黄土洞穴对公路危害的地质模式及致灾机理

作为黄土地区一种重要的不良地质现象,黄土洞穴对各种工程都造成了不同程度的危害,其中以对公路的危害最为突出。黄土洞穴对公路路基、边坡、桥梁、隧道和排水设施都有不同程度的危害,而且这些危害在型式、主要危害的部位及危害的严重程度等方面都有一定规律。为了从根本上认识黄土洞穴对公路的危害的规律和机理,指导公路黄土洞穴稳定性评价和防治,本文在对陕西省和甘肃省公路黄土暗穴调查的基础上,根据黄土洞穴对公路工程不同部位的破坏特征总结出黄土洞穴对公路路基、边坡、桥梁、隧道和排水设施危害的地质模式和致灾机理。     

环形管内壁磨粒侵蚀物理过程的研究

对高分子材料的磨粒侵蚀进行了系统的试验研究，为了进一步阐明其物理本质并预测其磨损，通过分析颗粒在环形流场中的轨迹，发现环形和管壁的磨粒侵蚀可以分为两个阶段；即冲击侵蚀阶段和湿磨粒磨损阶段，并以后者为主，对于聚氨酯材料，其磨粒侵蚀第二阶段的磨损机理主要是由于滑动摩擦引起的表面疲劳磨损。     

不同加载速率下玄武岩三点弯断裂性能及破坏形貌的试验研究

对不同加载速率下的玄武岩展开了三点弯断裂试验研究,探讨了荷载-位移曲线变化规律及裂纹扩展机理,分析了试样断裂面粗糙度系数随加载速率及开裂荷载的变化关系。结果发现:当加载速率在0.005～5mm/s范围内增加时,试样的断裂峰值荷载有增大趋势,而最大位移有不同程度减小,荷载-位移曲线的弹性阶段明显突出,上凹阶段与裂纹失稳扩展阶段有所隐退。裂缝扩展高度一定时,开裂荷载随加载速率的增加而增大,且断裂面粗糙度系数与加载速率呈显著的对数函数递减趋势;而加载速率一定时,开裂荷载随裂缝扩展高度的增加而增大。试样不同高度处的开裂荷载与断裂面粗糙度系数呈明显的幂函数递减关系。     

风沙环境下钢结构表面涂层冲蚀行为与侵蚀机理研究

风沙环境的侵蚀和劣化作用严重影响着基础设施的安全耐久性.本文根据风沙环境特点,利用气流挟沙喷射法对钢结构涂层进行冲蚀试验,研究了涂层在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层磨损量随沙剂量和冲蚀速度的增加而增加;侵蚀机理为在低角度冲蚀下,涂层主要受微切削作用,而在高角度冲蚀下,主要受冲蚀挤压变形作用,由于涂层强度低而韧性较好,其在低角度冲蚀下的磨损更为严重.     

原状黄土显微结构特征与湿陷性状分析

基于原状黄土的显微结构扫描电镜及室内湿陷性试验,分析了黄土的微结构特性和不同压力不同含水量下黄土的湿陷性状及其之间的内在联系,结果表明:随着埋藏深度的增加,由支架大孔微胶结结构逐渐变为镶嵌微孔半胶结结构,支架大孔孔隙发育逐渐变为粒间孔隙发育,再为微孔孔隙发育;黄土在增湿情况下其湿陷系数-压力关系曲线由三部分组成,初始压缩变形阶段,是结构强度发挥阶段,变形较小,黄土微结构没有遭到破坏;曲线第一转折点δs=0.015后,原有结构破坏,微结构发生变化,颗粒重新排列,湿陷速率增大,是湿陷变形主要阶段;达到峰值后,颗粒间形成了新的结构,湿陷变形幅度减小;随着骨架颗粒连接逐渐变为非架空的镶嵌排列,湿陷起始压力及峰值湿陷压力值随着埋藏深度的增加而增加,而峰值湿陷系数和湿陷变形量的压力范围随着埋藏深度的增加而变小;骨架颗粒特征和孔隙特征是黄土湿陷性的内在影响因素,而胶结物的多寡及胶结状态是黄土湿陷性强弱的主要影响因素之一。     

双向受压状态下的混凝土率效应试验研究

利用三峡大学自行研制的大型多功能三轴材料试验机,完成了4种侧应力等级和3个数量级加载速率的C30混凝土立方体试件双向受压试验,系统地探讨了不同侧应力和不同加载速率下混凝土的强度特性及变形特性。研究表明,侧应力和应变速率都能提高混凝土的应变峰值,但侧应力对混凝土的应变峰值的影响较应变速率的影响大;随着侧应力的增加,混凝土的率敏感性逐渐降低;在有侧应力的情况下,随应变速率的增加,混凝土弹性模量变化逐渐减小;随应变速率的增加,应力应变曲线上升段更加陡峭,曲线更加饱满,混凝土剩余强度越来越高;双轴受压情况下,混凝土的应力应变曲线下降段趋势比无侧应力状态下较平缓,随侧应力的增加下降段曲线越来越平缓,混凝土的应力应变曲线更加饱满,峰值点无明显尖峰出现,混凝土剩余强度越来越高。     

人工冻结深部软岩单轴力学性能试验及蠕变模型1）

为了了解深部软岩在冻结条件下的单轴力学性能,以东北地区的原状泥砂岩为试验对象,利用自行研制的WDT-100型人工冻土试验仪器,对其进行不同温度下的人工冻土单轴抗压强度试验和单轴蠕变试验,得到泥砂岩单轴压缩应力-应变关系曲线,各温度下试样的单轴抗压强度以及蠕变曲线.单轴压缩试验结果表明：试样在给定温度和加载速率条件下,单轴压缩应力-应变关系曲线都有较为明显的屈服点,并且都在屈服点后,强度有所提高,出现硬化现象.单轴蠕变试验结果表明：单轴压缩蠕变曲线有非线性特征,单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线向应变轴靠拢;单轴压缩时蠕变模量随时间的增长而降低.最后采用遗传算法优化模型参数,得出泥砂岩蠕变经验方程.与试验结果对比,发现拟合情况较好.     

人工冻结深部软岩单轴力学性能试验及蠕变模型

为了了解深部软岩在冻结条件下的单轴力学性能,以东北地区的原状泥砂岩为试验对象,利用自行研制的WDT-100型人工冻土试验仪器,对其进行不同温度下的人工冻土单轴抗压强度试验和单轴蠕变试验,得到泥砂岩单轴压缩应力-应变关系曲线,各温度下试样的单轴抗压强度以及蠕变曲线.单轴压缩试验结果表明:试样在给定温度和加载速率条件下,单轴压缩应力-应变关系曲线都有较为明显的屈服点,并且都在屈服点后,强度有所提高,出现硬化现象.单轴蠕变试验结果表明:单轴压缩蠕变曲线有非线性特征,单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线向应变轴靠拢;单轴压缩时蠕变模量随时间的增长而降低.最后采用遗传算法优化模型参数,得出泥砂岩蠕变经验方程.与试验结果对比,发现拟合情况较好.     

弹体高速侵彻混凝土质量侵蚀实验研究

为研究弹体高速侵彻混凝土过程中质量侵蚀规律及特性,开展了一系列实验研究,进行了不同速度(800～1500m/s)侵彻不同强度(C30～C80)混凝土试验,根据试验结果拟合出了既定材料弹体质量侵蚀同侵彻速度之间的对应关系。试验结果还表明:(1)对于该种材料弹体,当侵彻速度小于1200m/s时,弹体侵蚀量不仅同Vs2(动能)呈线性关系,也随混凝土强度的提高而增加;(2)对于材料为60Si2Mn的弹体,其理想侵彻速度为1100m/s～1200m/s之间;高于该速度,质量侵蚀严重,弹体侵彻能力急剧下降;(3)弹体质量侵蚀主要发生在头部,当侵彻速度较低时,磨损是导致弹体质量损失的主要因素;当侵彻速度逐步提高,超过某临界值时,熔融和磨损是导致弹体质量损失主导因素。     

黄土损伤与流变耦合模型及参数研究

以试验为基础,对不同含水量Q3黄土的蠕变特征进行了分析研究,结合黄土结构损伤特性及其对黄土力学特征影响,通过考虑结构损伤对变形模量的劣化来反映黄土结构性对蠕变规律的影响,提出了黄土损伤与流变耦合作用的本构模型。该模型不仅具有参数少的优点,而且能够准确描述黄土的突发性破坏特征。利用结构性软土流变的研究成果,给出了黄土流变模型参数的确定方法,并对模型参数随非饱和黄土含水量变化的规律进行了研究。数值模拟结果表明,该模型能够很好地描述黄土的加速蠕变阶段的变形特征。     

高速远程地震黄土滑坡发生机制试验研究

研究了一种新的远程导弹飞行轨道的可行性,它的最大飞行高度约100km. 这种 超低弹道,借鉴卫星模式,利用离心力抵抗重力. 与卫星轨道运行不同的是,超低弹道周围 的稀薄空气影响至关重要,必须考虑. 计算和分析结果表明,在相同载荷条件和射程条件下, 超低弹道和经典的最小能量弹道对于火箭动力的需求大致相当,射程10000km以上基本相同. 头部半径为5cm的轴对称外形,沿超低弹道飞行时,其驻点热流在高度26km左 右达到最大值 50MW/m2, 约为最小能量弹道驻点热流最大值的50%. 由于超低弹道对升力没有要求, 飞行过程中的气动加热问题,沿用成熟方法如烧蚀防热即可解决. 总体而言,超低弹道对于 火箭动力与外形气动力/热要求,现有技术容易满足,因此利用它增强远程导弹的突防能力是 现实可能的.     

Effects of transport distance and flow discharge of overland flow on destruction of Ultisol aggregates

The destruction of soil aggregates upon transport by overland flow may produce a significant effect on sediment transport capacity and general intensity of erosion. The particle size distribution of destructed soil aggregates has a close relation to the surface runoff and permeability of soils. The objective of this study is to quantify the effects of transport distance and flow discharge of overland flow on the destruction of aggregates of Ultisols in a 3.8 m long flume with a fixed bed. A series of experiments were carried out at a slope of 17.6%, including six transport distances (9–108 m) and eight discharges (0.4–1.2 L/s). The results indicate that (1) the extent of the destruction of aggregates became weaker with the decrease in size over the same transport distances or at the same discharges; (2) the aggregates derived from Shale were rapidly abraded and had more serious destruction as compared to the aggregates from Quaternary red clay during the transport process, which was relevant to the stability difference of the two parent materials; (3) two stages of aggregate breakdown could be identified in terms of the coefficient α during transport, that is, the aggregates were rapidly abraded and became round and were predominantly broken down into smaller fragments at the first stage, while the smaller fragments and the round aggregates were weakly abraded with reduction in weight and their shape became regular; and (4) the extent of the destruction decreased with increasing discharge, which was due to the changes in the hydraulic properties (flow depth and friction factor) and in movement modes during the transport process. The analysis of the characteristics on aggregate destruction by overland flow can contribute to the development of soil erosion models.     

贵州石漠化地区降雨条件下红粘土剪切强度特性随含水量变化关系探讨

西南喀斯特地区的石漠化已经严重影响了人民正常的生产生活。水土流失是石漠化过程中一个关键环节。喀斯特地区地表广泛覆盖的红粘土在降雨条件下随着含水量的增加和人工垦殖的影响,剪切强度会产生变化,更易发生水土流失。本文以贵州普定石漠化研究区（陈旗村）的红粘土为例,以原状土模拟未经扰动的土样,以重塑土来模拟经过开垦被扰动后的土样,设计了原状土和重塑土在不同含水量下的直剪试验,初步地研究了这一变化规律。结果表明:在含水量大于35%时,石漠化地区红粘土粘聚力和内摩擦角均随着含水量的增加显著降低;在同一含水量水平下,原状土的抗剪强度明显优于重塑土,且随着含水量的增加,重塑土的强度衰减较之原状土快许多,表明了经过人工垦殖后的红粘土在降雨条件下更易发生水土流失。       

高填方路堤强夯效果的现场检测及三维有限元模拟

针对河南某岩石碎渣高填方路堤,提出了夯击能1000kN·m、虚铺厚度1.5m的强夯施工工艺,对试验段进行了现场检测：地质雷达波形较好地反映强夯后虚铺层厚度的减小幅度,并可判断强夯水平有效加固范围为4m,瑞利波速沿深度变化比较均匀,平均值达到了310m·s-1,重型动力触探结果表明试验段达到中密程度,灌水法测得的固体体积率都达到了83%以上,上述检测结果说明强夯的加固效果比较理想。采用ABAQUS有限元分析软件,将夯锤简化为刚性体,通过施加竖向初速度的方式模拟了强夯作用,结合雷达测试结果,认为夯沉量20mm可作为强夯的有效加固范围,最后模拟了存在涵洞结构物的路堤的强夯作用,指出涵洞上方路堤厚度必须达到8m以上,才能保证强夯安全作业。     

龙游石窟岩面水岩作用研究

在龙游石窟砂岩胶结物的粘土矿物类型及特性研究的基础上，对窟内的积水、洞室顶部的裂隙渗水、地表水及衢江水等水样进行化学分析，结果表明石窟砂岩的矿物组成及构造, 决定了洞室渗水的水质，是造成水质不同的主要原因。对石窟洞室砂岩试样分别浸沉在上述水及蒸馏水中，并定期对浸沉水样进行化学分析，研究了石窟砂岩与水的相互作用机理，结果表明：由大气降水入渗而形成的渗透水对石窟的影响主要是渗透过程中发生的水化、溶脱、氧化等反应，从而导致洞室砂岩的矿物组成及构造产生变化，同时也直接影响了渗透水的水质。因此，粘土矿物与水之间有着相互制约，相互影响的作用，但是岩石中所含粘土矿物特性是使砂岩发生风化的主要原因。     

龙山门断裂带活动特征与工程区域地壳稳定性评价理论

以弱非线性涡黏性模型为出发点,对Delery分离流动实验结果进行分析并获得了非平 衡态分离区涡黏性系数与形状因子J之间的非线性关系. 该非线性关系显示在分离起始阶段, 涡黏性系数较平衡态先减小,后增大;再附阶段,涡黏性系数较平衡态数值逐渐增大,并在 再附点位置接近最大,而后又逐渐减小,恢复到平衡态水平. 总结涡黏性系数的 这种非线性发展数学关系式,并将它应用于BL模型,在不添加微分方程的情况下发展出一种 适用于分离流动的改进代数湍流模型. 对低速平板流动,跨声速,超声速以及高超声速分离 流动的计算结果表明,该改进湍流模型可以较准确地模拟各类复杂分离流动,计算精度明显 优于传统代数模型以及一些两方程模型,而计算工作量仍与BL模型相当. 这表明所提出的 涡黏性系数非线性发展规律是正确的,且应用在二维分离流动中具有一定的普适性.     

2009年6·5重庆武隆鸡尾山崩滑灾害基本特征与成因机理初步研究

2009年6月5日下午15时许,重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体发生了大规模的崩滑,约500万m3被结构面切割成“积木块”状的灰岩山体,沿缓倾页岩软弱夹层发生整体滑动。高速运动的滑体物质在堵塞前部宽约200m,深约50m的铁匠沟沟谷后,形成平均厚约30m,纵向长度约2200m的堆积区,掩埋了12户民房和正在开采铁矿的矿井入口,造成10人死亡,64人失踪,8人受伤,成为近年来少有的一次崩滑灾难性事件。本文在对灾害现场进行大量地质调查的基础上,结合遥感、三维激光扫描等综合手段,对鸡尾山崩滑体特征进行了详细描述,对灾害发生原因进行了初步分析。结果表明,鸡尾山山体垮塌是在不利的地质结构条件下,并受到长期重力、岩溶等作用和采矿活动的影响,因前部起阻挡作用的关键块体被剪断突破而导致的一起大型山体崩滑事件。深入研究鸡尾山崩滑体的形成条件和成灾机理,对我国西南地区存在与鸡尾山崩滑体类似地质条件的灾害隐患点的减灾防灾工作,具有重要的指导意义。     

关于物理潜蚀作用及其概念模型的讨论

在对国内外物理潜蚀作用相关文献进行调研的基础上回顾了潜蚀作用的研究历史,对目前物理潜蚀作用研究中存在的问题进行了总结。指出潜蚀工程地质问题在各类工程建设活动中已经变得越来越突出,但由于潜蚀作用发生环境的多样性、作用方式的复杂性、发生过程的随机性等原因,造成实际应用中将各种潜蚀作用尤其是物理潜蚀作用过程的概念经常混淆。对"管涌"、"渗透压密"、"接触管涌"、"接触冲刷"、"流土"、"突涌"、"接触流土"、"流砂"、"流滑"等物理潜蚀作用的发生机理进行了深入细致的分析,在此基础上对目前一些界定不严格的物理潜蚀相关概念进行了辨析和澄清,初步建立了清晰的物理潜蚀作用概念模型,为潜蚀工程地质进一步研究奠定了基础。     

粘性土各向异性特性的PFC数值模拟

本文采用PFC^2D来建立能够反映粘性土微观结构的模型,对不同方向的切样分别进行剪切试验,得到不同方向上剪切的应力应变曲线、剪应变-体应变曲线,求得不同方向上的弹性模量、泊松比、体积模量和剪切模量4个参数,得到其变化规律。粘性土各个方向上剪切强度峰值强度基本沿竖直方向对称分布,呈现出由竖直方向到水平方向剪切的峰值强度由大到小的变化规律。     

主应力轴旋转对压实黄土动变形特性的影响

实际工程中的地基或路基的土体往往处于复杂初始应力状态,在地震或其他动荷载的作用下会出现变形和沉降,而常规的室内土工试验无法真实再现这种固结应力条件下土的动力特性。通过对原有的DTC 199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后可进行土体在主应力轴发生旋转时的压实黄土动变形的试验研究。结果表明,在其他固结条件不变的情况下,初始主应力方向角α对压实黄土的动剪切模量有一定的影响,随着α的增加,动剪切模量有减小的趋势,最大动剪应力也逐渐减小,但是α对最大动剪切模量的影响不太显著。初始主应力方向角α对压实黄土的阻尼比基本没有影响,在λ-lgγd的半对数坐标图中,阻尼比随动剪应变的增加有逐渐增大的趋势,并且表现出较好的相关性。