节理面非线性变形对SV波透反射性能影响

 平面SV波穿越节理面是一个复杂的问题,节理面刚度、入射角、法向非线性位移、切向非线性位移、入射波频率等都是影响节理透反射性能的重要因素。采用射线理论推导SV波穿越线性变形节理的透反射解析解,利用Lemaitre等效应变假设原理,分别采用Goodman和Duncan模型描述节理面非线性变形,考察节理面透反射性能受法向与切向非线性位移的影响。研究结果发现：SV波垂直入射节理面,只产生反射SV波和透射SV波,由于节理面刚度参数的影响,刚度越大则反射系数降低、透射系数增加,非线性位移越大其变化随刚度变化越快;节理面呈现出低通滤波器功能,频率越高越容易被反射,越低则越容易透射;法向与切向位移对不同波场的影响程度不同,正是非线性位移的大小决定节理面法向与切向的有效刚度,最终决定弹性波在节理面上的透反射性能。     

地震作用下顺层岩质边坡锚固特性的拟动力分析

实践证明锚杆对边坡加固效果明显,但目前对地震作用下岩质边坡的锚固机制研究还不够深入,因此研究锚固边坡的抗震性能对于边坡锚固的优化设计具有重要意义。采用拟动力法模拟地震加速度时程曲线的输入,并基于极限分析上限定理推导地震作用下顺层岩质边坡临界无量纲总锚固力及锚固边坡稳定安全系数的表达式。通过算例对比分析锚杆倾角、节理面倾角、地震加速度影响系数、地震加速度放大系数、节理黏聚力与内摩擦角对边坡临界状态下总锚固力的影响。研究结果表明:边坡临界状态下锚固力与锚杆倾角、节理内摩擦角、水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数正相关,与节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力负相关;随着节理内摩擦角的增大,水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数对边坡临界状态下锚固力的影响越明显,而锚杆倾角、节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力的影响则逐渐减弱。     

含砂粉质黏土剪切力学指标随深度变化关系研究

含砂粉质黏土具有黏性土和砂性土的共同力学特性。论文以武汉港阳逻港区集装箱铁水联运一期工程为研究背景,在现场采集了不同深度的含砂粉质黏土,开展室内剪切指标土工试验,获取了含砂粉质黏土的剪切力学指标随地层深度的变化关系。结果表明:固结快剪的黏聚力和内摩擦角均随地层深度的增加而变大,黏聚力增加率71.08%,内摩擦角增加率30.48%,两者随深度呈抛物线非线性增大,黏聚力随深度变化的相关性较好,内摩擦角随深度变化相关性较差;直接快剪的黏聚力和内摩擦角也均随地层深度的增加而变大,黏聚力增加率53.96%,内摩擦角增加率20.21%%,两者随深度呈抛物线非线性增大,黏聚力随深度变化的相关性较好,内摩擦角随深度变化相关性一般;固结快剪和直接快剪的剪切指标大小存在明显差异,固结剪切的黏聚力略大于直接剪切,但两种剪切形式的内摩擦角结果却迥然不同。     

黏土质隧道围岩抗剪强度参数的概率分布及优化实例

以长序列隧道浅埋段第四系坡残积黏性土的抗剪强度参数试验数据为基础,运用皮尔逊X2检验方法和有限比较法分析黏性土隧道围岩抗剪强度参数的概率分布类型并计算其所服从概率分布的概率密度函数。结合具体工程实例,运用贝叶斯(Bayes)方法对黏聚力、内摩擦角进行优化,探讨变异系数与概率分布类型选取之间的关系。研究结果表明:黏土质隧道围岩黏聚力和内摩擦角的最优分布概型分别为正态分布、对数正态分布;极值I型分布不适宜作为坡残积黏土质围岩黏聚力、内摩擦角的概率分布;当变异系数较小时,内摩擦角选用对数正态分布概型与正态分布、β分布相差较小;对于黏聚力,建议选择最优概型;黏聚力、内摩擦角经Bayes方法优化后变异系数减小,数据更趋于合理。     

土钉墙支护结构破裂角的研究

土钉支护技术已广泛应用于一般的基坑和边坡工程中,规范中对土钉支护结构进行设计时,采取破裂面为直线,破裂角取45°+ч/2.借助准黏聚力理论,认为土体中设置土钉后,土体的内摩擦角不变而黏聚力变大,土体的抗剪强度增强.而且在土体中设置土钉后,改变了土体的应力状态,主应力方向发生偏转,土体的滑裂面相应改变.通过对土钉支护结构中的土体单元进行应力分析,得出了垂直基坑中土钉支护结构滑移面的破裂角为45°+ч/2-θ.结果表明土钉剪切滑移面破裂角与土体内摩擦角和土钉倾角有关,均成线性关系.     

砂粒充填大理岩节理剪切强度试验研究

节理充填对节理力学性质具有重要影响,为研究砂粒充填对节理抗剪强度的影响,利用GCTS(RDS-200型)岩石剪切系统对4种粒径砂粒充填的粉晶大理岩节理进行了直剪试验。结果表明:未充填节理剪切应力-位移全程曲线可分为压缩阶段、弹性阶段、屈服阶段、软化阶段和残余阶段,而充填节理剪切应力-位移全程曲线则仅有压缩阶段和硬化阶段,表现出松砂剪切曲线特征;相同法向应力下,4种粒径砂粒充填节理峰值剪切应力明显降低。多层铺设3种较细粒径砂粒的充填对节理粘聚力和内摩擦角的影响基本相同,粘聚力和内摩擦角均降低,且粘聚力降低更为明显;单层铺设的最大粒径砂粒使节理的粘聚力降低,内摩擦角增加。研究结论对理解充填节理岩体稳定性具有一定帮助。     

不同位置和尺寸的裂隙对岩体破坏影响的试验研究

为研究节理裂隙岩体中节理位置和尺寸对岩体综合抗剪强度的影响,以水泥砂浆作为模型材料,通过在试件的不同位置预制相同长度的节理裂隙和相同位置预制不同长度的节理裂隙,进行不同法向压力下3种具有不同起伏角的节理面剪切试验。试验结果表明:当节理位置和长度一定时其抗剪强度随法向压力增加而增加;对于同一节理裂隙,当其位于试件中间时抗剪强度和黏聚力最小,位于试件后端时抗剪强度和黏聚力最大,位于试件前端时介于两者之间;内摩擦角随节理位置的变化规律不明显;当节理裂隙位置固定时,节理裂隙越长,抗剪强度和黏聚力越低,且抗剪强度随节理长度的增加呈近乎线性的减小。节理位置和尺寸对综合抗剪强度的影响可能由于节理、岩桥的强度参数及岩桥内部损伤劣化程度共同作用所致,现场节理岩体的抗剪强度取值应考虑节理的位置影响。     

基于遍布节理模型的围岩稳定性分析

为研究洞桩法地下车站施工过程中节理因素对导洞围岩稳定性的影响,以长春市亚泰大街站为工程背景,建立了导洞遍布节理模型,针对部分节理参数建立6因素5水平正交方案,进行参数敏感性分析。研究表明：影响导洞围岩稳定性的节理因素从大到小排序依次是节理内摩擦角、节理黏聚力、节理倾角、节理剪胀角、节理抗拉强度、节理倾向;且随着节理内摩擦角和节理黏聚力的增大,导洞围岩稳定性逐渐增加。     

弹性纵波入射粗糙节理面透射性能研究

 针对应力波穿过节理面产生的衰减现象,研究节理面的几何形状、法向刚度对应力波的透射性影响。根据节理面几何特性设计6种模拟节理面粗糙程度的节理模型,用UDEC软件模拟一维弹性纵波的入射问题。计算结果表明,节理面的粗糙程度、法向刚度对弹性波的透射系数影响很大,节理面越粗糙,法向刚度越小,弹性波衰减程度越大,弹性波的波速降低越快。     

冻融后不同含水状态砂岩的剪切破坏特性

针对冻融循环作用后不同含水状态砂岩展开剪切性能试验研究,探讨试样的剪切破坏机制,分析内摩擦角、黏聚力随试样破坏面分形维数的变化规律。结果表明:随冻融循环次数的增加,砂岩剪切应力–位移曲线特征发生明显改变,同时,峰值剪应力有不同程度的降低,而剪切位移显著增大。内摩擦角、黏聚力较冻融前有不同程度的劣化,并随饱水率的增大而加剧。相同含水状态下,分形维数随冻融循环次数的变化呈显著的幂函数递增关系,黏聚力损伤因子随分形维数的变化呈指数函数递增。干燥状态下,内摩擦角损伤因子随分形维数的变化呈指数函数递增,而含水状态下呈线性递增。     

原状黄土人工节理抗剪强度特性试验研究

应用直剪仪对原状黄土人工节理的抗剪强度进行试验研究,试验结果表明:原状黄土的节理形态特征对节理内聚力影响较大,而对节理内摩擦角影响较小;干密度对原状黄土节理内聚力的影响较大,而对内摩擦角的影响较小;黄土节理内摩擦角随含水量变化呈二次曲线规律变化,当大于界限含水量时,内摩擦角随含水量减小而增大;当小于界限含水量时,内摩擦角随含水量减小而减小;对于表面平整节理,内聚力随含水量变化而呈二次曲线规律变化,对于表面粗糙节理,内聚力随含水量变化呈指数规律变化。     

Nonlinear shear behavior of rock joints using a linearized implementation of the Barton-Bandis model

Experiments on rock joint behaviors have shown that joint surface roughness is mobilized under shearing,inducing dilation and resulting in nonlinear joint shear strength and shear stress vs.shear displacement behaviors.The Barton-Bandis(B-B) joint model provides the most realistic prediction for the nonlinear shear behavior of rock joints.The B-B model accounts for asperity roughness and strength through the joint roughness coefficient(JRC) and joint wall compressive strength(JCS) parameters.Nevertheless,many computer codes for rock engineering analysis still use the constant shear strength parameters from the linear Mohr-Coulomb(M-C) model,which is only appropriate for smooth and non-dilatant joints.This limitation prevents fractured rock models from capturing the nonlinearity of joint shear behavior.To bridge the B-B and the M C models,this paper aims to provide a linearized implementation of the B-B model using a tangential technique to obtain the equivalent M-C parameters that can satisfy the nonlinear shear behavior of rock joints.These equivalent parameters,namely the equivalent peak cohesion,friction angle,and dilation angle,are then converted into their mobilized forms to account for the mobilization and degradation of JRC under shearing.The conversion is done by expressing JRC in the equivalent peak parameters as functions of joint shear displacement using proposed hyperbolic and logarithmic functions at the pre-and post-peak regions of shear displacement,respectively.Likewise,the pre-and post-peak joint shear stiffnesses are derived so that a complete shear stress-shear displacement relationship can be established.Verifications of the linearized implementation of the B-B model show that the shear stress-shear displacement curves,the dilation behavior,and the shear strength envelopes of rock joints are consistent with available experimental and numerical results.     

非饱和膨胀土裂隙开展深度影响因素研究

 膨胀土的裂隙性是膨胀土区别于其他土类的重要特征之一,裂隙的存在严重影响着膨胀土体的工程特性。对非饱和膨胀土体的张拉裂隙开展深度进行研究,得出同时考虑非饱和膨胀土体有效黏聚力和内摩擦角的裂隙开展深度的线弹性理论关系式,并采用有效黏聚力折减系数来反映有效黏聚力在诸多因素影响下的折减效果,进一步推导出地表基质吸力开裂值的表达式和膨胀土层不受地下水位深度影响时的裂隙开展深度表达式。研究结果表明,非饱和膨胀土张拉裂隙开展深度与土体的有效黏聚力、内摩擦角、泊松比、地表基质吸力、地下水位深度以及有效黏聚力折减系数有着密切的关系,但影响程度相对不同;地表基质吸力只有达到地表基质吸力开裂值以后,膨胀土体才会由于基质吸力的作用而产生表面开裂,地表基质吸力开裂值可以作为膨胀土体地表开裂的理论判据之一;当地下水位深度趋于无限大时,非饱和膨胀土张拉裂隙开展深度会达到一个极限值,此极限值可作为膨胀土层不受地下水位深度影响时的裂隙开展深度值。     

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。     

应力波通过非线性平行节理的能量分析

 应力波在节理岩体中传播规律的研究是开展地下工程安全性分析的基础。着重研究纵波(P波)以任一角度入射一组非线性平行节理的能量传递规律,其中节理的法向模型采用双曲线型的BB模型,而节理的切向模型为线性模型。首先,基于应力波在时域内的递归分析方法,建立P波通过某一岩体的应力波传播方程,其中该岩体中存在一组非线性平行节理;其次,通过计算应力波通过该岩体前后的透反射能量,分析应力波能量大小的改变;最后,引入透射能量系数与反射能量系数,对影响能量传递的因素开展参数分析,即研究节理的初始刚度、间距、数量以及应力波幅值、频率和入射角度等因素对P波能量传递规律的影响。研究表明,应力波在节理处的能量传递规律不仅与节理的力学特性有关,而且也和节理的空间分布相关,且当应力波的物理特性如频率和波幅发生改变时,能量传递规律会出现不同的变化。     

松花江松浦段岸坡土冻融直剪强度试验研究

为了对冻融作用对松花江松浦段岸坡土抗剪强度影响特征进行研究,对该段岸坡土体进行了冻融和直剪试验,试验结果表明:试样土体经过单次冻融后粘聚力会大幅度下降,内摩擦角会大幅度上升,土体抗剪强度会大幅度上升,试样多次冻融后粘聚力大幅度下降,土体内摩擦角会大幅度上升,土体抗剪强度会经第一次冻融后有所增加,随着冻融循环次数的增加,土体抗剪强度大幅度下降,该结果可为松花江岸坡稳定性分析提供科学依据。     

JMC对应力波透射系数和节理比刚度影响的实验研究

 节理对岩体的动态力学特性有重要影响。采用改进型霍普金森花岗岩压杆(SHPB)实验设备,研究一维应力波在花岗岩人工节理处的传播规律,进而分析节理的动力学特性。通过切割工艺在花岗岩试样表面形成人工节理,使其具有不同的节理吻合系数(JMC)。采用两点式波分离方法处理实验数据,得到节理处的入射波,以及节理产生的反射波和透射波,进一步计算得到应力波传播通过节理的透射系数。基于SHPB实验的基本原理,得到节理的闭合量和作用在节理上的压力之间的关系,从而分析出节理的比刚度。该实验分析节理吻合系数对波传播的影响,进而研究节理吻合系数对花岗岩节理动态力学特性的影响。     

甲烷水合物三维离散元模拟参数反演初探

含填充型水合物的砂性能源土可视为特殊的散粒体材料（砂粒和水合物颗粒混合物）,具有明显的非连续特征。在离散元中若采用团粒（胶结成团的颗粒组）模拟填充水合物颗粒则需合理确定团粒结构内颗粒间胶结模型参数。为此,基于前人的室内纯水合物三轴试验资料进行离散元建模与参数反演。结果表明,宜采用松散且颗粒间摩擦系数较小的试样模拟水合物块体,当颗粒间摩擦系数小于等于0.0时,可确保无胶结试样的内摩擦角小于室内试验获得的纯水合物内摩擦角。胶结刚度只需在较小范围变化即可反映相同温度不同围压条件下的弹性特性,且微观刚度参数与胶结强度参数的相互作用较小,可以假定二者相互独立。通过选取不同的微观胶结强度值进行不同围压下的三轴压缩试验,建立微观胶结强度参数与宏观参数（内摩擦角和黏聚力）之间的关系,从而确定与室内试验强度特性相符合的微观胶结强度值,实现甲烷水合物三轴试验离散元模拟;由体变规律可知,甲烷水合物在发生剪胀前均存在一个初始的体积收缩阶段,且剪胀特性随着围压的减小而呈现增强趋势。通过微观变量颗粒接触方向组构的分布图可知,随着轴向应变增大,颗粒间接触主方向朝竖直方向偏转,表现出明显的各向异性特性。随着轴向应变的增大,颗粒间胶结残余率变小,表明试样逐步破坏。