基于正交试验的软弱土质相似材料配比研究

基于正交试验设计方法,以骨胶比、洗膏比、重晶石粉掺量、膨润土掺量、含水量为因素,对软弱土质相似材料进行配比试验。每种因素设置5个水平,设计25组材料配比,获得不同配比相似材料的密度、黏聚力和内摩擦角等指标。采用极差分析法分析各因素的敏感性,研究各因素对相似材料参数的影响规律。研究结果表明:不同配比的相似材料各参数指标分布范围较大,能够满足大部分土质材料模型试验的要求;膨润土掺量对相似材料密度起主要控制作用,含水量和洗膏比对密度有明显影响;骨胶比对黏聚力影响最大,膨润土掺量和含水量的影响次之;膨润土掺量、含水量、重晶石粉掺量均对内摩擦角有较大影响;相似材料黏聚力随膨润土掺量的增大而增大,内摩擦角随重晶石粉掺量、膨润土掺量、含水量的增大而减小。试验结果可为类似模型试验土质相似材料的配制提供参考。     

长江阶地粉质黏土相似材料配比试验研究

为确定长江阶地粉质黏土相似材料配比方案,本文研究原材料间配比关系。基于三因素三水平正交试验设计方法,以滑石粉、膨润土、石英砂和水为原料,配置基坑模型试验粉质黏土相似材料,通过剪切试验获取九组配比方案的黏聚力和内摩擦角两个物理力学指标,采用极差法和方差法分析各因素的敏感性与显著性,研究滑石粉、膨润土、石英砂以及水含量对黏聚力和内摩擦角的影响规律。结果表明:极差法与方差法分析结果具有一致性,两种方法能合理判断各因素对考察指标的敏感性与显著性;膨润土掺量虽少,但对粉质黏土的黏聚力有很大程度的影响,其次为滑石粉含量,当滑石粉含量增多时,相似材料黏聚力逐渐增大;滑石粉含量为相似材料内摩擦角的主要控制因素。试验方法和结果可为其他模型试验中土质相似材料的配比提供参考。     

膨胀岩相似材料的配比试验研究

采用膨润土、石英砂、重晶石粉、松香酒精溶液、石膏为原材料,以膨胀岩膨胀特性和吸水特性为参照指标,通过正交试验配制膨胀岩相似材料。结果表明:所配制的相似材料性能指标与各等级膨胀岩的膨胀特性指标和吸水特性指标基本一致;控制膨润土的含量可调节相似材料的膨胀等级;增加膨润土的含量可提高相似材料的吸水速率;对同一膨胀等级相似材料,改变石英砂含量和胶结剂浓度可改变相似材料湿化崩解性能。     

基于Hoek-Brown模型的铁路隧道围岩分级研究

铁路是一种典型的带状交通工程,山区铁路往往穿越多种复杂的地质条件,地质勘察工作量大。为基于常规的地质调查,快速分析出沿线岩层的物理力学参数和围岩分级结果,基于Hoek-Brown强度准则,对岩体宏观物理力学参数进行反演预测,建立基于常规调查和室内试验的围岩宏观力学参数分级模型。同时,采用C#编制岩体宏观力学参数估算软件,应用该软件可以便捷地对岩体的多项宏观物理力学参数进行分析。通过模型各参数的敏感性分析,发现GSI的取值是影响隧道围岩物理力学参数的关键性指标,并重点对道扎子隧道围岩的宏观物理力学参数进行取值研究,基于分析结果对道扎子隧道混合岩地层的围岩进行快速分级,有效地指导工程设计。     

深基坑模型试验相似材料研究

选择合适的相似材料是开展模型试验研究的关键。为确定沙坪坝铁路枢纽工程深基坑模型试验中用来模拟砂岩和泥岩的相似材料,选取重晶石粉、石膏、甘油和水作为原材料,采用正交试验法进行配比研究。设计了3种不同的养护方式分析其对相似材料性能的影响,并采用极差分析法研究各种原材料对岩体相似材料力学性能的影响。研究结果表明:用重晶石粉、石膏、甘油和水来模拟砂岩和泥岩是可行的;重晶石粉和石膏对相似材料性能影响最大,甘油次之,水最小;3种不同养护方式下相似材料性能变化较小。通过试验最终得到综合性能较为接近的两组配比来模拟砂岩和泥岩。     

广义HOEK-BROWN经验准则在边坡岩体力学参数估计的应用研究

岩体因结构面切割作用而具有非均质、各向异性和不连续性的特性,这使得岩体强度与普通均质材料强度有所区别。工程实践中,岩体力学参数只能通过原位试验或经验公式进行估计。原位试验费钱费力且部分地区无法进行试验,因此通过经验公式获取岩体力学参数是很好的选择。广义Hoek-Brown强度准则考虑岩体结构、岩块强度、岩体扰动等多方面因素,能够很好反映岩体非线性破坏特征,利用该准则可对边坡岩体力学参数进行估计。通过量化GSI的广义Hoek-Brown强度准则估算吉尔木隧道出口边坡岩体力学参数,结果表明:该方法估计获得的参数是合理的。通过计算表明边坡主体部分岩体单轴抗压强度为1.5 MPa,变形模量为4 GPa,抗剪强度指标C=0.6 MPa,φ=32°。广义Hoek-Brown强度准则在高陡边坡岩体参数的估计中能更加方便、及时、准确地反映岩体的实际情况,在工程实践中具有很好可操作性。     

岩体变形参数的应力状态效应研究

岩体力学参数存在随应力状态不同而变化的特性,称为应力状态效应。岩体力学特性的实测值具有空间场分布特征,分析表明地应力(或围压)的有规律变化是造成岩体力学参数空间变化的主要原因。考虑到实测地应力多具有较大的离散型,尝试利用反演方法获取地应力场信息,通过多元回归分析得到实测岩体变形参数与地应力的经验关系,以研究岩体变形参数的应力状态效应。通过一工程实例研究:得到地下厂房区域的岩体变形模量为16 GPa左右,与反演分析结果也比较符合;通过应力状态效应研究得到的岩体变形参数物理场,是一个渐变的物理场模型,是更为符合工程实际的;主要考虑了岩体力学参数的应力状态影响,通过一系列的计算得到,人为因素少,计算结果可供工程实践参考。     

盾构下穿高铁路基模型试验系统设计

为更好地指导盾构下穿既有高铁路基设计与施工,以拟建石家庄轨道交通4号线下穿京广高铁京石段为背景,基于相似比对试验箱尺寸、地层与结构相似材料物理特性、试验监测系统、盾构掘进设备进行研究,使其能够在“盾构-土体-既有结构”系统下开展多种形式研究,为盾构下穿既有高铁路基设计与施工提供技术支持。结果表明,设计较大室外模型试验时,为保证材料填筑及后期试验对试验箱不产生较大侧向变形影响,模型箱应采用较大刚度材料制作;结构相似材料配制中弹性模量对试验影响较大,结构相似材料配制以控制弹性模量为主,最终选取325R水泥、细砂、橡胶粉与聚丙烯纤维配制结构材料;隧道埋深是影响既有高铁路基竖向位移的主要因素,因此可在其他条件不变情况下,改变隧道拱顶距管桩底部距离,改变“盾构-土体-既有结构”模型,探究埋深对既有高铁路基竖向位移的影响。本试验设计可为类似模型试验的开展提供参考。     

横观各向同性岩体内时损伤本构模型研究

层状岩体一般视作横观各向同性体,其力学特性在不同的层面倾角下存在较大的差异。为了解决这一问题并研究层面倾角与力学特性之间的内在联系,引入横观各向同性体体积模量和剪切模量与层面倾角的函数关系式。从内时理论出发,通过内蕴时间的重新构造,在Helmholtz自由能中引入损伤变量,利用不可逆热力学的基本原理推导出横观各向同性岩体的内时损伤本构方程,并给出确定本构模型中各参数的方法。对该方程在单轴应力条件下进行求解、分析与验证。研究结果表明:该本构方程能很好地描述横观各向同性岩体在损伤发生前后的变形特点,并能有效地反映横观各向同性岩体的非线性和剪胀扩容等物理力学现象。     

天津深基坑土层物理力学指标回归分析

地铁基坑支护设计涉及的岩土参数众多,受场地条件、试验条件的限制,有些岩土参数不易获得,岩土参数的选取是一大难题。天津地区属于海积-冲积滨海平原,地层沉积规律性强,土层具有一定的分布特征。收集大量天津地铁车站的土工试验数据,根据岩土参数统计方法对各土层物理力学指标的空间变异性进行统计分析,运用更专业、更准确的统计分析软件SPSS研究土体物理力学指标的相关性,并获取了土体抗剪强度指标与孔隙比、含水量、液性指数、质量密度之间一元及多元回归方程,以及基床系数与压缩系数、静止侧压力系数与液性指数之间的回归方程式。     

裂隙岩体结构面直剪特性与参数反演试验

为准确获取裂隙岩体工程中结构面的力学参数,以细观岩石力学理论和岩石结构面的数字精细化测量为基础,运用PFC~(2D)颗粒流软件,建立铜坑矿锌铜矿体裂隙结构面的精细数值仿真模型,开展节理岩石直剪数值模拟试验。实现岩体结构面的剪切力学参数的反演与预测,获得铜坑矿裂隙节理结构面的抗剪力学参数。研究结果表明:由于结构面平滑,在裂隙结构面的直剪数值模拟试验过程中,主要形成剪切滑移破坏;铜坑矿裂隙结构面的黏聚力为0.45 MPa,内摩擦角为35.8°,其反演的数值计算结果与本地区高峰矿的无厚度节理面试验数据相似度高,试验结果可为岩体结构面参数的工程应用提供基础参数。     

乌鞘岭隧道岩石试验成果研究

长大隧道的设计和施工需要模拟自然岩体应力状况下准确的物理力学试验参数。乌鞘岭隧道在地质勘察的各个阶段和施工阶段，有针对性进行了大量的试验研究工作，为隧道正常施工提供了准确的设计参数。     

挤压性软岩流变参数反演与本构模型辨识

研究目的:为合理确定挤压性岩体力学性态的各有关参数,正确认识岩体力学属性并确保数值计算结果的可靠性,将隧道现场监测变形时间序列作为依据,通过位移反演分析理论,获得对隧道围岩稳定分析结果影响显著的流变参数值,进而实施流变模型辨识,为隧道工程围岩稳定性分析提供合理的本构模型和切合实际的计算参数. 研究结论:针对挤压性软岩隧道,建立了一套基于实测位移序列的模型辨识与参数反演的方法,该方法既依赖于工程地质和岩石力学理论,又依托于岩体工程现场实际量测,是联系理论实际的桥梁.     

广州轨道交通岩溶地质模型相似材料试验研究

广州市轨道交通多条线路均穿过石灰岩分布区域,沿线地下水丰富,岩溶洞穴十分发育。为保证岩溶地区地铁隧道施工和运营安全,采用模型试验对岩溶地质环境下轨道交通的稳定性进行研究,而相似材料的选择是模型试验能否成功的关键。本文首先在对广州市轨道交通沿线岩溶地质资料进行收集和整理的基础上,采用统计分析方法,提出概化地质参数。然后根据平衡微分方程和相似原理,推导出各主要物理力学指标的相似系数。最后,应用正交试验设计法,对相似材料的配比进行了优化,得到了最佳配比。并将该配比应用于岩溶地质模型的制作,收到了很好的效果。     

岩体力学参数Bayes推断中验前信息的数量与融合技术研究

针对岩体力学参数Bayes统计推断时存在的多源验前信息问题,将验前信息分为数值模拟信息、相似材料信息、专家意见和历史信息四类。对验前信息属同一总体或不同总体的情况进行均值和方差估计的推导;在试验样本数量一定的情况下对验前信息的最优数据量进行探讨,得出试验样本为6的情况下,仿真验前信息量在46～150之间最好,建议取50。用实例进行验前信息的加权融合计算,结果表明加权信息融合技术为Bayes推断提供了方便。     

基于正交试验的摊铺机振捣压实性能影响因素分析

采用正交试验法研究振捣机构的压实性能,通过振捣密实度分析频率、冲程和速度3个因素在不同水平下对铺层材料压实质量的影响。试验结果确定3种因素对材料摊铺密实度的影响顺序及各因素的显著水平,分析作业速度和振捣频率对混合料振动密实效果及其变化规律,确定铺层材料密实度与振捣频率、作业速度之间数学关系,为摊铺作业过程的参数选择、压实质量控制以及振捣密实度的定量预测提供理论依据和方法参考。     

岩石相似材料骨料密实级配的定量评判研究

为得到岩石相似材料骨料密实级配的定量评价指标,基于二维颗粒填充理论、颗粒级配曲线及混凝土密实级配研究成果,提出判断相似材料骨料密实级配情况的量化指标,并通过配制4种不同骨料级配的灰岩相似材料,开展不同砂胶比条件下的物理力学试验佐证该量化指标。研究结果表明:建立以细骨比大于界限细骨比、不均匀系数Cu>5与曲率系数Cc=1～3判断骨料达到密实级配的方法是切实可行的;针对灰岩相似材料,骨料级配对相似材料力学性质和变形性质的影响规律不会因胶凝材料的含量变化而改变。     

雅万高铁动车段软土物理力学特征

印度尼西亚万隆地区的软土由湖积火山灰形成。为了查明该软土对雅加达至万隆高速铁路(雅万高铁)动车段路堤工程的影响,采用现场调查、地质钻探、原位及室内试验等综合勘探手段,研究了软土的分布及物理力学特征。研究发现:该软土为黏土矿物构成的结构性土,具有含水率高、密度小、孔隙比大、液限高、有机质含量高、竖向分层显著等特点; 60 m深范围内均为中-高压缩性土,其中5～19 m、26～42 m深度处物理力学指标较差;液性指数、压缩模量、内聚力和内摩擦角与标贯击数之间具有明显的线性相关性,天然密度与含水率之间具有明显的幂函数关系;雨季期间土体强度较旱季明显弱化。     

高速铁路隧道间距对岩体变形及应力分布的影响

为研究不同隧道间距下岩体变形及应力分布规律,采用类岩材料制备不同孔洞间距的试样,并对试样进行单轴压缩试验等力学测试,获得试样的峰值应力和弹性模量;利用声发射(AE)装置,获得孔洞间距对声发射参数的影响;采用DIC设备对试样的加载破坏过程进行监测,研究试样受力破坏过程中的动态变化.研究表明,随着两孔洞之间间距增大,试样峰...     

合肥二级阶地黏土层物理力学指标概率统计及相关性分析

为解决大型土建工程中岩土体物理力学参数不确定性和空间变异性等问题。基于合肥市地铁4号线岩土工程勘察成果,以合肥地区二级阶地同一地质单元晚更新世黏土层为研究对象,采用数理统计中常用的偏斜度和峰值法,对二级阶地黏土层的物理力学参数进行统计分析,确定其物理力学参数的概率分布模型;通过对各物理力学指标进行相关性分析,建立回归方程,得到黏土层各指标间的经验公式。研究表明,合肥二级阶地黏土层具有物理力学性质差异性较小、工程性质相近、多服从正态分布的特点,各指标间多表现为中等-较强相关性。