土石混填体变形力学特性大型三轴试验研究

为了进一步研究土石混填体的变形力学特性,全面考虑含水量、含石量、岩性及土性等因素的影响作用,采用YS30-3型应力路径三轴剪切试验机,基于正交试验方法进行了一系列土石混填体大型三轴压缩研究.试验结果表明,在三轴受力条件下,土石混填体在低围压下的应变软化特征不明显,试样的粘聚力普遍较低而内摩擦角则比较高,且内摩擦角更容易受其他因素的影响而发生显著变化.含石量对土石混填体的抗剪强度影响程度最大,随试样中的含石量从25%增加到70%,其内摩擦角从34.54°近似线性增长至46.39°.含石量和围压分别是影响土石混填体体变特性最主要的内因和外因,即在含水率、岩性、土性相同的情况下,含石量越低试样高压剪缩性越明显,含石量越高其低压剪胀性越明显.     

考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析

为研究低含石率情况下,由土体主导的土石混合体的力学特性,采用分层欠压和随机生成多边形相结合的建模方法,建立土石混合体颗粒流模型,提出不均匀系数作为衡量土石混合体非均质性的指标。通过室内试验校核了颗粒模型的细观参数,并开展双轴数值模拟试验,研究在低含石率情况下,含石率、土体孔隙率和不均匀系数3个因素对土石混合体力学特性的影响。结果表明:在低含石率情况下,土石混合体的强度受土体孔隙率影响较大,随着土体孔隙率的减小,土石混合体的强度有较大提高;块石的存在破坏了土体的均匀性和连续性,反而在低含石率情况下,随着含石率增大,土石混合体整体强度有微小减小的现象;土石混合体的不均匀系数对体应变影响较大,不均匀系数越大,体应变的膨胀现象越明显。     

岩石风化程度对土岩双元基坑变形的影响

土岩双元基坑是指开挖深度范围内,上部为土层,下部为岩层的基坑。由于下部岩层的力学性质与土层差异较大,因此传统纯土体的一元结构基坑相关理论与经验对该类基坑的适用性较差。本文利用FLAC3D有限差分软件,建立不同岩石风化程度的土岩组合基坑计算模型,研究不同岩石风化情况下土岩双元基坑的变形规律,并用连续-离散耦合模型模拟土+破碎岩石基坑失稳过程。结果表明：若岩层完整,最大水平位移出现在土层中,岩层中水平位移很小;若岩层为破碎状,最大水平位移有可能出现在岩层中;岩层中的粘土夹层也可能是基坑最大变形出现的部位;破碎岩石内部的破坏是同土层同步发育的,最终二者一起发生整体滑移破坏。了解基坑的变形规律,有助于针对性地采取加固措施,对破坏区域的细观研究为基坑支护设计提供了依据。     

块石尺寸对土石混合体强度特性的影响研究

选择块石类型为卵砾石,土料为含砂低液限黏土,含石率为50%;通过室内中三轴试验研究了4种不同卵砾石尺寸下的土石混合体的强度及变形特征。试验结果表明:1不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的应力应变关系曲线为硬化型曲线;随着卵砾石尺寸的增大,试样的峰值强度减小,高围压下尤其显著;2不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的体积应变随着轴向应变的增加而增大,剪切过程中直至破坏试样一直处于剪缩状态;3土与卵砾石混合体的内摩擦角与卵砾石的分形维度近似符合抛物线函数关系变化。试验分析所得的研究结果,为深入研究土石混合体这类特殊的地质体提供一定的理论依据。     

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。     

土石混合体原位试验的颗粒流数值模拟分析

基于颗粒流理论和PFC程序,解决了不规则碎石(clump)的生成、恒定法向荷载施加、剪切面的含石量等问题后,建立了土石混合体原位试验的颗粒流数值模型,对不同含石量、法向应力下土石混合体的直剪试验进行模拟,并与原位直剪试验的结果进行比较.结果表明：随着含石量增加,剪切应力及其峰值增大,剪切应力峰值对应的剪切位移减小;在低法向应力条件下,土石混合体表现为剪胀;在高法向应力下,土石混合体表现为先剪缩而后剪胀,并呈现出压剪破坏特征;剪切面附近分布的不规则碎石在剪切过程中出现挤压滑动与滚动,使得剪切破坏面出现凹凸,而且剪应力、法向位移、应变能随剪切位移增加而出现波动和平缓段;数值试验所得剪切应力峰值略高于其试验值,减小模型颗粒半径,可以有效降低计算的剪切应力峰值.     

常张高速公路土石混填路基冲击压实技术研究

针对常张高速公路采用冲击压实技术压实土石混填路基的问题,选取试验段进行了不同虚铺厚度路基的施工工艺及质量控制等试验研究,提出了虚铺厚度、冲压遍数、冲压沉降率(单级沉降量)、填料最大粒径等施工控制参数.其中不同虚铺厚度填料有相应的最佳碾压遍数,并从技术经济的角度提出了最佳的虚铺厚度及其碾压遍数,并建议施工控制以沉降率为主.图3,表4,参9.     

狭窄场地二元结构高边坡组合支挡变形与优化分析

以某狭窄场地地下厂房土岩组合高边坡为例,采用条分法和数值分析法对上部桩锚与下部锚喷组合支护结构进行变形及稳定性分析,并对支护体系进行设计优化,最后结合现场实测对优化效果进行评价。结果表明：（1）随着开挖深度增加,桩身侧移、地表沉降和土体位移均逐渐增大,位移主要发生在土层中,桩身最大侧移点逐渐下移,发生在桩身第3排锚索下约2~3 m处。桩顶2 m范围内和公路区域地表沉降较大,近地表和桩身1/3区域土体水平位移较大;（2）数值分析与实测结果较为接近,组合支护体系能够有效控制坡体变形以及桩体侧移;（3）优化后地表沉降最敏感,比优化前增加约56%,土体位移增加约40%,而桩身侧移变化较小;（4）组合结构分界处平台宽度不应小于3~5倍桩径,且不应小于5 m,桩的嵌岩深度应控制在桩长的1/4左右,桩身设置多排锚索可有效控制变形。     

青岛土岩复合地层地铁隧道初支结构参数

为了对青岛地区土岩复合地层地铁隧道初支结构参数进行研究,依托青岛地铁1号线隧道工程,结合正交试验设计方法,采用FLAC3D进行数值模拟,就施工方法、锚杆长度、初支刚度、初支厚度对隧道变形的影响程度、最优初支结构参数及锚杆受力进行了分析.通过现场实测与数值计算对比,验证了数值计算的正确性.结果表明:当隧道位于强风化花岗岩地层中时,施工方法对隧道变形影响最显著,锚杆长度变化引起隧道变形不明显;采用全断面法施工,最优初期支护结构参数组合为锚杆长为2 m、初支厚度为30 cm,混凝土强度等级采用C25;拱顶上方锚杆轴向受压,可能影响锚杆发挥支护作用,主要原因是地层-锚杆间产生的相对滑移变形.研究结论对重庆、厦门等"上软下硬"地区具有一定的理论研究意义和工程使用价值.     

土岩复合地层深基坑变形时空效应分析

地铁车站深基坑施工难度大,自身变形风险高,受扰动的周边地表沉降风险和建筑物破坏风险突出,而基坑变形的时空效应又是识别和控制上述风险的基础信息数据。为此,以某市地铁车站深基坑工程施工为例,研究土岩复合地层深基坑变形时空效应的特征与规律,为控制基坑自身风险和周边环境风险提供依据。首先,分析该基坑的地质条件及其土岩复合地层条件下的基坑变形模式;然后,利用Midas GTS NX有限元模拟软件,对该基坑土方开挖进行模拟,利用模拟位移云图描绘该基坑变形的动态演变过程和时空效应特殊性;利用现场监测数据分析和验证数值模拟结果,进一步总结和分析土岩复合地层深基坑变形时空效应的特殊性。