泥岩中软弱夹层的剪切力学特性研究

软弱夹层对斜坡及围岩稳定性影响较大,对其剪切力学特性及破坏模式的研究具有实际工程意义.以甘肃天水地区的泥岩及软弱夹层为研究对象,基于三轴不排水剪试验和数值模拟方法对不同倾角软弱夹层试样开展剪切力学特性研究,分析其应力-应变关系,探讨其剪切破坏特征.结果表明,试验、理论解与数值结果基本一致,试样剪切破坏均是在软弱层内部发...     

马家岩水库坝基软弱夹层剪切特征及强度

对坝基存在软弱夹层的重力坝，控制其抗滑稳定性的主要因綮是夹层的抗剪强度，如何使提供的抗剪强度参数既保证大坝安全又经济合理是地质和试验工作的关键。分析了马家岩水库坝基软弱夹层的物质组成、矿物成分、结构类型、成因、剪切应力．应变特征，论证了塑性破坏类型软弱夹层抗剪强度参数取值的原则，提出了本工程坝基软弱夹层抗剪强度的地质建议值。     

软弱夹层结构的极限状态分析

软弱夹层属于一种特殊的层状结构。在实际工程中其形态来源广泛且对工程的稳定性影响较大,目前关于软弱夹层结构极限状态下的破坏模式和极限荷载影响因素的研究还不够深入。通过有限差分数值方法,建立软弱夹层挤压模型,分析夹层厚宽比、层面粗糙程度、层顶堆载等因素对其极限荷载和破坏模式的影响,并且与现有实用计算方法的结果进行对比。分析结果表明:粗糙层面的软弱夹层极限荷载随厚宽比增大而逐步减小至恒定值,这一过程伴随着破坏模式由不均匀的侧向挤出向整体剪切过渡;光滑层面的软弱夹层极限荷载在一定范围内随厚宽比增大而逐步增大至恒定值,相应的破坏模式由均匀塑性挤出向整体剪切过渡;总体上软弱夹层结构的破坏模式在厚宽比为0.5~1.0间变化。夹层厚宽比越小,层面的粗糙程度对其极限荷载的影响就越大。现有的实用计算方法在较小厚宽比时,极限荷载的计算结果偏大,在实际工程应用时需注意适当的安全储备。     

岩体破坏准则及其参数研究

首先对Coulumb-Mohr准则,Hoek-Brown准则,Drucker-Prager准则,以及π平面准则的物理含义及表达式进行了分析,继而依托岩体三轴试验结果,通过回归分析确定了上述破坏准则中的材料常数;而后结合各破坏准则同岩体参数之间的关系,分析了试件岩体的物理力学参数;最后分析了所得参数及上述破坏准则的有效性.     

软弱夹层对水泥土单轴压缩影响研究

为探究软弱夹层厚度比对水泥土试样单轴压缩力学参数和破坏模式的影响规律,借鉴含单夹层盐岩的制样方法制备含不同软弱夹层厚度比的单夹层水泥土试样,进行室温和冻结状态下的单轴压缩试验。在室内试验研究的基础上采用PFC2D对水泥土单轴压缩进行模拟,分析试样受荷后的细观力学响应机制。最后建立软弱夹层与荷载耦合作用下水泥土单轴压缩损伤本构模型,探讨软弱夹层厚度比对试样损伤变量演化的影响。研究结果表明:(1)室温和冻结状态下水泥土试样单轴抗压强度和弹性模量均随着软弱夹层厚度比的增加呈负指数规律衰减;破坏应变随软弱夹层厚度比增加呈抛物线变化规律。(2)PFC2D模拟得到的不同软弱夹层厚度比的水泥土试样单轴压缩力学参数以及破裂模式与室内试验结果比较吻合,数值模拟和室内试验均表明软弱夹层厚度对试样破坏模式影响较大。(3)软弱夹层与荷载耦合作用损伤本构模型能够较好地描述室温和冻结状态下含软弱夹层水泥土试样在单轴压缩荷载下的应力-应变关系,软弱夹层的存在使试样变形过程中损伤程度差异明显。软弱夹层厚度比越大,在很小的轴向应变时试样总损伤变量就达到很大值,试样很快就出现破坏。     

含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法研究

基于希尔伯特–黄变换和边际谱理论,进行了含软弱夹层顺层岩质边坡的大型振动台试验,并利用试验结果对含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法进行了研究,结果表明:边际谱峰值和特征频率的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程;地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡的损伤首先出现在坡肩位置,随着地震动强度的增大,震害损伤逐渐向低高程发展,最终边坡在坡体中上部相对高度0.56处沿软弱夹层顺层剪出,试验中坡面的位移监测结果表明坡体中上部位移出现陡增时刻晚于坡肩,边际谱分析结果与位移监测结果吻合较好;坡面附近的震害程度强于坡体内部;边坡中下部特征频率发生突变,表明坡体中下部为边坡动力响应的不连续带;含软弱夹层顺层岩质边坡的破坏形式主要表现为边坡后缘垂直的拉裂破坏和沿边坡中上部相对高度0.56处软弱夹层的剪切滑出破坏,边坡的破坏模式为拉裂-滑移-崩落式。本文提出的能量判识方法对识别边坡的破坏模式具有一定的指导意义。     

含软弱夹层顺层边坡临界破坏范围分析

顺层边坡是工程中较为常见且难以治理的边坡,其临界破坏范围的确定一直是工程设计中的难点问题.本文针对某高速公路含软弱夹层顺层岩质边坡,采用二维及三维有限元方法对其临界破坏范围进行了研究,给出了2种临界破坏范围的确定方法,即开挖变形区分析法和底滑面塑性区分析法.结果表明:软弱夹层的存在对于顺层边坡的临界破坏范围有较大影响,...     

非饱和膨胀土本构模型的试验研究及分析

基于南阳膨胀土4种应力路径的非饱和三轴试验结果,本文对Gens和Alonso所提的非饱和膨胀土弹塑性本构模型进行了分析和改进,增加了描述水量变化的内容。改进后的G－A模型含参数14个,都具有明确的物理意义,并可由试验确定;改进模型能反映重塑膨胀土的主要变形特性,对三轴排水剪切试验的理论预测与试验结果比较接近。     

基于软弱夹层损伤破坏模型的软岩巷道支护优化研究

 深部岩体巷道开挖中,软弱夹层的存在很大程度上影响地下工程的稳定性。针对矿山深部软岩中软弱夹层易破坏离层的特点,建立岩体软弱夹层指数形式的非线性离层损伤破坏模型,并采用大型有限元软件ABAQUS对刘庄煤矿深部含软弱夹层的泥岩巷道支护方案进行优化,针对巷道施工期间出现的底臌变形大及软弱夹层围岩变形失稳现象,提出采用预应力底锚索、反底拱及全封闭钢拱架支护措施,有效遏制了软弱夹层失稳破坏和底臌变形大的问题。研究成果为类似巷道工程支护提供有益借鉴。     

隧道洞口含软弱夹层仰坡振动台试验研究

为研究地震作用下含软弱夹层隧道洞口仰坡的动力响应特性,针对含软弱夹层隧道洞口仰坡开展大型振动台试验研究,通过分析水平和竖向激振作用下洞口段仰坡和衬砌模型动力响应和破坏特征,得到以下结论:水平向激振作用下,仰坡沿坡面向上存在明显加速度放大效应,软弱夹层对竖向加速度激振时仰坡动力响应有显著影响;越接近临坡面,衬砌结构加速度响应和越大,并且洞口段隧道衬砌拱顶加速度峰值最大,仰拱最小,衬砌结构受力状态复杂;竖向加速度激振时,软弱夹层上覆模型土出现松动,坡脚土体出现挤压、掉块,仰坡整体上保持稳定;在水平向激振作用下,而含软弱夹层仰坡则在坡脚土体先被挤压破碎,然后坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落。竖向和水平激振力作用下,衬砌45°方向应变幅值最大,衬砌洞口段设防长度为25 m。该研究成果可以为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

坝肩高边坡层间错动带剪切蠕变特性与模型研究

高坝工程坝肩边坡岩体深部层间错动带的蠕变力学特性与蠕变损伤特性,直接影响着水电工程的长期稳定性与整体安全性。以某坝肩高边坡岩体层间错动带的剪切蠕变力学试验为基础,研究了层间错动带的剪切蠕变力学特性,分析了层间错动带的长期剪切强度参数和加速蠕变特性及蠕变速率变化特征;通过对层间错动带加速蠕变过程中损伤演化特性的分析,研究了考虑层间错动带岩体力学参数弱化和伴随加速蠕变变化的蠕变损伤效应,并基于西原流变模型和蠕变损伤演化方程,建立了能够反映高边坡层间错动带蠕变损伤演化过程的本构模型;而后通过对比数据拟合结果与试验结果,对提出的本构模型进行验证,显示所建立本构模型的正确性与合理性。     

一种纤维加筋土的两相本构模型

纤维加筋土具有较好的应用前景,其应力应变本构关系是工程分析与设计的基础。将纤维加筋土考虑为基本相和纤维相的组合体,分别采用修正剑桥模型和线弹性模型,考虑了大应变时纤维加筋土的屈服,引入了加筋土的合理强度模型作为破坏准则,从而建立了纤维加筋土的一种两相本构模型。同时,开展了纤维体积含量为1%的加筋砂的三轴固结排水剪切试验,对该两相本构模型进行了验证。     

胶凝砂砾石料弹塑性本构模型研究

为了建立合理的胶凝砂砾石料弹塑性本构模型,对胶凝掺量60 kg/m3的胶凝砂砾石料进行了三轴剪切排水与加卸载试验研究,结果可描述不同围压下的胶凝砂砾石料的应力–应变特性。基于试验数据及一些专家的研究,确定模型的弹性部分,提出了胶凝砂砾石料的剪切屈服与体积屈服方程,引入广义塑性理论,建立了适用于胶凝砂砾石料的弹塑性本构模型。模型共有9个参数,参数较少且确定简单。利用三轴剪切排水试验数据验证该模型计算结果,表明其能够较准确地反映胶凝砂砾石料应力应变关系。     

下卧软弱夹层的软岩隧道式锚碇承载特性研究

为了研究下卧有软弱夹层的软岩隧道锚的承载特性,以拟建的某大桥隧道锚工程为依托,开展缩尺比例为1∶10的隧道锚原位模型试验。通过对模型锚开展荷载试验、蠕变试验和破坏试验等,隧道锚在下卧有软弱夹层的软弱围岩(泥岩)中,是具有一定的承载能力和长期稳定性的。该类隧道锚的拉力向和锚塞体前部的铅直向的地表围岩变形曲线以隧道锚中心轴线为对称轴分别近似呈现出"M"形和"倒V"形,铅直向地表围岩变形从锚塞体前端至后端逐渐减小。对于深部围岩变形,该类隧道锚在拉力向的变形控制应以锚间深部岩体变形为主,在铅直向的变形控制应以锚塞体前部深部围岩变形为主。此外,研究还得出下卧有软弱夹层的软岩隧道锚的破坏模式。研究成果可为类似的隧道锚工程的设计、施工等提供参考和借鉴。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。     

土工格栅层式加筋风积砂的本构模型研究

以广泛分布于内蒙古沙漠地区的风积砂为研究对象,对不加筋风积砂和不同层数的加筋风积砂做了一系列的固结排水常规三轴试验,探讨其强度变化规律和体积变化规律,并分析加筋机理,得到加筋风积砂的本构模型,并验证了本构模型的精确性。     

重塑软黏土固结排水三轴试验和本构模型研究

通过室内固结排水三轴剪切试验,分析了重塑饱和软黏土在固结排水条件下三轴剪切过程中的力学特性和变形特征。基于硬化参量与应力路径无关的基本假定,根据曲线积分中的格林公式,构建了新的屈服方程,并建立了一个适合于重塑饱和软黏土的本构模型。采用MATLAB软件编写计算程序,利用新建的重塑软黏土本构模型,对所采用的重塑软黏土和文献报道的Fujinomori黏土的固结排水三轴剪切试验进行理论计算。将试验结果和理论计算结果进行对比,可得出结论:新建的本构模型理论计算结果与重塑饱和软黏土的固结排水三轴试验结果较为吻合,可以较好地描述重塑软黏土在排水条件下的强度与变形特征。     

基于三轴压缩试验的岩石统计损伤本构模型

基于三轴压缩试验,结合统计强度理论和连续损伤理论建立了一种岩石统计损伤本构模型,并对建立的本构模型的数学意义和物理意义进行了讨论分析。由此可知,统计损伤本构方程实质是用对应于某一屈服准则的等效应力表示的连续损伤演化方程,能较好地描述材料的非线性力学行为,也能逼近材料的弹性应力-应变关系。统计损伤本构模型的统计参数均可以通过单轴或三轴压缩试验得到,在利用三轴压缩试验的轴向实测应力、实测应变时应当对损伤本构模型进行修正。对于单轴压缩试验的压密阶段,还给出了初始损伤的估计方法。引入对数正态分布和Mohr-Coulomb准则,通过理论曲线与若干岩石单轴、三轴压缩试验曲线的对比,验证了所提出的统计损伤本构方程及其参数确定方法以及模型修正的合理性,同时也肯定了对数正态分布和Mohr-Coulomb准则在统计损伤本构研究中的适用性。