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城市固体废弃物大应变三轴试验研究

城市固体废弃物大应变三轴试验研究

作者：连宝琴浙江大学

学位级别：硕士

近些年来,随着我国人口数量的增长及城市化进程的加快,城市固体废弃物(MSW)的产量急剧增长,而到目前为止填埋仍是经济、环保的处理垃圾的方式。因而,设计并启用更高、更陡的新垃圾填埋场或者在已有的填埋场进行扩建可以适应这一形势所... 详细信息

近些年来,随着我国人口数量的增长及城市化进程的加快,城市固体废弃物(MSW)的产量急剧增长,而到目前为止填埋仍是经济、环保的处理垃圾的方式。因而,设计并启用更高、更陡的新垃圾填埋场或者在已有的填埋场进行扩建可以适应这一形势所需。而MSW的压缩性、剪切强度等工程特性在设计与维护填埋场时最为重要。众所周知,垃圾的成分复杂、各向异性、随着填埋时间的推移不断降解,垃圾填埋场容易发生较大的变形及稳定性问题。对MSW性质的深刻认识和理解对于计算与预测MSW的力学特性极为重要,且填埋场的变形与稳定问题可以基此进行研究解决。鉴于目前对MSW应力-应变关系进行研究时,进行三轴试验研究时主要局限在较低的应变水平(一般小于30%)的CD试验上,而CU试验鲜有研究;因而有必要开展大于30%应变的三轴CD与CU试验,为研究MSW的变形与稳定性问题提供依据。本文首先进行了不同填埋深度与龄期的MSW原状试样的三轴CD试验。试验结果表明：垃圾的应力-应变曲线呈现软化,且填埋深度越浅、龄期越小则出现应变软化时所需要的应变越大;在峰值强度前,随着填埋深度的增加,垃圾的粘聚力没有明显的变化规律,而垃圾的摩擦角基本不变化;在峰值强度处,粘聚力随着填埋深度的增大先增大后降低,而摩擦角却略有降低;建议成都垃圾的平均破坏强度指标取Cd=OkPa,φd=43-45°。为了进一步研究MSW在初始含水率较高并受到上覆应力时MSW中的孔隙水压力难以排出的情况,进行了MSW重塑样三轴CU试验。试验结果表明：填埋深度大于一定深度时,垃圾的应力-应变曲线会出现软化;在30%应变前,垃圾总粘聚力随着填埋深度与降解程度的增大没有表现出特定的变化规律,总摩擦角随着深度和降解程度增大而增大;在峰值强度处,垃圾的总粘聚力随着填埋深度与降解程度增大而减小,总摩擦角随着降解程度增加而增大。CU试验剪切过程中,孔隙水压力会先逐步上升,最后趋于一个接近围压的稳定值。CU试验中MSW的有效应力路径为“S”形,即超过一定的应变水平后,由于超孔隙水压与围压接近,有效应力路径曲线与通过原点的斜率为1的直线平行。虽然剪切到一定的应变水平后,垃圾试样的有效应力接近于0,但是垃圾体没有和其他土体一样出现不稳定的现象(比如液化),仍然有较高的强度。最后利用CU试验结果,根据垃圾中的“加筋相”比例,采用孔隙水压力折减系数Am对剪切过程中产生的超静孔隙水压力进行修正后,CU试验获得的有效应力指标相比于采用太沙基有效应力原理公式获得的指标会小一些,而且这种差别在高应变水平会变得更大;通过修正后的有效强度指标与CD试验获得的指标比较接近。

关键词：城市固体废弃物三轴试验剪切强度应变软化加筋应力路径有效应力孔隙水压力

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纤维类材料改善膨胀土工程性能的适用性探讨

岩土工程学报 2010年第S2期32卷 615-618页

作者：胡斌王新刚连宝琴岩土钻掘与防护教育部工程研究中心湖北武汉430074 教育部长江三峡库区地质灾害研究中心湖北武汉430074 中国地质大学工程学院湖北武汉430074 浙江大学岩土工程岩土所浙江杭州310058

通过室内土工试验和数值模拟分析研究纤维类材料改良膨胀土的可行性和效果。结合室内试验结果,采用有限差分软件FLAC3D模拟均质膨胀土边坡和加FRP锚杆后的改良膨胀土边坡,并对二者进行了对比。室内土工试验表明,聚乙烯纤维能有效提高膨... 详细信息

通过室内土工试验和数值模拟分析研究纤维类材料改良膨胀土的可行性和效果。结合室内试验结果,采用有限差分软件FLAC3D模拟均质膨胀土边坡和加FRP锚杆后的改良膨胀土边坡,并对二者进行了对比。室内土工试验表明,聚乙烯纤维能有效提高膨胀土的膨胀率和膨胀力以及显著降低纤维土的收缩性。数值模拟分析表明,纤维增强复合塑料能有效增加膨胀土边坡安全系数,减少滑动位移。

关键词：纤维 FRP锚杆 FLAC3D 强度折减法

西藏邦铺矿区花岗岩剪切流变本构研究及其开挖边坡长期稳定性分析

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岩土力学 2014年第12期35卷 3496-3502页

作者：王新刚胡斌连宝琴祝凯余宏明中国地质大学工程学院武汉430074 广州城建职业学院建筑工程系广州510925

岩体的破坏主要是沿着破坏面滑移的压剪破坏,对西藏邦铺矿区花岗岩岩样进行不同法向应力下的剪切流变试验。通过分析其剪切流变试验曲线,并基于Burgers模型,引入了一种改进非线性牛顿体黏壶,进而提出了一种改进的Burgers剪切流变模型,... 详细信息

岩体的破坏主要是沿着破坏面滑移的压剪破坏,对西藏邦铺矿区花岗岩岩样进行不同法向应力下的剪切流变试验。通过分析其剪切流变试验曲线,并基于Burgers模型,引入了一种改进非线性牛顿体黏壶,进而提出了一种改进的Burgers剪切流变模型,并利用该流变模型辨识的参数,应用于西藏邦铺矿区开挖边坡长期稳定性分析。结果表明:(1)改进的Burgers剪切流变模型,能够很好地拟合岩石流变的3阶段,对加速流变阶段的拟合结果很理想,具有较好的实用性;(2)开挖边坡稳定性分析时,考虑流变长期作用后,开挖边坡中部台阶区域位移变大,应力也发生变化,应加强该区域的支护和预警措施。

关键词：剪切流变试验 Burgers本构模型非线性牛顿体边坡长期稳定性分析

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库水位骤变下滑坡–抗滑桩体系作用三维分析

岩石力学与工程学报 2013年第12期32卷 2439-2446页

作者：王新刚胡斌连宝琴余宏明胡新丽中国地质大学工程学院湖北武汉430074 广州城建职业学院建筑工程系广东广州510925

库水位上升产生的浮力作用和库水位骤降时产生的渗透动水压力,将改变原有的水–边坡作用环境与条件,不利于库区边坡稳定。结合三峡库区马家沟I号滑坡的现场监测成果以及库水位波动数据,利用数值模拟方法,建立真三维模型。采用有限差分... 详细信息

库水位上升产生的浮力作用和库水位骤降时产生的渗透动水压力,将改变原有的水–边坡作用环境与条件,不利于库区边坡稳定。结合三峡库区马家沟I号滑坡的现场监测成果以及库水位波动数据,利用数值模拟方法,建立真三维模型。采用有限差分程序软件内置的Fish语言将分别考虑库水位上升和下降对坡面产生的静水压力作用、动水压力作用耦合于有限差分程序软件,对滑坡在库水位骤然上升与下降的位移和应力场进行分析,研究应力–渗流耦合作用下抗滑桩加固库区滑坡位移和受力特征,探讨滑坡–抗滑桩相互作用体系的防治效果。结果表明:抗滑桩与土体形成土拱效应以及抗滑桩阻滑效应相互作用下防治滑坡效果明显;库水位骤降产生的动水压力相比于库水位骤升产生的静水压力对滑坡–抗滑桩作用体系的减弱作用更大;数值模拟方法为对库水位骤变下滑坡–抗滑桩体系相互作用三维分析具有一定的指导意义。

关键词：边坡工程滑坡-抗滑桩防护体系库水位骤变动水压力土拱效应

碎石土边坡石灰改良与桩锚护坡稳定性数值分析

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岩石力学与工程学报 2013年第S2期32卷 3852-3860页

作者：王新刚胡斌连宝琴蒋海飞余宏明中国地质大学工程学院湖北武汉430074 广州城建职业学院建筑工程系广东广州510925

将生石灰粉与西藏邦铺矿区中所采取的碎石土混合,分别制成灰土比为3%,5%,7%和9%的改良碎石土,进行大型直接剪切试验,研究石灰改良碎石土的剪切强度特性和改良效果。试验发现:在碎石土中掺入石灰降低了土样的含水率、增大了土样的咬合摩... 详细信息

将生石灰粉与西藏邦铺矿区中所采取的碎石土混合,分别制成灰土比为3%,5%,7%和9%的改良碎石土,进行大型直接剪切试验,研究石灰改良碎石土的剪切强度特性和改良效果。试验发现:在碎石土中掺入石灰降低了土样的含水率、增大了土样的咬合摩擦和黏聚强度,从而增大碎石土的强度;掺量9%石灰改良碎石土效果最为明显。最后结合室内试验结果与理论公式,采用FLAC3D建立的数值模型分析西藏邦铺矿区北东部剖面碎石土边坡在石灰改良碎石土层、锚杆护坡、抗滑桩护坡及以上方法联合护坡的治理效果。结果表明:石灰改良碎石土层、锚杆加固、抗滑桩联合护坡后,最大水平位移明显变小,没有贯通的塑性区,且有效地减小了下滑力,联合护坡方法较前3种单独采取某种方法时能更有效治理边坡。

关键词：边坡工程石灰改良碎石土大型直剪试验 FLAC3D数值模型桩锚联合护坡

城市固体废弃物应变硬化机制与强度参数确定方法

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岩石力学与工程学报 2014年第4期33卷 826-837页

作者：李俊超朱斌连宝琴王磊柯瀚陈云敏浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058

通过对常规三轴仪进行改装,开展最大竖向应变达50%的城市固体废弃物(MSW)三轴剪切试验。试验表明:大应变条件下MSW试样发生破坏且其破坏应变随填埋深度增大而减小。通过组分分离得到MSW的基本相和加筋相,并对其分别进行三轴固结排水剪切... 详细信息

通过对常规三轴仪进行改装,开展最大竖向应变达50%的城市固体废弃物(MSW)三轴剪切试验。试验表明:大应变条件下MSW试样发生破坏且其破坏应变随填埋深度增大而减小。通过组分分离得到MSW的基本相和加筋相,并对其分别进行三轴固结排水剪切(CD)试验,发现其应力–应变曲线均呈应变硬化型。在此基础上,对基本相进行筛分,并结合不同粒径粒组的微观结构阐述基本相中有机纤维体的存在形式及其加筋作用机制。进一步对各粒组进行CD试验,发现除粒径小于0.075 mm的粒组外其余粒组的应力–应变关系均表现为应变硬化。通过基本相灼烧前后的CD试验比较,发现有机纤维体在应变达到一定程度后才开始发挥加筋作用,且剪切过程中伴随着纤维体断裂以及纤维体与颗粒间滑移。最后,基于MSW的三轴剪切试验结果,分别对三轴固结不排水剪切(CU)试验和CD试验抗剪强度参数的确定方法进行探讨。

关键词：土力学城市固体废弃物应变硬化有机纤维体加筋作用抗剪强度参数

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渗流作用下节理型黄土开挖边坡塌滑破坏分析

自然灾害学报 2014年第2期23卷 47-52页

作者：王新刚胡斌赵治海连宝琴西北综合勘察设计研究院陕西西安710003 中国地质大学工程学院湖北武汉430074

黄土节理在黄土地区普遍发育.通过野外现场地质调查。发现调查区域黄土开挖边坡垂直节理较多,不稳定的黄土边坡体被黄土垂直节理分割后,与其下部缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面在降雨作用下往往能形成塌滑破坏。建立了调查区域露... 详细信息

黄土节理在黄土地区普遍发育.通过野外现场地质调查。发现调查区域黄土开挖边坡垂直节理较多,不稳定的黄土边坡体被黄土垂直节理分割后,与其下部缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面在降雨作用下往往能形成塌滑破坏。建立了调查区域露天煤矿某黄土开挖边坡的概化三维数值分析模型,模拟分析了在3种降雨条件(20 mm/d,40 mm/d,100 mm/d)下降雨2 d后概化模型的孔隙水压力、位移、塑性区面积情况,提出此类黄土开挖边坡应注意黄土垂直节理与缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面的防治,为工程地质条件地区相同的黄土开挖边坡塌滑变形破坏分析以及防治提供了一种可行的分析方法。

关键词：渗流作用黄土节理塌滑破坏孔隙水压力

节理控制的降雨入渗通道对黄土开挖边坡稳定性的影响

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山地学报 2013年第4期31卷 413-417页

作者：王新刚余宏明胡斌连宝琴中国地质大学工程学院广州城建职业学院建筑工程系

黄土节理控制着黄土开挖边坡地表径流的主要入渗通道,在降雨作用下黄土节理将逐步发育成大的入渗通道,加剧了黄土开挖边坡的破坏。通过野外现场地质调查,统计黄土开挖边坡的节理裂隙、入渗贯穿通道分布状况,得出不同开挖边坡高度的入渗... 详细信息

黄土节理控制着黄土开挖边坡地表径流的主要入渗通道,在降雨作用下黄土节理将逐步发育成大的入渗通道,加剧了黄土开挖边坡的破坏。通过野外现场地质调查,统计黄土开挖边坡的节理裂隙、入渗贯穿通道分布状况,得出不同开挖边坡高度的入渗通道间距与开挖边坡高度高斯拟合关系式;根据入渗通道分布关系式,概化建立降雨入渗通道的演化数值分析模型,利用岩土工程软件Flac3D模拟分析山西忻州河曲运煤大道黄土开挖边坡在降雨状况下入渗通道发育过程,分析了40 mm/d、80 mm/d、120 mm/d三种降雨工况下降雨24 h的入渗通道演化过程及开挖边坡破坏程度,以及降雨对黄土开挖边坡的影响;指出在降雨作用下入渗通道在坡高60 m左右破坏严重,坡高高于此高度应注意入渗通道的剧烈扩展并加以防治。借用野外统计、调查结果概化建立入渗通道扩展演化数值模型,可以为工程地质条件相同黄土开挖边坡地区降雨作用下稳定破坏分析以及防治提供一种有效分析方法。

关键词：入渗通道黄土节理演化过程数值分析模型

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节理型黄土开挖边坡塌滑破坏机理

煤田地质与勘探 2015年第1期43卷 68-71页

作者：连宝琴王新刚广州城建职业学院建筑工程系广东广州510925 中国地质大学工程学院湖北武汉430074

黄土节理控制着黄土区地下水或者地表水的运输通道,黄土节理的发育致使黄土节理扩张为局部大的拉张裂隙,在拉张力作用下使得黄土高原地区塌滑灾害频繁发生。通过野外调查和分析,提出了黄土开挖边坡塌滑破坏可分为4个阶段:坡脚侵蚀剥落... 详细信息

黄土节理控制着黄土区地下水或者地表水的运输通道,黄土节理的发育致使黄土节理扩张为局部大的拉张裂隙,在拉张力作用下使得黄土高原地区塌滑灾害频繁发生。通过野外调查和分析,提出了黄土开挖边坡塌滑破坏可分为4个阶段:坡脚侵蚀剥落阶段、坡顶拉裂阶段、垂直裂隙扩展阶段、边坡整体塌滑破坏阶段。结合工程实例,通过概化的三维数值分析模型,使用岩土工程软件FLAC3D模拟分析了在3种降雨量条件(40 mm/d、80 mm/d、100 mm/d)下,降雨2 d后概化模型的塌滑破坏情况,这可为工程地质条件相同地区的黄土开挖边坡塌滑变形破坏的分析以及防治提供一种有效分析范例。

关键词：黄土节理塌滑破坏塌滑阶段数值分析