临近边坡的基础的极限承载力

本文推导了了靠近边坡的基础的极限承载力计算公式,它由地基内摩擦角,粘聚力,土壤比生,以及几何参数：基础宽,坡顶距和坡角等完全决定。     

基于三维离散元堆积碎石土细-宏观力学参数相关性研究

以室内三轴压缩试验为基础,运用PFC3D离散元软件生成含有不同形状碎石块的1∶1堆积碎石土数值模型,标定得到相应的细观参数(相对误差控制在10%以内)。改变细观参数,定量探讨其与宏观力学参数(粘聚力和内摩擦角)关系,得到细观参数与粘聚力、内摩擦角的细-宏观参数关系式,并对其可靠性进行了验证。研究发现,(1)粘聚力与接触粘结力、颗粒摩擦系数呈线性正相关;同时受粘结力比值M=σc/τc的影响,当M1时,粘聚力随着M的增加而线性增加;M≥4时,粘聚力趋于稳定。(2)内摩擦角与颗粒摩擦系数呈对数关系,与接触粘结力呈抛物线关系。(3)细-宏观参数关系式是在含水率为7%室内试验结果基础上研究得出,将关系式运用到含水率为9%和11%的室内试验结果进行标定验证:依据含水率为9%和11%室内试验得到的c和φ值,运用细-宏观参数关系式计算得到细观参数,经验证其数值-室内试验结果相对误差在10%以内,说明通过细-宏观力学关系式得到的细观参数符合精度要求,关系式可靠。为后续土石混合体数值试验研究者进行细观参数标定工作提供了参考依据。     

不同含水率和压实度铅锌尾砂抗剪强度试验研究

尾砂的抗剪强度是分析尾矿坝失稳问题的重要参数。为了探究含水率和压实度对铅锌尾砂抗剪强度的影响,开展三种压实度(80%、90%、100%)情况下五组不同含水率(3%、6%、9%、12%、15%)铅锌尾砂试样的抗剪强度试验。结果表明:铅锌尾砂的剪应力随压实度的增大而增大,随含水率的增大先增大后减小;随着含水率的增大,铅锌尾砂的内摩擦角先减小后增大,粘聚力先增大后减小;在含水率为6%时,粘聚力最大;随着压实度的增大,铅锌尾砂内摩擦角和粘聚力均呈线性增长,含水率为6%时压实度对粘聚力的影响最大,含水率超过12%,压实度对粘聚力的影响逐渐减小;保持尾砂含水率在6%左右和提高尾矿坝的压实度,能够有效提高尾砂抗剪强度,降低尾矿坝溃坝危险性。研究结果对尾矿坝的安全管理和稳定性评价具有一定意义。     

黄土滑坡流滑机理的试验研究

饱和黄土的稳态强度（残余强度）是黄土边坡是否发生流滑的关键因素,为了评价饱和黄土的残余强度就需要很好的了解饱和黄土的不排水剪切性能。通过对饱和黄土的固结不排水三轴试验研究了饱和黄土的稳态强度理论。试验研究发现饱和黄土有两种典型的不排水剪切特性：稳态特性、准稳态特性。且大多数情况下饱和黄土总表现为稳态特性,只有疏松的黄土表现出准稳态特性;根据试验结果得出了黄土的稳态线与稳态强度线,可以用来分析黄土边坡的流滑机理。探讨了描述黄土稳态性质的参数内摩擦角和粘聚力的物理含义;比较了由地震引发的滑坡与灌溉诱发的滑坡流滑机理的差异,对于地震引起的黄土滑坡土体残余（稳态）强度起决定性作用,而对于灌溉引起的黄土滑坡土体的峰值强度才是关键因素。     

含水率与粗料含量对砾石土力学性能影响的试验研究

诸多隧道围岩由宽级配的砾石土组成,砾石土含水率和粗料含量变化时,其力学性能存在较大差异。本文选取集呼高速金盆湾隧道浅埋段具有代表性的砾石土样本进行了室内大型直剪试验,研究了砾石土的力学性能随含水率和粗料含量的变化规律。试验结果表明:当含水率在5.37%~19.19%之间变化时,粘聚力随粗料含量的变化呈相同的变化规律,随着粗料含量增加,粘聚力先迅速下降,后显著增高,在粗料含量为45%左右时取得最小值;当含水率为10%~15%之间的某值时,细料颗粒处于最优含水率状态,当含水率超过最优含水率时,粘聚力显著下降;内摩擦角随粗料含量增加逐渐增加,随含水率增加逐渐降低;结合隧道围岩砾石土的颗粒级配特征,当含水率大于10%时,粘聚力和内摩擦角显著降低,隧道围岩稳定性也随之降低。     

尾矿砂二维非饱和渗流的实验研究

为研究尾矿砂非饱和渗流,通过自行设计的仪器进行了二维非饱和渗流实验,得到了实验中的基本现象和渗流稳定后含水率沿水平和竖直方向的分布。利用直剪实验测试了非饱和尾矿砂抗剪强度参数与含水率关系。通过分析综合获取了非饱和尾矿砂抗剪强度参数的空间分布,并利用分析结果解释了非饱和渗流中的基本现象。研究结果表明:尾矿砂非饱和渗流中出现了明显的裂缝和错层;非饱和尾矿砂内沿水平和竖直方向含水率分布均近似服从指数规律;粘聚力随含水率的增加先增后减;内摩擦角随含水率的增加单调递减;抗剪强度参数具有空间分布特点;裂缝和错层源于抗剪强度参数的分布与变化。     

浙东大运河非饱和粉质黏土抗剪强度特性的试验研究

浙东大运河绍兴段的土体整体上受河流相和海相沉积的影响,地质条件非常复杂.其中粉质黏土作为浅表层土体,受雨水影响较大,其状态经常处于饱和状态与非饱和状态之间.为了进一步探究绍兴段典型非饱和粉质黏土的稳定性差异,以及本构关系和强度指标的变化规律,通过全自动非饱和土应力路径三轴仪,对试验土样进行了三轴剪切试验.试验结果表明,初始干密度从1.4 g/cm³增加到1.6 g/cm³时,土体的抗剪强度、总黏聚力、有效内摩擦角和吸附内摩擦角均增大,应力-应变关系曲线由应变硬化型向应变软化型转变,并且基质吸力和净围压越大,区别越明显;基质吸力从0增加到300 kPa时,土体的抵抗变形能力提高,抗剪强度和总黏聚力增大,有效内摩擦角基本无明显变化,吸附内摩擦角逐渐减小.研究结果揭示了浙东大运河绍兴段非饱和粉质黏土的抗剪强度特性的变化规律,为该地域土质边坡、基坑等工程提供理论依据.     

反倾层状岩质边坡失稳的断裂力学分析

反倾层状岩质边坡的高危地质灾害承载体在自然界中普遍存在,为研究其失稳破坏机制,将反倾边坡岩层简化为一个带裂缝的悬臂梁,建立了由一组结构面控制边坡稳定性的断裂力学模型,推导了各岩层结构面等效应力强度因子和岩层及边坡稳定性判据。分析了岩层倾角、层厚、结构面长度、内摩擦角和粘聚力5个因素对边坡的稳定性影响。结果表明,随着岩层倾角和结构面长度的增加,边坡不稳定区域增加,坡脚处的抗滑稳定性减小;随着内摩擦角和粘聚力的增大,边坡不稳定区域减小,坡脚处的抗滑稳定性增大;随着岩层厚度的增大,不稳定岩层的范围基本保持不变,但是岩层的抗滑稳定区域随着厚度增加逐渐向坡脚移动,厚度越大,坡脚处的抗滑稳定性越大。实例分析验证了本文理论的合理与可行性,研究结论对工程实践具有一定指导意义。     

凹边坡参数对边坡稳定性的影响

抽象出凹边坡的几何模型,采用量纲分析的方法,给出凹边坡几何参数和物理力学参数对边坡稳定系数的影响通式．在FLAC定义的边坡稳定系数意义下,经过数万次计算,采用二次回归的方法,确定了通式中的影响指数,形成经验公式．结果表明,受Mohr-Coulomb和拉应力两个强度准则控制的材料,形成的凹边坡的稳定性受无量纲粘聚力、边坡角、内摩擦角的控制．凹形边坡有利于边坡的稳定,边坡稳定性与岩土的抗拉强度关系不大．这一稳定系数公式对于形状规则均匀性好且符合Mohr-Coulomb破坏准则的凹边坡可以给出精度高的估计．对于其它边坡的稳定性评价还需要做有针对性的工作．     

金沙江中游凝灰岩强度参数综合识别研究

凝灰岩是一种典型的分布不规律、易崩解、难取样火山碎屑岩,其强度参数难以准确评估。本文依托华丽高速公路金沙江特大桥工程,判定丽江岸为反倾坡,为陡倾结构面或卸荷裂隙带剪入、缓倾结构面剪出组合滑移模式,破坏规模有限;华坪岸为顺层坡,为陡倾结构面或卸荷裂隙带剪入、凝灰岩层主滑、缓倾结构面剪出组合滑移模式,破坏规模较大。T3和T2凝灰岩软弱层为关键层,其强度参数对岸坡稳定性影响很大。针对此种情况提出了经验、试验、数值反分析相结合综合识别凝灰岩强度参数的方法。利用这种方法,在工程岩体分级标准GBT50218-2014、水利水电岩石力学参数手册、室内外试验、数值反分析的基础上,综合确定了凝灰岩带泥化参数为内摩擦角24°、粘聚力50k Pa、泥化率60%;凝灰岩层内摩擦角29°、粘聚力90k Pa,在工程经验取值的范围之内;玄武岩内摩擦角36°、粘聚力600k Pa,在水利水电工程岩石力学手册推荐值范围之内;IV陡倾结构面强度参数内摩擦角35°、粘聚力150k Pa,符合一般结构面试验经验值。经计算复核,埋深浅、局部分布的T3凝灰岩主滑模式下安全系数为1.65~2.15;埋深大、分布连续的T2凝灰岩主滑的安全系数为1.32~1.67,T2主控下的安全系数要比局部分布T3情况小约0.33~0.48,平均降低约21%。虽然T2主控下的最不利工况安全系数也大于1.30,但是在实际施工和运行过程中仍需关注T2凝灰岩层可能形成的深大滑移问题。类似和临近工程可参考该凝灰岩强度参数或强度参数综合识别方法。     

结构面抗剪强度参数对岩质边坡稳定的影响

边坡工程中,结构面抗剪强度是非常重要的力学参数,合理地选择确定抗剪强度的方法,常常要分析c、φ值在边坡稳定中的作用。根据极限平衡原理,对10~30m高的平面滑动型边坡不同抗剪强度的控稳结构面c、φ值在边坡稳定中的作用进行了定量分析。研究表明c值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐减弱,φ值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐增强。得到了不同坡高下c、φ值边坡稳定作用等值曲线,该曲线很容易确定抗剪强度参数c、φ值在边坡稳定中的作用。     

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。       

Measurement of soil parameters useful in predicting tractive ability of off-road vehicles using an instrumented portable device

An instrumented portable device that measures soil sinkage, shear, and frictional parameters in situ was developed to investigate the complexity of soil-traction device interaction process. The device was tested to determine its ability to measure soil frictional and shear characteristics. Extensive laboratory tests were conducted using dry and moist Capay clay and Yolo loam soils. In addition, field tests were also conducted in a Yolo loam field located at the UC Davis Agricultural Experiment Station. The Cohron sheargraph was also tested under the same laboratory experimental conditions to determine adhesion, soil-metal friction, cohesion, and angle of internal friction of soil. The analysis of experimental data indicated that soil adhesion and soil-metal friction were found to be functions of the intercept and slope values of cone torque versus cone index plot (r² = 0.94 and 0.95, respectively). Moreover, soil cohesion was found to be related to adhesion by the constrained adhesion relationship, and soil angle of internal friction was proportional to soil-metal friction as reported by Hettiaratchi [7] and [8]. These results imply that a simpler device consisting of a rotating cone can be developed to measure soil frictional and shear characteristics. Preliminary results showed that the soil parameters determined using this device predicted the maximum net traction developed by four different radial ply tires tested by Upadhyaya et al. [18] under similar soil conditions quite well. These results indicate that the parameters obtained from the device could be useful in obtaining traction related parameters of a soil-tractive device interaction process.     

基于指数准则在莫尔空间对岩石剪切强度的研究

岩石是多种矿物颗粒构成的天然材料,内部存在不同尺度的孔隙、裂隙等损伤;岩体工程设计及灾害防治所使用的强度准则仍在研究之中.材料的黏结和摩擦在局部不能同时存在,线性的Coulomb准则仅在小范围内近似描述圆柱试样的常规三轴强度,众多非线性强度准则只是经验公式而缺乏物理背景. 作者提出的指数准则可描述岩石剪切破坏时强度与围压的关系;基于对11组试验数据的拟合结果在莫尔应力空间分析黏结力和摩擦力的变化特征:岩石承载的剪切力存在上限即材料的真实黏结力c₀;在试验范围内莫尔概念的内摩擦力达到约为0.38 c₀的峰值,且黏结力在其附近相交. 材料真实黏结力与正应力无关,因而名义黏结力表征了完好材料剪切破裂的面积;基于裂隙面积计算的等效摩擦因子随正应力降低,意味着裂隙滑移的爬坡角减小,而后者取决于正应力与真实黏结力的比值. 等效摩擦因子与指数准则的材料参数具有确定关系,体现了岩石在压应力作用下剪切破裂的物理背景.      

基于多元线性回归分析的土坡有限元失稳判据定量研究

塑性区连通程度是有限单元法判别土坡是否达到极限状态的重要依据,鉴于此判据目前尚未取得统一,本文着重对均质土坡失稳判据进行了定量研究。在主要考虑对土坡稳定性影响较大的三大参数(黏聚力c、内摩擦角φ、坡比λ)的前提下,通过经典条分法选取了多组处于极限平衡状态的土坡参数组合,对这些参数组合进行有限元程序计算,求得极限平衡状态下土坡剪切带等效塑性应变中值连通率,再采用多元线性统计回归方法,得出塑性区中值连通率与土坡参数的关系公式y=0.020702c+0.024417φ-0.67898λ+0.46799,从而为土坡有限元稳定性分析提供了定量失稳判据,并且使得有限单元法与经典条分法计算成果具有一定的可比性。算例分析表明,利用本文判据公式得到的安全系数与Bishop法计算成果相吻合,从而验证了失稳判据公式的正确性。     

Experimental study on mechanical properties of methane-hydrate-bearing sediments

Mechanical properties of methane hydrate-bearing-sediments (MHBS) are basic parameters for safety analysis of hydrate exploration and exploitation. Young’s modulus, cohesion, and internal friction angle of hydrate-bearing sediments synthesized in laboratory, are investigated using tri-axial tests. Stress-strain curves and strength parameters are obtained and discussed for different compositions and different hydrate saturation, followed by empirical expressions related to the cohesion, internal friction angle, and modulus of MHBS. Almost all tested MHBS samples exhibit plastic failure. With the increase of total saturation of ice and methane hydrate (MH), the specimens’ internal friction angle decreases while the cohesion increases.     

茨菇滑坡滑带土扰动样强度参数取值分析及滑坡稳定性评价

位于近坝库区的茨菇滑坡,在水库正常蓄水后有近1/3坡体浸没于水位面以下,蓄水前后的滑坡稳定性对工程影响很大。滑坡区地质环境条件复杂,滑坡成因机制为弯曲折断-滑移的地质力学模式。本文进行了对滑坡区扰动样滑带土在不同含水率条件下的剪切强度试验,试验结果表明,粘聚力与含水量相关性好,而摩擦系数则变化不大。结合极限平衡及有限元数值计算,对茨菇滑坡在蓄水前后天然、暴雨及地震工况条件下的稳定性进行分析。结果表明蓄水前滑坡处于稳定状态,水库蓄水以后,天然工况及暴雨工况下滑坡仍然处于稳定状态,地震工况下,滑坡的稳定性系数在1.0以下,滑坡可能失稳破坏。     

Cone penetration resistance equation as a function of the clay ratio, soil moisture content and specific weight

The cone penetrometer is a simple versatile device which is widely used to monitor the strength of a soil in terms of its resistance to the penetration of a standard cone. The soil penetration resistance is a function of soil moisture content, soil specific weight and soil type. The soil type is characterised by means of a clay ratio which is the ratio of the clay content of the soil to the content of silt and sand.Based on the classical bearing capacity theories for strip foundations, a general cone penetration resistance equation is developed to represent the variability of cohesion and friction angle by means of soil type and moisture content. The empirical relationship is shown to give an accurate prediction of the cone penetration resistance for a wide range of soils from a loamy sand to a heavy clay (clay ratios 0.10–1.60) and over a wide spectrum of soil moisture contents from 10 to 65% w/w.