砂砾土各级颗粒的管涌临界坡降研究

基于渗透力概念在管涌问题研究中的具体应用,按照渗透力与土颗粒浮重间的极限平衡推导出能计算管涌土的砂砾土料各级大小土颗粒的管涌临界坡降公式,并经过国内外大量管涌试验资料的验证是合理可信的。     

悬挂式防渗墙结合堤后压渗盖重防渗效果的试验研究

在实验室模型槽中进行了有悬挂式防渗墙以及堤后压渗盖重的渗流模型试验,取得了不同贯入度以及不同堤后压渗盖重宽度防止堤基渗透变形的系列试验成果。通过一系列试验结果表明,悬挂式防渗墙和堤后压渗盖重可有效地提高强透水层堤基抵抗渗透变形的能力,且在控制渗透变形向上游发展的作用上功效显著。研究表明,堤后压渗盖重的防渗效益往往低于较大贯入度的防渗墙,但从经济角度来看,不失为一种有效可靠的防渗措施。     

砂砾石与砂接触冲刷试验研究

渗流作用下土层之间的接触面是较易发生渗透破坏的薄弱环节。在开展砂砾石渗透破坏试验研究的基础上,针对砂砾石与砂的接触面渗流及渗透破坏特性,利用大型竖向渗透仪和自主研制的环状径向水平渗透仪,研究了竖向和水平渗流作用下接触面渗流和渗透破坏的影响因素及接触冲刷的发生、发展过程。研究结果表明,典型的砂砾石与砂的接触冲刷破坏过程可分为稳定渗流阶段、过渡阶段和破坏阶段3个阶段,可用2个特征水力坡降进行划分,稳定渗流阶段与过渡阶段的分界点对应的水力坡降称为启动坡降,过渡阶段与破坏阶段的分界点对应的水力坡降称为破坏坡降;砂砾石与砂组合试样的渗透系数随砂砾石密度的增大、颗粒变细而减小,砂砾石与砂接触冲刷的抗渗坡降则随砂砾石密度的增大、颗粒变细而增大,在水平渗流情况下试样的渗透系数较竖向的大,但接触冲刷的抗渗坡降较竖向的小。     

悬挂式止水帷幕深度对基坑降水影响效应研究

基坑工程降水引发的渗流场对周围环境的影响是不容忽视的。本文以安庆市某社区改造项目为依托,通过Midas GTS软件建立三维渗流-应力模型研究悬挂式止水帷幕在不同的插入深度下对基坑支护结构及周围建筑物的变形影响。研究结果表明：止水帷幕从0.0 m增加至15.0 m时,支护结构的最大水平位移变化较小,最大水平位移减小为9.1%～28.8%;而对于周围建筑物沉降变形则有明显的影响,竖向位移减少为57.8%～69.9%。综合考虑周围建筑物沉降变形规律和工程造价,本项目止水帷幕设计深度最终取值为12.0 m。将数值分析结果与场实际测量值对比分析,两者较为吻合。     

心墙堆石坝应力状态对渗流场影响的有限元分析

一般对土石坝进行渗流分析时都未考虑坝体的应力场对渗流场的影响。然而,在土石坝的蓄水过程中,坝体内的应力状态复杂且变化大,对渗流场的影响也较大。因此,忽略应力场对渗流场的影响必然造成一定的误差。用有限元方法对心墙堆石坝体蓄水过程中考虑和不考虑应力场影响的渗流场进行对比分析,计算结果表明,渗流-应力耦合作用下坝体局部压密变形,渗透流速减小,心墙下游出逸区域的水力坡降峰值明显高于非耦合值。因此,渗流分析时有必要考虑应力场的影响,否则会得出偏于危险且对工程不利的结果     

新近系松散-半胶结砂砾石含水层的注浆改造试验及效果

矿井斜井开拓安全通过新近系砂砾石含水层是一个普遍的难题,为给斜井地面预注浆或帷幕注浆法过砾石层提供依据,新矿集团在内蒙古自治区上海庙西矿区黑梁煤矿主副斜井附近对总厚20—30m的新近系砾石层（夹砂质粘土层）进行了专门注浆试验及抽水、取心等对比验证工作。结果表明。松散一半胶结砾石层虽然在超过1MPa的注浆压力“阀值”后具有一定的可注性,但浆液扩散范围小于2-3m,而且扩散方式不规则、不可控、形不成可靠的浆液扩散加固圈,对砾石层的含、导水性未发现有改善效果。通过本次试验,较好地掌握了松散一半胶结砾石层注浆性能,获得了有关注浆参数和经验,对类似地层的注浆改造和井巷工程的安全施工具有指导意义。     

考虑卸荷作用的裂隙岩体渗流应力耦合研究

大量试验证明,裂隙岩体在加载和卸荷的条件下其渗流与应力特性是不完全相同的。近年来,加载条件下的裂隙岩体渗流应力耦合研究得到了长足的发展,但卸荷作用下的水岩耦合分析还处于初始阶段。基于现有裂隙变形曲线的研究结果,建立了渗透系数与卸荷应力、应变间的本构关系,在此基础上,根据算例分析了各种工况下的渗流和应力特征,其计算结果表明,考虑卸荷后应力场的改变增加了临近坡面的岩体渗透系数,降低了地下水浸润线,增加了边坡的稳定性;考虑渗流后,边坡的位移场和应力场有较大改变,但考虑耦合后位移和应力分布和大小与不耦合时的相差不大;边坡开挖后应力场改变对渗流的影响远大于渗流对位移、应力等的影响。     

越江隧道施工过程的渗流-应力耦合分析

隧道开挖和由开挖引起的地下水渗流引起围岩应力重新分布,对隧道围岩的稳定性有重要的影响。本文把隧道开挖过程与渗流场边界的变化紧密联系起来,根据渗流场边界建立了合理的三维有限元分析模型,对规划完成的某越江隧道开挖过程的水-力耦合效应进行了研究,建立了稳定流条件下渗流-应力耦合的基本方程,分析了孔隙水压力随隧道开挖过程的变化规律和水力耦合对围岩位移、应力及支护结构应力的影响程度。数值计算结果表明,渗透系数大的岩层渗流速度和位移受渗流的影响较大,渗流使隧道围岩的位移和应力及支护结构的应力都有较大的增加,水下隧道的设计和施工应该考虑渗流效应。     

砂砾石大坝填筑碾压的相关试验与研究

针对南疆砂砾石填筑大坝进行碾压试验,验证坝体填筑设计压实标准的合理性、检验22 t自行式振动碾的适用性及其性能的可靠性。本试验主要采用室内相对密度试验、现场的碾压测定出碾压遍数、碾压沉降及相应密实度及其他试验参数,通过试验参数列表、试验参数包络线图与设计标准值的比较,得出最佳砂砾石填筑方案,同时也确定大坝填筑时的施工碾压控制参数,从而确保了工程质量。     

深厚覆盖层上混凝土防渗墙的应力变形特性

建造在深厚覆盖层上的心墙坝,通常由土质心墙和其下部的防渗墙构成完整的防渗体系,防渗墙将受到水荷载和上覆坝体荷载的双重作用.本文采用三维非线性有限元分析了某心墙坝工程软弱覆盖层上两道混凝土防渗墙(第一道为嵌岩式,第二道为悬挂式)的应力变形特性并对其安全度评价方法进行了介绍.计算结果表明:①嵌岩式防渗墙和悬挂式防渗墙表现了不同的应力应变特性;②两道防渗墙的拉压应力均已超出混凝土的允许范围,建议采用高强低弹的混凝土配方.     

路堤荷载作用下碎石桩复合地基桩土应力比计算及试验研究

深入分析了路堤等柔性荷载作用下碎石桩复合地基的工作机理,对路堤-碎石桩-桩间土系统进行合理简化,建立了桩土应力比计算模型,并给出关键参数的求解过程。基于最小势能原理,导得路堤荷载下碎石桩复合地基桩土应力比计算解析表达式,结合大型室内模型试验,通过对比试验过程中的全程监测数据,验证了理论解的正确性。探讨了各主要影响因素与桩土应力比之间的关系,结果表明：桩土模量比和置换率是应力比的主要影响因素,路堤高度与路堤材料的影响次之;当路堤高度较小时,随着高度增加,桩土应力比提高明显;但当路堤高度增大到一定值时,桩土应力比基本不变;增大填料剪切模量可略微增大应力比。     

某水电站防渗墙深度对围堰渗流特性及地震稳定性影响的计算研究

以一个特定工程为背景,数值分析研究了防渗墙深度对围堰渗流特性及边坡在地震条件下的稳定性的影响,并比较分析了封闭式防渗墙和悬挂式防渗墙条件下渗流特性和地震稳定性的差异。研究表明,封闭式防渗墙可以有效控制渗流场,并对边坡稳定产生积极影响。     

饱和悬浮塑料砂流动变形可视环剪试验研究

为了分析剪切条件下零有效应力状态砂土的流动变形规律,对传统环剪仪进行了试样可视化改造,研制了透明环形剪切盒,通过对剪切盒膨胀性能分析及与标准砂的剪切试验对比,验证了环剪装置改造的合理性。通过分析不排水条件下饱和悬浮塑料砂的剪应力-应变曲线,发现其剪切强度具有应变软化的特性。通过分析环剪仪中饱和悬浮塑料砂试样的有效应力,证实了可视环剪试验中的土体基本处于零有效应力状态。开展了饱和悬浮塑料砂的流动变形可视环剪试验研究,结果表明：饱和悬浮塑料砂在固结不排水条件下剪切变形不连续,直接在剪切面发生断裂;在不固结不排水的条件下饱和悬浮塑料砂的剪切变形表现出流动形态,且与剪切速率有关：在低剪切速率下,剪切变形仅在剪切面处形成具有曲线轨迹的流动变形而在其他区域不发生变形;而在高剪切速率下剪切变形为整体的倾斜变形,符合黏性流体的流动变形特征。     

三维应力状态下砂的临界状态本构模型分叉分析

就服从非关联流动法则软化型砂的临界状态本构模型,在不同应力路径下的分叉进行了理论和数值分析。理论分析表明：分叉现象强烈依赖于应力路径,即当平均应力p一定时,应力路径在洛德角在-25o～15o之间时,均会在应力-应变关系硬化阶段出现分叉现象,而其他应力路径下不会产生分叉。并且分叉时对应的应力比、主应变及剪切带倾角都随洛德角的增加而变化,其值是先增加而后减小。采用回映应力更新算法,编写了该本构模型材料子程序,借助有限元软件ABAQUS及材料子程序,通过数值计算方法预测到了分叉点所对应的应力状态,表明了分叉现象在数值计算中的存在性,并通过数值预测值和理论解的对比,两者结果基本一致。     

不同应力条件下砾石土防渗料和反滤料联合抗渗试验研究

利用自行研制的可提供高水压、高应力的粗粒土大型高压渗透仪,对双江口砾石土心墙堆石坝防渗料和反滤料进行了联合抗渗试验,研究不同应力状态下防渗料和反滤料的渗透变形特性。结果表明：（1）单向压缩条件下,防渗料的渗透系数随应力的增加而减小,且渗流稳定时的渗透系数与应力的关系满足Louis负指数方程;试样发生破坏的临界坡降随应力的增加而增大。（2）水平加荷、竖向自由变形条件下,试样的渗透系数随水平应力的增加先减小后增大。试样发生破坏的临界坡降随水平应力的增加先增大后减小。在达到峰值之前,反滤料越松或越细,临界坡降随水平应力增大的幅度越大;在达到峰值之后,反滤料越密或越细,临界坡降随应力减小的幅度越大。     

偏应力比和应力主轴偏转角同时变化下饱和砂土变形特性研究

利用空心圆柱扭剪仪对饱和砂土进行了应力主轴固定和偏应力比增大（即定向剪切）、偏应力比不变和应力主轴单调旋转（即纯应力主轴单调旋转）、偏应力比和应力主轴偏转角同时增加、偏应力比和应力主轴偏转角分段增加4个系列的排水剪切试验,着重分析不同应力路径下饱和砂土的变形特性及主应力和主应变增量方向变化规律。试验结果表明,纯应力主轴单调旋转下,主应力增量方向在45°～135°范围内变化,主应变增量方向逐渐偏向主应力方向;偏应力比和应力主轴偏转角同时增加下,砂土变形不断增大,当主应力增量方向 45°时,主应变增量方向与主应力增量方向基本一致,但当 45°时,主应变增量方向逐渐偏离主应力增量方向。当应力状态在偏应力比 0.75、应力主轴偏转角 45°范围内时,体应变、最大剪应变与应力路径无关,且后期纯应力主轴旋转下砂土变形不受前期加载历史的影响。     

不同应力路径下砂土的神经网络弹塑性本构模型研究

基于多种应力路径下砂土的加载、卸载和再加载过程的三轴排水试验数据，研究了三种应力路径对屈服面的影响，其结果表明，不同应力路径对砂土的本构模型有着不可忽视的作用。在此基础上，建立了砂土的弹塑性神经网络模型，对相应路径下的本构关系进行了学习。实例分析表明，该模型能够很好地描述具体应力路径下的本构关系，神经网络建模方法具有方便、容错性强的特点，对岩土力学快速、高效数值方法的进一步发展具有重要的参考价值。同时，在这种弹塑性应力-应变关系中，笔者并没有使用塑性势函数，这在目前的弹塑性本构关系的建模中是一种新的尝试。     

A non‐coaxial constitutive model for sand deformation under rotation of principal stress axes

A constitutive model for the simulation of non‐coaxiality, an aspect of anisotropic behavior of sand subjected to the rotation of the principal stress axes, is presented in this paper. Experimental studies have shown that non‐coaxiality or non‐coincidence of principal plastic strain increments with principal stress axes under loadings involving the rotation of principal stress axes may be considerable. Besides, the rotation of the principal stress axes results in dramatic effects on stiffness and dilatant behavior of sand. Therefore, the consequences of principal stress axes rotation on deformational behavior, dilatancy and soil stiffness must be taken into account in theoretical and practical problems. To this aim, the following steps are taken: (1) A general relationship for flow direction with respect to possibility of non‐coaxial flow is developed. Moreover, special circumstances linking non‐coaxiality to instantaneous interaction between loading and soil fabric are proposed. (2) Proposing novel expressions for plastic modulus and dilatancy function, the model is enforced to provide realistic simulations when sand is subjected to the rotation of the principal stress axes. Finally, with numerous examples and comparisons, the model capabilities are shown under various stress paths and drainage conditions. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.