不同干湿循环路径下Q2原状黄土强度与微观结构演化试验

为探明不同干湿循环路径对Q₂原状黄土宏观强度和微观结构的影响,考虑地下黄土赋存环境,开展了3种干湿循环路径下的三轴剪切试验、核磁共振测试和扫描电镜试验,分析了Q₂原状黄土强度、微观孔隙分布和土颗粒结构的演化规律与特征,并结合矿物成分变化探讨了相互之间的影响关系。研究结果表明：不同干湿循环路径下,宏观参数-黏聚力与微观参数-孔隙分布、孔隙和土颗粒平均直径均表现出不同程度的劣化效应,参数衰减趋势完全一致,即干湿循环幅度越大,上限含水率越高,衰减越严重,劣化效应越明显。宏观参数-内摩擦角与微观参数-孔隙和土颗粒结构演化特征相似,即内摩擦角小幅波动,孔隙与土颗粒的形态、结构复杂度和排列有序性基本稳定。考虑干湿循环幅度、上限含水率和循环次数3种参数,构建了微观孔隙劣化特征函数,解释了不同干湿循环路径下的孔隙劣化特征,揭示了Q₂原状黄土微观孔隙损伤劣化两阶段发展规律,即波动式损伤积累上升阶段和损伤劣化稳定阶段。相关研究成果可为不同循环路径下的原状黄土宏微观劣化认知提供有益参考。     

基于微结构量化的含渐变带黄土各向异性特征研究

黄土层间界面稳定性问题突出,天然黄土层之间的交界面呈现渐变过渡形式。为研究黄土渐变带及相邻两土层的各向异性特征,以含黄土层、古土壤层以及两者之间渐变带的早更新世(Q₁)黄土为例,通过扫描电镜(SEM)获取各土层不同方向上的微观图像。对图像进行二值化处理,计算形状系数F、形态分维数D、概率熵H_m及定向频率P_i(α)等微观结构参数,分析3种典型土层在微观结构上的各向异性。此外,通过三轴压缩试验获得各土层不同方向上的抗剪强度参数,将微观结构参数和抗剪强度参数相结合,探究了两者之间的联系,揭示含渐变带Q₁黄土的各向异性差异表现。结果表明：(1)各土层微观结构均具有显著的各向异性,当平行于沉积方向时,孔隙和颗粒排列的定向性最好,与沉积方向45°斜交及相垂直时次之,但受风化作用影响各向异性表现程度有所差别;(2)当加载方向与沉积方向平行时,各土层的强度表现最高,而垂直时则最低,这种各向异性主要源于黏聚力的差异,并且会随着围压和含水率的增大而减弱;(3)黄土层和古土壤层的力学各向异性与内部微观结构的各向异性关系紧...     

宁波软土物理力学指标相关性研究

以宁波10个地铁车站附属工程的地质勘察数据为依托,系统地分析了黏性土体的天然含水率w、孔隙比e、重度γ、压缩系数E_s、静止土压力系数K₀、抗剪强度指标等土体参数。结果显示:这些参数相关性明显,参数试验结果准确率较高;通过建立静止土压力系数、压缩系数等力学参数与天然含水率的关系公式,可以获得工程设计中常用的计算参数。     

延安马家湾多级古滑坡复活机理研究

黄河中游脆弱的生态环境及黄土特殊的结构,造就了大量的滑坡发生,因各种因素的影响,大量的古滑坡出现复活,直接威胁着人居及财产安全。通过野外地质调查、勘察、野外监测、土工试验及数值模拟的方法,分析了马家湾古滑坡的复活机理。结果表明：滑坡体上部土体含水率小于粉质黏土层(滑动面附近)土体含水率。水分在该坡体入渗的最大影响深度为1.5 m(1.0 m内土壤含水率变化波动最大)。滑坡形成后坡体上裂缝的存在,在降雨作用下改变了滑坡体空隙水压力分布状态,水体在裂缝及滑坡前缘不断地积水,改变了土体含水率及抗剪强度,致使一级滑坡发生滑动,一级滑坡的滑动降低了二、三级滑坡坡脚抗滑力,最终古滑坡牵引式的滑动、整体复活。     

基于路堤粗粒土填料力学特性的改进邓肯-张模型

为研究动力及含水率变化对路堤粗粒土填料力学特性的影响，制作了不同含水率w的路堤粗粒土填料试样，先对其施加一定荷载频率f的动应力，再进行静三轴压缩试验，分析不同试样静偏应力σ₀-应变ε₁曲线变化规律，之后结合Janbu公式探讨动偏应力σ_d、w及f与参数n、K的联系，建立初始变形模量E_i、极限偏应力(σ₀)_ult与各控制变量的拟合公式，提出考虑动力及含水率影响的路堤粗粒土填料改进邓肯-张模型，最后开展验证试验，对比分析该改进模型的有效性。研究结果表明：三轴试验中粗粒土试样在ε₁>0.5%时由弹性变形进入塑性变形阶段，不同控制因素下的σ₀-ε₁曲线在0.5%<ε₁<2.0%范围内出现明显差异，切线变形模量E_t在该范围内迅速降低，降低幅度达到58%～76%;当ε₁>2%时E_t变化逐渐减缓并...     

水平荷载下单桩的三维有限元模拟与参数分析

利用有限元程序ANSYS,对桩土相互作用体系中单桩的横向静力响应进行了三维有限元数值模拟。分析了是否考虑土体的弹塑性、桩土之间是否考虑接触面等因素对单桩横向响应的影响。提出了确定接触面参数的方法,以及有效模拟单桩横向响应的有限元模型,最后进行了参数分析验证了模型的实用性,并得到了一些有价值的结论。     

倾斜坡顶黄土边坡垂直裂隙深度计算方法

垂直裂隙在黄土层中发育极为普遍，为研究黄土边坡坡顶垂直裂隙深度的问题，改进传统裂隙法中存在的缺陷，分别建立单裂隙与多裂隙滑动模型，并结合边坡滑动后垂直裂隙后壁形成的垂直张拉段土体自稳特点，采用极限平衡法对2种滑动模型进行受力分析，建立边坡极限状态方程；并进一步利用最优值法对方程进行求解，推导出黄土边坡倾斜坡顶垂直裂隙极限深度的计算公式。根据编写的计算程序，探究裂隙深度随不同影响因素的变化规律，并根据极限分析上限法及实际工程算例对公式进行验证分析。结果表明：单裂隙情况下垂直裂隙极限深度是传统裂隙法中深度的2倍，且该深度大小与坡顶倾角β取值无关；多裂隙情况下垂直裂隙极限深度的计算公式较为复杂，其大小与土体重度γ、黏聚力c、内摩擦角φ、坡顶倾角β以及地质调查参数L₂的取值有关；裂隙深度影响系数k_K随β增大而减小，随γL₂/c和φ增大而增大；滑动面倾角α随β和φ的增大而增大，随γL₂/c增大而减小，但β对k_K和α影响较小。采用极限分析上限法推导出的单裂隙和多裂隙模型中裂隙深度计算公式，与极限平衡法结果一致；其次对黄延高速公路沿线实际边坡垂直裂隙深度进行理论计算，计算结果与现场实测结果相对误差为3.76%，表明该计算公式的可靠性。     

融化期川西地区季节冻土边坡稳定性分析

为解决融化期季冻区边坡失稳问题，针对川西高原地区混合土边坡，综合考虑粗颗粒含量及含水率影响，采用大型直剪与常规直剪相结合的试验方案，获取混合土抗剪强度参数，基于冻土水热耦合理论，通过COMSOL有限元软件对边坡融雪入渗过程进行数值模拟，分析边坡水热场时空变化规律，同时考虑冻融过程中土体强度参数动态改变建立季冻区混合土边坡稳定性计算分析模型，分析融化期混合土边坡稳定系数、滑动面发展规律，定量分析总结融化期季冻区边坡失稳机理。结果表明：相同干密度条件下，混合土饱和渗透系数与粗颗粒含量成正比，抗剪强度与粗颗粒含量成正比而与含水率成反比；融化期边坡融雪入渗作用加强，浅层土体处于富水状态，形成最大厚度0.80 m的暂态饱和区；川西季冻区混合土边坡潜在滑动面与冻融交界面位置基本一致，滑动面形式主要是折线型，为浅层滑动；融雪入渗与冻土消融作用是季冻区边坡融化期失稳破坏的主要诱因，融化期间边坡稳定性系数减小速率随融雪入渗过程逐渐加快，融化深度最大时，边坡稳定性系数最小；川西地区季节冻土边坡稳定性主要影响因素为粗颗粒含量与初始含水率，粗颗粒含量越高，初始含水率越低，融化期边坡稳定性越好。     

基于实测数据驱动下优化参数的移动下击暴流数值模拟

为实现下击暴流风场高精度数值模拟，基于冲击射流模型开展稳态下击暴流数值模拟，引入网格滑移技术实现下沉气流移动效应的模拟，研究下击暴流移动过程中的风场演变规律；提出以实测数据为目标的下击暴流模拟参数优化方法，将目标风速时程抽象为若干特征点，通过模拟特征点与目标值的误差建立目标函数；将代理模型引入下击暴流模拟参数优化的过程以提高计算效率，并通过数值模型计算设计样本点响应来训练代理模型；通过5组测试算例验证Kriging模型的代理精度和参数优化方法的可行性，采用所提出的优化方法以安德鲁斯空军基地(AAFB)所监测的下击暴流风场为目标进行模拟参数优化，并基于此参数进行数值模拟。研究结果表明：下沉气流喷口速度U_j、喷口移动速度U_T和环境风速U_b的相对值是影响下击暴流平均风速时程时变特征的关键因素；在参数优化过程中引入代理模型替代数值模型参与优化迭代，极大地提高了参数优化的效率；基于最优参数进行数值模拟，显著提高了下击暴流数值模拟的精度。     

桩-岩界面粗糙度量化模型及其剪切机制研究

为考虑桩-岩界面粗糙度对其剪切强度的影响，提出一种能描述粗糙体起伏高度变化的量化模型。该模型在现有规则三角形粗糙体模型的基础上将岩体表面的粗糙起伏用不同高度的等腰三角形粗糙体进行量化，其优点在于能同时考虑各个局部粗糙体在界面总体剪切位移下所表现出来的剪胀与剪断2种机制。通过结合常法向刚度条件（CNS）下桩-岩界面的剪切特性，建立了局部粗糙体的剪切模型，并采用对所有局部粗糙体剪切响应求和的方法获取界面的整体剪切响应。基于局部粗糙体的剪胀-剪断两相机制和三角形粗糙体的几何特征推导了界面在剪切过程中处于两阶段粗糙体个数及剪切应力的演化方程；在此基础之上，根据位移控制条件将界面剪切过程划分为：剪胀、渐进破坏及剪断3个过程，并求解了各过程的剪切强度发挥函数，同时提出了完备的参数确定方法。最后，通过室内剪切试验对所提理论模型进行验证，结果表明：①各工况下试验曲线存在明显的3个剪切过程，验证了理论模型的合理性；②所提理论模型可较为精确地预测界面峰值剪切应力τ_u，预测误差在2%~10%之间；③理论模型高估残余应力τ_r误差在17%~25%之间的概率为50%，误差在17%~32%之间概率为81.25%；④峰值应力和残余应力与最大粗糙体高度h_max、初始法向应力σ_n0及法向刚度K成正比。     

陕北Q2黄土入渗模型优化及边坡稳定性分析

采用Brooks&Corey土水特征曲线公式对Green-Ampt模型中入渗剖面的非饱和过渡区进行计算，得到优化的Green-Ampt公式；引入湿润层重分布比例函数的概念，采用Seep/W模拟非饱和土壤水分性质数据库（UNSODA）中256个样本10种类型土的降雨入渗过程，得到湿润层重分布函数的解析表达式；基于本文改进的Green-Ampt模型、湿润层重分布函数及Frdlund抗剪强度公式，推导出改进的边坡稳定计算公式；以陕北延安地区樊庄Q2黄土高边坡为算例与前人修正过的Green-Ampt模型解结果进行对比，验证新模型的适用性，经验证本文改进的Green-Ampt模型适用性好。     

黄土边坡原位直剪与抗滑桩模型试验

为揭示黄土公路高陡边坡的稳定性状,选取黄土塬开挖平台非扰动黄土为试样,制作试样模型进行原位试样直接剪切试验,设计进行不同工况下埋入式与悬臂式抗滑桩模型试验,研究获取公路路堑边坡黄土土样应力-应变关系曲线、土样峰值强度及残余强度参数变化规律,并基于支挡抗滑桩和黄土边坡坡体内受力与变形状态,揭示桩-土相互作用过程与变形机理。试验结果表明：黄土试样在直接剪切时,随着法向应力增大,其应力-应变关系曲线逐渐由软化型向硬化型转变,且曲线逐步升高但未出现交叠;相同的剪切次数下,黄土试样峰值强度和残余强度均随法向应力增大而增大,残余强度较峰值强度有一定衰减,且垂直强度愈大,衰减愈明显;随着水平推力达到极限承载力,埋入式模型抗滑桩桩身土压力分布呈现上大下小的变化趋势,且在滑动面位置上部附近出现桩前最大土压力,桩体发生弹性变形,弯矩值沿桩身分布总体呈"S"形规律;悬臂式桩体不发生刚性转动,桩身土压力总体呈上下小、中间大的分布态势,桩后最大土压力出现在滑动面附近,而桩前最大土压力则随着现场试验中单排模型桩根数增多,自模拟滑动面逐渐过渡到新的剪出滑动面,桩身弯矩呈"D"形分布。     

装配式圆形桥墩海啸冲击力试验

为研究海啸涌波下装配式圆形桥墩冲击力的特点以得到海啸冲击力的简化计算方法,在水槽中利用溃坝波模拟海啸涌波,开展不同来流波高和初始水深的模型试验。分析溃坝波的波前形态、波前坡度以及波前上游波动状况随来流波高和初始水深的变化规律,对比不同来流波高、初始水深下圆形桥墩的剪力和弯矩时程曲线,讨论来流波高和初始水深对似平稳段剪力均值和弯矩均值,以及冲击全过程剪力和弯矩最大值的影响,得到圆形桥墩似平稳段的剪力系数和弯矩系数,以及剪力和弯矩冲击系数随来流波高和初始水深的变化规律。研究结果表明：除临界破碎波外,溃坝波的波前坡度随着来流波高与初始水深之比的增大而减小;来流波高与初始水深之比不小于1时,波前上游液面无上下波动,力和弯矩的时程曲线无振荡段,且剪力和弯矩的最大值位于似平稳段,对应的量纲一的系数C_r和M_r较小,分别为0.75~1.40和1.12~2.50;来流波高与初始水深之比小于1时,波前上游液面有上下波动,力和弯矩的时程曲线有振荡段,且剪力和弯矩的最大值位于冲击段,对应的C_r和M_r较大,分别为1.46~5.87和1.88~9.86;对相同来流波高而言,随初始水深的增加,似平稳段自由液面效应逐渐减小,力臂量纲一的系数K_r逐渐减小,初始水深由2 cm增加到8 cm和14 cm时,K_r降幅均值分别为21.8%和29.7%;基于试验结果提出了装配式圆形桥墩海啸波作用下剪力和弯矩最大值的计算方法,并给出了各项参数的取值,可为其快速计算提供参考。     

干湿循环周次对川西红黏土影响的固结不排水剪切试验

选用成都市新津区红黏土，开展了针对经不同干湿循环周次n_dw作用的土样的固结不排水剪切试验，研究地下水位季节性反复升降对川西红黏土力学特性的影响。结果表明:随n_dw的增加，土样应力-应变曲线依次经历三个典型应力响应状态，分别为“应变硬化”型-“应变过渡”型-“应变软化”；在不排水固结剪切路径下，土样孔隙水压随n_dw的增加呈现逐渐增长的变化趋势，且初期的增长速率较大，后期趋于平缓；随n_dw的增加，有效应力路径曲线从最初的近似“S”型逐渐演化为“镰刀”型，干湿循环作用对土样的体应变产生较为显著的影响，随n_dw的增加，干湿循环引起的土样体积压缩应变越小。     

考虑卸荷的桩-土接触面模型研究

以多组砂土与混凝土接触面大型直剪试验为基础，对卸荷条件下接触面的力学行为进行研究，通过理论推导，建立砂土径向卸荷条件下的桩-土接触面剪切模型，给出了模型中各个参数的确定方法，并采用大型直剪试验数据对模型进行验证。结果表明:考虑卸荷的桩-土接触面剪切模型可以很好地反映试验结果，可为工程实践提供一些参考。     

黄土结构及物性指标对自重湿陷影响分析与预测

以自重湿陷性黄土场地室内外试验数据为基础,研究了黄土的微结构、地层结构、压缩模量与自重湿陷性的关系。结果表明:自西向东,由单粒、架空孔隙和点接触的微结构,逐步向由凝块状或集粒、粒间孔隙、面接触的微结构过渡;黄土地层基本呈水平层状结构,但分层数及厚度、湿陷性差异明显;压缩模量与自重湿陷量的变化规律相反。对黄土自重湿陷系数影响最大的是孔隙比,其次是干密度、含水率;所建立的自重湿陷系数与4个物性指标间的关系式,可预测分析黄土的自重湿陷系数;提出的预测和评价黄土自重湿陷量的公式是可行性。     

粘土与木材接触面剪切特性试验对比研究

为研究粘土与木材接触面剪切特性,在原有及改装后的DSJ-2型电动四联等应变直剪仪上分别进行了粘土同木材界面的直剪和单剪试验,并作了对比分析。结果表明:单剪试验下粘土与木材界面的剪应力－剪切位移曲线开始阶段呈刚性关系,经非线性弹性阶段后由应变硬化段、应变软化段、塑性流动段组成;直剪试验下均成双曲线关系。在此基础上,提出了界面抗剪强度指标的经验换算公式（直剪试验下得到的界面抗剪强度指标乘以小于1的系数）,以修正应用于设计的直剪试验结果。