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膨胀土高填方渠堤沉降变形特征研究

水利水电技术（中英文） 2024年第S1期55卷 386-391页

作者：周学友于怀昌孙统领王闯中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司河南南阳473000 华北水利水电大学河南郑州450046

南水北调中线工程膨胀土高填方渠堤的工后稳定性是各方关注的焦点,如果渠堤工后沉降大,易导致衬砌面板结构内力变化,影响渠道的运行安全。针对南水北调中线某膨胀土高填方渠堤工后沉降明显的问题,通过该段渠堤现场表面变形、内部变形、... 详细信息

南水北调中线工程膨胀土高填方渠堤的工后稳定性是各方关注的焦点,如果渠堤工后沉降大,易导致衬砌面板结构内力变化,影响渠道的运行安全。针对南水北调中线某膨胀土高填方渠堤工后沉降明显的问题,通过该段渠堤现场表面变形、内部变形、地下水位和降雨量监测数据的分析,对其沉降变形特征进行了研究。结果表明:高填方渠堤中渠基膨胀土的垂直表面位移受降雨影响显著,其导致高填方渠堤沉降变形随时间的变化可分为缓降段、陡降段、回弹-稳定-陡降段和回弹段4个阶段;填方高度对渠堤的表面变形和内部变形均存在显著影响,渠堤沉降量随着填方高度的减小而逐渐减小,同时,渠堤内部变形主要集中在孔口以下6~7 m的深度范围内,且指向渠外方向累计水平位移量较大于指向渠内方向的累计水平位移量;结合测压管水位、垂直位移测点及降雨量的变化规律,得到了该段渠基土的表面变形与测压管水位存在较强的相关性,地下水位变化是导致区域地表变形的主要因素。研究成果对膨胀土高填方渠堤工后沉降防治具有科学的参考意义。

关键词：膨胀土高填方渠堤现场监测沉降变形

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高填方渠堤土劈裂强度及裂隙演化特性研究

水文地质工程地质 2024年

作者：于怀昌张建豪王子睿吴天龙王卓然华北水利水电大学地球科学与工程学院

劈裂强度是影响土质边坡稳定性的重要因素之一。由于不同土体的水敏性不同，使得不同含水率下土体的强度和变形存在差异。为探讨不同初始含水率条件下膨胀土和改性土的劈裂强度特性和裂隙演化机制差异，采用粒子图像测速（particle imag... 详细信息

劈裂强度是影响土质边坡稳定性的重要因素之一。由于不同土体的水敏性不同，使得不同含水率下土体的强度和变形存在差异。为探讨不同初始含水率条件下膨胀土和改性土的劈裂强度特性和裂隙演化机制差异，采用粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）技术对南阳市南水北调中线工程高填方渠堤中的膨胀土和改性土进行了一系列劈裂试验，试验结果表明：（1）膨胀土和改性土的荷载-位移曲线具有相同阶段，但不同含水率下的阶段特征有所差异；（2）膨胀土试样的临界含水率和峰值荷载均小于改性土试样，但两种土体的峰值荷载随着含水率的增加呈先增加后减小的变化规律，具有单峰值特征。（3）由位移矢量场可知，膨胀土和改性土试样劈裂破坏时均是主裂隙呈径向垂直，次生裂隙发育，不同初始含水率的膨胀土和改性土试样的裂隙发育形态基本一致。本文的研究结果对类似工程的稳定性防治具有借鉴意义。

关键词：南水北调中线工程 PIV技术膨胀土改性土劈裂

基于PIV技术的非饱和膨胀土径向劈裂试验研究

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水利水电技术(中英文) 2024年第S1期 378-385页

作者：马世茂于怀昌孙统领张俊然王闯王子睿中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司华北水利水电大学

非饱和膨胀土的径向劈裂强度与裂隙扩展之间存在密切联系，分析不同含水率下非饱和膨胀土的裂隙演化机制，对南水北调中线工程膨胀土渠段的工程灾害防治具有重要的理论意义和工程实用价值。联合运用WP4C仪、压力板和PIV(Particle image ... 详细信息

非饱和膨胀土的径向劈裂强度与裂隙扩展之间存在密切联系，分析不同含水率下非饱和膨胀土的裂隙演化机制，对南水北调中线工程膨胀土渠段的工程灾害防治具有重要的理论意义和工程实用价值。联合运用WP4C仪、压力板和PIV(Particle image velocimetry, PIV)劈裂试验系统，对南水北调中线工程邓州段某高填方渠堤非饱和膨胀土进行了一系列的持水特性试验和劈裂试验，结合持水特征曲线，揭示了不同含水率膨胀土的劈裂强度、裂隙演化过程、位移矢量场的变化规律及其内在机理。试验表明：(1)膨胀土的含水率和饱和度均随吸力的增大而减小。在低吸力范围内膨胀土试样含水率和饱和度随吸力的增加而减小趋势缓慢；在高吸力范围内，含水率和饱和度与吸力基本呈线性关系，随吸力的增加，试样的含水率和饱和度显著减小。(2)含水率对膨胀土的劈裂强度具有显著影响。随含水率的增加，试样的劈裂峰值荷载呈先增加后减小的变化规律，劈裂峰值荷载在含水率为3%～12%范围内持续增加，而在12%～24%范围内持续减小；上述试验现象与不同含水率膨胀土试样具有不同的颗粒间液桥作用有密切的内在联系。(3)不同含水率下膨胀土劈裂试验荷载-位移曲线均可分为荷载接触阶段、荷载线性增加阶段、张拉破坏阶段和残余阶段。膨胀土劈裂试验不同阶段的裂隙、位移矢量场的变化规律与荷载-位移曲线变化之间存在着一一对应关系。

关键词： PIV技术膨胀土劈裂含水率持水特性位移矢量场

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干湿循环作用下高压实膨胀土及改性土裂隙演化规律及机理研究

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水利水电技术（中英文） 2024年第S1期55卷 370-377页

作者：吴庚于怀昌张中印梁艳坤王闯吕寒雪中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司河南南阳473000 华北水利水电大学河南郑州450046

干湿循环作用下膨胀土裂隙发育是影响南水北调工程渠坡安全的主要因素之一。为研究不同干湿循环作用下高压实膨胀土及水泥改性土的裂隙演化规律及机理,分别对为20 mm和40 mm高度的渠坡膨胀土及水泥改性土的环刀试样进行了7次室内干湿循... 详细信息

干湿循环作用下膨胀土裂隙发育是影响南水北调工程渠坡安全的主要因素之一。为研究不同干湿循环作用下高压实膨胀土及水泥改性土的裂隙演化规律及机理,分别对为20 mm和40 mm高度的渠坡膨胀土及水泥改性土的环刀试样进行了7次室内干湿循环试验。试验结果表明:(1)随着干湿循环次数的增加,高压实膨胀土试样的最终裂隙率和分形维数不断增大并趋于稳定,达到一定的循环次数后,试样高度对裂隙率的影响减弱,而对分形维数的影响增大。(2)高压实水泥改性土在经历7次干湿循环后,试样表面没有出现裂隙,表明水泥可以有效的抑制膨胀土裂隙的发育。(3)在第2~3次干湿循环过程中,试样表面裂隙出现了自愈合现象。随着干湿循环次数的增加,膨胀土试样裂隙起裂时间提前,试样出现了不可逆转的损伤,自愈合现象消失。试样高度越高,试样裂隙的起裂时间越长。(4)由于高压实膨胀土团聚体失水收缩使得其空隙空间增加,加速了水分子的逃逸,导致高压实膨胀土和改性土的失水速率可分为3个阶段:加速率阶段、常速率阶段、减速率阶段。(5)在加速率和常速率阶段,试样高度对失水速率几乎没有影响。在减速率阶段,与40 mm高度试样相比,20 mm高度试样的失水速率降低的更快,进入减速率阶段的时间更早。随着干湿循环次数的增加,试样失水速率明显降低。

关键词：干湿循环高压实膨胀土改性土裂隙演化机理

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堆积深度和干密度对非饱和尾矿砂水土特征的影响研究

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中国钼业 2024年第4期48卷 25-29页

作者：席伟于怀昌张诏飞中铁资源集团勘察设计有限公司河北廊坊065000 河北省非煤矿山岩土工程技术创新中心河北廊坊065000 华北水利水电大学地球科学与工程学院河南郑州450011

金属和非金属矿山尾矿库中堆存的尾矿砂,在经过自由沉降后,大多处于非饱和状态。因此,为了研究非饱和的尾矿砂在不同堆积深度和干密度影响条件下水土特征的变化规律,采用压力板仪对黑龙江省某钼矿尾矿砂试样开展非饱和土渗透试验。研究... 详细信息

金属和非金属矿山尾矿库中堆存的尾矿砂,在经过自由沉降后,大多处于非饱和状态。因此,为了研究非饱和的尾矿砂在不同堆积深度和干密度影响条件下水土特征的变化规律,采用压力板仪对黑龙江省某钼矿尾矿砂试样开展非饱和土渗透试验。研究表明:随着堆积深度的增加,尾矿砂含水率和渗透系数增大;当基质吸力为80 kPa是浅层、中层尾矿砂水土特征曲线变化特征点,而深部尾矿砂无明显特征点。干密度较大的试样,水土特征曲线较为平缓、斜率较小,当基质吸力>350 kPa时,含水率趋于稳定。堆积深度浅、干密度小的尾矿砂含水率的上升导致基质吸力的骤降,容易引发尾矿库安全问题。研究结论对改善尾矿库放矿筑坝工艺、提升稳定系数有重要参考意义。

关键词：非饱和尾矿砂堆积深度干密度水土特征曲线渗透系数

创新性课题融入“本硕博”贯通式培养拔尖人才的机制分析

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中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 2024年第2期 0013-0016页

作者：王文学姜彤于怀昌张昕刘海朝华北水利水电大学河南郑州450046 河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450046 河南省崩滑流监测与早期预警国际联合实验室河南郑州450046

拔尖人才是实现民族复兴的可持续动力和重要支柱,创新班则是高校基础拔尖人才培养改革的关键领域,同时是地方高校实施“本硕博”贯通式培养的主要路径。随着高校创新实验班的兴起,如何培养创新班学生的专业素养已成为一个重要课题。以... 详细信息

拔尖人才是实现民族复兴的可持续动力和重要支柱,创新班则是高校基础拔尖人才培养改革的关键领域,同时是地方高校实施“本硕博”贯通式培养的主要路径。随着高校创新实验班的兴起,如何培养创新班学生的专业素养已成为一个重要课题。以创新型课题为视角,结合地质工程专业“汪胡桢班”培养案例,分析创新班的培养模式及创新性课题在创新班基础拔尖人才专业素养培养中的作用及意义。

关键词：创新班创新课题拔尖人才贯通式培养

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岩石疲劳损伤及破坏前兆研究现状与展望

地球科学 2022年第6期47卷 2190-2198页

作者：刘新锋赵英群王晓睿于怀昌河南交投平宛高速公路有限公司河南郑州450045 华北水利水电大学地球科学与工程学院河南郑州450045 郑州地铁集团河南郑州450000

疲劳是岩石的重要力学特性之一,与工程的安全稳定密切相关.在循环荷载作用下,岩石初始损伤不断累积、加剧,最终导致岩石的失稳破坏,从而诱发工程灾变.阐述了近年来基于声发射、红外辐射技术开展岩石疲劳损伤与破坏方面的研究进展.首先... 详细信息

疲劳是岩石的重要力学特性之一,与工程的安全稳定密切相关.在循环荷载作用下,岩石初始损伤不断累积、加剧,最终导致岩石的失稳破坏,从而诱发工程灾变.阐述了近年来基于声发射、红外辐射技术开展岩石疲劳损伤与破坏方面的研究进展.首先论述了研究人员采用声发射时域参数、声发射空间演化以及Felicity比开展岩石疲劳损伤特性的研究进展.进而,针对研究人员采用声发射时域参数、损伤变量、分形维值、Felicity比、加卸载响应比、RA以及b值等参数开展岩石疲劳破坏前兆的研究进展进行讨论.在此基础上,论述了研究人员采用红外辐射技术开展岩石疲劳损伤与破坏前兆的研究进展.最后,提出了今后岩石疲劳损伤与破坏前兆研究中需要进一步深入解决的几点问题.本文可对深入认识岩石疲劳损伤机理、破坏前兆特征起到积极的促进作用.

关键词：疲劳损伤破坏声发射红外辐射岩土工程工程地质

地铁列车振动作用下盾构隧道及周边土体动力响应规律研究

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地球科学 2023年

作者：王晓睿秦文茜于怀昌华北水利水电大学地球科学与工程学院

为研究小半径曲线段列车荷载作用下隧道周边土体动力响应的影响，以郑州地铁一号线为背景，对孔隙水压力、水位进行现场实测，采用有限元软件MIDAS开展数值分析，研究列车振动荷载下隧道周边土层动力响应变化规律。研究结果表明：列车... 详细信息

为研究小半径曲线段列车荷载作用下隧道周边土体动力响应的影响，以郑州地铁一号线为背景，对孔隙水压力、水位进行现场实测，采用有限元软件MIDAS开展数值分析，研究列车振动荷载下隧道周边土层动力响应变化规律。研究结果表明：列车运营过程中，振动荷载的施加是导致孔隙水压力变化的重要原因；埋深越深孔压越大，随时间增长孔压逐渐减小；距隧道越近土体动力响应对列车振动的反应越敏感，土体中孔隙水压力变化幅度和速率、竖向变形峰值均越大；小半径曲线隧道底部土体的动力响应随列车运行速度的增加而增大；土体产生的超孔隙水压力逐渐消散，可以预测随列车振动对周围土层不会产生变形危害。

关键词：小半径曲线振动荷载动力响应孔隙水压力数值分析

预制裂隙对砂岩蠕变力学特性及声发射前兆特征影响试验研究

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2023年第2期44卷 72-79页

作者：王冠强于怀昌席伟程广利牛睿华北水利水电大学河南郑州450046 河南省岩土力学与结构工程重点实验室河南郑州450046 中铁资源集团勘察设计有限公司河北廊坊065099 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司北京100020

裂隙岩体的长期强度以及失稳破坏特征对于工程的长期稳定和安全具有重要的影响。分别对无预制裂隙以及含两条预制裂隙的砂岩试样进行相同条件下的室内单轴压缩蠕变声发射试验,基于试验结果,研究了试样的力学特性、声发射特征以及破坏声... 详细信息

裂隙岩体的长期强度以及失稳破坏特征对于工程的长期稳定和安全具有重要的影响。分别对无预制裂隙以及含两条预制裂隙的砂岩试样进行相同条件下的室内单轴压缩蠕变声发射试验,基于试验结果,研究了试样的力学特性、声发射特征以及破坏声发射前兆特征。结果表明:相同应力水平下,预制裂隙试样的瞬时应变、蠕应变以及总应变均大于无预制裂隙试样的相应值,预制裂隙对试样的蠕应变影响最大,总应变其次,而对试样的瞬时应变影响最小;预制裂隙试样的长期强度是无预制裂隙试样的79.5%,预制裂隙的存在导致试样长期强度大幅降低,在工程中应考虑裂隙存在对岩石长期强度降低的问题;预制裂隙试样产生的累计声发射事件总数达20837个,是无预制裂隙试样累计声发射事件总数的23.70倍,预制裂隙试样单级应力水平下声发射事件数和各级应力水平下累计声发射事件数均显著高于无预制裂隙试样的相应值,预制裂隙试样内部微破裂活动更为剧烈;声发射b值预测试样失稳破坏的效果优于轴向应变、累计振铃计数。声发射b值能更早地预示岩石的失稳破坏,对于工程中岩石的失稳破坏有较好的预警作用。

关键词：预制裂隙砂岩蠕变声发射前兆信息