云桂铁路原状膨胀土压缩特性试验研究

以云桂铁路弥勒膨胀土为研究对象,通过取原状膨胀土开展一维固结试验,研究了弥勒膨胀土的压缩特性、超固结特性及次固结特性。研究结果表明：弥勒膨胀土属于中等压缩土,其压缩系数随固结压力的增大而减小,曲线呈负指数变化特征;弥勒膨胀土地基15 m深度范围内具有超固结特性,其超固结比OCR为3.14～0.99,OCR 沿地基深度方向呈衰减变化;弥勒膨胀土具有明显的次固结特性,其次固结系数Cα随固结压力的变化而变化,次固结系数Cα与压缩指数Cc的比值基本是一个常数,Cα/Cc≈0.0218。试验及结果分析对铁路工程建设具有一定的指导意义。     

成层结构性软土一维非线性固结半解析分析

为了研究变荷载作用下土体结构性对成层软土固结性状的影响,基于结构性软土压缩性和渗透性的非线性变化规律,以及结构屈服应力随土体深度变化等特征,对结构性软土非线性固结问题进行了分析. 首先采用三折线压缩模型、e-lg k_v渗透模型,详细分析了结构性软土在不同排水工况下的固结过程;其次,利用半解析法,建立一维固结方程,并编制程序进行求解,与目前已有的非线性固结结果进行了对比分析,验证了本文计算方法的可靠性;最后以某四层软土地基为工程背景,研究了变荷载、结构性等因素对固结性状的影响. 研究结果表明:成层结构性软土一维非线性固结过程中,当最终荷载相同,加荷速率不同时,固结前期,按应力定义的固结度大于按沉降定义的固结度,固结后期则相反;当加荷速率相同,最终荷载不同时,按应力定义和按沉降定义的固结度在固结前期均随着最终荷载的增大而减小,而在固结后期,随着最终荷载的增大而增大;考虑结构性时,按应力定义的固结度明显大于不考虑结构性的计算值,固结前期相差较大,随着固结的进行,差值逐渐减小.      

Numerical Study on Groundwater Drawdown and Deformation Responses of Multi-Layer Strata to Pumping in a Confined Aquifer

Pumping artesian water from porous media inevitably reduces the groundwater head and promotes soil consolidation,which may result in regional land subsidence.In this study,a fluid-mechanical coupled numerical model is developed to investigate the dewatering-induced groundwater drawdown and deformation responses for multi-layer strata.The relation between the stratum deformation and groundwater drawdown is discussed.The results show that the pumping process can be divided into four stages.The development of vertical deformation is inconsistent with the change of the pore pressure for the strata except for the confined aquifer at the early stage of pumping.The strata expand while the pore pressures reduce.This inconsistency may be due to the large unloading in the confined aquifer at the early stage of pumping.Soil arch comes into being owing to the constraint of the surrounding soils when the large unloading occurs in the confined aquifer; this can reduce the stratum compression and cause the expansion of the layers.It can be concluded that as the pumping continues,the decrease of the pore pressure dominates the vertical deformation and results in the soil compression in all strata.     

冲击荷载作用下饱和软粘土残余变形计算模式

在试验基础上建议了一个预测冲击荷载作用下饱和软粘土残余变形的计算模式,该模式考虑了周围压力、冲击能大小、冲击次数和冲击遍数等几个因素．对计算模式的验证表明,预测值与实测值吻合较好．该模型可用于动静结合排水固结法处理软基时的变形计算．     

饱和填土Rankine被动土压力计算

从理论上分析了饱和填土分别处于无渗流和稳定渗流状态时Rankine被动土压力的计算问题。对填土面无超载的情况,当填土中存在稳定渗流时,挡墙仅受被动土压力作用,其大小取填土饱和重度计算;当饱和填土中无渗流时,挡墙同时受被动土压力和水压力作用,土压力取填土浮重度计算。对填土面作用均布荷载情况,当墙背为排水边界时,除荷载作用瞬间外,挡墙仅受被动土压力作用;当填土底面为排水边界时,只有当荷载在墙背引起的超静孔隙水应力完全消散后,挡墙才仅受被动土压力作用。在超静孔隙水应力完全消散前,挡墙同时受被动土压力和水压力作用,其大小和分布随固结度的不同而异;当填土中无渗流时,挡墙同时受被动土压力和水压力作用。     

饱和填土Rankine被动土压力计算

从理论上分析了饱和填土分别处于无渗流和稳定渗流状态时Rankine被动土压力的计算问题。对填土面无超载的情况,当填土中存在稳定渗流时,挡墙仅受被动土压力作用,其大小取填土饱和重度计算;当饱和填土中无渗流时,挡墙同时受被动土压力和水压力作用,土压力取填土浮重度计算。对填土面作用均布荷载情况,当墙背为排水边界时,除荷载作用瞬间外,挡墙仅受被动土压力作用;当填土底面为排水边界时,只有当荷载在墙背引起的超静孔隙水应力完全消散后,挡墙才仅受被动土压力作用。在超静孔隙水应力完全消散前,挡墙同时受被动土压力和水压力作用,其大小和分布随固结度的不同而异;当填土中无渗流时,挡墙同时受被动土压力和水压力作用。     

Prevention of Seepage of Unsaturated Clay by Chemical Treatment

Introduction　　Asanimperviousbarrier ,clayiswidelyusedinmanyfieldssuchaswasteisolation .Theimperviousnessofclayisstableinzoneofsaturation ,butnotstableinzoneofaerationasaresultofalternatewettinganddrying ,whichinducesstructuralporeanddryingfractureandrai…     

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.      

坡积土边坡裂隙各向异性特征对雨水入渗过程的影响

采用有限元软件Geo-Slope中的SEEP/W模块分析了裂隙深度、渗透系数比、裂隙角度与裂隙数对雨水入渗过程的影响,结合非饱和渗流理论研究了裂隙渗流各向异性对边坡稳定性的影响。分析结果表明:降雨1、7 d时,1 m裂隙深度内最大孔隙水压力分别为9.69、9.70 kPa,雨水沿裂隙底部向下的入渗深度分别为0.5、1.5 m,裂隙内孔隙水压力随降雨的持续迅速增大,直至由负压力转变为正压力; 裂隙深度越大,裂隙内孔隙水压力越大,降雨停止时刻相应的入渗深度也越大,饱和区域的大小与裂隙深度正相关; 当渗透系数比为1时,裂隙范围内最大渗透系数为1.51×10-7 m?s-1,此时沿裂隙方向渗透系数小于降雨强度,降雨入渗过程受土体渗透系数控制,而当沿裂隙方向渗透系数大于降雨强度时,雨水入渗过程受降雨强度控制; 裂隙角度越小,在裂隙深度范围内的最大孔隙水压力越大,且出现正孔隙水压力的深度也越大,而边坡表层饱和区范围越小; 无裂隙存在时,降雨后边坡内部仍保持负压力状态,无饱和区存在,有裂隙存在时,雨水沿裂隙下渗并在边坡内部形成饱和正压力区,1～5条裂隙形成的饱和区面积分别为16.4、34.7、60.9、75.6、110.7 m2,饱和区面积与裂隙数呈乘幂关系,且随着裂隙数的增加,雨水对渗流场的影响范围与程度增大,长裂隙的集中分布是引起边坡内部大面积连通型饱和区出现与地下水位升高的直接原因。      

时速600 km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征, 采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型, 基于重叠网格法和有限体积法, 以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象, 建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型, 通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率, 得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性, 以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明: 初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成, 形成初期具有三维特性, 在隧道截面同一高度上, 靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大; 在隧道截面同一侧, 靠近车体一侧高度越低, 初始压缩波压力越大, 而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关; 当列车驶入隧道一定距离后, 在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同, 初始压缩波由三维波变成一维平面波; 在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时, 位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值; 列车速度越高, 初始压缩波压力峰值越大, 位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比, 压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。      

心墙水力劈裂与孔压关系的探讨

基于Biot固结理论的有效应力二维数值模拟方法,研究了堆石坝的粘土心墙水力劈裂过程中孔隙水压力的变化．分析了坝体竣工期粘土心墙中的拱效应,探讨了从竣工固结到蓄水过程和稳定渗流期粘土心墙中孔隙水压力的变化分布特点,并对心墙发生水力劈裂的可能性进行判断．研究结果表明：堆石坝粘土心墙内部孔隙水压力梯度的模拟分析能更加合理地解释水力劈裂发生与蓄水速度和心墙低渗透性的关系,因此,分析考虑水位上升过程中粘土心墙内孔隙水压力分布情况是研究心墙水力劈裂发生机理的重点．     

数值模拟法确定饱和土强夯施工参数

探讨了用数值模拟确定饱和地基土强夯的施工参数方法:根据孔隙水压力增量随夯击次数的变化情况确定强夯的最佳夯击次数;根据孔隙水压力消散情况确定强夯的间歇时间;根据土体沿深度方向的竖向变形确定土体有效加固深度;根据沿水平方向的竖向变形确定强夯的单点加固范围。研究结果为强夯设计和加固效果评价提供有力的依据。     

降雨作用下土质边坡水分迁移特征研究

针对降雨诱发边坡失稳的特点,从水分迁移的角度出发,结合非饱和土力学,采用有限元法分析了不同降雨强度作用下边坡内部水分迁移的特征;通过数值模拟得到:降雨作用下,边坡内部孔隙水压力呈层状分布,坡脚处孔隙水压力最大,坡顶次之,坡中最小;边坡中的水分主要沿垂直和倾斜方向迁移,迁移速度由表层向深部逐渐减小,迁移方向也随深度和时间而改变;体积含水率呈非线性分布,且非饱和区非线性化程度较饱和区的高;土体渗透系数随降雨强度的增大而增大,当土体饱和时其渗透系数为饱和渗透系数。     

地基对加筋土挡墙影响的对比分析

为了分析地基对加筋土挡墙的影响，开展了两组离心模型试验. 首先根据相似理论确定试验相似比尺，其次根据相似比尺选取试验材料并制作模型进而开展砂土与黏土地基工况时的模型试验，最后采集并分析了填筑期与施工期的墙体位移、水平土压力、基底竖向应力与筋材应变. 结果表明:砂土地基时墙体的位移最大值位于结构的上部；黏土地基填筑阶段时墙体的位移约为砂土地基时的3倍并且加载阶段时墙底的位移可达30 cm；水平土压力系数沿着高度方向非线性分布，同时加载期的数值小于填筑期时的值；黏土地基时的墙背水平土压力系数小于砂土地基时的数值；与砂土地基时相比，黏土地基的变形可以减小面板底部竖向应力集中的趋势，使其竖向应力与自重应力比值接近1.0；与砂土地基时筋材拉力相比，由于黏土地基时墙体位移较大，因此此时底部筋材应力可增大3倍，同时筋材应变最大值出现的位置相对更远离墙面.      

基于指数形式渗流的成层地基一维固结半解析解

为了计算基于指数形式渗流的成层地基一维固结变形,将指数形式的渗流模型引入传统的成层地基一维固结理论,建立了变荷载条件下的控制微分方程;采用解析法与数值离散相结合的半解析法对控制方程进行求解;在指数形式渗流退化为达西渗流的条件下,将半解析法的计算结果与解析解进行比较,验证了半解析法计算结果的可靠性.最后,结合某双层地基固结实例对不同参数时的固结性状进行了分析.结果表明:用半解析法计算基于指数形式渗流的成层地基一维固结简便、可靠;上层土比下层土的渗流指数对固结速率的影响显著;压缩性小、渗透性大的土层越厚,成层地基的固结速率越快;加载速率越快,固结速率越快.      

正常固结与超固结黏性土的孔压特性

采用伏斯列夫强度理论中的等效固结应力p′e对三轴试验中的孔压μ进行归一,证实了超固结黏土的μ/p′e与应力比η可近似成双线性关系．正常固结黏土的μ/p′e与应力比η能用通过原点的直线拟合,其系数C与破坏时的摩擦角有关．由该线性关系推出的孔压系数α和应力比η的函数关系与剑桥模型导出的孔压系数α和应力比η的函数关系相比,其变化趋势一致．     

加筋土挡墙墙背土压力分布规律研究

综合考虑了拉筋垂直层间距与拉筋的抗拉强度的影响,利用微元法提出了加筋土挡墙墙背土压力计算模型,进而得到墙背的土压力强度和合力的理论公式。研究结果表明:文中提出的加筋土挡墙墙背侧向土压力强度公式模型较好地反映了土压力随墙高呈非线性分布的规律;土压力理论值随拉筋竖向间距的增加而增加,随拉筋拉力的增加而减小;主动破裂角随拉筋拉力的增加而增大,随拉筋垂直间距的增加而减小,且加筋后的破裂角比未加筋的大;土压力理论值比变系数法小且大于实测值。     

铁路路基翻浆冒泥的机理及影响因素

为研究铁路路基翻浆冒泥的发生机理, 进行了大量调查, 总结了目前铁路2种较易发生翻浆冒泥的路基模型; 建立了循环列车荷载作用下土中振动孔压增长与消散规律的控制微分方程, 计算了土中孔压比的增长规律, 判断其是否会液化而引发翻浆冒泥; 分析了普铁和高铁列车运行速度、列车轴质量、土的固结系数、固结应力比和围压对翻浆冒泥的影响。分析结果表明: 路基在列车荷载和水的持续共同作用下, 土中孔压比随列车荷载振次的增加而迅速增大, 但是其增长速度处于持续减小的状态, 最终趋于稳定; 土中孔压比随深度的增加呈先增大后减小的变化形式, 且其最大值通常在距土层表面0.6 m处; 列车运行速度越大, 土中孔压比增长越快, 越容易发生翻浆冒泥, 当速度为200 km·h-1时, 普铁路基土发生翻浆冒泥所需振次为高铁路基的19%;列车轴质量越大, 土中孔压比增长越快, 当轴质量为18 t时, 普铁路基土液化所需振次为高铁的24%;增大土的固结系数能降低孔压比的增速, 路基土达到液化所需振次就越多, 从而越难发生翻浆冒泥; 等压固结时路基土比偏压时更容易发生液化而形成翻浆冒泥; 增大围压能够降低孔压比的增速, 路基土也就更难发生液化, 发生翻浆冒泥的可能性就越小; 普铁路基发生翻浆冒泥的可能性比高铁线路中更高。      

Experimental simulation on dynamic variation of the permeability of high-rank coal reservoirs

In terms of the coal reservoir permeability of effective stress, coal matrix shrinkage and gas slippage, we conduct the tests of gas permeability under constant confining pressure and effective stress, as well as illustrate the cumulating method of permeability increment caused by the effects of gas slippage and coal matrix shrinkage. The results show that under the constant confining pressure, gas slippage affecting coal permeability changes to effective stress affecting it mainly. The change point increases with the increase of the confining pressure. The gas slippage effect leads to high permeability under low confining pressure, but coal matrix expansion results in the low value as confining and gas pressures increase. Combined with the drainage process of coalbed methane (CBM) well, the permeability is divided into four change stages based on the above analysis about the three effects, which can improve the change regulation understanding. Four stages are the downward phase under effective stress, the conversion phase of effective stress-coal matrix contraction effect (mainly based on effective stress), the rising stage of the effective stress-coal matrix contraction effect (mainly based on coal matrix contraction effect) and the rising phase of coal matrix contraction-slippage effect (mainly based on slippage effect). Permeability of coal reservoir during the process of drainage and production goes through four stages.     

液压对柱板电极下绝缘油纸沿面放电的影响

探明油纸绝缘在不同液压条件下的放电特性,既可以完善油纸绝缘设备的运检策略,也可以为油纸绝缘设备小型轻量化提供参考. 为此,在自行设计的密闭无局放容器中,对柱板油纸绝缘模型进行不同液压条件下（0.01 ~ 0.60 MPa）的沿面放电试验. 测量了不同液压下油纸绝缘柱板沿面放电发展过程中的放电表征参量,记录了从起始放电到击穿过程中的多个局部放电参数,拍摄了放电过程中白斑和气体现象;根据前人的研究结果,结合不同液压下气体的溶解和压缩规律,推导出了压强增加对油纸绝缘中的气体缺陷具有抑制效应;通过不同液压下放电过程中的白斑和气泡现象,对推导结果进行了验证. 试验和推导结果共同表明:沿面放电的起始放电电压和击穿电压均随压强的上升而增加;在同一电压等级下,最大放电量、平均放电量、放电重复率和放电功率均随压强的上升而减小.