改进的膨胀土侧限膨胀试验研究

为量测膨胀土在侧限浸水和不同上覆荷载下的竖向膨胀率和侧向膨胀力,通过改进常规侧限膨胀试验装置和方法,确保了施加上覆荷载后试样浸水前初始湿密状态不变,消除了制样产生的初始水平应力,并将侧向膨胀力从总的侧向力中区分出来。采用改进的试验装置和方法,以特定初始湿密状态下的广西百色中等膨胀土为研究对象,分别进行了常规侧限膨胀试验和改进的侧限膨胀平行性试验。试验结果表明:常规侧限膨胀试验中的上覆荷载会改变试样初始湿密状态,测得的竖向膨胀率偏小7%～95%;因制样产生的初始水平应力会使最终侧压力偏小16.1%～43.5%;分级加载和逐级卸载的改进侧限膨胀试验结果具有良好的一致性和可重复性;竖向膨胀率随着上覆荷载逐渐减小,引入相对膨胀率和相对压力,可建立反映极限膨胀状态的幂函数拟合公式;侧向膨胀力与上覆荷载相关并随之增大而逐渐增大,当上覆荷载增至竖向膨胀力时侧向膨胀力达到最大,两者之间可用双曲线较好拟合。研究成果可为膨胀模型的建立以及膨胀土地区支挡结构物设计计算提供参考。     

确定非饱和土渗透特性的一种新方法

用水–气运动联合测试仪对一定湿密状态下的黄土做了大量的试验,结果表明,一定含水量、不同干密度的土样浸水后,渗气系数随时间的变化趋势具有相似的规律,即具有在起初浸水后的短时间内减小,然后逐渐增大,最后趋于稳定的过程。另外,土的渗水和渗气系数随干密度的增大而降低,且干密度越大,降低的幅度也越大。在高饱和度时增湿路径对非饱和土的渗透系数影响不大,而在低饱和度时增湿路径对渗透系数影响较显著。     

成样方法对砂土CU剪切特性影响

采用干装敲击法与湿装夯击法两种成样方法,制备了三种典型砂土的中密状态饱和试样,并利用应变控制式静力三轴仪进行固结不排水剪切实验,比较分析了成样方法对各砂土应力应变关系及抗剪强度指标的影响,实验结果表明:成样方法对试样的应力应变关系及抗剪强度指标有显著影响,但成样方法对不同砂土影响程度不同。     

碳化作用对水泥固化/稳定化铅污染土渗透特性的影响

采用人工配制铅污染土的方法制备不同水泥掺量和不同铅浓度的土样,开展碳化前后水泥固化/稳定化铅污染土的渗透试验,并分析试样的宏观渗透系数和微观孔隙结构之间的内在联系。研究结果表明,水泥掺量增加会降低试样的渗透系数;水泥掺量为7.5%时,碳化作用下渗透系数提高;水泥掺量为15%时,碳化作用下渗透系数降低。铅浓度越高,试样的渗透系数越高,而碳化作用又会增大试样的渗透系数。水泥掺量增加会显著降低试样的孔隙率;碳化作用使得试样中孔径小于0.1μm的孔隙增多,大于0.1μm的孔隙减少。     

成样方法及应力路径对饱和中密细砂CU剪切特性影响

采用干装敲击法和湿装夯实法制备50%相对密实度的饱和细砂,进行了常规三轴压缩CTC、等应力三轴压缩TC、减压三轴压缩RTC三种应力路径下的固结不排水(CU)剪切试验,综合分析了成样方法及应力路径对中密细砂力学特性的影响。试验结果表明:各应力路径条件下,成样方法对试验结果均有显著影响,中密状态的饱和细砂试样均表现出显著的剪胀性,RTC路径试样的剪胀性最强;应力路径对试样的有效内摩擦角和峰值有效主应力比基本没有影响,但成样方法对此影响显著。     

基于核磁共振实时成像技术的裂隙砂岩渗流特性研究

地下工程岩体内部存在着大量不规则、多尺度的孔(裂)隙,使得其渗流问题十分复杂,研究裂隙岩体的渗流特性及流场分布对岩体工程安全和深部资源开发利用具有重要的工程实际意义。利用核磁共振岩石渗流过程实时在线分析与成像系统对含不同裂隙性状的砂岩试样开展裂隙岩石渗流试验,对渗流过程中试样的体积含水率、T2谱曲线和渗透系数等参数的演变规律进行分析。结果表明:裂隙岩石试样的渗透特性与裂隙倾角和数量有关,岩石裂隙萌生和扩展受到渗透压力增加的影响,试样渗透系数呈现缓慢增加后平稳的趋势。当围压增大时,试样渗透系数减小,且当围压超过10MPa时渗透系数变化的敏感度降低。T2谱分布曲线的结果则表明流体首先在微孔隙中发生渗流扩散,然后在主裂隙中聚集,逐渐形成完整渗流通道。根据立方定律推导的渗透系数计算公式能较好的反映试验结果,为实际工程中低围压裂隙岩体渗透系数的计算提供更加安全可靠的方法。最后,通过对裂隙岩石试样的渗流过程进行核磁共振成像,直观获得了试样内部渗流场的分布规律,可准确描述流体在裂隙试样中的流动状态,为实际工程岩体裂隙渗流问题提供有意义的指导。     

岩溶充填黏土注浆加固试验研究

岩溶充填黏土失稳是岩溶隧道突水突泥灾害主要类型之一,为研究注浆对岩溶充填黏土的加固机制与效果,自行研制一套室内注浆试验系统。该试验系统主要由围压加载系统、数据采集系统、注浆模块以及压力室模块构成,具备模拟真实地层应力状态、渗流环境的功能。利用此试验系统模拟岩溶腔体真实赋存环境,开展充填黏土在不同初始密实度、注浆压力下的注浆试验,并对注浆加固试样进行力学、渗透特性试验。结果表明:(1)试样密实程度影响启裂压力,当试样孔隙度由37.5%减小到35.5%时,启裂压力由0.49 MPa增长到1.22 MPa,注浆压力小于启裂压力时,浆液主要以挤密形式进入土体,当注浆压力超过启裂压力,土体进入劈裂注浆阶段;(2)浆液加固形式与扩散半径主要受注浆压力与注浆量控制,试样应力状态决定劈裂注浆扩展方向;(3)注浆通过对土颗粒的挤密、劈裂、化学胶结及压滤作用,使黏聚力与渗透系数明显改善,注浆终压达到3.5 MPa时,试样黏聚力较注浆前平均提高84.26%,渗透系数平均下降93.97%;(4)注浆在加固土体的同时,也改变内部原有结构,随着注浆终压的增大,注浆量的增加,土体应力–应变曲线逐渐表现出应变软化特点。试验结论对岩溶充填黏土注浆加固机制的认识及现场注浆工作有一定借鉴意义。     

颗粒流模拟砂土渗流规律的适用性研究

为了详细探讨颗粒流程序在计算多孔介质渗流规律的适用性问题,采用三维颗粒流程序对不同级配砂土的渗流规律进行了数值模拟。结果表明,对于层流状态,在相同的渗透坡降下,球形颗粒渗透系数大于实际砂土的渗透系数,对其原因进行了深入分析;采用棒状颗粒并选取合适的形状系数,可大大缩小数值试样的渗透系数与实测值的差距;数值试样的渗透系数随着平均粒径和孔隙率的增大而增大,与室内渗流试验的结果一致;在用颗粒流进行渗流分析时,对于引起颗粒起动、渗透变形等的水力条件,建议选用渗透流速作为判别标准,而不是施加的渗透坡降。     

黑方台黄土的水力特性研究

由于长期农业灌溉,在甘肃黑方台地区的黄土塬边发生了严重的滑坡灾害。针对以上问题,本文选取黑方台黄土作为研究对象。首先,测试了该地区黄土的基本物理性质,在此基础上,重点研究了该地区黄土的水力特性。一方面,通过在现场开展双环注水试验,测得了不同位置的渗透系数,另一方面,利用原状土样,开展了增减湿循环条件下的土水特征曲线测试。将实验室测得的原状黄土土水特征曲线离散点,利用MATLAB实现了参数拟合。结合黄土的微观结构特性,对黄土的渗透系数和土水特征进行了进一步讨论。结果表明,虽然该黄土具有粉土的颗粒级配,但是其结构特性使其表现出较高的渗透系数和较低的进气值。     

压–剪耦合条件下黏土渗透特性的试验研究EI北大核心CSCD

利用一种新研制的土体扭转剪切渗透试验装置,研究黏土在压–剪耦合条件下渗透特性的变化规律。结果表明,当前固结压力与前期固结压力的相对大小决定着黏土剪切变形前后渗透系数和渗透稳定性的变化趋势。当固结压力大于试样的前期固结压力时,剪切面在剪切过程中发生压紧现象,没有产生明显的渗透弱面,试样总体渗透系数随着剪应变的发展略有减小。当固结压力小于试样的前期固结压力时,试样处于超固结状态,剪切面在剪切过程中逐渐发生剪胀破裂从而出现渗透弱面;在稳定渗流条件下渗透弱面具有自愈特性,但是自愈后的渗透系数显著增大。高固结压力下的正常固结试样剪切后的渗透稳定性没有显著变化。低固结压力下的超固结试样的渗透稳定性显著降低,其渗透破坏的形式为水头骤升条件下的水压楔劈效应将渗透弱面劈裂,进而产生裂缝冲刷破坏。     

水分对煤体瓦斯吸附及径向渗流影响试验研究

 为了解水力化钻孔周围煤体瓦斯径向渗流特性,利用自行研制的径向瓦斯渗流试验系统,对青东煤矿突出煤层试样,进行干燥煤样、液态水润湿煤样、吸附瓦斯后高压注水煤样的等温解吸及径向稳态渗流试验。结果表明：(1) 相同平衡压力下,高压注水煤样等温吸附量高于干燥煤样,均显著高于液态水润湿煤样的吸附量。(2) 随含水率增加液态水润湿煤样等温吸附量逐渐降低,呈对数函数关系,得出各系数随吸附压力变化的拟合函数。(3) 相同覆压下,高压注水煤样瓦斯渗透率显著高于干燥煤样渗透率,液态水润湿煤样渗透率略低于干燥煤样渗透率;且液态水润湿煤渗透率随含水率增加而降低,在低瓦斯压力阶段尤为显著。根据试验结果分析水分对径向瓦斯渗流特性的影响机制,并指出水力化钻孔径向瓦斯流动经过原始解吸渗流区、压力水抑制解吸渗流区、液态水自然润湿解吸渗流区3个区域。     

非饱和黄土路基水分场的数值分析

考虑含水率和密度影响,给出了非饱和黄土路基水分场的计算模型,探讨和确定了模型参数。指出非饱和黄土水体积变化系数m2w并非恒值,不仅随含水率的变化而变化,还明显受到干密度的影响。在含水率相同时,密度变化引起的m2w值的变化在高含水率时比较大,在低含水率时比较小。密度对非饱和黄土渗透系数kw亦有显著影响。进一步考虑参数kw、m2w和水头之间的非线性关系,探讨了时间步长的取值问题。然后,应用编制的有限元程序,模拟不利降雨条件,对黄土路堤入渗过程进行了计算分析。揭示出黄土路基湿软区随时间的增大过程,湿软区域大小受到土体密实度的显著影响,密度较小路基湿软区域大小明显大于密实度较大的路基。比较大的湿软区域易导致路基路面病害。增加路基土体密实度,对防止雨水入渗危害也是有利的。     

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%。     

煤岩全应力–应变过程中瓦斯流动特性试验研究

 利用AG–250kNI电子精密材料试验机,配合自制煤岩三轴蠕变瓦斯渗流装置,对煤岩全应力–应变过程中的瓦斯流动特性进行试验研究,得出煤岩在全应力–应变过程中瓦斯流动特性规律。试验结果表明：应变–瓦斯流动速度曲线与应力–应变曲线变化趋势具有相似性,且表现为少许滞后于应变的特点,这表明煤岩受载过程中的损伤演化决定着瓦斯在其内的流动特性,而瓦斯的吸附–解析过程及瓦斯在煤岩内流动需要时间是其表现出滞后性的主要原因。煤岩所受围压通过侧向压缩煤岩侧壁,导致其内部结构变化而对其所含瓦斯流动起到阻碍作用。进行2种不同粒径煤粉组成的煤岩比较试验,结果表明,其所含瓦斯流动特性差别较大,且颗粒组成较大的煤岩试件受外界条件影响较明显。     

对粉质粘土饱和度大于1现象的研究

粉质粘土饱和度与其密度、含水量、试验条件及土样运输和保存等因素密切相关。通过对粉质粘土饱和度大于1现象影响因素的分析,指出了含水量为最大因素,系统误差是其最终原因,并针对此现象提出了解决方案。     

考虑渗流特性的岩体结构面分形特性研究

 裂隙的连通性和密度是影响岩体渗流特性的重要因素。从岩体渗流研究的需要出发,对计算机模拟的岩体裂隙网络,应用分形几何理论,提出考虑裂隙连通性和密度影响的岩体结构面信息维数的计算方法,建立信息维数与岩体渗透系数的关系,进而可以用信息维数和岩体结构面几何参数来直接推求各向异性裂隙岩体的渗透系数张量。工程算例表明：(1) 考虑渗流应力耦合作用时,用容量维数计算的渗透系数比用信息维数计算的值高出2倍多,说明用容量维数计算岩体渗透系数会夸大裂隙岩体的渗透能力;(2) 信息维数能较好地反映裂隙密度对渗流的影响。信息维数越大,表明岩体内连通裂隙数量越多,因而岩体的渗透性就更大一些。     

突出煤渗透特性与应力耦合试验研究

 根据常规三轴具有突出倾向型煤的瓦斯渗流试验所获得的瓦斯渗流速度–围压和瓦斯渗流速度–轴压关系,分析具有突出倾向型煤中的瓦斯渗流速度变化与应力的耦合关系,建立一定瓦斯压力下瓦斯渗流速度与围压、轴压的关系式,建立应力–渗透系数方程。结果表明：瓦斯压力和轴压一定时,瓦斯渗流速度随着围压的升高逐渐降低,为二阶曲线关系;当瓦斯压力和围压一定时,瓦斯在型煤中的渗流速度随着轴压的升高呈四阶曲线关系,且型煤破坏后的瓦斯渗流速度大于型煤起始渗流速度。基于试验结果,提出瓦斯渗流困难应力点这一特征值,该参数对预防煤与瓦斯突出事故、提高瓦斯抽采效率具有一定意义。     

丰满混凝土重力坝渗流特性分析

根据丰满混凝土重力坝现场渗流观测资料数据,采用非线性最小二乘法识别坝体混凝土和坝基岩石的渗透系数。基于大坝渗透系数的识别结果,采用三维有限元法分析了大坝坝体和坝基的渗流场。渗流场自由面位置的确定采用压缩网格法,经迭代求得。大坝渗透系数识别采用迭代方法进行,其中搜索方向由Levenberg-Marquardt法确定。工程实验应用表明,所提出的三维非承压水参流场分析和大坝渗透系数识别方法是非常有效的。     

电法勘探技术在清水宋墓水害勘测中的应用

清水宋墓是发现在清水县境内宋(金)时期四座小型平民墓的合称,位于甘肃省清水县赵充国陵园内。受自然因素和人为因素的影响,清水宋墓渗水严重,水害普遍发育,并衍生出砖画颜料褪色、表层风化剥落等多种病害。本次勘测工作根据土体含水率不同存在的电性差异原理,采用高密度电阻率法、自然电场法两种电法勘探方法,查明了清水宋墓渗水病害分布情况及墓室区域土体表层渗流补给方向,为清水宋墓水害的治理和保护提供了依据。     

承压水对平推式滑坡的作用分析

 基于地质调查分析,探讨承压水对平推式滑坡稳定性的影响方式。结合下山滑坡的地质环境条件,构建典型平推式滑坡地下水渗流分析模型,提出通过计算承压水作用范围,使边坡稳定计算结果更合理。根据承压水一维稳定渗流理论,推导出承压水作用范围的计算公式;同时计算分析承压水作用范围各影响因素的敏感性。计算结果表明,在一定范围内各影响因素有如下规律：(1) 承压水作用范围随着渗透系数增大而线性减小;(2) 承压水作用范围随渗流量增大而线性增大;(3) 承压水作用范围和透水层厚度呈抛物线关系,且随着透水层厚度的增加呈加速趋势减小。最后分析了承压水作用范围大小对滑坡稳定系数的影响规律,结果表明滑坡稳定性系数随着承压水作用范围增大而线性减小。