降雨作用下滑坡变形稳定性分析

为了更加直观地了解滑坡在降雨作用下失稳的整个演变过程,文章参照某地区坡体特点,采用地质学方法进行模拟试验。通过在坡面不同点位处埋置倾角传感器、孔隙水压力传感器和土压力传感器监测其位移和应力变化规律,分析滑坡破坏阶段特征,最终实现滑坡预警监测的作用。研究结果表明,在降雨作用下,坡脚处会率先产生变形和坍塌,随后坡脚上部土体自下而上逐层发生失稳破坏。降雨量的增加会直接影响土体的纵向变形和土颗粒内部的孔隙水压力,而失稳过程中横向变形可忽略不计。变形滑移所产生的挤压效应会导致滑坡土体土压力的变化。滑坡进入失稳破坏阶段时的主要特征表现为轴向变形和土压应力快速增加,而孔隙土压力快速降低,以上三种测试指标的变化规律可用于滑坡变形稳定性的预警分析。     

正断层活动对公路山岭隧道工程影响的数值分析

 根据渭河盆地正断层的结构特征及活动形式,采用有限元方法模拟正断层环境下公路山岭隧道衬砌的受力变形,针对断层错动量、断层倾角、隧道埋深以及隧道与断层的交角4个主要因素分别进行组合计算,并由此归纳出衬砌的破坏模式。结果表明4个因素对衬砌受力变形影响的敏感性依次减弱,在断层裂缝两侧各40 m的范围内是受力变形的集中位置,且当断层倾角小于50°时衬砌的受力类似于一端固定的悬臂梁。通过对衬砌的相对沉降量、纵向应力及剪应力的分析计算,将衬砌的主要破坏模式分为3类：在大纵向应力作用下,以拉张破坏为主、挤压破坏为辅的拉张–挤压型破坏,在大剪应力作用下发生的直接剪断型破坏,以及拉张–挤压与剪切结合的破坏形式。     

高压引水隧洞陡倾角断层岩体高压压水试验研究

结合一抽水蓄能电站高压岔管区高压压水试验,详细介绍了具有陡倾角断层岩体的高压压水试验方法及试验成果。探讨了岩体高压下水力劈裂区扩展的波动理论和渗透破坏特性,明确了岩体与土体渗透破坏形式差异。试验首次对岩体内的渗透压力和变形进行了同步测量,以了解高压条件下岩体的渗透变形特性。在高孔隙压力作用下,岩体的变形发展试验成果表明,岩体应力和稳定性分析过程中孔隙压力的作用不可忽视,因此采用耦合理论对高孔隙压力环境下的工程岩体进行分析有助于降低围岩失效风险。     

直墙拱形洞室围岩稳定性的结构面效应分析

本文以工程概化的思想,设计了15°、30°、45°、60°、75°五种典型倾角结构面分别位于直墙拱形洞室拱肩附近、横穿直墙拱形洞室断面及位于直墙拱形洞室拱脚附近不同情况,并建立数值模型,开展不同倾角、不同位置结构面控制条件下围岩应力分布、围岩变形与破坏的特征分析,为探讨不同结构面控制围岩变形与破坏的机理提供理论基础,具有显著的工程应用价值。     

不同冲击载荷下层状千枚岩压缩力学特性研究

为研究不同冲击速度下层状岩石动态力学特性,采用分离式霍普金森杆压杆装置对千枚岩进行动态冲击试验。研究冲击速度与层理倾角对层状岩石应力–应变曲线、破坏应变及应变率的影响;并从破碎形态、波传播特性、能量吸收等方面对岩石的破坏模式进行分析。结果表明,层状千枚岩试样破裂面类型分为4类,低冲击速度下,试样大多以单一的破裂面形式破坏,高冲击速度下多种破裂类型混合发生。随着冲击速度的增大,破裂类型增多,岩石平均破碎尺寸减小。岩石的动态破坏强度随倾角增加呈现先减小后增大的趋势,高冲击速度下这一趋势更加显著。同一冲击速度下,随倾角增大,应变率先减小后增大,试样破坏应变随倾角变化先增大后减小,表明低冲击速度下,22.5°倾角试样最易破坏,高冲击速度下,45°～67.5°倾角试样破坏最为容易,0°～22.5°倾角试样最难破坏。在低冲击速度下加载方向与层面处于45°～67.5°夹角时破碎效果较好,能量利用率较高;高冲击速度下加载方向与层面处于90°夹角时破碎效果最佳,能量利用率最高。     

断层黏滑失稳过程声发射特征试验研究

为研究断层黏滑过程中的声发射特征,对预制不同倾角的粗晶正长花岗岩断层模型进行摩擦滑动试验,分析不同加载速率、不同侧压下断层黏滑失稳的声发射特征的演化过程。结果表明：(1)在一个黏滑过程中,应力积累阶段内的声发射事件数目稳定增长,声发射能级都比较小;断层失稳错动时,声发射事件突增,而且伴随高能级的声发射事件,能量远大于其他事件,说明断层失稳时产生数量更多、强度更大的声发射活动,而且声发射能量突增发生在断层亚失稳阶段,可以利用高能量声发射事件发生对断层黏滑进行预测。(2)在不同加载条件下断层黏滑特征有所不同。侧压和倾角改变时,断层面应力状态的变化影响凹凸体的接触状态,宏观表现为断层面的摩擦强度改变。随着侧压增大,断层发生黏滑的剪应力增加,应力降增大。倾角由34°变为45°时,黏滑更不容易发生,失稳时释放的应变能更大,且在45°倾角下黏滑事件峰值应力不断增大,倾角为56°时,断层面剪应力持续增加,但不发生黏滑。在加载速率减小时,黏滑周期变长,加载过程中断层面之间有相对长的时间进行调整和物理愈合,断层面受力状态发生变化,断层失稳的应力降增大。(3)加载条件发生改变时,声发射特征发生变化。侧压增...     

三轴压缩作用下断续节理砂岩力学特性研究

节理岩体的力学特性直接影响工程岩体的安全。为了研究节理岩体的各向异性力学特性和破坏特征,设计进行了0°,30°,45°,60°,75°和90°等6种角度断续节理砂岩的三轴压缩试验,详细分析了节理倾角对断续节理岩体变形强度特征和破坏模式的影响。研究结果表明:①在加载过程中,随着围压增大,断续节理砂岩应力–应变曲线的屈服阶段逐渐明显,峰值强度和残余强度逐渐提高,破坏时延性特征逐渐明显;②随着节理倾角增大,断续节理砂岩的变形模量、抗压强度、黏聚力和内摩擦角等力学参数均呈现先减小后增大的U型变化趋势;③节理对岩样破坏裂纹的形成与开展具有明显的诱导和控制作用,不同倾角岩样的破裂面均顺节理倾角方向发展,当节理倾角与岩样计算破坏角接近的时候,岩样的破裂面顺节理面开展,变形和强度参数达到极小值;④随着围压增大,不同倾角断续节理岩样的变形和强度参数差别逐渐减小,各向异性特征逐渐减弱;⑤断续节理砂岩的破坏模式可分为张拉破坏、折线型的复合剪张破坏、沿节理面剪切破坏等3种类型,节理倾角的分布决定了断续节理砂岩在加载作用下的变形破坏模式,变形破坏模式的差异决定了断续节理砂岩变形和强度参数的各向异性特征。研究成果可为工程中节理岩体的各向异性特征分析提供较好的参考。     

穿越断层带隧道结构动态力学特性试验研究

为了揭示隧道穿越断层期间结构力学响应特性,通过室内模型试验研究断层倾角为45°、60°、75°时采用台阶法进行开挖施工的围岩压力、围岩位移和衬砌应力变化情况。结果表明：断层倾角越大,围岩压力值越高,断层倾角为75°、60°时围岩压力分别为45°的1.169倍、1.089倍;拱部围岩压力影响范围达1.0倍洞径,拱腰、边墙处影响范围为0.5倍洞径;断层倾角越大,围岩径向位移值越高,断层倾角为75°、60°时径向位移达45°的1.112倍、1.057倍;拱部围岩位移影响范围达1.0倍洞径,拱腰、边墙处影响范围为0.5倍洞径;由于存在断层结构,隧道开挖后形成较大松散压力,衬砌结构呈“扁坦式”受力状态,边墙位置衬砌应力最大,拱顶、拱腰处次之;断层倾角越大,衬砌应力值越高,第一施工循环拱顶位置衬砌应力在断层倾角75°、60°时分别为45°的1.176倍、1.079倍,拱腰处为1.187倍、1.089倍,边墙处为1.169倍、1.082倍;第二循环拱顶位置衬砌应力在断层倾角75°、60°时分别为45°的1.136倍、1.067倍,拱腰处为1.158倍、1.075倍,边墙处为1.156倍、1.077倍...     

压制压力对膨润土压实性能的影响

膨润土作为高放射性核废料处置库回填/缓冲层的首选材料,需实现隔离防渗的目标。获得高压实膨润土是实现这一目标的必备条件。而压制压力是影响膨润土密实度的因素之一。以纯膨润土粉末为研究对象,采用静力压实方法,开展了不同含水率(0%～30%)膨润土试样在不同压制压力(0 k N～45 k N)作用下的压实试验,提出干密度增长率与增长率增量参数评价压力对膨润土的压实效果。结果表明,在同一含水率状态下,膨润土的干密度随着压力的增大而增大。但在低含水率状态下,受粒间摩擦力的影响,膨润土干密度增长缓慢;在高含水率状态下,受粒间摩擦力与孔隙水压力的双重作用,导致压制压力持续增大到某一压力值后,膨润土的干密度增长率增量逐渐趋于稳定。压制膨润土试样时,可根据目标干密度值选择初始含水率以及压制压力,以便有效减少机械与时间成本。     

冲击载荷作用下层状砂岩动态拉压力学特性研究

为研究层理面倾角对层状岩体动态拉压力学特性的影响,加工制备含5组不同层理面倾角的层状砂岩试样,在50 mm杆径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验平台上进行冲击压缩和冲击劈裂拉伸试验,利用高速摄像仪实时记录试样动态裂纹扩展及破坏过程,分析层理面倾角θ或β对层状砂岩动态应力–应变、动态抗压和抗拉强度、破坏模式及能量吸收特性的影响规律。该层状砂岩层理面之间的差异主要来源于层间矿物组成成分含量的不同。研究表明:(1)冲击压缩载荷作用下,层状砂岩主要表现为5种典型破坏模式,随倾角θ增大,层状砂岩动态抗压强度呈倒U型变化;(2)冲击拉伸载荷作用下,巴西劈裂试样均表现为沿加载方向的劈裂拉伸破坏,随倾角β增大,层状砂岩动态抗拉强度增大。层状砂岩的能量吸收率随层理面倾角的不同而不同,选择与层理面合适的加载角(如θ=90°或β=0°),可以有效提高岩石破岩的能量利用率。     

冲击载荷作用下层状砂岩动态拉压力学特性研究EI北大核心CSCD

为研究层理面倾角对层状岩体动态拉压力学特性的影响,加工制备含5组不同层理面倾角的层状砂岩试样,在50 mm杆径分离式霍普金森压杆(SHPB)试验平台上进行冲击压缩和冲击劈裂拉伸试验,利用高速摄像仪实时记录试样动态裂纹扩展及破坏过程,分析层理面倾角θ或β对层状砂岩动态应力–应变、动态抗压和抗拉强度、破坏模式及能量吸收特性的影响规律。该层状砂岩层理面之间的差异主要来源于层间矿物组成成分含量的不同。研究表明:(1)冲击压缩载荷作用下,层状砂岩主要表现为5种典型破坏模式,随倾角θ增大,层状砂岩动态抗压强度呈倒U型变化;(2)冲击拉伸载荷作用下,巴西劈裂试样均表现为沿加载方向的劈裂拉伸破坏,随倾角β增大,层状砂岩动态抗拉强度增大。层状砂岩的能量吸收率随层理面倾角的不同而不同,选择与层理面合适的加载角(如θ=90°或β=0°),可以有效提高岩石破岩的能量利用率。     

支腿式地下连续墙受力特性研究

在基岩埋深较浅或倾角大时,为了保证基坑稳定,地下连续墙要入岩。入岩方法有嵌岩式和支腿式,前者抗剪强度大,后者具有防水好、施工成本低、时间短、施工工艺成熟等优点,但其支腿受力特点尚未明确。采用理论分析发现支腿式地下连续墙承受弯、扭、剪、压等几种综合作用产生变形,然后针对某工程进行数值模拟和现场监测分析,比较不同尺寸下支腿变形与破坏模式,得到支腿最佳宽度为1m;研究不同岩层倾角对支腿受力影响,发现倾角超过20°时,支腿式地下连续墙破坏。     

软硬互层状类岩石试样力学特性的三轴试验研究

句容抽水蓄能电站工程区内发育有薄层泥岩与白云岩互层状的地层结构,对软硬互层状地层开展力学性质的研究对电站的建设和安全评价有重要意义。采用相似材料制作软硬互层状类岩石试样,对各组试样进行常规三轴试验,研究不同夹层倾角、夹层厚度比及围压条件下试样的强度规律及破坏形式。结果表明:厚度比为1∶1∶1和1∶3∶1时,随角度的增大,试样强度降低。不同厚度比倾角相同的试样强度接近,破坏形式相同。增大软岩层的厚度会显著降低试样整体的强度。倾角为0°时,试样破坏后软岩破碎,无法确定主破坏面。随着角度的增大,试样破坏形式发生变化,沿软岩和两侧交界面发生错动。倾角为45°时,破坏面贯穿试样,软岩相对完整。厚度比为3∶1∶3的不同夹层倾角试样,主要发育1～2个贯穿试样的主破坏面以及少量连接主破坏面与软硬岩层交界面的次级破坏面。夹层倾角在0°～45°范围时,随着倾角的增大,试样的强度参数逐渐降低。     

盾构隧道穿越断层破碎带开挖面稳定性研究

随着国内越江海隧道的快速发展,穿越断层破碎带盾构隧道开挖面稳定性的研究具有重要的理论价值和工程应用意义。文章考虑完整岩体与断层破碎带交界面的影响,改进既有楔形体 棱柱体模型,建立考虑地质交界面的极限平衡分析预测模型。基于极限平衡理论推导得到盾构隧道开挖面极限支护压力表达式,研究盾构隧道掘进趋近完整岩体与断层破碎带交界面过程中的极限支护力和破坏体倾角的变化规律。结果表明：当盾构隧道开挖面距离交界面较远时或已通过交界面后,隧道开挖面前方破坏岩土体范围都处于完整岩体或断层破碎带中,此时极限支护压力与常规的地层楔形体 棱柱体预测模型结果一致。当盾构隧道开挖面掘进至断层破碎带交界面距离小于临界破坏长度后,随着距交界面的不断减小隧道开挖面极限支护压力迅速增大,最大值约为完整岩体中极限支护压力的3.5倍,通过交界面后降低为断层破碎带中的极限支护力值。因此在该阶段应严格控制开挖面支护压力,避免发生涌水突泥事故。     

跨断层长输管道受力性能的影响因素分析

为研究跨断层管道的受力性能及其影响因素,分别选取实际工程中管道和土体的本构参数,利用大型有限元Abaqus软件进行了仿真模拟,其中长输埋地管道采用薄壳壳单元,围绕管道周围的土体则采用三维实体单元,在有限元软件中建立管道与土体非线性接触模型。通过模拟长输管道在断层作用下的受力变化过程,主要研究了管道壁厚、管径、场地土、管道埋深、管道穿越角、断层类型以及断层错动量等参数对管道应变反应的影响。研究结果表明,管道在断层错动下沿管轴方向的应力、应变呈反对称分布;小管径管道和厚壁管道有利于提高管道的受力性能;管道浅埋可以削弱周围土体对管道的约束作用;选择均一性质的软质砂土填埋管沟可避免土层不均匀变形;穿过断层的交角接近45°时,管道受到的破坏最小。     

基于离散元法的薄层板岩隧道围岩变形机制分析

为探究木寨岭公路隧道2#斜井围岩大变形力学机制,结合离散元3DEC数值计算软件,分析了节理不同的倾角条件下对隧道稳定性的影响;并且对不同埋置深度以及岩石含水状态下的稳定性进行分析。结果表明:在45°的围岩节理倾角条件下,隧道变形更加明显,隧道变形失稳的现象随着其埋置深度的增加而严重。当隧道深度为500 m时,围岩发生失稳,具体表现为拱肩处薄板弯曲破坏和滑移失稳,围岩吸水后强度降低,表现出了软岩的流变特性,加速了围岩的破坏。     

高水压条件下泥水盾构开挖面稳定离心模型试验研究

开挖面稳定是越江跨海盾构隧道工程安全的关键,尤其是高水压条件下,开挖卸荷导致开挖面稳定控制更加困难。以越江跨海盾构隧道为背景,研制了一套包含材料和设备的高水压泥水支护形式的开挖面稳定模拟试验装置,通过大型离心模型试验研究了高水压下开挖面坍塌失稳破坏模式和土、水应力变化规律。研究结果表明:①高水压条件下开挖面失稳具有突发性,土体呈现由局部–整体形式急速发展破坏,极小的泥水压力变化幅度即可导致土体迅速发展为整体破坏并传至地表,失稳过程中可观测到滑移倾角减小、破坏范围扩张;②随着泥浆压力的降低,开挖面前方土压力呈现先减小后增大最终趋于稳定值,开挖面失稳可以划分为微观变形、局部破坏、土拱形成、整体失稳四个阶段;③开挖面发生主动破坏时,孔隙水压会发生突然降低现象,这是由于高应力条件下密砂具有剪胀效应,从而引起负孔压导致孔隙水压力急剧下降。这种孔压波动会对开挖面失稳带来不利影响,加速开挖面失稳进程、导致失稳区域的扩大。研究成果对越江海水下隧道工程具有指导意义。     

饱和高庙子膨润土的渗透特性

在核废料深层地质处置工程中,膨润土的渗透特性是需要考虑的重要因素之一。对浸水饱和的高庙子钙基膨润土压实试样进行压缩试验,利用时间平方根法测定压缩试验中每级荷载下的固结系数,然后用太沙基一维固结理论计算土的饱和渗透系数。试验研究表明:在弹塑性阶段,计算所得饱和渗透系数随竖向应力的增大而减小,在双对数坐标下,计算渗透系数与竖向应力呈线性关系;孔隙比对渗透性起着主导作用,在半对数坐标下,计算渗透系数随孔隙比的减小而线性减小,由该线性关系得到的某一孔隙比下的计算渗透系数与公开发表的相同孔隙比的高庙子钙基膨润土的渗透系数接近。研究结果及相关文献证明应用固结理论方法间接推算膨润土饱和渗透系数的方法是可行的,该方法适用于低渗透性黏土的饱和渗透系数的量测。     

孔隙水压力作用下热处理北山花岗岩变形特性试验研究

为研究热-水-力耦合作用对岩石变形特性的影响,利用岩石THM耦合试验系统,对高温热处理后的岩石试样开展高孔隙水压力作用下三轴压缩试验,研究了热处理北山花岗岩在水-力耦合作用下的应力-应变曲线、力学特性、破坏特征以及损伤演化过程。研究结果表明,不同孔隙水压力作用下的s_1-e_1曲线在微裂隙压密和线弹性变形阶段基本重合,轴压增大到裂纹扩展阶段s_1-e_1曲线开始明显偏离,孔隙水压力越大,s_1-e_1曲线向1e轴偏离得越快,试样的峰值强度越低,峰值轴向应变越小,剪切破坏面倾角越陡,损伤演化的速度越快。研究成果表明:孔隙水压力对岩石损伤破坏的影响主要表现在加速岩石从裂纹不稳定扩展到宏观失稳的过程。     

双孔隙压实膨润土的细观导热模型

压实膨润土导热系数是评价核废料处置库散热安全以及计算温度场分布的关键指标,准确预测不同条件下压实膨润土导热系数对于处置库的安全设计具有重要意义.数值模拟是预测土体导热系数的有效途径之一,然而,由于压实膨润土双孔隙结构的复杂性,基于细观数值模拟的压实膨润土导热模型较少.建立了一种适用于双孔隙压实膨润土导热系数的细观模型,...