光纤测量技术在岩土工程中的应用

阐明了光纤测试技术相对于传统岩土工程测试技术的优点，简要介绍了两种典型光纤传感器——Fabry-Perot光纤传感器和Bragg光栅传感器的工作原理，通过试验证明了其可靠性，并通过国内外几个工程实例说明了光纤传感器的主要用途。     

低温作用下岩石基本力学性质试验研究

以江西红砂岩和湖北页岩为代表，分别进行不同冻结温度（-20℃～20℃）和不同含水状态（饱和与干燥）下的岩石单轴压缩试验与三轴压缩试验。试验结果表明，温度在-20℃～20℃变化时，红砂岩和页岩单轴抗压强度与弹性模量都基本随温度降低而增大，但温度变化对红砂岩强度的影响大于其对页岩强度的影响，且岩石的含水状态对岩石的冻结强度影响显著。温度在-10℃～20℃变化时，2种岩石的c，φ值都随温度降低而增大，但温度对红砂岩的影响大于温度对页岩的影响。通过对大量的试验数据进行分析，得到一系列有意义的拟合曲线及其关系表达式，可为研究低温及冻融循环影响的岩石基本力学性质研究提供可靠的试验依据。     

抗拔桩与主体结构相互作用的三维有限元分析

由于沿海地区地下水位埋藏较浅,常常设计抗拔桩作为地下结构的抗浮措施,而抗拔桩设计最关键的问题为桩的受力状态、承载力以及和主体变形协调的问题.结合广州市某深挖地铁车站抗拔桩设计实际情况,采用ANSYS有限元分析软件,建立了车站主体结构和抗拔桩共同作用的计算模型,进行了车站主体结构与抗拔桩的三维有限元计算.分析研究了在水土各项压力及自重作用下,车站抗拔桩的抗浮应力及变形特征,并着重研究了车站底板、底纵梁及抗拔桩的应力、变形规律.     

人工砂在隧道喷射混凝土支护中的应用

人工砂是机制砂和混合砂的总称，在砂源缺乏地区经常在建筑、矿山、水利工程中得到使用。河南焦晋高速公路孤山隧道利用人工砂的一种即机制砂进行了喷射混凝土支护。通过试验和工程实践，对人工砂的物理力学特性进行了分析研究，并对人工砂代替天然砂在隧道喷射混凝土支护中的技术可行性、经济可行性和实施可行性等的优缺点进行了对比。结果表明，人工砂代替天然砂用于隧道喷射混凝土支护技术可行、经济节省、安全可靠，值得进一步推广使用。     

岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究

岩石的冻融破坏是寒区岩石工程中常遇到的主要病害之一。深入系统地分析了岩石受冻融循环影响的冻融破坏过程、影响因素,研究了其冻融破坏机理;通过试验研究了2种岩石的冻融破坏过程,发现了岩石的2种基本冻融破坏模式:片落模式和裂纹模式;并通过在室温下(20℃)对2种饱和岩石经历不同冻融循环次数后的单轴压缩试验,得到岩石的单轴压缩强度、弹性模量分别与冻融循环次数的拟合关系表达式,为今后岩石冻融损伤及冻融断裂研究提供了可靠的试验依据。     

寒区岩体低温、冻融损伤力学特性及多场耦合研究

博士学位论文摘要：我国是寒区面积分布最多的国家之一，随着寒区建设工程的日益增多，出现了大量的冻岩问题，而至今人们对冻岩问题的研究还非常不足。围绕冻岩问题，本文以实验研究为基础，采用理论分析和数值计算相结合的方法，系统地研究了岩石在低温、冻融循环条件下的力学特性，并根据实验结果建立岩石的宏观冻融损伤本构关系， 最终以寒区实际大型岩体工程——青藏铁路昆仑山隧道为背景，建立相应的温度-渗流、温度-渗流-应力多场耦合数学模型，采用有限元方法，进行寒区冻岩工程实例计算分析。本文的主要研究工作与成果如下： （1）首先，从工程现场取2种典型岩石，进行不同冻结温度和不同含水状态（完全饱和与干燥）下的单轴压缩和三轴压缩实验；然后，分析2种岩石在不同温度下的单轴压缩和三轴压缩实验的变形破坏规律，应力-应变关系以及不同含水条件下单轴抗压强度、弹性模量，三轴抗压强度随温度的变化关系，并给出了相应的拟合关系表达式；最后，进行2种岩石在不同低温以及饱和与干燥2种状态下的超声波波速测试和热参数测试，并给出了波速、导热系数与温度的关系。 （2）对红砂岩和页岩进行开放饱水状态下冻融循环实验，分析了2种岩石的冻融损伤劣化及冻融破坏行为，提出红砂岩和页岩分别代表的2种冻融损伤劣化模式：片落模式和裂纹模式；并对经历不同冻融次数后的岩样进行单轴压缩实验，记录岩石冻融循环后变形与强度的变化规律，分析这2种岩石的冻融耐久性，并对实验结果进行数据拟合，得出2种岩石在饱水状态下的单轴抗压强度、弹性模量与冻融次数的拟合关系表达式。 （3）以岩石冻融循环后的单轴压缩实验结果为依据，从宏观损伤力学理论出发，将岩石的损伤分为2个阶段：第1阶段为冻融引起的损伤，第2阶段为冻融和单轴压缩引起的总损伤，从而建立2个阶段的损伤演化方程，推导岩石受冻融循环次数影响的单轴损伤本构关系，根据建立的本构模型得出岩石冻融损伤后的单轴应力-应变关系曲线，并与实验曲线进行对比。计算结果表明，所建立的模型可靠，为三场耦合分析提供了很好的损伤本构模型。 （4）根据孔隙介质的对流换热理论，建立低温岩体对流传热温度与渗流耦合的数学模型，并运用多场耦合有限元计算程序，计算2个工程实例：其一是针对寒区输气管道围岩的冻结问题，验证所建立的数学模型的可靠性；其二是结合青藏铁路昆仑山隧道建设的工程实际，考虑气候变暖和有无保温层、防水层条件下，计算30a围岩温度场与渗流场的分布变化规律，指出气候变暖、保温层的铺设和渗流对寒区隧道围岩的长期稳定性均有较大影响。 （5）针对受低温及冻融循环影响的寒区岩体工程实际情况，引入所建立的岩石冻融损伤力学模型，将岩体的弹性常数视为随冻融次数及温度变化的函数，以混合物理论、连续介质力学、不可逆过程热力学理论为基础，建立冻融裂隙岩体温度-渗流-应力完全耦合的控制方程。运用有限元方法，以昆仑山隧道进口160m的DK976＋410断面围岩-衬砌系统为对象，进行开放系统条件下隧道温度、渗流、应力耦合问题的二维数值模拟计算，分析围岩-衬砌系统在施工完毕及运行30a后的温度、应力及位移的变化规律，并对现有的青藏铁路昆仑山隧道设计方法进行了安全评估。     

抗拔桩与主体结构相互作用的三维有限元分析

由于沿海地区地下水位埋藏较浅,常常设计抗拔桩作为地下结构的抗浮措施,而抗拔桩设计最关键的问题为桩的受力状态、承载力以及和主体变形协调的问题。结合广州市某深挖地铁车站抗拔桩设计实际情况,采用ANSYS有限元分析软件,建立了车站主体结构和抗拔桩共同作用的计算模型,进行了车站主体结构与抗拔桩的三维有限元计算。分析研究了在水土各项压力及自重作用下,车站抗拔桩的抗浮应力及变形特征,并着重研究了车站底板、底纵梁及抗拔桩的应力、变形规律。     

冻结温度下岩体THM完全耦合的理论初步分析

在冻结温度下，岩体受内部孔隙水、结构面及温度等的影响，其物理力学性质将发生深刻的变化，因而，一般热力学理论已经难以解释该问题。从不可逆过程热力学和连续介质力学理论出发，在若干合理的假定条件下，推导了冻结温度下岩体的质量守恒方程、平衡方程及能量守恒方程的最终表示形式；研究了岩体在冻结温度下冰与岩石的膨胀耦合关系，并建立了相应的耦合膨胀系数的表达式。为研究寒区工程围岩温度场、渗流场及应力场的分布规律及变形机理提供了新的理论依据。