基于正交设计的Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料

为配制满足地质力学模型试验分析的Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料,基于正交设计法,使用水、石英砂、粘土、石膏和洗衣液这5种原材料,配制成9组混合材料。以围岩的重度γ、粘聚力c以及内摩擦角φ作为相似材料参照指标,通过直径、高度测量,称重及三轴压缩试验获得了混合材料的试验数据。将原始数据整理后,通过极差分析方法讨论了原材料各因素对相似材料特性的影响。然后调整材料配制比开展重复试验,并进行回归分析。试验结果表明,配制材料的粘聚力、内摩擦角、重度试验值基本覆盖相似材料指标的要求范围;洗衣液对相似材料粘聚力影响最大,而石膏的影响最小;洗衣液对内摩擦角的影响显著,之后依次是石膏、洗衣液和水;对材料的重度影响最大的是土砂比,其次分别为水和石膏,而洗衣液的影响甚微;重复试验配制成的材料符合Ⅳ,Ⅴ级围岩相似材料指标要求;回归分析得到了相似材料配制经验方程。     

基于正交设计的Ⅳ级弱膨胀性围岩相似材料试验研究

为了研制适用于隧道模型试验的Ⅳ级弱膨胀性围岩相似材料,运用正交试验设计理论,以细砂、黏土、膨润土、石灰和水作为原材料,设计了四因素四水平的正交试验方案,进行了称重、直剪、自由膨胀率和干燥饱和吸水率试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数指标。试验结果表明:相似材料在不同配比下的参数指标变化范围较广,能够满足相似材料所需的参数指标要求;运用极差法分析了各因素对相似材料参数的影响程度和趋势,发现相似材料的重度变化主要体现在随骨料增加而增大,黏聚力与内摩擦角变化主要体现在随含水率增大而减小,自由膨胀率与干燥饱和吸水率变化主要体现在随膨润土减少而减小。     

模糊评价在软弱土质相似材料正交试验中的应用

以洗衣液、石膏粉、重晶石粉、膨润土、石英砂和水为原料,基于正交试验法获得了不同配比软弱土质相似材料的密度、黏聚力和内摩擦角等物理力学指标。采用极差法分析了各因素对3种指标影响的敏感性,研究了各因素对相似材料参数的影响规律;通过模糊评价方法对各配比进行了综合分析。结果表明:不同配比的相似材料各参数指标分布范围较大,能够满足大部分土质材料模型试验的要求;基于正交试验的模糊综合评价方法能够根据试验需求给出可靠的配比方案。研究结果可为该类模型试验土质相似材料的配制及优选工作提供参考。     

不同黏土矿物对岩石相似材料性质的影响

本文从研制适用于开展水岩作用相关物理模型试验相似材料的角度出发,以石英砂、重晶石粉为骨料,水泥、石膏为胶结材料,分别添加膨润土、伊利石粉、高岭土作为水敏性调节剂来制作岩石相似材料,开展了单轴压缩、直剪以及水理性试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数和水理性质指标,并采用单因素控制法深入分析了不同粘土矿物类型与不同掺入量对相似材料试样物理力学性质与水理性质的影响。结果表明：1)添加粘土矿物的相似材料,其物理力学参数分布范围广,能满足岩石相似材料的需求;2)粘土矿物的添加显著改变了试样的物理力学性质,随着其掺入量的增加,试样密度、抗压强度、弹性模量以及粘聚力整体呈下降趋势,内摩擦角呈增大趋势,其中膨润土的影响程度强于伊利石粉和高岭土;3)含有膨润土的相似材料相对于其他粘土矿物吸水率更大,更易于发生崩解,更适合作为研究水岩相互作用的物理模型试验相似材料的水敏性添加剂。该研究成果可为研制适用于开展水岩相互作用的物理模型试验相似材料提供参考。     

Ⅳ级弱膨胀围岩相似材料的试验研究

为了研制Ⅳ级弱膨胀围岩的相似材料,选取河砂、黏土、膨润土和自来水为原料,利用正交试验设计方法,设计了一个L16(43)三因素四水平正交试验方案,并通过称重、直剪、自由膨胀率和干燥饱和吸水实验,得出了各配比的控制指标值,利用极差法分析影响各控制指标的主要因素;试验结果表明:相似材料正交试验的指标值变化范围很大,能够满足相似材料的各项指标要求;含水率是影响黏聚力、内摩擦角的主要因素,膨润土的含量是影响自由膨胀率和干燥饱和吸水率的主要因素。     

重塑红黏土和粉状煤系土的水敏感性比较研究

以西南山岭重丘区红黏土和粉状煤系土两种特殊土为研究对象,进行常规直接剪切试验,探讨不同含水率对二者粘聚力、内摩擦角、抗剪强度等特征参数的影响。通过试验获得,两种土质都具有水敏感性,其中红黏土水敏感性较大,起始含水率越大两者抗剪强度越小。红黏土的黏聚力在某一含水率范围内下降较明显,当接近饱和含水率时,粘聚力趋于稳定;粉状煤系土的黏聚力则表现出随含水率增大成指数函数形式减小的趋势,而内摩擦角则成线性减小趋势。研究成果为该地区土体力学计算参数取值提供参考。     

考虑黏聚力与内摩擦角的变坡面 浅埋偏压隧道围岩压力计算方法

为了研究变坡面浅埋偏压隧道中黏聚力与内摩擦角对围岩压力的影响规律,基于极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧推力,进而推导出变坡面下独立考虑黏聚力与内摩擦角的围岩压力计算方法,通过与规范公式以及既有文献对比分析,验证了文章所提方法的合理性,并探讨了深埋侧水平侧压力系数的影响因素.结果 表明:水平侧压力系数随地面坡角的增加逐渐增大,随夹角(岩土体)的增加呈现先减小后增大的趋势,随黏聚力与内摩擦角的增加逐渐减小.此外,黏聚力的分算有利于考虑环境因素(如降雨)引起的岩土体力学参数(黏聚力)急剧变化带来的不利影响;而内摩擦角对隧道深埋侧水平侧压力系数影响较大,表明将内摩擦角进行分算对围岩压力计算具有重要意义.相关研究成果可为类似变坡面浅埋偏压隧道结构设计提供理论依据.     

含水率对侧向卸荷条件下原状黄土黏聚力与摩擦角力学性质的影响

选取陕西省泾河南塬Q_2原状黄土,按主应力固结比σ_3/σ_1=0.33进行固结,以模拟土样原位地层的初始应力状况;固结完成后,在侧向卸荷条件下进行不排水剪试验,研究黄土滑坡过程中含水率对黄土的黏聚力、摩擦角等力学特性的影响。试验结果表明:含水率从10%→30%,黏聚力的变化范围从33.51→8.18 k Pa,随着含水率的增大,黏聚力明显降低,用线性关系式可以较好地拟合黏聚力和含水率之间的关系,且拟合相关系数R为0.970 8;含水率变化范围为10%~30%时,内摩擦角的变化范围为26.40°~29.60°,随着含水率的增大,内摩擦角的变化范围在3.2°以内,波动范围较小,其平均值为27.99°,因此卸荷条件下含水率变化主要影响原状黄土的黏聚力,对内摩擦角影响较小。     

软弱地基参数对隧道施工稳定性的影响研究

为探明软弱地基参数对隧道施工稳定性的影响程度,以青海某高速公路隧道洞口段为研究对象,采用FLAC3D建立多组数值模型,进行隧道施工数值模拟。详细讨论了软弱地基厚度、弹性模量、粘聚力和内内摩擦角对隧道稳定性的影响。结果表明:软弱地基厚度和弹性模量对围岩变形、塑性区和支护结构应力影响最大,是影响隧道施工稳定性的主要因素;粘聚力和内内摩擦角对围岩变形和支护结构应力影响不大,对围岩塑性区有一定的影响,且内摩擦角影响程度大于粘聚力。研究结论可为软弱地基隧道设计和施工提供参考。     

深埋隧硐模型试验相似材料配比的多元回归分析

为研究深埋岩体相似材料影响因素的显著性,以确定相似材料配比的多元回归方程,采取正交试验方法,选取传统相似材料配比方案中砂胶比(A)、胶结材料石灰含量(B)、胶结材料石膏含量(C)和云母含量(D)为试验因素,同时设置空列为误差列以考虑试验误差的影响,通过单轴抗压和直剪试验等物理试验得到试件的内摩擦角、抗压强度、抗拉强度和粘聚力等物理力学指标,通过极差法求出各因素各水平均值极差,通过分析得出影响规律,即随着试验因素胶结材料(B)的石灰含量增大,相似材料内摩擦角、粘聚力、抗拉强度和抗压强度显著增大,而随着因素砂胶比(A)的减少,相似材料密度与内摩擦角显著减小。通过方差法将各因素影响参数大小进行量化,获得了各因素影响参数贡献率,其中,试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力影响贡献率最大,依次为59.1%、53.7%、53.4%和48.3%,表明试验因素胶结材料中的石灰含量(B)对试件内摩擦角、抗拉强度、抗压强度和粘聚力起到主要控制作用,而试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力影响贡献率最大,依次为77.4%和42.0%,表明试验因素砂胶比(A)对试件的密度和粘聚力起到显著控制作用。最后根据各因素对相似材料力学参数影响的贡献率,选取具有显著控制作用的影响因素进行多元回归分析,得到了可用于试验配比的多元回归方程。     

基于不同密度与含水率下的砂卵石强度参数研究

砂卵石土在我国大量分布,然而砂卵石土的颗粒离散性以及卵石几何分布的随机性使得其力学特性异常复杂。为反映其在不同应力状态下的变形强度特性,通过室内大型三轴试验,对不同含水率和密度的砂卵石土进行研究。试验结果表明:1不同含水率和密度的砂卵石土的应力应变关系表现为应变硬化型,随着围压的增大,砂卵石土的初始模量变大;2含水率相同时,砂卵石土的密度越大其内摩擦角越大,黏聚力越大;3砂卵石土的内摩擦角与黏聚力随着含水率的变化呈二次抛物线型变化,并且均有突变现象,内摩擦角在含水率为6%左右时最小,黏聚力则最大。     

干湿循环条件下水泥改良泥质板岩粗粒土的静力特性试验研究

为研究水泥改良泥质板岩粗粒土静力性质的干湿循环效应,首先,使标准养护龄期达到28 d以上的试样经受干湿循环作用,然后,该试样开展大型三轴压缩试验。通过试验得到改良土样的轴向最大应力差、内摩擦角、黏聚力和弹性模量等力学参数随干湿循环次数变化的规律,并分析围压和养护龄期对这些变化规律的影响。研究结果表明:随着干湿循环作用次数增加,轴向最大应力差、内摩擦角、黏聚力和弹性模量等力学参数均有所衰减,但衰减到一定程度后逐渐趋于稳定,其中,内摩擦角的衰减幅度最小;轴向最大应力差和弹性模量的衰减幅度均随围压的增大而减小;随着养护龄期增大,轴向最大应力差和黏聚力的衰减幅度均减小,但养护龄期对弹性模量和内摩擦角的衰减幅度影响不大。     

含水率对边坡土性及其稳定性的影响

试验研究了不同含水率时边坡土体黏聚力和内摩擦角的变化规律,并在Matlab7.0中编程和FLAC3D数值模拟,分析含水率对边坡稳定性的影响。结果表明:内摩擦角随含水率w的增大而呈指数函数降低,粘聚力c随含水率w的增大按照Gaussion函数先增大后减少;边坡稳定性系数随边坡土体含水率增大而变化,总体趋势为先减小,后增大,增大到峰值后又急剧衰减;相同含水率时,土体初始重度越大的边坡,其边坡稳定性系数越小。     

真三轴条件下原状黄土的强度与含水率的关系

在实际工程中,吸力的量测比较困难,而含水率容易确定,研究原状黄土的强度与含水率的关系,具有非常重要的理论价值。模拟土体的复杂受力状态,利用真三轴仪对不同含水率的非饱和原状黄土进行了常含水率的等向固结和不同中主应力参数b值的剪切试验,研究了非饱和原状黄土抗剪强度随含水率的变化规律。研究结果表明:土体的抗剪强度随着含水率的增大而减小,随着净围压和b值的增大而增大;土体的黏聚力随着含水率的增大而线性降低,而内摩擦角受含水率的影响不大;内摩擦角随着b值的增大而减小,而黏聚力随着b值的增大而增大;并建立了不同b值条件下黏聚力与含水率的函数表达式。     

基于RMR与H-B准则估算大型洞室岩体力学参数敏感度分析

利用RMR(岩体质量分级)与Hoek-Brown(H-B)准则估计岩体力学参数可作为大型地下洞室围岩参数确定的有效途径.考虑到输入参数不确定性引起岩体力学参数估计精度受影响的问题,依托白鹤滩水电站地下厂房工程,基于原位测试、室内试验与数值模拟等,研究H-B准则输入参数与估计岩体力学参数间的敏感性关系,并采用敏感度因子定量描述.结果表明,岩体力学参数对输入参数的敏感性排序为RMR>σ_○ci(岩石单轴抗压强度)>m_i(岩石材料常数),当RMR取值误差为±5%时,弹性模量、内摩擦角及黏聚力估计结果分别产生约20%,22%与13%的偏差;当σ_○ci与m_i的测定误差小于±20%时,其对于内摩擦角与黏聚力估算结果的影响分别小于4%与10%.该研究可为类似大型地下洞室工程岩体力学参数估计精度评价提供借鉴.     

基于D-P条件等效的黏性土隧道开挖地层力学行为有限元分析

基于三轴试验应力?应变结果,获取了依托工程黏性土强度参数。通过德鲁克?普拉格条件（D-P条件）等效,实现了摩尔?库伦（M-C）黏性土材料的D-P准则模拟方法。采用“间隙约束法”模拟衬砌支护时机对地层力学行为的影响。通过数值计算讨论了黏性土盾构隧道地层参数以及施工特性对地层力学行为及支护反力的影响。研究发现：黏聚力、内摩擦角以及开挖洞径对围岩塑性区半径及支护反力的影响基本呈线性关系,随黏聚力和内摩擦角的增大,塑性区半径和支护反力明显减小,内摩擦角的影响显著于黏聚力。开挖洞径由6 m增大到14 m,塑性区半径增大约210 %,支护反力增大约230 %。土侧压力系数将显著影响开挖后塑性区形状、范围以及支护反力的分布。随着支护时间的延后,塑性区逐渐增大,支护反力逐渐减小,当释放的位移超过总位移的40 %时,两者增减幅度均有明显降低。就依托工程而言,当将地层含水率控制在8 %~15 %间,当地层收敛约为总位移的20 %时,可充分发挥地层自承能力从而降低支护反力。     

基于强度折减有限元法的边坡稳定性影响因素敏感性研究

为了研究各因素对边坡稳定性的影响,采用强度折减有限元法分别计算不同黏聚力、内摩擦角、土体重度、弹性模量、泊松比以及坡顶超载大小等因素对边坡稳定性安全系数的影响,运用正交试验安排不同参数的水平组合,对正交设计计算结果进行极差和趋势分析,并与单因素分析法所得结果进行对比分析。结果表明,两种方法所计算出的各个因素敏感度大小具有一致性,在坡顶超载作用下,内摩擦角对边坡稳定性影响最为显著,而泊松比对边坡稳定性的影响最小;黏聚力、内摩擦角、土体重度、超载大小等参数的改变与边坡稳定安全系数大致呈线性变化规律。     

基于含水率的重塑低液限黏土抗剪强度关系模型试验

为了探究含水率对路基填料抗剪性能的影响,以安徽省境内大别山区G35济广高速公路岳潜段典型重塑低液限黏土填料为研究对象,采用室内直剪试验分析了不同含水率和干密度条件下该土样抗剪强度及强度参数的变化规律.试验结果表明:含水率的增大可减小该土样的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角,且含水率对黏聚力的影响明显大于其对内摩擦角的影响.回归分析表明:不同干密度下内摩擦角与含水率之间呈线性负相关关系,而黏聚力与含水率之间呈自然指数函数负相关关系,同时两组关系模型的回归参数与干密度之间也呈显著的线性相关性,由此获得以含水率、干密度和垂直压力表征的摩尔—库伦抗剪强度关系模型.经验证该模型预测精度较高,可为降雨入渗对该地区营运路堤边坡稳定性的影响分析提供抗剪强度参数衰变模型.     

基于含水率的重塑低液限黏土抗剪强度关系模型试验

为了探究含水率对路基填料抗剪性能的影响,以安徽省境内大别山区G35济广高速公路岳潜段典型重塑低液限黏土填料为研究对象,采用室内直剪试验分析了不同含水率和干密度条件下该土样抗剪强度及强度参数的变化规律.试验结果表明:含水率的增大可减小该土样的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角,且含水率对黏聚力的影响明显大于其对内摩擦角的影响.回归分析表明:不同干密度下内摩擦角与含水率之间呈线性负相关关系,而黏聚力与含水率之间呈自然指数函数负相关关系,同时两组关系模型的回归参数与干密度之间也呈显著的线性相关性,由此获得以含水率、干密度和垂直压力表征的摩尔—库伦抗剪强度关系模型.经验证该模型预测精度较高,可为降雨入渗对该地区营运路堤边坡稳定性的影响分析提供抗剪强度参数衰变模型.     

垂直荷重对不同材料改良膨胀土抗剪强度影响研究

通过不同垂直荷重下的直剪试验,探究石灰、水泥、粉煤灰改良膨胀土的内摩擦角、黏聚力以及抗剪强度随垂直荷重级数的改变而变化的规律,验证不同材料改良时的抗剪强度曲线与莫尔-库伦强度理论的相符程度。研究表明,在改良材料及掺量一定时,随着垂直荷重的增加,改良膨胀土内摩擦角逐渐减小,黏聚力逐渐增大。粉煤灰改良时内摩擦角减小幅度最大,黏聚力增长幅度最小;水泥改良时内摩擦角减小幅度最小而黏聚力增长幅度最大;石灰改良时内摩擦角及黏聚力的变化幅度居中。当垂直荷重级数相同时,掺3种材料对膨胀土抗剪强度提高幅度依次为:水泥、石灰、粉煤灰。当垂直荷重级数相同时,掺石灰对膨胀土内摩擦角的提高幅度最大,而对黏聚力的提高来说,掺水泥效果最好;掺石灰改良时,试验所取的垂直荷重对抗剪强度指标的影响程度较大,而粉煤灰改良时,抗剪强度与垂直荷重的关系接近库伦定律,垂直荷重的取值对抗剪强度指标的影响较小。