单轴压缩荷载下非贯通闭合节理岩体损伤本构模型     

张力民  张慧  刘红岩 《煤田地质与勘探》2016,44(1):79-84

目前损伤力学已被认为是研究节理岩体力学行为的有效工具,但是在目前的节理岩体损伤变量定义中大多仅考虑节理几何特征而未考虑节理内摩擦角等力学参数,这显然不能很好地反映节理岩体的力学特征。为此,拟推导出一个能够综合考虑节理几何及力学参数的损伤变量（张量）,并由此建立单轴压缩荷载下岩体损伤本构模型。首先,基于断裂力学的由于单个节理存在引起的附加应变能增量与损伤力学的损伤应变能释放量相关联的观点,推导出了含非贯通节理岩体的损伤变量计算公式;其次,根据断裂力学理论对单轴压缩荷载下的单个节理尖端应力强度因子计算方法进行了研究,得出了应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ的计算公式;同时考虑多节理间的相互作用给出了单组单排及多排非贯通节理应力强度因子计算公式。最后,利用该模型对含单条非贯通节理的岩体在单轴压缩荷载作用下的峰值强度及损伤变量进行了分析计算。结果表明,当节理倾角小于其内摩擦角时,岩体强度与完整岩石相同,岩体损伤为零,而后随着节理倾角增加,岩体强度、损伤随节理倾角的变化分别呈开口向上及向下的抛物线,当节理倾角约为60°时,岩体损伤最大,强度最低。随着节理长度增加,岩体损伤增加,而随着节理内摩擦角的增加,岩体损伤则减小。   相似文献   

考虑加载过程及桩体固结变形的碎石桩复合地基固结解析解     

郭彪  龚晓南  李亚军 《工程地质学报》2016,24(3):409-417

为了完善碎石桩复合地基固结理论,通过假设从桩体排出的水量等于流入桩体的水量与桩体体积变化之和以及地基扰动区土体水平渗透系数呈线性变化,并考虑上部荷载逐渐施加,推导了考虑桩体体积变化的碎石桩复合地基超静孔压及固结度解析解。当加载时间趋于零时,本文解可退化为瞬时加载情况下的解;当加载时间及桩径同时趋于零时,本文解可进一步退化为Terzaghi一维固结解,这证明了本文解的正确性。通过与已有解的比较,对地基固结性状进行了分析。结果表明,加载过程对地基固结度影响显著,加载历时越长,固结越慢;在各种条件下,不考虑桩体固结变形时地基固结始终比考虑桩体变形时快,并且其影响随着加载历时变小、桩径比变小、桩土模量比变小、桩土渗透系数变小而逐渐增大,这说明在实际工程固结计算中不考虑桩体固结变形是偏于不安全的。  相似文献   

镇雄赵家沟滑坡特征及基于坡体结构的失稳机理研究     

曾庆利  王炜风  陈宏宇  薛鑫宇  袁广祥 《工程地质学报》2016,24(4):510-518

2013年1月11日云南省镇雄县发生特大山体滑坡灾害,造成赵家沟村民小组46人遇难和严重经济损失。基于数次滑坡现场调查和勘查所获得的基础数据,本文对滑坡特征及变形失稳机理进行了较系统的研究。（1）滑坡发育在崩坡积体中,坡体自后缘向前缘具有黏粒含量、密实度增加而孔隙度、透水性减小的特点;（2）滑坡后缘为飞仙关组强风化粉砂岩与崩坡积体的接触界面,滑动带为崩坡积体内含砾粉质黏土坡积层;（3）滑坡发生前,坡体后缘已发育张拉裂缝,前缘已发生小型鼓胀破坏,属典型蠕滑-拉裂变形破坏模式;（4）滑坡具有分块先后滑动特点,左、右及后缘边界坡体在主滑体后发生滑动,滑移过程中也存在分区现象;（5）滑带土为低液限含砾黏性土,呈液化流塑状态,抗剪强度低;（6）启程高速是斜坡应变能长期积累、瞬间释放的结果,滑程高速与滑坡体冲击液化有关,部分滑体存在临空飞行现象。建议加强滑源区两侧裂缝的变形监测和乌蒙山区类似坡体的灾害预警。  相似文献   

碱胁迫条件下草本植物根系力学强度试验研究     

李光莹  付江涛  余冬梅  胡夏嵩  栗岳洲  虎啸天 《工程地质学报》2016,24(4):584-596

本项研究选取适宜于黄河源区寒旱环境生长的两种草本植物垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb）和老芒麦（Elymus sibiricus Linn）作为供试种,通过室内培育种植方法,采用浓度分别为25mmol·L-1、50mmol·L-1、75mmol·L-1、100mmol·L-1的NaHCO₃溶液对垂穗披碱草和老芒麦两种植物进行了碱胁迫处理,同时采用浓度为0mmol·L-1的溶液作为未进行碱胁迫处理对照组。在碱胁迫处理后第15d和第30d,分别测定了两种植物单根抗拉力、单根抗拉强度,以及脯氨酸含量、丙二醛含量、叶绿素含量、相对电导率值等4个抗盐碱性生理指标。试验结果表明:碱胁迫对两种植物单根抗拉力影响程度随浓度增加而增大,亦随生长时间增加而增大,其中当碱胁迫浓度为25mmol·L-1时,两种植物单根抗拉力值均大于未进行碱胁迫处理呈正常生长的对照组植物,而当浓度大于25mmol·L-1时,两种植物单根抗拉力值均小于对照组的两种植物;碱胁迫条件下两种植物单根抗拉强度较对照组两种植物均呈增大趋势,增幅为3%～16%,且相同浓度条件下,两种植物单根抗拉强度随生长时间增加而呈降低趋势,降幅为1%～18%;相同浓度和相同生长时间条件下,老芒麦单根抗拉力值较垂穗披碱草大0.13～0.53N,且老芒麦单根抗拉强度值较垂穗披碱草大20～65MPa;由灰色关联分析结果可知,在碱胁迫条件下,脯氨酸含量、丙二醛含量、叶绿素含量、相对电导率值等4种生理指标中,相对电导率值与两种植物单根抗拉力及单根抗拉强度关联度相对最大即为0.888～0.996,反映出两种植物单根抗拉力及单根抗拉强度受相对电导率值影响相对较为显著。本项研究对于进一步探讨盐碱胁迫条件下,植物根系力学强度特征和影响机理等方面具有重要理论研究价值,同时利用植物有效防治黄河源土地盐碱化地区水土流失、浅层滑坡、沙化等灾害具有现实意义。  相似文献   

水-应力作用下软岩破坏面倾角的概率分析     

易成城  刘镇  周翠英 《工程地质学报》2016,24(6):1262-1268

破坏面倾角,即破裂面与最大主应力夹角,是进行岩体工程加固设计的重要依据,也是工程安全预警的基础。岩体赋存于自然环境中,其破坏面倾角受应力、结构面和水等条件的影响,这样,使得水-应力作用下其破坏面的倾角本身带有一定的不确定性,特别是对于软弱岩体。通常用Mohr-coulomb强度准则得到的破坏面倾角为45°+φ/2,是一个定值;实际上岩石破坏面倾角非定值,而是存在一个范围。因而有必要研究在水-应力作用下岩石破坏面倾角问题。本文针对华南红层典型软岩-粉砂质泥岩在水-应力作用下的破坏问题,首先从概率分析角度,利用岩石微裂隙的破坏概率分布函数,得到软岩破坏面倾角表达式;并利用TAW-100水-应力耦合岩石细观力学伺服三轴试验系统开展软岩在水同时作为赋存环境和围压时的三轴压缩试验,得到其在0和1MPa围压时破坏面倾角范围为50.3°~80.2°;将该破坏面倾角和Mohr-Coulomb强度准则得到的破坏面倾角值与实验结果进行对比,发现本文所建立的破坏概率方法与实验结果更为接近,表明本文方法有较好的合理可靠性。  相似文献   

高地应力条件下锦屏一级主厂房围岩松弛深度形成规律和支护时机研究     

杨静熙  刘忠绪  黄书岭 《工程地质学报》2016,24(5):775-787

近年来我国西部已建成发电或正在建设的一批大型、特大型水电工程,其地下洞室群多处于高山峡谷地区,地质条件复杂、地应力较高。受高地应力影响,施工期洞室群围岩易出现不同程度的变形破坏,并常常导致超常规深度的围岩松弛。本文结合锦屏一级水电站主厂房围岩松弛长期物探检测成果,系统分析了围岩松弛深度的形成、发展和演化趋势,再采用数值分析手段,通过围岩位移、塑性区发展趋势来研究最佳支护时机,研究表明:高地应力地区厂房轴线宜尽量与最大主应力σ₁方向平行,能有效减小时效变形导致的不同部位不同程度的围岩松弛;洞室分层开挖时,围岩松弛深度的80%在本层开挖后间隔2～3层时形成;相比开挖后滞后支护,及时支护围岩位移量、塑性区明显较小,因此及时支护为最佳支护时机。研究成果对高地应力条件下大型地下洞室轴线选择、支护设计、支护时机选择具有参考意义。  相似文献   

水-力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究     

王家鼎  王建斌  谷天峰  陈朋 《工程地质学报》2016,24(6):1157-1169

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例,通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上,通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数,并建立了隧道三维有限元数值模型,分别对考虑水-力耦合效应、不考虑水-力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨,分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水-力耦合效应的影响程度,并提出了围岩破坏变形机制。结果表明:（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形,围岩应力可分为增长期（ < 20d）、调整期（20~60d）、稳定期（>60d）3个阶段,且整体应力水平较高,下台阶含水量大于上台阶,孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64.0kPa,内摩擦角为27.7°。（3）数值分析表明,隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显,这是由地下水流速场的改变引起的,水力坡降在衬砌面附近最为明显,渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形;考虑水-力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响,地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙,最终汇集于隧底;受开挖、地下水渗流的影响,围岩节理裂隙进一步扩张,成为地下水良好的运移通道;围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大,围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降,反过来,高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性,建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。  相似文献   

基坑悬臂支护桩的双参数有限差分算法研究     

陈林靖  王志刚  戴自航 《工程地质学报》2016,24(6):1222-1229

在现行基坑规范建议的单参数法的基础上,推导了基坑悬臂支护桩双参数弹性地基有限差分法,将支护桩视为整体,等距离离散化,采用统一的有限差分格式以简化求解格式,并对计算出的土反力超过极限被动土压力的部分进行应力修正,有效地提高了计算精度与效率。以实际工程为例,根据现场监测值反演出地基抗力双参数m和n,将有限差分法的计算值与实测数据进行对比,结果显示吻合良好。从而说明在满足相同精度的条件下,该有限差分法更简便,更具优势。同时讨论了抗剪强度参数及嵌固深度等因素对应力修正的影响,获得了一些有益于工程的结论。  相似文献   

裂隙内部溃砂运移特点及应力波动研究     

李智  隋旺华  张新佳 《工程地质学报》2016,24(5):981-991

随着近年来煤炭资源的开采逐渐向西部地区发展,溃砂灾害的防治也越来越受到关注。本文通过自行设计的裂隙溃砂试验装置用两种石英砂颗粒以及3种天然砂样进行了溃砂试验,探究了溃砂的影响因素、运移特点以及裂隙内部应力变化规律。两种石英砂颗粒的试验表明,溃砂速度的大小主要取决于溃砂出口的宽度,总溃砂量取决于砂源区的砂量;受裂隙倾角的控制,裂隙通道的开启方式有局部空间扩展、局部空间移动、直接溃砂3类。3种天然砂样的试验得出,溃砂后干砂和水砂流对裂隙壁的作用力自溃砂入口至出口呈减小的趋势;根据应力变化规律将水砂流中颗粒的运移分两类:碰撞运移型,其裂隙内部应力存在波动;连续运移型,裂隙内部应力变化连续。3种天然干砂溃砂时对裂隙壁存在周期性作用力,粒径大的颗粒对裂隙壁的作用力、应力波动幅值及应力波动周期均较大,运用Matlab插值分析得出应力波动频率约为3.2～3.6Hz。水砂流溃砂时仅粒径最大的砂样仍存在应力波动,频率减小为2.7～3.5Hz,应力受粒径的控制增幅较小。试验获得了影响溃砂的主要因素以及砂体运移规律和应力波动现象,有助于进一步了解溃砂机理及裂隙内部应力变化情况,对溃砂灾害的防治起到一定的指导作用。  相似文献   

土坡悬臂式抗滑桩一种抗震设计计算方法     

肖世国  祝光岑 《工程地质学报》2016,24(5):1022-1027

在强震动力作用下,边坡常会产生较大的永久位移,且抗滑桩锚固段顶端前侧局部地层易进入塑性屈服状态,这在传统的悬臂式抗滑桩抗震设计计算中没有给予充分考虑。基于Nemark滑块位移法和极限分析原理,提出了考虑边坡设计安全系数和地震永久位移的作用于抗滑桩上设计滑坡推力的计算方法;同时,根据锚固段地层进入塑性屈服状态的情况提出把锚固段分为塑性区锚固段和弹性区锚固段分别计算,前者按极限地层反力法采用悬臂梁模型计算,后者按照弹性地基梁模型计算,在两者界面处需满足桩体内力和变形以及地层反力的连续条件。结合一土质边坡工程算例,给出了所提出的悬臂式抗滑桩抗震设计三段分析法的具体计算过程和结果,进一步表明所提出的方法具有技术合理性和经济性。  相似文献