胶结黏土中正断层扩展的变形和孔压变化研究

基岩断层错动而引起的上覆土体变形会对地表以及地下结构物造成破坏。上覆土体的胶结特性和隐伏断层的存在,使得断层错动的变形机制更为复杂。采用滤纸技术模拟隐伏断层,通过2组离心机试验研究胶结土体中正断层裂缝的扩展机制及伴随的孔压变化规律。对土体的变形分析和孔隙水压力的监测加深了对地裂缝的认识。研究发现,正断层错动引起胶结黏土的变形机制为受弯变形。隐伏断层使得土体受弯区变小、土体破坏程度加剧。胶结黏土受弯形成的地裂缝分为张拉裂缝和剪切裂缝,这些地裂缝的发展为超孔压的消散提供了优势路径。     

胶结黏土中正断层扩展的变形和孔压变化研究

 基岩断层错动而引起的上覆土体变形会对地表以及地下结构物造成破坏。上覆土体的胶结特性和隐伏断层的存在,使得断层错动的变形机制更为复杂。采用滤纸技术模拟隐伏断层,通过2组离心机试验研究胶结土体中正断层裂缝的扩展机制及伴随的孔压变化规律。对土体的变形分析和孔隙水压力的监测加深了对地裂缝的认识。研究发现,正断层错动引起胶结黏土的变形机制为受弯变形。隐伏断层使得土体受弯区变小、土体破坏程度加剧。胶结黏土受弯形成的地裂缝分为张拉裂缝和剪切裂缝,这些地裂缝的发展为超孔压的消散提供了优势路径。     

正断层错动诱发单桩破坏及避让距离研究

历次地震实例表明基岩断层错动诱发建筑桩基破坏,针对桩基础的近断层破坏机理认识不足。采用土工离心机试验,研究正断层错动引起上覆砂土中单桩基础的破坏。试验详细量测单桩及土体变形,监测桩身轴力及弯矩随基岩错动量的变化规律。试验数据表明,当错动量为0.4 m时,单桩与桩周土体协同变形,桩顶出现显著位移。随着错动量增加,上覆土体变形集中于破裂带,使得桩顶位移显著减少。该破裂带在基岩和土体的交界面上偏离基岩错动方向,与水平面呈80°方向发展至地表,并在单桩靠近断层上盘一侧地表出露。上覆砂土变形可分为静止区、剪切区和刚体位移区。当单桩位于剪切区附近,桩身受弯变形使得桩顶向上盘一侧倾斜。针对正断层错动,单桩在下盘一侧和上盘一侧离开基岩断层线的安全避让距离分别为15 m和10 m。     

Influences of pre-existing fracture on ground deformation induced by normal faulting in mixed ground conditions

Physical model tests have been conducted by various researchers to investigate fault rupture propagation and ground deformation induced by bedrock faulting. However, the effects of pre-existing fracture on ground deformation are not fully understood. In this work, six centrifuge tests are reported to investigate the influence of pre-existing fracture on ground deformation induced by normal faulting in sand, clay and nine-layered soil with interbedded sand and clay layers. Shear box tests were conducted to develop a filter paper technique, which was adopted in soil model preparation to simulate the effects of pre-existing fracture in centrifuge tests. Centrifuge test results show that ground deformation mechanism in clay, sand and nine-layered soil strata is classified as a stationary zone, a shearing zone and a rigid body zone. Inclination of the strain localization is governed by the dilatancy of soil material. Moreover, the pre-existing fracture provides a preferential path for ground deformation and results in a scarp at the ground surface in sand. On the contrary, fault ruptures are observed at the ground surface in clay and nine-layered soil strata.     

地层错动引起的上覆砂层变形特性的离心试验研究

地层错动引起的基岩上覆土体变形对地表的建筑物、地下管线和隧道的安全带来潜在危险。为减小这种危险给人们的生命财产带来的损失,掌握地层错动引起的上覆土层的变形行为规律,通过土工离心试验,采用PIV图片测距技术,研究不同基岩错动量下竖向正断层错动造成的地表变形特点和断层裂缝在砂层中传播的规律。通过分析试验得到位移和应变场,得到以下几点认识:(1)不均匀沉降地表宽度(剪切区)并不随基岩错动位移的增大而线性增大,尤其在下盘,其宽度增大幅度很小;(2)基岩向下错动给上盘带来的干扰和破坏大于下盘;(3)裂缝传播整体传播方向偏于上盘。主裂缝的总体传播方向与断层平面的夹角约等于土体在土层平均围压下的剪胀角。当裂缝传至土体上部时,传播角会向上盘偏转而变大。     

基于统一强度理论的条带煤柱设计

现有条带煤柱设计方法偏于保守,急需更合理有效的条带煤柱设计方法,以提高条带开采的煤炭采出率。基于统一强度理论,建立了合理考虑中间主应力影响的条带煤柱极限强度公式,进而将其应用于条带煤柱屈服宽度和留设宽度的解析计算,并与Wilson公式以及广义SMP准则的拓展结果进行比较,得出中间主应力、煤层黏聚力和内摩擦角的影响特性。研究结果表明：本文所得统一计算式是一系列有序解的集合,具有广泛的理论意义;中间主应力、煤层黏聚力和内摩擦角对条带煤柱设计影响显著,应充分考虑中间主应力效应和煤层强度参数变化;Wilson公式结果过于保守,广义SMP准则结果是本文统一强度理论结果的一个线性逼近。     

鼓形变位模式下柔性挡土墙的主动土压力分布

针对鼓形变位模式的柔性挡土墙,采用库仑土压力理论的假设,挡土墙上的主动土压力假定由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿填土深度方向取典型水平薄层单元进行分析,分段建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,给出了鼓形变位模式下,柔性挡土墙上的土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和有关实验结果进行了比较分析。结果表明,鼓形变位模式下,土压力合力与库仑土压力理论结果相等,土压力分布和合力作用点位置则明显不同;墙顶附近的土拱作用改变了土压力的分布,本文方法与前人实验得到的土压力均大致呈R形分布。最后,利用本文解,对土体内摩擦角、墙土摩擦角、土薄层单元间等效内摩擦角、墙体最大变位点深度等参数对挡土墙土压力强度、土压力合力和合力作用点的影响进行了分析。     

斜倾厚层山体滑坡启动机制的模型试验研究

首先分析鸡尾山斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的成因机制,对前期的滑坡物理模型进行优化;开展土工离模型试验,重现滑坡失稳过程;研究斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的变形破坏特征,对斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的"后部块体驱动–前缘关键块体瞬时失稳"的破坏模式进行验证。试验结果显示,滑坡模型在73 g时发生破坏,与前期80 g破坏的试验具有较好的重复性,节理化的滑坡模型与岩体结构完整的滑坡模型相比,更易于发生变形破坏;内侧滑块大部分残留堆积在滑动面上,外侧滑块视向滑动、高位剪出。随着离心加速度的增大,模型后部块体首先出现蠕滑现象,前缘块体阻滑作用明显;当加速度达到73 g时,前缘块体被突然视向挤出,诱发后部块体沿滑面产生滑移;滑坡的初始变形破坏过程是由渐进破坏向瞬时破坏转变的过程,经历蠕滑变形–节理张拉–滑面滑动–前缘撞击–视向偏转–高位剪出–碰撞解体–静止堆积。     

考虑加速效应的多孔介质中颗粒三维迁移模型研究

基于已有的颗粒一维迁移模型,建立一个考虑加速效应的颗粒三维迁移模型。通过Laplace变换和Fourier变换,给出点源和面源形式下的颗粒瞬时注入和周期形式注入问题的解析表达式,分析了点源瞬时注入情况下时间、距离、沉积系数、弥散系数等的影响机理。研究结果表明：随着时间增大,迁移颗粒浓度峰值逐渐减小,并且浓度峰值所对应的x坐标值逐渐增大。其次,浓度等值线在x-y平面上呈椭圆形状,在x方向上靠近颗粒注入口的等值线排列较密,远离注入口的等值线排列较疏。随着时间增大,低浓度等值线的范围逐渐向四周扩大,高浓度的等值线的范围逐渐缩小。另外,沉积系数越大,浓度等值线的范围越小。然而,随着x方向的弥散系数增大,等值线在x方向上逐渐向两侧拉长,而等值线在y方向上的范围逐渐缩小。