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基于CPTU土类指数的标贯值液化判别

东南大学学报（自然科学版） 2017年第4期47卷 812-817页

作者：杜广印罗涛程远潘皇宋东南大学岩土工程研究所南京210096 江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室南京210096 苏州市轨道交通集团有限公司苏州215004

为提高可液化地基液化判别的准确性,依托宿新高速公路共振法加固可液化地基项目,对共振法处理后的液化地基进行CPTU试验和SPT试验.对CPTU试验得到的土类指数I_c和SPT试验得到的标贯值N_(63.5)进行处理分析.结果表明,饱和砂土和粉土的标... 详细信息

为提高可液化地基液化判别的准确性,依托宿新高速公路共振法加固可液化地基项目,对共振法处理后的液化地基进行CPTU试验和SPT试验.对CPTU试验得到的土类指数I_c和SPT试验得到的标贯值N_(63.5)进行处理分析.结果表明,饱和砂土和粉土的标贯值N_(63.5)是土类指数I_c的一次函数(N_(63.5)=-18.8I_c+52.0),即土类指数越大,土性越接近黏性,标贯值越小.基于N_(63.5)与I_c的拟合关系式提出一种新型液化判别方法,即根据标贯值参照《建筑抗震设计规范》进行饱和砂土和粉土地基的液化判别,其中标贯值根据I_c计算获得,I_c则通过CPTU试验获取.与规范中SPT判别法相比,该方法可以提供连续的标贯值参数,与基于CPT的周期阻力比法相比,该方法计算简单.

关键词：液化地基孔压静力触探标贯值土类指数

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热—力作用下隧道岩爆物理模型试验研究

热—力作用下隧道岩爆物理模型试验研究

作者：潘皇宋成都理工大学

学位级别：硕士

随着地下隧道工程逐渐向大埋深方向发展,高地应力和高地温已经成为地下隧道工程面临的重大问题。原岩应力场是影响岩爆发生的内在因素之一,高地温下的温度作用效应对岩爆也有影响。因此,研究热-力耦合作用下隧道脆性围岩岩爆的规律和机... 详细信息

随着地下隧道工程逐渐向大埋深方向发展,高地应力和高地温已经成为地下隧道工程面临的重大问题。原岩应力场是影响岩爆发生的内在因素之一,高地温下的温度作用效应对岩爆也有影响。因此,研究热-力耦合作用下隧道脆性围岩岩爆的规律和机制非常必要。本文以物理模型试验的相似理论为基础,从热-力作用下隧道岩爆物理模拟试验技术和试验设备研发方面入手,通过研制具有硬脆性的岩爆相似材料最佳配比,制作大尺寸物理模型进行室内物理模拟试验,模拟热-力作用下隧道荷载的作用方式、隧道开挖过程以及时间效应等,研究热-力耦合作用下隧道围岩变形破裂特性,特别是岩爆等脆性破坏的过程以及破坏形态和机制。通过实验研究取得主要研究成果如下:(1)选取石英砂、石膏、水泥、减水剂、缓凝剂、水作为岩爆相似材料,通过物理力学参数试验,采用脆性系数K和冲击能量指数W对岩爆倾向进行评价,并对相似材料的弹性模量E、泊松比?等力学参数以及应力应变曲线特征进行分析,确定了最具岩爆倾向的石英砂合适粒径以及相似材料的最佳配比,为制作具良好硬脆性的大尺寸物理模型奠定良好的基础。(2)自主研制隧道开挖系统和温度加载控制系统,并成功应用于4个物理模型试验中。试验证明,采用自主研制的隧道开挖系统和温度加载控制系统,实现了隧道一次性开挖卸荷以及温度场的加载和控制。真实地模拟了“先加载后开挖”的加载开挖方式,以及真实地模拟了高地应力、高地温共同作用条件下的热-力耦合场。(3)以二维地质力学模拟试验应力加载系统为依托,以相似理论和相似材料为基础,采用应变量测系统、温度加载控制系统、声发射系统、隧道开挖系统、摄像系统等,对热-力作用下隧道岩爆物理模型试验进行详细的设计。进而开展相同应力条件下4个不同温度场(20℃、40℃、60℃、80℃)作用下的岩爆物理模型试验。建立了一套热-力作用下大尺寸岩爆物理模型实验从模型制作到试验结束全过程的试验技术方案。(4)试验结果表明,在相同的应力场(侧压力系数λ=2)、4个不同的温度场(20℃、40℃、60℃、80℃)条件下,隧道开挖后,拱顶和拱肩围岩容易出现压致拉裂脆性破坏。拱墙附近容易出现弯曲鼓折、拉裂等脆性破坏。拱底容易发生压致拉裂和压致剪切等脆性破坏。(5)温度场的温度越高,隧道开挖后,围岩应力、应变增长越快,能量迅速集聚,此能量聚集过程经历的时间随着温度的增大而缩短。应力、应变、能量增长到一定极限后,围岩集聚的能量以岩爆的方式突然释放。岩爆等脆性破坏发生过程中围岩的应力、应变表现出波动现象,温度越高,应力、应变波动幅度越大、波动频率越高。温度增高提高了围岩的硬脆性,温度场的温度越高隧道开挖前围岩应变越小。在20℃、40℃、60℃下的隧道围岩岩爆等脆性破坏的声发射能量随着温度增大而增大,声发射系统三维定位的声发射源随温度的增大而增多,分布范围更广,并且主要集中于隧道洞壁附近。(6)物理模拟试验发现岩爆发生具有一定的渐进性,从小范围、小粒径的颗粒状掉落弹射开始,经过范围和规模扩大的片状、碎块状剥落弹射,最终发生大规模的岩爆。岩爆的渐进性和温度场有关,温度越高围岩集聚的应力水平和能量越大,岩爆发生越突然,从隧道开挖至围岩发生岩爆脆性破坏的时间历程越短;同时,温度场的温度越高岩爆发生范围、规模越大,隧道围岩的脆性破坏时间更突然,岩爆过程剥离和弹射的碎块粒径越来越大,岩爆剥落弹射的碎块量越来越多。(7)在20℃、40℃、60℃、80℃四个温度场下,60℃、80℃下隧道的脆性破坏很剧烈,60℃下甚至出现大断块蹦出的,80℃下先发生小规模脆性破坏,围岩弯曲鼓折后模型直接发生断裂脆性破坏,此过程发生突然且无预兆。20℃和40℃下隧道脆性破坏不剧烈,40℃发生破坏的规模比前者大,岩爆剥落弹射碎块量也比前者多。发生岩爆等脆性破坏后,20℃和40℃下的隧道围岩处于稳定状态,60℃下围岩基本稳定但松动严重,80℃下隧道围岩已经发生严重破坏。随着温度的增高,开挖后隧道围岩脆性破坏特性越明显,温度越高,热-力作用下隧道岩爆越剧烈。(8)温度场的存在,改变了材料的物理力学参数,并且造成附加的温度应力场。相同的地应力条件下,温度场的温度值越高,产生的附加温度应力场应力值越大,使得围岩集聚更高的能量和应力水平;同时,温度场改变了围岩的物理力学性质,提高了围岩的硬脆性,利于围岩集聚更高的弹性应变能。试验结果证明,在试验温度范围内,温度越高增大了隧道围岩岩爆的剧烈程度。

关键词：热-力作用岩爆物理模型试验隧道开挖系统温度加载控制系统

降雨条件下折线型滑面的大型滑坡稳定性离心模型试验

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岩土工程学报 2016年第4期38卷 696-704页

作者：潘皇宋李天斌仵拨云任洋宋涛成都理工大学地质灾害防治与地质坏境保护国家重点实验室四川成都610059 陕西省地质环境监测总站陕西西安710064

以大型土工离心机为技术依托,采用离心模型试验,研究开挖和降雨对滑面为折线型的大型滑坡变形破坏和稳定性的影响。试验中采用变形标志点、颗粒图像测速技术(PIV)和可承受高离心力的传感器,在获取坡体土压力、孔隙水压力和位移矢量场的... 详细信息

以大型土工离心机为技术依托,采用离心模型试验,研究开挖和降雨对滑面为折线型的大型滑坡变形破坏和稳定性的影响。试验中采用变形标志点、颗粒图像测速技术(PIV)和可承受高离心力的传感器,在获取坡体土压力、孔隙水压力和位移矢量场的基础上,综合分析开挖和降雨诱发大型滑坡变形破坏的特征及失稳模式。试验结果表明,在滑面形态变化大的部位开挖卸荷容易引起折线型滑面大型滑坡的局部复活;受开挖卸荷和降雨影响,滑坡后缘的开挖斜坡位移最大且最先失稳;受降雨的影响,滑坡前部位移较大,坡体表面变形破坏严重,开挖斜坡下部发育一条次级滑裂面,滑坡后缘和开挖平台前沿滑面坡度突变处各形成一条潜在主滑裂面。离心模型试验显示折线型滑面的滑坡受开挖和降雨的影响可表现出分级分块滑动的变形破坏特征。稳定性分析表明,降雨使折线型滑面的大型滑坡不同滑段稳定性系数不同程度降低,滑坡后缘、开挖斜坡和滑坡前缘处于不稳定状态。

关键词：大型滑坡稳定性降雨离心试验颗粒图像测速技术

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无衬砌黄土隧道压力拱模型试验及数值模拟

东南大学学报（自然科学版） 2019年第5期49卷 949-955页

作者：潘皇宋杜广印王坤王磊夏涵覃达东南大学岩土工程研究所南京210096 中国人民解放军63926部队北京100192 广西交通设计集团有限公司南宁530029

为研究无衬砌黄土隧道压力拱分布及发展规律,开展不同荷载下直墙圆顶隧道开挖物理模型试验,采用微型土压力盒测试围岩变形稳定后的内部应力分布,并利用数值模拟进行对比分析.试验及数值模拟表明,距洞壁约1.5倍洞径范围内,无衬砌黄土隧... 详细信息

为研究无衬砌黄土隧道压力拱分布及发展规律,开展不同荷载下直墙圆顶隧道开挖物理模型试验,采用微型土压力盒测试围岩变形稳定后的内部应力分布,并利用数值模拟进行对比分析.试验及数值模拟表明,距洞壁约1.5倍洞径范围内,无衬砌黄土隧道围岩存在应力明显增大的区域.当荷载超过一定限值后,洞壁一定范围内的土体应力不再随荷载的增大而增大,出现明显的压力拱边界,黄土隧道围岩表现出一定的压力拱特性.荷载在20kPa以下压力拱范围和边界几乎不变,隧道围岩可以自稳;荷载大于20kPa后,随着荷载增大,压力拱边界及范围逐渐扩大,直墙附近压力拱范围扩展最快,拱肩次之,底板最慢.各级荷载条件下,直墙底部附近压力拱范围最大,拱顶最小,形成了最利于受力的拱脚扩大式压力拱.

关键词：黄土隧道压力拱模型试验数值模拟

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成仁高速红层分布区开挖边坡变形特征及机制

煤田地质与勘探 2017年第2期45卷 96-100页

作者：钟雨奕苏海潘皇宋地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 四川成都610059 四川蜀通岩土工程公司四川成都610018

四川盆地红层分布广泛,其特殊的工程特性常导致严重的地质灾害。通过分析成仁高速文宫连接线边坡的变形破坏特征,得出边坡在开挖和降雨的影响下破坏机制为蠕滑—拉裂。进一步用FLAC3D进行数值分析,显示开挖卸荷和降雨影响导致滑坡灾害,... 详细信息

四川盆地红层分布广泛,其特殊的工程特性常导致严重的地质灾害。通过分析成仁高速文宫连接线边坡的变形破坏特征,得出边坡在开挖和降雨的影响下破坏机制为蠕滑—拉裂。进一步用FLAC3D进行数值分析,显示开挖卸荷和降雨影响导致滑坡灾害,其后缘发生拉裂破坏,并引发滑坡前部发生剪切滑移破坏。针对该类型的边坡,开挖后应对路堑以上部分及时采取加固措施,避免降雨入渗软化土体,加剧滑坡变形破坏。

关键词：红层路堑边坡变形特征破坏机制

热-力作用下隧道岩爆温度效应的物理模型试验

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岩石力学与工程学报 2018年第2期37卷 261-273页

作者：李天斌潘皇宋陈国庆孟陆波成都理工大学地质灾害防治与地质坏境保护国家重点实验室四川成都610059 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 东南大学交通学院江苏南京210096

随着西部大开发战略的深入实施,重大工程建设中遇到越来越多的高地温和高地应力隧道。为了研究这类隧道工程在高地温和高地应力耦合作用下发生岩爆的特性,通过一系列技术研发,在二维地质力学模拟试验加载系统上成功进行热–力作用下隧... 详细信息

随着西部大开发战略的深入实施,重大工程建设中遇到越来越多的高地温和高地应力隧道。为了研究这类隧道工程在高地温和高地应力耦合作用下发生岩爆的特性,通过一系列技术研发,在二维地质力学模拟试验加载系统上成功进行热–力作用下隧道岩爆温度效应的物理模型试验。在研制具有岩爆倾向的硬脆性岩爆相似材料基础上,自主开发大型物理模型温度场加载系统和隧道开挖装置,考虑20℃,40℃,60℃,80℃四种温度和侧压力系数为2的高地应力作用,共开展4个模型试验。试验研究结果表明,在20℃~80℃温度范围,温度增大提高了材料的硬脆性,围岩能积聚更高弹性应变能,温度应力引起的洞壁切向应力以及应力差增大,为岩爆创造了更有利的条件。模型温度越高,围岩破坏前变形越小,模型破裂过程中释放的能量越大,破裂源越多;随着温度增高,围岩脆性破坏更强烈且更突然,渐进过程越不明显,岩爆剥落弹射的块径更大。因此,在热力耦合作用下隧道岩爆表现出在一定温度范围内随着温度增大而更加强烈的规律。

关键词：隧道工程岩爆热–力作用模型试验温度效应

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高地应力隧道岩爆破坏特征物理模型试验研究

地下空间与工程学报 2019年第6期15卷 1639-1645页

作者：李天斌钟雨奕潘皇宋陈国庆成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室

采用岩爆相似材料制作大尺寸物理模型,自主研制隧道开挖装置,进行二维应力隧道岩爆物理模型试验,研究高地应力条件下(侧压力系数λ=2)隧道围岩岩爆等脆性破坏特征。试验结果表明:隧道开挖后,围岩有较明显的压应变波动和突变现象,拱墙处... 详细信息

采用岩爆相似材料制作大尺寸物理模型,自主研制隧道开挖装置,进行二维应力隧道岩爆物理模型试验,研究高地应力条件下(侧压力系数λ=2)隧道围岩岩爆等脆性破坏特征。试验结果表明:隧道开挖后,围岩有较明显的压应变波动和突变现象,拱墙处局部出现拉应变;同时,声发射能量表现出剧烈增大现象,在应变、声发射特征这两方面均表现出高应力区隧道岩爆的征兆。高地应力条件下(侧压力系数λ=2),隧道拱顶和拱底压应力集中明显而最早发生破坏,拱墙出现拉应力作用,产生张拉裂缝。围岩脆性破坏从颗粒弹射开始,随后变为碎块剥落和裂缝扩展,其变形破坏特征表现出一定的岩爆特性。

关键词：隧道高地应力岩爆物理模型破坏特征

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鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

现代隧道技术 2017年第2期54卷 129-136页

作者：孟陆波潘皇宋李天斌张文居成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都610059 东南大学南京211189 四川汶马高速公路有限责任公司成都610041

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧... 详细信息

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。

关键词：软岩隧道二次衬砌开裂数值分析支护时机炭质千枚岩

库水位变化对观音坪滑坡稳定性影响的数值分析

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工程地质学报 2016年第4期24卷 501-509页

作者：张岩陈国庆张国峰潘皇宋何舰地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059 四川省交通运输厅交通勘察设计研究院成都610017

为深入探究水库水位变化对滑坡稳定的影响,以西南地区某库岸滑坡为例,在探明滑坡工程地质条件和成因机制的基础上,通过建立三维数值模型来分析流固耦合作用下库水位变化对库岸滑坡稳定性及滑动模式的影响。通过数值计算,获得水库天然状... 详细信息

为深入探究水库水位变化对滑坡稳定的影响,以西南地区某库岸滑坡为例,在探明滑坡工程地质条件和成因机制的基础上,通过建立三维数值模型来分析流固耦合作用下库水位变化对库岸滑坡稳定性及滑动模式的影响。通过数值计算,获得水库天然状态、初期蓄水、水位上升和下降条件下滑坡体内塑性区分布和x方向位移变化情况。结合数值计算结果和滑坡实际变形破坏规律综合分析库水位变化对库岸滑坡稳定性的影响。分析结果显示,水库初期蓄水造成滑坡体变形开裂,使坡体处于不稳定状态;水位上升对滑坡稳定性影响较小,水位下降后滑坡稳定性大幅降低,极可能发生失稳破坏;水库蓄水后坡体滑动模式由推移式向牵引式转变。

关键词：库岸滑坡水位变化三维数值分析流固耦合滑动模式