变形加固理论的力学基础与工程意义
摘要：变形加固理论是弹塑性结构稳定性理论，建立基于塑性余能的结构稳定性判据并确定阻止结构失稳的有效加固力。变形加固理论的核心是最小塑性余能原理：结构总是趋于塑性余能最小的变形状态，即自承载力最大、加固力最小的变形状态。完善最小塑性余能原理的证明，并提出弹塑性结构稳定状态的最小余能原理。阐明变形加固理论对有限元法的发展：揭示了不平衡力与修正Newton-Raphson算法的物理内涵。将变形加固理论与刚体极限平衡法对比，阐明其工程意义是对设计中采用的作用-抗力体系的发展，加固完整描述了作用与抗力之差。布筋尾砂胶结充填体顶板力学性状试验研究
摘要：胶结充填体顶板的稳定性是决定下向分层胶结充填回采断面尺寸的主要因素，结合武山铜矿工程实际，采用相似模拟与现场监测手段，研究了下向分层胶结充填法充填体顶板的破坏模式、变形特征、充填体内钢筋受力特征等。相似模拟试验结果表明，钢筋布置方式不影响顶板的最终破坏形式，竖直布置钢筋与水平布置钢筋相比，更有利于提高顶板整体稳定性。应变监测结果表明，充填体项板应变状态十分复杂，与通常将下向胶结充填体顶板简化为梁的计算结果有较大不同，垂直方向上应变表现为拉伸应变，而沿分条和垂直分条方向应变均呈现拉、压交错变化。在竖直布置的8根钢筋上布置了24个钢筋测力计，得到了钢筋受力与开采时间的关系曲线，据此将钢筋受力划分为4个阶段，即起始受拉阶段、相对稳定阶段、拉压变化阶段、承载阶段，其中承载阶段钢筋首先承受最大压力，充填体暴露为项板后，钢筋由受压状态变为受拉状态，并急剧上升到最大拉力，即表现出悬吊作用，并且，进路与分条连接处钢筋承受拉力最大。软弱围岩隧道取消系统锚杆的现场试验研究
摘要：在软弱围岩隧道中，提出初期支护结构由钢架＋喷射混凝土＋钢筋网＋锁脚锚杆＋纵向连接筋组成，即取消系统锚杆用钢架联结处的锁脚锚杆代替。以包家山隧道为依托工程，采用现场试验的方法，选取2个试验段，进行锁脚锚杆取代系统锚杆后，有、无拱部锚杆的对比试验研究。对比试验的内容包括：隧道初期支护的净空收敛、围岩压力、钢架应力、喷射混凝土应力、锚杆轴力和纵向连接筋应力等。研究结果表明：2个试验段初期支护变形趋于稳定，结构受力安全，说明取消系统锚杆不影响初期支护结构的安全与稳定；拱部锚杆有受拉，也有受压，但受力都不大，最大拉应力仅为钢材极限强度的11．8％，其支护作用不明显；锁脚锚杆大部分受拉，最大值达到191MPa，钢架支护作用明显，在支护体系中发挥着重要作用。取消系统锚杆减少了施工工序，降低了工程造价，缩短了工序循环时间，有利于及早封闭围岩以形成完整的支护结构。经济价值和社会效益显著。真三维状态下土体强度及变形分叉影响
摘要：通过引入应力Lode角建立合理的角隅函数描述偏平面形状，对三维Mohr-Coulmb强度准则进行修正，使之能合理反映中主应力比对土体峰值内摩擦角的影响。修正后的准则在偏平面上的强度线与Lade-Duncan准则相似，但更具灵活性，预测结果更符合松砂真三轴试验结果。由于土体在加载过程中常发生应变局部化现象，导致其强度得不到充分发挥。基于非共轴塑性模型的分叉分析研究了应变局部化发生对土体强度发挥的影响，通过与密砂真三轴试验结果对比表明，分叉强度能合理反映在不同中主应力比条件下应变局部化发生对土体强度的降低作用。沙漠公路风沙土路基风蚀破坏试验研究
摘要：以沙漠公路风沙土路基为研究对象，通过室内风蚀风洞试验研究路基的风蚀破坏规律，以及路基不同断面对风沙流运动的影响。以路基高度、路基边坡坡率和路基宽度作为路基断面主要设计参数，研究不同路基断面下风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程，以及路基周围风速流场的变化特征，分析路基病害较未病害时路基周围流场的变化。试验结果表明：路基高度和边坡坡率对风沙流运动的影响较大。随路基高度增加，路基对风沙流流场扰动增强，迎风坡坡顶处吹蚀破坏和背风坡坡底处堆蚀破坏越显著，在确定的路基边坡坡率下，路基模型高度为250mm较模型高度为60mm时，迎风坡坡顶风速增加1．13倍，背风坡坡底风速减小2．53倍，建议沙漠公路路基高度宜小于2．5m。进一步，在确定的路基高度下，比较不同的边坡坡率对路基沿程风速的影响，发现当路基边坡坡率为1：1．75时，路基沿程风速变化不明显，沙漠公路风沙土路基不宜被风蚀破坏。基于硬化土模型的小应变本构模型研究
摘要：大量的工程现场监测结果表明，城市中强支护隧道施工过程中其周围大部分土体仍处于小应变状态，小应变情况下土体具有显著的高模量和非线性特性。土体小应变刚度特征和应力路径相关性是准确分析土与隧道相互作用的重要因素。虽然采用双刚度的硬化土模型（hardening soilmodel）能够基本反映应力路径的影响，但其卸载再加载模量并没有与应力一应变水平相关，不能模拟小应变情况下土体模量的高度非线性。为此，结合小应变刚度理论对硬化土模型的卸载再加载模量进行了改进，使之与应力一应变水平相关，并且考虑了土体卸载抗剪强度指标的变化以及侧向卸荷应力路径下不同的模量。通过与土体的应力路径试验结果进行对比，证明了模型的合理性。膨胀土强度影响因素与规律的试验研究
摘要：针对同一种膨胀土，通过直剪试验和三轴试验研究了土体由无裂隙天然非饱和状态到无裂隙饱和状态再到裂隙充分发展的饱和状态的过程中强度的影响因素和变化规律。试验结果表明，含水率、密度以及裂隙是影响膨胀土强度的三个因素，其中含水率和裂隙对强度的影响较大，密度对强度的影响较小。膨胀土强度指标的确定应考虑裂隙的开展。建议用试样做5次干湿循环后的强度指标作为膨胀土裂隙发育区的强度指标。通过膨胀土残余强度试验分析表明，所得指标与裂隙充分发展的膨胀土强度指标是接近的，故也可用其作为裂隙发育区的强度指标近似值。基于渐近展开法的脆性岩石双尺度方法初步研究
摘要：将渐近展开法与细观统计模型相结合，研究了脆性岩石双尺度计算方法。该方法在细观尺度定义材料属性，假定材料参数符合Weibull分布，采用弹性一理想脆性本构模型，脆断标准采用修正的Mohr-Coulomb准则和最大拉应力准则，通过宏细观尺度耦合计算，得到细观尺度材料损伤演化及其对结构宏观性状的影响。方法包括确定材料统计参数、确定细观尺度代表性体积单元（RVE）及求解边值方程等步骤。数值模型采用商业软件ABAQUS及其内嵌的UMAT用户子程序实现。该方法适用于岩石单轴受压或低围压应力状态，考虑到计算效率，计算时宜采用混合尺度，即模型重点（关键）部位采用双尺度，而其他区域采用单尺度计算。宏观尺度材料软化后未采用正则化方法，此时的计算结果有网格依赖性。基于Hoek-Brown准则的隧洞围岩变形研究
摘要：由于在许多实际条件下，比如节理岩体中，线性的M—C准则不太适用，非线性的Hoek-Brown比较适用，因此，可以尝试使用这一非线性屈服准则对洞室变形进行研究。研究隧洞变形时，将围岩分为弹性区、应变软化区、塑性流动区。采用Hoek-Brown准则和非关联流动法则对洞室变形进行了理论推导；软化区域围岩参数随着塑性变形增加而变化，解析法难以求得应力，采用龙格一库塔方法进行数值计算，求解得到塑性软化区和流动区半径，并最终求得洞室变形。通过算例计算表明，在不考虑软化区和流动区时，方法和Carranza-Tortes计算结果相差甚小；随着原岩应力的增加，膨胀角对洞室变形的影响增大。椭圆-抛物线双屈服面模型参数灵敏度分析
摘要：利用两种土石料三轴CD试验数据确定两组椭圆一抛物双屈服面模型参数，研究了模型参数a、KG、n、h、m、M1、尬和P，分别单独变化（而其他参数保持不变）对模型所反映的土的应力-应变关系的影响。结果表明，土体的体积应变对参数h、m比较敏感；口、K6、n对剪胀性土的体变影响较大，而对剪缩性土体变影响不明显；a、KG、，2、h和m对模型反映的强度没有影响；Pr变化对体变和强度影响均较小。M1和M2对强度和体变均有显著影响，且M1和M2中的小值决定模型的强度。定义了灵敏度，即一种用于表示模型参数对其所反映的应力-应变的影响程度的参数。分析表明，不同的参数，其灵敏度差异很大；不同的土类，参数灵敏度差异也较大。实际应用时，对灵敏度大的参数取值应特别慎重。隧道围岩爆破损伤防护的霍普金森压杆试验
摘要：为减小爆破对隧道围岩的损伤，在传统光面爆破装药结构基础上，设计～种在炮孔一侧安放PVC—U材料来保护隧道围岩的装药结构，并分析了该方法的作用机制。为分析和验证PVC-U管对隧道围岩损伤的防护效果，利用φ100mm的霍普金森试验装置进行隧道围岩损伤防护试验，从试件宏观破坏、应力波衰减和能量变化3方面进行了分析。结果表明：防护材料改变了岩石的受力状态，当防护材料厚度从0增加到6．24mm时，无防护材料的试件的破坏程度比有防护材料的试件严重，且随着防护材料厚度的增加破坏程度不断减小；试件的应力峰值呈不断降低趋势；应力峰值的降低率不断增加；耗散能与入射能比值从61．08％下降到39．97％。可见，防护材料对岩石冲击损伤具有一定防护作用。该方法在某巷道掘进中得到应用，并取得了良好效果。高应力深部洞室模型试验分区破裂现象机制的初步研究
摘要：以经典的芬纳公式为手段，以观察到分区破裂现象的模型试验为背景，通过对简化后的圆形巷道围岩应变场和能量场的分析，发现极限平衡区边界存在径向应变的不连续性和弹性变形能的聚集性。认为与开挖洞室呈同心圆的环状断裂的形成，是极限平衡区在边界上由于应变场的不协调而导致的与弹性区的断裂分离。而分区破裂的产生，则是这种断裂分离形成后极限平衡区向深处发展的结果。解释了分区破裂产生时洞周围岩应变和位移随距离洞室增加呈波浪形变化的非单调性规律，给出了分区破裂形成后各破裂区半径的表达式，关系式表明各破裂区之间存在等比关系，比值与地应力状态及围岩力学参数有关。将分区破裂模型试验的参数代入该式，可得，n=1．1左右，与实验完成后剖开模型的各破裂区分布特征基本相符。污染对水泥土电阻率特性影响的试验研究
摘要：环境污染导致地下水含有大量腐蚀性污染物，严重影响水泥土地基的强度和耐久性。将水泥土试块浸泡在不同浓度硫酸溶液中不同龄期模拟硫酸污染，通过测试水泥土电阻率、孔隙水电阻率以及无侧限抗压强度，来研究硫酸污染对水泥土电阻率特性的影响。研究表明，水泥土和孔隙水电阻率均随着浓度的增加而减小，均随着龄期的增加而增大；结构因子随着龄期和浓度的增加而增人；无侧限抗压强度随着水泥土电阻率的增加而增大。建立了预测任意溶液浓度和龄期的水泥土电阻率公式。青藏高原冻结粉质黏土直剪蠕变特性试验研究
摘要：针对青海-西藏±500kV直流联网输电线路工程塔基基础设计问题，在青藏高原五道梁处取地表粉质黏土，制备不同含水率、不同密实度的重塑土样，在-2℃条件下进行了直剪蠕变试验。结果表明，冻结粉质黏土剪切蠕变曲线除了在个别较高应力下具有加速蠕变阶段外，大多数蠕变曲线只有非稳定蠕变和稳定蠕变2个阶段，表现为衰减型蠕变。通过长期强度方程计算出冻土长期强度衰减值。冻结粉质黏土长期强度与含水率、密实度密切相关：在含水率较低情况下，冻土长期强度随含水率的增加较为明显，之后随含水率的增加，冻土长期强度逐渐降低；相同含水率情况下，密实度大的冻土长期强度较高。成都地铁卵石层中盾构施工开挖面稳定性研究
摘要：随着我国社会经济的发展，越来越多的城市开始规划和修建地铁，在此期间，部分城市在地铁建设中遇到了地质条件非常复杂的砂卵石土层，特别是正在建设中的成都地铁1、2号线，区间隧道几乎全部从卵石土层中穿越，根据设计，成都地铁1、2号线部分区问隧道采用加泥式土压平衡盾构法施工。利用土压平衡式盾构施工时，开挖面支护土压力控制是保证掘进顺利进行的关键，目前国内外在这方面的研究主要集中于砂土和黏性土，关于卵石土盾构隧道开挖面变形与破坏的研究很少。基于此，根据卵石土具有强烈离散特性的特点，利用颗粒离散元数值方法，对卵石土层土压平衡式盾构施工中开挖面支护应力不足引起开挖面的变形及破坏问题进行了分析研究，探讨了隧道开挖面变形及破坏问题。研究结果显示：（1）开挖面极限支护应力远小于土体原位静止土压力；（2）开挖面失稳后，开挖面前部的滑动块为一曲面体。这为卵石土地层中盾构开挖面控制压力的确定提供参考。考虑渗流影响的盾构出洞灾害机制研究
摘要：对盾构出洞口涌水、涌砂灾害问题作了分析，建立了地下水绕加固土体下卧层及井壁问隙渗流计算模型，利用半承压含水层渗流理论对一算例进行研究，结果表明，假定在井外加固土体完全隔水情况下，洞门涌土灾害的发生与否受到土体加固范围、井外地下水位及井壁间隙宽度等因素影响；土体加固长度的增加对工程安全有利，但成本较高；土体加固深度应根据具体工况经计算后确定，过深并不合理；井壁与加固土体之间的间隙控制也是工程安全进行的关键。各因素相互制约，需综合考虑工程安全性、经济性和工期等来确定合理的施工参数。钱塘江盾构越江隧道最小覆土厚度的确定
摘要：钱塘江洪水冲刷河床与大潮回淤交替出现，必将影响盾构越江隧道安全。如何合理地确定越江隧道的埋深，既确保隧道安全，又降低工程造价，是一个迫切需要解决的问题。已有的研究成果认为，300年一遇的罕见洪水冲刷河床的最大深度可达16m，据此初步选择了河床冲刷后最小埋深分别为3．5m和4．0m两种隧道埋设方案，开展了隧道抗上浮研究。研究结果表明，考虑隧道周围土体和管片环间纵向螺栓的剪切抗浮效应时，两种方案均能够满足抗浮要求。但施工期刚脱出盾尾的管片环在未硬化注浆体的浮力作用下，大大增加隧道上浮的可能性，需要加强施工期的管理工作，减少对周围土体扰动。重金属工业污染场地固化／稳定处理研究进展
摘要：目前在发达国家，固化／稳定处理技术已被广泛应用在重金属工业污染场地的修复工程中，而在国内则不多见。通过文献回顾，对重金属-土-胶结物的相互作用机制进行了综述，对比了各种标准淋滤试验参数，总结了国内外对固化重金属污染土性能的评价标准。同时论述了固化污染土的无侧限抗压强度的影响因素，并归纳了有关固化污染土溶出特性、耐久性及长期性状的国内外研究成果。针对国内已有研究现状，建议在制定国内重金属工业污染土修复技术标准时，需要明确固化污染土的最小强度要求，并制定相应的动态和半动态淋滤试验规范。
