高地温隧道温度与热应力场的弹性理论解
摘要：随着地下工程的发展,对于埋置较深和地质环境较为复杂的隧道工程,高地温问题已经成为一个重要的工程问题并引起了国内外学者的广泛关注。研究隧道的温度场分布问题对于解决寒区隧道冻融问题、高温隧道问题、隧道火灾灾害等是十分必要的。针对高地温环境中的圆形隧道,假定其具有一定长度且承受轴对称的温度荷载和地应力作用,建立两端简支的二维稳态的热传导方程和平衡方程。利用无量纲化和微分方程级数求解的方法,得到了包含温度场、位移场及应力场的热弹性理论解。依据上述研究结果,以某包含衬砌的圆形断面隧道为例进行了热弹性分析,并得到了由于隧道开挖而引起的围岩的温度变化范围。研究所得结论可为隧道施工及运营过程中隧道的保温隔热提供重要的理论依据。挤土作用下Y型桩侧摩阻力分布模型研究
摘要：Y型沉管灌注桩是在传统圆形桩基础上通过改变截面形状以增大桩土接触面积、增加侧摩阻力进而增加承载力的一种新桩型。由于桩身截面的特殊性,在振动沉管的过程中Y型沉管灌注桩截面不同处对土有不同程度的挤压作用,其侧摩阻力分布性状比圆形桩复杂,若将Y型桩侧摩阻力看作沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布与实际不符,工程经验亦表明其不适。通过孔扩张理论与Y型截面的解析方程相结合,推导Y型桩侧摩阻力沿桩周及桩身的不均匀分布模型,同一截面最大侧摩阻力为最小侧摩阻力的1.24~1.75倍,同时分析外包圆半径R、模板弧度θ、桩长L对侧摩阻力的影响。将侧摩阻力沿Y型截面周边的9个区间积分,然后沿桩长积分,得到Y型桩总侧摩阻力,结合端阻力模型计算了Y型桩单桩极限承载力,与静载试验数据吻合。南宁膨胀土非线性剪切应力松弛特性试验
摘要：利用四联装等应变直剪仪,对南宁非饱和重塑膨胀土进行一系列室内剪切应力松弛试验,探讨南宁非饱和重塑膨胀土的剪切应力松弛特性,得到诸多有益的结论。试验结果表明,不同初始条件下的剪切应力松弛曲线均属于不完全衰减型,剪切应力逐渐减少并趋于一个稳定值;膨胀土的松弛曲线都可以明显的分成3个阶段:瞬间松弛阶段、衰减松弛阶段、稳定松弛阶段。不同初始条件下不同时刻的剪切应力-应变等时关系曲线都是非线性的曲线,说明南宁膨胀土具有明显的非线性流变特性,是弹、黏、塑性体。膨胀土的含水率越高,或者竖向荷载越小,或者初始应变越大,或者时间越长,则膨胀土的流变特性及其非线性程度就越高。对试验结果的分析,通过改进剪切应力对数与时间对数的线性关系,建立南宁膨胀土在直剪条件下的非线性剪切应力松弛经验方程,能较好地拟合试验结果。非线性经验模型考虑了应变水平对应力松弛的影响,直观地反映出南宁膨胀土的非线性应力松弛特性,更加符合工程实际,可为膨胀土非线性应力松弛问题的计算分析提供理论依据。移动荷载下黏弹性半空间体上双层板的动力响应
摘要：采用黏弹性半空间体上无限大双层板模型模拟路面结构,通过三重Fourier积分变换得到单位脉冲荷载作用下路面动力响应的Green函数。根据线性系统的叠加原理,利用广义Duhamel积分推导出移动荷载作用下路面动力响应的解析解。采用自适应Simpson法编制了计算奇异、振荡函数的广义积分计算程序,完成了路面动力响应从波数-频率域到时间-空间域的转换。结合算例,对移动荷载作用下路面的振动规律进行研究,讨论上、下层板厚度和板材料的弹性模量对路面动力响应的影响,明确了路面结构的振动特性,研究结果可为路面结构的设计、施工提供理论指导。直墙拱形巷(隧)道岩爆试验及劈裂与剪切分析
摘要：针对岩爆试验及监测研究的不足,开展了直墙半圆拱形巷(隧)道岩爆单轴压缩试验、声波监测及岩爆破裂的劈裂与剪切分析。结果表明,巷(隧)道围岩呈现起伏粗糙破裂面和劈裂后的薄块体,试样整体也呈现出明显的劈裂岩爆现象;波速可以很好地反映围岩内部损伤演化进程,将围岩波速由持续不变到开始变小点作为临界损伤点,可以通过监测波速变化进行围岩岩爆的预测预报;通过监测声波波形尤其是对波形稀疏、周期变长的监测,可以很好地掌握围岩内部的全程发展变化情况;通过综合监测声波的波速、波形稀疏、周期变长,达到定性、定量相结合,及时、准确地预测、预报岩爆,以保障人员、设备安全;得出了由应力强度比和压拉比来判定劈裂岩爆发生的综合表达式以及与应力强度比岩爆烈度分级标准相对应的压拉比数值;劈裂岩爆发生的应力强度比即应力判据在0.27~0.80之间(R为10~30时);随着满足劈裂岩爆发生的应力强度比的增大,其越接近满足剪切破坏条件,破坏主要形式将向剪切破坏方向发展。应力因素下的岩盐卸荷扩容试验研究
摘要：通过开展围压卸载试验,研究不同三轴应力状态下围压卸载对岩盐试件扩容特征的影响,以及扩容与卸载形式之间的关系。研究发现,(1)围压卸载时岩盐的体积扩容量与偏应力存在较为明显的对数关系;(2)卸载的初始围压对岩盐的扩容影响几乎不存在;轴压增大能够促进岩盐的扩容,使加速扩容点前移,且加速扩容点对应的偏应力与轴压的增加呈线性关系;(3)岩盐的膨胀系数(即横向应变与纵向变形的比值)随着偏应力的增大,呈现先线性增加后指数增加的趋势。爆炸平面波作用下大跨度洞室稳定性模型试验研究
摘要：通过抗爆模型试验,研究了爆炸平面波作用下大跨度毛洞和锚喷衬砌支护洞室的受力变形和稳定状态。介绍了模型试验原理及方法,根据试验实测数据分析了洞室围岩的受力特征、洞壁的运动变形特征、洞室的破坏形态及承载能力等。研究表明:设计工况和超载工况下,锚喷衬砌支护洞室侧墙部位垂直应力、拱顶加速度正峰值、拱顶位移峰值及残余值、洞壁环向应变峰值均明显小于毛洞;超载试验后,毛洞破坏严重,丧失了承载能力,而锚喷衬砌支护洞室破坏明显轻微,承载能力可提高约60%。工业废渣加固土强度特性
摘要：工业废渣的资源化是解决工业废渣环境污染的有效途径之一。以粉煤灰和高炉矿渣为固化剂,石灰为碱性激发剂,对黏土进行加固。通过室内试验的方法,分析固化剂掺入量、养护龄期等对固化土无侧限抗压强度、pH值和饱和度等发展规律的影响。试验结果表明,固化土的无侧限抗压强度随固化剂掺入量的增加而增大,随养护龄期的增加而增大,提出一个综合反映固化剂掺入量、养护龄期和压实度等因素对固化土强度影响规律的综合影响因子,固化土强度与综合影响因子呈负指数函数关系;粉煤灰+石灰和高炉矿渣+石灰可有效改良土体无侧限抗压强度特性;石灰是一种有效的碱性激发剂,可提供工业废渣发生火山灰反应的高碱性环境。试验成果为工业废渣改良不良土质的设计提供试验依据。降雨过程中边坡临界滑动场
摘要：降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降,是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场,基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论,对边坡临界滑动场进行改进,提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算,分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响,并将计算结果与其他方法进行比较,结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面,计算的安全系数合理。基于Cosserat连续体的颗粒破碎影响研究
摘要：颗粒破碎对颗粒材料宏观力学行为有重要影响。结合Hardin的破碎经验公式,将表征破碎程度的破碎参量与Cosserat连续体的内部长度参数相关联,形成一个基于Cosserat连续体且能考虑颗粒破碎的弹塑性模型。数值算例主要考察了颗粒破碎对颗粒材料承载能力、塑性应变及局部化行为的影响,数值结果表明,颗粒破碎主要发生在剪切带内,颗粒破碎使得剪切带明显变窄且剪切带内外等效塑性应变梯度明显增大。石灰稳定红黏土强度的长期碳化效应
摘要：碳化效应是石灰稳定土强度增长机理之一,但长期的碳化作用是否对其强度一直起促进作用?如果没有压实作用,碳化效果到底如何?这些关键问题还没有得到充分的论证。采用灰土拌和后击实养护和养护后再击实的不同制样方法,通过承载比CBR试验,探讨压实作用对碳化效应的影响。制备4种初始含水率的击实试样,开展碳酸溶液和纯水浸泡下的CBR试验,论证长期碳化对石灰稳定土强度的作用效果。结果表明,自然养护90 d后再击实试样的CBR值明显低于击实后养护的试样;初始含水率为34%时前者约为后者的12倍。另外,碳酸溶液浸泡15 d后的试样CBR值均小于纯水浸泡的试样CBR值,但初始含水率越大其影响程度越小,当初始含水率大于34%后两者之间的强度基本没有差别。为进一步佐证长期碳化作用能弱化石灰稳定土的强度,开展不同浸泡时间的无侧限抗压强度试验,发现石灰土的强度呈现先增大后减少的变化趋势,再次证实长期的碳化作用弱化石灰稳定土的强度。最后,利用热重分析法测试经过碳酸溶液浸泡前后的石灰稳定土,发现长期碳化溶解了部分石灰土中的碳酸钙和硅酸盐类胶结物。借助扫描电镜图片和孔隙尺寸分布曲线,从微观角度揭示不同击实和养护方式对石灰稳定土强度的影响机制。沉井下沉过程刃脚的极限土阻力分析
摘要：考虑刃脚形状和切土深度,建立沉井下沉过程中极限土阻力的近似计算模型。基于Prandtl问题的滑移线场理论,建立考虑刃脚切土深度和刃脚形状的近似滑移线场,并导出平面应变和圆形沉井轴对称问题极限承载力系数的计算公式。对于平面应变问题,承载力系数Nγ等于两部分之和,即不考虑切土深度时刃脚踏面和考虑切土深度时刃脚内侧倾斜面对承载力的贡献,前者及其他两个承载力系数(黏聚力和超载项)与不考虑刃脚切土深度由Prandtl承载力机制所得的结果相同。刃脚的切土深度、踏面宽度和倾斜角是影响极限土阻力的重要因素,忽略刃脚切土深度及其范围内刃脚倾斜面与土的作用将导致极限土阻力的计算值明显偏小。分析结果表明,承载力系数随刃脚切土深度和刃脚倾斜角的增加而显著增大;若土体强度较高,刃脚倾斜角的大小对极限土阻力的影响更加显著。市政污泥真空预压模型试验研究
摘要：《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》[1]执行前,市政污泥往往直接倾倒于填埋场形成污泥库,导致垃圾设计库容显著降低。为恢复填埋场库容,许多填埋场面临污泥库的原位加固处理。通过2组模型试验,探讨真空预压处理污泥的可行性。试验结果表明,真空预压后污泥含水率显著降低,强度提高至2~4 kPa;污泥排水固结系数随预压过程发展表现出非线性;排水板周围污泥含水率和渗透系数降低明显,阻碍离排水板较远处污泥排水固结,因此减少排水板间距可显著提高污泥处理效果;真空预压过程中污泥中孔压变化规律与常规淤泥质土有明显区别,特别是远离排水板的位置孔压消散幅度小,表明污泥中孔压消散规律不符合传统的太沙基固结理论;污泥真空预压过程中,间歇式通正气压会在处理初期阶段加快排水速率,但整体改善作用不明显;真空预压可作为污泥减量化的一种途径,如要满足后续堆载垃圾的要求,还需配合其他原位处理方法进一步提高强度。饱和黏弹性地基土中管桩纵向振动研究
摘要：用解析方法在频率域内研究考虑质量耦合效应的饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动特性。基于Biot理论,采用薄层法,推导得到饱和黏弹性地基土的位移、应力等的表达式。将管桩等效为一维弹性杆件处理。根据界面连续性条件,给出饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动一般分析方法和桩顶动力复刚度的表达式。在该基础上,对比分析饱和地基土中实心桩和管桩纵向振动特性。通过算例分析,考察桩周土和桩芯土的力学参数对桩顶刚度因子和等效阻尼的影响。研究表明,饱和黏弹性地基土中实心桩和管桩的纵向振动有明显的差异。基于滑面正应力分布的爆炸震动荷载作用下边坡稳定性分析
摘要：假定滑面正应力分布为2个待定参数的拉格朗日函数,推导出爆炸震动作用下滑体的水平力、垂直力和力矩平衡方程。通过算例分析证实计算方法的可行性,说明爆炸振动拟静力系数与边坡安全系数的关系。研究结果表明,垂直向下、水平指向坡外的爆破振动荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性安全系数有很大的影响;爆破荷载拟静力系数从0增加到0.3,每步增加0.05,爆破振动水平指向坡外时,边坡安全系数减少6.65%~23.54%,爆破振动垂直向下时,边坡安全系数减少1.18%~2.52%,联合爆破荷载的方向对边坡稳定性也有影响。坡积松散体稳定性模型试验研究
摘要：云南西北部三江源高海拔、高深切地区,坡积松散体稳定性是公路边坡面临的主要问题之一,模型试验是研究松散体稳定性各影响因素最有效的手段。根据相似原理,设计模型试验的主要几何相似常数,采用一系列手段改造模型试验材料,使其达到材料强度、重度相似。一系列模型破坏条件真实再现现场坡积松散体的滑坡条件,试验结果分析对相关设计、施工和科研人员有较好的借鉴作用。模型试验材料从松散状态到较密实状态,开始破坏的自然坡角提高42%~100%,c值提高约50%~120%,值提高约6%~8%,密实状态提高,坡体的强度提高,相应坡体的稳定性提高,起始破坏的自然坡角也显著提高;降雨使坡体含水率提高近饱和时,充分软化的c值下降约70%,值下降约7%,表明雨水下渗软化是导致坡积松散体产生滑动的最根本、最直接的因素。模拟降雨的土体强度变化过程对松散体边坡稳定性研究有较好的参考价值。盾构施工引起地表固结沉降问题的研究
摘要：将隧道周围土体视为均质连续各向同性的饱和弹性介质,采用保角变换的方法将含有隧道的半无限平面映射为同心圆环计算域。根据Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立隧道在不透水的情况下周围土体超孔隙水压力分布的控制方程。然后,采用分离变量法计算得到土体超孔隙水压力分布的解析解,最后,根据弹性理论计算得出隧道中线上方地表固结沉降的计算公式。结合算例,分析盾构施工扰动程度、土体渗透系数、土体弹性模量及隧道埋深等因素对隧道中心上方地表处固结沉降的影响。研究结果表明,地表固结沉降的增加值与隧道外侧初始超孔隙水压力值C0的变化量成正比例关系,施工扰动程度越大所引起的固结沉降越大;土体的渗透系数越大固结沉降速度越快,但土体的渗透系数与最终的地表固结沉降量无关;土体的弹性模量越大,最终的地表固结沉降量越小;隧道埋深越深,地表固结沉降所需时间越长,最终的地表固结沉降量也越大。非饱和膨胀土/岩持水与渗透特性试验研究
摘要：以南水北调中线工程原状强、中膨胀土/岩为研究对象,开展压力板试验与双环注水试验,结合试验结果与土-水特征曲线(SWCC),对比研究不同性质膨胀土和膨胀岩的持水性能及影响因素,计算并分析水体积变化系数的变化规律,在该基础上重点探讨渗透系数的变化特征及其与基质吸力的非线性关系,总结出膨胀土/岩的渗透特性及其规律。结果表明,膨胀土/岩的持水特性受岩土的物理性质、矿物成分与结构特征的影响,膨胀潜势强、细颗粒含量大、孔隙结构小的试样有着较低的脱水速率;渗透系数和水体积变化系数均随含水率的减小而减小,变化特征受到膨胀潜势与干密度的共同影响,并与基质吸力呈幂函数关系。研究成果可为工程建设提供计算参数及理论依据。
