一种膨胀土湿度应力场的近似计算方法

构建一种数值与试验相结合的计算湿度应力场的方法,根据湿度应力场与温度应力场的相似性,采用FLAC软件温度应力场模拟原位竖向膨胀力试验,由此确定湿度场线膨胀系数.利用室内模型试验对该模拟结果的准确性进行验证,室内模型试验和数值模拟得到的竖向膨胀力大小接近,规律基本一致,表明此种近似的膨胀土湿度应力场计算方法有效可行.研究可为膨胀土膨胀特性的数值模拟提供借鉴.     

初始含水率与膨胀土力学特性关系的分析研究

通过室内试验模拟现场施工条件,采用干法重型击实试验,制备7组不同初始含水率的土样,分析膨胀力、膨胀率、终止吸水率随着初始含水率的不同而呈现的变化趋势;利用Origin7.5数值软件,进一步对膨胀力与初始含水率、膨胀率与初始含水率、终止吸水率与初始含水率进行线性拟合和S曲线拟合。数据结果证明:随着初始含水率的增加,膨胀力、膨胀率及终止吸水率呈现降低趋势;该区域膨胀土在吸水率达到5%左右时,土体可达到胀限含水率,促使土体膨胀稳定;三者的S曲线拟合均优于线性拟合结果,在S曲线拟合中,通过对Chi^/DoF值和R2值的综合考虑,探索出三者分别与初始含水率之间的最佳拟合关系即为指数函数关系。     

膨胀岩膨胀潜势多指标判别方法探讨

膨胀岩与膨胀土在物理性质、亲水性质及胀缩性方面存在显著的差别,采用单指标判定带来不准确性,需要建立膨胀岩多指标体系.通过对南水北调中线工程黄河北—羑河北渠段的膨胀性黏土岩物理性能试验数据的统计分析,得出影响黏土岩自由膨胀率的主要物理性质指标为液限.考虑到粒度组成中的黏粒含量和胶粒含量一定程度上可以反映出膨胀岩亲水性的强弱,建立了自由膨胀率与液限、黏粒含量、胶粒含量的定量关系,给出了同时考虑自由膨胀率、液限、黏粒含量、胶粒含量的膨胀岩膨胀潜势等级划分的建议值,为膨胀岩的判别提供参考.     

用湿度应力场理论分析膨胀岩巷道围岩变形

本文在文献［１，２］提出的膨胀岩体中的湿度应力场理论的基础上，编制了非线性大变形有限元计算程序，并以软岩巷道围岩遇水作用问题为例，用湿度应力场理论分析计算了围岩大变形问题。计算表明，湿度应力场理论克服了以往各种岩石膨胀理论的缺陷，可以综合分析膨胀岩土工程中水、载荷（原岩应力、自重等）、支护等对围岩的共同作用问题。     

膨胀土击实样膨胀特性试验研究

为研究膨胀土的膨胀特性,对南水北调中线工程南阳中膨胀土击实样进行了不同起始含水率与压实度的无荷膨胀率和有荷膨胀率试验,重点研究了南阳中膨胀土击实样的膨胀特性与初始含水率、压实度、上覆荷载的规律关系.试验成果表明:在相同起始含水率下,随着压实度的增大,膨胀土无荷膨胀率与压实度呈较好的线性增长关系;在相同压实度条件下,膨胀土无荷膨胀率随起始含水率增大而减小;含水率大于最优含水率可以明显地抑制膨胀土的膨胀;较小的荷载作用就可以抑制膨胀土的大部分膨胀量;由正交分析法分析可知,当荷载较小时,含水率对有荷膨胀率的影响要大于压实度对有荷膨胀率的影响,当荷载继续增大时,压实度对有荷膨胀率的影响要大于含水率对膨胀率的影响.     

压实黏土膨胀与收缩特性试验研究

为了研究压实黏土遇水膨胀与失水收缩特性,开展了压实黏土的膨胀与收缩试验。试验结果表明,土样的压实度和初始含水率对其膨胀与收缩影响显著。压实黏土样的膨胀量随浸水时间延长基本呈现“S”型增大。压实黏土的干缩在初期属于正常收缩;在失水干缩后期,干缩体积小于失水体积,收缩量随时间变化为下凹型曲线;最后进入稳定的零收缩阶段。压实密度越大,收缩率越小;初始含水率越高,收缩率越大。压实黏土的干缩变形具有显著的各向异性。此研究对干旱及半干旱地区黏土干缩开裂机理的研究提供理论基础。     

宁夏固原地区泥岩工程特性试验研究

为研究宁夏固原地区饮水工程中泥岩的工程特性,对该地区泥岩进行了基本物理试验、耐崩解性试验、膨胀性试验和单轴压缩试验.试验结果表明:二次循环耐崩解系数为77%⁹2%,而且随着泥质矿物含量的增加,耐崩解系数逐渐降低;轴向膨胀率约是径向膨胀率的2.9倍,且二者均比较离散;侧限膨胀率的范围为1.01%92%,而且随着泥质矿物含量的增加,耐崩解系数逐渐降低;轴向膨胀率约是径向膨胀率的2.9倍,且二者均比较离散;侧限膨胀率的范围为1.01%⁴.40%;膨胀力一般为104.40%;膨胀力一般为10⁴0 kPa,膨胀力离散性比较大;天然状态和饱和状态泥岩的抗压强度都比较低,属于软岩;在饱和状态下,该地区泥岩的抗压强度骤降约75%;岩样的泊松比在天然状态下比饱和状态下小,天然状态下的弹性模量约是饱和状态下的2.5倍.     

掺灰膨胀土的膨胀特性试验研究

通过生石灰对膨胀土的改性作用,在相同初始含水率的条件下,比较改性前后膨胀力、膨胀率的变化趋势,寻求最佳掺灰率;分析了膨胀力与初始含水率,膨胀率与初始含水率以及终止吸水量与初始含水率等关系.     

尿素改性膨胀土的变形试验研究

将相同含水量、相同干密度的邯郸地区膨胀土,在不同的尿素含量、不同龄期和不同竖向压力作用下进行变形试验。研究结果表明,改性处理后膨胀土的膨胀力、膨胀率和自由膨胀率分别由原来的111.16kPa、6.02%、72%下降为19.81kPa、0.01%、7.9%。尿素对膨胀土的膨胀性有很好的抑制作用。     

引江济淮试验工程膨胀岩膨胀特性试验研究

对引江济淮试验工程的膨胀岩进行膨胀特性试验研究。通过对膨胀岩重塑样进行无荷、有荷膨胀率及饱和直剪试验,探究不同初始含水率和荷载下的膨胀率变化规律;分析了膨胀率与初始膨胀速度、强度参数间的关系,得出初始膨胀速度与最终膨胀率成二次函数正相关,强度参数随膨胀率的增大而减小。     

基于摩尔库仑准则的膨胀土弹塑性本构模型及其数值实现

膨胀土的应力应变关系与含水量的变化有关,通过室内试验对膨胀土的变形、强度以及膨胀参数与含水量之间的关系进行研究,以湿度应力场理论为基础,提出了一个具有工程实用价值的基于摩尔库仑准则的膨胀土弹塑性本构模型。依据FLAC3D数值模拟软件所提供的二次开发程序,给出了该膨胀土弹塑性本构模型二次开发程序过程的基本原理以及模型的程序框图。结合渗流软件计算的湿度场分布,进行膨胀土基坑边坡实例验算,验证了该本构模型的正确性。     

局部膨胀土作用下隧道稳定性试验研究

膨胀土在中国分布极为广泛,目前相应的研究主要集中于工程监测以及数值模拟,容易出现代表性数据缺乏,结果与实际差别较大等不足。本文通过自主研发的膨胀土隧道设备进行模型试验,对底部膨胀土和左侧膨胀土对隧道稳定性的影响进行研究,探究膨胀作用下隧道的力学响应特征以及围岩变形分布规律,得出如下结论:底部和一侧膨胀作用结束后隧道的环向压力分别达到97.23和37.75 kPa,位于膨胀土对侧位置处的压力几乎为0 kPa,呈现时间正相关和距离负相关现象,底部分布膨胀土情况下扰动范围较大,而一侧分布破坏较为集中;膨胀作用对于隧道的影响是荷载和应变缓冲的共同作用下的非线性相关变化,在膨胀时间为1/5时将出现首次应变缓冲,环向压力增幅迅速减小;当隧道底部分布均匀膨胀土层时可以将膨胀土层看作受弯结构研究隧道的力学特征;不同部位膨胀土作用下的围岩变形将产生剧烈剪切破坏带,根据膨胀土分布位置分别出现单边剪切和双边剪切。     

压力隧洞渗透稳定的参数敏感性分析

为了研究压力隧洞渗透稳定性与围岩变模、围岩渗透系数、地应力、衬砌类型及厚度等的关系,建立了压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算模型,拟定了不同围岩渗透系数、不同围岩变模、不同初始地应力、不同衬砌类型及厚度等组合的一系列工况,运用上述计算模型对压力隧洞内水外渗进行了计算.根据计算结果,以隧洞综合透水率和破坏内水压力为渗透稳定性指标,对围岩渗透性、围岩变模、地应力及侧压力系数、衬砌是否配筋、衬砌厚度等影响因素进行了参数敏感性分析,给出了各参数对压力隧洞综合透水率及破坏内水压力的影响程度.研究成果可为压力隧洞设计,尤其是衬砌型式选择提供参考依据.     

Mechanics Model to Determine Swelling Potential of Expansive Soils

The factors influencing on soil expansion are reviewed in the paper. A mechanics model to determine swelling potential of expansive soils is presented. The mechanics model is based on the softening of expansivesoil following absorption of water. The constitutive relationships of the mechanics model include the relationshipamong swelling under free load, swelling under load, and vertical pressure, and the relationship of swelling under free loading and swellingpressure. A concept of additional compression modulus is introduced and the method determining the modulus is proposed. Finally, the predicted results of swelling potential using the mechanics model compare well with the measured data.     

基于割线模量法的压实Q2黄土加载变形本构模型

为预估沟谷型黄土高填方的总沉降量并指导现场施工,对压实黄土的加载变形本构模型进行研究。在侧限条件下,利用自建GunaryEXT模型拟合不同初始压实度和初始含水率条件下压实黄土的应力-应变关系;在此基础上利用割线模量法建立压实黄土的加载变形本构模型;在仅考虑竖向变形的理想条件下,利用该模型预估沟谷型黄土高填方的总沉降量。研究结果表明:GunaryEXT模型可较好地拟合不同初始条件下压实黄土的应力-应变关系;加载变形本构模型预估沟谷型黄土高填方的总沉降量的方法可行,该方法的预估结果可用于指导现场施工。     

Numerical Simulation for Roadways in Swelling Rock Under Coupling Function of Water and Ground Pressure

According to the analogical reiation in the governing differential equations of the humidity stress field theory and the temperature sttress field theory, the problem of solving the humidity stress field was trarsformed into that of .solving the temperature stress field by the change of parameters. As a result, the problem of roadways in swelling rock under the coupling function of water and ground pressure can be solved by the analytical module of temperature stress fidd in software ANSYS. In the numerical simulation mentioned above, three kinds of supporting, i.e. steel support, bolting support and non-support, were taken into account, the pressure distribution and defomaation state of roadways with a swelling rock floor under the coupling function of water and ground prressure were analyzed and compared with tbose in the action of only ground pressure. The research results provides a seientific basis for the deformation control of roadways in swelling rock.     

膨胀土增湿变形特性的试验研究

为研究膨胀土的增湿变形特性,应用室内试验手段,以西安-汉中高速公路穿越膨胀土路段为依托工程,对膨胀土的增湿变形特性与初始含水量、初始干密度及荷载水平的相关关系进行了研究,实验结果表明:对于干密度一定的原状膨胀土,天然含水量越大,增湿至饱和时膨胀变形量越小.土样干密度越大,含水量变化导致的增湿膨胀变形越大,增湿变形的水敏性越强.对于天然含水量一定的膨胀土土样,增湿膨胀变形随干密度的增大而增大,这一规律对低含水量膨胀土尤为显著.膨胀土天然含水量越小,增湿变形对干密度变化的敏感性越强.当荷载比较小时,荷载对增湿膨胀变形的约束作用(膨胀变性减小)最为显著,随着荷载增加,荷载对增湿膨胀变形的约束作用逐渐减弱.重塑膨胀土和原状膨胀土具有相同的增湿变形规律,但重塑土的增湿膨胀变形量明显大于原状土.     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力。采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土隧道开挖过程进行仿真分析,并利用温度场模块模拟隧道围岩增湿膨胀,得出隧道增湿前后应力与位移的变化规律,同时设计正交试验,分析各因素对膨胀土浅埋隧道稳定性的影响。结果表明：围岩增湿之后,围岩拱腰处的应力值增加明显,拱顶和拱底处应力值减小;衬砌的拱底处纵向位移值增加,拱顶处纵向位移值减小。通过设计正交试验,采用极差和方差分析得到对膨胀土浅埋隧道围岩稳定性影响最大的因素为增湿强度,其次为覆跨比、膨胀厚度和膨胀系数。     

Visco-elastic-plastic model of deep underground rock affected by temperature and humidity

As the depth of exploitation increases, studies on constitutive models of rock affected by temperature and humidity become very important. Based on the Nishihara model, a visco-elastic-plastic rock model was established by using the coefficients of thermal and humidity expansion, thermal viscosity attenuation, humid viscosity attenuation and acceleration rheology components. We used the definition of a controlled heat circle to explain the model. The results show that the behavior of rock, affected by temperature and humidity, is stable as a function of time when the stress is lower than the first yield stress σS1;the creep rate will increase due to the effect of temperature and humidity when the stress is greater than or equal to σS1;the creep rate will accelerate at an increasing rate when the stress is greater than or equal to the second yield stress σS2,which results in a failure of the roadway. The model derived in this study can completely describe visco-elastic-plastic characteristics and reflects the three stages of rock creep.     

复杂地下洞室围岩开挖扰动空间效应参数化研究

复杂地下洞室围岩开挖扰动区的形成和发展具有明显的空间效应。岩体开挖扰动损伤总体上表现为岩体变形模量的劣化。考虑到基于厚壁圆筒弹性力学分析的弹性模量压力和半径相关模型的应用局限性,提出开挖扰动区岩体变形模量的半径-位移相关模型,并对模型的多洞室适用性和参数敏感性进行了分析。该模型实质上是一个参数场模型,通过变形模量劣化参数场分布量化揭示开挖扰动的空间效应。以瀑布沟水电站大型地下厂房洞室群工程为例,基于位移监测信息,应用半径-位移相关模型对主厂房围岩开挖扰动的空间效应及围岩稳定性进行了参数化分析。围岩变形模量劣化参数场沿厂房轴线具有明显的空间不均匀性,沿深度方向呈现指数函数分布特征。结果表明:该模型为开挖扰动区岩体变形模量参数的确定提供了合理的数值计算方法;通过岩体变形模量半径-位移相关模型参数化分析开挖扰动的空间效应,对于地下洞室施工期快速监测反馈和围岩安全稳定性评判以及支护优化设计具有显著的工程适用性。