基底伸展型地裂缝破裂扩展的物理模拟试验研究

基底伸展变化会引起上覆土层破裂,并导致地表建筑物、地下管线和隧道等结构物的变形与破坏。为探究基底伸展型地裂缝的发育过程及机制,通过物理模拟试验,揭示基底拉伸情况引起上覆土体形变和位移的变化规律,分析裂缝的剖面结构特征和发育破裂过程。结果表明,在基底张应力环境下,断层上覆土体会被"拉裂"而释放应力。随着水平拉伸活动的持续,上覆土体首先发生沉降和减薄,尤其是塑性较强的土体反应更明显,并在持续应力作用下,裂缝自下而上延伸扩展,直至贯穿地表。此外,越靠近地裂缝,土体的沉降量和减薄量越大,密度越小。     

波浪荷载作用下海床的液化及参数分析

为研究波浪荷载作用下海床的液化和其主要影响因素,基于线性水波理论和Biot波动理论,得到波浪荷载作用下海床土体中孔隙水压力和有效应力的解析表达式。以海床的液化深度作为主要评价指标,选择合适的液化判别方法,通过算例分析得出海床在不同水波和土体物理力学性质参数时的瞬时液化深度。结果表明:水波和海床的物理力学性质对海床液化深度影响较大,如水波的周期、水深、海床土体的强度、渗透率、泊松比、流体的压缩性等,其中波浪周期和海床的剪切模量、渗透率对海床的液化深度影响最大,其他参数在一定变化范围内对海床的瞬时液化影响较为明显。根据数值分析结果,提出了海床液化的防治措施。     

静动力排水固结法处理淤泥质软基的加固效果分析

结合广州南沙泰山石化淤泥软基处理工程实践,通过软土微结构试验、室内土工试验和原位测试(静载荷试验、动力触探试验、十字板剪切试验),从宏观与微观两个层次分析了静动力排水固结处理前后软土的微观结构和物理力学性质的变化,总结了软黏土静动力排水固结法的加固机理和加固效果．研究表明本工程所采用的“动静结合,先轻后重、逐级加能、少击多遍”施工工艺,辅以填土预压和塑料板排水,地基承载力明显提高,土体的各种物理力学性质大大改善,该方法在淤泥软基处理工程中可推广应用．     

顶管施工环境影响的二维有限元计算分析

通过建立二维有限元模型，计算了顶管施工中由于开挖支护作用，对土体变形和管道体应力所产生的影响并与现场试验所测得的地表变形进行了对比，通过有限元模拟，探讨了管道在偏斜5、8、10cm时所对应的管道的内力变化情况，并计算了偏斜不同量值时的地表变形情况，同时研究了顶管上层土体加固不同深度和宽度措施对减小地表变形的作用，经研究表明：偏斜对土体变形有很大的影响，通过土体加固措施，可减小地表土体的变形。     

扰动土性状研究及在环境治理工程中的应用

地下采煤等地下开采活动造成的地面沉陷破坏日益加剧，尤其是地表下沉对建筑物、桥梁、公路、铁路等设施造成的影响不容忽视．本文采用扰动土的观点，将采动区地表土体视为受开采扰动土体，采用数值模拟、现场取样等手段，研究了土体在受地下开采扰动影响下的应力路径、物理性质的变化及抗剪强度指标的变化规律．研究表明，地下开采对土体含水量、土体孔隙比等地表土物理力学性质有较大影响．最后给出了一个用扰动土理论指导进行地基加固的工程实例．     

黄土基岩接触面滑坡滑带土物理力学特性及微观结构

滑带土抗剪强度取值及微观结构特性对于边坡稳定及防治具有重要意义。以陕西延安地区二庄科滑坡为研究对象,通过剪切试验、扫描电镜及X射线衍射仪等,对典型黄土基岩接触面滑坡滑带土物理力学特性及微观结构进行研究;通过剪切试验得到不同含水率、不同干密度条件下滑带土的抗剪强度参数及其与含水率、干密度之间的相关性函数;通过研究其微观结构及矿物成分,分析了不同干密度、不同垂直压力条件下的土样微观结构。结果表明:随着含水率的减小和干密度的增加,土样的抗剪强度参数均有所提高;黏聚力与含水率呈负指数关系,内摩擦角与含水率呈负线性关系,黏聚力、内摩擦角分别与干密度呈正线性关系;随着垂直压力的增大,孔隙离散指数增大,颗粒离散指数、孔隙(颗粒)平均形态系数、孔隙(颗粒)定向概率熵及孔隙(颗粒)定向分维数均减小;随着干密度的增大,颗粒定向概率熵及颗粒定向分维数均增大。     

煤层上覆岩层力学性质随赋存深度变化试验

为获得煤层上覆岩层力学性质随赋存深度变化的规律,钻孔选取从地表到煤层的所有完整岩石,通过室内力学试验获取相应力学参数.试验结果表明:试样的天然密度、抗拉强度、单轴抗压强度和弹性模量等随着赋存深度增加而增大,吸水率、泊松比随着赋存深度增加而减小;试样力学性质除了与赋存深度有关外,还与岩性有直接关系;试验数据的离散性随着赋存深度增加而增大.造成试验数据离散性的原因除构造应力、煤层采动及温度影响外,主要是砂岩等沉积岩试样内部颗粒随着应力解除而重新耦合.     

高水材料结石体抗压强度环境效应试验研究

借助MTS力学试验系统、SEM电子扫描电镜和X射线衍射等分析设备,对在不同环境下高水速凝结石体的主要物理力学指标、结构特征及内部物质组成进行测试,研究高水结石体强度特征的环境效应。结果表明：高水结石体在不同PH值水环境中强度差异并非由其物质成分变化引起的,PH值主要通过影响结石体的微观结构而使其体现出不同的强度特征;空气环境中,结石体抗压强度值、变形常数及泊松比均大幅减小,力学性质差;水环境中,PH值=5.5时试样的抗压强度值最大,变形常数和泊松比在不同PH值环境中均减小,泊松比呈现随环境酸度或碱度的增大而迅速减小的趋势;不同环境中结石体应力-应变关系曲线相似,应力增长较快且体现蠕变特性。     

冻融循环下含水率对粉质黏土力学性质影响试验

为研究初始含水率对土体力学性质冻融循环效应的影响规律,以青藏高原粉质黏土为对象,进行不同含水率、围压及冻融次数条件下的三轴试验.结果表明:冻融循环使得不同初始含水率试样的应力-应变曲线趋于接近,低含水率试样的力学性质表现为劣化,在一定范围内,含水率越高,劣化效果越显著;当含水率增加至某一值后,一般为接近塑限时,冻融循环效应则表现为强化;封闭条件下土体冻融循环中的水分迁移会引起含水率的增减分区分布,且初始含水率越高,水分迁移量越大;土体破坏强度随含水率的增加以非线性规律减小,因此试样冻融循环后含水率增大区和减小区的强度变化幅度不同,会引起破坏强度增大、减小及不变等3种不同的变化趋势;冻融循环下土体力学性质会受到干密度、水分重分布及土体结构改变等多方面的影响,初始含水率和冻融次数不同,占主导地位的因素也不同,冻融循环效应就相应地呈现出多样化特征.     

西安f4地裂缝场地土体本构模型与应用

为寻求较合适的地裂缝场地土体动力本构关系模型,以便准确研究普通场地和地裂缝场地在不同土层分布情况下的动力响应规律,以西安f_4地裂缝场地为背景,设计完成地裂缝场地土体振动台试验。同时,以二次开发所得的等效线性化模型、边界面模型和ABAQUS自有的摩尔-库伦模型为对象,分别建立数值分析模型,并将计算结果与试验结果进行对比。最后,以边界面模型为材料本构,进行6种工况的地裂缝场地与普通场地的ABAQUS数值分析,找到不同土层分布地裂缝场地对土体动力响应的影响规律。结果表明:在高地震强度下,土体发生较大塑性变形,边界面模型是较合适的地裂缝场地土体动力本构模型。普通场地和地裂缝场地均对地震波有放大效应,但不同的土层分布形式的场地放大效果不同;地裂缝场地均表现出加速度放大效应和形似"八"的上下盘效应,其上盘影响最大值为11 m,下盘的最大值为9 m。该研究成果为地裂缝环境工程结构的抗震设计及工程应用提供参考。     

超低温冻融循环作用下的混凝土强度

混凝土结构已应用于低温、超低温环境领域,而当前对超低温下混凝土性能的研究很少,超低温冻融循环作用下混凝土强度的研究在国内几乎是空白。参照《普通混凝土长期性和耐久性试验方法》,考虑循环次数、循环时的最低温度、水胶比及外界环境湿度等参数的影响,进行了立方体混凝土抗压、抗拉强度试验及砂浆残样的SEM扫描电镜试验,探究超低温冻融循环作用对混凝土强度的影响及损伤的微观机理。强度试验结果表明,较常规冻融循环,超低温冻融循环对混凝土有更不利的影响,且随温度的降低,水胶比的提高,损伤有加大的趋势;相应地,SEM电镜试验下混凝土砂浆孔径增大,材料变得更疏松,从机理上解释了强度试验结果的合理性。     

多样本动态聚类分析海陆交互相软土分类的CPTU试验研究

孔压静力触探试验能较快速度、经济地获得较多参数,目前主要应用于判别岩土场地特征。海陆交互相土层土性复杂,应用孔压静力触探试验识别土层具有重要意义。通过将多样本动态聚类分析技术应用于典型海陆交互相沉积土体的CPTU主要指标锥尖阻力qt、侧壁摩阻力fs、孔压u2数据分析中,实现了对海陆交互相土体夹层、透镜体、过渡层的识别,并根据归一化后数据进行土层分类、合并及场地的宏观特征评价。结合崇启大桥工程引桥段工程,将动态聚类分析结果同Robertson分类法、相邻钻孔柱状图和其它物理力学性质指标试验进行比对。结果表明该方法在土层分类、特性土层的识别以及土层合并方面具有较大的优越性。     

Ca(OH)2对低掺量水泥土的强度影响

用低掺量水泥加固3种不同的土进行室内试验研究,测试了不同Ca(OH)2掺量及不同龄期下3种水泥土的无侧限抗压强度。分析了随Ca(OH)2掺量的增加,不同龄期的3种水泥土无侧限抗压强度变化规律及原因。试验结果表明:水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显,粉质粘土次之,砂土最弱。分析原因是由于土体的细度对水泥土强度影响较大。土体越细,土体中粘土矿物越多,Ca(OH)2掺量的增加促进了更多的离子交换作用和火山灰作用的发生,从而提高了水泥土强度。试验所用的3种土中红粘土最细,所以水泥红粘土强度随Ca(OH)2掺量的增加提高最为明显。     

青藏铁路多年冻土路基热—力稳定性数值仿真分析

结合冻土流变学、冻土物理学、冻土力学和传热学等相关学科的基本理论,并考虑水分场与温度场的耦合作用及温度对冻土路基力学特征的影响;同时引入冻土野外试验蠕变方程,进而建立了冻土路基的水、热、力(蠕变)分析数学模型,并编制了相应的有限元计算程序。随后,以青藏铁路某试验段路基为例,对多年冻土区路基的热—力稳定性问题进行了系统研究,并通过与现场实测数据对比发现,所建立的冻土路基热—力理论模型正确合理,较好地分析预测了青藏铁路多年冻土路基的长期稳定性。     

井筒式地下连续墙基础荷载传递法

井筒式地下连续墙基础是近年来出现的一种较新颖新的深基础形式,其封闭的结构形式,可合理利用墙体本身和内部土芯共同承担上部结构的荷载。为了研究井筒式地下连续墙基础的竖向承载特性,根据井筒中土体可能的运动和受力状态,结合不同的假定条件,用荷载传递法分析不同状态下的墙身内力和墙顶位移,将其受力变化过程分为三阶段:弹性剪切阶段、弹塑性剪切阶段和塑性剪切阶段,分析了不同受力阶段下的墙身内力和位移及其影响因素,并探讨了这些因素对荷载传递的影响。最后将荷载传递法分析一例实际工程,并与实测结果进行了对比,吻合较好。     

土体应变软化对盾构掘进面稳定性的影响

随着盾构隧道的大量兴建,掘进面稳定性的合理分析显得十分重要。采用有限差分法程序对应变软化砂土的剪切带进行模拟,分别与实验结果和解析结果比较,验证了数值方法的正确性。建立盾构隧道的三维数值模型,分析不考虑渗流时土体应变软化对掘进面极限支护压力的影响,对比渗流条件下考虑应变软化和不考虑应变软化时盾构掘进面极限支护压力的差别,以及相应的土体位移、塑性区范围和地表沉降的不同。结果表明,考虑应变软化时数值都明显增大,更容易导致掘进面失稳。同时探讨了剪胀角和内摩擦角的不同软化行为对掘进面稳定性的影响。最后,考虑了土体的应变软化行为,对天津地铁九号线施工中的支护力进行预测,预测的结果与工程监测值相吻合。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

中俄输油管道(漠河—乌尔其段)沿线冻土环境影响评价

中俄输油管道漠河—乌尔其段长约441km,南北向纵贯整个大兴安岭多年冻土区,该区处于欧亚大陆冻土区东南边缘,冻土总体厚度较薄、温度较高、稳定性较低,易受外界因素干扰。本文根据多年冻土的区域分布规律及分布的连续程度,并考虑地温、冻土厚度、植被变化等特征将管道沿线分成4个冻土亚区。在此基础上分析了多年冻土类别特征、多年冻土在地形地貌上的分布规律、冻土工程性质、地表植被、冷生现象等标识性指标之间的相互依存关系,提出了适应于中俄管道沿线多年冻土区的地表稳定型多年冻土环境评价方法。并利用此方法对沿线各个冻土亚区不同地表稳定型的冻土区段进行了统计分析。     

多遇地震下空间结构的扭转效应分析

以混凝土框架支承的空间结构为研究对象,系统地研究了该类组合结构在多遇地震一致激励下的扭转耦联效应问题。针对空间结构的扭转形式及特点,以反应谱法和位能加权平均法为基础,提出了解决此类问题的力学分析模型—柔度层模型和计算方法,并通过案例分析,验证了该方法的正确性和可行性。结果表明:下部结构存在或不存在扭转,空间结构的平移位移的变化趋势基本相同,但是下部结构体系的扭转会对空间结构水平侧向位移产生了较大影响,大约提高10%左右。目前,国内外对空间结构的扭转现象分析较少,很多相关的问题有待深入研究。     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析(PCA)是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。