土石混合体粒度分形特性及其与含石量和强度的关系

利用分形理论论证土石混合体的层次性,建立土石混合体的二维分形结构模型,提出粗、细料无标度区间粒度分维值的概念;通过100组筛分析实验分析土石混合体的粒度分形特征并分析其与含石量的关系;通过大型三轴试验分析土石混合体的粒度分维值与抗剪强度的关系。研究结果表明:土石混合体具有统计意义上的自相似性,一般存在2个粒度无标度区间,具有2个粒度分维值,但对于最优级配土石混合体是一维分形;土石混合体粒度分维值与含石量及强度之间均呈抛物线性关系,对于只具一维分形的土石混合体具有最大的密实度和抗剪强度。     

基于大三轴试验的土石混合体强度特性与影响因素

为更为详细地探讨山区土石混合体的力学特性,综合考虑含石量、含水量与岩石完整性等因素的影响,采用正交试验方法对土石混合体填料的大型三轴剪切试验进行设计,并运用邓肯-张模型对得到的三轴试验参数进行反演研究。结果表明:土石混合体中影响内摩擦角的因素从大到小分别为含石量、含水量、岩石完整性;试件在各围压下剪切时,开始阶段偏应力与轴向应变近似成比例关系;当轴向应变超过2%时,偏应力增长速率减小,呈现出明显的应力-应变非线性;当混合体达到最大偏应力之后,仍可以保持在增加轴向应变的同时,偏应力不减小,表明土石混合体材料的软化特性不明显;含石量对试样体应变的影响较含水量与岩石完整性更显著,在含石量较低时体现为剪缩性,含石量较高时更多体现为剪胀性;邓肯-张模型的拟合结果与大三轴试验数据的相似度较好,表明邓肯-张模型能模拟土石混合体在不同围压下的应力-应变关系。     

土石混合体原位试验的颗粒流数值模拟分析

基于颗粒流理论和PFC程序,解决了不规则碎石(clump)的生成、恒定法向荷载施加、剪切面的含石量等问题后,建立了土石混合体原位试验的颗粒流数值模型,对不同含石量、法向应力下土石混合体的直剪试验进行模拟,并与原位直剪试验的结果进行比较.结果表明：随着含石量增加,剪切应力及其峰值增大,剪切应力峰值对应的剪切位移减小;在低法向应力条件下,土石混合体表现为剪胀;在高法向应力下,土石混合体表现为先剪缩而后剪胀,并呈现出压剪破坏特征;剪切面附近分布的不规则碎石在剪切过程中出现挤压滑动与滚动,使得剪切破坏面出现凹凸,而且剪应力、法向位移、应变能随剪切位移增加而出现波动和平缓段;数值试验所得剪切应力峰值略高于其试验值,减小模型颗粒半径,可以有效降低计算的剪切应力峰值.     

考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析

为研究低含石率情况下,由土体主导的土石混合体的力学特性,采用分层欠压和随机生成多边形相结合的建模方法,建立土石混合体颗粒流模型,提出不均匀系数作为衡量土石混合体非均质性的指标。通过室内试验校核了颗粒模型的细观参数,并开展双轴数值模拟试验,研究在低含石率情况下,含石率、土体孔隙率和不均匀系数3个因素对土石混合体力学特性的影响。结果表明:在低含石率情况下,土石混合体的强度受土体孔隙率影响较大,随着土体孔隙率的减小,土石混合体的强度有较大提高;块石的存在破坏了土体的均匀性和连续性,反而在低含石率情况下,随着含石率增大,土石混合体整体强度有微小减小的现象;土石混合体的不均匀系数对体应变影响较大,不均匀系数越大,体应变的膨胀现象越明显。     

冻融对土石料渗透性影响的CT试验研究

冻融循环造成高寒地区土石结构的内部损伤,进而影响其渗透特性的变化.开展了掺砾石量分别为25%、35%、45%,冻融循环次数为0,3、10次的土石料渗透性试验,结果显示:土石料的渗透系数随掺砾石量的增加而逐渐增大;在掺砾石量相同的情况下,随着冻融次数的增加,渗透系数逐渐增加,且3次冻融循环后的渗透系数增加较为明显.采用CT扫描技术,并通过IPP软件对试样内部结构进行细观分析,发现掺砾石量相同时,随着冻融循环次数增多,不同掺砾石量试样的有效损伤率逐渐增加.因此,冻融引起试样结构的损伤进而引起了其渗透系数增加的变化规律.     

基于颗粒离散元的土石混合体直剪试验模拟研究

土石混合体是一种由高强度块石和低强度土体组成的非连续非均质材料,力学性质受土体、块石及土石接触面三者共同控制.本文为研究块石含量及土体性质对混合体力学特征及变形破坏形态的影响,利用颗粒离散元理论和PFC~(2D)程序,生成了可描述块石非规则形态的团粒(clump)结构,建立了土石混合体直剪试验离散元模型,以室内直剪试验结果作为细观参数标定依据,对不同含石量、不同黏结强度的混合体进行直剪试验模拟.结果表明:直剪试验模拟结果与实际试验结果基本相符,证明了块石随机模型与细观参数的可靠性;随含石量增加,混合体抗剪强度增加,应力峰值强度对应剪切位移减小;高含石量条件下,黏聚力上升至峰值后骤降,在块石逐渐主导地位后重新上升;试样剪切面凹凸不平,剪胀现象更为明显;随黏结强度增加,剪切应力峰值及其对应位移增大,高黏结强度下应力曲线波动和剪胀性更为明显.     

冻融循环作用下含“架空”结构土石混合体边坡变形机理试验研究

含"架空"结构土石混合体是一种有别于岩体和土体的特殊地质材料,广泛分布于我国西南地区,其组成结构及变形特性是崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害频发的主要诱因.目前的研究成果对其力学特性及变形破坏机理的解释远远不够,以青藏高原多年冻土区土石混合体为研究对象,从含"架空"结构土石混合体的形成结构、分布特征及变形特性入手,采用现场调查、采样分析、室内试验及试验结果分析等技术手段,针对含"架空"结构层的土石混合体的变形特征开展研究.研究结果表明,土石混合体边坡失稳主要原因是冻融循环作用下岩土介质力学结构的破坏以及富冰层对补给水的滞留作用降低了上覆岩土体与富冰层的摩擦系数."架空"结构不仅具有阻滞环境与下伏岩土体之间热交换的作用,并且作为泄水通道,改变了上部补给水的运移途径,同时"架空"结构也是富冰层的良好发育场所.研究结果对含"架空"结构土石混合体导致的地质灾害的预测、预防及控制提供理论依据.     

饱和砂砾土动残余变形的新模型

土体在循环荷载作用下的残余变形特性是进行土体地震永久变形分析的基础.利用GDS循环扭剪试验系统,针对5种级配的砂砾土,考虑含砾量、排水条件、有效固结应力、循环动应力比、渗透系数等因素的影响,进行了60个工况组合的循环三轴试验,研究了饱和砂砾土的动残余变形特性,结果发现:饱和砂砾土的动残余体应变与lg(1+N)呈明显的非线性关系;其他试验条件相同时,动残余剪应变随排水面增多、含砾量增大而减小,渗透系数对其影响不可忽略;动残余体应变随排水面数增多而增大,随含砾量的增大而减小.在沈珠江模型基础上,引入排水通畅指数概念,建立了一个新的饱和砂砾土动残余变形模型,该模型能较好地反映含砾量、排水条件、渗透系数对饱和砂砾土动残余变形特性的影响.     

硫酸钠盐渍土渗透特性研究

盐渍土内部水分渗流过程是影响区域生态环境演变、水资源利用以及工程施工、使用安全的重要因素.为预测饱和硫酸钠盐渍土渗透系数曲线,通过修正土水势模型推导了饱和盐渍土渗透系数计算模型,并通过渗透试验验证该计算模型的可靠性;此外,通过室内渗透试验研究了微纳米材料对盐渍土渗透性的影响.结果表明:渗透系数计算模型可较好反映饱和硫酸钠盐渍土渗透系数的变化规律,渗透系数随着含盐量的增加而减小,当含盐量大于2%后变化很小.硫酸钠盐渍土的渗透系数随着纳米二氧化硅的掺量增加而减小,随着纳米碳酸钙的掺量增加先减小后增大,随着相变材料的掺量增加先增大后减小并趋于稳定.     

随机土石混合体地层构造方法及其应用

基于数字图像技术及离散傅里叶变换理论,通过Matlab编制程序,实现了自然块石二维轮廓的识别、离散与重构.结合分形理论,设计了一种可根据指定块石粒径、含石率以及分形维数生成土石混合体地层模型的便捷方法.在此基础上建立了土石混合地层数值模型,并针对隧道施工过程中的地层变形特性进行了探究.计算结果表明:相比于传统均质模型,土石混合模型能够反映地层中块石对隧道掌子面挤出位移和地表沉降的影响,更真实地呈现土石混合体地层中围岩土体的变形规律;与均质模型中所描述的规则单一的塑性区不同,土石混合地层中,隧道掌子面后的塑性区发展存在明显的"绕石效应",其扩展路径更为复杂、多元,且滑动带的路径明显延长,一定程度上增加隧道施工扰动的影响范围.     

基于颗粒流方法的碎石渗透系数分析

渗透系数是级配碎石渗流特性的重要参数,通过颗粒流数值方法建立碎石土渗流计算模型,利用流动方程和水压方程以及碎石之间的应力变形响应进行耦合计算,得到相应级配碎石的渗流系数,数值计算结果表明:颗粒流数值分析方法(PFC)适用于模拟任意形状、大小的单元集合体,允许单元在受力过程中发生开裂和运动.颗粒流不需要给出材料的宏观参数,只需给出材料的细观参数,通过细观结果的累加,PFC可以模拟材料在宏观状态下的表象.给出的9种级配碎石的渗透性远大于规范要求的级配集料的渗透系数,渗透系数均满足工程要求,但综合比较,孔隙率较大的碎石3类较优.     

盐渍土渗透模型

在对盐渍土现场与室内渗水实验结果差异分析的基础上,对西藏扎布耶盐湖盐渍土的渗透性进行了研究.为使所测渗透系数更能接近实际,提出了用原位渗透实验方法来评价土层垂直渗透性能.利用数学模型得到了计算渗透系数的相应公式.结合实际工程证明该测试方法和计算公式是可行的.     

低渗气藏多层合采层间干扰系数的确定

对低渗气藏,为达到工业气流,常采用多层合采的方法。气藏多层合采层间干扰系数的计算,目前还没有合理的方法。根据气井多层合采物理模型,利用气井二项式产能公式及井筒压力计算模型建立了气井层间干扰系数的计算方法。实例计算了低渗气藏Y的16口气井的层间干扰系数,并进行了线性回归,得到气井层间干扰系数与层间跨度、测井KH差、生产压差的一个经验公式。利用该经验公式得到了低渗气藏Y的不同层的层间干扰系数,并采用面积加权平均,得到了Y气藏的干扰系数,得出Y气藏可多层合采的结论。该方法为低渗气藏开发方案的合理制定提供了重要依据。     

基于无因次压降曲线的注水优势流动通道识别方法

根据试井基本理论,推导无因次井底压降表达公式,以冀东南堡陆地中浅层油藏资料为基础,建立典型井组数值概念模型,计算分析7个渗透率范围10种渗透率差异倍数下的无因次压降图版。理论分析和数值概念模型计算均表明:采用无因次压降可以消除注水量、吸水地层厚度、地层压力等参数对井底压降特征的影响;在研究区块油藏条件下,当渗透率差异超过6倍后,可形成优势流动通道。     

江垭碾压混凝土坝芯样渗透系数统计特性研究

首先对江垭碾压混凝土坝芯样室内渗透试验的渗透系数进行统计分析，然后对貌似分解的渗透系数数据进行概型分布的严格检验，从而揭示了现代正常施工的碾压混凝土坝中的二级配、三级配碾压混凝土和变态混凝土包括各自含层（缝）面芯样的渗透系数均符合对数正态分布统计特性，计算分析表明，求得的各种类型碾压混凝土渗透系数的均值、方差及各自的累积概率曲线，不但为设计提供了更科学的、概念明确的分析数据，也为科学地评价碾压混凝土坝的质量提供了一种定量的科学分析方法。     

孔隙度对黏性土渗透系数影响的试验研究

利用传统渗透系数经验公式计算黏性土渗透系数时,计算结果与黏性土渗透试验实测数据常存在一定的误差,对实际工程建设加固与修复产生较大影响。为修正此误差,选取两种不同的黏性土制成干密度不同的试样,结合变水头渗透试验研究黏性土孔隙比对渗透系数的影响,拟合黏性土孔隙比与渗透系数之间的函数关系,并分析讨论了传统渗透系数经验公式计算黏性土时误差较大的原因。研究成果符合黏性土的渗透规律,为工程防渗及地基沉降提供了参考。     

利用渗透张量法求取裂隙岩体渗透系数的随机误差分析

利用渗透张量法求取裂隙岩体的渗透系数是目前在求取裂隙岩体渗透系数中运用最广泛的方法之一.作者在分析裂隙岩体渗透张量计算公式的基础上,提出了利用渗透张量求取裂隙岩体渗透系数的误差的主要影响因素,详细论述了各因素对计算结果的影响.以此为出发点,利用误差的传递定律推导出了充填裂隙岩体和张开裂隙岩体的随机误差计算公式,并结合实际工程问题分别对充填裂隙和张开裂隙两种情况下利用随机误差公式进行了的误差分析.工程实践表明,误差分析的结果是合理的、可靠的.该误差公式的提出为修正利用渗透张量计算裂隙岩体渗透系数提供了一种新的思路和方法.     

不同级配砂砾石介质渗透系数的试验研究

以黄河中游段河床自然堆积砂砾石体为研究对象,通过室内同容重不同级配混合体的系统渗流试验,探讨了大、中、小粒径组不同级配条件下渗透系数的变化特性,量化了分别反映大、中、小粒径组的特征粒径指标,建立了渗透系数与特征粒径指标之间的关系模型。研究结果表明:在大粒径砂砾石含量不变的情况下,渗透系数随着小粒径含量的增大而减小,与有效粒径d10呈密切的二次多项式相关关系;在中等粒径砂砾石含量不变的情况下,渗透系数随着大粒径含量的减小而减小,与不均匀系数cu呈对数相关关系;在小粒径砂砾石含量不变的情况下,渗透系数随着大粒径含量的减小而减小,与限制粒径d60也呈很密切的二次多项式相关关系。     

含建渣回填土渗透性能的现场注水试验研究

确定回填土的渗透性能对建筑物的抗浮设计极为重要。建渣成分复杂、极不均匀,回填土中混入建渣会改变其水力特性,渗透系数难以确定。在含建渣的回填土(黏土、砂卵石土)中根据其不同的建渣含量分别布置8个试验点位,利用改进的双环注水设备对含建渣回填土的渗透特性进行现场双环注水试验研究。测定了不同建渣含量时回填土的渗透系数,并分析回填土中混入建渣对其渗透性的影响。试验结果表明,建渣混合回填会显著增加回填土渗透性,且砂卵石土渗透系数受混入建渣的影响要大于黏土;回填土渗透系数与建渣含量之间存在正指数关系,并提出了一个简明的含建渣回填土渗透系数计算公式,为回填施工提供参考依据。     

Study on the Relation between Individual Layer and Multi-layered Nonwoven Geotextile Permeability

Water permeability is an important property of nonwoven geotextiles used in drainage field, and usually it is obtained by testing individual layer or multi-layered nonwoven geotextiles. However, the permeability coefficient tested by using different layers would be different for the same nonwoven geotextile. In this paper, the relation between them is studied based on Darcy's law. The study shows that vertical permeability coefficients are theoretically invariable no matter how many layers are tested; but experimental results show that vertical permeability coefficients decrease with the increase of nonwoven geotextile layers number.