际上是崩塌堆积形成的灰岩孤石夹碎石土,整体强度远低于设计值。根据随钻测试的地层识别结果进行了边坡灾后优化设计,边坡变形监测结果验证了优化设计中加固措施的有效性。本文的随钻测试技术和分析方法简单易用,值得在勘察资料不足的边坡工程中推广应用。     

浅埋软岩公路隧道超前管棚支护机制与工程应用研究

根据弹性理论刚度等效方法,管棚可视作加劲肋,加固岩土视作各项同性板,将隧道拱顶局部范围的管棚和加固岩土整体视为弹性地基上四边受特定约束的各向异性板。基于传统的管棚弹性地基梁模型,建立管棚弹性地基各向异性板模型,将管棚的力学模型从一维拓展至二维,采用COMSOLPDE有限元法求解,并应用该模型分析甸头隧道管棚的作用机制。同时开展隧道室内物理模型试验,研究超前管棚作用机制,对比分析工程中常用的Φ76 mm和Φ108 mm两种管棚的支护效果,研究结果表明:(1)管棚的受力和变形主要集中在掌子面前6 m范围内,将Φ76 mm管棚调整为Φ108 mm管棚后,横向和轴向弯矩分别增大56.9%和5.5%,同时管棚最大挠度降低38%,表明管棚支护刚度越大,所需承担的隧道开挖过程中的上部荷载也越大,通过减少上部围岩的松弛变形和应力释放,有效控制围岩变形。(2)由于管棚弹性地基各向异性板模型是二维的,对比分析管棚模型的横向和轴向弯矩发现,Φ76 mm和Φ108 mm管棚的轴向弯矩分别为横向弯矩的13和20倍,说明管棚沿隧道轴向弯矩作用明显,与已有研究结论相符,但横向弯矩作用同样不可忽略。(3)室内模型试验表明,沿隧道横向,管棚和围岩共同形成一定厚度的环向承载结构,起到超前支护的作用,共同承担隧道开挖后上方围岩荷载;沿隧道轴向,管棚与初支结构形成系统进行承载,起到梁支撑的作用,有效控制上方围岩的松弛变形和应力释放,从而提高掌子面围岩的稳定性。应用上述研究成果,成功指导了云南大永高速公路大断面软岩公路隧道下穿既有公路工程,将Φ76 mm管棚方案调整为Φ108 mm管棚方案后,现场实测拱顶上方最大地表沉降值减少了38%,室内试验的减少值为37%,室内试验和现场监测分析结果进一步验证了该模型的可行性和合理性,保障了整个下穿施工过程的安全顺利。     

一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法

传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法基于确定性计算,仅能得到边坡稳定性对各变量的敏感性大小,无法获得边坡稳定性对不同滑面位置上的同一岩土参数的敏感性。在可靠度分析基础上提出一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法,该方法采用随机场模型来描述边坡滑面上岩土参数的空间变异性,通过验算点法优化求解实现,分析结果可得到边坡的最小可靠指标、概率临界滑面、参数敏感性因子在临界滑面上的分布曲线。研究结果表明,敏感性因子分布曲线随边坡尺度和岩土参数波动范围的相对大小变化而变化,根据边坡可靠度指标在临界滑面上的不同位置上的敏感性因子,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性因子较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性,较之传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法具有明显的优越性。     

任意多介质区域变尺寸有限元网格自动剖分

以Bowyer／watson算法为基础，结合Lawson算法等对有限元网格进行Delaunay剖分，引入节点间距函数，在区域内通过布置约束点和边来控制特定位置网格的尺寸，并实现网格的尺寸均匀过渡．采用了多种优化技术对生成的网格进行优化。对Bowyer／Watson算法和Delaunay剖分的一些缺陷及问题作了探讨，并提出了相应的处理办法。编写的网格自动剖分软件具有良好。的可视化界面，其图形生成、显示及修改功能十分完善，极大地提高了有限元网格剖分的效率和准确性.     

基于高精度位移测量的水平差应力系数计算方法

地应力参数的获取对于页岩气的勘查评估以及开发工作十分重要。其中,水平差应力系数是决定地层可采性的基础参数之一。为了更为准确地确定地应力参数,克服传统应力解除法测试深度有限、解除作业时间较长、测试成功率较低的问题,提出了一种基于高精度位移测量的水平差应力系数计算方法,并采用有限元方法对公式进行验证。考虑钻井液液柱压力对维持井壁稳定性的重要作用,进一步修正公式,使其能适用于深孔有压环境下,并分析了主要误差来源,给出控制误差的方法。研究得出:通过比较理论反算结果与数值计算结果,表明推导出的公式的正确性;有限元计算表明,在岩芯直径为30 mm的条件下,环切深度达到48 mm即能达到完全应力解除的目的,与传统取芯方法相比大大减少;在同一平面布置间隔120°三处测试点,能够满足测试需要;该方法的误差来源主要包括位移测试精度、岩体不连续面存在以及岩体变形参数、钻孔形态参数精度等,并给出了相应的控制方法。这种新方法不受孔深限制,具有测试时间短、测试成功率高的特点,对于页岩气的勘查以及开发具有重要的意义。     

岩土材料峰值后区强度参数演化与应力-应变曲线关系研究

首先介绍一种模拟岩土介质应变软化行为的方法,然后针对Mohr-Coulomb准则,采用数值实验,对不同强度参数演化过程对应的岩土介质的应力-应变曲线进行分析。数值结果表明,不同强度参数演化过程得到不同的峰值后区应力-应变曲线,围压对峰后曲线形态有很大的影响。由此说明室内外实验得到的应力-应变全过程曲线峰值后区段包含了强度参数演化的信息。研究工作可为峰值后区强度参数演化规律的确定提供一些启示。     

钇稳定二氧化锆流延成型薄膜的无压烧结研究

讨论了流延法制备的钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷薄膜的无压烧结过程.通过SEM、TG-DTA和XRD等手段对素坯和烧结过程进行微观检测和表征.结果表明,固体含量为55%(质量分数)的素坯薄膜,在75℃～1000℃温度区间,有机添加剂的烧除对最终烧结体的致密化贡献不大,但对陶瓷薄膜的形变影响很大,YSZ素坯薄膜内有机添加剂的匀速烧除,能够有效控制流延法制备陶瓷薄膜的起翘开裂,且能够有效抑制最终烧结体内气孔的数量,对最终致密化起促进作用;在1000℃～1450℃的温度区间,陶瓷薄膜的晶粒生长和致密化主要以表面物质扩散机制进行,且晶粒的生长和致密化同步进行.在最佳烧结温度1500℃时相对密度达到最大值98%左右,随后,晶粒的尺寸随温度及保温时间的增加而增大,而密度有所下降.