土质路堑边坡冻融失稳及植被护坡机理研究

依托同三高速公路扩建工程方正—哈尔滨段路基加宽一侧粉砂质黏土路堑边坡,采用室内三轴实验、现场监测、原位测试等方法,开展了路堑边坡冻融失稳及植被护坡实验研究。三轴实验结果表明：在土体含水率小于最佳含水率时,土体黏聚力随含水率的增加而增大,超过最佳含水率时,黏聚力随含水率增加而减小,在最佳含水率附近达到峰值;土体内摩擦角随含水率的增加而减小。土体黏聚力随冻融循环次数的增加而降低。现场监测结果表明：边坡土体冻结的过程中,水分向冻结锋面迁移;木本护坡植物要比草皮有明显的吸水作用,紫穗槐表现的更加明显。现场直剪实验得出：木本植物根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度明显增大,在同一坡面相近位置,采用紫穗槐和胡枝子护坡时,其根系复合土的抗剪强度比素土的抗剪强度大 2 倍左右。理论分析表明：有效地减小坡面荷载,可增加边坡稳定安全系数。     

不同降雨强度下红黏土边坡干湿循环试验研究

干湿循环过程中红黏土边坡力学参数发生了变化,红黏土边坡破坏特征和机理与一般土质边坡不同。以贵州红黏土为研究对象,采用浴霸–人工降雨模拟干湿循环,在室内制备了较大尺寸边坡模型,同时在边坡内部不同位置埋设含水率、孔隙水压力和温度传感器,分析了干湿循环下红黏土边坡力学参数演变规律和破坏机理。研究结果表明,随着深度增加,边坡土体含水率受降雨强度影响逐渐减弱,表层含水率受降雨强度影响明显。干燥期含水率呈现先增加后减小的现象。同一降雨强度下,坡脚含水率最大,其次为坡面、坡肩,最后为坡顶。表层孔隙水压力在降雨、渗透期上升,干燥期降低。降雨强度越大,温度变化幅度越大。随深度增加,边坡温度变化幅度逐渐减小。坡脚温度变化幅度较其他部位大。边坡破坏特征由溅蚀→面蚀→片蚀→裂缝→冲沟,未见明显的滑动面。     

考虑岩土体力学特性自然劣化规律的双折减系数强度折减法研究

强度折减法为边坡稳定分析提供了较好的思路,在传统的强度折减法中,对边坡岩土体的黏聚力和内摩擦角采用相同的折减系数,但岩土体力学参数在劣化过程中有其自然规律,不一定是同步折减的,也就是说同步折减的思路不一定满足岩土体参数本身的劣化规律。基于此,以黏性土边坡为研究对象,以含水率变化导致其力学参数劣化规律为例,收集整理了大量试验资料,分析得到了含水率变化情况下黏性土的黏聚力和内摩擦角劣化统计规律,并基于此提出了一种考虑岩土体力学参数自然劣化规律的双折减系数强度折减法和综合安全系数计算方法。标准边坡和实例边坡的计算结果表明,所提出的双折减系数强度折减法可以较好地反映边坡的实际安全稳定情况。     

增湿条件下膨胀土路堑边坡稳定性数值分析

针对膨胀土路堑边坡增湿破坏现象,以含水率为主要参数来开展其稳定性的研究。首先开展膨胀土膨胀变形试验与抗剪强度试验研究,得到了膨胀土土性参数随含水率的变化规律,然后在正确考虑到地质构造影响的基础上运用有限差分法对坡体进行数值建模和计算分析,并对膨胀土路堑边坡的各种增湿状态进行仿真模拟,编制的分析程序自动实现膨胀土各种土性参数随含水率的同步变化,最后利用强度折减法计算得到了膨胀土路堑边坡稳定性安全系数的变化规律。分析发现,膨胀土路堑边坡稳定性主要是由地质构造和含水率因素共同控制的,在不同的增湿状态下二者对边坡的稳定性有着不同的影响程度。     

考虑参数空间变异性的无限长边坡可靠度分析

目前有关土体参数空间变异性对边坡稳定性影响的研究没有考虑抗剪强度参数随深度变化的影响。为此,提出了考虑土体抗剪强度参数均值随深度变化的无限长边坡稳定性概率分析方法。采用Karhunen-Loeve展开建立了表征土体空间变异性的随机场模型。探讨了考虑土体抗剪强度参数空间变异性时边坡失效概率和最危险滑动面的变化规律。最后,以无限长边坡稳定性概率分析问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明：土体抗剪强度参数的空间变异性对无限长边坡失效概率有明显的影响,边坡失效概率随土体抗剪强度参数相关距离的增加而减小。对于不排水黏性边坡来说,边坡不排水抗剪强度随深度变化越明显,边坡失效概率越小。边坡最危险滑动面大部分都位于边坡底部。对于摩擦/黏性边坡来说,随着边坡抗剪强度随深度变化的增强,边坡失效概率有先减后增的趋势。抗剪强度参数随深度变化不同趋势对最危险滑动面分布规律有明显的影响。不考虑抗剪强度参数均值随深度变化将会导致最危险滑动面最可能出现在边坡底部。     

降雨条件下加筋对土质边坡破坏模式影响试验研究

运用自行研制的人工降雨装置,通过改变降雨强度及筋带数量,对加筋土质边坡开展降雨破坏试验研究。试验结果表明:同一加筋土质边坡,雨水入渗速度随降雨强度的增加而增大,随降雨持时的增加而减小;在相同历时条件下,降雨强度越大,湿润锋变化越明显;其变化速度随历时的增加而逐渐减小。同一降雨强度条件下的加筋土质边坡,雨水入渗速度随筋带层数的增加而减小,随降雨持时的增加而减小;在相同历时条件下,筋带的层数越少,边坡的湿润锋变化越明显;其变化速度随历时的增加而逐渐减小。研究成果可对加筋边坡的防灾减灾工程提供参考。     

基于三剪统一屈服准则的边坡稳定性计算

基于三剪统一屈服准则讨论了边坡稳定性计算的问题,得到了基于三剪统一屈服准则瑞典条分法计算边坡稳定性系数的计算公式。实例计算结果表明土中应力状态、土的抗剪强度指标以及中间主应力系数b对安全性系数都有一定的影响。Lode参数μ00时安全系数随其增大而减小,当μ00时安全系数随其增大而增大,安全系数随着土体内摩擦角以及黏聚力的增加而增大,安全系数随着b值的增加而增大。考虑了中间主应力的影响,能更充分利用材料的强度潜力,可提高边坡安全稳定性系数。     

水分对套管用环氧树脂浸渍纸材料绝缘性能的影响

受潮是环氧树脂浸渍纸套管的常见故障之一。为了研究水分对环氧胶浸纸(Resin Impregnated Paper, RIP)套管绝缘性能的影响，从实际套管上切取样片，采用精密的水分测试仪测量样片含水率，在三电极系统中测量了不同含水率样片的介质损耗因数(tan δ),绝缘电阻，吸收比，频域介电谱等参数。测试结果表明，样片的绝缘电阻和吸收比均随含水率的增加而降低，当含水率小于0.67%时，绝缘吸收比大于1.5;样片的介质损耗因数和相对介电常数随含水率的增加呈指数增长。频域介电谱测量结果表明，在1 Hz～100 Hz频段内的tan δ对样片的含水率较为敏感，tan δ-f曲线在该频段中呈U形变化趋势，拐点出现在10 Hz处，tan δ-f曲线的积分值与含水率之间的关系也可以用指数函数表示。复介电常数的实部随含水率的增加而增加，随频率的增加而减小。研究结果可为RIP套管绝缘诊断和运行维护提供参考。     

采用高速环剪试验机对滑带土环剪特性的研究

以泾阳南塬黄土滑坡滑带土为研究对象,采用高速环剪试验机进行环剪试验,研究了不同含水率、剪切速率对滑带土环剪特性的影响,结果表明:土样强度参数内聚力和内摩擦角均随含水率的增加而降低;随着剪切速率的增加而增加;土样的环剪强度随有效法向应力的增大而增大,呈现出较强的近线性关系。     

基于Copula函数的抗剪强度参数间相关性模拟及边坡可靠度分析

为了研究表征抗剪强度参数间相关性的Copula函数对边坡可靠度的影响规律,简要介绍了Copula函数的基本定义,收集了水利水电工程中4组岩基抗剪强度参数试验数据,采用AIC准则识别出表征抗剪强度参数间相关结构最优的Copula函数。提出了无限边坡失效概率计算的直接积分方法,以无限边坡可靠度问题为例系统地研究了Copula函数的类型对边坡可靠度的影响规律。结果表明：表征抗剪强度参数间相关性的Copula函数类型对边坡可靠度具有重要的影响,不同Copula函数计算的边坡失效概率具有明显的差别,这种差别随边坡安全系数的增加（或失效概率的减小）而增加、随抗剪强度参数间负相关性的增强而增大、随变异系数的减小而增大。常用的Gaussian Copula函数并不是表征抗剪强度参数间相关结构最优的Copula函数,Gaussian Copula函数构造抗剪强度参数的联合概率分布函数将会明显低估边坡的失效概率,不能为了计算简便而盲目采用Gaussian Copula函数表征抗剪强度参数间相关性。     

棉杆纤维轻量土持水特性与冻融特性研究

针对路面地基换填土层,设计掺棉杆纤维轻量土作为换填材料,开展离心吸力试验与冻融循环试验,研究了轻量土持水特性与抗冻特性。探讨了棉杆纤维轻量土持水特性受水泥含量、棉杆纤维含量的影响规律,全过程含水量随吸力呈"不变-快降"变化,吸力10 kPa为含水量变化拐点;对比得知轻量土与黄土在吸力40 kPa临界点前,黄土含水量高于轻量土,临界点后则相反。研究发现轻量土密度、强度和冻融循环次数呈递减至稳定变化;高冻融循次数下参数稳定,循环次数在前10次时,抗压强度降低幅度为34.2%,之后强度稳定在63.5 kPa。该研究成果可为棉杆纤维轻量土在路面地基中设计应用提供一定参考。     

固体三轴高压下红河断裂带周城断层泥力学性质的研究

在固体三轴高压和应变率4.4×10^-5s^-1下研究了红河断裂带周城断层泥的力学性质。研究结果表明,在差应力作用下,断层泥应力-应变曲线表现出与试件压实、屈服和碎裂流动等不同变形机制对应的非线性,线性等阶段性变化特征。干、湿断层泥破坏应力σ_c随围压σ₃的变化关系分别为在较高围压下,σ_c随σ₃呈线性变化。含水量对变形特征和破坏应力水平有重要影响。干、湿断层泥有效弹性模量E_ed和E_em以及（潮）湿断层泥的初始模量E_om均随围压增加而增加,但干断层泥初始弹性模量E_od近似保持常数。同时,E_oded,E_omem,E_em>E_ed。在试件变形过程中有声发射事件显示,但数量少,辐射弹性波能量小。断层泥试件破坏型式表现为渐进式碎裂流动特征,因此,断层泥变形有利于断层活动呈现稳滑。     

Computing in-situ strength of rock masses based upon RQD and modified joint factor: Using pressure and damage sensitive constitutive relationship

In this study, a new model was presented for computing strength of rock masses based upon in-situ observations of RQD popularly known as rock quality designation. This model links up the rock mass parameters from in-situ investigations with the strength parameters of jointed rocks obtained from laboratory scale experimental observations. Using the constitutive relation, the author derived a pressure and damage sensitive plastic parameter to determine strength of rock masses for varied extents of discontinuity and pressure induced damage. The test results show that plasticity characterized by hardening and softening inclusive of damage invariably depends upon mean pressure and extent of deformations already experienced by rock masses. The present work explores the test data that reveal the dependence of in-situ strength on incremental joint parameters obtained from the joint number,joint orientation, joint roughness, gouge parameters and water pressure. Substituting the relationship between the RQD and modified joint factor with that between modulus ratio and strength ratio, the model shows successfully that using damage inclusive plastic parameter and RQD provides a relationship for estimating the strength of rock masses. One of the main objectives of this work is to illustrate that the present model is sensitive to plasticity and damage together in estimating in-situ strength of rock masses in foundations, underground excavation and tunnels.     

多场耦合作用下泥页岩地层强度分析

研究多场耦合作用下井眼围岩的强度变化问题。在石油钻井环境中，钻井液中存在多种化学成分，钻井液时刻与井壁发生作用，导致井眼周围岩石力学参数为时间的函数。在实验基础上得到岩石强度参数与含水量的关系，基于渗流力学理论，建立孔隙压力与岩石黏聚力及内摩擦角的关系，为研究化学作用对强度参数的影响提供前提，进而进行多孔介质多场耦合作用下的应力分析，建立化学作用对岩石强度参数影响的关系模型。所得结论可深化对泥页岩井壁稳定性的认识，具有一定的工程实用价值。     

巫峡神女溪滑坡土体特性试验研究

滑坡土体各指标参数的准确获取是进行滑坡稳定性评价和工程治理的关键环节。文章以重庆巫山县神女溪滑坡为例,对其不同高程的土样进行了X射线衍射矿物成分分析和不固结不排水直剪试验,实施了库岸滑坡土体各指标对水位变化的敏感性试验。研究表明,滑坡土体所含矿物主要为方解石、石英和粘土矿物,粘土矿物中亲水性矿物对滑坡稳定性具有极大影响;含水量主要通过影响土体的粘结力,来降低抗剪强度;粘结力与含水量近似成二次曲线关系急剧降低,当含水量达到约18.21%时,其变化趋于稳定,而内摩擦角与含水量近似成线性关系小幅度递减。研究成果对类似滑坡土体强度参数的合理取值具有一定的参考价值。     

矿物掺合料对机制砂浆性能影响

研究了磨细石灰石粉、粉煤灰和矿渣掺合料对机制砂砂浆物理力学性能的影响。当矿物掺量由10%向40%递增,结果表明:矿渣试件7d强度下降,28d强度高于基准试件;砂浆流动性提高但保水性降低。粉煤灰试件、石灰石粉试件的7d和28d强度低于基准试件,石灰石粉试件强度降低尤甚;粉煤灰砂浆流动性先升高而后降低,以20%或者30%为拐点,石灰石粉会显著提高砂浆的保水性,但对砂浆强度有不利影响。矿渣与石灰石粉复合制备的砂浆,其稠度、保水性和强度满足工程实际对砂浆的要求,且优于粉煤灰与石灰石粉复合制备的砂浆。     

合肥滨湖新区软土物理力学特性相关性分析

基于合肥滨湖新区百余组软土的土工试验成果,对该地区软土的物理力学指标进行统计,并利用MATLAB软件对各物理力学参数之间进行相关分析,得到了各指标间的相关关系式。结果表明:合肥滨湖新区软土具有高含水率、高孔隙比、高压缩性及低抗剪强度等典型的软土特征;孔隙比与天然含水量、压缩系数与天然含水量、重力密度与天然含水量、压缩系数与孔隙比具有很好的线性关系,而含水量与黏聚力、内摩擦角之间具有非线性关系。     

Hysteresis in the ultrasonic parameters of saturated sandstone during freezing and thawing and correlations with unfrozen water content

Determining the mechanical properties of frozen rock is highly important in cold-area engineering.These properties are essentially correlated with the content of liquid water remaining in frozen rock.Therefore, accurate determination of unfrozen water content could allow rapid evaluation of mechanical properties of frozen rock. This paper investigates the hysteresis characteristics of ultrasonic waves applied to sandstone(in terms of the parameters of P-wave velocity, amplitude, dominant frequency and quality factor Q) and their relationships with unfrozen water content during the freeze-thaw process.Their correlations are analysed in terms of their potential for use as indicators of freezing state and unfrozen water content. The results show that:(1) During a freeze-thaw cycle, the ultrasonic parameters and unfrozen water content of sandstone have significant hysteresis with changes in temperature.(2)There are three clear stages of change during freezing: supercooled stage(0℃ to -2℃), rapid freezing stage(-2℃ to -3℃), and stable freezing stage(-3℃ to -20℃). The changes in unfrozen water content and ultrasonic parameters with freezing temperature are inverse.(3) During a single freeze-thaw cycle, the ultrasonic parameters of sandstone are significantly correlated with its unfrozen water content,and this correlation is affected by the pore structure. For sandstones with mesopores greater than 50%,there are inflection points in the curves of ultrasonic parameters vs. unfrozen water content at -3℃ during freezing and at -1℃ during thawing. It was found that thermal deformation of the mineral-grain skeleton and variations in the phase composition of pore water change the propagation path of ultrasonic waves. The inflection point in the curve of dominant frequency vs. temperature clearly marks the end of the rapid freezing stage of pore water, in which more than 70% of the pore water freezes. Consequently,the dominant frequency can be used as an index to conveniently estimate the unfrozen water content of frozen rock and, hence, its mechanical properties.     

H-V立体加筋黏土单轴试验

为了研究H-V立体加筋黏土应力-应变曲线及强度特性,在恒定应变加载速率下,对H-V立体加筋黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验,得到了不同加筋高度及不同含水率下的应力-应变曲线。在给定的含水率下,研究了加筋高度为5 mm、10 mm、15 mm、20 mm的H-V立体加筋黏性土与极限应力的关系,得出了在一定范围内极限应力随竖向加筋率的增大而增大,但是其中存在一个最佳竖向加筋率,大于或小于这个加筋率,试样都不能达到最佳效果。在给定的加筋高度下,研究极限应力与含水率之间的关系,得出了极限应力随含水率的增加,先增大后减小的规律。此外,本文还研究了极限应力与分维数D之间的关系,得出了极限应力随着分形维数D的增加,先增加后减小,存在一个最优值。     

辽西花岗岩水–岩耦合力学特性试验研究

为了研究水–岩耦合作用对辽西花岗岩力学性质的影响,采用MTS–815岩石力学试验系统,通过对花岗岩试样施加不同的围压和孔隙水压力,对其变形破坏过程进行试验研究,分析水–岩耦合作用下辽西花岗岩的有效峰值强度、扩容现象、残余强度、峰后强度及其参数的演化规律。研究结果表明,有效峰值强度折减系数随孔隙水压力增大近似呈线性增长,但变化斜率随着围压增大而逐渐减小。在围压较小时孔隙水压对有效强度折减系数有明显的影响,在围压较大而孔隙水压较小时,施加应力压缩孔隙喉道抑制了孔隙水压对试样的作用。扩容起点是致密岩体水岩耦合作用增强的特征点,围压使得试样的扩容起点发生滞后,而孔隙水压力使得扩容起点提前发生,扩容现象与水岩耦合作用相互促进。水–岩耦合作用下试样的残余强度为对应状态峰值强度的21%~35%,Hoek-Brown常数随着围压的增大呈非线性增长,其值为3.5~5.0。峰后段试样的似内摩擦角变化不大,似黏聚力随着应变软化参数的增加有逐渐减小的趋势,而相同应变软化参数对应的似黏聚力则随着孔隙水压力的增大而减小,且似黏聚力、孔隙水压和应变软化参数间的关系可用3次样条曲面进行描述。