降雨对花岗岩残积土边坡孔压及稳定性影响

针对一个花岗岩残积土边坡的简化模型,基于非饱和渗流理论和Bishop条分法,利用Geo-Studio软件,对4种不同降雨模式下的边坡孔隙水压力和稳定安全系数进行计算与分析,得到主要结论:(1)降雨入渗对花岗岩残积土边坡的中上部有较显著的不利影响;(2)不同降雨模式对花岗岩残积土边坡的影响时效差异较大,前峰型和均布型、中峰型、后峰型降雨的最不利影响时刻分别在降雨后1.0~1.5d、1.5~2.0d、2.5~3.5d;(3)降雨入渗引起的花岗岩残积土边坡失稳形式,极可能是从坡体中部诱发的浅层滑坡。     

不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微CT(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型.然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性.研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0.随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响.压实度为90％、100％、110％花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征.     

花岗岩残积土填料晾晒数值模拟方法及应用

为掌握花岗岩残积土填料晾晒性能及其影响因素,为有效利用该填料提供理论依据,基于非饱和土湿热耦合计算方法和实际工况,提出了填料晾晒的数值模拟方法;选取花岗岩残积土,通过水热力学性质试验和室内蒸发试验确定了相关参数,开展了南方特定气象条件下花岗岩残积土的现场晾晒数值模拟和现场试验。结果表明:同一气象条件下,持水性越强,填料晾晒所需时间越长且内外含水率差异性越大;影响花岗岩残积土晾晒的因素中,敏感程度由大至小分别是松铺厚度、土块粒径、太阳辐射强度、温度、风速;平均粒径为2 cm的花岗岩残积土填料,松铺厚度为30 cm时,在自然晾晒1 h后进行一次翻拌,可使晾晒时间由5 h缩短至2 h,填料降湿效率提高60%。根据填料持水性的不同,合理控制粒径或翻拌时刻,可显著缩短填料晾晒所需时间,从而提高南方多雨地区花岗岩残积土路基施工效率。     

考虑诱发各向异性的花岗岩残积土硬化土模型参数研究

通过花岗岩残积土在原位有效自重应力下的固结(简称K0固结)排水三轴剪切试验和三向等压固结排水三轴剪切试验,分析诱发各向异性状态对花岗岩残积土硬化土模型(HS模型)参数的影响,并探讨K0固结排水三轴剪切试验所得HS模型参数在花岗岩残积土基坑工程数值分析中的适用性.研究结果表明:诱发各向异性对花岗岩残积土HS模型参数产生影响,诱发各向异性状态下的花岗岩残积土HS模型参数应用于实际基坑工程的数值分析可获得更加准确的预测结果.     

旋转硬化与统一硬化参量在修正剑桥模型中的应用

针对修正剑桥模型不能模拟土体剪胀性、应力路径转折时土体的应力应变特性以及应力引起的各向异性,将旋转运动硬化理论引入到修正剑桥模型中,给出了椭圆屈服面的旋转运动硬化机制,把等向硬化的修正剑桥模型扩展为旋转运动硬化模型.同时,为了能够反映砂土和超固结土的剪胀等本构特性,用统一硬化参量H代替修正剑桥模型中的等向硬化参数一塑性体积应变εpv,建立了一个新的基于旋转硬化与统一硬化参量的改进的修正剑桥模型.对修正剑桥模型、旋转运动硬化修正剑桥模型和新模型进行了定性对比,结果表明,新模型不但能够反映应力路径转折时土体的特性,也能描述土体的剪缩和剪胀.     

干湿循环下花岗岩残积土抗剪强度及边坡稳定性分析

为研究干湿循环对花岗岩残积土抗剪强度特性和抗剪强度参数的影响,分析花岗岩残积土边坡的稳定性,改进了常规的单元试验方法.以整个花岗岩残积土边坡为试验对象进行干湿循环模拟,在每次循环后直接在边坡坡面上切取花岗岩残积土试样进行直剪试验.在此基础上,利用有限元软件ABAQUS对一实际边坡进行了干湿循环的数值模拟,在每次循环模拟前对上一次模拟结果进行分析,将等效塑性应变较大区域的土体强度进行适当折减,分析每次循环后花岗岩残积土边坡的应力应变、稳定性以及塑性变形.试验结果表明:花岗岩残积土的抗剪强度随干湿循环次数、循环幅度的增加而减小,其中黏聚力值衰减明显,内摩擦角的变化相对较小,在3～5次干湿循环后抗剪强度趋于稳定;通过数据分析得到干湿循环的黏聚力公式,进一步得到了干湿循环条件下花岗岩残积土的抗剪强度公式;干湿循环作用导致边坡稳定性降低,安全系数减小,且第一次干湿循环后安全系数的降幅最大.     

高地下水位条件下花岗岩残积土路堤的毛细特性研究

为了解高地下水位条件下花岗岩残积土低路堤的毛细特性,以福建省典型花岗岩残积土为例,采用自制的毛细水上升试验系统进行不同压实度和初始含水量条件下的毛细水上升试验,结合数值模拟研究毛细水上升规律.结果表明:典型花岗岩残积土路堤土的毛细水初期上升高度及速度服从对数函数或幂函数模型,达到平衡湿度的时间约5a,其最终上升高度约3...     

土水特征曲线的一个滞回模型

分析土水特征曲线滞回模型在非饱和土计算,尤其在非饱和土干湿循环过程计算中的作用.介绍Li的滞回模型并指出该模型存在扫描曲线易于出界的不足.基于Li建模的思路,建立一种新的预测模型,并对其进行修正.修正后的模型可以解决Li滞回模型中存在的问题.通过与试验结果比较,发现该修正模型得出的扫描曲线与试验点吻合较好.     

基于SFG模型的非饱和沉积土本构模型

为使修正后的模型能够更好地反映非饱和沉积土的持水和力学性质,对SFG (ShengFredlund-Gens)模型进行修正.用平均骨架应力代替净应力作应力状态变量,考虑饱和度对非饱和土变形的影响.通过分析泥浆固结土(沉积土)在等吸力条件下等向压缩和三轴压缩试验数据,得出饱和度和孔隙比的关系,并把变形考虑到持水曲线模型中.由修正后的体变方程以及持水曲线方程推导出加载湿陷屈服面方程,在修正剑桥模型基础上推导出三轴应力状态下的本构方程,并采用能统一描述剪缩剪胀性的硬化参数.基于同一模型参数,模型可以统一预测吸力控制下各向等压和三轴剪切路径下非饱和沉积土的持水和力学特性.     

福建省花岗岩残积填土的水力与热物理参数分析

为确定花岗岩残积填土的水力、热物理参数,以福建省典型花岗岩残积土为例,采用土壤湿度自记仪进行水平吸渗试验及变水头渗透试验测定水力参数,同时推导热物理参数计算公式.结果表明:福建省花岗岩残积土的水分扩散率、非饱和导水率与饱和度之间呈现显著的幂函数关系;饱和导水率与压实度呈非线性关系,压实效果对土的饱和导水率影响较为显著,同时存在一个临界压实度,当压实度达到该临界值时,一味通过提高压实度增强路堤的防渗能力效果不明显;考虑土体压实度和含水率的比热容计算式,及综合考虑颗粒组成、压实度和含水率的热导率计算式更符合花岗岩残积土的热物理参数特性.     

花岗岩残积土抗拉强度试验研究

在传统工程地质环境及土力学性质的研究中,土体的抗拉强度常常被忽略,而其实抗拉张强度在评估非饱和红土的崩岗、崩塌及土坝、堤防、路基、垃圾填埋场等边坡的稳定性方面,起着决定性的作用。文章利用自行研制的土体单轴抗拉强度试验仪,对华南地区广泛分布的两种花岗岩残积土的抗拉强度进行了试验研究,同时通过快剪试验得到了黏性花岗岩残积土的抗剪强度参数,并对花岗岩残积土的抗拉强度机理进行了分析。试验结果表明,花岗岩残积土抗拉强度与含水量呈负相关关系,并且随着含水量的增大,抗拉强度的减小幅度会随干密度大而增大;抗拉强度与干密度呈正相关关系,并且随着干密度的增大,抗拉强度的增大幅度会随含水率增大而增大;砂质花岗岩残积土(粉黏土质砂)的抗拉强度普遍低于黏性花岗岩残积土(含砂黏土)的抗拉强度;黏性花岗岩残积土(含砂黏土)的抗拉强度与其粘聚力呈正相关关系,与内摩擦角相关性不大。花岗岩残积土的抗拉强度机理分析表明,土颗粒间的联结作用力是土体抗拉强度主要来源,包括土颗粒间的直接接触联结作用力、土颗粒间的微观非接触联结作用力和通过胶结物或气液收缩膜作用产生的间接接触联结作用力。     

花岗岩动态压缩力学特性的实验以及理论研究

简要介绍了花岗岩材料的动态压缩实验结果,同时建立了花岗岩材料的裂纹模型,并基于断裂力学以及纲以细观力学的相关理论,模拟了花岗岩材料的在动态压缩载荷作用下的强度特性,建立了花岗岩材料在单轴动荷载作用下的本构模型。这些模拟结果与实验结果相符。     

花岗岩残积土最大干密度影响因素的研究

压实度是评价改良土路基填筑质量的关键控制指标.为准确计算改良花岗岩残积土路基的压实度,对改良花岗岩残积土进行不同水泥、石灰掺量、初始含水量、延迟击实时间、击实次数的击实实验,系统研究这4个因素对改良花岗岩残积土最大干密度的影响规律.结果表明：改良花岗岩残积土的最大干密度,随石灰掺量增加而减小;随水泥掺量的增加,改良花岗岩残积土的最大干密度先增大后减小,水泥掺量为4%时干密度达到最大值(1.745 g/cm³).初始含水量对改良花岗岩残积土最大干密度影响不明显.延迟改良花岗岩残积土的击实时间,其最大干密度会减小,延迟击实时间达到1 h内的最大干密度变化最显著.增加击实次数会增大改良花岗岩残积土的最大干密度,但每层击实次数达到50击后,最大干密度增长速度变缓.     

基于流固耦合的充水采空区渗流模型

为研究潜水面升降对充水采空区渗透系数的影响,根据立方定律推导以应变为参数的3个渗透主方向上的等效渗透系数,通过FISH函数完善FLAC^3D的非饱和渗流计算功能,基于FLAC^3D的流固耦合计算模式,对采动岩体的等效连续介质流固耦合模型非饱和单元进行修正,实现充水采空区渗流场与应力场的模拟计算.通过主渗透系数比与1差值的绝对值反映渗流场对应力场的影响程度,对比模型修正前后矿柱中部单元的计算结果可知：该值随潜水面升高而增大;模型修正前渗流场对应力场的影响大于修正后;模型修正后最大和最小主应变的变化曲线在饱和度为1后出现拐点.因修正前渗流模型参数与饱和渗流参数相同,由此可验证修正后的模型更符合非饱和渗流理论.最后通过与实际工况中地下水渗流量的数据对比,验证了修正后的模型更符合实际.     

修正剑桥渗流耦合模型参数的估计

修正剑桥模型在国内外应用相当广泛 ,其与Biot固结理论耦合构成渗流耦合模型 .该模型含有 5个参数 ,若直接对其进行反分析结果不甚理想 .为此以上海地区软土为研究对象 ,回归得到了修正剑桥模型的压缩指数λ、回弹指数κ和应力比M与塑性指数Ip 之间的相关关系 ,相关系数分别为 0 .96 ,0 .98和 0 .92 .这样使修正剑桥渗流耦合模型参数由原来的 5个减少到 3个 .编制相应的基于遗传算法的反分析程序 ,对一高速公路路堤工程进行参数的反分析及位移预测 ,显示结果与实测位移值比较吻合 ,反分析效率较高 .同时又提出了根据土性和软硬程度在反分析之前给出泊松比的设想 ,以进一步提高反分析效率     

基于随机有限元的修正剑桥模型可靠性研究

目的研究修正剑桥模型中作为体系控制性输入随机变量的初始等向正常固结曲线斜率对作为控制性输出随机变量的地基土体宏观固结沉降量的可靠度影响.方法基于Monte Carlo法的基本原理,编制Python脚本程序,驱动ABAQUS构建以修正剑桥模型为本构模型的一维地基固结沉降随机有限元分析体系.以修正剑桥模型中初始等向正常固结曲线INCL的斜率作为体系控制性输入随机变量,地基土体固结沉降量作为体系控制性输出随机变量.通过统计回归分析两者之间的相关性,最终确立了固结沉降量的概率分布模型与可靠度指标.结果基于确定性有限元分析的固结沉降量计算结果仅有60%的保证率.降低控制性输入随机变量的变异系数大小可以提高控制性输出随机变量的可靠度指标.当正常固结曲线INCL的斜率服从Gauss分布时,土体宏观固结沉降量不拒绝Generalized Extreme Value-III分布.结论修正剑桥模型能够科学合理地再现复杂应力路径下土体的应力-应变关系,并揭示出模型参数的离散性将引起地基土体宏观沉降的随机性.     

花岗岩残积土双孔结构的蒸发脱湿机理

为研究花岗岩残积土蒸发脱湿过程中的水分运移规律,对深圳花岗岩残积土进行了一系列核磁共振测试和微观试验,分析了花岗岩残积土双孔结构的成因,对比了不同饱和度下残积土的水分分布规律,提出了残积土双孔结构的水分运移机理. 结果表明：氧化铁等胶结物与高岭土片层形成了花岗岩残积土的微孔结构;微孔结构与不易受扰动的大孔结构组成残积土的双孔结构;微孔结构和大孔结构在高饱和度下相互连通,在低饱和度下水力连接中断;双孔结构间水分同步蒸发,大孔结构向微孔结构的补给随着蒸发进行而减少. 本研究可为研究复杂土体结构水分蒸发过程提供一定的理论基础.     

粉煤灰改良花岗岩残积土试验研究

以福州地区花岗岩残积砾质粘性土为试验研究土料,与粉煤灰进行不同比例的混合,形成以粉煤灰改良的花岗岩残积土,采用击实、直剪、渗透和湿化试验,研究粉煤灰改良花岗岩残积土的工程特性,得到养护时间和粉煤灰掺量的不同对花岗岩残积土抗剪强度、渗透性和水稳定性的影响规律. 研究表明,掺入粉煤灰可有效提高花岗岩残积土的抗剪强度,降低其渗透系数和崩解率,且龄期越长越明显.     

不同黏粒含量对花岗岩残积土渗透性影响

开展不同黏粒含量对花岗岩残积土渗透性影响的试验研究,揭示花岗岩残积土中黏粒含量对其渗透系数的影响趋势,为花岗岩残积土的工程实践提供理论依据。以广西贵隆高速项目为依托,选取广西宾阳地区典型的花岗岩残积土,加入一定量的黏土,进行标准击实试验,测定不同黏粒含量条件下、标准击实后土样的渗透系数。结果分析表明：花岗岩残积土中的不同黏粒含量对其渗透性影响区别较大,黏粒含量的增加导致了渗透系数的降低;花岗岩残积土的渗透系数随着含水率的增大而逐渐减小;红黏土中的高岭石是影响花岗岩残积土渗透性的主要黏粒成分。     

基于COMSOL与AVIZO联合仿真方法的土体三维细观渗流特性研究

为实现COMSOL与AVIZO联合仿真过程,以福州某地原状花岗岩残积土为研究对象,基于工业CT扫描与图像处理技术,建立真实土样的三维孔隙网络模型,并以单相水渗流场模拟为例,详细探讨了两者数据交互对接的可视化过程。结果表明：可视化联合仿真技术可以较好地实现细观尺度下的三维模型渗流场模拟和渗透率计算。研究方法丰富了现有土体三维重构仿真模拟的手段,为细观孔隙结构及流体渗流研究提供了新途径。