深埋硬岩隧洞围岩板裂化破坏研究的关键问题及研究进展
摘要：规律性的板裂化破坏是深埋硬脆性岩体开挖卸荷造成的典型围岩破坏现象，给隧洞的安全施工建设带来了严峻挑战。板裂化破坏的研究主要涉及两个关键问题：板裂化破坏的形成机制及其影响因素，板裂化破坏与岩爆的关系。多年来，国内外学者通过理论分析、现场及室内试验、数值模拟等不同途径对板裂化破坏问题进行了系统的研究，取得了丰富的研究成果。在系统分析有关板裂化破坏两个关键问题研究进展的基础上认为，板裂化破坏的形成机制复杂、影响因素众多。基于板裂化破坏形成的细观机制，建立不同类型板裂化破坏的力学准则与力学模型是揭示板裂化破坏形成机制的关键所在；板裂化破坏现象与岩爆之间具有很强的相关性和本质的联系，深入揭示板裂化破坏特征所包含的岩爆前兆信息是板裂化破坏与岩爆关系研究的关键与难点问题。海上风机分段斜壁桶形基础的水平承载力计算方法
摘要：在部分浅海由于大型施工船舶无法进入,海上风电工程中传统的重力式基础或桩基础不再适用,为此提出了一种新型基础——分段斜壁桶形基础。基于极限平衡法对分段斜壁桶形基础的水平承载力进行了系统性研究,提出了水平承载力计算方法,并进一步考察了斜壁倾角、桶高、桶径、土性参数等对水平承载力的影响。计算表明,水平承载力随着上部桶壁倾角、下部桶壁倾角、地基反力比例系数、桶基顶部直径、桶基高度的增大而增大,随着海床深度的增加而减小。基于体积压缩率的概念,论证并推荐优先使用上部桶壁倾斜、下部桶壁直立的桶形基础构型。建议发展针对海床地基反力比例系数的准确确定方法。研究结果有助于对桶形基础进行优化设计。应力比与含水状态对松散堆积体动力参数及地表反应谱的影响
摘要：动剪切模量Gd与阻尼比D是岩土体地震反应分析的两个主要参数,而初始状态是动力参数主要影响因素之一。通过大型动三轴试验,研究了应力比与含水状态对松散堆积体Gd与D的影响。试验结果表明,应力比Kc对松散堆积体最大动剪切模量Gdmax有重要影响,一定范围内（Kc=1～3）,Kc越大,最大动剪切模量Gdmax越大,在Hardin公式基础上发展了一个考虑Kc影响的经验公式。对比松散堆积体饱和与风干两种状态的Gd/Gdmax-γdn（归一化动剪应变）关系曲线,发现风干状态下松散堆积体的Gd/Gdmax-γdn关系表现出更明显的非线性,另外风干状态阻尼比略大于饱和状态。应用改进的Gdmax经验公式与Gd/Gdmax-γdn关系进行了松散堆积体地表的地震反应谱分析,计算结果表明,应力比与含水状态对地表加速度反应谱有重要影响。微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究
摘要：向珊瑚砂中注入巴斯德芽孢杆菌菌液、氯化钙和尿素的混合液,利用微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂;并对珊瑚砂固化体进行了渗透、强度及微观结构等试验。试验结果表明,巴斯德芽孢杆菌的活性随时间呈衰减趋势,但衰减速度缓慢,能较好地满足珊瑚砂固化的需要。随着菌液、氯化钙和尿素的混合液注入次数的增加,珊瑚砂柱渗透性逐步降低,最终渗透性降低了1～2个数量级。微生物固化后的珊瑚砂柱应力-应变曲线大致可分为3段,即应力随应变缓慢增加段、快速增加段以及突降段。试样发生压裂脆性破坏,无侧限抗压强度最高达到14 MPa左右。抗压强度随干密度增加而增大,随渗透性降低而增大。微生物固化后珊瑚砂颗粒被生成的碳酸钙完整的包裹,孔隙间极少见生成的碳酸钙,与普通硅砂微生物固化后的微观结构不同,较好地解释了渗透性降低不多的原因。边坡稳定分析条块力－位移法及其应用
摘要：在现行条分法的基础上,建立了一种全新的边坡条块力-位移分析方法。现行条分法中条块底边的力学参数采用极限平衡状态力学参数,即每个条块底边均处于极限平衡状态,这种极限平衡状态对于残余应力是较为适宜的。采用理想弹塑性模型和一种全新的本构模型描述土条块底边力学特性,并以不平衡推力法为例,提出了临界状态条块的确定方法,针对可能的破坏模式进行了分析,并提出了边坡整体破坏各条块的应力和位移的确定方法,计算出相应的稳定系数,如传统强度折减法、综合下滑力-抗滑力法、主推力法、综合位移法和富余位移法稳定系数。通过计算分析论证了理想弹塑性模型在不改变力学参数的情况下是难以描述边坡渐近破坏过程的,而一种全新的本构模型可以描述渐近破坏各条块的力学行为。提出的条块力-位移法可以确定边坡在不同荷载和位移条件下的稳定性,也可以获得边坡的推力变化和滑面移动特征,进而实施边坡的应力、位移和稳定性的初步预测预报。考虑泊松效应影响的弹塑性荷载传递模型
摘要：提出了一种能考虑泊松效应影响的弹塑性荷载传递模型（t-z模型）。该模型既能反映不同材料的桩基在同一土体中抗压承载力的不同,也能反映同一材料桩基在同一土体中桩身抗压摩阻力与抗拔摩阻力的不同,同时还具备模拟循环荷载下t-z曲线滞回特性的能力。根据位移协调算法编制了可用于竖向压、拔荷载作用下单桩响应分析的Matlab程序,利用程序对模型试验进行了模拟,结果对比证明了该模型的适用性。最后分析了桩体弹性模量对压、拔极限摩阻力比值的影响,结果表明,该比值随弹性模量的减小而减小,对于混凝土桩,该值介于0.6～0.8之间,与规范建议的抗拔系数接近。基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型
摘要：针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在、微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Lemaitre应变等效假设,推导了考虑宏细观缺陷耦合的复合损伤变量,并给出同时考虑试件尺寸、裂隙几何与力学特性的宏观损伤变量的计算公式,从而建立了基于宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体在荷载作用下的损伤本构模型。用宏细观损伤耦合的本构模型来描述非贯通裂隙岩体在受荷过程中的细观损伤演化与宏观损伤行为,与非贯通裂隙岩体实际受荷情况符合较好。研究结果表明：（1）完整岩样和裂隙岩样的应力-应变行为在峰值强度之前差异较大,峰值强度以后差异逐渐减小,最后趋于一致,二者具有相近的残余强度;（2）裂隙岩体强度随裂隙贯通率的增加而增大,随裂隙倾角的变化具有明显的各向异性,同时还与裂隙面的内摩擦角有关;（3）裂隙倾角为90°时,裂隙岩样的峰值强度最高;张开型裂隙岩样的裂隙倾角为45°时,峰值强度最低;（4）非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,其力学性能由受荷细观损伤与裂隙宏观损伤及其耦合效应所决定,基于宏细观损伤耦合的复合损伤变量可以较好地反映非贯通裂隙岩样的力学特性。干湿循环作用下压实黏土力学特性与微观机制研究
摘要：针对干湿循环作用下填埋场封场覆盖系统压实黏土防渗结构损伤等问题，系统开展了干湿循环作用下（室内模拟填埋场气候环境）压实黏土力学特性及微观结构特征试验研究，从微观层次揭示了压实黏土在干湿循环作用下变形特性和强度衰减内在本质。研究结果表明：随着干湿循环次数的增加，压实黏土初始变形段区间割线模量增加，末段区间割线模量大幅度降低，变化幅度随初始压实度的增加而增加；同时，压实黏土剪切强度呈减小趋势，但减小幅度随初始压实度和围压的增加而减小。经过3次干湿循环后，压实黏土发生不可逆的体积收缩，体积收缩比例随压实度的增加而减小，低压实黏土和高压实黏土的体积收缩20．5％和11．5％。同时，低压实黏土和高压实黏土的大孔体积增加25．7％和53．9％，微裂隙体积增加3．1％和41．7％，增加幅度随初始压实度的增加而增加。压实黏土不可逆的体积收缩致使土体更加密实，从而导致压实黏土初始切线模量和强度增加。同时，大孔体积增多和微裂隙的发育，导致压实黏土剪切强度和末端切线模量降低，干湿循环对不同压实度黏土力学特性影响是二者的综合表现。寒区级配碎石冻胀正交试验研究
摘要：级配碎石作为季节性冻土地区高铁路基基床表层填料，其防冻胀问题尤为关键。为研究在不同条件下级配碎石的冻胀特性，选取不同的含水率、细颗粒含量、冷端温度和压实度进行了室内封闭系统冻胀正交试验。结果表明，在不同因素、不同水平的组合时，级配碎石有不同程度的冻胀。当级配碎石含水率为5％时，试样的冻胀率较小；当含水率超过7％时，大部分试样冻胀率超过1％。对冻胀过程中试样温度场、冻结深度、冻胀变形过程和冻后试样含水率分布进行了分析，发现冻后试样冷端位置的含水率高于初始含水率，暖端位置的含水率低于初始含水率。当以冻胀率作为参考序列，其他试验条件作为比较序列时，灰色关联度分析结果表明，影响级配碎石冻胀率的主要是含水率，其次为细颗粒含量、压实度及冷端温度，其关联度相差不大。并得出了最有利于冻胀发展的组合。为满足寒区高速铁路变形量的要求，提出以控制级配碎石含水率小于5％为指标。NaCl溶液对土体持水特性影响的试验研究
摘要：分别采用不同浓度的NaCl溶液对低塑性黏土进行饱和,然后进行压力板和蒸汽平衡法试验,获得整个吸力范围内的土-水特征曲线（SWCC）。分析不同浓度的孔隙溶液对SWCC的影响规律,结果表明：盐分对基质吸力的影响较小,对总吸力影响较大,这主要是因为盐溶液引起的渗透吸力所致。在蒸汽平衡法试验中,随着含水率的降低,孔隙浓度增大,渗透吸力增大。然而,基质吸力随着含水率的减小迅速增大,使得渗透吸力所占的比例逐渐减小。在非饱和土中,总吸力包括基质吸力和渗透吸力;基质吸力包括毛细部分和吸附部分,当土体中含水率较低时,主要是吸附效应在起作用;渗透吸力与溶液浓度有关。根据试验结果深入分析了吸附水膜和土颗粒之间的相互作用,得出由于溶质的存在对分子间吸附力的影响规律。根据表面化学原理,建立了分子间作用力和吸附水膜厚度之间的关系,以描述处于吸附状态的土-水特征曲线。考虑轴向力和渗透力时圆形隧道广义Hoek-Brown解
摘要：为了研究渗透水压力和轴向应力共同作用时隧道围岩的应力和位移变化趋势,将圆形隧道简化为轴对称模型,假定渗透场以渗透体积力作用在原应力场,以围岩开挖断面为假定平面,引入垂直于该平面的轴向应力。基于广义Hoek-Brown强度准则和非关联流动法则,推导出考虑轴向应力和渗透场共同作用时弹-脆-塑性围岩的应力和位移非线性解,采用数值算例分析了轴向应力和渗透力共同作用时隧道围岩塑性区应力场和位移场的分布规律。计算结果表明：与无渗透水压力作用下的模型相比,渗透力作用使得围岩塑性区各点位移增大,并且内外水头差越大,位移增大越明显。当轴向应力为中主应力时,围岩塑性区半径和塑性区各点应力增大,轴向应力为大主应力和小主应力时,围岩塑性区半径和塑性区应力变化较小。因此,渗透力的存在不利于隧道围岩的稳定性,并且轴向应力的大小对于富水地区隧道围岩的应力和位移分布具有较大影响。在施工设计时考虑渗透力以及轴向应力的共同影响对于保证隧道围岩稳定性具有重要意义。NaCl侵蚀环境下水泥固化铬污染土的强度及淋滤特性
摘要：日益严重的环境污染问题导致土壤中的重金属离子越来越多,这不仅使得土的工程性质受到影响,而且有害重金属离子的渗出也会威胁人类的健康。目前常采用水泥固化技术（S/S法）来处理重金属污染土。但当地下水中富含侵蚀性盐离子时,固化后的重金属污染土会受到影响,进而改变其强度及重金属离子的滤出特性。通过系统的室内试验,对水泥固化铬污染土在NaCl溶液浸泡后的强度特性及重金属离子的滤出特性进行了研究。试验结果表明,水泥固化铬污染土的无侧限抗压强度随NaCl溶液浓度的增加而减小,而随浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7d时最小。毒性特征沥滤试验（TCLP）结果显示,浸出液中Cr3＋浓度随NaCl浓度增加而增大,随浸泡时间增加而减小;而浸出液的pH值随NaCl浓度增加而减小,随着浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7d时最小;浸出液的pH值在4.0～5.5范围内时,Cr3＋滤出量随pH值增大而减小。锌污染土物理与电学特性试验研究
摘要：随着城市化进程的加快,工业化重金属污染愈发严重,其中锌（Zn）污染是我国常见工业污染物之一。目前污染土体的主要研究方向为污染后土体某单一特性的变化,对土体污染后不同特性之间的相关性研究所见报道不多。使用南京特有的长江漫滩相沉积粉质黏土,通过室内人工配置特定污染浓度土样进行试验。测试分析了土体液限、塑限、pH值、颗粒成分等物理指标随Zn污染的浓度变化情况,并进行了龄期分析。试验表明,随着污染土中Zn浓度的增加,土壤的液限、塑限、粉粒含量和pH值呈下降趋势,而土壤的黏粒含量和塑性指数呈增大趋势,并得出了相应物理指标随污染龄期的变化规律。采用改进的圆形四电极MillerSoilBox进行室内的土样电阻率试验,分析了电阻率与土体含水率、孔隙率、饱和度、污染浓度等基本指标之间的相关性,讨论了电阻率随污染土样龄期的变化规律。并根据污染后土体的物理指标变化,建立Zn污染后电阻率与液限、塑限、pH值、颗粒成分等物理指标的相关关系。考虑分层特性的尾砂胶结充填体强度折减试验研究
摘要：充填体分层现象在分段或阶段嗣后填充采空区过程中较为常见。设置65％、70％、72％和75％4个浓度，填充次数为1、2、3和4制作不同分层胶结充填体试件，进行单轴压缩试验探究其力学强度及其破坏模式。试验结果表明：（1）相同浓度条件下，随着填充次数增多，胶结充填体的单轴抗压强度弱化效应越明显，而当浓度在65％～75％之间变化时，对应强度折减系数介于0．592～0．967；（2）充填体单轴抗压强度与填充次数之问满足二次多项式函数关系，而与料浆浓度呈对数函数分布；（3）不同分层胶结充填体的破坏模式主要表现为共轭剪切破坏和贯穿分层面的张拉破坏。低强度夹层可能是导致分层胶结充填体强度降低的原因，能够为后期填充采空区的充填体强度设计提供可靠的理论依据。淋滤条件下GGBS-MgO固化铅污染黏土强度与溶出特性研究
摘要：以粒化高炉矿渣粉-氧化镁（GGBS-MgO）固化铅污染黏土为研究对象,通过半动态淋滤试验,对GGBS-MgO在酸雨作用下的强度特性及溶出特性进行研究。通过对GGBS-MgO固化铅污染黏土半动态淋滤后pH值、针刺深度、无侧限抗压强度及浸出液中[Pb]、[Ca]、[Mg]元素浓度的测试,分析淋滤液初始pH值、掺量以及含铅不含铅对GGBS-MgO固化土强度特性的影响,讨论了初始淋滤液pH值、固化剂掺量对GGBS-MgO固化铅污染土累积铅、钙、镁溶出质量以及铅有效扩散系数的影响规律。结果表明,半动态淋滤试验使试样无侧限抗压强度qu较标准养护39d试样降低了2%～53%,且淋滤液初始pH=2对试样qu影响最大;在相同掺量、相同淋滤液初始pH值时,GGBS-MgO固化未污染土半动态淋滤后qu较水泥固化未污染土qu提高了12%～43%;且当固化剂掺量为18%时,固化铅污染土强度特性较水泥有明显优势,约为水泥固化铅污染土强度的1.3～1.8倍;且相同配比时,淋滤液初始pH=2表层的pH值约为pH=3、4、5、7的1/2;随着淋滤液初始pH值、半动态淋滤后qu及内部pH值的增加,针刺深度减小;针贯入阻力与qu存在幂指数关系。此外,累积铅、钙、镁溶出质量随着初始淋滤液pH值、固化剂掺量的增加而减少,在初始淋滤液pH=2时,Ai,Pb、Ai,Ca、Ai,Mg分别约为pH=3、4、5和7的29～222倍、1.7～4.4倍和12.0～80.3倍;固化剂掺量为12%时的累积溶出质量约是18%掺量时的1.1～2.0倍;铅有效扩散系数De随着初始淋滤液pH值的增加而降低,初始淋滤液pH=2时的De比pH=3～7的De高约3～5个数量级;且低于水泥固化铅污染土De,当初始淋滤液pH=7时,GGBS-MgO固化土De相比于水泥固化土低1～2个数量级。膨胀土损伤变量不同表征方法评价的试验研究
摘要：裂隙性是膨胀土的重要结构特征,裂隙损伤对膨胀土的变形、强度和稳定性有重要影响。岩土体损伤演化理论是当前研究的前沿课题,选择合理的损伤变量决定着损伤模型的正确性。为评价几种损伤变量表征方法的合理性,以南水北调中线工程陶岔引水渠坡的膨胀土为试验研究对象,通过控制净围压和吸力分别为100、50 k Pa下的CT-三轴剪切试验,定量研究了分别基于承载面积、CT数的均值ME和方差SD的损伤变量表征方法的合理性。研究发现,损伤面积相同而损伤部位不同的试样偏应力-应变曲线和强度基本一致;损伤面积和SD可以作为损伤变量表征参数,而ME不适合用来表征膨胀土的损伤变量,虽然ME可以很好地用来定义岩石的损伤变量。试验研究结果可以为建立考虑损伤的膨胀土强度理论和本构模型中损伤变量的选择、定义提供科学依据。水泥固化锌污染土电阻率与强度特性研究
摘要：以标准砂及普通硅酸盐水泥为试验材料，制作水泥固化锌污染土样，进行了一系列电阻率和无侧限抗压强度试验。研究了交流电频率对水泥固化锌污染土电阻率的影响、不同含量锌离子对水泥缓凝作用的影响、锌离子含量和龄期分别对水泥土电阻率和强度的影响、电阻率与无侧限抗压强度的关系。结果表明：电阻率随电流频率的增加而明显降低，尤其当频率低于50kHz时为甚；不同含量的锌离子对水泥土的缓凝作用影响明显，随着锌离子含量的增大，水泥土强度的充分发挥所需时间逐渐增长，但在锌离子含量为500mg／kg时，缓凝作用表现异常；电阻率和强度均随龄期的增加而增长，随锌离子的含量的增加上下波动，电阻率在锌离子含量为50mg／kg和500mg／kg时出现极值，强度在锌离子含量为100mg／kg和500mg／kg时出现极值；在各个龄期下，电阻率与强度均呈现出很好的线性关系。分级循环荷载下岩石动力学行为试验研究
摘要：利用WDT-1500多功能材料试验机，对砂岩、砾岩和砂砾岩进行了分级循环荷载试验，研究了岩石的动弹性模量对应力幅值和应力水平的响应特性，得到了动弹性模量和耗散能随应力幅值、应力水平及含水率的变化规律。试验结果表明，分级循环荷载下岩石的能量耗散越多，动弹性模量越小；应力水平越高，动弹性模量和耗散能越大；含水率和应力幅值越大，动弹性模量越小，耗散能越大。讨论了邓肯一张模型能够描述分级循环荷载作用下岩石的应力一应变关系，构建了动弹性模量随应力水平、应力幅值及含水率变化的演化模型，探讨了模型参数的确定方法。根据能量耗散的经验法则，建立了耗散能演化模型，结果表明，该模型能够描述分级循环荷载过程中能量耗散行为。
