不同水-岩作用下岸坡岩石力学特性劣化试验研究

库水位升降会使不同高度、不同水位线下岸坡岩石的水赋存环境不同,受到的水-岩作用类型亦不同,为此开展了不同水-岩作用下岸坡岩石力学特性劣化试验。结果表明,岩样的抗压、抗拉强度均随试验周期的增加而减小,呈先快后慢的劣化趋势;随着水-岩作用周期的推进,岩样在抗压和抗拉试验中,剪切破坏特征愈发明显;岩样微观结构由致密逐渐向疏松多孔、多裂纹的结构过渡;不同水-岩作用下,岩样的力学特性和微细观结构劣化程度表现为热湿循环作用>干湿循环作用>长期浸泡作用。结果对基于水-岩作用分区的岸坡长期稳定性分析提供了新思路。     

干湿循环及地震耦合作用下的库区红层泥岩边坡稳定性分析

针对库区蓄水诱发的低强度地震及库水位往复升降调节产生的干湿循环效应严重影响红层泥岩质岸坡稳定性问题,以某红层区库岸边坡工程为依托,通过室内试验和数值模拟方法研究了干湿循环条件下红层泥岩微观结构及强度劣化规律,并耦合地震作用模拟分析了边坡稳定性变化规律。结果表明,多次干湿循环后红层岩体微观结构疏松多孔,内部损伤逐步积累,力学参数显著降低。干湿循环对红层泥岩产生的劣化损伤作用为岸坡失稳提供了物理力学基础,地震动荷载则是岸坡进一步发生破坏的直接驱动力,在两者耦合作用中,库区红层泥岩岸坡更容易发生严重变形破坏。     

库水位往复升降引起的软岩干湿循环损伤特性试验研究

鉴于水敏性较强的软岩岸坡在库水长期浸泡及水位往复升降引发的干湿循环作用下更易发生失稳现象,以云南省某水利工程为例,采用室内压缩、SEM试验及理论分析方法探讨了干湿循环效应下的软岩强度及损伤机制。结果表明,多次干湿循环后岩体微观结构完整性遭到严重破坏,结构疏松;岩体力学强度与循环次数呈凹二次函数下降关系;干湿循环造成了岩体内部损伤的逐步积累,衰减趋势显示初次循环时岩体劣化最为显著,且粘聚力相比于内摩擦角受到的影响更为严重;循环多次后岩体损伤变量值逐渐趋近极限,随着围压的逐步增大,岩样结构遭到破坏。     

卸荷损伤节理岩体加载条件下力学试验研究

岩体在卸荷作用下力学参数会发生劣化，导致承载力大幅减小。基于卸荷岩体力学理论，预制不同节理的砂岩岩样，在不同围压和卸荷量的条件下，对岩体的波速、应力应变特征、弹性模量、泊松比等参数进行试验测定。结果表明，节理岩体的波速与卸荷量关系呈阶段性变化。随着卸荷量的增加，波速衰减率明显增大；卸荷量越大，节理岩体的压密过程就越长；在卸荷量为0%和60%时，一定节理倾角的岩体，围压为5 MPa和10 MPa的弹性模量变化规律极为相似，并且弹性模量差值在10%以内，而围压为0 MPa和5 MPa的弹性模量相差在30%以上；在卸荷量和围压（都不为0）一定时，岩体的弹性模量与节理倾角呈类似正弦函数的变化规律；节理岩体的泊松比与卸荷量之间满足y=a+b(xc-1)关系。     

干湿循环条件下两种砂岩强度及破坏特征比较试验研究

以侏罗系地层中的长英质细砂岩和弱蚀变泥质砂岩为例,分析了两种砂岩的不同矿物成分和细观 结构特征,探讨了干湿循环作用下两种砂岩强度及破坏形式变化情况。试验结果表明,由于两种砂岩矿 物成分的不同,长英质细砂岩遇水后,强度发生大幅度劣化,在之后的干湿循环过程中劣化趋于平稳, 破坏形式几乎由单一断面剪切滑移而破坏,多次干湿循环后,岩样的破坏形式无显著变化,但在断口处 出现粉化现象;弱蚀变泥质砂岩经多次干湿循环后,强度并未发生显著劣化,由于岩样的脆性较强,破 坏形式大多沿轴向存在相当多的劈裂面,但有一个贯穿整个岩样的剪切破坏面,断口处未出现粉化现象 。     

深切河谷边坡裂隙岩体渗透性与埋深的关系

河谷区边坡裂隙岩体的渗透性分布规律,对于边坡渗流分析的参数选取有着重要的参考意义。通过分析单一裂隙的渗流规律及河谷地区边坡应力分布特征,研究了在复杂应力条件下及存在边坡卸荷作用时河谷边坡裂隙岩体渗透性随岩体埋深的分布规律,并结合白鹤滩水电站坝址区玄武岩岸坡岩体钻孔压水试验资料,采用表征裂隙岩体渗透性的单位吸水量ω为参数,通过统计分析验证了理论推导的结果。     

古贤水利枢纽坝址区基岩剪切带抗剪强度参数确定

古贤水利枢纽坝址区剪切带具有地质形成历史长、岩体组合结构复杂、延展规模大等特点,根据颗粒分析试验结果,剪切带软弱结构面由岩屑夹泥和泥夹岩屑两种类型组成,采用室内直剪和原位剪切两种试验方法研究其抗剪强度参数。结果表明,综合对比两种试验条件下获得的抗剪强度指标,发现直剪试验结果较高;剪切试验的破坏过程与充填物性质密切相关,且应考虑平硐开挖扰动对抗剪强度指标的影响。     

卸荷损伤节理岩体加载条件下力学试验研究

岩体在卸荷作用下力学参数会发生劣化,导致承载力大幅减小。基于卸荷岩体力学理论,预制不同节理的砂岩岩样,在不同围压和卸荷量的条件下,对岩体的波速、应力应变特征、弹性模量、泊松比等参数进行试验测定。结果表明,节理岩体的波速与卸荷量关系呈阶段性变化。随着卸荷量的增加,波速衰减率明显增大;卸荷量越大,节理岩体的压密过程就越长;在卸荷量为0%和60%时,一定节理倾角的岩体,围压为5 MPa和10 MPa的弹性模量变化规律极为相似,并且弹性模量差值在10%以内,而围压为0 MPa和5 MPa的弹性模量相差在30%以上;在卸荷量和围压(都不为0)一定时,岩体的弹性模量与节理倾角呈类似正弦函数的变化规律;节理岩体的泊松比与卸荷量之间满足y=a+b(xc-1)关系。     

长期浸泡与干湿循环作用下砂岩损伤特性研究

为探究库岸边坡岩体的损伤特性,以常见的中风化砂岩为例,通过室内长期浸泡、干湿循环条件下的力学试验,分析了砂岩的物理参数、应力—应变曲线及劣化特征。结果表明,长期浸泡对岩样的损伤作用分为前期的饱和作用和后期的水解作用;干湿循环的每个周期都会造成岩样小颗粒脱落或胶结物溶解。长期浸泡、干湿循环两种状态对岩样的损伤都很大,且首次损伤程度较大,占整体损伤的一半以上。研究结果为库岸边坡的稳定性研究提供了理论依据。     

干湿循环对土体级配分形特性影响分析

为分析粗粒土受水体干湿循环作用时颗粒级配演化规律,采用颗粒筛分试验统计干湿循环作用后土体颗粒粒径分布,引入颗粒质量-粒径分形模型计算粒径分形曲线(GFC)及分形维数(D),揭示了D随围压及干湿循环次数变化的规律,量化了干湿循环作用对粗粒土D的影响,并建立了计算方程。结果表明,等效替代缩尺法对GFC及D影响较小;制样及筛分过程导致D增大0.63%,室内试验方法引起粗粒土颗粒破碎效应不可忽略。低围压条件下(围压小于0.60MPa),D随围压增大及干湿循环次数增多而增大,剪切作用及水体干湿循环作用加剧了粗粒土颗粒破碎效应。所建粗粒土D计算模型为评价干湿循环对涉水工程填筑土体级配劣化效应提供了依据。     

三峡水库水位升降对土质岸坡塌岸力学影响机制研究

三峡库区土质岸坡因水动力条件改变产生大量塌岸,而库水位升降是其重要破坏因子。对此,通过物理模型试验探究了土质岸坡在水位反复升降条件下的塌岸破坏特征、演化过程及力学机制。结果表明,在水位反复升降条件下,土质岸坡发生渐进式变形破坏。随着水位升降次数增加,其变形演化过程为微裂缝出现→微裂隙扩展→裂隙贯穿→滑面形成→部分滑移→裂隙再次出现并扩展→滑面再次形成→再次滑移,岸坡经过多次滑移后坡度趋缓并最终趋于稳定。水位升降造成塌岸的力学机制为浸泡软化、浮托力及渗流力三种力学效应共同作用,但在库水上升和下降的不同阶段三种力学效应对岸坡的作用效果却明显不同,因此岸坡变形破坏特征和程度也有很大差异。在三种力学效应共同作用下,随库水位反复升降岸坡变形破坏表现为表面拉裂及内部压剪破坏并逐渐积累扩展。     

温度和盐度对珊瑚砂抗剪力学性能的影响

珊瑚砂作为岛礁工程建设的重要材料，其在不同海洋环境下的物理力学特性直接影响岛礁构筑物的设计、施工及长期运行。为研究温度和盐度影响下珊瑚砂剪切力学特性，采用自主研制的温控桩-土接触面三轴试验仪，对南海海域的珊瑚砂进行了不同温度和盐度的三轴排水剪切试验。结果表明，与标准砂类似，珊瑚砂的剪切应力-应变曲线存在峰值，且呈现出应变软化特征；珊瑚砂的抗剪强度受温度影响不明显，但对盐度比较敏感，相对于淡水环境，盐度使峰值抗剪强度下降了2.5%～8.5%,且围压越低降幅越大；盐度对珊瑚砂的粘聚力有劣化效应，其减小幅度接近30%,但对珊瑚砂内摩擦角的影响不明显。     

沥青坡面水流特性影响因素敏感性分析

为阐明城市沥青道路坡面积水分布影响机理，采用二维浅水方程模拟分析沥青坡面降雨径流特性，基于全局综合敏感性分析的正交试验法，对引起沥青坡面不同程度积水的多重影响因素(坡面横坡、纵坡、坡面宽度、坡长、降雨强度及糙率系数)进行综合敏感性分析。以最大径流深度为敏感性分析指标，同时进行极差分析和方差分析，不仅给出了各影响因素敏感性排序，且明确了各影响因素的显著性水平。研究结果表明，漫流排水条件下，横坡、坡面宽度及降雨强度对坡面径流深度影响均较显著；坡长对坡面径流深度影响不显著；坡面径流深度与横坡均呈负相关关系，与降雨强度、坡宽、坡长呈正相关关系，与糙率系数呈先负后正的相关关系。研究成果可为工程实践提供参考。     

基于Barton Bandis节理模型的重力坝坝基节理加卸载变形规律研究

鉴于离散单元法在处理富含节理面的岩体方面比常规有限元有明显优势,首先分析Barton Bandis（B B）〖JP〗节理模型加卸载时的应力应变关系和剪胀规律,然后建立基于B B节理模型的重力坝加（卸）载模型,通过记录监测点位移历程,探讨坝体及坝基软弱结构面在加卸载作用下的位移变化规律,并提出强度转换公式,将B B节理模型强度转换成等效M C模型的粘聚力和摩擦角,发现随着加卸载次数的增多,转换后的节理强度逐渐减小。     

试样高度对粗粒土剪切性能的影响

为研究不同试样高度粗粒土剪切性能的差异,运用DHJ50-2型叠环式剪切试验机,对1~2mm粗粒土组成的3种干密度土样,在4种试样高度下进行直剪试验,探究试样高度改变对粗粒土剪切性能的影响。结果表明,不同试样高度粗粒土抗剪强度及其参数在边界摩擦和力链结构共同作用下呈波动变化;咬合力对尺寸变化更加敏感;不同试样高度的剪切曲线变化趋势一致;试样高度越大,剪缩量越大。研究结果为更全面解释尺寸效应下粗粒土剪切性能的变化奠定了基础。     

红层河谷区泥岩水化损伤特性试验及本构模型研究

红层地区河谷附近的深基坑开挖后在降雨和地下水作用下极易发生坍塌或局部滑塌,为了研究水对红层泥岩力学特性的影响,采用基坑内部钻芯取得的原状岩体,制备不同含水率的试样,通过开展室内扫描电镜及三轴压缩力学试验,对岩体的细观结构及力学参数随含水率的变化规律进行分析。研究结果表明,富水条件下泥岩微观结构疏松,裂缝发育明显。随着含水率的增大,泥岩内摩擦角小幅降低,而粘聚力大幅下降,且含水率与抗压强度及弹性模量均呈负相关。含水率较高条件下,岩样的应力-应变曲线表现为压密阶段区间增大,屈服阶段更为明显。基于微观特性及宏观力学试验结果,提出了考虑红层泥岩水-岩劣化效应的分段式损伤本构模型,并对该模型进行了验证。研究结论可为红层区受水-岩作用影响明显的岩土工程设计提供支撑。     

不同植物根系对岸坡土体抗剪强度的影响

干旱地区植被根系在增强土体抗剪强度方面具有显著作用。为探究塔里木河下游植物根系对岸坡土体抗剪强度的影响,明确植被对岸坡防护的作用机理,以红柳、芦苇、骆驼刺、梭梭4种典型荒漠植被为例,开展室内根系拉伸试验和直接剪切试验,对比分析了4种植物根系对土体抗剪强度的影响规律。结果表明,4种根系的直径与抗拉力和抗拉强度均呈幂函数关系,其中与抗拉力呈正相关,与抗拉强度呈负相关,当根系直径>1.5 mm后抗拉力差异性显著提高;根系体积密度(R_RVD)对根—复合体的抗剪强度影响呈非线性。4种根—土复合体增加相同R_RVD时,对抗剪强度的提高程度依次为红柳>芦苇>骆驼刺>梭梭,表明红柳和芦苇在提高抗拉力和土体粘聚力方面具有显著优势,可作为沿岸固土防蚀植被推广种植。     

透水模板成型混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

采用干湿循环试验方法,对比研究了不同模板成型方式、不同配合比混凝土试件的抗硫酸盐侵蚀性能,以质量损失、相对动弹性模量损失和强度损失来综合表征混凝土的劣化程度;从宏观和微观两方面分析了使用透水模板布对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明,对于不同配合比混凝土,透水模板可以优化试件表层孔隙分布和成型质量;在硫酸盐溶液干湿循环作用下,试件剥落损失、相对动弹性模量损失和强度损失减小,抗硫酸盐侵蚀性能明显增强。     

西北地区哈密抽水蓄能电站隧洞洞口段边坡支护效果及抗震分析

为分析强震作用下洞口段岩土质边坡与支护和洞室结构的动力响应规律，以西北地区哈密抽水蓄能电站洞口段工程为例，先提出综合治理方案；后采用现场监测和FLAC^3D数值模拟相结合的方法分析治理效果；最后在强震荷载下，分析了支护结构及洞室对岩土质边坡动力响应的影响，并探讨给出一些洞口段工程抗震设防建议。结果表明，治理后稳定系数从1.140增大至1.473,增幅达29.2%;支护结构的施加有效降低了坡面和洞顶轴线的加速度和位移；洞室的存在相较于坡面动力放大效应的影响，对洞轴线影响更大；通过分析坡面和隧洞轴线拱顶衬砌加速度，马道对边坡抗震十分重要，建议该工程抗震设防长度取3.4～4.8倍洞径之间。     

高地应力下硬岩V型破坏坑数值模拟研究

为确定可准确模拟高地应力下硬脆性岩体破坏的本构模型,以Mine-by试验隧道为例,采用线弹性模型、理想弹塑性模型、m-0准则、CWFS模型等4种常用的本构模型对高地应力下硬岩脆性破坏的一种典型破坏模式——V型破坏坑进行数值模拟。结果表明,线弹性模型无法模拟硬岩的脆性破坏问题,仅可通过分析洞周围岩的二次应力场及强度系数分布特征粗略估计围岩张拉破坏范围;MOHR-COULOMB强度准则中不包含中间主应力σ2,无法考虑中间主应力对岩石强度的影响及岩体塑性屈服后的性能劣化,计算结果误差很大;可考虑围岩破坏过程中材料力学性能劣化的CWFS模型和m-0准则在模拟硬岩脆性破坏方面效果较好,数值结果与实际情形较为一致。研究结果可为类似工程开展岩爆破坏数值模拟和防治提供参考。