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干湿循环作用下岸坡消落带土体抗剪强度劣化规律及其对岸坡稳定性影响研究

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岩土力学 2017年第9期38卷 2629-2638页

作者：邓华锋肖瑶方景成张恒宾王晨玺杰曹毅三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

三峡水库蓄水运行之后,库水位每年都在145 m的防洪水位和175 m的蓄水发电水位之间或缓慢或快速地升降变化,岸坡消落带区域岩土体长期处于干湿循环状态,其力学参数的劣化规律将直接影响岸坡的变形稳定。基于此,设计并进行了典型岸坡消落... 详细信息

三峡水库蓄水运行之后,库水位每年都在145 m的防洪水位和175 m的蓄水发电水位之间或缓慢或快速地升降变化,岸坡消落带区域岩土体长期处于干湿循环状态,其力学参数的劣化规律将直接影响岸坡的变形稳定。基于此,设计并进行了典型岸坡消落带土体的干湿循环作用试验。结果表明:(1)在干湿循环作用过程中,土体抗剪强度参数劣化幅度非常明显,其中,前4次干湿循环作用导致的抗剪强度参数劣化幅度占总劣化度的75%左右,4次干湿循环作用之后,劣化趋势逐渐趋于平缓;(2)在干湿循环作用下,土样内部的微观裂纹、裂隙反复张开闭合,逐渐发育、汇集,土样由密实状态逐渐变为内部裂纹发育的松散状态,土样内部的损伤是导致其抗剪强度参数逐渐劣化的根本原因;(3)考虑干湿循环作用下消落带土体参数劣化时,岸坡消落带区域局部安全系数劣化趋势明显,总体趋势与消落带土体抗剪强度参数劣化规律一致,而且岸坡消落带区域附近的局部滑动迹象明显,这与现场踏勘所见到的该区域明显发育的裂缝、下挫现象是一致的。研究成果对库水作用下岸坡的长期变形稳定评价具有较大的参考意义,相关分析方法也可以为类似试验提供参考。

关键词：岸坡消落带干湿循环劣化损伤

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水岩作用下砂岩劣化损伤统计本构模型

岩土力学 2017年第3期38卷 631-639页

作者：邓华锋胡安龙李建林张小景胡玉常德龙朱敏三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

水库蓄水运行后,库水位反复升降变化对库岸边坡岩土体来说是一种疲劳作用,水岩作用下边坡岩体力学性质的劣化将影响整个边坡的稳定。基于此,在前期浸泡-风干循环水岩作用试验数据分析基础上,根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩试验应力-应... 详细信息

水库蓄水运行后,库水位反复升降变化对库岸边坡岩土体来说是一种疲劳作用,水岩作用下边坡岩体力学性质的劣化将影响整个边坡的稳定。基于此,在前期浸泡-风干循环水岩作用试验数据分析基础上,根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩试验应力-应变曲线的特点,借助连续损伤力学和统计理论,将浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应耦合到损伤统计本构模型中,并重点考虑了压密段的影响,分段建立了水岩作用下砂岩的统计损伤本构方程。对比分析表明,所建立的分段统计损伤本构模型计算与试验曲线符合较好,说明所建立的统计损伤本构方程可以较好地反映砂岩在浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应,在水岩作用过程中,本构模型第2段的Weibull分布参数m和F_0均逐渐减小,反映了水岩作用下砂岩脆性逐渐减弱,宏观强度逐渐降低的力学特性。研究成果对大量存在的库岸边坡长期变形稳定分析具有较好的参考价值,同时,相关分析方法也可以为类似试验提供参考。

关键词：水岩作用浸泡-风干循环压密段损伤统计模型

基于Hoek-Brown准则的水电站地下洞室围岩稳定性分析

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人民长江 2022年

作者：汤艳春郑玉照朱泽民三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院

基于Hoek-Brown准则，针对Hoek-Brown准则中与围岩稳定性相关联因素最大主应力σ;、最小主应力σ;、岩石强度指标GSI和岩石单轴抗压强度σ;对水电站大型地下洞室围岩稳定性的影响开展分析，建立相关数值计算模型和方案，分析σ;、σ;、...

基于Hoek-Brown准则，针对Hoek-Brown准则中与围岩稳定性相关联因素最大主应力σ;、最小主应力σ;、岩石强度指标GSI和岩石单轴抗压强度σ;对水电站大型地下洞室围岩稳定性的影响开展分析，建立相关数值计算模型和方案，分析σ;、σ;、GSI和σ;影响下的大型地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律，结果表明：根据不同σ;、σ;、GSI和σ;下地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律，可将围岩变形和塑性区深度划分为3个阶段：基本不变阶段、缓变阶段、陡变阶段。对分析结果进行汇总分析，以洞室围岩的塑性区特征为主，结合洞室变形趋势等方面可将围岩变形和塑性区划分为自稳域、可控域、不可控域，得到基于Hoek-Brown准则的水电站地下洞室地应力—岩体强度—围岩稳定关系：自稳域所示工程条件下的地下洞室围岩处于稳定或基本处于稳定状态；可控域对应围岩有一定的变形或松弛破坏，但在一定支护策略下可控制变形或维持围岩稳定性；不可控域对应围岩变形或松弛破坏较为明显，在一般支护策略下无法控制围岩变形或维持围岩稳定性。根据地应力—岩体强度—围岩稳定关系可对Hoek-Brown准则下不同地应力大小、不同岩体强度条件下的地下洞室进行围岩稳定性综合评判，用于系统指导地下洞室群的全过程设计和建设。

关键词：

法向卸荷条件下非贯通节理岩体剪切力学特性试验研究

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岩土工程学报 2022年第9期44卷 1741-1750,F0003页

作者：杨超蒋淏南岳六一王乐华骆祚森王瑞红三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002

实际中较多处于压剪应力状态的岩体在开挖后的受力路径为法向应力卸荷。鉴于此,通过相似材料制备不同粗糙度JRC的非贯通节理试样,开展了法向应力σ逐渐减小的卸荷直剪试验,并与常规直剪试验进行了对比。试验结果显示,两种应力路径下试... 详细信息

实际中较多处于压剪应力状态的岩体在开挖后的受力路径为法向应力卸荷。鉴于此,通过相似材料制备不同粗糙度JRC的非贯通节理试样,开展了法向应力σ逐渐减小的卸荷直剪试验,并与常规直剪试验进行了对比。试验结果显示,两种应力路径下试样在破坏和强度特征等方面的变化规律均有所不同:随着JRC的逐渐增加,法向卸荷下试样破坏表现出更强的张拉特性,常规直剪下试样则表现出更强的剪切破坏特性;无论是法向卸荷还是常规直剪,试样的强度均随JRC的增大而增大,但法向卸荷主要体现在φ值的增加上,而常规直剪则主要表现为c值的增加。其主要原因在于,法向卸荷下是σ逐渐减小,因此试样的爬坡效应更加明显。常规直剪则是剪应力τ逐渐增大,从而啃断效应更加明显。实际工程中应结合岩体受力路径获取强度参数,若按常规直剪试验强度参数推导法向卸荷下试样的强度,其值将远大于试样的实际强度,从而偏于不安全。最后基于Jennings强度准则提出了考虑岩桥弱化与JRC影响的修正模型,模型预测结果与试验值误差在10%以内,表明建立的模型可较好地用于法向卸荷下非贯通节理岩体强度的预测。

关键词：岩石力学非贯通节理法向卸荷粗糙度强度准则

不同初始含水率下广西膨胀土膨胀变形规律及劣化机理研究

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人民珠江 2024年

作者：赵二平唐加林李志坤张聪三峡库区地质灾害教育部重点实验室

为研究初始含水状态对膨胀土吸水膨胀变形及强度劣化的影响，构建考虑初始含水率影响的膨胀土膨胀变形公式，选取广西区境内膨胀土为研究对象，开展了不同初始含水率条件下膨胀土的膨胀试验及力学特性试验，借助细观测试分析技术，研究... 详细信息

为研究初始含水状态对膨胀土吸水膨胀变形及强度劣化的影响，构建考虑初始含水率影响的膨胀土膨胀变形公式，选取广西区境内膨胀土为研究对象，开展了不同初始含水率条件下膨胀土的膨胀试验及力学特性试验，借助细观测试分析技术，研究了膨胀土的膨胀变形特征、结构及强度劣化规律，揭示了膨胀土膨胀软化机理。结果表明，土体膨胀过程可分为快速膨胀、减速膨胀及膨胀稳定3个阶段；土样膨胀稳定时最大膨胀率随初始含水率的增加逐渐变小；土体吸水膨胀系数随初始含水率增加呈指数减小，并最终趋于稳定；考虑初始含水率影响的膨胀变形公式可以更好地模拟不同初始含水状态下土样的膨胀过程；土体膨胀吸水量随初始含水率的增加呈现出先增后减的趋势；吸水膨胀导致土中孔隙从以小、中孔隙为主向以微、小孔隙为主转变，孔隙面积增加，强度降低；土体中亲水性矿物吸水后，晶胞变大，晶胞与晶胞之间距离变大，叠聚体数量变小，土颗粒之间的结合方式改变，影响了土体的细观组合结构形态，导致土体吸水膨胀，强度劣化。可见非饱和膨胀土宏观上的吸水膨胀软化，不仅取决于土体内部黏土矿物含量，还受控于土体初始含水率、黏土矿物与非黏土矿物之间的结合形式，即细观的空间结构形态。

关键词：膨胀土初始含水率膨胀变形结构劣化强度劣化

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层状砂岩各向异性力学特性试验研究

岩石力学与工程学报 2018年第1期37卷 112-120页

作者：邓华锋王伟李建林张吟钗张小景三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

岩体的各向异性力学特性对工程安全稳定具有至关重要的影响。针对工程中常见的层状砂岩,设计进行0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°等7种层理角度的单轴和三轴压缩试验,详细分析层理角度对岩体力学特性和破坏模式的影响。研究结果表明... 详细信息

岩体的各向异性力学特性对工程安全稳定具有至关重要的影响。针对工程中常见的层状砂岩,设计进行0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°等7种层理角度的单轴和三轴压缩试验,详细分析层理角度对岩体力学特性和破坏模式的影响。研究结果表明:(1)不同层理角度岩样的应力–应变曲线形态基本一致,均包括压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,随着层理角度的增加,应力–应变曲线的压密阶段逐渐变短;(2)在单轴和三轴压缩状态下,层状砂岩各向异性特性明显,层理角度从0°增大到90°,弹性模量逐渐增大,而变形模量、抗压强度、黏聚力和摩擦角先减小后增大,呈U型分布,在0°或90°时达到最大值,60°左右时达到最小值;(3)随着围压的增大,其对层理弱面开裂滑动的限制作用逐渐增强,层理弱面对岩样的破坏模式影响效应逐渐减弱,不同层理角度岩样的力学参数差别逐渐减小,岩样的各向异性特性逐渐减弱;(4)层状砂岩的破坏模式与层理角度和围压的关系密切,可以归纳为3种类型:劈裂张拉破坏、顺层理弱面的剪切滑移破坏、局部顺层理弱面和局部穿越基质、层理弱面的复合剪切破坏。研究结论可为层状砂岩相关的工程变形稳定分析提供参考。

关键词：岩石力学层状砂岩层理弱面各向异性力学特性破坏模式

巴西劈裂法在层状岩体抗拉强度测试中的分析与讨论

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岩土力学 2016年第S2期37卷 309-315,336页

作者：邓华锋张小景张恒宾王晨玺杰方景成肖瑶三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

为分析巴西圆盘劈裂法在层状岩体抗拉强度试验中的适用性,在以往层状岩体巴西圆盘劈裂试验成果分析基础上,选取层理砂岩为试验对象,设计并进行了考虑不同层理角度的砂岩巴西圆盘劈裂试验。分析结果表明,(1)层状岩体抗拉强度的各向异性... 详细信息

为分析巴西圆盘劈裂法在层状岩体抗拉强度试验中的适用性,在以往层状岩体巴西圆盘劈裂试验成果分析基础上,选取层理砂岩为试验对象,设计并进行了考虑不同层理角度的砂岩巴西圆盘劈裂试验。分析结果表明,(1)层状岩体抗拉强度的各向异性特点非常明显,层理角度对各种层状岩体的劈裂抗拉强度的影响规律是基本类似的,只是影响程度不一样;(2)不同层理角度圆盘试样的破裂面形状差别较大,其破坏模式可以归纳为直线型、折线型和弧形型;(3)当层理角度0°<β<90°时,破裂面的发展规律不能严格满足巴西圆盘劈裂试验力学理论模型的假定,采用式(1)计算得到的劈裂抗拉强度只能是一个近似的值;(4)当圆盘试样加载线两侧的岩石材料、层理结构对称分布时,加载时圆盘内的应力分布可以较好地满足其理论计算模型,其试验结果比较准确。研究成果可为层状岩体抗拉强度的准确测定提供较好的参考。

关键词：层状岩体层理角度巴西劈裂试验各向异性破坏模式

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卸荷损伤泥岩应力松弛特征及本构模型研究

地下空间与工程学报 2024年

作者：王宇黎瑾闫亮茆苏徽三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室

软弱岩体开挖卸荷形成的损伤对其支护加固后的应力松弛特性影响不可忽视。以红层泥岩为研究对象,开展了不同卸荷损伤程度泥岩的单轴应力松弛破坏试验,研究了不同应变水平及卸荷损伤程度对泥岩松弛特性的影响规律。结果表明:卸荷损伤泥... 详细信息

软弱岩体开挖卸荷形成的损伤对其支护加固后的应力松弛特性影响不可忽视。以红层泥岩为研究对象,开展了不同卸荷损伤程度泥岩的单轴应力松弛破坏试验,研究了不同应变水平及卸荷损伤程度对泥岩松弛特性的影响规律。结果表明:卸荷损伤泥岩在破坏前后的分级应力松弛试验中应力曲线均表现为不完全松弛,应力松弛曲线主要包含减速及稳定松弛两阶段,且各级应变水平下松弛量和松弛时间均随卸荷损伤程度增加呈线性增大趋势。基于分数阶微积分理论,选取R-L分数阶弹黏性元件(F元件),提出考虑黏滞系数时变特征的弹黏性时变元件(FT元件),然后引入卸荷损伤程度因子,提出考虑卸荷损伤的分数阶弹黏性时变元件(UFT元件),最后将该元件引入传统Burgers模型,建立了基于分数阶的非线性松弛本构模型。基于不同分数阶元件的理论本构模型计算值与试验数据对比表明,基于UFT元件的松弛本构模型具有更高的精确性,且不同应力水平及卸荷损伤程度下的模型理论计算成果与试验数据均较吻合,表明该松弛本构模型能够精确的描述卸荷损伤泥岩松弛特征。

关键词：卸荷损伤泥岩松弛特征弹黏性时变元件分数阶松弛本构模型

香根草植物篱对三峡库区坡地紫色土侵蚀的影响

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农业工程学报 2021年第19期37卷 105-112页

作者：郭萍夏振尧高峰胡欢张千恒杨悦舒肖海三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 宜昌443002 三峡库区生态环境教育部工程研究中心宜昌443002

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度(15°... 详细信息

紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源,严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一,具有明显的减流减沙效益,然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此,该研究通过设置2个坡度(15°和25°)、2个降雨强度(60和120mm/h)和3个坡面条件(裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系),开展人工降雨试验,分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明:植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%,是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍;地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%,表明植物篱对减沙作用更明显,且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解,可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。

关键词：土壤侵蚀植物篱三峡库区地上部分地下部分减流减沙效益