考虑土体强度非均质和各向异性的隧道洞口仰坡地震稳定性上限解

隧道洞口段仰坡稳定性分析是隧道工程设计的关键,考虑土体强度非均质及各向异性影响,结合极限分析上限理论及土体强度折减理论,推导出的仰坡稳定性极限分析上限解计算公式,对比验证了所提计算方法的合理性,探究了地震力作用下非均质及各向异性系数对隧道洞口仰坡临界坡高、隧道拱顶破坏位置及仰坡安全系数的影响规律。结果表明：地震力作用下,土体强度非均质系数越大、各向异性系数越小,隧道洞口仰坡稳定所需临界坡高越大;非均质及各向异性系数越大,仰坡初始滑移面越远离坡肩位置,隧道拱顶破坏范围更广;随着各向异性系数增大,仰坡安全系数呈递增规律,而非均质系数增大将导致仰坡安全系数降低,仰坡整体趋于不安全。研究成果为山区隧道洞口仰坡稳定性设计提供了理论依据。     

循环荷载下粉煤灰复合地基竖向承载特性模型试验研究

为研究粉煤灰单桩复合地基竖向循环承载特性,开展在循环荷载作用下的室内模型试验。通过监测桩身及土体变化情况,分别从桩顶累计沉降、土压力、桩身内力等方面进行分析。试验结果表明：循环桩顶累计沉降前期呈现快速增长,而循环荷载比临界值为0.6,将后期沉降变化划分为稳定型和增长型两种趋势;桩侧土压力主要影响桩身上半部分土体,并沿竖向和径向均出现衰减现象,且竖向衰减更为明显;对桩端阻力强化系数Z和桩侧阻力弱化系数D分别进行拟合,可得到对实际工程中不同循环周期下桩端、桩侧阻力强弱变化情况分析,具有参考依据的函数方程;循环荷载下的桩端/桩侧荷载分担比呈现动态变化,循环周期的增加,将会存在桩端所占承载比例超越桩侧所占比例的占比反超点,循环幅值越大,出现反超点所需的循环次数也越少。     

基于统计损伤理论的冻土蠕变本构模型研究

假定冻土粘塑性微元损伤符合修进的莫尔-库仑准则,损伤变量服从Weibull随机概型分布;基于热力学原理和统计损伤理论,通过推导得到了相关联流动法则下的蠕变损伤耦合本构方程.为了便于研究冻土蠕变和损伤的耦合作用,将提出的本构模型,通过用户子程序嵌入到有限元程序中.最后,对冻土中桩基承载力模型试验进行了数值模拟,结果表明:基于统计损伤理论的冻土蠕变本构模型能较好的模拟冻土蠕变变形的全过程,并且与实测蠕变变形十分吻合,该模型对冻土结构物长期稳定性分析和工程预测具有重要参考意义.     

多圈管冻结壁温度场发展及冻结管偏斜影响

人工多圈管冻结是深厚地层井筒掘砌的最有效方法,为进一步了解冻结壁温度场发展特性,以某冻结井筒为原型,开展了室内多圈管冻结模型试验,同时借助有限元软件对冻结管无偏斜以及随机偏斜两种条件下冻结壁温度场发展特性进行了分析比较。得出冻结管布置圈径对冻结壁环向扩展速率影响较小;冻结管偏斜对井帮温度、冻结壁有效厚度影响较小,但对不同位置冻结壁交圈时间及对径向方向冻结壁平均温度影响较大;同时冻结管偏斜会使冻结壁内部产生更多的密闭未冻承压水仓,引起冻结壁内部冻胀力增大,对冻结壁整体稳定性产生不良影响。在冻结造孔时,要严格控制冻结管偏斜。     

深部矿井煤系地层软岩蠕变特征试验

采用在预定围压下先固结后径向卸载的三轴蠕变试验方法,模拟软岩巷道开挖过程应力状态变化,通过三轴卸载剪切蠕变试验表明随剪应力水平的降低蠕变速率显著减小.当剪切应力高于一临界值时,深部矿井软岩蠕变过程历经减速、定常和加速蠕变三个阶段破坏.根据试验结果,为描述非线性加速阶段蠕变规律,采用改进的元件,提出了软岩非线性的黏弹塑蠕变本构模型,通过有限元本构程序的二次开发,将提出的本构模型嵌入到ADINA非线性有限元程序中.对某矿井巷道软岩开挖支护过程进行数值模拟,表明弹黏塑蠕变本构力学模型能够较好地反映软岩的变形特征,数值模拟和实测结果吻合良好,可为矿井深部软岩巷道设计与施工提供参考.     

深井冻结壁粘弹塑性力学分析

通过大量的冻结粘土单轴蠕变试验,获得了单轴应力状态下的蠕变曲线及其参数.根据材料在弹性条件下单轴和三轴条件下的应力强度和应变强度关系,建立了三向应力状态下冻土的蠕变本构方程;分析了粘弹塑性冻结壁应力状态及塑性区的扩展规律,推导了不同区域冻结壁应力场和位移场的计算公式,探讨了防止冻结管断裂的措施.     

石灰改良红黏土导热系数影响因素及模型预测

导热系数是研究温度场的重要参数,基于石灰与红黏土酸碱互损随时间的演化,利用瞬态热线法导热系数仪,研究含水率、干密度以及龄期对石灰改良红黏土导热系数的影响,并建立经 验函数和BP神经网络预测模型。结果表明：石灰改良红黏土的导热系数随含水率的增加呈指数增长,随干密度的增加呈线性增长;在15-27%含水率范围内,其导热系数平均增长53.87%;在1.25-1.65 g·cm?3干密度范围内,其导热系数平均增长87.06%;改良土导热系数随龄期的增加呈指数降低,降低速率逐渐减小,最终有趋于稳定的趋势,在龄期90 d范围内,导热系数平均降低16.6%。经验证分析,两种模型的整体误差均小于10%;可以很好的描述石灰改良红黏土的导热系数随影响因素的变化情况。该规律以及模型,可以为日后相同土样进行石灰改良提供参考。     

高温荷载耦合作用下地聚物砂浆损伤模型研究

为研究高温对地聚物砂浆的力学性能与导热性能的影响,以温度为变量设置了25℃、200℃、400℃、600℃、800℃这5种温度进行常规导热试验和单轴压力试验。试验获取了导热系数、应力-应变全曲线、抗压强度、峰值应变、切线模量等参数指标,并对不同高温作用后的地聚物砂浆进行了SEM和XRD试验,深入分析了不同温度对其力学性能与导热性能的影响规律,并建立了地聚物砂浆高温损伤模型。结果表明：（1）随着温度的升高,地聚物砂浆的导热系数呈现逐渐下降的趋势,温度为200℃时,相比于其他温度的导热系数下降幅度明显;（2）高温使地聚物砂浆的力学性能随温度的升高不断降低,并且随着温度升高,高温劣化作用越来越显著,使强度迅速下降;（3）高温会导致地聚物砂浆内部裂缝逐渐增多、C-S-H胶凝物质减少,在温度为600℃时C-S-H胶凝物质基本消失,800℃发生固相反应生成钙铝黄长石且砂浆内部细小裂缝转变为贯通型大裂缝;（4）建立了地聚物砂浆高温损伤模型。     

固化淤泥土的力学特性试验研究

淤泥土具有高含水率,高压缩性,强度低等特点,工程建设中容易产生不均匀沉降等危险。为改善淤泥类土的力学性质,实现淤泥资源利用,选取工业矿渣为固化材料,以硅酸钠和氯化钙为激发剂,对淤泥土进行改良。通过开展无侧限抗压试验,分析矿渣、硅酸钠、氯化钙掺量和龄期变化对试样力学性能的影响。结果表明：矿渣在激发剂的作用下能显著提高淤泥土的强度,其强度随矿渣掺量近似呈线性增长的趋势。硅酸钠对矿渣的激发效果明显优于氯化钙,其临界掺量为9%;氯化钙对强度并无明显增长,甚至表现出负面效应。基于试验数据建立固化淤泥土强度预测模型,可以对固化淤泥土的无侧限抗压强度进行准确预测。研究成果为矿渣固化淤泥土的工程应用提供试验基础。