含水量对昆明非饱和土抗剪强度影响的试验研究

在岩土工程领域,绝大多数土体位于地下水位以上,处于非饱和土状态,尤其是公路、坝体、浅层边坡等工程。非饱和土的抗剪强度与其含水量(饱和度)或基质吸力关系密切。利用改进的直剪仪,对不同初始含水量状态下的昆明地区非饱和土体进行抗剪强度试验,获得了含水量与非饱和土体抗剪强度及其指标参数之间的关系,结果表明,在相同试验条件下土体的抗剪强度随着含水量的减小而不断增大。     

不同堆置状态粗粒土剪切强度试验研究

为研究不同堆置条件下排土场粗粒土的力学响应规律, 开展了终排土体固结排水三轴压缩试验和在排土体快剪试验。研究结果表明, 土体固结排水三轴压缩应力-应变曲线呈现先弹性后屈服再弱硬化的规律, 体积-应变曲线有拐点, 低围压时先剪缩后剪胀, 高围压时以剪缩为主。在排土体快剪试验具有峰值强度, 100~400 kPa时, 峰值强度出现在剪切位移20%~30%之间, 且剪应力-位移曲线呈弱化趋势; 600~1 200 kPa时, 峰值强度出现在剪切位移30%~40%, 随剪切位移增加, 土体抗剪强度基本保持恒定或略有增大。不同堆置状态排土体抗剪强度参数取值各不相同。     

土工格栅加筋粘土的三轴试验研究

通过对具有不同含水率、不同土工格栅加筋层的粘土进行了三轴压缩试验,测定了土工格栅加筋土体的抗剪强度指标。分析了土工格栅加筋粘土体的内摩擦角和粘聚力随含水率、加筋层的变化规律,得出了有土工格栅加筋粘土的重要结论。     

水浸基底条件下排土场边坡稳定性的相似模拟

基底浸水条件下降低了土体抗剪强度进而危及边坡稳定。通过相似模拟试验对阴湾排土场基底不同含水量下边坡失稳的发生发展规律进行了研究,分析了水浸基底边坡的变形机理和破坏模式。结果表明,黄土基底含水量的持续增加会直接引起边坡的破坏失稳,变形模式为后缘依附淤泥质黄土与天然黄土分界面的整体滑动。     

加筋粗粒土强度变形特性试验研究

采用大型三轴仪与大型直剪仪, 对粗粒土、加筋土强度变形特性进行了实验研究。直剪试验结果表明: 不同竖向荷载下粗粒土和加筋粗粒土剪切的剪应力-剪切位移关系类似, 应力应变曲线均出现应变软化现象, 但软化特性变化不大; 加筋土法向位移-剪切位移变化曲线表现为法向应力越低, 剪胀现象越明显; 粗粒土加筋后的内聚力增加, 但是内摩擦角却降低。三轴试验结果表明, 不同围压条件下粗粒土和加筋土主应力差与轴向应变关系曲线表现为应变硬化型, 围压越大, 主应力差与轴向应变关系曲线越陡, 应变硬化特性越明显, 最大主应力差越大; 围压越低, 剪胀作用越明显, 越容易由剪缩发展到剪胀, 反之围压越高, 则剪缩作用越明显; 当轴向应变较小时, 加筋效果不明显, 随着轴向应变的逐渐增大, 加筋效果逐渐发挥。加筋土的内聚力明显大于粗粒土, 而内摩擦角基本上相等; 利用三轴试验结果对邓肯-张模型的适用性进行了分析研究, 表明邓肯-张模型能合理地确定粗粒土与加筋土的强度以及切线弹性模量, 但难以描述和确定粗粒土的变形特性和切线泊松比, 且不能反映粗粒土的剪胀性。     

含水率对排土场黏土抗剪强度参数的影响

为得到排土场非饱和黏土强度计算公式,在常规三轴仪上对不同含水率的原状土和重塑土进行不固结不排水(UU)试验,分析强度参数黏聚力和内摩擦角与含水率之间的关系。结合试验结果,得到了非饱和黏土的抗剪强度计算公式。实际工程应用中,测得土样的含水率,可以计算得出非饱和土的抗剪强度。     

基坑土体侧向卸荷变形特性的试验研究

利用GDS三轴仪对某深基坑周边主动区粉质黏土进行了平面应变条件下的k0固结侧向卸荷试验和常规三轴压缩试验,试验结果表明:两种应力路径试验的应力–应变关系曲线均呈双曲线型,均表现为非线性,且全部呈应变硬化曲线;卸荷破坏主应力差均小于加载破坏主应力差;卸荷试验得到的土体平均侧向应变、平均轴向应变均小于加荷试验。     

原位剪切试验在工程滑坡勘察中的应用

岩土体的抗剪强度指标，尤其是作为薄弱层的岩体结构面的抗剪强度，在滑坡稳定分析中起着至关重要的作用。现场原位剪切试验，试样受扰动小，试验状态与岩土体所处真实状态较为吻合，得到的参数也更加真实，是滑坡勘察原位测试的重要手段之一。适用于测定边坡的岩土结构面、岩土接触面、滑动面以及含碎石黏土的混合土层和其他粗颗粒土层的抗剪强度。重庆华宇·观澜华府项目工程滑坡勘察，在现场做原位剪切试验的同时，采集原状样品进行室内直剪试验，获取2种不同试验下的抗剪强度参数，分别取用2种参数对不同工况下的滑坡体进行稳定性分析计算，并与滑坡体的实际变形特征进行比较，从而验证了原位剪切试验确定岩土体抗剪强度参数的合理性，可为类似工程提供参考和借鉴。     

不同含水量黄土-筋带接触特性试验及应用研究

黄土属于水敏感性地质材料,不同含水量条件下黄土-加筋带接触面强度明显不同.为了获得此接触面剪切强度随含水量的变化规律,进行了系列不同含水量条件下黄土-加筋带接触面的直接剪切试验研究.试验结果表明,不同含水量的接触面剪切强度均满足莫尔-库仑准则,内摩擦角和黏聚力随含水量的增大而非线性减小.利用该试验结果对某黄土基坑加筋墙设计方案进行了不同含水量条件的校核,结果表明原方案没有考虑含水量增大对加筋墙内部稳定性的削弱作用,存在安全隐患,最后对原方案进行了修改使之满足含水量适当增大条件下的加筋墙内部稳定要求.     

基于侧限压缩试验的黏土动态力学性能研究

为研究斜井井筒采用冻结法施工穿过松软含水黏土层时,冻结壁失稳、冻结管破坏与黏土强度、黏土变形之间的关系,以黏土为试验对象,通过高压固结仪还原深部黏土受压变形过程,利用SHP B试验装置对无侧限、有侧限条件下的黏土试件进行不同应变率加载,借助高速摄影机拍摄黏土试件的变形破坏过程.研究结果表明:无侧限条件下,黏土试件变形大...     

K0固结条件对上海软土强度和变形影响的试验研究

本文通过对上海淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土,在K_0固结条件下的常规三轴和真三轴排水剪切试验,探讨了K_0固结状态对上海软土强度和变形性能的影响规律,并与各向等压固结三轴排水剪切试验的情况进行了比较和分析。     

三轴应力下软煤和硬煤对不同气体的吸附变形特性

为了深入研究煤体与瓦斯相互作用的变形特性,利用自主研发的三轴应力下煤样吸附变形动态测试系统,开展三轴应力状态下CO2和CH4气体在软煤和硬煤中吸附量以及吸附变形的动态测试试验,建立了三轴应力下煤样吸附气体变形模型。试验结果表明:① 软煤和硬煤在三轴应力条件下对CO2和CH4气体的吸附曲线符合Langmuir方程。三轴应力状态下软煤的吸附能力远大于硬煤的吸附能力,且两种煤样对CH4的吸附量都小于CO2。② 在应力恒定状态下,软煤吸附气体后的变形大于硬煤吸附气体后的变形。③ 软煤与硬煤在三轴应力下的吸附变形动态演化过程可以划分为初始快速变形阶段、缓慢变形发展阶段和变形稳定阶段3个阶段。④ 三轴应力下煤样的变形量随着吸附量的增加而增大。     

深部高应力软岩硐室围岩控制技术

裴沟煤矿42采区泵房围岩岩性差,服务年限长,埋藏深应力大且受断层影响,残余构造应力也大。通过分析原U型钢棚支护,巷道掘出后不久即严重变形的原因,提出了通过围岩注浆,顶帮部棚索协同支护增加结构稳定性,提高其承载能力,底板锚网索支护控制底鼓。通过方案实施后的现场实测,该方案有效控制了围岩变形。     

宁东侏罗系煤层顶板粗粒含水砂岩特性研究

相似模拟实验研究一直是保水开采的主要实验手段之一,其中相似材料与岩石之间力学参数的相似度尤为关键。宁东煤田属于我国典型的生态脆弱矿区,该区域主采煤层为侏罗系煤层,其顶底板广泛分布着成岩程度低且富含黏土矿物的一类特殊砂岩,该层砂岩在采动、吸水-失水动态循环作用下呈现软岩力学特征。选取其中的一类含水砂岩为研究对象,通过分析该含水砂岩岩石成分和结构特征确定其为粗粒泥质长石砂岩,并分析认为其形成于快速堆积的沉积环境;利用X衍射仪定量分析其矿物组分,发现该含水砂岩主要由黏土矿物、石英和长石组成,其中黏土矿物富含蒙脱石、伊蒙混层及绿泥石等吸水易膨胀组分;利用MTS伺服控制试验机研究了该类砂岩三轴抗压强度及渗透特性,发现其具有明显的塑性破坏特征;且饱水含水砂岩渗透率有突变点存在,突变点后渗透率大致恒定直至试件破坏时渗透率增至最大值;进一步研究了含水率对该含水砂岩单轴压缩变形特征的影响规律,发现含水砂岩单轴抗压强度、弹性模量与含水率负线性相关。     

TBM掘进围岩挤压大变形机理与本构模型

通过对反映了TBM卸荷特征的砂质泥岩三轴卸围压试验结果分析,揭示了深部软弱地层TBM掘进围岩挤压大变形机理：挤压大变形主要由TBM开挖卸荷瞬时产生的峰前卸荷损伤扩容和峰后破裂碎胀造成的体积扩容组成,峰前岩石内部原生裂隙扩展和新裂隙萌生、扩展导致扩容变形,以及峰后裂隙汇聚贯通成宏观破裂面和多级次生破裂形成,破裂后块体间发生错动或翻转等相对运动引起峰后碎胀大变形,其中峰后的碎胀变形是构成大变形最主要的部分。获取了各特征应力（损伤扩容应力σ1cd、极限承载强度σ1m和线性应变软化应力σ1l）与围压σ3的相关关系,建立了各变形破坏阶段的临界准则;建立了卸荷损伤扩容阶段的损伤演化方程;基于三轴卸围压试验成果建立了弹性-卸荷屈服损伤扩容-峰后脆性跌落-线性应变软化-残余理想塑性5阶段挤压大变形本构关系。对挤压大变形本构模型在FLAC3D进行了数值实现,并验证了模型的合理性和数值实现程序的正确性。     

不同加载模式下煤岩破坏特性试验研究

利用煤岩力学伺服三轴压缩试验系统,辅以声发射监测手段,对彬长矿区胡家河矿煤岩进行不同加载模式的试验,对比煤岩在单轴、常规三轴及动静载组合试验条件下的宏观力学表现与损伤特征探究诱发冲击地压的机制问题。结果表明：在常规三轴条件下,随着围压的增大,煤岩强度逐渐提高,煤岩内部的储能能力逐渐增大|施加动载后,随着动载频率的增加,煤岩强度劣化越明显,煤岩经动载扰动后由塑性变形转变为脆性破坏|动载损伤较静载损伤更加剧烈、迅速,使得煤岩在破坏形式存在明显差异。单轴压缩条件下煤岩破坏为劈裂破坏,存有围压破坏时为剪切破坏,而在施加动载后煤岩纵横裂缝交错,为压剪组合破坏形式。     

高应力软岩非弹性体积增加试验研究

从砂质泥岩常规三轴试验出发,通过研究体积应变的变化规律,得到不同围压下砂质泥岩完全扩容应变与完全扩容极限.结果表明,软岩在力学作用下产生非弹性的扩容变形.进一步的试验及理论分析认为,砂质泥岩的体积变形存在一个门槛值即压缩扩容边界cd,完全扩容应变既是岩石试件体积应变的最小值同时也是最大压缩应变值.完全扩容应变及完全扩容极限与围压变化幅度一致,说明围压对扩容具有抑制作用.围压越高,压缩扩容边界cd出现的越迟,扩容之前的压缩变形愈大.     

金鼎钨钼矿花岗闪长斑岩力学特性试验研究

采用岩石常规三轴试验手段测试花岗闪长斑岩的力学特性。在此基础上,运用H-B经验强度准则对岩石力学参数进行估值,并用岩石单轴抗压强度试验、点荷载强度试验及摩尔应力圆作图法取得的结果对估值进行检验,以期获得高精度岩石力学参数。研究结果表明：花岗闪长斑岩的变形模量E、泊松比μ值随侧压变化不大,可以采用不同侧压下E、泊松比μ值的均值来确定;单轴抗压强度σ_c估值与实测值吻合较好,但单轴抗拉强度σ_t估值与实测结果相差较大;在低侧压的条件下,内摩擦角φ估值与实测值、摩尔应力圆作图法确定的值吻合较好,但黏聚力c估值与摩尔应力圆作图法确定的值相差较大。经综合分析,推荐了金鼎钨钼矿花岗闪长斑岩力学参数。     

迎采动面沿空掘巷围岩变形规律及控制技术

迎采动面沿空掘巷经历邻近工作面侧向基本顶断裂、转动及稳定的全过程动压影响后,巷道围岩将产生大变形、维护困难.采用理论分析、数值计算和现场试验研究迎采动面沿空掘巷围岩变形规律和控制技术,得到该类巷道受邻近工作面采动影响后围岩呈现非对称变形,窄煤柱和顶板变形剧烈,提出提高窄煤柱和顶板支护强度使围岩形成有效承载体是保持迎采动面沿空掘巷整体稳定的关键,据此提出了合理的围岩控制技术:1)合理确定窄煤柱宽度,使邻近工作面采动影响稳定后巷道处于应力降低区;2)高强度大延伸率锚杆控制围岩变形;3)加强窄煤柱、顶板支护,提高关键部位承载能力.棋盘井煤矿工程实践表明,该技术有效控制了该类巷道围岩变形量,取得了良好效果.     

松软泥岩巷道大冒顶综合治理技术的研究

针对复杂地质条件下井底车场巷道的冒顶原因进行了系统的分析和研究,通过对现有各种处理冒顶事故方案的综合比较,提出了采用新型聚合物（罗克休泡沫）充填空顶区并加固顶板,用锚注支护加固冒落破碎带,使冒落岩石和破裂围岩形成具有较强承载能力的组合承载拱,从而综合治理大冒顶的新型支护方案,并对各种支护参数进行了科学设计。通过现场工业试验,有效地控制了围岩变形,保证了巷道的稳定,证明该方案是处理复杂地质条件下冒顶事故的有效技术。