三峡库区典型土石混合体与混凝土接触面大型剪切试验研究

利用大型直剪仪和单剪切仪,对三峡库区典型土石混合体—混凝土接触面力学特性开展了不同试验方法和不同法向应力的剪切试验,对比分析了直剪和单剪试验条件下土石混合体—混凝土接触面的抗剪强度和变形特性,试验表明,界面应力应变特性与试验方法、法向应力水平有关。低法向应力情况下,直剪和单剪试验界面应力应变曲线均表现为硬化型,高法向应力情况下,直剪为应变软化型,单剪为应变硬化型,通过单剪试验结果分析得到了剪切破坏带及其厚度,研究成果能为土石混合体地质体与混凝土结构共同作用分析提供参考。     

不同块石含量下典型土石混合体边坡稳定性研究

运用FLAC3D数值模拟软件建立典型尺寸的边坡模型,然后将模型中的块石单元随机分布排列,继而利用软件内置的强度折减法对不同含石量下的边坡稳定性进行研究,并选取四个关键点的总位移值、竖向应力值进行定量分析,同时对剪切带的分布规律和安全系数大小进行比较.研究结果表明:块石含量的增大会显著改变土石混合体边坡的总位移场、竖向应...     

土石混合体大型三轴剪切变形特性及模拟方法

土石混合料是山区高填路基工程常见的填筑材料，其剪切变形特性及模拟方法是路基填筑设计的重要依据，但其研究仍存在诸多问题。【目的】为了更全面弄清多因素影响下土石混合体剪切变形特性，建立一种能够模拟土石混合体剪切变形过程的本构模型。【方法】首先，考虑含石量、含水率、岩性和土性等四种因素，采用正交设计试验方法，开展多因素多水平下土石混合体大型三轴剪切试验研究；然后，引入统计损伤力学理论，建立土石混合体轴向损伤模型和轴向损伤演化模型，进而建立土石混合体统计损伤本构模型，给出模型参数的确定方法；最后，将理论模型曲线与土石混合体剪切试验曲线进行比较。【结果】结果显示：土石混合体轴向剪切变形呈明显的阶段性特征；随着含石量由25%增加至70%,内摩擦角由35.5°近似线性增加至46.8°;内摩擦角不随土性和岩性的改变而显著变化；随着含水率由0增加至5%,内摩擦角由40.2°增加至42.4°,但随着含水率持续增加至试样饱和，内摩擦角逐渐减小至36.8°;此模型能够较好地模拟不同围压条件下土石混合体应力-应变试验曲线。【结论】结果表明：随着围压的增大，应变类型由软化型不断向硬化型转变，体应变由剪胀型不断向剪...     

土石混合体单轴压缩试验的三维颗粒流数值模拟

为探究不同含石量土石混合体在单轴压缩荷载下的变形破坏机理,在不规则颗粒三维离散元精细建模技术的基础上,提出了一种不规则块石三维离散元模型随机生成技术,并建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维颗粒流数值模型。进行了低、中、高不同含石量(0,10%,30%,50%,70%,90%)的土石混合体单轴压缩试验颗粒流数值模拟,获得了各种含石量的土石混合体在单轴压缩荷载下的应力应变特征和变形破坏特征,并对其变形破坏的细观机理进行了深入的分析探讨。结果表明:随着含石量的增加,土石混合体试样单轴抗压强度和弹性模量随之减小;中低含石量(0,10%,30%,50%)土石混合体的应力-应变曲线表现出典型的应变软化特征,而高含石量(70%,90%)土石混合体在达到峰值应力后表现出一定程度的塑性流动特征;中低含石量土石混合体试样中形成的微裂纹主要是张拉裂纹,宏观上表现出来的是拉裂破坏,而高含石量土石混合体试样中微裂纹很少,主要是剪切裂纹,宏观上表现出来的是剪切破坏。     

含石率对断层土石混合体渗流特性的影响

断层破碎带是矿山突水的重要通道,大多数破碎带由土石混合体组成,其渗流特性对矿山突水的预测和防治具有重要影响。为了研究含石率对断层破碎带土石混合体渗流特性的影响,采用现场取样、实验室重塑的方法,应用 GDS 三轴试验系统研究了不同含石率土石混合体试样在不同围压和轴向压力作用下的渗透特性,并分析了渗透系数对含石率变化的敏感性;采用RFPA数值模拟方法,研究了不同含石率土石混合体试样的渗流特性和开裂破坏演化规律。研究表明:含石率越高,初始渗透系数越高,土石混合体强度也越高;土石混合体的渗透系数随围压的增大而减小,与轴压的关系可以用指数函数来描述;含石率为40%和60%时,含石率对渗透系数影响的程度最大;土石混合体渗透破坏时裂纹的扩展主要出现在块石之间的土体内,渗透系数的突变点与试样峰值强度破坏点及声发射次数最高点存在一致性。对断层破碎带土石混合体渗流特性的研究可为防治不同含石率断层区工程突水等地质灾害提供参考。     

酸碱环境下泥岩土石混合体剪切特性研究

【目的】我国中西部地层中泥岩土石混合体分布较为常见,其抗剪强度特性决定着泥岩地基工程及边坡的安全性和稳定性。泥岩土石混合体的抗剪强度特性易受外界酸碱环境的影响,为探究酸碱浓度对泥岩土石混合体抗剪强度特性的影响,【方法】将试样分别置于不同浓度的HCl和NaOH溶液浸泡2 h后,分别在100 kPa、200 kPa、300 kPa围压下开展室内三轴剪切试验,利用扫描电镜观察分析其内部结构特征变化规律。【结果】结果显示：泥岩土石混合体三轴应力-应变曲线与单纯泥岩和土体有明显的区别;随着酸碱浓度的增加,泥岩土石混合体峰值抗剪强度和残余强度均减小,黏聚力呈线性降低趋势,内摩擦角无明显变化;酸性环境下试样峰值抗剪强度、残余强度和黏聚力降幅大于碱性环境。【结论】结果表明：泥岩块石构成新的骨架系统;酸性环境较碱性环境对泥岩土石混合体的抗剪强度劣化效应更显著。研究成果可为泥岩土石混合体地基及边坡的稳定性分析及防灾工程提供参考。     

复合土工膜与防渗墙连接的大型剪切试验研究

围堰工程中常用复合土工膜连接防渗墙作为防渗体系,其连接部位的土工膜常会出现结构性破坏而造成集中渗漏现象。依据高土石围堰防渗体系中复合土工膜的受力特点,利用自主研制的低摩阻叠环式双向静动剪切试验机,考虑土工膜无伸缩节、普通竖向伸缩节和U型槽伸缩节3种连接型式,构建复合土工膜与防渗墙接头的结构模型,开展复合土工膜与防渗墙连接的大型剪切试验,研究不同连接型式下复合土工膜的受力变形机理。结果表明:①无伸缩节、普通竖向伸缩节和U型槽伸缩节3种连接型式下,复合土工膜的应变均随着剪切位移的增大逐渐增大,随着距防渗墙距离的增大逐渐减小;②3种连接型式下模型土体的应力-应变关系变化趋势基本一致,峰值应力变化不大;③无伸缩节连接时,靠近防渗墙位置土工膜的峰值应变为4×10^-3,普通竖向伸缩节连接时,相同位置处土工膜的峰值应变为3.5×10^-3,设置U型槽伸缩节后峰值应变为6.51×10^-4,与前2种连接型式相比,U型槽伸缩节较大程度地降低了土工膜的峰值应变,可以有效解决复合土工膜在防渗墙接头处的应变集中问题。研究成果可为高土石围堰工程防渗体系的设计和施工提供依据。     

块石含量对土石混合体边坡稳定性影响的数值研究

为克服有限元法和颗粒流方法在模拟土石混合体边坡稳定性存在的不足,提出了一种新的土石混合体有限元数值模型随机生成技术,运用此技术生成土石混合体边坡数值模型,并运用强度折减法开展块石含量对边坡稳定性影响的分析。结果表明:随着块石含量的增加,土石混合体边坡内部应力场分布不均匀及多剪切滑动面的特征逐渐加强;土石混合体边坡的安全系数随块石含量的增加整体上逐渐提高,在边坡块石含量不超过40%时,安全系数提高较为缓慢,边坡块石含量在40%~55%之间时得到快速提高,随后基本上保持不变。     

筑堤清滩土石料大型抗剪强度试验研究

以广东省韶关市某中小河流治理工程的清滩土石料为研究对象,开展室内大型三轴剪切试验和大型直剪试验,研究不同试验方法下清滩土石料的抗剪强度特性。大型三轴剪切试验结果表明,清滩土石料强度随着应变的增加逐渐增加,无明显峰值强度,为弱硬化型,同时抗剪强度随着围压的增大而增大,体应变呈剪缩型变化;大型直剪试验结果表明,土石混合料在不同垂直压力下均具有一定的峰值强度,呈现微弱的应变软化特性;不同试验方法确定的清滩土石料抗剪强度参数对比结果为,大型三轴剪切试验所得到的抗剪强度参数最大,大型常规直剪试验次之,大型叠环式剪切试验最小。研究成果表明,清滩土石料具有较好的抗剪强度,防渗处理好后可作为较好的筑堤材料。     

考虑块石随机空间分布的土石混合体边坡稳定性研究

为准确定量评价块石随机空间分布对土石混合体边坡稳定性的影响,分别采用随机块石模型和等效强度参数可靠度两种方式对土石混合体边坡稳定进行评价。首先,利用随机块石模型生成块石随机空间分布的土石混合体边坡,然后采用有限元强度折减法分析评价块石的随机分布对边坡稳定性的影响。与之同时,将随机分布的土石混合体等效为一定取值范围区间的均匀材料,结合响应面法对土石混合体边坡进行不确定性分析评价。研究结果表明:随机块石模型能直观反映因随机块石而引起塑性剪切带的"绕石""分流"现象,且空间分布的不同对其影响也不尽相同。而等效强度参数可靠度模型则有利于对土石混合体边坡的稳定性进行工程定量评价。     

基于不规则颗粒离散元的土石混合体三维随机模型及其数值试验

为了更加真实地模拟土石混合体的物理力学特性,提出了一种基于不规则块石球度和凹凸度的随机几何模型生成技术,并建立了相应的块石三维离散元模型。然后采用无底圆筒堆积试验对球度和凹凸度这2个块石几何模型控制参数进行了数值验证。最后建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维离散元随机模型,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流模拟,并与室内试验结果进行对比分析。结果表明:所提出的不规则块石几何模型随机生成方法简单实用,几何模型控制参数合理有效;通过选取合适的颗粒细观参数,建立基于随机不规则块石体的土石混合体数值模型,能很好地模拟土石混合体的物理力学性质,包括颗粒之间的细观接触特征、土石混合体的应力-应变关系特征等,为进一步研究土石混合体的变形破坏机理提供了一条有效的途径。     

基于COMSOL Multiphysical计算下水库土石坝动力响应特征研究

为研究土石坝动力响应特征,引入人工合成地震波,设计峰值加速度为影响因素,获得坝体水平、竖向加速度响应特征,探讨了土石坝两方向加速度响应与输入峰值加速度关系;研究了坝体应力与位移响应特征,最大压应力为0.6MPa竖向动位移显著低于水平动位移.文章可为研究水库土石坝等水利结构动力响应特征提供一定参考.     

基于颗粒流程序的加筋尾矿剪切应变带宏细观分析

为研究土工格栅加筋尾矿坝剪切带影响范围,提升尾矿坝整体稳定性,通过对不同含水率和上覆荷载的尾矿砂进行室内直剪试验,从宏细观2种不同角度分析剪切应变带的影响规律.试验结果表明:试验曲线近似呈线性增长,峰值位移出现在20～25 mm之间,上覆荷载与峰值剪切位移呈正比例关系,增长速度逐渐减缓;尾矿砂含水率为3％、7％、11％...     

P5含量对砾类土强度与变形特性影响的试验研究

为了研究粗粒含量对砾类土的强度与变形特性的影响,本文对5种不同粗粒含量的强风化灰岩土石混合体开展了室内大型直剪试验与数值模拟研究,并获取相关的强度与变形参数。室内试验结果表明:随粗粒含量增加,抗剪强度参数先增大后减小,粗粒含量70%时试样内摩擦角达到最大,黏聚力变化无明显规律。对实验数据进行统计分析表明,用径径比可以很好地体现试样级配、粒径大小、含量、试样尺寸的关系,最终得到抗剪强度与径径比关系的经验公式,可以初步预测粗粒土的抗剪强度。数值模拟结果表明:使用Clump"聚粒"模型模拟砾石能较好地拟合剪应力与剪位移曲线;剪切过程中剪切带附近颗粒运动表现为上凸的弧线,这个现象持续至剪切结束;力链表现为倾斜的珊瑚状,随剪切进行力链不断发展增强,至剪切完成力链稍有衰减。     

土石混合体细观结构模型随机生成技术研究

土石混合体是一种非均匀、不连续体,内部结构复杂、无规律,其细观结构的不均匀性很大程度上决定了其力学特性与破坏机制。基于蒙特-卡罗随机模拟原理,利用FORTRAN程序语言开发相应的土石混合体细观结构随机生成程序,建立了土石混合体数值试验模型。对乌东德水电站金坪子滑坡二区滑体主要物质所作的数值试验结果表明:块石较均匀分布在土体中,块石的边数随机生成,生成的块石形状随机、空间位置随机,满足级配要求。     

压实度对筑堤用土石混合料力学特性影响研究

正土石混合体是一种以土体和块石为主的第四纪松散堆积体,是介于土体与破碎岩体之间的特殊地质体。含石率较低的土石混合体不仅有较高的强度,而且渗透性也满足设计要求,因此低含石率土石混合体在堤坝中应用非常广泛。由于施工质量差异,现场土石混合体压实度存在较大差异,需对不同压实度的土石混合体力学性能开展专项研究。一、研究现状土石混合体结构特征极为复杂,     

碎石对土石混合体无侧限力学特性影响研究

土石混合体通常是构成库区边坡、滑坡及坝基的主要岩土体材料,其物理力学性质要较一般的土体或岩体更复杂,是目前岩土力学及地质工程界共同面临的难题。通过制备一定含石量的土石混合体试样进行无侧限条件下单轴压缩试验,研究了碎石对土石混合体单轴压缩强度及变形破坏模式的影响;结合数值模拟方法,进一步分析碎石分布对土石混合体整体强度的影响机制。研究成果表明土石混合体的单轴抗压强度及变形破坏特征受含石量及碎石分布的控制,随着含石量的增加,单轴抗压强度降低,破坏模式由单裂纹开裂变为多裂纹开裂破坏,同时裂纹贯通时间有所增加。     

滑坡变形特征的GPS监测信息识别研究

在滑坡监测预警工程广泛实施下,对监测信息的有效识别与运用是滑坡监测工作的重要研究内容。对三峡库区大量滑坡的地表GPS位移监测信息分析后得出,在库水作用下部分滑坡累积位移-时间曲线具有强烈的波动性,平面运动轨迹与勘察主滑方向存在较大差异,提出单从滑坡累积位移或将位移矢量投影到主滑方向来研究滑坡稳定性与预测预报,会产生很大误差。通过FLAC3D三维数值模拟对三峡库区某滑坡的位移矢量变化特征进行了模拟,结果表明通过分析监测点在不同工况下位移矢量变化情况来研究滑坡变形特征,能够很好地反映滑坡监测点的真实运动轨迹,对滑坡监测资料分析具有借鉴意义。     

基于PFC数值模拟的土石混合体剪切特性研究

为了了解土石混合体的破坏机理及其力学性能,借助于PFC数值模拟试验,研究了土石混合体的剪切特性,包括不同颗粒级配组粒径质量分数、颗粒的缺失、模型尺寸3个因素对剪切强度的影响。研究结果表明：(1)细颗粒含量对模型剪切强度的大小起到至关重要的作用,细颗粒含量越大,模型的剪切强度就会越大;反之,则越小。(2)细颗粒的粒径质量分数为85%是区分剪切应力-剪切位移关系曲线是否明显波动的分界点。(3)模型剪切强度与模型面积之间存在负相关关系,而且细颗粒的粒径质量分数越小,模型尺寸效应与剪切强度的相关性就越强。     

土石混合体注浆加固数值模拟研究

采用离散元方法，从微观角度分析在水泥浆和聚氨酯2种注浆材料作用下土石混合体试样内部结构、破坏模式、抗剪强度的变化，获取了不同注浆材料对土石混合体注浆加固效果的影响。结果表明，注浆后，试样的抗剪强度均得到不同程度的提升，在低法向应力作用下，聚氨酯的加固效果优于水泥浆，在高法向应力作用下，水泥浆的加固效果优于聚氨酯。未注浆和注水泥浆土石混合体试样在直剪过程中，剪切破坏面主要沿着土-石界面发育；聚氨酯注浆试样在直剪过程中，张裂隙主要在土-石界面的上部发育，且砾石间剪裂隙大大减少，试样的完整性大幅提高。