天然和饱水状态B类角砾岩的力学性质及其对地下厂房稳定性的影响

 从现场勘查、室内试验和数值计算的角度对某厂房出露的B类角砾岩的岩体特性、力学性质与开挖卸荷后围岩稳定性做系统的分析。室内试验结果表明,0～15 MPa围压下B类角砾岩表现典型的弹脆塑性;饱水试样在相对较高围压下加载时,试样的变形趋于均匀化,此时弹性模量不再随围压增大而增大。峰值强度的离散性较大,这是由于试样中方解石含量不同,随方解石含量增大,试样峰值强度增大;饱水状态试样较天然状态内摩擦角小而黏聚力大,体现水对角砾岩黏结强度的提高和内摩擦因数的弱化作用;利用角砾岩区域的三维数值模型计算得到开挖卸荷条件下B类角砾岩区域围岩的基本力学响应。计算结果与现场监测数据吻合较好。经过对B类角砾岩出露区域系统地加强支护,确保了施工期角砾岩区域的稳定性。     

膨胀土原位剪切模量–剪应变衰减曲线与特征分析

为了评价原位应力状态膨胀土在小应变作用下的刚度衰减特性,综合原位地震扁铲侧胀和室内共振柱试验,分析应力历史、应力状态和试样扰动对膨胀土剪切模量衰减规律的影响。结果表明,应力状态和应力历史对膨胀土剪切模量影响较大,相同应力历史下,剪切模量随围压增加而增大,随着应变的发展,衰减较快;相同应力状态下,经历加载–卸载过程的剪切模量–剪应变(G-γ)衰减曲线位于仅经历加载过程的曲线上方,但经历加载–卸载和加载–卸载–再加载过程后土的G-γ衰减曲线基本重合;另外,相同应力历史条件下,土的原位剪切模量较室内共振柱试验所得剪切模量值大,且衰减更快,说明取样卸荷、运输及制样等扰动因素对土体结构造成了不可逆的损伤,通过室内加卸载过程无法还原其原位力学性状;参考剪应变不同时,推求得到的原位G-γ衰减曲线的中间部分差异较大,参考剪应变越小,剪切模量衰减越快,说明合理选取参考曲线和小应变剪切模量是推求原位G-γ衰减曲线的关键。该研究可为类似场地地震分析和沉降分析提供理论基础和技术支持。     

考虑中间主应力的深埋圆形巷道弹塑性位移解

平面应变条件下的深埋圆形巷道一般忽略中间主应力的影响,但塑性区围岩的变形与实际情况会产生较大差异．为了充分考虑中间主应力对深埋圆形巷道的影响,基于平面应变假设与关联流动法则将Mohr-Coulomb准则精确匹配为Drucker-Prager准则,在此基础上推导了理想弹塑性材料在塑性阶段的中间主应力表达式;根据所得的中间主应力表达式结合关联流动法则．不引入任何假设,得出塑性区体积扩容的关系式;进一步推导了考虑中间主应力影响的深埋圆形巷道塑性区应力位移解析式,其中径向应力、切向应力及塑性区半径的表达式与卡斯特奈（Kastner）解完全一致,但卡斯特奈（Kastner）解无法得出中间主应力,而新的位移解析式则与以往的文献完全不同;经与以往文献的位移理论解比较分析知,新的位移解答更加合理．因此,考虑中间主应力的解答为深埋圆形巷道的计算与设计提供更为科学的理论基础．     

饱水红砂岩裂隙冻胀力与变形试验研究

高寒高海拔地区常年受冻融循环作用影响,裂隙岩体冻胀现象普遍存在。为探究冻胀力在裂隙冻胀变形中的演化规律,揭示裂隙岩石的冻胀损伤机制,利用分布式压力薄膜传感器、温度传感器和应变仪组成的测试系统,对不同裂隙宽度的饱和裂隙红砂岩试样的冻融过程进行实时全面监测,获得裂隙冻胀力、温度和裂隙应变随时间变化的曲线。试验结果表明：在冻融过程中,饱水裂隙红砂岩裂隙内20 mm处出现恒温平台,标志着裂隙水发生冻结,且裂隙宽度越大,恒温平台出现时刻越早;岩石表面应变与温度变化拐点同步,裂隙应变拐点滞后于温度拐点,但裂隙应变与最大冻胀力的变化同步;在恒温平台出现时,岩石表面应变快速上升,主要是岩石骨架收缩和岩石孔隙水冻胀共同作用引起的;岩石表面温度变化比裂隙内温度变化更快,导致裂隙水的冻胀有所滞后;在融化过程,冻胀力和应变均再次爬升,并出现次高点;对于宽度在2～4 mm范围内的裂隙,最大冻胀力峰值随着裂隙宽度增大而增加;在整个冻融过程中,冻胀力的分布是不规则的、冻胀力由四周向内部递增,四周的冻胀力大小基本保持不变;冻融机制分析表明：岩块周边首先形成冻结层,然后裂隙水发生冻结逐渐形成冰塞,当冰塞不再滑移、达到完...     

风化花岗岩土的持水特性研究

以不同风化程度的花岗岩双层土质边坡土体为研究对象,利用压力板法和饱和盐溶液蒸汽平衡法,研究了在全吸力范围内压实样的持水特性。实验结果表明,全风化土的进气值和残余吸力值均低于残积土的,且过渡区呈线性有较大的坡度。花岗岩风化程度差异产生不同的风化产物,影响土体的矿物成分与孔隙结构进而控制土体的持水特性。通过X-射线衍射实验分析土样的黏土矿物成分,采用硅酸盐化学全分析土体的化学成分和风化成矿情况,研究矿物成分对土体持水特性的影响;最后通过扫描电镜与压汞实验,验证分析孔隙结构与分布对持水特性的影响。     

考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法研究

考虑黄土特殊力学性质的边坡稳定性分析方法研究对于保障国家"西部大开发"战略和"一带一路"倡议的实施具有重要的意义。利用渗流—软化—稳定性分析顺序耦合的研究思路,对地下水位上升条件下的黄土边坡稳定性进行分析。首先借助非饱和非稳定渗流分析理论进行地下水位上升条件下黄土边坡的渗流分析;其次基于渗流分析的计算成果借助水致结构性劣化方程动态更新土体强度参数的空间分布;基于总重度、黏聚力、内摩擦角和孔隙水压力的时空分布规律,采用面力法提出了考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法。最后以地下水位上升条件下白鹿塬边某黄土边坡为例,通过考虑参数时空演化规律的黄土边坡稳定性Spencer法和M-P法计算成果之间的相互对比分析,同时将这些成果与现场勘察迹象进行对比,从而说明考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法的合理性和可靠性。     

低温冻结岩体单裂隙冻胀力与数值计算研究

寒区岩体工程中含水裂隙随温度降低会发生水冰相变产生冻胀力,内部冻胀力会驱动裂隙发生Ⅰ型扩展,从单裂隙入手,基于弹性力学、渗流力学和相变理论,建立了考虑水分迁移下的冻胀力求解模型,冻胀力不仅随着水分迁移通量的增加而迅速降低,还与岩石基质以及冰体的力学强度参数有关。采用等效热膨胀系数法对低温裂隙中水冰相变下热力耦合应力场进行了模拟分析,并与理论模型计算结果进行对比,结果表明冻胀力解析解与数值解吻合较好;结合断裂力学,利用应力外推法得出了裂隙尖端应力强度因子的数值解,与理论解析解及半解析解也具有较好的一致性,最后通过实例验证了等效热膨胀系数法的可靠性,可为研究低温裂隙岩体冻融损伤与裂隙扩展研究提供参考。     

泥质粉砂岩高围压三轴压缩松弛试验研究

高应力条件下应力松弛特性是岩石长期力学特性研究的重要方面,开展了泥质粉砂岩围压为15~35 MPa的三轴松弛试验研究。高围压下应力松弛曲线的分析表明,岩石的应力松弛可以分为衰减松弛和稳定松弛两个阶段。当松弛初始应力水平较低时,试样主要以衰减松弛为主,很快趋于稳定,当松弛初始应力水平接近岩石峰值应力时,应力松弛明显增大,并出现明显的稳定松弛阶段。不同围压条件下,试样松弛曲线对比分析表明,松弛初始应力水平较低时,岩石处于黏弹性阶段,围压对岩石松弛特性的影响相对较小,随着松弛初始应力水平的增大,当应力水平接近峰值应力时,岩石的应力松弛将随围压的增大而减小。基于三轴松弛试验结果的分析,建立了能够反映泥质粉砂岩三轴松弛特性的西原模型,并验证了模型的合理性。     

不同粒径配比型煤渗流特性与体积应变关系试验研究

采用重庆市打通一矿K1煤层制作的不同粒径配比的型煤为研究对象,利用重庆大学自行研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置进行试验,根据试验过程中型煤的变形形状提出了一种新的体积应变计算方法,探讨不同粒径配比型煤渗流特性与体积应变的关系。试验研究结果表明:试件渗流速度与粒径大小和粒径配比有关。粒径均匀的试件,粗粒径的渗流速度大于细粒径的渗流速度;不同粒径配比的试件,180~250μm(细粒径)含量越多渗流速度越慢;渗流速度与体积应变有较好的分段线性关系。体积应变减小阶段,各种粒径配比下的试件渗流速度均线性减小;体积反向增大阶段,180~250μm(细粒径)含量高于一定值的试件渗流速度不变,反之低于该值时渗流速度增大,但增大斜率较前面降低斜率较平缓。     

易崩解性软岩试样制备方法

通过与硬质原岩的试样制备方法进行分析比较,对甘肃省定西市兰渝铁路(夏广段)LYS-1标胡麻岭隧道红层软岩进行了试样制备,得出了成功制备易崩解性软岩试样的有效方法。设计了专用尼龙管试样夹具及磨石夹具,能够保证软岩试样制取过程中不被水流冲刷。通过精心设计试样制备的钻取、切割、打磨过程可有效提高易崩解性软岩试样制取的成功率。