加筋粗粒土直剪力学行为与颗粒破碎特性

粗粒土是一种天然填筑材料,在工程中应用广泛。大量学者对加筋粗粒土的力学性质进行了研究,但对直剪过程中颗粒破碎特性尚无人研究。本文采用大型直剪仪,对粗粒土和加筋粗粒土进行了直剪试验研究,研究了其直剪力学行为与直剪过程中的颗粒破碎特性。试验结果表明:粒径和垂直压力越大,峰值强度越大;加筋后,黏聚力均大幅提高,而内摩擦角有一定程度的减小,黏聚力和内摩擦角均随着粒径的增大而增大;土工格栅除了受到与土的摩擦力外,还受到土体对横肋的阻挡力,阻挡力大幅提高了黏聚力;由不同方法计算得到的颗粒破碎率均随着垂直压力的增大而增大。垂直压力越大,颗粒间的接触越紧密,相互作用越剧烈,破碎率越大。同时在相同垂直压力下粒径越大,破碎越严重。加筋后颗粒破碎率显著降低,加筋可以有效防止颗粒破碎。     

刚性挡墙主动土压力的有限元分析

针对经典土压力理论的不足之处,采用有限单元法对作用于刚性挡墙上的主动土压力进行数值分析,土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型,在土与墙体结构接触面间引入接触单元,并按库仑摩擦准则定义接触关系,研究了刚性挡墙上主动土压力的大小、作用点位置及其分布规律,并对填土性质参数进行了敏感性分析。结果表明,刚性挡墙后主动土压力为凸曲线分布,作用点位置处于O.36~O.40倍墙高处;填土模量的增大将提高土压力数值,但在同时又引起作用点位置的下降;填土重度与土压力数值呈正相关,但对作用点位置的影响却较小;墙土间摩擦系数无论是对土压力大小还是作用点的位置都有较大的影响。     

采空区框架桥侧向土压力研究

为研究采空区框架桥侧墙所承受的侧向土压力随墙体高度及外摩擦角的变化规律,采用库伦土压力理论进行了理论分析,并得到结论:当框架桥位于压缩区时,侧墙土压力值在被动土压力和静止土压力间的某一值;当框架桥位于拉伸区时,其土压力值位于静止土压力和主动土压力之间。当侧墙外层比较平整时,其被动土压力较小,其主动土压力较大;当侧墙外层比较粗糙时,其被动土压力较大,其主动土压力也较小;静止压力大小不受影响。当侧墙较高,土压力较大,当侧墙较低,其土压力较小。     

挡墙后土体破裂角的简化解

挡墙后土体破裂角的确定在土压力的计算及挡墙设计中是一项十分重要的内容。针对目前不同资料中破裂角表达形式各不相同甚至存在错误的现状,首先澄清了破裂角的概念,然后根据土力学极限平衡理论并借助Matlab符号运算功能推导得到破裂角的简化解。通过数值验证表明该简化解与库伦土压力理论完全一致。结论对于库仑理论的应用及理解具有参考价值。     

加筋粗粒土强度变形特性试验研究

采用大型三轴仪与大型直剪仪, 对粗粒土、加筋土强度变形特性进行了实验研究。直剪试验结果表明: 不同竖向荷载下粗粒土和加筋粗粒土剪切的剪应力-剪切位移关系类似, 应力应变曲线均出现应变软化现象, 但软化特性变化不大; 加筋土法向位移-剪切位移变化曲线表现为法向应力越低, 剪胀现象越明显; 粗粒土加筋后的内聚力增加, 但是内摩擦角却降低。三轴试验结果表明, 不同围压条件下粗粒土和加筋土主应力差与轴向应变关系曲线表现为应变硬化型, 围压越大, 主应力差与轴向应变关系曲线越陡, 应变硬化特性越明显, 最大主应力差越大; 围压越低, 剪胀作用越明显, 越容易由剪缩发展到剪胀, 反之围压越高, 则剪缩作用越明显; 当轴向应变较小时, 加筋效果不明显, 随着轴向应变的逐渐增大, 加筋效果逐渐发挥。加筋土的内聚力明显大于粗粒土, 而内摩擦角基本上相等; 利用三轴试验结果对邓肯-张模型的适用性进行了分析研究, 表明邓肯-张模型能合理地确定粗粒土与加筋土的强度以及切线弹性模量, 但难以描述和确定粗粒土的变形特性和切线泊松比, 且不能反映粗粒土的剪胀性。     

柔性材料新型挡土墙的有限元分析

为了研究柔性材料新型挡墙墙背土压力的空间规律、土压力影响因素以及玄武岩纤维拉结绳拉力的变化规律,设计了数值模型,利用ABAQUS进行了有限元模拟和对比分析。研究结果表明:挡土墙水平土压力大致呈抛物线分布,挡墙中下部位置处土压力增大,因此应该加强该类挡土墙中底部的玄武岩纤维拉结绳配置设计。结论可为柔性材料新型挡土墙在公路建设、水利建设、边坡支护工程中大面积的的推广和应用提供理论借鉴。     

粘性土路基劈裂注浆压力预估计算方法研究

通过分析现有非饱和土劈裂注浆压力计算模型, 得出其主要计算参数为土的粘聚力、内摩擦角及回弹模量, 根据室内抗剪强度直剪试验, 获得了粘性土粘聚力与含水率的半对数关系、内摩擦角与含水率的线性关系。根据全国9个地区的粘性土现场承载板试验, 得到了基于压实度、稠度的粘性土回弹模量综合计算式, 进而提出基于含水率、压实度的粘性土路基劈裂注浆压力预估计算方法。通过邵怀高速公路注浆工程实例的现场实测值与理论计算值进行对比, 验证了预估计算方法。     

高黏性物料粉矿仓气力清堵助流系统的设计与应用

为了研究物料性质、粉矿仓结构对物料流动能力的影响以及高黏性物料在粉矿仓内部堵塞的解决方案,基于Jenike剪切理论,分析了和尚桥选矿厂粉矿仓内物料的含水率、粒度对物料内摩擦角的影响以及 粉矿仓半顶角、卸料口尺寸对物料流动性能的影响。结果表明：粉矿仓内物料的内摩擦角随含水率的增加而增大,当含水率在10%~11%时,其内摩擦角达到最大值47.2°,而后随含水率的增加逐渐减小;物料的内摩擦 角随粒度的增大逐渐减小,当粒度大于3 mm,内摩擦角变化趋于平缓,稳定在42°左右;半顶角和卸料口尺寸设计不合理极易造成仓堵现象发生。基于上述研究结果,针对粉矿仓的堵塞提出一种气力清堵助流方案, 应用结果表明：粉矿仓的有效容积率和有效储矿量提升40%以上,在年处理量为500万t的前提下,可为选矿厂增加1 400余万元效益。     

不同围岩条件下U型钢支架关键加固位置的研究

基于普氏压力拱理论和力法原理,提出巷道支护中U型钢支架的力学模型,研究了U型钢支架的承载特性和加固技术,分析了U型钢支架关键加固位置与岩石内摩擦角之间的关系。研究结果表明:U型钢支架横截面的弯矩主要与巷道围岩的垂直压力、水平压力、巷道断面尺寸、弹性模量、岩体重力密度、冒落拱底宽、岩石抗压强度和坚固性系数等因素有关;U型钢支架关键加固位置与岩石内摩擦角、冒落拱底宽有关;U型钢支架拱梁关键加固位置介于65°~71°之间,随着岩石内摩擦角的增大,拱梁关键加固位置距拱顶变远;U型钢支架腿柱关键加固位置在0~1.01 m内,腿柱关键加固位置随着岩石内摩擦角的增大而逐渐下移。     

超高填土明挖巷道土压力分布特性及影响因素研究

基于弹塑性理论,以神华胜利北电一号露天煤矿6煤运输巷道为背景,采用MIDAS GTS岩土分析系统,分析超高填土下的明挖巷道土压力变化特性,得出其与内摩擦角、粘聚力的相互关系,回归分析得出涵顶土压力与填高、容重的经验公式,并将其运用到设计与施工中,创造良好的经济效益与社会效益.     

多级加筋土挡墙极限稳定分析

加筋土挡墙由于造价低廉、施工简单等优点已普遍被应用于岩土工程中,然而对多级加筋土挡墙的研究并未深入,其中涉及到结构设计以及稳定分析还有待开展进一步的研究分析。本文以三级加筋土挡墙为研究对象,利用极限分析方法计算该模型安全稳定性分析,研究不同参数对挡墙的影响,最后形成一套优化方案。采用极限分析法和强度折减法对挡土墙分析得出的滑裂面破坏模式均属于内部破坏;随着填土黏聚力和内摩擦角的增大、基础条件提高、间距减小,多级加筋土挡墙的安全稳定性越好,但破坏模式未发生改变;拉筋强度对安全挡土墙影响较小;挡墙形式及构造中的台阶宽度和台阶高度的变化对安全稳定性的影响具有相反的规律。研究结果对三级加筋土挡墙的设计施工具有实际意义。     

焦页60-5HF井钻井技术

焦页60-5HF井是处于焦石坝构造东南翼的一口页岩气水平井,该井设计井深5290 m,井斜69.30°,垂深3945.04 m,闭合位移2513.99 m。在实际施工中为确保水平段在储层中延伸,经多次调整后,最终完钻井深5235.00 m,井斜81.8°,垂深3820.56 m,水平位移2509.53 m,水平段长1775.00 m,为重庆涪陵工区垂深最深的一口水平井。实际施工中为保证井眼轨迹在储层中穿行,克服了井下工具抗高温、水平段摩阻大、定向托压、井眼轨迹防碰等诸多问题,成功完成了该井的施工任务,为该地区施工超深井提供了可借鉴的经验。     

基于正交试验的底板破坏深度主控因素敏感性分析

为了研究底板破坏深度的影响因素,考虑工作面倾斜长度、采厚、采深、不同底板岩层力学参数和承压水水压,采用FLAC3D软件模拟底板破坏深度,运用正交试验法对模拟结果分析,研究影响底板破坏深度主控因素敏感性。研究结果表明,工作面斜长、采深、采厚对底板破坏深度的敏感性主次顺序为工作面斜长采深采厚;抗拉强度对底板拉破坏深度的影响为高度显著;底板岩层黏聚力、内摩擦角对底板破坏深度及拉破坏深度的敏感性不显著;抗拉强度、内摩擦角对剪破坏深度的敏感性较弱,黏聚力对底板剪破坏深度具有显著性影响;随着承压水压力的增加,底板中水平最小主应力与承压水压力越来越接近,且水平应力值接近水压的岩层范围增大,导致突水的危险性增加。     

倾斜填土表面挡土结构土压力计算方法探讨

该文提出把挡土墙后墙顶以上的倾斜填土看成是作用在墙顶上的外荷载 ,运用求解附加应力的布氏解答 ,结合朗肯土压力理论 ,来求解作用在墙背上的主动土压力。这种方法可以较准确地考虑挡土墙后填土的长度、宽度和厚度、填土表面的倾斜程度、墙背与填土之间的摩擦以及极限平衡状态的影响 ,得出的主动土压力小。     

设坝垃圾填埋场沿底部衬里滑动的稳定性分析

考虑填埋场底部衬里极限破坏界面转移和垃圾坝的作用,将填埋场分为垃圾坝、被动楔体、两个中间楔体和主动楔体5个部分,分别对每个部分进行极限平衡分析,并建立了平衡方程,求解填埋场沿底部复合衬里界面滑动的安全系数。结合工程实例分析了垃圾坝、垃圾土及填埋场底部衬里界面剪切强度对填埋场稳定性的影响,分析结果表明,垃圾土粘聚力c_sw、内摩擦角φ_sw增加,填埋场安全系数F_s呈线性小幅增长,φ_sw对F_s的影响略大于c_sw。随着坝底界面粘聚力c_d和摩擦角δ_d增加,F_s逐渐增大,且与c_d近似呈线性关系,δ_d对F_s的影响大于c_d。增加垃圾坝坝高H₂、减小坝背倾角η,F_s增大。填埋场底部衬里界面粘聚力c_b和摩擦角δ_b增加,F_s增大,并与c_b近似呈线性关系。高法向应力界面的强度指标对Fs的影响程度远大于低法向应力界面的强度指标,δ_b对F_s的影响尤为显著。     

考虑墙后填土强度各向异性的主动土压力计算方法

基于水平层分析法,假定不同方向滑裂面上的内摩擦角随该滑裂面与沉积面之间的夹角变化,提出了一种考虑材料各向异性的主动土压力计算方法.通过4个典型算例,讨论了墙后填土强度各向异性程度对主动土压力的影响.计算结果表明,随墙后填土沉积面与水平方向夹角增加,主动土压力逐渐变大,其合力作用点逐渐下降;随填土面倾角增加,各向异性影响逐渐增强.     

倾斜煤层底板破坏深度计算方法及主控因素敏感性分析

为研究倾斜煤层底板破坏主控因素对底板破坏深度的敏感性,根据弹性力学中的半无限体理论建立了沿煤层倾斜方向底板破坏深度求解力学模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以阳城煤矿的采场条件为工程背景,基于FLAC3D数值仿真软件,按照正交试验设计方案对3306工作面底板破坏特征进行数值模拟。运用矩阵分析法以及方差分析法对模拟结果进行分析计算,确定各主控因素对底板破坏深度的敏感性。研究表明:(1)随着工作面推进距离的增大,底板最小主应力值与承压水压值越来越接近,且最小水平主应力与底板承压水压相等的区域不断扩大,底板突水危险性增加。(2)各主控因素对底板破坏深度影响的主次顺序为:工作面斜长采深黏聚力采厚煤层倾角水压内摩擦角,方差分析结果显示,各主控因素中工作面斜长对底板破坏深度的敏感度为高度显著;采深较为显著;黏聚力显著;采厚、煤层倾角、水压以及内摩擦角不显著。(3)运用矩阵分析法确定了正交模拟试验的最优方案,即按照此方案实施后底板破坏深度最小,可有效降低矿井底板突水的危险性。     

露天矿边坡锚固参数地震响应敏感性分析

利用FLAC^3D软件建立了锚固露天矿边坡数值模型,研究了锚固参数对锚杆动力响应、边坡位移响应以及边坡塑性应变贯通长度的影响,并通过权重分析法对锚固参数进行了敏感性分析。研究结果表明:随着锚杆长度和锚孔直径增加,边坡永久水平位移和塑性应变区贯通率都减小,锚杆轴力峰值逐渐增大;随着锚杆竖向间距增大,三者均增大;随着锚固倾角增大,边坡永久水平位移和塑性应变区贯通率先减小后增大,锚杆轴力峰值则先增大后减小;锚固参数对锚杆轴力的影响权重由高到低依次为锚孔直径、锚杆长度、锚杆间距、锚固倾角;对塑性应变区贯通率影响权重由高到低依次为锚杆间距、锚孔直径、锚杆长度、锚固倾角;对边坡位移的影响权重由高到低依次为锚杆间距、锚杆长度、锚孔直径、锚固倾角。     

非共面断续裂隙类岩石试件破断试验与分析

为了探讨不同数目、不同倾角下非共面断续裂隙岩石的力学特性和裂纹演化规律,采用RMT-150岩石力学加载试验机单轴压缩含预制裂隙的类岩石试件。结果显示:当主裂隙水平时,增大次裂隙倾角,试样峰值强度先增大后减小再增大;当主裂隙倾斜时,增大次裂隙倾角,试样峰值强度先增大后减小;次裂隙倾角为30°、45°和60°时,第二条次裂隙的存在对试件承载力有一定的强化作用,三裂隙试件峰值强度比双裂隙试件峰值强度大;水平裂隙裂纹萌生的位置不在裂隙尖端且具体位置受次裂隙的影响;预制裂隙出现相互贯通,主要贯通模式为拉贯通和拉剪混合贯通,破坏模式主要为对角剪切破坏;运用PFC2D数值分析软件进行模拟试验,数值模型的破坏模式与室内加载下的试样破坏情况基本一致,模拟试验较好地反映了试样受压后裂隙的裂纹演化过程。     

菱镁矿粉体颗粒摩擦荷电实验与仿真研究

为了对粉体颗粒摩擦荷电过程进行数值模拟,以菱镁矿粉体颗粒为研究对象,利用离散元模型和电荷转移模型对粉体颗粒运动过程和摩擦荷电过程分别进行理论建模。在EDEM仿真软件中建立了适用于粉体颗粒摩擦荷电仿真的计算模块,并应用该模块进行菱镁矿粉体摩擦荷电仿真分析,考察给料量和滑槽倾斜角度对摩擦荷质比的影响,同时利用振动槽摩擦荷电装置进行菱镁矿粉体颗粒摩擦荷电对比实验研究。结果表明,菱镁矿粉体摩擦荷质比随给料量的增加而减小,随滑槽倾斜角度的增大而减小。试验结果得到了与仿真结果相似的变化趋势,验证了所建粉体颗粒摩擦荷电数值模型的准确性。本文研究结果对更精确粉体颗粒摩擦荷电模型的建立和粉体颗粒摩擦带电的进一步应用具有重要意义。