基于期望造价的黄土路堑高边坡优化设计模型

考虑黄土高边坡的工后失效费用问题,使设计方法更加合理完善.基于期望造价,应用数学和力学原理,并结合黄土特征,假定最危险滑动面为抛物线型,对高边坡进行可靠度分析,建立了黄土路堑高边坡的优化设计模型.以铜黄公路高边坡为例对模型进行验证,计算结果表明,总坡比1:1.26时,总期望造价最小,模型与实际情况相符.该模型前瞻性强、意义明确,对设计人员和决策者有重要参考价值.     

基于Weibull分布的高温结构性黄土统计损伤本构模型

能源桩是利用地热能的一种新型建筑节能技术,工作时会使桩周土温度发生变化,在黄土地区施作时,会直接影响黄土结构性,进而影响黄土的力学特性,因此研究变温条件下结构性黄土的变化规律具有重要意义。通过对不同温度下结构性黄土进行三轴剪切试验和核磁共振试验,研究温度对结构性黄土变形和强度的影响;基于现有黄土统计损伤理论,假定黄土微元强度服从Weibull分布,利用应变等效性假说,构建了结构性黄土在高温作用下的统计损伤本构模型;利用室内试验对该模型进行验证。结果表明：Weibull分布参数m和F₀影响结构性黄土损伤本构模型的曲线形状;建立的黄土统计损伤本构模型能够很好地反映结构性黄土颗粒骨架的损伤,有效预测结构性黄土在剪切作用下的结构损伤变形。研究成果可为后续的工程建设提供理论基础。     

考虑成层土阻水减渗效应的地表水入渗过程分析模型

为完善地表水入渗过程分析的理论方法,抓住从高吸力土入渗到低吸力土,入渗会有停滞和入渗速率降低的特点,考虑湿润锋附近土体的非饱和特性,将土壤中水分运移划分为上层土入渗阶段、滞水入渗阶段和下层土入渗阶段,推导了可反映成层土入渗中阻水减渗作用的地表水入渗模型。通过与已有试验结果和现有同类型模型的对比分析,对模型参数进行敏感性分析。结果表明：本文模型比较准确地描述了层状土入渗中的滞水和减渗现象,更好地反映了入渗机理。当湿润锋行进发生停滞时,假设入渗速率呈线性下降是符合实际情况的。不同的土体性质对入渗有不同的影响：下层低吸力土的种类、埋深及积水深度对入渗特性有较大的影响;土体初始含水量仅对入渗时间影响较大;湿润锋过渡区占比对滞水作用有较大影响。     

基于Monte Carlo法的黄土二维微观结构模型构建

从微观尺度研究土的力学行为是揭示其力学机理的一种有效途径,为此首先建立其微观结构模型。目前常通过光学显微镜或者扫描电镜图像获取黄土的微观结构,但将其直接用于二维建模时,存在颗粒悬浮和叠置的问题。基于黄土的颗粒累积分布曲线和实际颗粒形态,提出了一种随机生成其二维微观结构模型的方法。首先将颗粒累积分布曲线按粒径范围分为若干区间,从各区间上随机抽取粒径值,形成满足其粒径分布的粒径数据库;再根据黄土颗粒的微观图像建立颗粒的形态数据库。从这2个数据库中随机抽取颗粒粒径和形态,生成具有随机大小、形态的颗粒库。采用Monte Carlo法将这些颗粒在模型顶端随机投放,建立黄土的二维微观结构模型。该模型为黄土微观力学行为的分析提供了原型。     

基于FLAC3D的饱和-非饱和渗流场初始化方法

建立与真实状态相近的初始渗流场是正确分析边坡降雨入渗的重要前提。鉴于目前FLAC^3D中的饱和-非饱和渗流场初始化方法寥寥无几,提出并详细介绍了饱和-非饱和渗流场初始化的设置方法。根据5种分布形式的基质吸力,按照其基质吸力线性分布和非线性分布规律提出了2种对应的初始化方法:对于线性分布的基质吸力运用MIDAS建模和FLAC^3D内置FISH语言进行渗流场初始化设置;对于非线性分布的基质吸力,用函数来表示其复杂几何形态的地下水位面具有一定的难度,不适合大面积推广应用,将地下水位面简化成一平面后,可利用FISH语言编程进行渗流场初始化设置。通过与常规渗流场初始化方法的计算结果对比,初始渗流场对边坡降雨入渗最终计算结果有较大影响,初始渗流场与真实状态越相近,其计算精度越高。     

黄土垂直和构造节理的几何差异性及拓扑学研究

黄土节理是地下水的赋存场所和运移通道,它们使土体破碎进而影响稳定性和强度,是各类地质灾害的构造基础,准确分析其发育特点和展布规律,是理解黄土频发灾害的关键步骤。通过现场调查、数理统计和拓扑分析,对陇西地区黄土进行系统研究。结果表明:①陇西地区主要发育优势走向为NNW、NWW和NE向的构造节理,这是受区域内走滑断裂带和逆倾滑断裂带影响的结果;②构造节理优势组的产状服从高斯正态分布,倾角多为60°~80°,垂直节理的产状随机分布、离散型较强;③2种节理的平均间距均较宽,张开度属“开裂”范围,延续性中等,但垂直节理的间距分布范围更集中,构造节理的张开度相比更小;④拓扑分析显示I型节点占主导,节理延伸过程易被中断,分支比处于3以下的低水平,该方法能更简单、直观地描述连通性。研究结果可以为新构造应力场恢复、掌握黄土节理发育基本规律、节理网络数值建模等提供基础数据。     

非饱和滑带土非线性Burgers蠕变模型

基于非线性流变力学理论,建立了非饱和滑带土非线性Burgers蠕变模型。模型中不仅考虑滑带土非饱和特性-基质吸力对土蠕变特性的影响,同时考虑了与时间、应力状态有关的非线性黏滞体的流变特性,由非线性黏滞体替换Burgers模型中的线性黏滞体。对非饱和滑带土开展三轴蠕变试验,并对试验结果采用最小二乘法曲线拟合,获得了不同基质吸力下的蠕变参数,并将试验结果与Burgers模型拟合曲线以及提出的非线性Burgers模型拟合曲线进行对比。结果表明,采用非线性Burgers模型能很好地拟合试验结果,且与试验曲线的吻合程度、相关系数明显高于线性Burgers模型。     

湿陷性黄土区客运专线车站工后不均匀沉降初探

结合现场监测数据和地质勘察资料,对具有一定坡度和深厚填土区域地基处理失效的原因进行了探讨。得到如下结论:(1)在黄土地区地面沉降可分为4个阶段即增长期、平稳期、加速期、以及最终稳定期,黄土的沉陷是造成沉降再次加速的原因。建议黄土地区沉降监测应该予以加长,以确定最终的稳定期。(2)黄土的沉陷不仅使地表发生不均匀沉降,也会改变黄土区桩基的力学性质,造成桩基下部土体的变形。单纯依赖桩的刚度来控制结构变形是存在风险的,也应该控制桩侧土体变形。(3)在具有坡度的黄土区域,地面标高较低的一侧土体胶结作用较弱,且该区域承担更大的上部填土荷载,这是导致地面标高低的区域发生更大变形的原因。     

延安新区压实Q_2黄土增湿变形特性研究

以延安新区黄土高填方工程建设为依托,开展了16组不同初始压实度和初始含水率条件下的压实Q_2黄土高压力下的增湿变形试验,分析不同压实度和含水率条件下增湿变形系数随压力增大的变化规律及影响增湿变形特性的主要因素。结果表明,不同初始压实度和初始含水率条件下的曲线形态差异较大;压实Q_2黄土的增湿变形特性受压实度和含水率影响很大,提高压实度和含水率可以显著减小其遇水饱和后的增湿变形量,将压实度提高至90%或将含水率增大至16.8%时,压实Q_2黄土不再发生湿陷变形。     

非饱和土基质吸力测试技术的分析与实践

非饱和土力学是目前岩土力学研究的热点和难点,土水特征曲线体现了非饱和土体的持水能力,它是非饱和土力学研究的核心问题之一。现场试验和室内试验通常针对非饱和土的基质吸力进行测试,从而获得有效的土水特征曲线。基质吸力的测试方法很多,主要包括张力计法、滤纸法、热传导探头法、渗析法、时域反射计法、压力板仪法等。着重对使用较为广泛的张力计法、滤纸法、时域反射计法、压力板仪法、热传导探头法进行归纳介绍及实践应用分析。