超厚水泥稳定碎石基层室内试验及数值模拟分析

为了研究细观层次下碎石混合料中裂纹的产生发展及应力应变分布情况,以水泥碎石基层为研究对象,依托望谟至贞丰公路超厚宽幅水泥稳定碎石基层施工项目,进行原材料选择与检测。首先利用规划求解法进行混合料配合比设计得出最优配比;然后进行室内击实试验获得最大干密度与最优含水量,并进行无侧限压缩试验获得无侧限抗压强度,再利用灰色关联法获得原材料对混合料7 d无侧限抗压强度的关联度大小;最后利用有限元分析软件ANSYS对水泥碎石试件在单轴受压及抗折情况下碎石混合料中裂纹的产生、扩展及贯通的全过程以及应力分布情况进行模拟,通过与无侧限抗压强度试验结果对比,证明了此数值模拟方法的可靠性和合理性。结果显示:随水泥剂量的增加,水泥稳定级配碎石混合料最佳含水量及最大干密度随之增加;混合料水泥剂量与水泥碎石基层混合料7 d无侧限抗压强度之间的关联度4.75 mm碎石集料筛孔处的通过率混合料含水量;竖向受压过程中随着水泥剂量的增加,混合料试件破坏时的最大位移逐渐增加,且应力集中更加明显,骨料的破坏程度随之增大;混合料抗折破坏过程首先始于大粒径碎石骨料的水泥与碎石骨料界面过渡区,然后逐渐扩展,水泥剂量越大,混合料抗折能力越强,但应力集中越明显。     

降雨循环条件下高切坡稳定性演化过程及预测方法

为进一步揭示降雨循环条件下基岩型台阶状高切坡的降雨入渗及稳定性演化过程,以乐西高速马边至昭觉段某粉质黏土覆盖层基岩型台阶状高切坡为研究对象,通过室内干湿循环试验建立土体抗剪强度参数劣化数学模型;利用Geo-studio数值模拟软件研究多工况降雨循环下高切坡降雨入渗过程,揭示不同降雨循环工况下及雨后高切坡内部渗流场及稳定性变化规律,建立降雨型高切坡稳定系数逐年劣化方程;结合室内试验及数值模拟结果,建立该类高切坡稳定系数预测方法。研究结果表明：降雨入渗过程中高切坡潜在滑移面形状及位置并不发生明显变化,且表现为高切坡深处圆弧面及基岩积水面的组合型滑面;相同降雨时间内,高切坡降雨入渗深度及稳定性劣化幅度与降雨强度成正相关;单次降雨循环周期内,高切坡稳定性劣化幅度与降雨循环次数成负相关;高切坡降雨入渗深度或入渗总量越大,雨后高切坡稳定系数回升越小;高切坡稳定系数劣化系数采用土体抗剪强度参数劣化系数平均值较为安全合理,所建降雨型高切坡稳定系数预测方法具有较高的精度。     

基于混凝土表面SO42-浓度时变的扩散模型预测研究

为探究混凝土在硫酸盐侵蚀下的腐蚀破坏情况,通过考虑混凝土表面SO₄^2-浓度时变规律,改进现有的扩散-反应方程组,结合水泥水化、腐蚀产物填充和损伤度函数建立了硫酸盐侵蚀下混凝土扩散模型。采用Comsol Multiphysics软件模拟在不同硫酸盐浓度侵蚀下,不同侵蚀龄期内混凝土各截面SO₄^2-浓度,并将模型计算值与实测值进行对比。结果表明：在硫酸盐浓度为5%和10%的侵蚀条件下,考虑混凝土表面SO₄^2-浓度时变过程的模型计算值和实测值的最大误差分别为17.46%及19.69%,验证了模型的合理性与适用性。最后通过建立的SO₄^2-侵蚀混凝土最大深度预测模型,发现硫酸盐侵蚀混凝土的最大侵蚀深度在侵蚀前期快速增加,随着侵蚀龄期的延长而逐渐变缓,以期为混凝土的耐久性评估提供参考。     

降雨与岩溶渗漏联合作用下岩溶塌陷稳定性分析

为进一步提高地下工程建设段岩溶覆盖区土体稳定性分析的准确性及适用性,以圆柱状盖层土体为研究对象,构建了圆柱状岩溶塌陷模型,依据岩溶覆盖区盖层土体所处工程地质条件,将其稳定性计算工况分为4种,基于极限平衡法获得了每种工况下的稳定系数计算公式,完善了岩溶覆盖区盖层土体的稳定性计算方法。以重庆市南岸区涂山湖岩溶塌陷为例,将岩溶塌陷分为岩溶水漏失型和降雨型两类,并将该区域岩溶塌陷的演化过程划分为初始阶段、发展阶段及平稳阶段进行研究。结果表明:降雨工况下随着降雨时间及降雨强度的增大,覆盖层土体稳定系数逐渐减小,且降雨初期下降较快,后期逐渐放缓;研究区土体的降雨入渗能力十分有限,20 h的强降雨,湿润锋深度最深70 cm,当发生长时间强降雨且真空负压大于30 kPa时,研究区土体发生塌陷,表明该阶段研究区岩溶塌陷的是长时间的强降雨及真空负压的双重作用所致,稳定性计算结果与实际符合良好,证明提出的岩溶塌陷稳定性分析方法具有一定的理论参考价值。研究成果可用于岩溶覆盖区岩溶塌陷防治,具有一定的工程实用意义。     

地下采矿引起地表塌陷离散元PFC2D数值模拟研究

采用离散元PFC^2D建立了地质剖面颗粒流模型，研究了矿体开采过程中上覆岩层裂缝形成与发展过程，揭示上覆岩层逐渐垮塌崩落的机理。结果表明，随着矿体的开采，裂隙不断向上发展，裂隙数增加。开采矿体后形成的采空区造成了上覆岩层的拉裂-剪裂破坏，岩层中不断有新生裂缝产生。上覆岩层主要以拉裂缝发展为主，在拉裂缝发展区域两端产生部分剪破坏裂缝，在空区两端已经出现向上发展的裂缝集聚，是空区顶板逐渐垮塌崩落的征兆。开采第3分层和第4分层矿体后，出现了局部顶板垮塌现象，且垮塌崩落逐渐发展为整个采空区顶板垮塌，最终垮塌崩落至地表，在地表初步形成一个小塌陷坑。塌陷坑发展过程依据裂隙数可细分为平稳发展时期、缓慢发展时期、快速发展时期和结束发展时期，揭示了井下矿体开采致使上覆岩层拉裂-空区两端剪裂-整体垮塌崩落的形成机理。