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基岩断层错动对心墙堆石坝的影响研究

岩石力学与工程学报 2006年第3期25卷 578-583页

作者：陈五一施维成河海大学水利水电工程学院江苏南京210098 河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

用三维有限元法模拟木格措水电站心墙堆石坝坝址处基岩中的断层错动,分析断层错动对坝体尤其是坝体的防渗系统(包括土质心墙和混凝土防渗墙)的影响。计算模拟中,假定断层错动50cm,错动方向可以是竖直方向,也可以是水平方向。同时,将断... 详细信息

用三维有限元法模拟木格措水电站心墙堆石坝坝址处基岩中的断层错动,分析断层错动对坝体尤其是坝体的防渗系统(包括土质心墙和混凝土防渗墙)的影响。计算模拟中,假定断层错动50cm,错动方向可以是竖直方向,也可以是水平方向。同时,将断层错动情况下的坝体应力变形性状与断层没有错动的情况进行对比分析。计算结果表明:坝基70m厚的覆盖层有明显的缓冲作用,可减轻断层错动变形向坝体的传递。断层错动后,土质心墙的应力水平略有提高,但大多提高0.4～0.6MPa。断层错动50cm对坝体包括坝壳和土质心墙本身不构成威胁,但将导致断层附近的混凝土防渗墙局部破坏。因此,防渗系统是否失效还需进行相关的渗流及渗透变形研究。

关键词：水利工程心墙堆石坝错动断层有限元法

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粗粒土在平面应变条件下的强度特性研究

岩土工程学报 2011年第12期33卷 1974-1979页

作者：施维成朱俊高张博余挺常州工学院土木建筑工程学院江苏常州213002 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 成都勘测设计研究院四川成都610072

使用河海大学新型真三轴仪,对粗粒土分别进行3保持不变的等3平面应变试验和b=0(即常规三轴压缩)、b=0.25的等3等b[b(2 3)/(1 3)]试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力路径、破坏时的中主应力系数、内摩擦角及破坏应力比的特点。试... 详细信息

使用河海大学新型真三轴仪,对粗粒土分别进行3保持不变的等3平面应变试验和b=0(即常规三轴压缩)、b=0.25的等3等b[b(2 3)/(1 3)]试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力路径、破坏时的中主应力系数、内摩擦角及破坏应力比的特点。试验结果表明,等3平面应变试验的应力路径介于b=0与b=0.25的等3等b试验之间;粗粒土在平面应变条件下破坏时的中主应力系数b介于0.15～0.2之间;粗粒土在平面应变条件下的内摩擦角比常规三轴压缩条件下的大5%～7%,而破坏应力比则比常规三轴压缩条件下的小13%～18%。最后提出一个由粗粒土常规三轴压缩试验测得的内摩擦角φtc求平面应变条件下的破坏应力比Mfp的计算公式Mfp=2.3sinφtc,可较好地模拟试验结果。

关键词：平面应变粗粒土内摩擦角破坏应力比真三轴仪

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平面应变条件下粗粒土的变形特性试验研究

岩土力学 2013年第1期34卷 101-108页

作者：施维成朱俊高张坤勇余挺常州工学院常州市建设工程结构与材料性能研究重点实验室江苏常州213002 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 成都勘测设计研究院成都610072

使用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土分别进行平面应变和常规三轴压缩试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力-应变关系及各种应变之间的关系,包括:主应力差1-3(2-3)与大主应变1、主应力比1/3(2/3)与大主应变1、球应力p与体积应变... 详细信息

使用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土分别进行平面应变和常规三轴压缩试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力-应变关系及各种应变之间的关系,包括:主应力差1-3(2-3)与大主应变1、主应力比1/3(2/3)与大主应变1、球应力p与体积应变v、偏应力q与偏应变s、广义应力比q/p与广义剪应变s、小主应变3与大主应变1、体积应变v与广义剪应变s之间的关系。试验结果表明,对于相同的3,平面应变试验的(1-3)(或1/3)-ε1曲线位于常规三轴压缩试验相应曲线的上方;3大的(1-3)(或2-3)-1曲线在上方,而3大的1/3(或2/3)-1曲线在下方;对于相同的3,在相同的1下,平面应变条件下的小主应力方向膨胀量要比常规三轴压缩条件下的大;产生相同的s时,3越大,v越大,对于相同的3,平面应变条件下的v要比常规三轴压缩条件下的大;粗粒土在平面应变和常规三轴压缩条件下加荷时,具有归一化的双曲线应力-应变关系。研究表明,采用非线性弹性模型计算粗粒土的平面应变问题时,有必要考虑弹性模量E和泊松比的各向异性。

关键词：平面应变粗粒土应力-应变弹性模量各向异性

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粗粒土应力诱导各向异性真三轴试验研究

岩土工程学报 2010年第5期32卷 810-814页

作者：施维成朱俊高何顺宾刘汉龙河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 常州工学院土木建筑工程学院江苏常州213002 成都勘测设计研究院四川成都610072

使用河海大学最新研制成功的真三轴仪,对粗粒土进行不同主应力方向上的单向加荷试验。结果表明,在σ1、σ2、σ3方向上单向加荷时,加荷向变形都为压缩,而侧向变形较为复杂。当在σ1或者σ2方向上单向加荷时,σ3方向上都是发生膨胀,而另... 详细信息

使用河海大学最新研制成功的真三轴仪,对粗粒土进行不同主应力方向上的单向加荷试验。结果表明,在σ1、σ2、σ3方向上单向加荷时,加荷向变形都为压缩,而侧向变形较为复杂。当在σ1或者σ2方向上单向加荷时,σ3方向上都是发生膨胀,而另一个侧向(即σ2或σ1方向上)没有明显变形;当在σ3方向上单向加荷时,两个侧向(即σ1、σ2方向上)都几乎没有变形。分析认为:剪切作用增强即应力状态接近破坏面,会发生侧向膨胀;反之,剪切作用减弱,则无侧向膨胀产生或侧向膨胀较小。对σ3方向单向加荷的情况研究表明,该应力路径下,p、q、b这3个量的变化都是使试样的应力状态远离破坏面,剪切作用减弱,因此侧向膨胀很小或没有。所试验的粗粒土在一般应力条件下各向异性性质显著。

关键词：各向异性粗粒土真三轴试验单向加荷侧向变形

球应力和偏应力对粗粒土变形影响的真三轴试验研究

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岩土工程学报 2015年第5期37卷 776-783页

作者：施维成朱俊高代国忠卢曦常州工学院常州市建设工程结构与材料性能研究重点实验室江苏常州213002 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 江苏理工学院数理学院江苏常州213001

为了研究p,q,θσ单独变化对粗粒土变形的影响,使用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土进行了等q等b(b=(σ2-σ3)/(σ1-σ3))试验,等p等b试验和等p等q试验,试验结果表明:q,b保持不变,p单独减小时,初期几乎不产生偏应变,但会产生膨胀的... 详细信息

为了研究p,q,θσ单独变化对粗粒土变形的影响,使用河海大学TSW-40型真三轴仪,对粗粒土进行了等q等b(b=(σ2-σ3)/(σ1-σ3))试验,等p等b试验和等p等q试验,试验结果表明:q,b保持不变,p单独减小时,初期几乎不产生偏应变,但会产生膨胀的体积应变,随着p的减小,体积膨胀增大,偏应变也逐渐增大,但偏应变数值上比体积应变小,到后期体积应变和偏应变都加速发展,直至破坏;p的减小直接引起体积膨胀,体积膨胀后颗粒结构松动,进而导致偏应变的产生;p,b保持不变,q单独增大时,初期几乎不产生体积膨胀,但会产生偏应变,随着q的增大,偏应变增大,体积膨胀也逐渐增大,但体积应变数值上比偏应变小,到后期体积应变和偏应变都加速发展,直至破坏;q的增大直接产生偏应变,偏应变使得颗粒之间产生错动,进而导致体积膨胀的产生;p,q保持不变,应力罗德角θσ单独变化会产生不可恢复的体积应变和偏应变,但数值上很小。引入参数sp(sp=(p/q-p0/q0)/(1/Mf-p0/q0))和sq(sp=(q/p-q0/p0)/(Mf-q0/p0)),p0,q0分别为初始球应力和偏应力,Mf为破坏应力比,发现q,b保持不变,p单独减小时,dεv/dp与1/(1-sp)1/2-1成正比例关系,dεs/dp与-sp[1/(1-sp)1/2-1]成正比例关系,应力–剪胀方程为dεv/dεs=-1/sp;p,b保持不变,q单独增大时,dεs/dq与1/(1-sq)1/2-1成正比例关系,dεv/dq与-sq[1/(1-sq)1/2-1]成正比例关系,应力–剪胀方程为dεv/dεs=-sq。最后根据本文试验结果对粗粒土柔度矩阵元素的特性进行了分析。

关键词：粗粒土真三轴应力应变柔度矩阵

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中主应力对砾石料变形和强度的影响

岩土工程学报 2008年第10期30卷 1449-1453页

作者：施维成朱俊高刘汉龙河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098

对砾石料进行了σ3不变,σ1和σ2等比例同时加载的等b试验,分别研究了中主应力对大、中、小主应变及强度的影响规律。将Mohr-Coulomb准则、Lade-Duncan准则、Matsuoka-Nakai准则和方开泽准则与砾石料的真三轴试验结果进行比较,发现Matsu... 详细信息

对砾石料进行了σ3不变,σ1和σ2等比例同时加载的等b试验,分别研究了中主应力对大、中、小主应变及强度的影响规律。将Mohr-Coulomb准则、Lade-Duncan准则、Matsuoka-Nakai准则和方开泽准则与砾石料的真三轴试验结果进行比较,发现Matsuoka-Nakai准则和方开泽准则反映的内摩擦角与b的关系与试验得到的规律差别较大,Lade-Duncan准则反映的规律与试验结果最接近,但数值上高估了b对内摩擦角的影响。因此,建议了一个破坏准则,推导了该准则的内摩擦角与b的关系式,并用几组真三轴试验结果进行验证,表明本文建议的准则比Lade-Duncan准则、Matsuoka-Nakai准则更准确地反映砾石料的内摩擦角与b的关系。

关键词：中主应力砾石料变形强度真三轴试验内摩擦角

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土的应力应变关系中柔度矩阵的研究

重庆交通大学学报（自然科学版） 2011年第6期30卷 1363-1365页

作者：卢曦施维成江苏技术师范学院数理学院江苏常州213001 常州工学院土木建筑工程学院江苏常州213002

在土的应力应变关系中,柔度矩阵要求主对角线元素为正且主对角线元素占优,对主应力表示的柔度矩阵进行了研究,证明了这两个条件同时满足时柔度矩阵的行列式必大于0。因而,柔度矩阵的行列式是否大于0可以作为评价土的本构模型合理性的一... 详细信息

在土的应力应变关系中,柔度矩阵要求主对角线元素为正且主对角线元素占优,对主应力表示的柔度矩阵进行了研究,证明了这两个条件同时满足时柔度矩阵的行列式必大于0。因而,柔度矩阵的行列式是否大于0可以作为评价土的本构模型合理性的一个方法。通过对传统弹塑性模型塑性柔度矩阵的研究,发现传统弹塑性模型的塑性柔度矩阵行列式等于0,不能满足主对角线元素占优的条件,因此,传统弹塑性模型在描述土的力学性质时有其局限性。

关键词：应力应变柔度矩阵弹塑性主对角占优

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土体双屈服面模型的塑性功方程

武汉大学学报（工学版） 2008年第3期41卷 77-81页

作者：施维成朱俊高河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室

根据双屈服面模型的概念,塑性应变增量可以看成是2个分部塑性应变增量的合成.作者通过研究,指出塑性功也可以看成是有效应力分别在2个分部塑性应变增量上进行的塑性功分量的合成;使用热力学方法,将每个塑性功分量都转化为自由能增量和... 详细信息

根据双屈服面模型的概念,塑性应变增量可以看成是2个分部塑性应变增量的合成.作者通过研究,指出塑性功也可以看成是有效应力分别在2个分部塑性应变增量上进行的塑性功分量的合成;使用热力学方法,将每个塑性功分量都转化为自由能增量和耗散能2个部分,因此双屈服面模型的塑性功方程由4个能量分量组成,通过合理确定或假定用分部塑性应变增量表示的塑性功方程就可以得到双屈服面模型的屈服面方程.以改进的椭圆-抛物双屈服面模型为例,认为塑性功方程由体积硬化引起的自由能增量和耗散能以及剪切硬化引起的自由能增量和耗散能4个能量分量组成,从2个屈服面方程推导了用分部塑性应变增量表示的塑性功方程,对塑性功方程反映的能量转化关系进行了分析,将自由能释放解释为剪胀时的能量来源,并从该塑性功方程推导出双屈服面模型的2个屈服面方程.

关键词：热力学能量转化塑性功方程弹塑性双屈服面

深厚软土区基坑悬浮式水泥土框架支护结构设计

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科学技术与工程 2019年第16期19卷 324-329页

作者：史贵才施维成代国忠常州工学院土木建筑工程学院

以某深厚软土地区基坑支护为例,设计悬浮于软土中的水泥土框架作为基坑支护结构,兼顾解决软土基底的施工困难。在选择挡墙宽度、嵌固深度、坑内加固土体厚度等设计参数作为因素进行正交试验的基础上,完成基坑设计参数优选,可为类似基坑... 详细信息

以某深厚软土地区基坑支护为例,设计悬浮于软土中的水泥土框架作为基坑支护结构,兼顾解决软土基底的施工困难。在选择挡墙宽度、嵌固深度、坑内加固土体厚度等设计参数作为因素进行正交试验的基础上,完成基坑设计参数优选,可为类似基坑设计提供有益的参考。在深厚软土地区基坑支护工程中,利用坑底加固土与基坑侧壁重力式挡墙组合形成“悬浮”于软土层中的水泥土框架支护结构,能够有效控制基坑变形,保障施工过程中的基坑稳定。引入正交试验表安排基坑设计试算方案,可有效减少试算次数,提高基坑设计的效率。通过对试验结果进行方差分析可知,在深厚软土地区“悬浮式”水泥土框架支护结构中,坑底土体加固厚度对控制基坑的变形发挥极其重要的作用;其对墙顶水平位移、墙顶竖向位移和坑底隆起的贡献均超过80%。

关键词：基坑设计深厚软土区正交试验水泥土框架