三峡水库岸坡崩坡堆积物力学特性数值试验研究

基于三峡水库崩坡堆积物岸坡变形破坏问题,采用三维离散元软件 PFC3D ,建立了崩坡堆积层土石混合体大型三轴剪切试验模型,并对含石量分别为 0% , 20% , 40% , 60% , 80% 和 100% 以及截面尺寸分别为 60cm×30cm , 65cm×32.5cm , 70cm×35cm , 75cm×37.5cm 和 80cm×40cm 的试样进行剪切破坏模拟。结果表明:土石混合体粘聚力随着含石量的增加而减小,近似呈线性关系。内摩擦角在含石量小于 40% 时,几乎不变;当含石量大于 40% 且小于 60% 时,内摩擦角处于过渡阶段,开始增大,且增大程度越来越快;当含石量大于 60% 时,内摩擦角急剧增加。同一含石量试样的粘聚力随着试样尺寸的增大而逐渐减小,且减小程度在含石量 40% 左右达到最大。随着试样尺寸的增大,含石量为 0%的试样内摩擦角几乎不变;20% , 40% 和 60% 含石量的试样内摩擦角减小; 80% , 100% 含石量的试样内摩擦角增大。崩坡堆积物试样破坏在“低含高围”情况下时出现“剪涨”现象,在“高含低围”情况下出现“剪缩”现象。研究认为 PFC3D 程序可以较好地研究水库崩坡堆积层的力学特性。
     

块石尺寸对土石混合体强度特性的影响研究

选择块石类型为卵砾石,土料为含砂低液限黏土,含石率为50%;通过室内中三轴试验研究了4种不同卵砾石尺寸下的土石混合体的强度及变形特征。试验结果表明:1不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的应力应变关系曲线为硬化型曲线;随着卵砾石尺寸的增大,试样的峰值强度减小,高围压下尤其显著;2不同卵砾石尺寸各围压下土石混合体的体积应变随着轴向应变的增加而增大,剪切过程中直至破坏试样一直处于剪缩状态;3土与卵砾石混合体的内摩擦角与卵砾石的分形维度近似符合抛物线函数关系变化。试验分析所得的研究结果,为深入研究土石混合体这类特殊的地质体提供一定的理论依据。     

土石混填体变形力学特性大型三轴试验研究

为了进一步研究土石混填体的变形力学特性,全面考虑含水量、含石量、岩性及土性等因素的影响作用,采用YS30-3型应力路径三轴剪切试验机,基于正交试验方法进行了一系列土石混填体大型三轴压缩研究.试验结果表明,在三轴受力条件下,土石混填体在低围压下的应变软化特征不明显,试样的粘聚力普遍较低而内摩擦角则比较高,且内摩擦角更容易受其他因素的影响而发生显著变化.含石量对土石混填体的抗剪强度影响程度最大,随试样中的含石量从25%增加到70%,其内摩擦角从34.54°近似线性增长至46.39°.含石量和围压分别是影响土石混填体体变特性最主要的内因和外因,即在含水率、岩性、土性相同的情况下,含石量越低试样高压剪缩性越明显,含石量越高其低压剪胀性越明显.     

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.     

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。     

间断级配土石混合料力学特性试验和本构模型

为研究山区筑路填料中常见的间断级配土石混合料的力学特性,采用SZ30-40DA大型三轴试验仪对间断级配土石混合料进行三轴剪切试验,分析了不同含石量和围压对间断级配土石混合料的应力-应变关系、抗剪强度参数、刚度、孔压、内摩擦角以及黏聚力的影响,并结合邓肯-张模型和幂律模型对间断级配土石混合料的适用性进行分析。结果表明：不同含石量下土石混合料的应力-应变曲线均呈现出应变硬化特征,无应变软化特征;当含石量较低时,应力-应变呈现出一条平滑的曲线,随着含石量增加,应力-应变曲线呈现出明显的“跳跃”现象;土石混合料的抗剪强度随含石量和围压的增加而增大;不同含石量混和料在剪切过程中,粗颗粒表现出不同的破碎程度,含石量增加破碎率增大;内摩擦角随含石量的增加而增大,而黏聚力随含石量的增加而减小,含石量(质量分数,下同)为70%时,内摩擦角达到最大,黏聚力最小;刚度在前期软化现象明显,随着含石量的增加,土体表现出一定的骨架作用,抵抗变形的能力增强;孔压受轴向应变和围压影响较大,随轴向应变的增大先增大后减小,随围压的增大而增大;邓肯-张模型在应用于间断级配土石混合料时存在一定的差距,而幂律模型的拟合度较邓肯...     

不同含石量条件下砂卵石土特性试验研究

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,盾构在此类地层施工中常遇到出土困难、刀盘磨损和地下水喷涌等问题.针对此类地层物质组成和结构的复杂多变性,选择洛阳地铁2号线某站点附近砂卵石地层进行取样,进行不同含石量下砂卵石土的大型直剪试验、坍落度试验和渗透试验,系统地研究了含石量对砂卵石土抗剪强度、流动性和渗透性的影响.试验结果表明:砂卵石土抗剪强度和内摩擦角均随着含石量的增加而呈非线性增大,且含石量小于30%时抗剪强度和内摩擦角增大较小,含石量位于30%～70%时抗剪强度和内摩擦角增大显著,含石量大于70%时抗剪强度和内摩擦角变化不明显;砂卵石土坍落度随着含石量增大而减小,且存在一个减小速率明显不同的分界含石量约为50%;砂卵石土渗透系数随着含石量的增加而增大,且表现出与抗剪强度和内摩擦角一致的规律.     

堆积碎石土剪切特性的三轴试验

堆积碎石土是不同于土和岩体的一种不连续非均匀介质,以其作为坡体物质的滑坡广泛分布于中国西南及西北地区。考虑连续强降雨雨后滑坡的失稳机理,分析不同含石量、含水率和周围压力状态下堆积碎石土的主应力差-应变曲线、孔压-应变曲线、破坏形态以及相应的抗剪强度指标的变化规律。研究结果表明:由于碎石的存在,堆积碎石土的主应力差-应变曲线大多呈"台阶状"分布并具有应变硬化现象;含石量和含水率是影响堆积碎石土剪切特性的关键因素,当含水率不变,随含石量增大,黏聚力减小,内摩擦角增大;当含石量不变,随含水率增大,黏聚力先增大后减小,内摩擦角减小;存在某一最佳含石量和最优含水率组合下的堆积碎石土抗剪强度最大,该组合指标特征可作为判断连续强降雨雨后堆积碎石土滑坡失稳临界状态的理论支撑依据之一。     

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。     

堆体边坡根土复合体抗剪强度试验研究

经生态修复的堆体边坡多位于城镇生态涵养带和水源保护区,在降雨侵蚀作用下坡体浅层失稳现象严重,不同类型植被根系对土体强度指标影响的定量化是亟待解决的问题之一。以伊洛河流域粉黏土堆体边坡为例,量测单位样方内狗牙根及沙棘的植株高度、植株密度,调查土层深度20~30 cm、直径0.0~1.0 mm的狗牙根根系,调查深度40~50 cm、直径1.0~2.0 mm的沙棘根系,测量整理根长量、根体积、根系密度,确定加入土体中的根系直径及重量,测取各覆被条件下土样常规物理力学指标,采用GDS三轴试验仪对重塑根土试样开展一系列不固结不排水三轴试验,分析试样破坏荷载、根系强度影响系数、抗剪强度指标增长率。试验结果显示:相同围压下各根土复合试样破坏荷载均大于素土试样破坏荷载,狗牙根土试样、沙棘根土试样、狗牙根沙棘根土试样的破坏荷载约是素土试样破坏荷载的倍数依次为1.29~1.35倍、4.52~4.79倍、4.68~4.95倍;狗牙根根系强度影响系数随着围压的增大而减小,而含有沙棘根系试样的根系强度影响系数随着围压的增大而增大;含根系土试样的抗剪强度包络线均位于素土试样抗剪强度包络线上方,狗牙根根系对土体抗剪强度指标的改善主要体现在黏聚力上,而含沙棘根系土试样的黏聚力与内摩擦角均有相对更大幅度的提高;狗牙根土试样黏聚力增长率为35.63%、内摩擦角增长率为16.24%,沙棘根土试样黏聚力增长率为219.13%、内摩擦角增长率为254.02%,狗牙根沙棘混合土试样黏聚力增长率为224.88%、内摩擦角增长率为261.64%。不同类型根系对土体强度的贡献值是不同的,沙棘根系大于狗牙根根系。     

三峡库区滑坡土石混合体剪切强度试验研究

土石混合体作为一种介于土体与岩体之间的特殊混合体材料,由于结构组成的特殊性及其在工程实践中重要性已成为研究的热点.据此,试验选取三峡库区树坪滑坡处4组不同高程的土石混合体试样,通过原位推剪试验和筛分试验,分析试验数据.研究表明:各组试件的应力-应变曲线均表现出剪切力前期增长较快,后期增长减缓,曲线斜率由大变小呈现连续变化过程,有峰值强度但不明显;各组试件的内摩擦角随着高程的降低逐渐减小,而黏聚力随着高程的降低逐渐变大.土石混合体内摩擦角随着粒径大于2.0 mm颗粒质量百分含量变大而变大,黏聚力随着粒径小于0.5mm颗粒质量百分含量变大而变大.     

基于PFC模拟的坡面物源体启动机理

松散物源体含水率是反映降雨入渗程度的重要参数,对研究坡面泥石流的启动机理具有重要意义.以北京西山门头沟区清水镇扫帚港沟为例,在野外详细调查的基础上,采用室内直剪试验,研究了松散物源体在4种不同含水率水平下的强度特性,借助于PFC数值模拟手段,探讨了不同含水率下坡面泥石流启动的内在力学机制和外在表现形式.结果表明:松散物源体抗剪强度随含水率的增加而减小,随着含水率的增大,其内聚力和内摩擦角均呈减小的趋势.当含水率达到25%～30%时,松散物源体强度骤减,原有平衡状态被打破,坡趾碎屑物率先失去支撑牵引后部土体发生坍滑,产生由前至后的溯源破坏,并加速形成坡面泥石流.     

岷江上游欢喜坡冰水堆积体原位大剪试验研究

岷江中上游河谷两岸广泛分布着第四纪冰水堆积体,其特征在我国西南地区大江大河的河谷地带具有很强的代表性。正是由于此类冰水堆积体具有复杂的结构特征与特殊的形成演化过程,造就了其力学强度特征与其他堆积体相比存在较大的差异。以欢喜坡冰水堆积体为研究对象,采用大剪仪对在不同土石性质不同含水率下的冰水堆积体进行现场大剪试验。试验结果表明:该冰水堆积体应力应变曲线具有明显的弹性变形和塑性变形阶段,没有明显的应力屈服特征。土石性质与含水率是影响冰水堆积体强度特性的重要因素。天然状态下,冰水堆积物的应力应变关系呈现出一定的应变硬化特征。当含水率增大时,应力应变关系出现弱应变硬化特征。孔隙比小、密实度高、含石量高的冰水堆积物强度也显著提高。通过邓肯张双曲线模型对欢喜坡冰水堆积体大剪试验获得的应力应变曲线进行拟合,拟合效果良好。     

土石堆积体介质力学特性缩尺试验研究

堆积体是由土-石构成的一种不良地质体,其力学特性受块石尺寸、形状、含石率决定的细观结构特征控制.本文通过现场堆积体取样,筛分并配置不同的试验方案,利用室内中型三轴试验研究了含石量、碎石尺寸以及碎石随机位置等对堆积体力学参数与变形特性的影响,得到了不同影响因素下堆积体的应力-应变关系、黏聚力以及内摩擦角变化特征.研究结果表明:堆积体应力-应变关系曲线近似为双曲线,无明显强度峰值,为硬化型曲线;随着碎石尺寸的减小,黏聚力先增大而后减小,但是摩擦角先减小后增大.弹性模量随碎石尺寸增大逐渐增大,泊松比基本保持不变;相同条件下碎石随机位置可导致摩擦角有4°左右的浮动,而黏聚力变化幅度可相差几倍.     

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.     

三叶草根—土复合体抗剪切强度试验研究

本文以三叶草为样本,研究其含根量分别为0.0 g/60 cm3、0.1 g/60 cm3、0.3 g/60 cm3、0.5 g/60 cm3、0.7 g/60 cm3和1.0 g/60 cm3的根—土复合体抗剪切强度,试验中对三叶草根-土复合体进行了法向应力分别为100 kPa、200 kPa、300 kPa及400 kPa下的抗剪强度。结果表明:三叶草根系增加了土体的抗剪强度;根—土复合体在同一含根量下,其抗剪强度均随着法向应力的增加而增加;在同一法向应力下,随着含根量的增大,根—土复合体的抗剪强度、粘聚力和内摩擦角均呈现出先增大后减小的趋势,均在含根量为0.5 g/60 cm3时出现最大值。三叶草含根量为0.5-0.7 g/60 cm3时护坡效果最好。     

金属露天矿帮坡角变化对最终境界影响

基于正锥排除法基本原理优化南芬露天矿最终境界,研究上盘帮坡角变化对最终境界开采形态、矿岩量等影响.根据南芬露天矿不同时期采场生产现状,设置相关技术经济参数,对矿山进行初始境界优化;按照0.5°步长逐步提升上盘帮坡角,优化不同上盘帮坡角条件下的最佳境界.研究表明,随着帮坡角变陡,最终境界地表范围逐渐缩小,底部尺寸变大或者向下延伸;不同帮坡角加陡方案得到的最终境界,矿岩量可能增大或者减小,总成本也可能增加,但利润值增大.     

含水量对顺层坡风化界面剪切特性试验研究

顺层坡风化界面常为顺层坡破坏的潜在滑动面。为指导边坡防护设计,利用直剪试验探究含水量对顺层坡风化界面剪切特性的影响。结果表明:风化界面的剪切存在剪切软化特征,应力越大,风化界面的应变软化的特征越明显。风化界面以13.2%含水量为界,黏聚力和内摩擦角先增大后降低,25.4%的含水量时,风化界面剪切过程中存在流态特征。设计人员应设计措施使土体含水量保持在最优含水量,增强边坡自身稳定性;另一方面,设计防护支挡应充分考虑土体黏聚力和内摩擦角随含水量增大而表现出的参数弱化,使边坡在界面参数弱化后依然保持稳定不滑塌。     

尺寸效应对锯齿状结构面抗剪强度影响

为研究尺寸效应对锯齿状结构面抗剪强度的影响,对不同尺寸的具有锯齿状结构面的试样进行直剪试验,得到不同尺寸结构面的抗剪强度,同时运用3DEC数值分析软件对试验过程进行模拟.试验结果表明:随着完整试样尺寸的增大,试样的单轴抗压强度和黏聚力减小,且减小的幅度减弱,最后趋于稳定;材料的内摩擦角随尺寸的增大,变化很小;当结构面尺寸一定,结构面受到剪切作用时,随着法向应力的增大,锯齿状结构面抗剪强度增大;当法向压力一定,随着锯齿状结构面尺寸的增大,锯齿状结构面抗剪强度减小,且减小的幅度减弱.     

冻融循环下土石混合体强度劣化特性研究

针对冻融作用下不同含水率土石混合体的强度劣化问题,通过直剪试验及核磁共振(NMR)测试,探究了不同冻融循环次数和含水率下土石混合体剪切强度及孔隙结构的变化特征,并揭示了其强度劣化机制.研究结果表明:试样的剪切强度参数随冻融循环次数的增加均呈现先减小后增大再减小的规律.在第3次冻融循环后出现"反翘"现象.根据孔隙率及孔隙...