膨胀土干湿循环作用下的动力特性试验研究

为研究干湿循环作用下膨胀土的动力特性,对干湿循环条件下膨胀土进行动三轴试验,研究了围压、干湿循环次数、振动次数对于膨胀土动弹模量、阻尼比的影响规律。试验结果表明,土体在动荷载作用下的变形分为稳定型和破坏型,稳定型土体的动弹模量随振动次数增加而略有增加,阻尼比则有减小趋势,破坏型土体在较少的振动次数下很快达到破坏应变。建立了膨胀土的累积变形预测模型,可用于分析土体的累积变形随振动次数的变化规律。不同动应力条件下,土体的滞回圈形态从稀疏到密集,面积逐渐减小,较大应力作用下滞回圈的高度随振动次数的增加逐渐降低。首次干湿循环后对土体的影响最为显著,随后影响趋势逐渐减弱,随着干湿次数的增加,相同应力条件下土体需更多的振动次数才能保持稳定。     

库水位升降及材料劣化的坝坡稳定性分析

服役条件下坝坡稳定性验算是土石坝设计与运行中的一项重要内容,其稳定性直接关系到土石坝工程的安全与稳定。服役条件下库水位升降、坝体材料劣化及渗透能力的改变均对坝坡稳定性产生重要影响,为研究各因素对土石坝稳定性的影响,基于刚体极限平衡原理,结合Fredlund非饱和土抗剪强度理论,采用简化Bishop法分析了库水位升降、材料劣化及坝体渗透能力变化等条件下某长期服役土石坝坝区土体的基质吸力及坝坡稳定性。结果表明,坝区土体基质吸力随土体渗透系数及体积含水率的增大而减小;由于材料劣化导致的抗剪参数降低会促使坝坡的稳定性降低;在水位较低时,由材料劣化导致的土石坝稳定性降低占主导作用;在水位较高时,由水位升高导致的土石坝稳定性降低占主导作用。该方法适用于长期服役条件下土石坝稳定性的研究,可为类似工程提供参考。     

SH固化黄土的土—水特征曲线试验

为提高黄土的强度和稳定性,采用新型高分子材料SH固化黄土,就固化黄土的击实、液塑限特性和土—水特征曲线进行试验研究。结果表明,固化黄土的最优含水率随SH掺量的增加而增大,而最大干密度则呈减小趋势;SH掺入后,黄土的液塑限、塑限指数均明显增大,但液限、塑性指数随SH掺量的增加先增后减;固化黄土的土—水特征曲线随着干密度的增大由陡变缓,干密度不变时,相同基质吸力下,SH掺量大的试样体积含水率大,固化黄土持水特性强,水稳定性高。     

一种适用于非饱和粘土强度测试的脱湿固结制样方法

非饱和粘土强度测试中采用传统的击实法制备重塑土样,其试验结果通常会由于土样分层性明显、水分分布不均而与天然粘土的强度特性出入较大,甚至会得出粘聚力随土体饱和度增加而增大的错误结论。为此,基于非饱和固结原理,通过模拟自然土体的一次脱湿固结循环过程,提出了一种适用于非饱和粘土强度测试的重塑土制样方法——脱湿固结制样法,并以三峡地区粉质粘土为例,对比分析了击实重塑样、原状土样及脱湿固结样不同饱和度下的强度测试结果。结果表明,与原状土强度相差较大的击实重塑样相比,脱湿固结样不仅在强度大小上较为接近原状土,其粘聚力随饱和度变化规律也基本相似。     

堆石坝坝顶行车二维动力响应分析

为了验证面板堆石坝坝顶通车的可行性,采用大型非线性有限元软件ABAQUS,对通车荷载作用下的堆石坝坝顶（帷幕灌浆加固后的）动力响应进行了分析,研究了坝体在不同水位、不同车速条件下的大坝动力响应规律,并分析了灌浆区材料的敏感性。结果表明,在相同水位条件下,灌浆区的动应力随车速的增大而增大;帷幕灌浆区的最大动主拉应力随灌浆区材料强度的降低而减小;在一定车速条件下,堆石坝坝顶通车对坝体产生的变形很小,产生的动主拉应力不足以使灌浆区产生裂缝,说明堆石坝坝顶通车的方案是可行的。     

基于渗透破坏试验的粘土临界坡降影响因素分析

为分析粘土临界坡降的影响因素,以合肥某基坑土样为例,首先开展单一粒径级土体的渗透破坏试验,分析临界坡降随干密度和均值粒径的变化规律;其次,开展多粒径混合粘性土的渗透破坏试验,讨论在干密度一定时,不均匀系数、曲率系数对临界坡降的影响。结果表明,干密度对土体临界坡降影响最为显著,均值粒径次之,临界坡降随干密度三次方的增加而线性增加,随均值粒径的增加而线性减小,随孔隙率的增大而减小;不均匀系数对土体临界坡降影响较为显著,曲率系数次之,临界坡降随不均匀系数、曲率系数的增加而线性减小。     

干湿循环对土体级配分形特性影响分析

为分析粗粒土受水体干湿循环作用时颗粒级配演化规律,采用颗粒筛分试验统计干湿循环作用后土体颗粒粒径分布,引入颗粒质量-粒径分形模型计算粒径分形曲线(GFC)及分形维数(D),揭示了D随围压及干湿循环次数变化的规律,量化了干湿循环作用对粗粒土D的影响,并建立了计算方程。结果表明,等效替代缩尺法对GFC及D影响较小;制样及筛分过程导致D增大0.63%,室内试验方法引起粗粒土颗粒破碎效应不可忽略。低围压条件下(围压小于0.60MPa),D随围压增大及干湿循环次数增多而增大,剪切作用及水体干湿循环作用加剧了粗粒土颗粒破碎效应。所建粗粒土D计算模型为评价干湿循环对涉水工程填筑土体级配劣化效应提供了依据。     

结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验,试验时使竖向应力和围压达到要求应力值,研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响,进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟,分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明,接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加,再逐渐趋缓,最后趋于稳定;结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显,对远离接触面的土体影响较小,使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动,导致量测圈1内土体堆积发生剪胀,剪应力值增大至140kPa,量测圈3内土体疏松发生剪缩,剪应力值减小至35kPa。     

结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验,试验时使竖向应力和围压达到要求应力值,研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响,进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟,分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明,接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加,再逐渐趋缓,最后趋于稳定;结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显,对远离接触面的土体影响较小,使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动,导致量测圈1内土体堆积发生剪胀,剪应力值增大至140 kPa,量测圈3内土体疏松发生剪缩,剪应力值减小至35 kPa。     

含水率和干湿循环对人工填土边坡稳定性的影响

基于土体Mohr-Coulomb准则做了重塑土直剪试验,获得了不同含水率和干湿循环次数下粘性土抗剪强度参数及其变化规律,即随着含水率的增加,粘聚力先增大后减小,内摩擦角逐渐减小;随着干湿循环次数的增加,粘聚力先剧烈下降后趋于稳定,内摩擦角变化较小;含水率和干湿循环次数的增加,均使得土体抗剪强度降低。将试验结果应用于边坡稳定性计算中表明,含水率增加会导致边坡稳定性系数急剧下降,干湿循环次数增多也会导致边坡稳定性下降,但循环5次后,边坡稳定性基本保持不变。     

挡墙地震主动土压力计算及其影响因素分析

鉴于Mononobe-Okabe理论应用于实际工程地震土压力计算时仅适用于无粘性土,在Mononobe-Okabe理论的基础上,分析了墙后土体的应力状态,推导了粘性和无粘性土地震主动土压力及主动土压力系数计算表达式,并结合算例分析了不同情况下土压力的分布特性。同时指出土压力的大小及分布主要与墙背土体参数和破裂面倾角假定有关,土压力合力作用位置随墙背摩擦角增大而上移,随地震角的增大而下移。     

纳子峡混凝土面板堆石坝垫层及主堆石区渗透变形室内试验分析

根据大通河纳子峡面板砂砾石坝的工程特点和料场情况,对纳子峡水电站下游C1料场B、F区及河床的天然砂砾石土科做了筛分试验,绘制了土料的颗粒级配曲线,得出C1料场B、F区土料满足垫层设计要求,且F区土料更优；同理天然砂砾石亦满足主堆石区料设计要求.根据设计要求的颗粒级配、砂土的相对密度、压实度等,对垫层2A1、砂砾石料区3B1土料做了渗透变形试验,发现土料渗透变形破坏均经历了土样保持原状、细颗粒浮动、形成渗漏通道及土样完全破坏4个阶段,绘制了流速-渗透坡降双对数曲线图,据此求得了垫层2A1、主堆石区3B1土料的临界坡降,再根据现行规范取安全系数2 0,从而求得垫层2A1、主堆石区3B1土料允许渗透坡降分别为0.463、0.163.     

沉井侧壁土压力极大值临界深度及其影响因素分析

在分析现场实测资料的基础上,假定侧壁土压力极大值出现的临界深度,基于土拱效应原理,采用水平层分析方法,得到井壁处侧壁土压力系数及侧壁土压力计算式。根据沉井竖向平衡方程,反算出临界深度并分析了其影响因素。结果表明,随着沉井重量增加、土体内摩擦角增大,临界深度增大,即侧壁土压力极值点位置越偏下;随着井壁与土体外摩擦角增大、沉井高度增加,临界深度减小,即侧壁土压力极值点位置越偏上。该研究结果可有效指导沉井设计与施工。     

疏浚淤泥半固化效果及无侧限抗压强度分析

为解决固化疏浚泥无法储存的问题,提出了疏浚泥半固化处理方法,对不同水泥掺量和养护龄期的疏浚泥进行了击实试验,并利用击实土样进行了无侧限抗压强度试验。试验结果表明,当水泥掺量较大时,固化效果明显,但不易于击实;当水泥掺量适当时,击实效果明显,且击实强度随龄期的增加而增大,进而获得了最佳击实条件为水泥掺量为44g/kg时自然养护7d,其无侧限抗压强度可达188kPa。     

长江水位下降及降雨条件下荆江河段岸坡渗流特性研究

为了研究荆江河段岸坡土体的渗流特性及失稳机理,对荆江中州子护岸工程段河岸土样做了渗透系数和土水特征曲线室内试验,并基于Van Genuchten模型对土水曲线的试验结果进行拟合。在获得土体水力参数的基础上,根据该河段岸坡二元结构土体的特点,基于饱和—非饱和渗流理论,探讨了水位下降及降雨条件下岸坡不同粘性土层厚度对岸坡渗流场的影响规律。结果表明,地下水的下降速率随粘性土层厚度的增加而减少;粉质粘土层厚度越大,降雨对岸坡孔压场的影响范围也越大,且在一定程度上增大了土体的暂态饱和区,不利于岸坡的稳定性。     

非能动余热排出管内蒸汽凝结水击压力振荡特性实验研究

基于非能动余热排出可视化实验系统,利用高速摄像机和高频动态压力传感器等仪器对非能动余热排出管路中的凝结水击现象进行了实验研究,探究凝结水击发生过程汽液相界面变化与压力振荡信号之间的耦合关系,并分析了凝结水击的发生过程、发生位置和发生次数的变化规律.结果 表明:凝结水击会经历分层流、波状流、弹状流和汽泡破碎4个阶段,其中分层流和波状流过程管内压力稳定,弹状流过程管内会出现负压,汽泡破碎时会产生巨大的压力脉冲信号;随着加热管热流密度的增加或过冷水温度的升高,凝结水击的发生位置向管路出口方向移动;一定时间内的凝结水击发生次数随热流密度的增加或过冷水温度的升高而减少.     

华中粉砂岩粗粒土粒径级配分形特性研究

研究不同应力状态下颗粒粒径级配演化规律是分析土体应力状态、评价其工后变形的关键。基于质量-粒径分形模型从分形角度阐述了粗粒土粒径级配曲线探究依据,设计了5种不同分形维数的粒径级配,分析了土体颗粒空间分布特性;通过三轴剪切试验及颗粒筛分试验,探究了不同分形维数粗粒土偏应力峰值前后应力应变曲线性态分布及剪应力峰值、内摩擦角、分形维数因子等参数变化规律。结果表明,土体粒径范围随分形维数越大而更宽泛;应力应变曲线随分形维数及围压增大而存在应变软化向应变硬化过渡的趋势,偏应力峰值随分形维数增加而增大,内摩擦角呈先减小后增大的变化规律。粗粒土分形维数变化因子与相对围压呈线性函数关系,方程斜率及截距仍与相对围压呈线性函数关系,据此建立了考虑围压及初始分形维数的经验方程,为从分形角度来设计与优化粗粒土粒径级配而达到提高其力学强度等提供了参考依据。     

排气状态对非饱和土抗剪强度的影响

为研究排气状态对非饱和土抗剪强度的影响,以云南昆明的红粘土和粉土为试验土样,以不排气不排水和排气不排水为控制条件进行三轴剪切试验。试验结果表明,排气条件下的非饱和土强度相较不排气时有所提高,且排气状态对红粘土抗剪强度的影响程度大于对粉土的影响程度;粘聚力与饱和度的关系呈非规律性,内摩擦角随饱和度的增大而减小;排气不排水条件下,粘聚力和内摩擦角均随干密度的增大而增大。试验结果证实了排气状态对非饱和土体抗剪强度的显著影响。     

汶川地震绵阳市土石坝地震易损性分析

土石坝地震易损性分析是评估水利设施地震损失、制定减灾措施的依据。通过数理统计方法,对2008年“5.12”汶川地震中绵阳市辖区内土石坝地震损失数据进行分析,求出确定强度的地震作用下土石坝产生特定等级破坏的概率。通过分析绵阳市全部825座土石坝的群体震损情况,建立了土石坝地震易损性矩阵,并采用贝塔分布函数拟合得出绵阳市土石坝地震易损性曲线。结果显示,随着地震烈度的增加,严重破坏土石坝比例增大,完好状态土石坝比例减少,轻微破坏土石坝比例呈驼峰状变化。易损性分析表明,土石坝在地震中溃决概率很低,在高烈度区坝体震损以严重破坏类型为主,设计合理的土石坝具有较好的抗震性能。     

土工格栅加筋土石坝的试验和数值模拟研究

为进一步了解土工格栅加筋土石坝的变化特性,对土工格栅和堆石料接触面特性进行了拉拔试验,发现接触面上的剪应力较大,且随上覆压力的增加而增加;试验拉拔位移主要为土工格栅的伸长量,接触面上的相对位移较小,因此加筋土石坝数值模拟应设置土工格栅和堆石料接触面变形协调,并将试验结果应用于加筋土石坝的数值模拟中,分析了土石坝加筋前后应力变形特性和动力响应的变化规律。结果表明,加筋对土石坝变形的抑制效果主要体现在地震工况下;加筋后坝体的地震永久变形有所减小,加筋对顺河向的地震永久变形抑制效果大于震陷;加筋后顺河向永久变形指向下游,最大震陷位于坝顶。