基于干湿循环试验的黄土路堑浅层边坡长期稳定性分析

为评估干湿循环作用对黄土边坡浅层土体强度的劣化效应，对甘肃定西Q₃原状黄土开展了不同干湿循环路径下的室内直剪试验，分析干湿循环次数、循环幅度与下限含水率对土体抗剪强度的影响，建立了考虑干湿循环三参数的强度劣化模型，并运用强度折减法对比了不同干湿循环路径下黄土路堑浅层边坡的长期稳定性。试验结果表明：随着干湿循环次数增加，原状黄土的黏聚力呈现先减小后趋于稳定的变化趋势，可采用双曲线函数进行拟合，内摩擦角呈线性下降趋势，10次干湿循环后，原状黄土黏聚力与内摩擦角的最大劣化度分别为27.64%与9.88%;在相同干湿循环次数下，循环幅度对原状黄土黏聚力和内摩擦角的劣化效应大于下限含水率；干湿循环过程中黄土路堑浅层边坡的长期稳定性系数遵循指数下降函数，不同干湿循环路径下边坡稳定性系数最大降幅为61.5%,且在6次循环后稳定性系数降幅约占总减小值的85%;干湿循环中循环幅度和下限含水率影响着黄土路堑浅层边坡稳定性，表现为随着下限含水率增大，浅层边坡稳定性系数先增大后趋于稳定，但随着循环幅度增大，稳定性系数线性减小；工程实际中边坡不同深度土体含水率变化范围不同，干湿循环路径存在...     

土石复合介质动力特性试验

基于室内不排水动三轴试验,研究了土石比、围压和地震烈度对土石复合介质的动力特性的影响;针对动强度的变化规律,分析了动强度参数动黏聚力和动内摩擦角的变化规律。研究表明:在相同压实度条件下,土石复合介质的动强度随土石比的减小而增大,随地震烈度的提高明显减小;对某一含石量,动黏聚力随烈度的增大逐渐减小,并且随土石比减小减小得更快,而动内摩擦角随烈度的增大而减小;在烈度相同,即相同振次条件下,动黏聚力随土石比减小而增大,动内摩擦角也随土石比减小而增大。最后,给出了动黏聚力和动内摩擦角随土石比和烈度变化的经验模型。     

直剪条件下土石混合体力学性能研究

土石混合体在土木工程中广泛应用,基于大型直剪试验系统,研究了土石混合体在大型直剪条件下的力学性质,研究表明:随着垂直压力的增加,土石混合体的峰值剪应力在增加;随着粗颗粒含量的增加,土石混合体的内摩擦角在增加,对于粘聚力而言,当粗颗粒含量大于33％时,二者正相关,否则,负相关.内摩擦角以及粘聚力都随着含水率的增加而降低.     

聚丙烯纤维加筋黄土的抗剪强度和崩解特性

为检验聚丙烯纤维加筋黄土对边坡坡面的防护效果,基于室内直剪试验和崩解试验,研究了纤维含量、纤维长度及含水率对加筋黄土抗剪强度和抗崩解特性的影响,获得了加筋黄土的最佳配比,并以此为基础开展了现场坡面防护试验。研究结果表明:相比于素黄土,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力最高提升113.8%,内摩擦角最高提升23.3%,崩解速率最高降低87.5%,聚丙烯纤维可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解特性;随着纤维含量和纤维长度的增长,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力分别呈现先增大后减小和先急剧增大后增幅趋缓的变化趋势,崩解速率分别呈现先减小后增加和持续减小的变化趋势;从抗剪强度方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm,从崩解特性方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.5%,最佳纤维长度为19 mm,相比较而言,两者崩解速率的相对变化明显小于其抗剪强度的相对变化,故确定聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm;随着含水率的增加,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和崩解速率均呈现减小趋势,其变化关系符合三次多项式函数或Logistic函数关系;现场测得聚丙烯纤维加筋黄土防护坡面平均侵蚀深度约为3 mm,说明聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显。      

冻融循环作用对桩锚支护深基坑的土体材料强度参数影响试验研究

季节性冻土地区的土材料在冻融循环作用后的强度参数对深基坑支护体系的安全性影响显著。在季节性冻土地区深基坑支护稳定性设计和施工中,考虑冻融循环作用后的土材料抗剪强度具有一定的实际意义。采用直剪试验方法对冻融循环作用前后土材料强度参数进行研究,绘制剪应力与剪切位移关系曲线,抗剪强度与垂直压力关系曲线,结合强度曲线计算得到内摩擦角及黏聚力。分析表明:冻融循环结束后,土体的最大剪应力比冻融循环前降低;土体的抗剪强度参数,内摩擦角在冻融循环作用结束后减小,黏聚力有所增加。     

飞灰在膨胀土路基加固处治中的应用

通过膨胀土直剪试验验证了膨胀土在干湿循环下会出现裂缝,随着循环次数增多裂缝随之增加扩展,并且裂缝的出现降低土体的黏聚力和内摩擦角,削弱了土体的抗剪强度导致路基在一定条件下发生失稳;通过无侧限抗压强度试验确定了作为稳定剂的焚烧飞灰和水泥的配比为1∶1;通过测量加入稳定剂后的膨胀土的膨胀率和膨胀力等一系列相关物理指标确定了稳定剂的掺入量为5%。     

全风化花岗岩路基填料物理改良强度特性研究

以皖南山区G318青阳段改建工程的全风化花岗岩物理改良路基填料为研究对象,通过大型直剪试验研究其抗剪强度指标,探讨该改良填料的强度特性。研究结果表明：改良料具有较好的抗剪强度指标,表现为黏聚力较小,内摩擦角较大;抗剪强度随着含水率的增大呈减小趋势,在最佳含水率±3%的变化程度较小,施工时可以放宽填料含水率3个百分点进行填筑;在饱和时,抗剪强度降低约1/4,施工时应严防路基受水浸泡;压实系数的增大可以提高改良料的抗剪强度,增强其水稳定性;最大粒径对改良料的强度指标影响与粗颗粒含量有关,不可单独作为评价改良料强度的影响因素。     

模拟深海环境砂土地层的材料配比试验研究

为了研究可近似模拟琼州海峡深海环境下砂土地层的相似材料，基于正交试验法，以重晶石粉/标准砂、黏结剂浓度、凡硅比和石膏含量作为4个控制因素，对不同配比相似材料的物理力学参数的变化规律进行了分析. 首先确定标准砂、重晶石粉作为骨料，凡士林和硅油作为黏结剂，石膏粉作为调节剂，其次基于正交试验原理设计25组相似材料配比，分别进行密度试验、直剪试验、压缩试验以及渗流试验，得到了重度、内摩擦角、黏聚力、压缩模量以及渗透系数等物理力学指标，通过极差和显著性分析，研究了各个控制因素对材料参数的影响规律，并对25组试验结果进行了去异常点的多元线性回归分析. 研究结果表明:相似材料重度受重晶石粉/标准砂比值的影响最大，石膏的比例是控制压缩模量的主要因素，内摩擦角和黏聚力无主要控制因素，重晶石粉的比重主要控制着渗透系数的大小；适用于深海环境砂土地层条件下的相似材料配比为重晶石粉/标准砂0.4，黏结剂浓度4.5%，凡硅比3∶1，石膏含量3%.      

黏土脏污对道砟集料的应力-剪胀关系影响

列车循环荷载下，铁路地基层中的黏土颗粒会逐渐侵入道砟层，降低道床承载性能. 通过开展一系列大型直剪试验，对黏土脏污质污染下的受格栅加筋道砟集料和未受格栅加筋道砟集料的强度及变形发展、应力-剪胀关系进行了研究. 试验结果表明:随着脏污程度的增加，道砟集料在剪切过程中强度及法向变形均降低；干净道砟集料的应力比与剪胀比呈一阶线性关系，而黏土污染的道砟集料塑性增强，在剪应力峰值状态下剪胀比更高而抗剪强度发展缓慢，导致应力比与剪胀比呈二阶多项式关系；高法向压力下，道砟集料具有更低的剪胀比；黏土脏污质的存在会减小道砟集料的变形破坏速率，但降低了集料的抗剪强度，而格栅的加筋作用可弥补由于黏土脏污引起的强度降低.      

针片状指数对道砟直剪力学特性的影响

为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响，通过进行不同工况下道砟直剪试验，从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析. 研究结果表明:（1） 随着针片状指数增加，道砟散体直剪力学性能下降，包括抗剪强度和内摩擦角（100 kPa下当针状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低10.9%、16.8%；片状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低14.7%、22.3%；针、片状道砟总值由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低12.4%、18.9%）. （2） 随着针片状道砟含量增加，试样剪缩和剪胀量均降低. （3） 针片状道砟在直剪试验过程中易于发生破碎，且破碎类型多为整体断裂并伴随尖角破碎折断，显著影响有砟道床维修周期.      

怒江某隐伏断层带岩体的力学参数取值

断层带岩体是工程建设中重点关注的一类特殊岩体，为了获取考虑围压效应的隐伏断层带岩体真实力学参数，依托怒江某水电工程，对坝基深厚覆盖层下隐伏断层带岩体开展三轴试验. 总结了一套断层带岩体取样—试验前处理—施加初始围压—三轴试验—参数取值的评价方法，可避免三轴试验过程中断层带岩体散体以及液压油对试样的影响，使试验结果更接近断层带岩体天然状态下的真实力学参数. 试验结果表明:5个断层带岩体试样的变形模量为449～921 MPa，平均值为665 MPa；黏聚力为0.04～0.22 MPa，平均值为0.13 MPa，取80%保证率的标准值为0.12 MPa；内摩擦系数为0.32～0.61，平均值为0.46，取80%保证率的标准值为0.35；黏聚力试验值比内摩擦系数试验值离散性大，表明断层带岩体黏聚力受物质结构、断层泥含量、胶结程度等的影响更大.      

冻融循环对云贵高原尾矿土力学性质的影响

为研究尾矿力学指标在冻融循环过程中的弱化规律，基于冻融尾矿土的常规三轴固结不排水剪切试验，对冻融前后尾矿土的各项力学指标进行了分析. 首先对尾矿土试样进行开放条件下的冻融试验，设置0、1、5、10、15次冻融；然后对不同冻融次数下的尾矿土进行常规三轴固结不排水剪切试验，设置50、100、200、300 kPa 4组围压；最后基于试验结果，对抗剪强度、峰值抗剪强度及弹性模量等力学指标进行分析. 研究表明:冻融对尾矿土的力学性质影响显著，随着冻融次数的增加，其应力-应变关系曲线由应变软化型逐渐向加工硬化型发展；破坏形式由脆性剪切破坏转变为延性破坏，剪切过程中孔压负增长的趋势逐渐减弱至消失；抗剪强度指标、峰值抗剪强度及弹性模量逐渐降低，其中，尾矿土受第1次冻融的扰动最大，表现为有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低了30.55%和6.33%；峰值抗剪强度下降比的平均值达42.66%，弹性模量下降比的平均值达33.61%；10次冻融后尾矿土的力学指标趋于稳定，从第10次到第15次冻融，有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低2.94%和0.37%；峰值抗剪强度下降比的平均值和平均弹性模量下降比的平均值分别为2.53%和4.03%，建议采用冻融10次的力学指标作为工程设计的依据.      

湿陷性黄土-混凝土接触面剪切力学特性及破坏型式研究

对湿陷性黄土-混凝土结构进行直剪试验,研究接触面剪切力学性质,主要考虑法向应力、混凝土表面粗糙度等影响因素下湿陷性黄土-混凝土结构物接触面的剪切力学特性,进而采用数值分析研究接触面的破坏型式.通过直剪试验发现:在两种介质的接触面上剪切应力-剪切位移出现滑移、弹塑性破坏两种型式.接触面粗糙度不同时,结构接触面的抗剪强度峰值也不同,接触面越粗糙,其黏聚力也越大,内摩擦角越小.数值模拟的结果是:在法向应力较小时,剪切破坏模式以滑移破坏为主;法向应力增大后,会在湿陷性黄土内部产生剪切滑动带.在法向应力相同时,湿陷性黄土内部的剪切滑动带的厚度随着接触面粗糙度的增加而增加.湿陷性黄土-混凝土接触面光滑的情况,随着法向应力的变化,土体剪切滑动带厚度约为13～16 mm;接触面为粗糙面时,随着法向应力的变化,土体剪切滑动带厚度约为15～19 mm.     

浅埋隧道开挖引起地层位移的双极坐标求解法

基于双极坐标系和Mohr-Coulomb准则，考虑剪胀特性，在Jeffery和Massinas半无限空间圆形隧道围岩应力解的基础上联立平衡方程，推导了浅埋隧道施工拱顶方向的地层位移弹塑性解，并通过Peck公式、Park公式、Loganathan-Poulos公式和实测数据进行验证，揭示了地层变形机理和既有研究之间的联系，给出了考虑地层参数和施工因素影响的经验参数(地层损失率和间隙参数)定量取值方法。研究结果表明：弹塑性解的假定条件更少，与Peck公式、Park公式的差值在2%以内，与Loganathan-Poulos公式的差值为9.5%;双极坐标求解法从弹塑性分析的角度进一步解释了地层变形机理、Peck公式和各类修正弹性公式，即浅埋隧道开挖也会引起地层弹性和塑性变形，以Peck公式为代表的经验公式法在计算地层变形时，地层损失率在不同地区和施工控制条件下的取值分别对应着不同地层参数(黏聚力、内摩擦角、泊松比、重度和弹性模量)和施工边界条件(埋深、开挖半径、支护力)下的地层弹塑性变形；以Park公式、Loganathan-Poulos公式为代表的各类修正弹性解也可近似看作通过断面椭圆化和下...     

加筋土工程中直剪试验与拉拔试验研究

对两种加筋材料与高液限粘土之间分别进行了直剪试验和拉拔试验，通过分析可得，筋土之间的剪应力随着垂直压力的增大而增加，但随着垂直压力的增大筋土之间剪应力增长率减小，即随着垂直压力的增加，筋土之间的剪应力收敛于某一上限值；由于加筋材料在试样制作过程中不可避免地在土中发生凹凸变形使土体对筋带产生一定的锚固作用。拉拔试验所测得的似摩擦系数及似粘聚力均大于直剪试验所测得的似摩擦系数及似粘聚力。因此，实际加筋土工程中，拉拔试验更能较好的反映其真实的工作状态。     

基于环剪试验的含钙质结核古土壤剪切特性

含钙质结核古土壤在黄土滑坡的剪切带中广泛分布，影响滑坡的剪切特性. 通过固结排水环剪试验，改变轴应力大小，研究不同钙质结核含量下古土壤的剪切力学特性；基于对剪切破坏面的宏观结构分析，总结并提出剪切破坏面的“一”型和“U”型两种破坏形态及平稳、过渡、波动3种破坏模式. 研究结果表明:在低轴应力下，应力-位移曲线均为软化型，具有明显的残余强度特性，随钙质结核含量增大，应变软化特性变弱；在高轴应力下，则表现为硬化型；钙质结核颗粒能增大土的剪切强度、摩擦角，减小黏聚力；剪切带厚度与钙质结核含量正相关，与 D50 负相关；在大位移剪切作用下，颗粒会发生破碎，通过对剪切前后粒径分析，确定了钙质结核主要破碎区间为3～5 mm，破碎率为19.5%～55.5%；古土壤由 0.01～0.05 mm颗粒破碎为 0.002～0.010 mm的较小颗粒.      

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道 极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准，结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义，给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法；找出极限状态下各控制点的位移关系，即预警位移、容许位移和极限位移；基于三车道隧道设计洞形，采用连续体弹塑性有限元模 型，按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算，分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移，并进行t 分布统计，得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值；对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下，隧道围岩表面的位移变化规律；研究同种工法、相同埋深条件下，弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系；对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据，得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断，即该方法的合理性得到验证。     

侧向卸荷条件下结构性软黏土蠕变特性试验研究

通过对温州瑞安软黏土侧向卸荷条件下的三轴不排水蠕变试验，研究侧向卸荷路径和结构性对软黏土时间-应变曲线、等时曲线等典型蠕变特性的影响；建立侧向卸荷条件下软黏土的蠕变稳定时间模型，分析应变率与土体蠕变破坏标准之间的关系，并验证其对不同地区不同应力路径结构性软土的适用性. 研究结果表明:当土样卸荷量与初始固结应力的比值达到0.2～0.3时，土样达到蠕变破坏；变形发展可分为瞬时变形、衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变4个阶段. 当不同围压下的土样进入加速蠕变时，其应变率对数与蠕变时间存在良好的线性关系，该加速蠕变临界线可作为卸荷蠕变破坏的判据；蠕变稳定时间受结构性的制约和影响，侧向卸荷条件下，土样发生蠕变破坏时的轴向应变随固结压力的增大而增大，长期强度指标黏聚力下降超过50%，内摩擦角则基本不变，导致浅层结构性软黏土长期强度衰减严重，蠕变破坏应变较小，施工和监测时需重点关注.      

加筋土挡墙地震稳定性破裂面随机搜索法

为确定加筋土挡墙破裂面的位置，基于水平条分法提出了一种多线段破裂面表现形式. 将加筋土挡墙破裂面视为由多条线段组成，各条线段在一个平面内以不同的长度和角度相互连接；根据地震作用下水平土条的力学平衡条件，推导出与破裂面参数相关的筋材拉力计算式；将筋材总拉力作为目标函数，采用两层循环方式进行求解计算，外层为墙后填土水平表面破裂点位置循环，内层为随机角度循环；对比每次外层循环计算所得筋材总拉力，取最大值所对应的破裂面为所求加筋土挡墙临界破裂面. 通过算例对比验证了多线段破裂面计算方法的合理性，并对加筋土挡墙稳定性影响因素进行分析. 研究结果表明:以角度随机方式产生多线段破裂面的计算方法无需进行数学优化可得到合理结果，加筋土挡墙破裂面位置比对数螺旋破裂面更接近临空面；填土内摩擦角的增大使得筋材总拉力与筋材长度减小，能够增强加筋土挡墙的内部稳定性.      

基于围岩变形失效的隧道结构可靠度设计方法

为科学地处理隧道工程中由于材料属性和复杂地质环境等带来的不确定性，使支护设计更加安全合理，基于可靠度理论，提出一种实用隧道可靠度设计计算方法.首先，基于可靠度指标的几何意义，结合Nataf变换和Cholesky分解等考虑参数相关性与非负性，建立约束在原始空间的最优化模型；其次，利用数值软件内嵌的优化函数在不需人为计算偏导数的情况下直接获得设计点；然后，引入重要抽样方法，在设计点处计算失效概率，形成兼顾收敛性和精度的实用可靠度计算方法；再次，通过高度非线性的数值算例和非圆坑道算例验证该方法的有效性和适应性；最后，基于围岩变形失效功能函数，采用本文方法进行隧道支护抗力设计计算.算例分析结果表明：本文方法能够以较小代价获取设计点，最终结果和蒙特卡洛法结果相对误差小于1.0%，并且能够结合含交叉项响应面函数处理无解析功能函数的非圆坑道可靠度问题；本文方法能够获取准确的支护抗力设计值，与蒙特卡洛法结果相对误差小于0.5%；内摩擦角的敏感性比黏聚力和变形模量的大.