干湿循环作用下红砂岩侧限膨胀应力时程模型

采用湖南株洲地区的红砂岩样,进行了不同干湿循环次数和不同干燥温度影响下的侧限膨胀应力试验。结果表明:岩石侧限膨胀应力是时间的函数,可以用快速膨胀阶段、减速膨胀阶段和缓慢稳定阶段表征;干湿循环作用和干燥温度对红砂岩的膨胀产生显著影响,随循环次数的增大,最大侧限膨胀应力先增大后减小;干燥温度越高,不同循环次数下的侧限膨胀应力越大。建立了考虑循环次数与干燥温度影响的侧限膨胀应力时程模型,并验证了模型的正确性。所得结论可为保证膨胀岩地区工程建设的安全性和稳定性提供指导。     

膨胀土-胶粉（ESR）强度特性室内试验研究

膨胀土是一种特殊的区域性黏土,在我国分布非常广泛,所引起的灾害问题也日益突出。为了提高资源的循环利用,减少膨胀土灾害潜在的影响,笔者进行一系列用废弃轮胎胶粉改良膨胀土的探索。主要是通过室内无侧限抗压强度试验,研究膨胀土及膨胀土 胶粉（expansive soil rubber,简称ESR）强度特性,进一步分析胶粉含量、含水率等因素对无侧限抗压强度的影响,根据试验结果总结出胶粉改良膨胀土无侧限抗压强度的最佳含量为20％,同时证明了废弃轮胎胶粉改良膨胀土具有良好的效果,从而为膨胀土改良开拓一个新的方法。     

考虑强度参数劣化的砂岩非定常蠕变模型研究

为了更好地研究岩石在不同应力作用下的蠕变变形特性,采用TAW-2000岩石试验系统对围岩开展了单轴蠕变试验;将西原体模型蠕变参数转化为关于时间的函数,且将强度参数也转化为关于时间的函数,进一步将屈服函数非线性化,构建出一种新型的非定常分数阶蠕变模型,并通过试验数据来验证模型的正确性与合理性。结果表明:轴向蠕变变形总体上随应力水平的增加而增加,但蠕变变形占总变形的比例先增大再减小,反映了试样内部结构的不断损伤与劣化过程;该模型不仅准确地反映了衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性,也克服了传统西原体模型难以描述加速蠕变的缺点;同时考虑到蠕变参数随应力和时间变化发生的劣化,可以更好地描述不同应力状态下岩石的蠕变损伤过程,为建立非定常蠕变模型和确定模型参数提供一个新的思路。     

宁明膨胀土侧限有荷膨胀变形试验研究

首先分析了国内外膨胀土膨胀变形试验研究的现状,接着针对南宁-友谊关公路宁明段灰白色膨胀土,采用侧限有荷膨胀试验,在分析探讨膨胀土有荷膨胀率与上部荷载的关系以及终了含水量和上部荷载的关系、过程含水量与吸水量的关系的基础上,推导出了膨胀土在侧向约束、上部加压条件下膨胀应变与含水率、上部荷载之间的关系式,并用之对南友路膨胀土路堤的修筑提出了一些建议．     

冀西北地区凝灰岩吸水及膨胀特性研究

以京张高铁某隧道工程提供的膨胀性凝灰岩为研究对象,采用改进设计的岩石连续吸水膨胀力试验仪,对凝灰岩的吸水及膨胀特性进行了试验研究。以湿度应力场理论为基础,从理论上推导了凝灰岩膨胀力与含水率关系,并对试验结果进行了验证,结果表明:(1)凝灰岩的饱和吸水率为15.91%～17.83%,吸水率随着时间的增长而呈现出对数增长,吸水特征曲线可以分为3个阶段:快速吸水阶段、减速吸水阶段、残余吸水阶段;(2)凝灰岩饱和吸水膨胀力为81.87kPa～95.4kPa,膨胀力随着时间的增长而呈现出对数增长,且具有滞后效应;膨胀特性曲线分为3个阶段:快速膨胀阶段、减速膨胀阶段、残余膨胀阶段;(3)根据推导的公式,工程上可通过测定含水率来估算凝灰岩膨胀力的大小。     

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。     

冻结黏土侧限压缩变形的S-M模型

为合理设计冻结壁及确保施工安全,掌握人工冻土侧限条件下压缩变形特性非常必要。对山西省某煤矿深部黏土在不同冻结温度、含水率下,采用分级加载的方式进行侧限一维压缩试验,得到一维压缩应力-时间-轴向压缩变形之间的关系,并根据曲线变化分析可知:同一含水率及加载应力下,温度越低,轴向压缩变形量越小;相同温度下,随着含水率和加载应力的增加,压缩变形量也逐渐增大。引入Singh-Mitchell(S-M)模型,同时考虑温度、含水率和加载应力为模型自变量,建立改进S-M模型,通过对轴向压缩变形取对数的方式计算改进S-M模型参数。将改进S-M模型计算结果与侧限一维压缩变形试验结果进行比较,研究发现:模型计算曲线与试验曲线吻合度较高,模型计算曲线能够反映冻土从初始变形状态到稳定变形状态的变形特性,能准确预测压缩变形曲线的变化趋势,且改进S-M模型涉及参数较少,实际应用价值高。     

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。     

Bingham 流体中蛋白质气泡动力学特性研究

根据粘弹性蛋白质气泡有限变形的应力方程,利用Bingham流体的本构关系,得到Bingham流体中蛋白质气泡在内外压力差、弹性有限变形应力及粘性耗散产生的应力共同作用下内径的非线性振动方程．运用数值方法求解该方程,对蛋白质气泡有限变形的振动特性进行分析．研究了流体的静压力、Bingham流体的特性参数、蛋白质膜的粘弹性对蛋白质气泡振动特性的影响．结果表明,蛋白质气泡膜的振动具有非线性特性,降低气泡内外的压力差,振幅减小,振幅随时间衰减变慢,振动频率降低,平衡时气泡变形小,变形达到平衡时所需的时间也相对较短;增加Bingham流体的塑性粘度会使振幅衰减速度加快,频率降低,平衡时气泡变形小;增加蛋白质膜的粘弹性会抑制气泡的振动,增强气泡承受载荷的能力．     

岩样单轴压缩变形破坏与能量特征研究

基于在伺服试验机上得到的同直径不同长度大理岩样的单轴压缩试验结果,研究了尺寸对岩石变形破坏与能量特征的影响规律.结果表明,岩石长度对峰值应力前的轴向变形特性没有显著影响,但明显改变峰后的轴向变形特性;岩样长度对峰后塑性变形特性影响不大;直径一定时随着长度的增大,岩样破裂形式由竖向劈裂变为剪切破坏.随着长径比的增加,岩石破坏应变能呈幂律衰减趋势,且当长径比增加至2以后,便基本趋于恒定,不再明显减小;而岩石破坏能呈先减小后增大的非线性变化趋势.     

"5 12"汶川地震震后龙门山山前地表塌陷成因探讨

应用NND有限差分格式求解轴对称可压缩N-S方程,研究了不同驻室与 环境压力比条件下欠膨胀超声速射流近场的失稳特性. 计算结果表明欠膨胀超声速射流的失 稳机制根据射流激波结构的特征可分为3种失稳模式：具有规则反射激波结构和单一剪切层 特征的射流不稳定性;带有马赫反射激波结构和双剪切层特征的射流不稳定性;具有弯曲马 赫杆和高度欠膨胀射流的不稳定性. 对于欠膨胀超声速射流,沿射流方向重复出现拟周期性 的射流激波结构是射流稳定发展的特征,这种射流激波结构的消失是射流开始失稳的标志.     

浅埋双连拱隧道围岩——边坡体系变形机理及稳定性分析

双连拱隧道是一种新的隧道形式, 由于其整体跨度大、结构复杂、施工工序繁琐, 在地形偏压、地质条件复杂的情况下修建双连拱隧道难度较高, 尤其在洞口段容易出现衬砌开裂、边坡变形等一系列工程问题。结合安徽铜黄高速公路汤屯段富溪隧道进口段工程, 采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段, 对复杂地质条件下偏压双连拱隧道围岩① 边坡体系在施工过程中应力应变发展过程进行了研究。综合分析表明, 富溪隧道进口段处于F5断层影响带内, 岩体呈碎裂结构,同时, 受到地形偏压影响, 隧道开挖后衬砌和围岩表现为沉降变形和侧向变形, 进口边坡在隧道围岩变形的诱导下, 表现为“蠕滑- 拉裂”变形破裂。根据以上研究成果, 提出了富溪隧道变形治理应以控制进口段隧道拱顶的变形为主。     

南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

厦门岛西水东调对海岛地下水质的影响分析

海岛是一种独特的生态系统, 由于其特殊的水文地质条件, 水资源相对比较贫乏, 一般都依靠地下水维持岛上生产生活用水, 如果地下水质受到影响, 则会带来较大的风险。岛内地表淡水湖泊水体污染严重。为了解决岛内地表淡水湖泊水体污染问题, 决定调用海水对其进行稀释, 而这一方案则有可能造成引水工程沿线海水侵入地下水问题。本文采用有限元方法分析从厦门西侧的筼筜湖经松柏湖调水到钟宅湾对周围地下水质和湖库水体的影响, 以及在丰水年和枯水年湖库水体和海水水体之间的补给关系。分析表明: 工程在一年左右对周围地下水的影响将趋于稳定, 工程沿线150～800m 范围内地下水的盐度产生了明显变化。在枯水年, 由于地下水位下降, 海水有可能会补给湖库, 引起湖泊盐度升高, 对工程沿线特别是饮用水备用水源湖边水库造成潜在的威胁。     

铁岭组中风化柱状叠层石灰岩强度确定概率方法

研究区大量分布中风化柱状叠层石灰岩, 岩石强度具有很强的变异性和区域性, 而岩石强度是影响边坡稳定的重要因素。要进行边坡稳定性评价, 就需要对研究区现场试验数据作为随机变量进行概率统计分析, 获取可靠的岩石强度指标。本文通过对研究区内中风化柱状叠层石灰岩( t2³ ) 现场点荷载实验数据进行统计分析, 利用x² 检验进行拟和, 得到岩石强度的概率密度函数和概率分布形式, 抗压强度和抗拉强度均服从对数正态分布。在此基础上, 结合相近岩性岩石强度的拟和结果, 建立区内中风化柱状叠层石灰岩点荷载试验强度概率分布函数。运用Bayes估计推断区域内中风化柱状叠层石灰岩岩石点荷载强度, 得到岩石抗压强度预测值为72. 42 MPa, 抗拉强度预测值为2. 29 MPa, 相对误差较小, 样本信任度达到70%以上。该方法对于岩石强度估计是有效的, 由该方法所得到的估计值对研究区边坡稳定性评价以及后期边坡治理都具有重要的实践意义。     

典型冰水堆积体浪蚀作用下变形破坏机制研究

大渡河中游沿岸中海拔地区广泛分布的一层冰水堆积体大多具有较为密实的结构和一定程度的胶结, 在风浪作用下的变形破坏机制与其他堆积体存在较大差别。通过对某电站库区高速公路冰水堆积路基岸坡调查和试验分析认为, 该冰水堆积体属级配良好的含细颗粒的粗粒～巨粒混合土, 颗粒之间嵌合紧密, 一般呈中密～密实状, 具有不同程度的泥质、钙质胶结, 其强度明显较其他松散堆积体高。通过采用地质过程定性分析和有限元半定量评价相结合的手段对该冰水堆积体在风浪作用下的变形破坏机制进行了分析和研究, 认为该类冰水堆积体在风浪作用下主要表现为淘蚀- 坍塌型失稳模式。     

关于衢州古城墙通仙门凝灰岩砌块相对风化速度的研究

岩石风化速度历来受到工程地质学界和地貌学界的关注, 但由于岩石在自然条件下的风化速度很慢, 通常很难测到定量化的结果。为了研究衢州古城通仙门城台基座的凝灰岩砌块的相对风化速度, 作者利用与之相邻的石英砂岩水平砌块和它之间风化厚度的比较来估算凝灰岩相对于石英砂岩自明代筑城开始至今的相对风化速度, 得出平均风化速度为0.086mm·A^-1的结论。     

结合水动力学原理在旬阳水电站安康城区及周边浸没研究中的应用

旬阳水电站库尾安康城区及周边地区系汉江左岸河流阶地和高、低漫滩, 具有典型的二元结构特征, 其中高漫滩表部普遍分布有较厚的人工填土。本文在浸没研究中应用结合水动力学原理以及粘性土的渗流特征, 确定测压水位和粘土层含水带水位关系, 针对不同建筑物的基础类型、埋深、填土层厚度、郊区农作物类型等, 确定不同的浸没临界深度。并通过7个不同正常蓄水位工况的地下水壅高计算和粘土层内的含水带埋深计算, 分析和研究浸没程度和范围, 最终确定合理的正常蓄水位, 为完成本工程水库移民安置工作提供了可靠的地质依据。     

上海深部硬土渗透特性试验研究

上海深部硬土层的沉降显著滞后于水位变化, 本文通过一系列渗透试验进行了相关问题的研究, 包括初始水力坡度, 结核对渗透性的影响, 压力对渗透性的作用, 以及孔隙比与渗透系数之间规律的研究。结果表明硬土的渗透速率与水力坡度之间符合良好的线性关系, 满足达西定律; 大量的致密结核对渗透性影响微弱; 应力增加导致渗透性降低, 渗透系数与孔隙比呈指数规律变化。基于试验成果评价了1989～2007年天然硬土的渗透性变化, 此期间硬土层边界水位下降了近30m, 硬土层的沉降造成了该层渗透性的降低, 但土层的平均渗透系数改变不大。     

黄土填方高边坡变形破坏机制分析

本文依据西北某油田倒班基地黄土填方高陡边坡工程勘察, 研究了该边坡的变形破坏机制, 通过对边坡工程地质条件及变形破坏分析, 建立FLAC^3D地质模型, 采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制。研究结果表明, 主要变形区或破坏区为陡坎周围至其沿坡面向下20～25m 的范围之间, 其破坏深度底界为全新世填土层Q4与原状黄土Q3接触面, 但要重点控制沿坡面向下20～25m 的范围之间的变形。数值模拟结果表明, 该边坡目前整体稳定性较好, 不会发生整体变形破坏。