红砂岩土石混合料高填路基强夯压实试验研究

通过室内直接剪切试验,研究了红砂岩土石混合料在水作用下的强度衰变规律,得到了红砂岩土石混合料,并对高填路基进行了强夯试验研究,试验表明强夯法压实土石混填路基可行,瑞雷面波法测试结果表明强夯法的压实效果良好。     

煤矸石地基在强夯冲击荷载作用下的物理模型试验研究

 为了研究强夯法加固煤矸石地基的加固效果,了解强夯过程中不同深度处动应力分布规律,测定不同夯击能的有效加固深度,进行室内模型试验研究。用DH5939动态应变仪采集不同夯击能、不同击数、不同测点位置煤矸石地基中的动应力。试验结果表明：单击夯沉量随夯击次数的增加而减小。在夯击次数相同情况下,单击夯击能越大,夯沉量也越大。在强夯作用下,动应力主要为单一的波峰,没有明显的第二波峰,作用时间极短,动应力达到峰值所需的时间明显小于衰减时间。沿夯锤不同深度的动应力达到峰值具有明显的时滞性,在同一深度,随着夯击能、夯击次数的增加,动应力也相应增加。另外,强夯后煤矸石地基的物理力学特性指标如压实度、黏聚力等较夯前有较大提高,夯击能越大,提高幅度越明显,夯击能相同时,距夯点位置越近,提高幅度越明显。满足实际工程需要的最佳夯击能约为3 000 kN•m,最佳夯击击数为7～9击。该成果不仅适用于强夯法处理煤矸石地基,对其他松散易碎介质如建筑渣土的强夯地基加固也有一定的参考价值。     

强夯动应力的量测及现场试验研究

结合常吉高速公路强夯补强加固路基工程,做了大型的现场试验.在试验路段布置了43个土压力盒,运用动态应变仪记录了强夯动应力的传播和衰减过程,并尝试用动应力的传播与衰减曲线说明冲击波在土体中的传播.试验结果表明:强夯对红砂岩填土路基的加固效果明显,强夯动应力也相当明显,强夯动应力在水平方向的衰减速度比竖直方向快,竖直方向的影响范围比水平方向大;强夯法加固地基的影响深度远大于有效深度;随着夯击次数的增加,有效加固范围内的动应力增加明显,但在3~5击后基本稳定;从动应力等值线图上也可分析出强夯作用时压缩波、剪切波、瑞利波的作用范围.     

强夯作用下土体加固效果研究

强夯法具有操作简单、施工周期短、工艺简单等特点,已在国内外得到广泛应用。为进一步研究强夯法加固地基土效果,利用有限元软件模拟强夯施工过程,考虑夯锤及地基土弹塑性本构关系,分析了在不同的夯击能下,土体的竖向位移、动应力、速度、土体塑性区域变化规律。得出如下结论：(1)在冲击荷载下,土体发生弹塑性变形,土体塑性变形主要从夯锤向下呈一定角度扩散,呈苹果形分布,随着夯击时间增加,塑性变形区域也在逐渐增大;(2)土体竖向位移及动应力随深度逐渐衰减且在空间上呈椭圆形分布;(3)随着夯击能增加,土体加固效果也越好。     

强夯法处理填土地基试验研究

通过对强夯加固填土进行现场试验研究,分析了强夯加固前后地基的物理力学特性和不同夯击能下强夯有效加固深度。得出强夯加固地基存在盲区（距地表50cm左右）,且强夯影响深度可大致分为高加密区、中加密区和低加密区。有效加固深度随夯击能增加而增大,有效加固深度为锤底直径的2．5倍左右。     

红砂岩强度特性的微结构试验研究

为探讨红砂岩强度特性的微观机制,运用自主开发的微细结构光学测试系统,对荷载作用下红砂岩微结构的演化进行全程观测,并测定对应岩样的无侧限抗压强度和提取相应的微结构量化参数.运用多元线性回归分析法对微结构量化参数和无侧限抗压强度进行关联性分析,筛选出对红砂岩无侧限抗压强度有显著影响的微结构要素,并对荷载作用下显著性微结构要素的演化特性进行分析.研究结果表明:在单轴压缩条件下,红砂岩先结构强化,后结构劣化,直至最终破坏;红砂岩的单轴抗压强度主要与密实程度、微孔洞等缺陷的分布情况及矿物颗粒之间的联结状态有关,随着红砂岩风化程度的增强,以上各因素对其单轴抗压强度的影响将更加显著;伴随荷载的增加,红砂岩的矿物颗粒面积比例及欧拉数总体上趋于减小,孔隙向着集中化和集团化的趋势发展,红砂岩抗变形能力逐步丧失.     

红砂岩三轴压缩变形与强度特征的试验研究

利用RMT–150B型岩石力学试验系统对红砂岩进行单轴、常规三轴压缩和巴西劈裂试验,分析红砂岩的变形、强度与破坏特征,以拟合偏差的绝对值之和最小为目标确定5种强度准则中待定参数,比较拟合偏差及单轴抗压强度、抗拉强度和破裂角的预测值与试验值的差异。结果表明:直线型的Mohr-Coulomb强度准则的拟合偏差较大,高估了低围压和高围压时的岩石强度;Hoek-Brown准则、广义Hoek-Brown准则、Rocker准则和指数强度准则对单轴抗压强度的预测值与试验值(68.0 MPa)基本一致,但对抗拉强度均给出偏高的估计;广义Hoek-Brown强度准则预测的抗拉强度接近于试验值,整体拟合效果较好;红砂岩的破裂角为52.5°~66.6°,与围压呈负相关。Mohr-Coulomb强度准则预测破裂角为65°,与实际破裂角相差较大,其余4种强度准则预测的破裂角与围压均呈负相关,与实际破坏角的差距有所减小。     

砂土地基强夯地面变形与加固深度的半模试验研究

在量纲分析的基础上,利用尺寸50cm×40cm×60cm（长X宽X高）的玻璃模型箱,采用3种不同干重度的砂土,对之施加4种不同能量的冲击能,观测了不同的夯击能作用时夯点下的地面变形与中心点下不同深度的竖向位移,拟合了位移一深度关系,建立了夯坑深度和有效加固深度与土质参数及施工工艺参数之间无量纲的相关方程,并用工程实例对方程进行了验证。结果表明：方程可有效地定量分析强夯时的夯坑深度和有效加固深度,对强夯法的设计与施工具有一定的指导意义。     

红砂岩的一种新的抗风化化学加固方法试验研究

以浙江龙游石窟群围岩的抗风化加固为研究背景,对红砂岩试件进行了多种化学材料处理方案的室内试验,通过对试验结果及相应试验参数的分析,提出了一种新的化学加固材料CRS。利用该材料进行加固时首先利用无机硅与砂岩的反应物填充岩石的孔隙,然后用有机硅与岩石中的羟基反应,以脱水缩合,达到加固目的。将岩石浸泡在该材料的溶液中,与浸泡前相比,岩石的弹性波速度增加15%左右,粘聚力增加50%,内摩擦角变化不大,在围压5 MPa时,三轴抗压强度增加50%左右。将选定的化学加固材料喷洒在龙游石窟的多处围岩表面上,岩体结构明显致密,加固深度大于3 cm,围岩的弹性波速度比加固前提高了5%(淋水岩体)～10%(较干岩体),加固将近1 a时间,被加固的岩石表面和内部均未发现颜色的明显改变。     

红砂岩粗粒土流变工程特性试验研究

在自行设计的粗粒土单轴流变试验仪上,进行红砂岩粗粒土流变试验,分析红砂岩粗粒土的流变特性。流变试验结果表明,在比较低的应力状态（轴向应力σ≤0.8MPa）下,红砂岩粗粒土表现出线性黏弹性;在较高的应力状态（轴向应力σ〉0.8MPa）下,红砂岩粗粒土表现出非线性黏弹塑性。为描述红砂岩粗粒土的非线性黏塑性变形特征,提出一个新的双曲线型黏塑性体,将双曲线型黏塑性体与Burgers流变模型串联,建立一个新的红砂岩粗粒土非线性黏弹塑性6元件流变本构模型,该流变本构模型能很好描述红砂岩粗粒土的非线性流变特征。同时,通过红砂岩粗粒土流变试验曲线,采用改进的最小二乘拟合方法确定该流变本构模型参数;流变试验曲线和该流变本构模型的理论曲线进行对比,对比结果验证了该模型合理。     

湿陷性黄土强夯加固振动试验研究

对采用强夯法加固湿陷性黄土地基所产生的振动影响进行了试验，归纳出了振动在湿陷性黄土中的衰减规律，分析了加固振动对毗邻建筑及人体舒适度的影响情况、黄土振陷产生的原因及条件。试验结果表明：强夯施工会产生巨大的振动，这种振动在湿陷性黄土中衰减很快；振动会对毗邻建筑产生破坏性影响并影响人的舒适度，当单击夯击能较大时，可能会使黄土产生振陷。     

用数字图像处理技术进行膨胀红砂岩细观结构动态劣变特征研究

针对南京红山窑水利枢纽工程红砂岩具有微膨胀、易风化、易湿化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS81503岩石力学刚性电液伺服试验机等先进设备为测试手段,获得大量红砂岩在不同吸水时间下的细观结构照片,并对图片进行灰度处理,提出用数字图像相关技术处理不同含水状态下红砂岩试验随时间动态劣化过程的灰度分布图;进一步探讨不同注水时间的红砂岩细观结构劣变状态及裂纹扩展的定量描述,从而为分析与定量评价膨胀红砂岩随时间膨胀变形破坏机制,寻求一种可靠的研究方法.这一结果对南京红山窑水利枢纽工程地基处理方案设计与施工具有重大的参考价值.     

红砂岩膨胀力学特性试验研究

针对南京红山窑水利枢纽工程提供的红砂岩岩芯,采用MTS 815.02型岩石刚性伺服试验系统和岩石膨胀测量仪,对膨胀红砂岩进行了力学特性试验研究。并进一步探讨了膨胀红砂岩膨胀力与吸水率的相关性,继而研究膨胀红砂岩膨胀力与膨胀变形的规律。通过膨胀红砂岩力学特性试验结果分析,膨胀红砂岩的初始吸水率对其膨胀力有着强烈的影响。这一结果对水利工程地基处理方案设计与施工具有重大的参考价值。     

岩体开挖过程中初始应力的动态卸荷效应研究

提出了边坡、地下洞室开挖施工过程中岩体初始应力动态卸荷的概念。以龙滩水电站地下厂房开挖为例，比较了爆破荷载和岩体初始应力动态卸荷对岩体的动态影响。计算结果表明：（1）在中高地应力区，岩体开挖过程中初始应力场的动态卸荷可能是引起岩体松动的重要因素之一；（2）虽然炮孔近区的损伤主要是由爆破荷载引起的，而远区的忪，力则可能由岩体初始应力的动态卸荷引起；（3）初始应力卸荷越快，其引起的松动范围越大。     

典型红粘土与膨胀土的对比试验研究

通过室内试验对广西贵港红粘土、湖北荆门弱膨胀土与中膨胀土的物理力学性质指标、原状样脱湿过程中的强度变化、击实样泡水前后强度变化以及脱湿吸湿性能等方面进行了对比试验研究。结果表明：3种土原状样脱湿过程中的强度指标在土体裂隙性与基质吸力双重因素的作用下表现出完全不同的变化规律；由于红粘土与膨胀土膨胀性能上的差异，不同含水量的击实样泡水后的干密度峰值与加州承载比(CBR)峰值所对应的原击实样含水量比最优含水量有不同程度的增大；土体因矿物成分的差异而表现出明显不同的脱湿、吸湿速率。广西贵港红粘土与荆门膨胀土虽然在一些物理力学指标上具有相似之处，但其力学特性与水敏性特征具有明显的差异，在实际工程中应给予充分重视。     

CT尺度砂岩渗流与应力关系试验研究

岩石渗流与应力关系研究是进行岩石渗流场与应力场耦合分析的关键。运用岩石高压三轴加载装置和渗透压加载装置,对砂岩进行了渗流与应力关系试验,同时借助SOMATOMPLUS螺旋CT扫描机进行实时观测。通过试验结果分析,推出了基于CT数的岩石孔隙率公式,在此基础上,分析了岩石应力–应变过程中孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等的变化规律。结果发现:岩石渗透参数的变化与岩石受力损伤–破裂过程密切相关。在初期的压密阶段,岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随应力的增大而减小;当岩石的内部出现微裂纹后,岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随应力的增大而增大,从宏观应力–应变关系看,从微裂纹出现到宏观破坏出现前,岩石还处于弹性变形阶段;当岩石宏观破坏时,岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等达到最大值。同时还发现:在渗透水压力作用下,受压砂岩的微裂纹起裂应力占岩石峰值强度的45%,而同样干岩样中微裂纹起裂应力占岩石峰值强度的55%以上,也就是说,渗透水压力使砂岩样的强度损失10%。     

膨胀土与改性膨胀土的动力特性试验研究

在成都绕城路膨胀土路基改性试验研究的基础上,利用动三轴试验研究膨胀土及改性膨胀土在重复荷载作用下的永久变形及动力特性。分析了不同围压下弹性应变、累积塑性应变和动应变与荷载重复作用次数之间的关系,在双对数坐标系中比在普通坐标系中能更好地区分累积塑性应变的3个阶段。当忽略第1和3阶段时,累积塑性应变与荷载作用次数之间在双对数坐标系中近似呈线性关系。膨胀土的动应变与荷载作用次数之间也有类似的关系。比较了膨胀土与改性膨胀土的动力特性(如动弹性模量、动粘聚力、动摩擦角、阻尼比等),表明经改性后膨胀土的力学特性得到了明显增强。     

复合土钉墙大型现场测试及变形性状分析研究

通过对深圳假日广场深基坑复合土钉支护结构全过程内力和变形的观测与分析,探讨地下水和土压力变化对土–土钉耦合体力学性能的影响效应,研究爆破振动荷载下土的特性及复合土钉支护体系力学性能变化对基坑安全的作用规律,揭示复合土钉支护结构的变形特征。结果表明：（1）预应力锚索复合土钉支护结构的变形具有渐进性,每层开挖完成后,应尽快构筑支护结构以减小被支护边坡的总体水平位移,同时该支护结构还具有空间效应,靠近边坡上部布置的锚索对减小坡顶水平位移更有实际意义;（2）在桩锚式复合土钉支护结构中,土体沉降呈“勺”状分布,最大沉降值发生在最佳优势滑裂面附近,水平位移随基坑开挖不断增加,最后稳定在基坑边坡中偏下位置。     

动力固结后饱和软土三轴剪切性状的试验研究

通过淤泥质饱和软粘土的三轴固结不排水剪切试验,研究了海相沉积原状土、重塑土以及超固结土在动力固结后的应力–应变性状表现。原状软土经过动力固结后在剪切过程中表现出应变软化,重塑软土在低围压下具有一定的应变硬化现象,而在高围压下则为应变软化型。3种状态下的软土的应力–应变关系曲线按照双曲线形式对围压均具有较好的归一性。应力路径分析表明,原状土经过动力固结后在剪切过程中表现出一定的超固结土的性状,而经过动力排水固结后,重塑土则具有明显的超固结土特性。