环境因素对PS加固土遗址效果的影响

通过PS加固的高昌故城遗址土样崩解试验,耐风蚀的风洞模拟试验,冻融破坏,温差破坏,干湿破坏对力学强度影响等试验,模拟古丝绸之路特殊的自然环境对土遗址的影响,研究PS保护加固土遗址的效果。结果表明,经PS加固以后,样品的初始崩解时间延长,崩解速度大幅降低,抗风蚀能力提高10倍,抗冻融能力也有所增强。在高温养护下力学得到强度提高,干湿循环降低了样品的强度,但表现出良好的加固效果。试验证明PS可以有效地降低环境因素对干旱区土遗址的破坏,起到明显的加固保护效果。     

南阳膨胀土的宏观结构与路堑边坡病害治理

南阳盆地是我国膨胀土主要分布地区之一,在宁(南京)—西(西安)铁路施工工程地质调查中,发现南阳地区上第三系中新统湖相沉积膨胀土中发育的构造裂隙、中更新统冲洪积膨胀土中发育的卸荷裂隙和全新统湖沼相膨胀土中发育的收缩裂隙控制了路堑边坡病害的形式、规模和破坏特征。施工过程中采取了针对性措施治理边坡病害,取得了明显的工程效果。     

人为土的工程分类与利用研究

为了系统地了解和掌握人为土的工程性质,更好地开发和利用人为土,本文对人为土进行了比较系统的研究,定义了人为土的内涵,分析了人为土的成因,确立了人为土的分类原则,建立了人为土的工程分类和利用体系。根据人为土的成因,将人为土分成二个大类,五个亚类和十一个种类,并对每一类土的内涵、基本原理、工程性质及其优缺点等进行了详细的分述,在此基础上,提出了各类人为土的工程利用方案和适用范围。研究成果为人为土的研究和工程利用提供了理论基础。     

基于内聚力模型的高速水流聚脲基涂层剥离破坏模型研究

冲磨和空蚀破坏是水利水电设施最为常见的病害之一,严重影响水利水电设施的安全运行和效益发挥. 泄洪建筑物通常喷涂聚脲基涂层来提高抗冲耐磨性能,但在泄洪高速水流速度作用下抗冲磨聚脲基涂层的剥离破坏机理的研究尚属空白. 本文基于高速水流的流态形式,提出了高速水流对泄洪建筑物的力学作用模型,水流作用对泄洪建筑物的载荷主要包括拖曳力、冲击力、脉动力和上浮力;采用内聚力模型表征聚脲基涂层与泄洪建筑物防护体界面的剥离破坏过程,建立了高速水流聚脲涂层的剥离破坏模型, 给出了模型的有限元形式方程、本构关系以及损伤起始原则、演化原则和接触碰撞模型. 通过聚脲涂层与混凝土基底的剥离破坏试验,分析了不同剥离倾角下界面剥离破坏的拉应力与倾角之间的变化规律,得到了聚脲涂层剥离破坏过程中应力-$\!$-位移变化关系. 根据剥离破坏试验计算了界面剥离破坏断裂模型参数,采用数值方法对模型进行了验证,试验结果与模型计算结果吻合良好,为泄洪建筑物的抗冲耐磨设计提供理论依据.      

攀枝花地区冰期膨胀土的工程特性研究

攀枝花地区冰期膨胀土生成于二冰期晚期中更新统冰期,通过室内和现场物理力学试验和分析,揭示攀枝花地区冰期膨胀土的物理力学性质具有很大的离散性,其性质受土体的矿物成分、含水率、裂隙面、埋藏深度、级配、试验条件等因素、条件的影响。试验研究表明:膨胀土中的裂隙面按光滑程度不相同,可分为两种类型,即光滑裂隙面和光滑擦痕裂隙面; 粗粒矿物对胀缩性影响不大,而细粒矿物对胀缩性影响较大; 裸露或近地表,土层风化剧烈,裂隙较发育,膨胀力度就稍大; 同一地区的膨胀土,蒙脱石含量愈高,自由膨胀率愈大,其膨胀等级就愈高; 不同场地内的膨胀土其物理力学性质指标存在一些差异,但差异性较小; 攀枝花冰期膨胀土层的黏粒含量并不大; 不同场地内的膨胀土抗剪强度值变化较大,同一场地内的膨胀土抗剪强度值有起伏; 攀枝花冰期膨胀土多数呈硬塑-坚硬状,自然状态下其抗压变形能力较好,在浸水饱和状态下,膨胀土的承载力几乎成倍数下降。     

STUDY ON DEBONDING FAILURE MODEL OF POLYUREA-BASED COATING WITH HIGH VELOCITY WATER FLOW BASED ON COHESIVE ZONE MODEL

冲磨和空蚀破坏是水利水电设施最为常见的病害之一,严重影响水利水电设施的安全运行和效益发挥. 泄洪建筑物通常喷涂聚脲基涂层来提高抗冲耐磨性能,但在泄洪高速水流速度作用下抗冲磨聚脲基涂层的剥离破坏机理的研究尚属空白. 本文基于高速水流的流态形式,提出了高速水流对泄洪建筑物的力学作用模型,水流作用对泄洪建筑物的载荷主要包括拖曳力、冲击力、脉动力和上浮力;采用内聚力模型表征聚脲基涂层与泄洪建筑物防护体界面的剥离破坏过程,建立了高速水流聚脲涂层的剥离破坏模型, 给出了模型的有限元形式方程、本构关系以及损伤起始原则、演化原则和接触碰撞模型. 通过聚脲涂层与混凝土基底的剥离破坏试验,分析了不同剥离倾角下界面剥离破坏的拉应力与倾角之间的变化规律,得到了聚脲涂层剥离破坏过程中应力-$\!$-位移变化关系. 根据剥离破坏试验计算了界面剥离破坏断裂模型参数,采用数值方法对模型进行了验证,试验结果与模型计算结果吻合良好,为泄洪建筑物的抗冲耐磨设计提供理论依据.     

中缓倾角结构面分类及其抗剪强度的研究

西南某坝区中缓倾角结构面具有分别倾向上游和下游的空间分布规律。根据结构面接触情况,首先将结构面分为刚性结构面和软弱结构面两大类。其中,刚性结构面属于裂隙型;软弱结构面根据其物质组成和结构特征,可以细分为岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型3个亚类。断层类结构面具有垂直于断层走向,由高高程到低高程,由泥夹岩屑型→岩屑夹泥型→岩屑砾型→裂隙型逐渐过渡的发育规律。最后在分析抗剪试验资料和分类及发育规律的基础上,提出了抗剪强度指标的建议值。     

基于吸力量测确定膨胀土活动带和裂隙深度

采用M itchell公式和裂隙扩展深度方程两种吸力法确定安康地区膨胀土大气影响深度和裂隙开展深度。其一通过对安康地区两处天然边坡开挖观测井,利用张力计进行不同深度处吸力值的现场量测,根据M itchell提出公式计算大气影响深度;其二根据非饱和土抗拉强度公式,建立膨胀土裂隙扩展深度方程,利用基质吸力量测结果求其理论解。结果表明,安康地区膨胀土吸力变化曲线随深度增加变幅减小,呈“波浪式”推移。M itchell公式确定安康地区膨胀土的大气影响深度为3.35m以内,裂隙深度方程确定裂隙开展深度为3.06³.14m。利用M itchell公式计算大气影响深度与膨胀土断裂理论公式确定的裂隙开展深度结果接近。     

含不同倾角单裂隙类岩石单轴强度及蠕变速率的研究

为了研究裂隙类岩石材料在单轴压缩和蠕变条件下的力学性质及裂纹扩展规律,通过预埋铁片的方法制作出含不同倾角的单裂隙类岩石试件,建立贯通裂隙类岩石单轴压缩强度模型,分析破坏形式。研究表明,预制裂隙倾角对类岩石试件峰值强度的影响显著,裂纹倾角越小,单轴抗压强度越低,即倾角为0°时单轴抗压强度为6.98MPa,90°时为10.85MPa,呈单调递增的趋势。建立裂隙面模型,分析类岩石试件的破坏形式,大致为两类:一类是通过预制裂隙拉剪破坏;另一类是通过裂隙的拉伸破坏。蠕变速率随着裂隙倾角的增大先增大后减小,在90°时的蠕变速率最低,在30°时蠕变速率最高。     

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。     

敦煌莫高窟北区岩体变异变形及修复对策

敦煌莫高窟北区岩体长期以来在特殊的地形地貌、气象水文、岩土性质、地质构造条件下,受人工开挖、重力、风蚀、雨蚀和洪水冲刷等共同作用,岩体发生风化、卸荷等变异以及崩塌、坍塌和危岩、开裂与裂隙(构造裂隙、卸荷裂隙)等多种变形,严重影响岩体的稳定和洞窟的安全。针对上述变异、变形破坏情况,采用PS材料加粉煤灰浆液灌浆封闭裂隙和岩面喷浆加固相结合的修复方法,有效地防止了岩体变异的进一步扩展和表面风化的加剧,减少了岩体变形和表面风化程度,使石窟得以保护和修复。该方法对黄土及干旱地区石窟保护具有良好的借鉴作用。     

区域非稳定动力学环境下的岩体松动效应

区域非稳定动力学环境下,长期的构造变形、重力卸荷以及地震动力作用的共同影响,可以导致岩体发生大范围变形、松动。松动岩体内发育大量的软弱结构面,且表现出整体破碎、松弛严重、透水强烈,张性节理裂隙发育、地表裂缝较发育、岩体地震动力破坏信息反映明显等特征。岩体的变形松动可以分为卸荷变形松动、倾倒变形松动、顺层滑移松动、断层控制松动、节理裂隙控制松动等5种模式。岩体的物理振动试验结果表明,地震动力是造成岩体松动的主因。数值模拟结果表明,在单纯自重应力影响作用下,松动岩体不会出现大面积的失稳破坏现象,但在地震动力作用下,松动岩体会发生大面积屈服破坏。     

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结合新疆高昌故城土建筑遗址保护工程,将土工长丝这种新型锚杆应用于墙体加固. 基于全长粘结式锚杆的Mindlin解,对其抗拔力进行了理论分析,推导出抗拔承载力计算公 式,通过现场试验,对理论分析结果进行了验证,并就影响锚杆抗拔承载力的因素及其破坏 模式进行探讨. 试验结果表明,土工长丝锚杆可以满足土建筑遗址墙体加固的要求;通过加 肋改变锚杆表面状态对锚固力的提高非常显著.     

西南某水电站谷底深厚覆盖层与卸荷松弛带特征及其成因机制分析

钻孔揭示,该水电站河谷谷底发育着深厚覆盖层及卸荷松弛带。深厚覆盖层纵向上可以分为3层:下部和上部为正常的河流相,中部为多成因堆积物加积层;谷底浅表部岩体结构松弛,完整性差,裂隙张开、泥质充填,裂面严重风化锈染。研究表明,谷底松弛是由于河流切至谷底时造成应力集中,导致岩体剪切破坏;并经过漫长的卸荷回弹及风化作用在谷底形成一定厚度的松弛带。     

颗粒材料破碎演化路径细观热力学机制

颗粒材料在高应力环境下会发生颗粒破碎现象,颗粒破碎不仅影响颗粒材料的力学特性,同时与大量工程问题密切相关.目前的相关研究主要集中在唯象地描述颗粒破碎的演化以及破碎对力学特性的影响层面,对颗粒破碎演化路径的物理机制研究较少.本文基于热力学框架,采用细观力学中细观-宏观的均匀化方法推导了颗粒体系弹性能和破碎能量耗散,并在最大能量耗散的假设下,在热力学框架内,建立了理想化的无摩擦球体颗粒等向压缩过程的弹性-破碎模型,阐述了颗粒材料破碎演化路径细观热力学机制.由于模型的推导不依赖任何唯象的经验公式,因此模型中包含的参数均有明确的物理意义.模型预测与前人试验结果对比表明,材料的初始级配对弹性压缩模量和破碎应力的影响并不相同:不同分形维数级配对应的弹性体变模量存在极大值,而破碎应力却随着分形维数的增大单调递增;颗粒破碎的演化符合最大能量耗散原理,且颗粒材料的压缩曲线可以分为弹性-破碎-拟弹性3个机制不同的阶段.      

西北干旱区土建筑遗址加固概述

西北干旱区土建筑遗址很多, 有些还是世界文化遗产。由于风蚀风化作用强烈, 西北干旱区大批的土建筑遗址已破坏严重, 因而开展土建遗址加固研究十分必要。钾水玻璃 (PS)是一种水溶性的无机胶结加固材料, 本文全面详尽地总结了PS加固土建筑遗址技术, 就加固机理作了初步探讨。认识到PS是西北干旱地区土遗址加固的一种有效方法, 可达到较理想的加固效果。     

A STUDY OF THE INFLUENCE OF INTERFACIAL DAMAGE ON STRESS CONCENTRATIONS IN INTRAPLY HYBRID COMPOSITES

In the axial tensile failure process of intraply hybrid composites, the breakage of some fibers may lead to interfacial damage, thus directly influencing the local stress concentrations near the sites of breakage. A modified shear-lag model, in which the interfacial damage is considered, is proposed. Based on the model, the influence of interfacial shear strength on the stress concentrations and the lengths of interfacial damage zone is first studied. The present results also provide an important theoretical basis for investigating the failure mechanism and hybrid effects for such kind of composites. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 199902004) and Guangdong Provincial Natural Science Foundation (No. 000391).     

工程地质学发展趋势刍议

环境工程地质学是工程地质学发展的新阶段,它囊括并发展了工程地质学的所有问题。作为研究工程建设与地质环境相互作用的环境工程地质学,有待于进一步发展为工程环境灾害学──一方面,由于各种自然环境恶化和灾害间的相关性和因果性（环境恶化链、灾害链）,研究似宜不限于地质环境和灾害（当然后者仍是重点）,而适当扩大至土地环境、水环境和社会环境。作为一门应用地质学的环境工程地质学及其母学科工程环境灾害学将具有力学、地理、经济三大支柱,首先力求地质学与地理学的相互渗透和融合。另一方面,由于各种人类活动间的相关性和因果性（活动链）,所研究的人类活动似宜不限于工程建设和运行,而适当扩大至采矿和水事活动,包括开采地下水和排污。后者引起的环境恶化和灾害尤为严重,正酿成危机。其根本出路不仅在于科技进步,而且在于文化调节,力求科技与文化的相互渗透和融合。     

岩体分类实例分析与研究

通过岩体分类的大量实例 ,利用统计学和模型原理 ,探讨了RMR值、Q值和自稳时间各自所服从的分布规律 ,同时评价了它们与岩石类型之间和自身的相关关系 ,旨在通过实例及岩石类型的分析与研究 ,为以后工程实践及其理论研究起到一定的指导和帮助作用     

纳米硬度技术的发展和应用

近二十年来,主要用于检测材料表面微米和亚微米尺度力学性质的纳米硬度技术发展迅速.首先,概述硬度的定义、分类及其适用范围.然后,系统地总结纳米硬度技术的发展,重点介绍纳米压痕硬度的测量原理及其影响因素,连续刚度测量原理,高分辨率的载荷位移测量原理,几种常用压头的几何形状,试样表面的准备和确定,相关的测试方法,仪器校准和显微观察等问题.通过压痕实验可获得硬度、弹性模量、断裂韧性、存储模量和损耗模量、蠕变应力指数等.最后,简要介绍纳米划痕硬度测量技术的发展和应用.