加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力—应变及强度特性,探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明,加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力,减小土的侧向变形;试验结果发现,并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定,而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系;同时,分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。     

加筋黄土变形和强度特性的三轴试验研究

用三轴压缩试验方法研究了土工合成材料加筋黄土的应力-应变及强度特性，探讨了在各种不同加筋方式和围压下加筋机理。结果表明，加筋可以增加土体破坏时的轴向应变和土体的抗拉能力，减小土的侧向变形；试验结果发现，并不是加筋层数越多越有利于土体的稳定，而是表现为加筋土的强度与布筋位置和层间距有一定的关系；同时，分析和解释了未加筋土的变形破坏和筋材在土体剪切破坏过程中的阻裂机理。试验研究得出了在土体中部加筋是最经济合理的布筋方式。     

交通荷载下加筋土桥台工作性能试验研究

加筋土桥台因其具有良好的复合体特性,被广泛应用于各项工程建设,研究它在实际工程条件下的工作性能对其设计和推广具有重要意义。加筋土桥台在服役过程中主要承受交通荷载作用,通过室内大比例缩尺模型的加速应力试验,研究交通荷载条件下加筋土桥台的工作性能,考虑加筋间距与筋材刚度的影响,综合分析了不同交通荷载等级和循环次数下桥台变形与筋材应变的变化规律。研究结果表明,加筋土桥台在交通荷载作用下整体变形随循环次数趋于收敛,其顶部沉降、面板水平位移与筋材应变均远小于规范给出的阈值;各变形值随加载时间呈阶梯状发展,不同条件下变形收敛趋势有所差异;增大筋材刚度和减小加筋层间距有利于控制桥台的变形,筋材刚度对变形的控制作用要优于加筋间距;交通荷载作用下面板水平应变与顶部竖向应变并不满足2倍关系,二者之间的定量关系有待进一步研究。     

加筋方式对黄土动力特性影响三轴试验研究

为探讨黄土动力特性受加筋方式的影响,利用GDS动态三轴测试系统,以玻璃纤维单丝窗纱为筋材,开展了4种围压下10种不同加筋方式的黄土动力特性试验,研究了黄土动弹性模量和阻尼比随围压、加筋位置、加筋层数的变化规律。结果表明:未加筋和加筋试样动弹性模量都随动应变增加呈指数衰减,但随围压增加而增大;应变小于0.05%时,阻尼比分布较离散,应变大于0.05%时,阻尼比随围压和动应变增加而增大;筋材的加入提高了土样的动弹性模量,并有效降低了阻尼比。通过构建加筋效用规格化系数并对比发现:加筋效益受围压与动荷载传播方向影响最为显著;中等围压下筋材发挥效益最明显;对本试验土样尺寸而言两层加筋效果较佳;动静荷载作用下土体中筋材布置都应优先考虑土样2/3～3/4附近。     

加筋土强度影响因素的试验研究

通过室内大三轴试验方法,对加筋土强度影响因素进行了研究,探讨了在不同加筋情况下试样强度的变化规律。试验结果表明：加筋作用的效果随着轴向应变增大而作用越明显;对于强度较低的试样,加筋后强度提高明显;对于同一试样,加筋材料本身强度越高,加筋效果越明显;对于同一种加筋材料,加筋层数越多,筋层间距越小,加筋效果越明显;试样自身的密实度越高,加筋效果越明显。     

玄武岩纤维加筋黏土数值模拟及机理研究

为研究玄武岩纤维加筋黏土的力学特性及纤维加筋机理,采用ABAQUS有限元软件构建了玄武岩纤维加筋黏土数值分析模型,同时基于Python语言对ABAQUS建模进行了二次开发,按纤维与干土质量的百分比0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%和0.60%,考虑了不同纤维长度和分布模式的影响,建立了一系列玄武岩纤维加筋黏土的无侧限抗压试验数值分析模型,并结合室内试验结果进行了对比验证,探讨了纤维加筋机理。结果表明:(1)采用筋土分离的方法,在ABAQUS中基于Python语言进行二次开发可实现纤维加筋土模型的简化建立,模拟结果与室内试验结果基本相符; (2)玄武岩纤维的掺入可以显著提高土体的无侧限抗压强度,并减少土体的侧向鼓胀变形量,纤维掺量、长度和分布模式对土体强度和侧向鼓胀变形量均具有一定影响; (3)纤维加筋机理与纤维在土体中的受力特征有关,通过对不同掺量、长度和分布模式的纤维在土体中受力特征的分析,可以解释其对土体力学特性的影响规律。     

加筋土挡墙静载模型试验及其力学性能研究

为研究加筋土挡墙在墙顶荷载作用下土体受力和变形形态,通过改变筋材层数、筋材长度和替换加筋材料等方式对加筋土挡墙进行了4种工况的模型试验。对4种工况下的加筋土墙体内竖向土压力、墙面水平位移、墙顶竖向位移和筋材应变等进行对比研究。研究表明,挡墙上部竖向土压力增长较快且各层竖向土压力最大值由加载点下部向墙面处移动;墙顶荷载超过130 kPa时,由于不均匀沉降,第5层筋材对应墙面处有向内收缩趋势,墙面水平位移最大值大约在上三分点位置;整个加载阶段,筋材总体应变值增幅不大且远小于筋材设计应变峰值;增加挡墙内筋材层数和增加筋材长度均可提升挡墙各方面性能,但增加筋材层数提高效果要优于增加筋材长度;使用废旧轮胎代替单向格栅进行加筋可有效提高挡墙整体性能,分散超载引起的附加应力,有效减小墙面水平位移和墙顶竖向位移。     

加筋红土的广义等效围压和极限平衡条件

从加筋土体中筋材的作用相当于等效围压的概念出发，提出了一般加筋土体广义等效围压的概念。基于加筋前后土体达到相同强度的围压差，建立起包含传统等效围压的广义等效围压计算式；根据加筋土体仍然服从于莫尔-库仑强度理论，引入两个加筋指数?，? 来反映筋材对土体抗剪强度的影响，建立起包含传统极限平衡关系的加筋土体极限平衡条件；并讨论了不同排水条件和筋材性质对加筋指数的影响。红土加柔性筋材试验结果表明，不同排水条件下，? 基本接近于1；? 随排水条件而变化，完全排水条件下的? 大于1，完全不排水条件下的? 小于1。固结不排水条件下的? 有时大于1，有时小于1，可能与加筋层数和筋材性质有关；加筋红土在完全排水条件下的广义等效围压为正，在完全不排水条件和固结不排水条件加筋层数较少时的广义等效围压为负；? 和广义等效围压都随加筋层数的增加而增大。     

考虑筋材蠕变特性的加筋土流变模型

把加筋土体的分析看成黏弹性阶段和黏弹塑性两个阶段。考虑筋材的蠕变特性,给出了黏弹性阶段加筋体的弹性应变、筋材的应力和土体的水平微观应力。由方程可知,随着时间的增长,筋材发生按负指数衰减的应力松弛,筋材的应力降低、应变增加。给出了塑性阶段开始到达的时间和变形,在黏弹塑性阶段,加筋体中应力保持恒定,整个应变由于蠕变的发生逐渐增加。由此可针对具体的工程例子分析加筋土体的应力和变形情况,尽量减轻由于加筋土体强度、稳定性降低、变形增加造成的严重后果。     

动载下土工格栅加筋桥台挡墙承载性能分析

为研究加筋土桥台结构在顶部条基动载作用下的动力响应问题,通过MTS伺服加载系统施加循环动载,开展室内加筋桥台挡墙动载破坏试验,对比分析3种格栅长度和3类格栅型式的加筋土挡墙沉降及面板水平位移、土压力、筋材应变等参数的分布规律,揭示加筋桥台挡墙的动力承载性能。试验结果表明：在循环动载下不同格栅长度及型式的加筋桥台挡墙破坏模式存在差异,M、A、B型格栅加筋长度 1.0H（H为挡墙高）的挡墙破坏模式均为冲切剪切破坏,A、B型格栅 0.7H和 0.4H的挡墙破坏模式为局部剪切破坏。加筋桥台挡墙面板侧移随筋材长度增加依次减小,A型格栅加筋土挡墙侧移系数总体上相比B型小。桥台挡墙因加筋格栅长度及型式不同导致动土压力衰减规律差异明显,当 1.0H时M型及A型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高呈抛物线函数模型,当 0.7H时,A型和B型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高皆呈指数函数模型。     

喀斯特漏斗坡地土壤有机碳特征、风化侵蚀及稀土元素分析

以西南喀斯特地区喀斯特漏斗坡地2个土壤剖面为研究对象,通过测定土壤部分物理化学属性、土壤有机碳含量分布特征、δ^13C值、几种土壤化学风化指标及稀土元素参数特征,探讨土壤侵蚀和沉积过程中土壤有机碳及其稳定碳同位素的动态变化及分布特征,同时利用土壤δ^13C值反演了C3/C4植被的变化历史。结果显示,山腰和山脚2个土壤剖面样品的土壤有机碳含量范围分别为4.17%~8.91%和2.37%~6.33%,山腰含量较高;δ^13C值变化范围分别为.18.9‰^-15.6‰和.22.1‰^-17.0‰,均随土壤深度的增加先增大后减小;利用土壤δ^13C值反演C3/C4植被的变化历史,2个剖面表现出相似的变化趋势;Na/K比值与ICIA的变化特征呈显著的负相关关系,R^2分别为0.67和0.98,表明该类红土中Na/K比值不仅能代表风化强度,且可能与侵蚀大小有关;常用的土壤风化发育指标表现为很好的协同作用,显示剖面土壤的形成是由基岩化学风化而成;稀土元素球粒陨石标准化之后显示Ce异常,Eu负异常,2个剖面δCe变化趋势基本一致,表明2个剖面经历了相似的风化迁移过程。     

纵向非一致激励下自由场土体的非线性地震反应研究

土体地震反应分析对结构的地震反应和抗震安全性评价具有重要的意义,以大型振动台模型试验为手段,研究一致激励和非一致激励下自由场土体的非线性地震反应规律及其影响因素,能够为结构的地震破坏机制分析提供支撑。通过对场地土体的动力特性、加速度响应、剪应力-剪应变曲线以及土体沉降的分析,研究了不同地震动、不同地震强度作用下自由场土体的地震动反应特性及其变化规律。研究结果表明:土体的非线性发展程度不仅与地震动记录有关,还与地震动输入方式、加载等级有关;在大震或纵向非一致激励作用下,土体运动的不一致性导致了更强的土体结构性变化,频率降低,阻尼比增大,土体刚度弱化,土体的非线性发展相对较快;土体剪应力-剪应变曲线和沉降曲线的变化规律一定程度上也反映了土体的塑性发展情况。所得结论和自由场地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性。     

基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解

基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用保角映射和分离变量法,计算得到隧道衬砌半渗透漏水边界条件下,盾构施工扰动引起的隧道周围土体超孔隙水压力消散解和地表土体固结沉降,通过工程实例进行验证,发现理论方法与实测数据趋势一致;此外,利用参数分析获得了土体固结沉降和超孔隙水压力的分布影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透比越大,固结沉降的初始速率越大,但不影响最终收敛值;土体弹性模量越小,最终固结沉降量越大;土体中超孔隙水压力随着时间增加,在隧道开挖后较短时间里以较大幅度逐渐消散,消散到约为初始值的1/10时减幅放缓;距离衬砌外壁越远,土体初始超孔隙水压力越小,其消散速度也越慢。     

海底软土层对海洋地基场地动力响应的影响

北京交通大学 土木建筑工程学院,北京 100044     

华北克拉通北缘西段宝音图群片岩中石榴子石变斑晶成分特征及其动力学意义

石榴子石变斑晶微结构和成分特征对构造和变质作用研究有重要作用。本文以华北克拉通北缘西段宝音图群石榴子石云母片岩中的石榴子石变斑晶为研究对象,通过扫描电子显微镜搭载的二次电子(SE)显微结构形貌观测,背散射电子(BSE)成分分析、能谱仪(EDS)和电子探针(EPMA)分析,得到石榴子石变斑晶组构和化学成分信息,揭示出石榴子石晶界具有化学非均质性。在MnNCFMASHO体系下采用石榴子石云母石英片岩的全岩成分计算的锰铝榴石、钙铝榴石等值线图基础上,建立了石榴子石变斑晶的p-t轨迹,反映出石榴子石变斑晶在变质峰期后经历了一个近等温降压的地质动力学过程。     

月面环境过程研究评述

月球在停止强烈地质活动后,持续了30多亿年的月面环境过程,虽破坏了月球早期岩浆洋演化和撞击事件的原始信息,但也很好地将这一过程信息刻录到了月表物质和月面环境现象中。一方面,长期的太空风化过程形成了月壤颗粒特有的表层微观结构、np Fe0、Fe-Si化合物及矿物水等;另一方面,这些特性又是影响月球表面热环境及尘埃环境的重要因素。在当前月球探测快速推进的形势下,工程实施迫切需要更系统地认识月面环境过程,而我国嫦娥五号任务将实现月球采样返回,也将是开展月面环境过程研究的重要契机。为此,本文总结了月面环境过程研究的现状,分析了存在的主要问题和未来研究的方向。     

南大西洋被动陆缘盆地盐构造形成的控制因素

南大西洋两岸被动陆缘含盐盆地油气分布与盐构造的构造样式及分布有直接联系。基于地震资料的构造解译和物理/数值模拟实验,前人对被动陆缘盆地盐构造的形成演化进行了大量研究,然而尚缺乏对盐构造形成演化主控因素的系统论证。本文基于地震资料的构造解释,采用离散元数值模拟手段,通过2组共8个模型的对比实验,探讨了被动陆缘盆地底板倾斜角度和盐岩上覆地层厚度对盐构造形成的控制作用。数值模拟的结果表明:①随着底板倾斜角度的增加,盐岩及其上覆沉积流动速度逐渐增大。其中,从无倾角到2.5°倾角,盐岩流速增加最大,后续陆源沉积搬运距离增加了约1.5倍,远高于其他角度模型间的距离增量;②盐层的上覆地层厚度越大,后续沉积搬运能力越差,盐构造及其相关构造越难形成。上覆地层的厚度直接影响了盐岩的流动速度,上覆地层厚度每增加1m,沉积物的搬运距离减小约5%~10%。最后,基于上述模拟结果定量分析,探讨了两种因素对盐构造形成的影响机制。     

不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗流特性试验研究

利用3D打印技术制作出30个含10级粗糙度(JRC=1~20)、3种厚度(1.5、3.0、5.0mm)的裂隙插片,通过模具浇筑成贯通充填裂隙类岩石试件,并对所制备的试件开展渗透性试验,研究在不同围压水平下不同粗糙度、不同隙宽贯通充填裂隙的渗流特性。试验结果表明:(1)不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗透率均随围压增加而减小,且在围压加载初期,裂隙渗透率的降低速度明显要高于围压加载中后期,最大渗透率降差达到78%。(2)围压加载初期,隙宽较小时,裂隙渗透率有随粗糙度增加而减小的趋势,且离散性较大;随着围压和隙宽的增加,粗糙度对裂隙渗透性的影响迅速减小。(3)对于10级不同粗糙度贯通充填裂隙,围压加载过程中,均有隙宽越大,裂隙渗透率越大的规律;且在围压较小时,粗糙度越大,不同隙宽贯通充填裂隙渗透率的差值越大,但随着围压的升高,这种影响逐渐被消除。(4)围压对贯通充填裂隙渗透率的影响处于主导地位,两者之间的关系可用幂函数进行描述。     

北京市夏季臭氧特征及臭氧污染日成因分析

为研究北京市夏季臭氧特征及污染成因,于2017年7月15日至2017年8月10日期间,在北京市城区进行气象要素、臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的连续观测,并选取7d(2017年7月20日、30日和8月1日、4~7日)密集采集大气样品进行挥发性有机化合物(VOCs)和含氧挥发性有机化合物(OVOCs)的分析。结果表明,观测期间北京市夏季O3污染严重,臭氧污染日以东南风为主,一般伴随着高温、低湿、低压和高前体物(VOCs、CO和NOx)浓度,占总观测天数的51.8%。密集采样日中臭氧污染日的成因与副热带高压或均压场下的弱高压系统有关。此外,来自河北、内蒙古中部和蒙古国东部途经保定和张家口等地的气流为北京夏季臭氧污染日的形成提供了部分外源,日平均贡献量为16%~37%,最大贡献量为53%,显示区域传输对臭氧污染日形成有重要影响。敏感性试验发现O3的生成主要受VOCs控制,特别是人为源VOCs。以上结果表明,控制北京本地VOCs的人为排放和周边空气质量将有助于降低北京城区的O3浓度。