220 kV盐津变电所开挖边坡变形机制分析

 针对220 kV盐津变电所开挖边坡,通过调查地质条件、分析变形迹象、查明岩土体的应力–应变特性及数值模拟求证等方法,发现影响边坡稳定的不利因素主要是凹状地形地貌、不良地质结构和地下水,指出该边坡整体上为开挖造成的坡体中前部牵引变形破坏,易软化泥岩控制着边坡的整体稳定性。边坡具体变形机制为：(1) 场地开挖形成临空面,坡脚因应力集中在重力作用下发生小规模坍塌;(2) 开挖后阻滑力降低、剪应力增大,发生剪切变形,原已被地下水软化的泥岩因剪切变形的发展导致抗剪强度再次降低,同时受重力牵引,坡体前缘出现裂缝;(3) 受不利动、静水压力作用、坡面临空效应及软化泥岩的控制作用,覆盖层中部拉剪破坏,然后覆盖层中前部随下伏全～强风化泥岩滑动而协同变形。研究变形机制的方法给今后类似研究提供了借鉴意义,并且该实例表明在工程中应重视泥岩的软化特性。     

固液相耦合的有限元法及其应用

本文探讨了岩体内固液相语的有限元分析方法，考虑了地下水孔隙压力与岩体变形之间的相互耦合作用。建立孔隙水压的计算模型，并计算分析了在重力场 孔隙水压力共同作用下某露天边坡的应力分布特点。结果表明，固液相耦合的有凶法能反映地下水对岩体工程的应力颁和位移变形的影响。     

基坑开挖和支护过程中应力变形实时监测分析

为了动态掌握基坑的安全状态,针对某基坑开挖和支护过程实时监测土体与支护结构的应力和变形情况,结果表明:1随着基坑开挖的进行,周围土体的侧向位移越来越大;最大的侧向位移均位于基坑上部;土体在基坑底部的侧向位移均接近于0甚至出现负值。基坑开挖导致地表土体产生一定沉降量,沉降最大时间并非在基坑刚开挖完毕时,而是发生在基坑完成开挖后,施做底板和地下室以及排水时。2开挖引起周围土体向坑内移动,但是受到支护桩的约束,抑制了土体的移动变形,导致基坑后方土体对基坑边土体的压力增大。3基坑内土体的开挖导致基坑侧向约束得以解除,孔隙水逐渐消散,孔隙水压力降低。随着基坑开挖的继续进行,基坑周围土压力逐渐由主动土压力转变为静止土压力,从而导致孔隙水压力增大。     

开挖和堆载作用下黄土边坡变形特征离心试验研究

为了研究开挖和堆载对黄土边坡变形破坏特征的影响,采用原状黄土在离心机上模拟黄土边坡在开挖和堆载作用下的变形过程,得到了两种工况下黄土边坡的位移变化规律和破坏特征。位移矢量图表明:开挖和堆载前,坡体变形以自重应力作用下的竖向变形为主;开挖和堆载后,坡体中后部土体以垂直向下变形为主,前部土体变形以水平变形为主;对模型边坡控制点位移特征分析,发现开挖对前部土体变形影响较大,堆载对后部土体变形影响较大,但开挖是影响边坡变形的最主要因素;开挖和堆载作用下黄土边坡的变形过程完全不同。     

浅埋偏压隧道洞口变形机理及治理措施研究

通过现场地质调整,对隧道施工中出现的变形破坏迹象及岩体结构特征进行了细致的分析,研究了岩体的变形破坏机理,揭示了该边坡在隧道开挖状态下的变形发生规律及变形破坏模式,提出了边坡稳定的改善措施。     

层状岩体边坡的弯曲变形破坏试验及有限元分析

用地质力学模型试验方法，在实验室对层状岩体边坡进行分期开挖破坏试验，同时利用考虑了岩层弯曲变形效应的有限元程序模拟开挖破坏过程。两种方法所得结果具有良好的可比性，揭示了在开挖状态下岩体弯曲变形折断破坏的一些规律。     

锦屏I级水电站左岸坝肩边坡施工期破坏模式及稳定性分析

 由于具有复杂的地质结构,岩石高边坡的变形破坏机制和失稳模式非常复杂。首先采用底摩擦试验研究锦屏I级水电站左岸工程边坡在工程开挖过程中的变形破坏模式。试验结果表明：(1) 变形破坏模式为滑移–拉裂式;(2) 岩体被煌斑岩脉X和f42–9断层共同切割形成不稳定块体,并发生失稳破坏。在此基础上,充分利用FLAC3D软件模拟边坡开挖变形的强大功能,分析边坡在开挖过程中可能的变形失稳模式。数值结果显示,f5,f8,f42–9断层以及裂隙密集带SL44–1和煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳。然后,通过有限元强度折减法计算得到工程边坡在不同工况下的安全系数：天然状态下边坡安全系数为1.277;开挖工况下边坡安全系数为1.152;施加支护措施后边坡安全系数为1.385。     

开挖对边坡变形影响的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。采用清华大学土工离心机以及新开发的开挖模拟设备进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡位移场的变化。基于位移测量结果提出了一种确定开挖影响范围的方法,分析了开挖后边坡的变形响应。结果表明：开挖后坡体内部根据竖向应变性质的不同可分为开挖松动区、开挖压缩区和无影响区3个区域,不同区域土体的变形特性有所差别。开挖后边坡内部的潜在滑裂面在变形破坏过程中是变化的,从坡体内部向坡面方向移动。开挖条件下边坡表现出明显的渐进破坏过程。     

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。     

地震作用下边坡岩体动力稳定性数值模拟

 以金沙江龙蟠边坡变形岩体为例,采用人工合成地震动为输入条件,并考虑超静孔隙水压力的作用,运用离散单元法进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明：地震惯性力的作用引起剪应力的积聚效应;岩体结构面对岩质边坡的地震动力响应起控制性作用;边坡最危险状态是地震刚刚开始时由静态到动态所发生的巨大系统改变之时;地震作用导致岩体变形破坏的主要机制是剪应力积聚和超静孔隙水压力累积效应的耦合作用。同时,计算结果还表明,龙蟠边坡变形岩体在遭受地震时不会发生整体性的远程滑动,这一结论对金沙江宽谷坝址的抉择具有重要的工程应用价值。     

饱和南京细砂液化后大变形特性试验研究

 利用空心圆柱扭剪仪对饱和南京细砂进行液化后静力再加载试验,研究其液化后应力–应变关系及孔隙水压力(孔压)消散特性,发现饱和南京细砂液化后的应力–应变关系呈S型曲线形状、归一化消散孔压与偏应力呈线性关系,据此提出饱和南京细砂液化后的本构模型和孔压消散模型,并进行该模型的验证性试验,结果表明2个模型的预测值与试验值较为吻合;探讨初始有效围压、相对密度对饱和南京细砂液化后特性的影响,分析结果表明：初始有效围压对饱和南京细砂液化后的本构模型及孔压消散模型均有较大影响;相对密度仅对液化后的本构模型有较大的影响,而对孔压消散模型基本没有影响。     

考虑流固耦合作用的库岸滑坡变形失稳机制

 当前，在库水位下降引起滑坡变形失稳机制的认识上，仍存在不足。基于渗流计算结果，采用有效应力法对边坡进行应力–变形分析和稳定性计算的传统方法，仅考虑由水体自重渗流产生孔隙水压力，而没有考虑水位下降引起滑带处的超孔压，从而产生不切实际的变形分析和稳定性计算结果，对滑坡的变形和失稳机制产生错误的认识。在流固耦合理论基础上，以黄土坡滑坡前缘临江崩滑堆积体作为工程实例，通过对泄水下滑坡流固耦合作用的数值模拟，得到应力场、变形场及孔压场的变化规律，探讨考虑应力场与渗流场耦合作用的滑坡变形失稳机制，并进行非耦合和耦合计算方案下滑坡稳定性变化趋势。研究结果表明，库水位下降引起滑带附近的超孔隙水压力是诱使滑坡变形和失稳的重要原因。     

利用显微X光CT对围压和孔隙水压条件下岩石试样的细微成像及其分析

 为得到岩石试样在各种围压和孔隙水压条件下的成像并分析其变形,利用显微X光CT系统获得具有5 mm高分辨率的三维图像。为此,设计和制造了一个可以对岩石试样同时加围压和孔隙水压的新型压力容器。用此容器,对高20 mm、直径10 mm的Berea砂岩及Noto硅藻泥岩试样施加静水压并使之变形。在各种围压和孔隙水压条件下,每隔15° 测试其径向尺寸。试样的平均直径随着有效围压的增长而单调减小。在此,有效围压被定义为围压和孔隙水压之差。随着有效围压的增加,其直径的变化根据不同的方向而不同,即其变形的各向异性特征得到了证实。Noto硅藻泥岩试样的各向异性比最大,达8%。实验结果表明,此显微X光CT方法可用来测试在各种围压和孔隙水压条件下一般方法很难测得、小或不规整试样的变形。     

尾矿细微观力学与形变观测试验装置的研制与应用

 为深入探索筑坝尾矿力学行为与细微观结构的内在联系,自主研发尾矿细微观力学与形变观测试验装置。该试验装置主要由加载试验设备、压力室及附属部件、局部应力监测系统、细微观观测系统4个部分组成。该装置具有如下特点：(1) 所进行的试验能反映尾矿坝体内局部应力、孔隙水与孔隙水压力、排水条件等对其细微观结构及颗粒运动的综合影响;(2) 试验加载条件实现多样化,包括静态加载、静态加卸载、动态加载、动态循环加载等加载形式;(3) 压力仓采用不锈钢筒内嵌玻璃钢筒结构,最大承载压力可达2.5 MPa;(4) 可进行孔隙水流动过程中的孔隙水与颗粒运移形态、细微观结构及其受载形变的观测试验,并能监测孔隙水压力;(5) 可埋设多个土压力传感器于试验尾矿内,实时监控尾矿内局部应力;(6) 细微观观测系统采用自行研制的动态细微观观测装置,调节过程简便且能跟踪点的运动。采用该装置进行荷载为0.3,0.6及0.9 MPa下的尾矿细观观测试验,结果显示：随着荷载的增加与作用时间的增长,尾矿孔隙数量与尺寸减小,颗粒间强结合水受挤压而迁移,形成水膜并逐渐增厚,转化为弱结合水,将颗粒连接成大的块体结构;尾矿沉降位移较大且呈非线性增加,其增量随荷载增加逐次减小;局部应力及细观结构变形表现为下部分滞后且低于上部分,局部应力呈起伏状逐级增长,峰值附近波动很大,沉降位移呈阶梯状增加,稳定后趋于平缓。     

动力排水固结法处理软土地基孔压和变形问题研究

通过动力排水固结法处理饱和软粘土地基现场试验测试数据。寻求动荷载作用下饱和软粘土的孔压和变形的发展规律。发现同一深度土体超静孔隙水压力的消散与变形具有一致性关系。对动力排水固结法加固淤泥类软土地基的作用机理研究和工程实践具有指导意义。     

循环孔隙水压力作用下饱和砂土变形的试验研究

波浪荷载的作用会在近海砂体基础中产生循环孔隙水压力,研究循环孔隙水压力作用下砂床土体的力学行为对海岸和近海工程有重要意义。本文选用福建标准砂为研究对象,自动控制水压力发生装置作为动力源,通过固结不排水三轴试验,研究分析了在循环孔隙水压力作用下影响饱和砂土变形性能的试验参数。试验结果表明,当固结应力比、频率较大,而相对密度较小时,试样有较大的变形,更容易发生破坏。最后,绘制了试样轴向应变与动孔隙水压力系数的关系曲线,并分析了曲线的变化规律。     

液化地基中重力式码头地震残余变形计算法的动力试验验证

液化地基中海港码头工程的地震残余变形的预测是地震工程安全设计中重要的环节,码头身后回填砂土因地震作用引起的超静孔隙水压力发展水平对码头地震变形有着重要的影响。引用液化度指标衡量超静孔隙水压力的变化特征,计算码头作旋转和滑动运动的地震残余变形的方法称为拟动力法,通过应用1g-振动台试验与120g-离心振动台试验的两模型测试结果验证计算码头地震残余变形的拟动力理论方法的合理性与可靠性。计算结果表明当计算中采用的地震动输入加速度与试验相同时,预测出的位移变化规律以及残余变形的计算值与测试值规律具有较好的一致性,表明对于均匀波动的地震载荷,该方法预测的地震残余变形较理想。     

正冻多孔介质耦合模型研究

 通过分析多孔介质孔隙水的相变过程,研究孔隙冰与孔隙水含量随温度改变的变化规律,建立描述冷冻条件下孔隙冰与孔隙水饱和度的数学关系式。通过引入低温多孔介质有效孔隙压力概念,建立基于多孔连续介质力学理论的低温多孔介质孔隙压力变化的耦合模型,提出低温冻结情况下饱和非饱和多孔介质的体积热膨胀系数表达式。应用现有的试验成果论证此研究模型的正确性。研究成果表明建议的模型能够正确地模拟正冻孔隙介质的有效孔隙压力和骨架应力,并能反映冻胀融缩的变形特点,为科学研究低温多孔介质的应力与变形特点提供合理可靠的方法。     

地层条件对剪胀性砂土边坡地震后延迟变形的影响

剪胀性砂土流滑现象与自然排水条件下孔压重分布导致的局部土体强制吸水有关,须放在具体边值问题中来阐释。同时考虑孔隙水压力扩散、转移以及吸水剪切下饱和砂土应力应变行为的流动变形简化分析方法,研究了相对不透水层的位置、地基土体的渗透系数对边坡地震后延迟变形的影响特征和规律。地震后延迟侧向变形总是集中发生在孔隙水渗流被阻滞的界面,界面处砂土强制吸水量越大,发生的侧向位移量就越大;设置穿透相对不透水层的排水通道可有效减小边坡的侧向变形。地震后侧向流动变形的发展过程取决于孔隙水扩散、转移的速度,是由具体边值问题中土体的渗透系数决定的,饱和土体的黏滞特性对于变形发展过程的影响可以忽略。     

大型油罐CFG桩复合地基变形与承载性能试验研究

 兰州原油末站大型油罐群,是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施。由于天然饱和黄土地基承载力仅为60 kPa,采用CFG 桩复合地基。依托其中一座15×104 m3储油罐工程开展CFG桩复合地基变形与承载特性试验研究。在地基处理范围内埋设土压力盒、孔隙水压计、沉降计等测试元件。现场试验结果表明,CFG桩复合地基承载力特征值达到275 kPa。结合罐体充水试验研究CFG桩复合地基在罐体充水过程中桩土应力、孔隙水压力、沉降及油罐环墙基础变形的变化规律。结果表明,环墙基础最大沉降量为30 mm,最小为11 mm。实测油罐任意直径方向的沉降差最大值为16.0 mm,油罐沿周边弧长方向最大非平面倾斜值为0.002 46。CFG桩桩土应力比随荷载呈增大趋势,在最大试验荷载下达到12.6,油罐底部反力沿半径方向呈“V”型分布。研究表明采用CFG桩处理饱和黄土地基是可行的,试验研究成果对饱和黄土地基修建大型储油罐提供技术依据。