浸水条件下高分子材料固化砂土的变形与强度特性研究

首先采用聚氨酯型有机高分子材料固化剂对砂土进行改良,然后通过浸水试验研究了不同固化剂含量的高分子材料固化砂土浸水不同时间后的变形和强度特性.结果显示：在浸水时间相同的情况下,高分子材料固化砂土试样的体积膨胀率随着固化剂含量的增加而增加;随着浸水时间的增加,不同固化剂含量的高分子材料固化砂土试样的体积膨胀率均随之增加,无侧限抗压强度则均随之减小;对于2%、3%和4%固化剂的高分子材料固化砂土试样而言,在相同的浸水时间下,其无侧限抗压强度均随着固化剂含量的增加而增加.将聚氨酯型有机高分子材料固化剂与水混合后形成的乳白色高分子材料固化剂溶液加入砂土中后,其会在砂土颗粒之间形成三维网状固化膜,固化膜可将砂土颗粒锚固连接在一起,使砂土颗粒之间的黏聚力增加,从而可使高分子材料固化砂土试样具有良好的变形和强度特性.     

渗流作用下的岸坡泥沙起动条件

考虑渗透力作用,分析坡面泥沙受力特点,推导出岸坡均匀沙的起动条件和临界切应力计算公式,并采用不同渗流比降和不同水流方向的算例,以及长江中下游典型岸坡的实例,对渗流作用作出了定量分析。结果表明,泥沙起动流速曲线存在明显的转折点,可以解释崩岸的突发性;向坡外的渗流将大幅降低岸坡泥沙起动条件;冲刷水流方向也影响泥沙起动流速,在接近零流速破坏坡角时影响显著。     

高分子稳定剂加固河道边坡表层砂土室内试验研究

对河道岸坡坡面稳定性问题,采用聚氨酯型生态稳定剂对边坡表层砂土进行改良,通过室内试验对改良砂土强度特性、水稳定性与抗冲刷能力进行研究,并结合扫描电镜对稳定剂改良砂土的机理进行了深入分析.试验结果表明:稳定剂浓度与砂土干密度对改良砂土强度特性、水稳定性与抗冲刷能力有显著影响.(1)随着稳定剂浓度的增加,改良砂土的强度特性,水稳定性与抗冲刷能力逐渐增强,特别是对于砂土抗拉强度与水稳定性能的改善.(2)随干密度增加,改良砂土的峰值强度与残余强度、剪切强度以及水稳定性能增强;而改良砂土的抗拉强度在1.5g·cm~(-3)时最大,1.4g·cm~(-3)的次之,1.6g·cm~(-3)的最小.(3)稳定剂溶液与水反应生成的固化膜缠绕包裹砂粒,填充砂土空隙,在砂土中形成一种稳定的结构,很好地增强了砂粒间的粘结力,减小砂土空隙,进而改良砂土的工程性质.     

前缘塌岸对三峡库区淹锅沙坝滑坡变形影响分析

三峡水库长期运行后,库水作用使土质岸坡变形破坏加剧,甚至导致滑坡复活。受库水位变动影响和波浪作用,秭归淹锅沙坝滑坡前缘不断发生塌岸,且滑坡变形对前缘塌岸响应较为明显。因此以该滑坡为例,基于地表宏观变形、全球定位系统(global positioning system, GPS)位移数据,深部位移监测等数据,分析淹锅沙坝滑坡的变形机制。为进一步探索前缘塌岸对滑坡变形的影响机理。采用GeoStudio软件,基于生死单元技术实现不同坡面形态的淹锅沙坝滑坡的数值模拟,分析原始形态、当前坡形、塌岸发展后等不同坡面形态滑坡渗流场,应力场,位移场的变化规律。结果表明：淹锅沙坝滑坡左侧整体变形较大;受库水作用影响,滑坡前缘发生塌岸,塌岸侧中前部的GPS监测点位移量随之增大,因而塌岸对滑坡整体稳定性有一定影响。数值模拟结果表明：淹锅沙坝滑坡是动水压力型滑坡;不同坡形渗流场结果变化较小;滑坡前缘的水平向应力分布会随坡形变化而变化,进而影响滑坡的位移变形和整体稳定性;当前坡形发生塌岸后,前缘的水平方向应力值增大,位移量随之增大,滑坡整体稳定性下降;数值模拟结果与实际变形情况一致。GeoStudio软件可以较...     

某含软弱夹层顺层岸坡应力位移特征数值模拟

以三峡库区某含软弱夹层顺层岸坡为例,通过三维有限元数值模拟,研究未蓄水和蓄水至175 m高程时,软弱夹层对岸坡岩体应力、位移的影响以及软弱夹层的位移特征.数值模拟结果表明:1)库区蓄水至175m时,该岸坡岩体水平方向位移增大0.097～0.005 m,竖向位移增大0.055～0.025 m;2)由外向里,岸坡4层软弱夹层的水平方向最大位移分别增大0.099 m、0.097 m、0.092 m和0.075 m,竖向最大位移分别增大0.080 m、0.079 m、0.071 m和0.057 m;3)第四层软弱夹层以外的岸坡岩体变形较协调,这一软弱夹层是岸坡潜在的最危险的破坏面;4)岸坡沿不同软弱夹层破坏时的最危险剪出高程分别在145.0 m、125.0 m、101.5 m和101.5 m附近.     

上海某吹填场地砂土固化试验分析

固化方法是目前转化为可用土资源常用的方法,土壤固化剂是一种显著的改变土壤物理力学性能,使之成为相对强度高、收缩量小、压实度高、不会出现"再次泥化现象"的新型工程材料。该文对上海某吹填场地砂土中添加固化剂后形成的固化土在室内开展了一系列工程特性试验研究,并得到了固化土的压缩模量、抗剪强度与掺量、养护龄期之间的关系。根据室内试验结果,就不同固化剂、掺量和养护龄期对加固土压缩模量和抗剪强度的影响进行分析。     

固化淤泥长期强度和变形特性试验研究

采用INSTRON 5500R 4206-006型微机控制电子万能试验机,对基于水泥、石灰和低钙粉煤灰的固化淤泥进行无侧限抗压强度试验和间接抗拉强度试验,得到标准养护360 d淤泥固化土的应力-应变关系、破坏强度和破坏应变.研究结果表明:固化剂掺入导致固化土破坏应变明显减小,无侧限抗压强度和抗拉强度明显增大,且破坏模式由塑性破坏逐渐向脆性破坏方向发展;从长期强度和经济成本角度,石灰-低钙粉煤灰固化剂完全可取代同配比水泥-低钙粉煤灰固化剂;淤泥固化土的无侧限抗压强度与抗拉强度之比为10左右;掺加适当配比粉煤灰的设计固化材料可考虑用作低强度交通负载公路路基材料.     

山区河道型水库滑坡涌浪对岸坡冲刷深度的研究

三峡库区滑坡频发,滑坡产生的涌浪经常对库区岸坡造成破坏。通过山区河道型水库滑坡物理模型试验,研究不同产状滑坡产生的涌浪对三种不同组成粒径岸坡的最大冲刷深度。通过分析首浪高度与滑坡体宽度、厚度以及滑面倾角的关系;涌浪沿程衰减规律;岸坡最大冲刷深度和岸坡前涌浪高度的关系;运用回归分析得到首浪高度经验计算公式、沿程涌浪衰减公式、岸坡最大冲刷深度的经验计算公式。最终得到受滑坡体产状以及滑坡入水点到岸坡距离影响的岸坡最大冲刷深度经验计算公式。研究成果可为三峡库区岸坡的维护提供相应参考。     

胶结砾质土心墙坝应力变形及裂缝扩展研究

心墙拱效应是威胁超高心墙堆石坝安全的一个重要因素．通常采用心墙掺砾来减弱拱效应，但即便是掺砾情况下超高砾质土心墙堆石坝往往仍存在较大的心墙拱效应，且过多掺砾易形成渗流通道，不利于大坝防渗．考虑向砾质土中加入固化剂来制备胶结砾质土心墙料，以提高其变形模量，减弱心墙拱效应．以西南某高堆石坝为例，对不同固化剂掺量下胶结砾质土心墙堆石坝开展应力变形有限元数值模拟，分析胶结砾质土心墙坝的应力、变形等性态；同时，采用扩展有限元法(XFEM)分别对心墙上、中、下3个部位预设的裂缝进行正常蓄水期及水位超坝顶两种工况下的裂缝扩展模拟，以分析固化剂掺量对胶结砾质土心墙裂缝扩展的影响．结果表明：心墙固化剂掺量的增加可有效减弱大坝心墙拱效应，改善心墙抗水力劈裂性能；坝体应力水平及位移变化率均随着固化剂掺量的增加而减小，在一定程度上避免坝体因剪应力过大或变形不协调而发生破坏；心墙上部预设裂缝更易发生扩展，固化剂的掺加可有效抑制心墙裂缝的扩展，避免形成渗流通道．可见，胶结砾质土可为超高堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能．     

分形特征下降雨诱发砂土泥石流启动机理

利用分形理论计算不同颗粒含量砂土的粒度分维值,开展降雨条件下砂土泥石流启动模型试验,分析试验现象、位移场及含水率变化情况,总结分形特征下泥石流的启动机理。研究结果表明：粒度分维值随细粒含量的增加而增大,坡体发生明显现象的时间越早,泥石流启动的总体历时越长。分维值较大时,以坡表侵蚀破坏为主,坡表整体位移均匀,启动历时长;雨水分布不均匀,滑动带内外含水率差异显著,持水时间长;分维值较小时,以滑坡型破坏为主,启动历时短,产生位移大;雨水运动以渗流为主,土体抗剪强度降低,滑动带内外含水率差异减小,持水时间逐渐消失。分维值大小适中时,以过渡型破坏为主,泥石流启动时位移最小,历时较长,灾害程度最轻。     

糯扎渡心墙堆石坝接触性土料碾压工法优化

土石坝填筑过程中,左右岸坡衔接部位处理至关重要。压实度过高,出现接触土料板结,柔韧性变差,易因贴坡混凝土变形引起土料开裂;压实度不够,易造成渗透系数不满足要求,出现渗流破坏。对此,土石坝岸坡接触性土料的碾压参数控制尤其重要。     

一种自修复固化土的抗拉强度试验

固化土在道路工程上运用广泛,其抗压强度高但抗拉强度低,且易产生干缩裂缝导致强度降低.介绍一种具有强度自修复功能的固化剂,并对其开展抗拉(劈裂)强度试验研究.通过室内试验及电镜扫描试验发现,相较于传统的水泥固化土,添加自修复固化剂后,劈裂强度和水稳定性显著提升.养护3d和7d后破坏,水泥土和自修复固化土均具备一定的劈裂强度自修复能力,养护14 d后破坏,自修复效果大部分来源于自修复固化剂,且自修复强度随自修复固化剂掺量的增加而增加.水泥水化反应生成水化硅酸钙胶体(C-S-H),自修复固化剂中的水性聚合物经固化形成均匀的分子网络结构,两者相互搭接,形成了强度更高、孔隙率更小的交互空间结构.     

基于流固耦合的某水库垂直防渗墙合理深度的确定

基于比奥固结理论,借助ADINA流固耦合模块和Slope/w进行数值模拟,计算得出渗流参量、竖向位移、抗滑稳定安全系数,探讨土石坝坝基中防渗墙的合理深度.研究表明:防渗墙的贯入度为0.6时,渗流量小于0.01倍的河道多年平均来水量;出逸坡降和防渗墙底部渗透坡降皆小于允许渗透坡降;上、下游坝坡抗滑稳定安全系数皆大于最小抗滑稳定安全系数,位移量满足规范要求.因此,防渗墙的贯入度0.6为该水库防渗墙的最优深度.此外,当防渗墙底部接触基岩时,渗流通道极小,局部水头损失大,该水头损失叠加到防渗墙底部的水头差上防渗墙底部渗透坡降出现极大值,工程中防渗墙应嵌入基岩3～5 m.     

江河崩岸的影响因素分析

为了研究江河崩岸的发生机理,以长江中下游及其他河流典型崩岸实例为依据,分析了江河崩岸的影响因素及其对崩岸的作用,并针对崩岸类型分析了崩岸的关键性影响因素.结果表明:岸坡土体物质组成及分布和岸坡局部地形是崩岸形成的主要内在因素,水流冲刷和地下水渗流是崩岸形成的主要外部动力因素;各因素对崩岸的作用主要表现为侵蚀破坏、渗流破坏、重力破坏及突加荷载或边界条件破坏等.     

疏浚淤泥脱水联合固化试验研究

为了实现疏浚淤泥的快速处治,以河道疏浚底泥为研究对象,采用先排水后固化的处理思路,首先在淤泥中添加絮凝剂,含水率迅速降低,在絮凝剂脱水的基础上,再加入固化剂,对固化土进行含水率、液塑限、无侧限抗压强度以及微观特性进行试验研究。结果表明:在絮凝脱水淤泥中加入水泥后含水率降低,固化龄期越长、水泥掺量越高,含水率越低;随着固化剂掺量的增加,固化土的液限逐渐降低,塑限逐渐增大,塑性指数减小,且10%水泥掺量下的淤泥固化土强度可达到136. 5 kPa和143. 4 kPa;絮凝剂对脱水的促进效果远大于其在固化时的负面效果。     

三峡水库泄水期间类土质岸坡渗流驱动压剪破坏机制研究

基于水库水位降落期间渗流驱动力对类土质岸坡的压剪作用,建立了类土质岸坡渗流驱动压剪力学模型,改进了水库水位降落期间渗流驱动力的计算方法,提出了渗流驱动压剪破坏判据。以三峡水库青石岸坡为例,渗流驱动压剪破坏机制可以解释青石岸坡水位降落期间的破坏现象。此外还探讨了水库水位降落速度、时间以及初始水位高度对渗流驱动力与岸坡稳定性的影响,并得出如下结论:渗流驱动力随水库水位降落速度的增加而非线性增大;渗流驱动力随初始水位高度增加呈现为线性降低的趋势;青石岸坡稳定系数不随水位降落速度、水位降落时间的变化而变化。
     

大连临空产业园淤泥固化现场试验段研究

针对目前淤泥固化土在自然养护条件下力学性质研究的不足,以大连临空产业园填海造地项目为依托工程,在现场开展用复合固化剂(水泥熟料、高炉矿渣粉、石膏粉)固化海相淤泥的试验段研究。通过原位钻探取样等进行力学测试,研究固化淤泥土强度变化规律、应力-应变特性、冻融稳定性及承载力特征值的发展趋势。结果表明：在28 d龄期时固化剂掺量为16%的淤泥固化土的无侧限抗压强度(UCS)比同龄期的掺入比为10%、13%分别高出73.58%、40.45%。随着固化剂掺入比的增加,应力-应变曲线由应变硬化转化为应变软化。经过200次的冻融循环之后的淤泥固化土的质量损失率与固化剂掺入比呈负相关。将试验结果应用于临空产业园地基处理中,通过数值模拟结果显示：经过固化土置换之后的地基稳定性满足规范要求。     

降雨诱发残积土陡坡坡面冲刷破坏颗粒流模拟

为了明确降雨诱发的残积土陡坡坡面冲刷破坏机理,以福建省典型残积土陡坡为例,采用离散元模拟技术,依据所标定的参数,通过等效降雨法模拟陡坡坡面冲刷剥落过程,并分析冲刷速度对陡坡坡面冲刷破坏的影响规律。结果表明:陡坡仅在坡面浅层产生冲刷剥落破坏现象,其他部分未发生明显变形,陡坡整体形态保持良好;各时间点陡坡坡面土体颗粒的接触模型与其陡坡形态具有很好的一致性;冲刷破坏过程从初始存在黏聚力的接触黏结模型转变为黏聚力为0的抗转动线性模型;陡坡剥落后各颗粒间大部分为无黏性接触,呈松散土颗粒状,但是部分仍服从接触黏结模型,剥落类型为碎块状剥落;低流速径流冲刷时,剥落量从坡顶层到坡脚层呈现先减小后增大的趋势;流速越大,则坡脚冲蚀坑与深度越明显,坡面剥蚀厚度与总剥蚀量越大,并且坡顶层颗粒剥落量基本不变,而下层剥落量逐渐增大。     

三峡库区类土质岸坡破坏机制研究——以巫山县江东寺岸坡为例

2015年6月24日,重庆市巫山县发生江东寺岸坡垮塌事件,造成人员伤亡、财产损失,社会影响较大。针对江东寺类土质岸坡垮塌事件,介绍了岸坡灾情,解译了江东寺滑坡破坏的库水位上升浸泡软化、库水位下降渗流驱动力、降雨入渗劣化等3个诱发机制。结果显示:库水位上升浸泡软化降低了滑体、滑面物理力学参数,在岸坡坡脚形成软化区;库水位下降渗流驱动力增加了顺坡向的下滑力;降雨入渗进一步降低滑体、滑面物理力学参数,增大渗透力和浮托力。3种诱发机制的联合作用是导致江东寺岸坡垮塌的原因。采用PFC2D对江东寺岸坡进行数值模拟发现,库水位上升对类土质土体具有劣化作用;145m水位处的滑坡破坏运动速度最大,达0.59m·s-1,岸坡破坏具有突发性。数值模拟破坏过程与现场监测数据吻合。     

考虑流固耦合效应的饱和砂土渗透破坏数值模拟

综合考虑水压力梯度力和拖曳力产生的流固耦合效应,建立3维颗粒流(PFC3D )数值模型,从细观角度分析砂土颗粒运动及水压力分布,与理论结果比较以验证数值模型的可行性,并建立实际的饱和砂土渗流模型,模拟超过临界水力梯度后的砂土颗粒运动及赋存状态。结果表明：水流速和颗粒级配对介质颗粒运动的影响较大,颗粒刚度比和摩擦系数的影响相对较小,但较软的颗粒能提高计算效率。该模型可从宏细观角度更准确地反映饱和砂土介质的渗透破坏机理,对实际工程的渗透破坏具有指导作用。