考虑干密度影响的压实黄土土水特征与渗透特性试验研究

为了研究干密度对压实黄土土水特征、渗透特性的影响,用一维瞬时土柱渗透仪开展了不同干密度压实黄土的常水头渗透试验,得到了入渗量、体积含水率、吸力时程线与土水特征曲线;利用瞬态剖面法计算了非饱和渗透系数,分别得到其与吸力和饱和度的关系曲线。结果表明：干密度增大,入渗量时程线趋于平缓,吸力和体积含水率时程线转折点后移,陡变段斜率增大,其变化规律可用5个时间段进行描述;水自试样底部流出稳定后,不同干密度试样皆未完全饱和,其最大饱和度随干密度增大而增大;干密度增大,土水特征曲线上移,渗透性曲线规律性下移。基于试验结果,分别建立了直接考虑干密度影响的土水特征和渗透性函数的归一化模型。     

非饱和土中圆柱孔扩张问题不排水解答及吸力影响效应分析

圆柱孔扩张理论为沉桩挤土及旁压试验分析等提供了理论基础,然而已有研究多是针对饱和土展开,在非饱和土相关工程中并不适用。基于修正剑桥临界状态模型,对非饱和土中不排水条件下的圆柱孔扩张问题进行求解。在考虑非饱和土吸力效应的情况下推导土体应力–应变关系式,并引入反映吸力与比体积之间关系的液相本构方程。在此基础上联立圆柱孔周围土单元平衡微分方程,最终将非饱和土中的圆柱孔扩张问题归结为求解一阶偏微方程组的问题。通过引入辅助变量将所有方程转至拉格朗日系下,以弹塑性边界上的应力及比体积作为初值条件对其进行求解。结果表明:当非饱和吸力增大时,圆柱孔周围土体应力和扩孔压力均随之增大,说明土体出现了吸力硬化效应;对于初始比体积较小的土体,随着塑性区内的径向位置增加,比体积和吸力会出现先增大后减小的变化特征,说明圆柱孔在不排水扩张过程中局部土体发生了剪胀。所采用的本构关系较为简洁,参数易于确定,便于在非饱和土相关的工程问题得到实际应用。     

基于数据采集卡的无缆静力触探数据采集系统的研究与设计

通过对传统的静力触探数据采集系统进行改进,介绍了利用数据采集卡采集静力触探的压力数据,利用地上数据采集仪采集静力触探深度数据,数据采集过程中均运用时钟信息进行时间先后顺序和数据的同步匹配,通过数据存储模块可将数据存储下来,也可串行传输后把压力和深度数据通过液晶模块显示出来,最后将数据传入上位机管理系统中进行数据的综合处理,并将最终触探曲线显示出来。整个过程具有无缆化、采集精度高、集成度高、存储量大、经济便捷等特点,最后通过现场试验验证了改造后的静力触探数据采集系统的适用性。     

黄土边坡可靠度的随机有限元分析

为了研究黄土边坡的可靠度,在对黄土强度参数进行变异性统计、概率分布检验及垂直向自相关距离计算的基础上,将黄土强度参数黏聚力和内摩擦角作为随机变量,将其在二维边坡剖面的空间变化作为随机场,用局部平均细分法将符合一定均值和标准差的强度参数按随机场分布在边坡剖面的有限元网格上,再采用弹-理想塑性有限元计算边坡稳定系数,用Monte-Carlo法计算其失效概率。结果表明:黄土黏聚力的变异系数多在0.30以上,内摩擦角的变异系数多在0.20以下,且黄土高原从西向东两个参数的变异性都增大;黏聚力和内摩擦角的概率分布类型对边坡失效概率计算结果影响显著,统计检验发现黏聚力采用对数正态分布、内摩擦角采用正态分布为宜;黄土地层的垂直向自相关距离多在0.7 m以内,与计算厚度的比值多小于0.2;在大部分黄土的变异系数与自相关距离水平下,采用确定场进行可靠度分析,多数情况将极大地高估了黄土边坡的失效概率,而在极端高变异系数水平下,采用确定场进行可靠度分析,又将极大地低估其失效概率。     

一种改进的三维边坡稳定性分析方法

在现有的边坡稳定性三维极限平衡法分析的基础上,提出了一种改进方法,该方法考虑了条间作用力和底滑面剪切力方向对边坡稳定性的影响,在假定条柱分界面也处于极限平衡状态的条件下,通过每一条柱三个方向的静力平衡条件,推导出边坡稳定系数的计算公式。通过模型计算反映出边坡按二维和三维问题分析时的边界条件,并进一步证实了潘家铮先生提出的极大和极小原理。     

鱼腹梁钢支撑与混凝土支撑组合结构的刚度匹配研究

为厘清深基坑设计中混凝土和鱼腹梁支撑的组合刚度协调问题和实践效果,研究了鱼腹梁钢支撑的工作原理及其刚度的计算方法,分析了按允许设计强度方法计算时鱼腹梁钢支撑与混凝土支撑的支护刚度比值关系;根据这两种形式支撑结构的组合方式,给出了组合结构刚度的计算方法;基于基坑变形控制的要求,提出了钢支撑与混凝土支撑组合结构的刚度匹配设...     

不同干密度压实黄土的非饱和渗透性曲线特征及其与孔隙分布的关系

压实黄土在水分入渗条件下容易产生湿陷、不均匀沉降等工程地质问题,因此有必要对其渗透特性进行研究。本文采用基于滤纸法的竖直土柱试验测试了3种不同干密度压实黄土全吸力范围的渗透性曲线。试验结果表明,压实黄土的渗透性曲线随着基质吸力减小分为缓升段、陡升段和饱和段三个阶段,且干密度越小的土三段特征越明显。压实黄土干密度的差异主要影响低吸力段渗透系数,干密度越大,渗透系数越小;基本不影响高吸力段渗透系数。由于渗透系数与孔隙分布密切相关,孔隙越多渗透性越强。因此本文用压汞试验测得了3种土样的孔隙分布曲线。试验表明不同干密度的压实黄土,微孔数量基本相同,对应吸力范围的渗透系数也相同;孔径为1.3μm d 8μm的小孔数量随干密度增大而减小,对应吸力范围的渗透系数也相应地减小;中孔、大孔数量很少,其对土样的渗透性的影响甚微。这反映了渗透性受孔隙分布控制的内在机理。     

基于Monte Carlo法的黄土二维微观结构模型构建

从微观尺度研究土的力学行为是揭示其力学机理的一种有效途径,为此首先建立其微观结构模型。目前常通过光学显微镜或者扫描电镜图像获取黄土的微观结构,但将其直接用于二维建模时,存在颗粒悬浮和叠置的问题。基于黄土的颗粒累积分布曲线和实际颗粒形态,提出了一种随机生成其二维微观结构模型的方法。首先将颗粒累积分布曲线按粒径范围分为若干区间,从各区间上随机抽取粒径值,形成满足其粒径分布的粒径数据库;再根据黄土颗粒的微观图像建立颗粒的形态数据库。从这2个数据库中随机抽取颗粒粒径和形态,生成具有随机大小、形态的颗粒库。采用Monte Carlo法将这些颗粒在模型顶端随机投放,建立黄土的二维微观结构模型。该模型为黄土微观力学行为的分析提供了原型。     

结构性黄土压缩特性的微观非连续变形分析

黄土的结构性与其形成过程密切相关,并对其物理力学性质产生重要影响。针对结构性黄土的大孔隙和胶结特性,对DDA算法进行了扩展,将结构性黄土中起主要胶结作用的黏粒胶结嵌入已有的DDA算法中;使用Monte Carlo法和DDA模拟黄土的沉积过程,该方法能够模拟颗粒下落过程中的相互碰撞及摩擦,分析结构性黄土在压缩过程中颗粒的平动和转动规律,由此构建与原状黄土孔隙比接近的微观结构模型;进一步使用扩展DDA对所生成的黄土结构模型进行不同压力下的一维压缩试验模拟,并与室内压缩试验进行对比。发现胶结试样颗粒位移比不含胶结试样颗粒位移小,但整体规律相似;每个颗粒位移的大小和方向不尽相同,但主要以竖向位移为主;在压缩过程中,不同区域的颗粒位移存在较大差异,上部颗粒位移大,越往下部颗粒的位移越小。该研究成果可为从微观认识黄土力学行为提供一条途径。     

一种用于非饱和黄土钻探的双管螺旋钻

为了满足非饱和黄土连续原状取芯的要求,参考美国已成熟的螺旋空心钻技术,设计了一种双管螺旋钻具。该钻具结合双管单动岩芯钻和螺旋钻的双重功能,通过螺旋叶片旋进土中,外围土体顺叶片上涌,贴在叶片间的外壁上;里面的空心部分则可以套取土样,使其免受扰动。钻具提出后,清除掉外壁上的土体,卸下钻头,取出里面的土样,不仅可用于土的鉴定,也可用于室内试验。试验表明其钻探取样效果良好,但对钻机动力和工艺要求较高。该钻探技术主要用于黄土滑坡钻探,通过连续取得原状土芯,从中识别和鉴定滑动带。