饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上拔承载力大尺寸模型试验研究

 通过采用大比例尺模型对饱和度为49%的非饱和粉土及饱和粉土中埋深比(桩埋深与扩底直径之比)为1,2,3和5的扩底桩进行试验研究,揭示饱和度、埋深比对扩底桩极限上拔承载力及其破坏模式的影响。试验结果表明：土体饱和度从49%增加至100%,扩底桩的极限上拔承载力降低至原来的30%～50%;扩底桩埋深比从1增加至5,非饱和及饱和土中桩的极限上拔承载力分别增加8和12倍;扩底桩的上拔破坏模式随埋深增大由桩周土体倒圆锥台形破坏变为扩底圆周土体局部破坏。     

浅埋盾构隧道开挖面失稳大比尺模型试验研究

盾构隧道施工过程中支护压力不足会引起开挖面失稳。针对浅埋盾构隧道,采用大比尺物理模型试验对盾构开挖面稳定进行研究。试验通过控制支护板移动速度来模拟开挖面失稳变形过程,并对支护压力和地表变形进行监测,发现了支护力和地表变形发展的3个阶段。与此同时,采用数码摄像技术对失稳土体实时观测,并利用颗粒图像技术对图像进行处理得到失稳土体的位移增量场。对比发现,位移增量场的变化规律与支护力和地表变形的3个阶段相对应。     

混凝土扩盘桩桩土破坏机理的半面桩原状土试验

针对混凝土扩盘桩桩周土体破坏机理研究过程中,现有半面桩小模型埋土试验方法和大型桩实体试验方法的局限性,提出了半面桩原状土模型试验方法,并阐述了该方法的试验步骤,指出该试验方法不仅能够真实的模拟桩土相互作用,全程观察土体的破坏形态,并且实施过程相对简单、安全、成本低廉。     

三峡地区奉节县城缓倾层状岸坡变形破坏模式及成因机制

结合奉节缓倾层状岸坡的特点,分析认为软硬相间的岩性组合、近水平的岸坡结构,加之垂直层面的密集短小节理的切割构成了奉节地区独特的岸坡结构形式。岸坡变形破坏主要以压致拉裂、差异卸荷、重力蠕变-滑移-倾倒和结构沉陷等4种模式进行。巴东组第二段(T2b2)紫红色泥岩的易风化,崩解特性以及第三段(T2b3)泥灰岩的脆性,易溶蚀特性使得该区边坡岩体结构被深度改造,导致岩体结构沉陷,使得岸坡出现了似滑非滑、似塌非塌的变形破坏特征,存而导致了关于其破坏模式认识上出现了很大争议。     

滑坡变形破坏机理和整治工程的模型试验研究

为分析某滑坡的变形破坏机理以及整治效果,选取了不同的模型材料来模拟相应的岩类,以相似比1∶200建立了滑坡的模型。通过地质力学模型试验,模拟并研究了不同工况下滑坡体位移、抗滑桩和锚杆的受力状态随试验步骤的变化,根据试验结果对滑坡变形与破坏机理进行了分析,比较了2种加固设计参数下的整治效果并进行优化。该成果可为该类滑坡的机理研究和有效整治提供科学依据。     

基于透明土技术土岩边坡滑移机理的模型试验研究

随着工程技术的飞速发展,土岩边坡滑移机理的研究具有重要的意义和工程应用价值。通过透明土模型试验研究坡顶荷载作用下土岩界面接触滑移机理和规律,实现了土岩边坡内部滑移变形的可视化。考虑了岩体Barton节理粗糙度系数、坡体角度和坡体高度等因素对土岩边坡稳定性的影响。利用粒子图像测速(PIV)和激光散斑技术,获得了土岩边坡在坡顶荷载作用下内部变形的特征。试验分析表明,土岩边坡的滑动可分为3个阶段:初始阶段、匀速阶段和加速阶段;在土岩边坡滑移过程中减小岩体Barton节理粗糙度系数、增大坡体高度、增大坡趾角度将引起边坡土体内部较大的位移,进而引发土岩边坡的失稳。采用双排抗滑桩的边坡防护措施后,有效地延缓边坡土体内部位移的发展,提高土岩边坡的稳定性。文中研究成果为揭示土岩边坡滑移机理及其工程防护的有效性提供了重要的理论依据,通过跟踪透明土颗粒的运动轨迹实现土体内部变形可视化的土岩边坡滑移提供了试验依据。     

桥基岸坡土体剪切强度特性试验研究

为研究对某桥基岸坡稳定性起重要影响的粉质黏土的剪切强度特性和力学参数,对原状土进行了不同含水状态下的大型原位直剪试验。试验结果表明：原状土的变形破坏模式呈蠕塑性破坏。饱和和天然状态下原状土的抗剪断峰值强度参数分别为φ=17.1°,c=22.1 kPa和φ=20.6°,c=29.3 kPa;饱和状态下土的剪切强度参数比天然状态下降低20%左右;试验结果为该桥基岸坡稳定性分析计算提供取值依据。     

边坡冲刷中细沟侵蚀机理研究

结合现有观测研究成果,介绍了边坡冲刷的影响因素,对影响坡面径流水力要素的关键因子进行了分析,对发生坡面细沟侵蚀的临界水力条件进行了计算,并阐述了各水力要素值的计算思路,对促进边坡冲刷中细沟侵蚀机理的研究具有指导作豫。     

浅析膨胀土边坡的破坏机理及防治措施

膨胀土是一种具有吸水膨胀、失水收缩特性的高液限粘土,工程性质极差。如果处理不当,对大型渠道、高速公路、铁路等工程会产生严重影响;反之,如果处理措施过于保守,又会导致建设资金的浪费。因此,研究膨胀土边坡的破坏特征与机理,寻找更加绿色、环保、安全和经济的处理措施,是非常有必要的。从膨胀土边坡的破坏特征、破坏机理出发,提出了膨胀土边坡的防治措施,探讨了各种治理措施的优缺点和膨胀土的重点研究方向,对膨胀土边坡的防治具有积极的指导意义。     

库水位升降作用下土质岸坡变形特征实验研究

库水位升降作用下三峡库区土质岸坡坡体吸水、应力集中及滑移变形,形成不同时段和不同空间部位的裂缝体系。通过模型试验的方法,分析了土质岸坡在一个蓄水降水循环周期内裂缝体系的时空演化分期配套规律。试验结果表明:蓄水初期,裂缝主要出现在岸坡前缘水位线附近,且出现频率高、规模逐渐增大,岸坡出现局部坍塌破坏;蓄水中期,岸坡前后缘均有裂缝出现,但出现频率低、规模减小;蓄水后期,前缘裂缝发育基本消失,后缘裂缝继续发育,岸坡以沿滑动面整体蠕滑为主;水位上升过程中暂停蓄水时裂缝发展缓慢。降水阶段,拉张裂缝主要出现在岸坡坡体后缘,初期降水裂缝出现频率较低,发展缓慢;后期降水裂缝出现频率、规模变大,产生下座变形及下错台坎;水位下降阶段岸坡沿滑动面发生整体缓慢蠕滑。     

水位下降条件下土坡破坏的离心模型试验研究

水位下降引起土坡破坏的规律机理对于发展稳定性分析方法具有重要意义。研制了离心模型试验中超重力场水位升降模拟设备,进行水位下降条件下黏性土坡变形破坏的离心模型试验。根据试验位移测量结果,基于变形与破坏过程集成分析的思路探讨了土坡破坏机理。水位下降导致土坡发生由坡顶向坡脚的渐进性的错动破坏。水位下降条件下土坡的变形和破坏过程是耦合的。变形局部化发展是导致滑裂面出现的根本原因。滑裂面出现后滑动体内部仍发生显著的变形,并与滑裂面上的错动变形相耦合。     

长群桩基础承载力性状的大比例尺模型试验研究

目前有关长桩基础承载性状的研究大都为工程静载试验的基桩,有关长群桩基础的承载性状的机制研究较少,亟需深入研究。通过大比例尺长群桩基础模型试验,对竖向荷载作用下的长群桩基础的承载力性状进行了深入研究,给出了基桩桩身轴力、侧阻力和承台底土压力的承载性状随群桩沉降发展的相关结果,深入分析了长群桩基础的承载力性状机理。该成果可为长群桩基础沉降性状的进一步研究提供依据。     

砾性土液化特性与机理

2008年汶川地震之前,全球历史地震中砾性土液化实例不足10例,远远少于砂土液化的数量和规模,实际地震中砾性土液化的发生较为罕见,必然存在较为严格的发生条件,在土性条件、地震荷载、埋藏条件等均满足时才有可能发生。以2008年汶川地震大量砾性土液化为背景,详细分析了砾性土液化实例的水文与工程地质条件、渗透性能与排水边界条件,选取了典型砾性土液化场地并人工探坑获取砾性土试样,开展了试样直径为150 mm的动三轴和振动台对比试验。结果表明:1橡皮膜嵌入效应可以忽略或者进行有效消除后,相同相对密实度下砾性土、砂土的抗液化强度较为接近;2采用Seed等的孔压计算模型,随着动应力水平的逐渐增大,归一化的砾性土残余孔压比向上突起,增长模型趋向于A型曲线;3全球其他历史地震和2008年汶川地震砾性土液化实例中,基本上存在砾性土渗透系数较低或者排水边界条件受阻的情况;4砾性土符合无黏性散粒土体(包括砂土)发生液化的一般机理解释,但是,砾性土产生孔隙水压力上升、有效应力下降的现象,需要具备两个必要条件:1振动作用足以使砾性土的结构发生破坏而振密或土颗粒压碎,产生的剪应变只有大于门槛剪应变时(约0.02%),孔压才会进一步发展,剪应变只有大于一定程度时(约0.1%),孔压才有可能迅速增长直至达到上覆压力;2只有在不排水条件或排水通道不畅通的条件下,砾性土场地才有可能发生液化。     

西南某水电站左坝肩边坡变形破坏特征及其机制分析

西南某在建的水电站左坝肩在施工期间出现了大量拉裂缝,目前各方对于拉裂缝的产生机制有不同认识,一种观点认为是由于施工开挖造成拉裂缝所在山体发生整体变形,另一种观点认为是由于浅表层的局部土体蠕滑引起,还有观点认为是更大范围的基岩变形所致.本文通过详细调查枢纽区的地质条件、变形破坏特征,并结合监测和勘探资料,查明了拉裂缝产生...     

Dynamic centrifuge model tests and material point method analysis of the impact force of a sliding soil mass caused by earthquake-induced slope failure

Dynamic centrifuge model tests and associated analyses are carried out to develop a procedure for simulating the slope failure process during earthquakes and to evaluate the force of a sliding soil mass impacting a structure. This impact force is successfully measured in the dynamic centrifuge model tests using a slope height of 50 m in the prototype scale. The results of a pseudo-static limit equilibrium analysis, assuming a circular failure plane, show that a stability analysis can be an effective tool for evaluating the critical acceleration under which the slope failure starts, although it is not applicable for evaluating the runout distance or the impact force of the sliding soil mass to the structure. Therefore, an attempt is also made in this study to examine the applicability of empirical equations for evaluating the impact force by comparing the evaluated impact force using Hertz’s equation and an empirical equation based on fluid mechanics with the measured ones. The comparison reveals that these simple equations would not be able to estimate the impact force well, even though parameter setting is required for applying the equations. On the other hand, it is also found from a relevant analysis that the material point method (MPM) is an effective tool for simulating the failure behavior of a slope and for evaluating the impact force of a sliding soil mass induced by a slope failure.     

水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验

粉土具有明显的非饱和土力学特性,坡内外水位变化诱发粉土边坡失稳是常见工程灾害之一。分别针对坡内和坡外水位变化诱发的粉土边坡失稳情况,开展了相应的离心模型试验研究,结合非饱和土力学相关理论分析和数值模拟,揭示了粉土边坡在两种情况下的变形及失稳模式和发生机制。结果表明：当坡内水位超过1/3坡高后,在坡内渗流作用下,粉土边坡呈现逐级侵蚀剥落、从坡脚向坡顶、由浅层向深层的多级滑坡失稳;坡外水位上升将导致松散粉土边坡发生显著湿陷变形,而坡外水位骤降将造成粉土边坡的多重浅层牵引式滑坡。粉土边坡的失稳模式和发展与粉土的非饱和土力学特性密切相关。最后根据模型试验结果提出了相应的粉土边坡渗流失稳工程控制措施。     

堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验研究

基于唐家山堰塞坝坝料级配曲线,建立相应的物理模型,开展堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验,并推导离心场下矩形薄壁堰堰流计算方法。详细分析了堰塞坝漫顶溃坝过程及溃决机理,同时根据试验得出的堰塞坝溃口流量及溃口顶宽发展过程曲线,对溃决机理研究结果做出进一步验证。结果表明:堰塞坝漫顶溃坝过程中,溃口横向扩展贯穿始终,由于大粒径颗粒在下游坝坡的残留,溃口下切发展停止时间较早,溃坝后期下游坝坡存在明显的粗化现象,且堰塞坝溃坝后较少出现全溃的情况,一般都存在一定的残留坝高,其最终溃口尺寸也应小于相同条件下的均质土坝。     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。