不同湿化状态下压实红黏土的压缩特征

为模拟路基土体在不同湿度状态下的压缩特征,以湖南长沙－韶山－娄底高速公路的红黏土路基填料为研究对象,开展吸水自由膨胀、吸水限制膨胀和不浸水等三种湿化状态下的压缩实验研究。本文根据实际应力与固结屈服应力的关系提出确定土体压缩系数的改进方法,并与目前规范中推荐的压缩系数(a_1-2)进行了比较,验证了改进方法更加合理。然后,对比分析不同湿化状态下的压缩指标。结果表明：吸湿后的土体压缩性均大于不浸水土的压缩性;但浸水吸湿限制膨胀和浸水吸湿自由膨胀后再压缩,前者的压缩性要大于后者的压缩性。最后,从孔隙结构的细观角度探讨了固结应力对土体孔隙结构的作用模式,发现固结作用主要影响孔径d>10μm范围内的孔隙分布。     

饱和砂性土流变模型的试验研究

正确合理的土体本构模型确定是地面沉降模拟的关键之一。上海和江苏地区多年来野外分层标的实际观测资料表明该区含水层系统砂层变形具有流变特征,表现出变形滞后于含水层水位变化的现象。本文基于粘弹性理论,选取了常州含水层系统原状砂性土样进行单轴压缩试验,分析了砂性土流变荷载曲线,并选择现有的相关本构模型进行识别,从而确定能更好反映研究区土体变形规律的流变模型。结果表明,研究区砂性土可采用Burgers模型进行描述,反演获得的4个流变参数随荷载的增加表现出一定的规律性。     

巫山县望霞乡桐心村危岩体变形破坏机制分析

本文通过详细调查危岩体所处斜坡变形现象发现,斜坡下部有约1m厚煤层被开采,斜坡上有塌陷和岩体开裂两种变形现象,两种变形均在继续发展;且这两者均与煤层开采有较大关联。工程地质类比法认为采煤引起的沉陷-掀斜变形机制对地表变形起主导作用。采用UDEC数值模拟表明,煤层开采后,位移变形由下向上传递。地表沉陷量向临空面增加,水平位移量也向临空面增加。上部坡体变形受垂直裂隙控制,下部坡体变形受水平层面和煤层控制;整体形成沉陷-掀斜。计算变形曲线显示变形有两个阶段,突破式跳跃变形阶段和缓慢变形阶段;如果没有新的开采活动,随着时间的推移山体最终会自行稳定下来。临空面的孤立危岩体在斜坡系统平衡后仍有较大速率,其稳定性较差,建议对其进行清除。     

制样含水量对软黏土力学特性影响的试验研究

为分析制样含水量对重塑软黏土的力学特性影响,用单向固结仪和三轴仪分别对不同泥浆含水量固结而成的重塑样开展了单向压缩试验和固结不排水剪切三轴试验。试验结果表明,重塑样的初始孔隙比随制样含水量的增大而增大,从而引起压缩曲线的上移以及压缩指数的增大,土体的抗剪强度减小,孔隙水压力增大;但初始含水量对土体的有效应力比和临界状态影响不大;制样含水量对重塑样力学特性的影响的界限含水量约为2.0倍液限含水量。最后,用孔隙指数对试验结果归一化,得到不同初始孔隙比重塑样的压缩曲线和剪切强度可基本归一化为土的固有压缩曲线和固有强度曲线。     

考虑刀盘影响的饱和土盾构对地层干扰分析

为深入研究盾构施工过程中饱和土所受扰动问题，在已有研究的基础上，使用Biot固结方程变换求解得出的土体初始位移解和超孔隙水压力解，经坐标变换，推导了包括面板式刀盘与辐条式刀盘在内的，刀盘正面摩擦力和刀盘侧面摩擦力引起饱和土体竖向变形与孔隙水压力值解析式，对引起土体变形各因素进行模拟，并给出了盾构施工引起饱和土竖向总变形与总超静孔隙水压力的表达式。结合工程算例进行计算模拟，切口附加推力、盾壳摩擦力、土体损失的沉降曲线在垂直于盾构推进方向上对称分布，最大值集中在盾构轴线正上方。盾构刀盘正面与侧面摩擦力对地表盾构轴线两侧产生非对称变形，在盾构轴线正上方的地表处刀盘因素对地表变形基本无影响。两类刀盘对地表变形影响区别不大，辐条式刀盘在刀盘所处断面处引起隧道周围孔隙水压力的响应较为明显，沿盾构方向衰减也较快。     

抚顺石油一厂地表变形初步探讨

石油一厂地表变形的主要因素是西露天矿露天台阶开采, 引起厂南缘边坡失稳、变形和地面沉陷, 同时促使其它因素活化, 更加剧了地裂缝和变形发展。     

饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型研究

针对饱和超固结黏性土现有下加载面修正剑桥模型中破坏应力比为定值、土体黏聚力为零,以及不能准确反映不同应力状态下土的强度差异这些问题,基于三剪统一强度准则以及应力坐标平移法得到了扩展破坏应力比,其特点是能更好地反映应力状态变化以及土体黏聚力的影响。在此基础上提出了饱和超固结黏性土的三剪弹塑性本构模型,该模型的特点是能描述土体受力时的中间主应力效应,应力区间效应和拉压差影响,同时也能更好地考虑土体黏聚力的影响。基于该模型对ABAQUS软件进行了二次开发,并利用其模拟了饱和超固结黏性土在排水和不排水条件下的真三轴和常规三轴压缩试验特性。对常规三轴压缩条件下土体力学特性作了模拟和试验结果对比。结果表明所提模型能很好地反映不同超固结比下土体的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性。     

岩土介质中局部化变形研究的一些新进展

岩土中的剪切带产生通常是断裂和失稳的前兆, 常引起滑坡等地 质灾害, 对油气或水合物等矿藏的开采容易导致压实带形成. 压实带的产生使岩土孔隙减小, 颗粒破碎, 从而导致沉陷、对油气的挤压等.本文重点对剪切带的宽度和压实带的研究现状作综述, 阐述在该问题的研究上从微观 观测到宏观表述的重要性. 通过分析, 认为还有如下问题值得研究: 怎样 准确得出局部化变形带的宽度和方向?局部化变形带形成后孔隙水和油气的渗流会发生什么 变化?颗粒层次的微结构特性是通过什么方式影响宏观表现的等等.     

超临界CO_2作用下煤体膨胀变形规律试验研究

为解决采用应变片对超临界CO_2作用下煤体膨胀变形进行点测量时,试验结果离散性大、超临界CO_2作用导致应变片易脱离破损等问题,自主研发了具有施加热流力载荷功能的膨胀体积应变测量装置,对不同温度、压力的超临界CO_2作用下,煤体膨胀体积变形规律进行研究。结果表明:煤体膨胀体积应变随超临界CO_2作用时间增加呈现先增大后趋于稳定的变化规律;当孔隙压力不变时,膨胀体积应变随超临界温度的升高而增加,温度越高,达到稳定膨胀变形所需时间越长;当温度不变时,随着超临界孔隙压力增加,膨胀体积应变也随之增大,但达到稳定膨胀变形所需时间随孔隙压力的升高呈先增加后减少的趋势;超临界CO_2作用下,煤体体积应变随温度和孔隙压力均呈"S型"Logistic函数规律变化;膨胀体积应变对超临界温度和孔隙压力的变化率具有分区性,其变化率大小排序依次为:近临界区跨临界区高临界区。     

闭孔泡沫铝泊松比及三轴压缩变形模式

在闭孔泡沫铝的唯象本构模型中, 泊松比是一个非常关键的参数, 为了探究闭孔泡沫铝泊松比变化规律研究结果存在分歧的原因, 认识闭孔泡沫铝泊松比变化规律中特征点的物理意义, 采用数值模拟方法, 建立了闭孔泡沫铝的3D-Voronoi模型及2D-Voronoi模型, 对模型进行侧面位移耦合单轴压缩边界条件下的仿真分析; 基于闭孔泡沫铝本构模型的唯象特性, 对闭孔泡沫铝变形模式的研究同样十分重要, 为明确其三轴压缩下的变形模式, 对闭孔泡沫铝的3D-Voronoi模型进行侧面位移受限轴向压缩边界条件下的仿真分析. 研究结果表明, 常规壳单元接触中的厚度减薄特性是闭孔泡沫铝泊松比变化规律的研究结论存在分歧的原因, 但厚度减薄不影响泡沫铝模型致密前胞孔结构的变形模式; 闭孔泡沫铝泊松比的准确变化规律为“增高?降低?再增高”的“S”型曲线, 并且, 曲线极大值对应闭孔泡沫铝吸能效率的增速下降点; 等比压缩应力状态下, 闭孔泡沫铝存在四种侧面变形模式, 分别为“(短期)压缩变形→膨胀变形”、“压缩变形→膨胀变形→压缩变形→膨胀变形”、“压缩变形→(短期)膨胀变形”及“压缩变形”.      

基于流固耦合作用的抽水引起地面沉降计算模型

过量开采地下承压水会引起地基土体的变形，进一步导致地面沉降和地裂缝等地质灾害，抽水引起地层的变形过程是土层中孔隙水和土颗粒相互作用的复杂过程．两步法和流固耦合法是计算地面沉降常用的两种思路，它们的适用性各有不同．本文基于理想的地层模型，分别建立两步法计算模型和流固耦合计算模型，利用FLAC3D6.0有限差分软件对模型进行求解，对比分析两类方法计算结果的差异．结果表明流固耦合法符合力学机制，能够更好地反映土体变形的发展过程，但计算时间更长．而两步法适用于稳定流，在渗流达到稳定流时两步法计算的孔压分布和地面沉降能够满足工程精度要求．本文的研究成果为合理选取地面沉降计算方法提供依据．     

三山岛金矿海边地下开采矿山稳定性的数值模拟分析

本文用数值模拟的分析方法, 评价了三山岛金矿地下开采引起的开采效应及地表下沉盆地的变形特征。结果表明, 矿山地表是稳定的, 上部一期工程开采引起的地表最大下沉量不超过700mm, 深部开挖时不超过995mm左右；在采场充填的情况下, 地表下沉值将降低55%左右；由于矿山地表变形较小, 加之覆盖层第四纪中存在着两层总厚度8～12m的隔水粘水层, 因此不致沟通地表水与井下的直接联系而危及矿山的安全。     

论湿陷起始压力

本文以实测数据为依据,以工程应用为主题,从七个方面对湿陷起始压力进行了广泛的讨论,为工程中多方面应用湿陷起始压力提供了系统允分的依据。     

基于ADINA的软土坝基沉降分析

为了预测拟建软土坝基的沉降量,弄清软土坝基的沉降规律及孔隙水压力的消散规律,本文采用有限元分析程序,对大坝软土坝基的沉降进行了分析研究。研究结果表明:大坝的沉降经历了初始沉降、快速沉降和缓慢沉降3个阶段;通过分析,获得了坝基的沉降规律为Hill模型,孔隙水压力的消散规律为指数衰减Expdec2模型,并得出了坝基的沉降量、附加沉降量及水平位移值,为大坝建设和类似坝基沉降预测提供了有价值的参考。     

Analysis of coupled thermo-hydro-mechanical behavior of unsaturated soils based on theory of mixtures I

This paper analyzes a coupled thermo-hydro-mechanical behavior of unsaturated soils based on the theory of mixtures. Unsaturated soil is considered as a mixture composed of soil skeleton, liquid water, vapor, dry air, and dissolved air. In addition to the mass and momentum conservation equations of each component and the energy conservation equation of the mixture, the system is closed using other 37 constitutive （or restriction） equations. As the change in water chemical potential is identical to the change in vapor chemical potential, a thermodynamic restriction relationship for the phase transition between pore water and pore vapor is formulated, in which the impact of the change in gas pressure on the phase transition is taken into account. Six final govern- ing equations are given in incremental form in terms of six primary variables, i.e., three displacement components of soil skeleton, water pressure, gas pressure, and temperature. The processes involved in the coupled model include thermal expansions of soil skeleton and soil particle, Soret effect, phase transition between water and vapor, air dissolution in pore water, and deformation of soil skeleton.     

Research on coupled thermo-hydro-mechanical dynamic response characteristics of saturated porous deep-sea sediments under vibration of mining vehicle

The excessive deformation of deep-sea sediments caused by the vibration of the mining machine will adversely affect the efficiency and safety of mining. Combined with the deep-sea environment, the coupled thermo-hydro-mechanical problem for saturated porous deep-sea sediments subject to the vibration of the mining vehicle is investigated. Based on the Green-Lindsay(G-L) generalized thermoelastic theory and Darcy's law, the model of thermo-hydro-mechanical dynamic responses for saturated porous deep-sea sediments under the vibration of the mining vehicle is established. We obtain the analytical solutions of non-dimensional vertical displacement, excess pore water pressure, vertical stress, temperature, and change in the volume fraction field with the normal mode analysis method, and depict them graphically. The normal mode analysis method uses the canonical coordinate transformation to solve the equation, which can quickly decouple the equation by ignoring the modal coupling effect on the basis of the canonical mode. The results indicate that the vibration frequency has obvious influence on the vertical displacement, excess pore water pressure, vertical stress, and change in volume fraction field. The loading amplitude has a great effect on the physical quantities in the foundation, and the changes of the physical quantities increase with the increase in loading amplitude.     

黄土湿陷性的微结构不平衡吸力成因论

分析了黄土粒间吸力的基本特性及其湿陷的微观过程,探讨了黄土在应力状态作用下由于浸水增湿而产生的微结构单元体滑移动力和阻力随饱和度、上覆土压力的变化规律,提出了微结构与广义吸力综合效应的湿陷性控制机理---微结构不平衡吸力成因论及其定量模型,从理论上分析了湿陷性与增湿水量、压力及深度的关系,揭示了土湿陷效应的内在规律。文中认为,湿陷过程就是水的楔入导致小孔隙广义吸力的逐渐丧失和大孔隙湿吸力的逐渐增大引起的微结构重建动力与重建阻力间的动态对抗过程。最后,讨论了湿陷的基本条件及影响因素。     

Blast-induced waves in soil around a tunnel

The paper is concerned with the numerical modelling of waves in saturated granular soil around a cylindrical tunnel with a tubbing-type lining. The waves are induced by a short-term large-amplitude load on the tunnel wall. The soil is assumed to be fully saturated or contain a small amount (a few volume percent) of free gas in the pore water. The behaviour of the solid skeleton is described by a constitutive relation of the hypoplasticity theory. The presence of gas makes the soil stiffness stronger pressure dependent and leads to the formation of a shock front in the soil in the immediate vicinity of the tunnel. Free gas in the pore water is shown to be an adverse factor from the viewpoint of both the residual state of the soil and the deformation of the lining. A permanent reduction of the effective stresses in the soil caused by the wave is stronger for the soil with gas. For a sufficiently large loading amplitude, the wave may lead to the vanishing of the effective stresses and liquefaction of the soil. It is also shown that the presence of gas increases the displacement and the velocity of the tubbings.     

The Constitute Law of Gas Seepage in Rock Fractures Undergoing Three-dimensional Stress

This paper is based on the research we have done in recent years of the constitute law of gas seepage in rock fractures. Both experiments and theoretical derivations will be discussed. The gases used in our experiments include methane and CO₂, both of which are highly adsorptive. The experiments were conducted mainly in coal fractures. The results reveal that the permeability coefficient of gas in rock fractures varies parabolically with respect to fracture pore pressure. When the pore pressure is below a certain value, the permeability coefficient decreases while the pore pressure increases. It is different from the water seepage law in fractures. Analysis shows that this abnormality is caused by adsorption. It is also concluded that the tangent deformation has the same effects as normal deformation on gas seepage law. The permeability of gas in fractures has a negative exponent relationship with both normal deformation and tangent deformation.     

中国21世纪若干重大工程地质与环境问题

21世纪中国的大规模的国家建设不可避免地导致大量的工程地质与环境问题。 2 1世纪中国西部高山峡谷地区主要工程地质问题有: 构造活动带岩土体动力稳定性, 高地应力下岩体应变储能与岩体性质, 高陡边坡的变形及尺寸效应和动力稳定性, 深埋长大隧洞的地温与地压, 深埋隧洞岩体结构探测与施工地质超前预报, 大跨度复杂洞群变形与稳定性的群洞效应, 冻土的冻融变形、稳定性及其处理技术, 可溶岩岩溶规律与岩体利用问题, 河床深厚覆盖层的处理与利用等问题; 中国东部及沿海地区工程地质问题包括: 高速交通网建设中软土地基变形与稳定性及处理技术, 深井采矿中软岩巷道大变形与处理技术, 深厚松散堆积层上大型桥梁桥基变形与稳定性, 海底隧道围岩工程地质与水文地质问题, 城市多层地下空间开发中的工程地质问题等; 此外, 水土流失与北方大规模荒漠化问题, 黄河下游地上悬河与长江下游塌岸和堤防稳定性问题, 黄河断流引起的下游地区环境问题, 我国北方干旱地区水资源长期匮乏问题, 城市化中的环境破坏与污染控制等问题, 将是中国 2 1世纪突出的环境问题。中国工程地质工作者应当在结构土力学与岩体结构力学、工程地质学的基本理论与工程地质动力学、人 地相互作用机制与环境工程地质学、地质工程理论与方法。