温、湿度对粉砂质泥岩边坡岩体抗剪强度的影响

为研究粉砂质泥岩边坡受温、湿度影响后的岩体抗剪强度参数变化规律,总结了基于Hoek-Brown准则的岩体抗剪强度参数的计算方法,并开展一系列单轴力学试验,得到粉砂质泥岩试样在不同温、湿度条件下的单轴抗压强度σ_c、劈裂强度σ_t及纵波波速V_(pi),根据试验结果及Hoek-Brown准则计算粉砂质泥边坡岩体抗剪强度参数并分析其变化规律。结果表明:温、湿度变化后σ_c、σ_t、V_(pi)均降低,且降幅与变温温差ΔT、变温循环次数n及含水率w相关;温度单独变化时,岩体抗剪强度参数黏聚力c、内摩擦角φ均衰减,且其衰减幅度均随温差幅度|ΔT|、变温过程平均温度、变温循环次数n增大而增大;岩体在恒温浸水时仅湿度变化,其含水率增速在前期较快而在后期趋缓,岩体抗剪强度参数c、φ与含水率w呈指数函数的递减关系;当温、湿度同时变化时,岩体抗剪强度参数c、φ均比天然状态时大幅衰减,且因温度变化影响了湿度变化,使得c、φ在降温循环时随温差幅度|ΔT|增大而增大,在升温循环时随温差幅度|ΔT|增大而减小;在相同变化时间下,湿度变化对岩体抗剪强度参数的影响大于温度变化,温、湿度同时变化对岩体抗剪强度参数的影响大于温度、湿度单独变化时的影响之和,表明温度与湿度之间存在协同增效作用;岩体抗剪强度参数中黏聚力c的衰减幅度大于内摩擦角φ。     

Numerical simulation of effects of rainfall infiltration parameters on transient saturated areas of coarse-grained soil embankment

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明:降雨强度q与饱和渗透系数k_sat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q/k_sat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与k_sat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

基于应变软化模型的软岩高边坡过程稳定性研究

为了研究软岩边坡开挖过程中及支护后的稳定性变化规律,基于应变软化模型采用FLAC3D软件对边坡开挖过程中的变形、塑性区分布、安全系数的变化以及采取不同处治措施的支护效应进行计算分析.研究结果表明:用FLAC3D软件建立的应变软化模型能够较好地反映软岩边坡应变软化特性；在软岩边坡开挖过程中,铅直位移和水平位移呈现出逐渐增大的趋势,各特征点铅直位移总体上大于水平位移;边坡剪切、张拉塑性区分布主要集中在边坡表层2～4 m范围内;在开挖过程中,边坡安全系数逐渐降低；采用全长注浆锚杆对边坡进行支护能有效控制边坡变形,且安全系数降低.     

三轴 CT 条件下预崩解炭质泥岩路堤填料的细观试验

为了研究预崩解炭质泥岩在三轴条件下的细观应力变形及损伤演化规律,采用CT专用三轴试验加载设备对其进行三轴CT试验。试验在3种固结压力下进行,得到各试件的应力变形曲线以及在不同变形阶段3个扫描层的CT数、方差和CT图像。研究结果表明:该试验方法成熟、可行,为进一步深入分析炭质泥岩物理力学特性提供了新的方法;试件固结压力越大,峰值强度越高,其内部细观表现为颗粒的错动与融合,外部表现为中部鼓起,且无明显裂纹;变形形式主要为受力均匀变形,在低围压条件下具有应变软化特征;在初始条件下,试件具有明显各向异性特点,试验后期试件差异性减小;随着变形增大,试件损伤度也逐渐增大,其细观损伤演化是一个非线性的累积增长过程。     

降雨入渗参数对粗粒土路堤暂态饱和区影响的数值模拟

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明：降雨强度q与饱和渗透系数ksat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q／ksat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与ksat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

降雨条件下厚覆盖层边坡的渗流特性

基于实际降雨资料及饱和-非饱和渗流理论,对算例边坡在设计降雨方案条件下的孔隙水压力变化、体积含水率以及暂态饱和区的发展与消散进行时间和空间上的研究。研究结果表明:在降雨过程中边坡表层一定深度内,孔隙水压力逐渐增大,降雨停止后,孔隙水压力缓慢降低;边坡表层体积含水率随着降雨时间的持续逐渐达到饱和含水率,并保持不变;当降雨停止后,体积含水率才开始沿着坡面向下逐渐降低;暂态饱和区是在边坡表层土体达到饱和并形成连通区域后产生的,滞后于孔隙水压力和体积含水率的增大;暂态饱和区在形成的空间顺序上表现为先坡脚及各级台阶处,后边坡坡面,而消散顺序刚好相反。     

基于多变量时间序列（CAR）模型的洞庭湖区域地下水资源量预测

为了预测洞庭湖区域地下水资源量的变化趋势,制定应对地下水资源量较低年份的有效措施,通过分析洞庭湖区域河川天然径流量、长江三口入水量、城陵矶出水量与地下水资源量的变化趋势和相关性,运用多变量时间序列CAR模型,建立了洞庭湖区域地下水资源量的预测模型,验证了模型的预测效果;并运用该模型对洞庭湖区域地下水资源量的变化进行了预测。研究结果表明,洞庭湖区域河川天然径流量、长江三口入水量和城陵矶出水量的变化是引起地下水资源量变化的主要因素;本研究所建的模型模拟值与实测值相对误差的最大值为-7.47%,平均值为3.63%,表明该模型的预测精度高、效果好;通过对未来10年洞庭湖区域的地下水资源量进行预测可知,其平均值下降了0.49亿m3,最低值下降了0.66亿m3,表明该区域地下水资源量仍将持续降低;据不同方案下的地下水资源量预测结果可知,通过增加长江三口入水量,可以有效提高洞庭湖区域的地下水资源量。     

降雨条件下成层土质边坡的渗流特征

以东南沿海地区广泛分布的坡积土-强风化岩成层边坡为背景,基于饱和-非饱和渗流理论,通过一维、二维成层边坡有限元渗流计算,得到在不同降雨条件下坡积土层厚度对含水率、孔隙水压力沿高程分布的影响规律,以及坡积土层厚度、边坡坡比对二维边坡不同截面的降雨入渗深度的影响。研究结果表明:降雨入渗深度与坡积土层厚度成正比,且坡积土厚度对含水率的影响程度与降雨强度有关;降雨强度与边坡土层饱和渗透系数的关系决定孔隙水压力的分布特征;坡积土层越厚,其各个截面的降雨入渗深度越大,而且边坡坡比越大,其底部截面的降雨入渗深度越大,边坡上部及中部截面受坡比影响较小;边坡土层结构对其在降雨作用下的含水率分布变化影响显著。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩微观结构及持水特性研究

为研究预崩解炭质泥岩持水特性在长期大气环境影响下的演变规律,通过扫描电镜和压汞试验研究干湿循环作用下预崩解炭质泥岩的微观结构及孔隙分布特征,并开展预崩解炭质泥岩土水特征曲线试验和渗透试验。基于Van Genuchten模型建立考虑干湿循环作用的预崩解炭质泥岩土水特征曲线修正模型,并预测预崩解炭质泥岩非饱和渗透系数。研究结果表明：干湿循环可促进预崩解炭质泥岩继续崩解,导致大孔隙体积及孔隙率增加,土体结构变得松散,但在干湿循环作用6次后孔隙率趋于稳定;干湿循环对预崩解炭质泥岩的持水特性影响显著,土水特征曲线随干湿循环次数增加整体向左偏移,土体进气值减小;在高基质吸力阶段,不同干湿循环作用下Van Genuchten修正模型预测得到的预崩解炭质泥岩的土体非饱和渗透系数曲线基本重合,说明干湿循环作用对其渗透性影响较小。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩强度特性及其劣化机制

为明确干湿循环对预崩解炭质泥岩强度特性和微观结构的影响,通过三轴剪切、扫描电镜试验,分析其强度特性和微观结构参数随干湿循环次数的变化规律,并结合强度指标和微观结构参数之间的联系,揭示预崩解炭质泥岩强度劣化机制。研究结果表明：6次干湿循环后,预崩解炭质泥岩黏聚力和内摩擦角降幅分别达60.10%和8.83%;随干湿循环次数增加,圆形小孔的数量始终最高且呈增大趋势,平均面积最大为0.010μm²,同时,部分发育汇集成细长形大孔,平均面积最小为0.626μm²;颗粒定向频率F_i(α)整体经历均匀分布、大区间局部优先分布、小区间局部优先分布3个阶段;颗粒定向概率熵、三轴几何平均径降幅分别为4.95%、24.27%;黏聚力主要受小孔、大孔面积影响;内摩擦角主要受颗粒的定向概率熵、三轴几何平均径影响;在干湿循环下,叠聚体反复胀缩,内部应力更加集中,孔隙不断发育,导致黏聚力显著降低;内摩擦角因颗粒定向化及破碎而降低;黏聚力和内摩擦角不同程度的衰减引起预崩解炭质泥岩强度降低。