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。     

压实红粘土抗剪强度特性研究

红粘土的强度特性直接关系到路基的稳定和边坡坡度的选取,是红粘土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。直剪试验与三轴试验是室内测定土的抗剪强度指标最常用的两种试验方法。试验所用的土样取自贵州大学西校区某基坑,采用直剪试验与三轴试验测定红粘土抗剪强度,并进行了比较。结果表明,粘聚力随含水率的增大而减小,最佳含水率前,减小幅度较小,超过最佳含水率后,减小幅度较大;粘聚力随压实度的增大而增大,同一压实度下,最佳含水率前的粘聚力远远大于最佳含水率后的粘聚力。内摩擦角随含水率的增大而减小,随压实度的增大而增大;粘聚力随含水率、压实度的变化幅度远远大于内摩擦角的变化幅度。同一含水率同一压实度下,不固结不排水三轴试验得到的粘聚力和内摩擦角比直剪(快剪)试验的结果要大。     

基于M-C等面积圆屈服准则的岩土混合边坡稳定分析

针对有限元软件基于外角外接圆D-P准则计算边坡稳定安全系数偏大的问题,采用M-C等面积圆屈服准则进行改进,推导了二者计算安全系数的关系.基于M-C等面积圆屈服准则计算岩土混合边坡,计算前对输入的土质和岩质的黏聚力及内摩擦角进行转换,结果表明,计算安全系数与Morgenstern-Price法得到的结果较为接近,并且塑性区与滑动面形状近似,表明了M-C等面积圆屈服准则在分析岩土混合边坡稳定问题是可行的.分析发现,岩土混合边坡安全系数随土质黏聚力和内摩擦角正切值的减少而减少,并且塑性区形状保持不变.     

含水率及压实度对压实黄土状粉土力学特性的影响

为了研究含水率和压实度对压实黄土状粉土变形与抗剪强度特性的影响,对不同含水率和压实度下的压实黄土状粉土开展了室内三轴压缩试验,得到了土体的应力—应变关系曲线及抗剪强度指标,并讨论了含水率和压实度对压实黄土状粉土应力—应变关系、粘聚力及内摩擦角的影响。试验分析结果表明:压实黄土状粉土的应力—应变关系随含水率的增大由应变软化型向应变硬化型转变;而随压实度的增大则是由弱硬化型转变为软化型。压实黄土状粉土的粘聚力随含水率的增大先增大后减小并在最优含水率附近取得最大值,内摩擦角则随含水率的增大而减小;随着压实度的增大,其粘聚力及内摩擦角均呈现增大的趋势。含水率及压实度对粘聚力的影响大于对内摩擦角的影响。     

影响巷道变形与破坏节理力学参数的正交数值模拟试验研究

采用正交数值模拟试验方法研究了节理力学参数对巷道变形与破坏的影响.选择法向刚度、切向刚度、粘聚力、内摩擦角、剪胀角、抗拉强度等6个因素、5个水平的正交试验方法进行了相关的UDEC数值模拟试验.试验结果表明:节理法向刚度和内摩擦角是影响巷道变形与破坏最敏感也是最重要的参数,增大节理法向刚度和内摩擦角可显著提高节理的抗变形能力;节理粘聚力和切向刚度对巷道变形也有明显影响.     

盾构施工引起的超孔隙水压力解析解

基于MohrCoulomb屈服准则,在考虑土体的内摩擦角φ的情况下,推导了盾构通过时引起的超孔隙水压力的公式并与φ=0的情况作了比较,表明φ值使得塑性区范围和超孔隙水压力值变大.塑性区的范围和塑性区内超孔隙水压力的主要影响因素是盾构土舱压力,但弹塑性区交界处的超孔隙水压力值为a6ccosφ(a为Henkel系数,c为土的粘聚力),与土舱压力无关.以上海地铁10号线同济大学站—国权路站区间隧道为实例,对此进行现场监测,结果显示解析解与实测值吻合较好;提出开孔释放超孔隙水压力对策,经实践检验非常有效.     

统一强度理论下小净距隧道围岩塑性区新解

将小净距隧道中岩柱塑性区不重叠的极限塑性区半径定义为塑性区贯穿半径,考虑中间主应力的影响,采用统一强度准则和Schwarz交替法,对小净距隧道的弹塑性状态进行分析,推导小净距隧道塑性区半径的解析表达式.通过算例,分析中间主应力、内摩擦角和黏聚力对理论解的影响.结果表明:当两隧道净距大于2.3倍的开挖半径时,两隧道之间的相互作用较小,塑性区半径趋于一个稳定值,稳定值比单孔隧道塑性区半径大17.7%,可近似按照单孔隧道进行处理;小净距隧的塑性区贯穿半径随着统一强度参数、内摩擦角和黏聚力的增大而减小;与同不考虑中间主应力作用相比,考虑中间主应力作用的塑性区贯穿半径减小9.19%~20.71%,充分发挥围岩的强度性能.     

基于三剪统一强度准则的厚壁圆筒极限承压分析

基于三剪统一强度准则分析了长厚壁圆筒的极限承压问题,得到了一个新的统一解形式,以往基于Mohr-Coulomb强度准则、Tresca屈服准则和Von Mises屈服准则的解均为其特例.分析表明,厚壁圆筒材料的拉压屈服极限比a和强度准则的中间主应力效应参数对其承压极限均有影响.弹性极限内压和塑性极限内压均随b增大而增大,随a增大而减小;弹性极限外压和塑性极限外压则与之相反.     

MY准则解析X80钢油气输送管道爆破压力

用平均屈服(MY)准则,对受内压作用无缺陷输油管线进行塑性极限分析,求得爆破压力公式的解析解.此解计算了某厂轧制的X80钢的爆破压力,将其和Tresca,Mises和TSS屈服准则得到的爆破压力进行了比较.结果表明爆破压力是由屈强比(ReL/Rm)决定的硬化指数n,管线原始几何尺寸厚径比t0/D0以及抗拉强度的函数;爆破压力随管线钢应变硬化指数的增大而减小,随管道厚径比及抗拉强度的增大而增大.Tresca屈服准则提供爆破应力下限,TSS屈服准则提供爆破压力上限,MY准则预测的爆破压力恰居二者中间,最明显的特点是该解具有与Mises准则几乎相同精度的求解结果.     

基于广义SMP准则的线性软化柱形孔扩张分析

针对非脆性软化剪胀土中柱形孔扩张问题,将摩擦黏性土体损伤后的软化特性用材料的力学性能参数下降来描述,引入了损伤软化参数.同时考虑土体的剪胀与内摩擦角、黏聚力以及平均应力的相关性和软化特性对应力-剪胀关系的影响,采用了引进损伤软化参数的Rowe流动法则,并结合利用反映中间主应力效应的广义空间准滑动面理论和平面应变轴对称问题柱形孔扩张基本方程,推导并给出摩擦黏性土中大应变柱形孔扩张曲线的数值求解步骤.通过算例分析,将所得解与Mohr-Coulomb破坏准则的解答进行了比较,研究了中主应力效应的特性,并且探讨了损伤软化参数、内摩擦角及黏聚力对极限扩孔压力、塑性区半径、塑性区应力场、平均剪胀等的影响.     

含水率和干密度对重塑黄土抗剪强度的影响

干密度或含水率对黄土抗剪强度的研究屡现文献,但二者对抗剪强度影响孰大孰小的报道并不多见,在工程应用中也只是粗略地认为含水率的影响是最大的,缺乏试验和理论依据。基于此,针对含水率和干密度对重塑黄土抗剪强度的影响进行了详细研究,每个影响因素选取4个水平并制定了L16(4~2)的正交试验方案,通过直接剪切快剪试验测定了重塑黄土样粘聚力和内摩擦角并记录了100k Pa竖向压力下抗剪强度的大小,建立了粘聚力和内摩擦角在含水率和干密度作用下的关系式,分别对粘聚力和内摩擦角进行了极差分析及对100k Pa竖向压力下的抗剪强度进行了方差分析。分析结果表明粘聚力在最优含水率附近时最大,低于或者高于最优含水率时减小;粘聚力和内摩擦角随着干密度的增加而增加;相比干密度,含水率对抗剪强度及粘聚力和内摩擦角的影响更大。     

冻融作用对人工结构性黄土抗剪性能的影响

对重塑黄土及人工结构性黄土进行冻融前后的直接剪切试验,分析冻融作用对不同含水量、不同水泥含量土样的抗剪强度及相关指标的影响.结果表明:经过冻融作用后土样粘聚力变大而内摩擦角无明显变化;含水量和水泥含量对冻融前后土样的抗剪强度均有影响.含水量不变时,随水泥含量的增大,冻融前后土样的内摩擦角均变化不大而粘聚力变大.水泥含量不变时,随含水量的增大,冻融前后土样的粘聚力先增大后减小,内摩擦角变化不大;同一条件下,冻融后的土体结构强度高于冻融前的,冻融前后土体结构强度均随水泥含量的增加而提高;相同的击实功下,不同含水量土体的初始干密度有一定差异,导致试验结果呈现出较复杂的特点.     

千米深井L型钻孔地面预注浆岩体可注性研究

以千米深井巷道注浆区域岩体结构分布特征为基础,采用理论分析的方法,结合现有岩体松动压力理论和可注性理论,分析了岩体可注性的影响因素和裂隙岩体渗透的几何参数,利用现场压水试验,统计注浆段地层的单位吸水率,得到吕荣值,对信湖煤矿中央水泵房和变电所注浆加固段岩体的可注性进行评价。分析结果表明,增大岩体的凝聚力和内摩擦角可效降低支护结构承受的松动地压,当岩体的内摩擦角从10°提高到20°时支护结构承受的松动地压降低最显著;所加固段巷道周边岩体的可注性较差,若在巷道开挖施工期采用工作面注浆方法加固围岩,则很难达到预期效果,该研究表明了采用L型钻孔地面预注浆加固围岩的必要性与可行性。     

水泥掺量对红粘土固结体抗剪特性影响的试验研究

为探讨水泥掺量对红黏土固结体抗剪强度特性的影响规律,本文以大掺量水泥对红黏土固结体抗剪强度指标的影响为切入点,室内制备了四种不同水泥掺入比的红黏土固结体试块,开展了不同法向应力条件下的红黏土水泥固结体直接剪切试验。试验发现:随着水泥掺量的不断增大,红黏土固结体的剪应力-剪位移关系曲线上峰值应力跌落现象逐渐显现;红黏土固结体抗剪强度指标随水泥掺量的增大而提高,但是粘聚力与内摩擦角的增大规律并不相同:粘聚力的增大速率随水泥掺量的增大而不断减小,内摩擦角的增大规律随水泥掺量的增大而呈"S"型。     

大豆粮堆力学特性的直剪试验研究

利用直剪仪针对 6种不同垂直压力(25、50、75、100、125和150kPa)下的大豆粮堆,在0.6、1.0和1.2 mm/min 3种不同剪切速率条件下,进行了系统的试验研究,探讨了剪切速率和剪应力-剪位移曲线规律,分析了大豆粮堆的强度特性和内摩擦特性。结果表明：大豆粮堆剪切变形可分为线弹性阶段、应力强化阶段、颗粒压缩阶段。通过直剪试验测得大豆粮堆抗剪强度符合摩尔-库伦强度准则,大豆粮堆在25至150kPa垂直压力作用下,粘聚力随剪切速率的增大而减小,内摩擦角随剪切速率的增大而增大。在同种垂直压力下,剪切速率越大,剪应力增长越快,但最终会趋于一致。随着垂直压力的增加,大豆粮堆软化程度下降。     

浅埋透水地层泥水盾构开挖面极限支护压力研究

针对浅埋透水地层的泥水平衡盾构施工的隧道,建立考虑水的渗透作用下泥水盾构开挖面极限支护压力的理论分析模型。同时,基于极限分析理论,推导相应的计算公式,并结合工程实例,通过数值模拟计算分析,验证理论分析的合理性,进而讨论隧道埋深、隧道直径、土体黏聚力、内摩擦角和水深等参数对盾构开挖面极限支护压力的影响。研究结果表明:浅埋透水地层盾构隧道开挖面极限支护压力随着隧道埋深、隧道直径以及水深增大而增大;随着土体黏聚力和内摩擦角增大反而减小。     

桂林压实红粘土抗剪强度与含水率关系

红粘土是一种典型的特殊土, 其强度特性较普通粘土复杂. 为了探讨影响红粘土强度的因素, 对干密度相同而含水率不同的压实桂林红粘土试样进行了一系列固结快剪试验, 得到了粘聚力和内摩擦角与初始含水率的关系. 试验结果表明, 峰值凝聚力和残余粘聚力都随试样初始含水率的增大而减小, 峰值内摩擦角和残余内摩擦角均随试样初始含水率增大先增大后减小. 另外, 探讨了剪切过程中桂林红粘土的剪胀性. 最后, 将试验结果与Bishop和Fredlund非饱和土强度公式的计算值进行比较, 指出目前非饱和土强度公式无法预测非饱和桂林红粘土的强度.     

击实黄土的工程性质试验研究

用常规击实方法制备不同夯击能量下的土样,来研究击实黄土的工程性质.试验结果表明,击实黄土的压缩模量、粘聚力及内摩擦角随击实功的增大而增大;不同击实功下土样的强度随龄期呈增长趋势,但其增长幅度与试验过程中的压应力大小有关;同一龄期土样的粘聚力随击实功变化幅度较大,而内摩擦角随击实功变化幅度较小.     

爆破振动作用下断层破碎带抗剪强度的劣化规律试验研究

结合大冶铁矿露天转地下开采边坡工程背景,基于相似理论和振动台模型试验,对爆破振动作用下高陡边坡断层破碎带抗剪强度变化规律进行研究。研究结果表明:1)爆破振动加载强度在小于5.0 m/s~2时,断层破碎带峰值抗剪强度随加载时间的增加呈现出累积渐进破坏的变化规律,爆破振动加载强度在7.0 m/s~2时,断层破碎带峰值抗剪强度随加时间的增加呈现出惯性失稳破坏的变化规律;2)断层破碎带黏聚力和内摩擦角随加载时间的增加呈现出二次函数的衰减关系,且其累积渐进破坏过程表现出渐变弱化、加速弱化和塑性区贯通破坏3个阶段的变化规律;3)断层破碎带黏聚力和内摩擦角随加载强度的增加呈现线性函数的衰减关系;4)断层破碎带黏聚力和内摩擦角弱化幅度随加载强度的增加而增大,随加载时间的增加呈现先增大后减小的趋势,且黏聚力对于加载时间的敏感程度较内摩擦角的大。     

A study of the energy yield criterion of geomaterials

讨论了岩土材料的内摩擦性质,认为其单元体内始终都存在内摩擦力,且摩擦力的方向与剪应力方向相反,是阻止变形产生的。比较了金属材料和岩土材料的变形破坏机制,认为两者存在较大差异,金属材料是由于剪应力的作用使结晶构造产生了滑移破坏,所以应着眼于最大剪应力;而岩土材料属于粒状体材料,其变形和破坏受摩擦法则的支配,由剪应力与垂直应力的共同作用使粒子间克服摩擦产生相对滑移破坏,所以应着眼于最大剪切角。基于此建立了岩土类材料的三剪能量屈服准则及其相应的Drucker－Prager准则,三剪能量准则当不考虑中主应力影响时简化为Mohr-Coulomb准则,当不考虑内摩擦角时简化为Mises准则。从应力、应变、能量角度对材料屈服准则进行了系统的研究,表明无论采用应力、应变或能量表述,只是其形式不同,而其实质是一致的,三剪能量准则是材料的统一屈服准则。结合岩石真三轴试验结果,分别采用Mohr-Coulomb准则及三剪能量准则进行了验证,结果表明大多数情况下三剪能量准则比Mohr-Coulomb准则误差小,更接近试验结果,证明能量准则是可行的。针对一个简单的边坡算例进行了三剪能量屈服准则的工程应用,计算结果表明只考虑单剪切面的Mohr-Coulomb准则比考虑三剪切面的能量准则偏于保守。