土石混合体重塑样制备及其压密特征与力学特性分析

基于土力学与岩石力学的实验室力学试验原理与方法,本文首先探索了土石混合体重塑样的制备、压密特性等问题,初步给出土石混合体重塑样制备的一个标准流程,并揭示了土石混合体的压密特性与机制,即土石混合体压密主要是土体的压密,但块石直接影响其压密效果,并指出本次试验土石混合体50锤次可达到的最佳压密效果,而压密机制随含石量增加而有所变化。运用高精度岩石试验机,首次进行了土石混合体的单轴压缩试验。试验表明,在无侧限条件下块石与土体无胶结,导致了试样实际承载面积减小,使其抗压强度与弹模反而低于土体; 而土石混合体中块石形成骨架结构的力学响应是土石混合体的一个重要的力学特性。     

土石混合体直剪离散元数值试验研究

工程中普遍存在的土石混合体以其复杂的工程地质力学性质越来越受研究者的关注。由于"块石"的存在使得土石混合体在细观层次上呈现明显的结构性特征,这种结构性将影响甚至控制着其变形破坏机制及宏观力学特征。本文借助三维颗粒离散元分析软件YADE分别从含石量、试样尺寸、强度特性等角度对土石混合体的力学性质开展了一系列的数值直剪试验研究工作,并取得了一些有意义的研究成果:在含石量及粒度组成相同的情况下土石混合体的宏观抗剪强度及剪胀性随着试样尺寸的增加而呈现降低趋势,而在相同试样尺寸下将随着含石量的增加而增加;内部块石的存在影响着其细观应力状态,从而影响其宏观力学特性。     

块石形状对土石混合体力学行为影响的颗粒流模拟

考虑块石形状为球体、正方体和长方体三种情况,通过正方体与球体相比较来探究块石棱角度不同对土石混合体力学特性的影响,通过长方体与正方体相比较来探究块石球度不同对土石混合体力学特性的影响。首先,提出特定形状块石三维离散元精细建模的方法;接着建立含石量为30%和80%的块石形状分别为球体、正方体和长方体的土石混合体三维颗粒流数值模型;然后,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流模拟,获得了不同含石量及不同块石形状的土石混合体试样的宏观力学特征;最后,详细分析了块石形状对土石混合体力学行为影响的细观机理。结果表明,块石形状会影响土石混合体的力学行为,其影响的程度与含石量密切相关;配位数、块石颗粒平均旋转量和摩擦功的演化规律能够很好地从细观水平上反映块石形状的作用机理。     

胶结土石混合体力学特性的块石形状效应细观机理分析

考虑块石形状为球体、正方体和长方体三种情况,通过正方体与球体相比较来探究块石不同棱角度对胶结土石混合体力学特性的影响,通过长方体与正方体相比较来探究块石不同球度对胶结土石混合体力学特性的影响。首先,基于不规则颗粒三维离散元精细模拟技术实现了正方体和长方体块石数值模型的建立;然后建立含石量为30%和80%的块石形状分别为球体、正方体和长方体的胶结土石混合体三维离散元随机结构模型;最后,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流数值模拟,获得了不同含石量、不同块石形状下胶结土石混合体的强度特征和变形特征,并分别就低、高两种含石量下块石形状对土石混合体力学特性影响的细观机理进行了深入地分析。结果表明：块石含量和形状均会显著影响胶结土石混合体的力学特性,并且两者间具有复杂的交互作用;微裂纹、块石颗粒平均旋转量、应变能和摩擦功等的演化规律能够很好地从细观水平上反映块石形状影响的作用机理。     

含石量对土石混合体压桩承载力影响的离散元分析

土石混合体是介于土体和岩体之间的一种非均质、非连续和非线性的特殊工程地质材料,其在压桩贯入过程中的承载力受含石量的影响非常显著。本文分别采用球形颗粒和非规则镶嵌组合颗粒模拟土体颗粒和块石,对不同含石量下压桩贯入过程进行离散元数值分析。计算结果表明,桩柱阻力及其波动规律在不同含石量下有很大的差别。高含石量下的阻力要明显大于低含石量下的阻力,且其波动性也更加明显。通过对土石混合体内部力链结构的细观分析,揭示了压桩贯入过程中承载力随含石量变化的内在机理。以上研究有助于分析土石混合体材料的宏观力学行为,深入研究其在复杂工程条件下的力学特性。     

循环荷载下土石混合体力学特性野外试验研究

土石混合体是一种物理、力学性质非常复杂的不连续介质。以云南某高速公路土石混合体边坡为例,分别对选取的3个试验点进行了单调加载、循环加载一次及多次循环加载试验,获取了其相应的剪切位移-剪切应力关系曲线,并对其曲线特征进行分析研究。通过对试样三维滑动面的形态分析,指出由于土石混合体三维滑动面的不规则性,利用传统的二维计算方法难以得到较为准确的强度参数。基于三维极限平衡理论,提出了土石混合体水平推剪试样强度参数的三维数据计算方法。并利用该方法得到了研究区土石混合体的相应的强度参数及残余强度参数。     

脆性土石混合体单轴压缩特性的影响因素研究

土石混合体在我国分布广泛且力学性质差异极大,研究其单轴压缩特性的影响因素至关重要。借助量纲分析,阐明了土石混合体单轴压缩特性与各影响因素间的无量纲关系。提出了一种块石随机生成技术,可产生指定级配的随机块石系统。借助连续-非连续数值模拟方法CDEM（Continuum Discontinuum Element Method）,探讨了具有一定结构性的脆性土石混合体材料的宏观力学特性及其影响规律,并重点分析了该类土石混合体的含石量、土石交界面强度与其宏观本构曲线、单轴抗压强度以及破坏模式的对应关系。研究结果表明,随着含石量的增加,脆性土石混合体的宏观单轴抗压强度迅速减小,含石量超过15%之后,单轴抗压强度基本不变。相同含石量及块石分布的情况下,随着交界面比强度的增大,宏观单轴抗压强度逐渐增大;当交界面比强度大于20时,单轴抗压强度基本不变;当交界面比强度小于1时,主要出现贯穿整个试样的裂缝;当交界面比强度大于1时,主要在试样中上部出现局部的压剪破碎。     

浅表风化混杂土石体特定比对物的力学特性试验研究

在土石混合体力学特性研究中,试验样本通常取自实际工程,所含物质成分复杂多样,使得试验结果离散程度较高、可验证性较差,所得结论尤其是其结构性与宏观力学行为间的关联对工程实际的指导意义体现不足。为此,从物质组成的角度设计一种特定土石混合体材料:块石均为未风化的同种岩石,基质土为矿物组成相同的同种土。该材料物质成分均一、稳定,具有可验证性。本文以此为比对物试样,基于室内大型三轴试验,在验证试验结果可重现性的基础上,重点分析块石级配、制样干密度、块石分布三种宏观尺度结构性指标对特定土石混合体应力-应变特性、强度特征参数、初始弹性模量的影响规律;将试验结论与已有研究成果进行了比对;对昭山残坡积堆积体力学特性进行了推定与验证。结果表明:特定土石混合体在同一工况下的试验具有较好的可重现性;粗粒含量较高时,应力-应变曲线存在锯齿状波动,并呈现"台阶状"走势;试验得出两类典型应力-应变曲线;不同块石空间分布下试样出现不同的变形破坏特征;细粒含量与10～40mm粗粒粒组含量对强度指标影响较大;试验得出已有研究共性成果之外的结论,有利于区分试验结果中的现象与规律,能够为类似工程实践提供更可靠的理论指导。     

块石对土石混合体力学性能的影响研究

土石混合体是一种由强度较高岩块、强度较低的土体充填成分及相应孔隙等多相体系组成的复杂地质材料。我国中西部地区诸多地质灾害的发生均与其抗剪强度密切相关。影响土石混合体力学性能的因素很多。本文采用柔性边界条件下的大型剪切实验,从含石量、块石排列、块石尺寸三个方面研究了块石对土石混合体力学性能的影响。通过正交实验确定了3种因素对土石混合体抗剪强度的影响顺序及各因素的显著性水平,研究发现在这3个影响因素中,块石尺寸对土石混合体抗剪性能的影响最大,含石量次之,块石排列的影响最小。     

脆性土石混合体单轴压缩特性的影响因素研究

土石混合体在我国分布广泛且力学性质差异极大,研究其单轴压缩特性的影响因素至关重要。借助量纲分析,阐明了土石混合体单轴压缩特性与各影响因素间的无量纲关系。提出了一种块石随机生成技术,可产生指定级配的随机块石系统。借助连续-非连续数值模拟方法 CDEM(Continuum Discontinuum Element Method),探讨了具有一定结构性的脆性土石混合体材料的宏观力学特性及其影响规律,并重点分析了该类土石混合体的含石量、土石交界面强度与其宏观本构曲线、单轴抗压强度以及破坏模式的对应关系。研究结果表明,随着含石量的增加,脆性土石混合体的宏观单轴抗压强度迅速减小,含石量超过15%之后,单轴抗压强度基本不变。相同含石量及块石分布的情况下,随着交界面比强度的增大,宏观单轴抗压强度逐渐增大;当交界面比强度大于20时,单轴抗压强度基本不变;当交界面比强度小于1时,主要出现贯穿整个试样的裂缝;当交界面比强度大于1时,主要在试样中上部出现局部的压剪破碎。     

浅谈工程地质学的基本理论与方法——工程·环境整体论与整体观方法论

工程地质学的研究目的, 是使工程建设和运营最大限度地适应并保护环境 (天人整体论 )。因此其研究内容, 围绕工程与环境的相互作用这个核心, 包括天然工程地质条件和环境、工程的地质作用和环境效应即人为地质现象, 特别是人为地质灾害的可能性。这些研究, 都应从区域到场地再到区域, 从深部到浅表再到深部 (区域—深部控制观点和环境效应扩展观点 ), 从历史到现状到远近未来 (自然 -人为历史观点 ) ;环境效应应从单项到全部 (全面无遗 )再到单项 (突出重点 ) (时空态整体论 )。而其研究方法, 应是岩体, 土体结构力学、岩体、土体水力学与岩土水气物理化学的微观研究并举但突出结构力学, 地质科学、环境科学、工程科学、系统科学的宏观研究并举但突出地质科学 (宏观微观整体论 ) ;建立地质模型、力学模型、数学模型和管理模型, 并与探测、测试、模拟实验、计算预测、监测、管理技术的开发应用相结合, 以求解和实现模型 (手段目的整体论 )。根据以上论述, 文中还对工程地质学的学科体系、学科地位、机构设置、人员培养等提出建议。     

世纪·国情·科技发展与工程地质学走向

通过对 2 1世纪初科技和经济、社会发展趋势的综合分析 ,基于中国现代化进程中基础设施建设的需求 ,工程建设的环境安全与经济效益统一的取向 ,以及学科的自然科学与人文科学的双重属性 ,作者认为工程地质学的研究与发展方向是 :以工程建设与地质环境互馈过程研究为核心 ,“地质工程”与“岩土工程”嵌套发展 ;加强工程地质学理论 -地质技术 -工程建设的紧密结合 ,进一步实现工程地质学为工程建设服务的价值。文章还论述了工程地质与环境领域服务于三个层次生产力布局、整体发展趋势、关键环节以及科学方法与技术的基本框架 ,并就当前工程建设中亟待解决的科学技术难题进行了初步分析。     

三峡工程地质勘察研究的理论与实践

举世瞩目的三峡工程目前已进入关键的建没阶段。本文从区域稳定与地震危险性、水库区工程地质与环境地质、水库诱发地震、坝址及建筑物工程地质以及天然建筑材料等五个方面论述三峡工程长期以来所进行的工程地质勘察研究工作,并着重对三峡工程区的地质地震问题作了较为详细的探讨。最后对这一巨型工程的地质勘察工作进行了经验总结。     

践行工程科学思想的体会

郑哲敏先生一生积极践行和倡导钱学森先生的工程科学思想, 传承和发扬工程科学思想对推动我国技术创新有十分重要的现实意义. 本文首先阐述了工程科学的定义、方法论和特点, 强调了提出新的解决方案是工程科学的核心内容以及工程科学家对技术创新的作用. 其次通过分析水下爆炸处理地基、三峡围堰相关技术等工程案例, 诠释了工程科学在技术创新中的作用; 讨论了工程计算与数值模拟的理论基础及工程科学属性, 选取广义计算变量、构建解的结构是数值模拟中创造性的工作; 连续非连续计算方法的核心在于构建了计算过程中时域内可增减的广义计算变量, 列举了几个体现工程科学方法论的计算案例; 介绍了滑坡灾害防治关键力学问题研究中践行工程科学思想的工作, 讨论了监测与数值模拟相结合的可行性及渐进破坏和破裂度概念. 最后基于开发高压卸荷矿石粉化技术的认知提出了岩石物理学发展的几个工程科学研究方向.      

珊瑚礁工程地质研究的内容和方法

珊瑚礁工程地质研究的主要内容为珊瑚礁自然地质条件、珊瑚礁岩土物理力学性质和珊瑚礁混凝土料问题。除了通常的工程地质研究方法外, 着重介绍珊瑚礁工程地质研究的钻探、触探和地球物理勘测方法。     

上海地铁隧道建设中工程地质条件及主要地质问题研究

随着上海地铁隧道建设大规模的展开,建设中面临的工程地质问题日趋凸现。本文结合上海市特有的地质条件,分析了与地铁隧道建设相关的工程地质条件,包括工程地质结构特征及浅部含水层地下水位特征。在此基础上,对地铁车站基坑开挖以及区间隧道施工可能面临的工程地质问题进行了分析研究,绘制了市中心地区工程地质问题严重性程度分区图,可为工程设计、施工提供从参考依据。     

工程水文地质学及其在水电工程中的应用概述

工程水文地质问题产生于人类工程活动与地质环境中岩土体和地下水之间的相互制约和相互作用过程中,由于问题本身的复杂性,目前对这类问题的研究尚处于相对分散的单一研究状态,缺乏系统的从地质机制分析到地质模型抽象,进而由模拟再现到发展趋势预测以及治理措施论证的全过程研究。本文在系统分析、总结水电工程中水 -岩和水 -工程建筑的作用类型及特征基础上,认为可能出现的工程水文地质问题主要是;水库诱发地震、岩溶渗漏、库岸及高边坡的稳定、坝基、坝肩抗滑稳定、枢纽区深层承压水问题等。     

煤层节理及其工程地质意义

煤层节理在煤层中普遍发育, 它不仅是矿井构造研究的重要内容, 同时也是极其重要的工程地质因素。煤层节理影响煤层的结构构造和物性特征, 从而影响煤层采落特征、顶板工程性质、瓦斯运移规律和煤层气储运采工程地质条件。研究掌握煤层节理几何和力学特征, 可指导井巷工程布置、采掘工艺的选择、安全措施的采用和煤层气开发方案的制定。     

液滴热毛细迁移问题的研究进展

液滴或气泡的迁移现象无论是在流体力学的基础研究中，还是在材料加工，化学工程等实际 应用中都是一个很重要的课题。在微重力环境中，如果在液滴或气泡所在的母液中外加一个温度 场，则液滴或气泡就会由于表面张力分布的不均匀而发生迁移运动。这种运动被称为Marangoni迁 移或热毛细迁移运动。本文综述了液滴或气泡的热毛细迁移问题历史研究中理论分析，数值模拟 以及实验方面的主要结果，阐述了该问题的研究发展过程。目前液滴迁移问题的研究状况，理论 分析解还只限于线性及弱非线性的定常问题，数值模拟工作已经得到了在热对流作用比较小的时 候液滴的非定常迁移过程，但是对于热对流影响很大的情况(Marangoni数大于100)则尚未得到过 与实验中观测到的相一致的理论结果。本文在总结前人研究的基础上，同时给出了在对于热对流 作用较大时液滴热毛细迁移非定常问题的最新的数值模拟的结果，并对该问题在此情况下产生的 新的变化也给予了分析。最后，文中分析了当前研究中所存在的问题并进一步展望了液滴热毛细 迁移问题在未来的发展方向。     

水泥水化的微结构与性能演化研究进展

水泥是一类重要的工程结构材料,其力学性能依赖于水泥的水化过程．综述了水泥水化的微结构和性能演化的研究进展;评述了研究水泥水化过程的实验方法和理论方法;详细介绍和评述了水泥水化的微结构仿真模型、力学分析模型以及建立微结构．性能关系的基本方法．分析和展望了未来水泥水化的主要问题和研究方向．