饱和粉土冻胀过程试验研究及数值模拟

 为了研究温度梯度、冻结速率、土样高度和竖向压力对冻胀的综合影响,在不同试验条件下对饱和粉土进行了一系列一维土柱冻胀试验,试验中测量土样温度、竖向压力、冻胀量和补水量。试验结果表明：在温度场处于准稳态时,冻胀速率与温度梯度成正比例增长关系,冻胀速率随着竖向压力增大而线性减小;定义比冻结速率为冻结速率与土样高度之比,当温度场处于瞬态时,冻胀速率随比冻结速率成幂函数增长,增长率随着比冻结速率增大而减小。提出了综合考虑温度梯度、冻结速率、竖向压力和土样高度的冻胀计算公式,在此基础上推导了考虑水分迁移的冻土热扩散方程,提出了模拟冻胀和温度变化的数值模拟方法,通过一个数值算例计算了冻结过程中的温度和冻胀量变化,并与实测结果对比验证了该方法的可靠性。     

回填土场地基坑开挖对周边环境影响的监测分析

对某回填土场地基坑施工中支护结构顶部水平位移、沉降和深层土体水平位移的监测数据进行了系统分析。监测结果表明：基坑边坡顶部水平位移不仅与开挖深度有关,还与基坑的平面形状和土层条件密切相关;阳角处的位移大于阴角处,长边跨中的位移明显;开挖对沉降的影响较水平位移的大;在相同支护条件下,回填土区域顶部的沉降差异较大;80％的水平位移发生在填土层;填土层与原土层交界面处的整体性差,导致上部支护结构整体向基坑内侧滑移,引发基坑顶部附近地面的拉裂;基坑变形对降雨因素比较敏感,基坑支护设计应考虑降雨对支护结构的不利影响。基坑开挖过程中的及时监测预警及应急措施,确保了基坑工程的安全。     

西南地区城市化中的环境地质问题

城市化是我国全面建设小康社会的必由之路，随着西部大开发战略的实施，西南地区城市化步伐必将加快，地质环境是制约城市化可持续发展的重要自然因素，西南地区城市化中的主要环境地质问题有地质灾害、水污染、工业“三废”和生产生活垃圾污染问题、特殊土问题等，防治环境地质问题的关键是要认识和重视城市化与地质环境的相互作用关系，对西南地区城市化与地质环境的协调发展提出了几点对策。     

高密度电阻率法在贵州玄武岩边坡勘察中的应用

岩土的电阻率受干密度、含水率和孔隙率等因素的影响。选取贵州省毕威高速公路有代表性的边坡,利用岩土的电阻率差异区分残积土分布厚度和不同位置的风化程度,进行高密度电阻率法勘察。试验结果表明:玄武岩残积土边坡分层现象不明显,不同位置残积土的厚度分布不均;残积土与基岩的电阻率差别较大,可初步确定基岩的分布形态;在横向上不同位置残积土的风化程度差别较大。     

考虑干湿循环影响下玄武岩残积土渗透系数的试验研究

利用常规的渗透仪和恒温恒湿箱对贵州玄武岩残积土进行了干湿循环下的渗透试验,探讨了玄武岩残积土的渗透系数与循环次数的关系。研究结果表明：渗透系数随干密度的增大呈递减趋势,最终趋于稳定,大量裂隙的发育是土样发生渗透的主要通道;由于游离氧化铁的存在,棕红色残积土经一次干湿循环后土样发生破坏,而黄褐色玄武岩残积土,经过7次干湿...     

不同干密度下玄武岩残积土土水特征曲线分析

采用美国SOILMOISTRUE综合压力板仪法,测试了原状与重塑玄武岩残积土样在不同密度下的土水特征曲线。试验结果表明:不同干密度下玄武岩残积土的进气值不同,干密度大的土样进气值较小,即相同含水率条件下土样的基质吸力随干密度的增大而增大;当基质吸力超过850kPa后,体积含水率随基质吸力的变化很小,重塑土与原状土土水特征曲线基本平行。进一步地采用Van Genuchten模型(简称VG模型)、Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型对试验所测的曲线进行了拟合,结果表明:VG模型能较好地拟合本次试验结果,同时给出了拟合参数,拟合的相关系数均大于0.99;对比Fredlund 3参数模型和Fredlund 4参数模型的拟合数据,可以看出假定残余含水率θr等于0是合理的,三种模型对玄武岩残积土土水特征曲线均具有良好的适应性,但VG模型拟合效果最为良好。     

非饱和土耦合本构模型的三维化

非饱和土本构关系模型通常是建立在修正剑桥模型的基础上,并采用了广义的von Mises准则,以描述非饱和土在一般应力状态下的本构行为。该准则假设在π平面上屈服面是个圆形,高估了土体除三轴压缩以外的强度,在平面应变中也会错误估计中主应力比。空间滑动面破坏准则（SMP）考虑了第三应力不变量的影响,屈服面在π平面上为曲边三角形,可以较好地描述一般应力状态下土体的剪切屈服和破坏特性。采用变换应力方法,将SMP准则应用到最近建立的非饱和土耦合本构模型中使其合理的三维化,能够有效地将模型从轴对称应力状态扩展至一般应力状态。根据与试验结果对比表明,改进后的模型在不增加任何参数的情况下,能够较好地模拟非饱和土在三轴伸长等一般应力状态下的行为特性。     

玄武岩残积土的电阻率与直剪强度关系

西南地区的玄武岩残积土具有结构性强、孔隙比大、塑性指数高等不良工程特征,其原位地基承载力较高,但遇水后强度降幅较大。依托在建的贵州省毕节一威宁高速公路工程,运用现场原位测试、室内试验和理论分析等手段,测试了玄武岩残积土的电阻率和工程特性指标,讨论了以玄武岩残积土电学特性评价其工程特性的可行性,最后通过对比现场高密度电阻率法的实测结果,证实了以玄武岩残积土的电阻率评价其工程特性是可行的。     

多孔介质中两相流动过程的毛细滞回效应

 含水量大小以及干湿循环变化历史对多孔介质渗流过程有着重要影响。基于多孔介质理论和毛细滞回内变量模型,建立能够考虑含水量变化历史影响的多孔介质两相流动模型,并利用开发的U-DYSAC2有限元程序进行相应的数值模拟。通过模拟结果与试验数据的比较,验证所建数值模型在模拟复杂条件下非饱和多孔介质渗流问题的可靠性与有效性。对干湿循环变化条件下土质边坡渗流过程进行数值分析,结果表明：毛细滞回效应对非饱和土渗流过程具有显著影响,非饱和土水力状态不仅取决于当前含水量或基质吸力大小,而且还与土体所经历的水力历史有关;特别地,如果利用主脱湿线来描述土水特征关系,那么土体中基质吸力的预测结果会偏高,从而使得传统边坡稳定性分析方法高估土体抗剪强度以及坡体安全系数。因此,在模拟非饱和多孔介质复杂渗流问题时必须要考虑毛细滞回效应。     

珊瑚砂接触面剪切颗粒破碎特性研究

珊瑚砂与结构物的相互作用广泛存在于岛礁工程中,由于珊瑚砂强度低、易破碎,在受到荷载作用时,容易发生颗粒破碎致使接触面力学特性更复杂。通过珊瑚砂-钢板接触面环剪试验,并使用石英砂进行对比,揭示了珊瑚砂接触面剪切后颗粒破碎演化及颗粒形貌变化规律。结果表明：在相同的条件下,珊瑚砂产生小颗粒的含量明显高于石英砂,0.5～1 mm和1～2 mm粒径的珊瑚砂分别存在300 kPa和200 kPa的临界竖向压力,当竖向压力高于临界压力时,竖向压力对PSD曲线的影响明显降低。珊瑚砂与石英砂破碎率均随竖向压力增大而增加,且分别与竖向压力呈指数函数关系和线性关系。剪切后颗粒形貌由不规则向圆形发展,且竖向压力较大时,珊瑚砂与石英砂整体上颗粒形貌比较接近,都更趋于圆形。