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结构性土中圆柱孔扩张不排水解答及结构退化影响分析

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上海交通大学学报 2024年第7期58卷 1097-1107页

作者：翟张辉张亚国肖书雄李同录长安大学地质工程与测绘学院西安710054 长安大学建筑工程学院西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站甘肃正宁745399

圆孔扩张理论为桩基挤土位移预测和旁压试验结果分析等提供了理论依据,而现有解答中缺乏对土体结构影响的系统分析.基于考虑胶结作用的模型Cemented-CASM,推导了反映土体应力-应变关系的弹塑性刚度矩阵,在此基础上联立硬化法则和大应变... 详细信息

圆孔扩张理论为桩基挤土位移预测和旁压试验结果分析等提供了理论依据,而现有解答中缺乏对土体结构影响的系统分析.基于考虑胶结作用的模型Cemented-CASM,推导了反映土体应力-应变关系的弹塑性刚度矩阵,在此基础上联立硬化法则和大应变理论,得到了不排水条件下结构性土中圆柱孔扩张问题的弹塑性解答.在不考虑土体结构性时,将退化解答与已有修正剑桥模型解答进行比较;在考虑结构性影响时,与旁压试验数值模拟结果比较,验证了解答的可靠性.通过参数分析说明了结构性及其退化对圆柱孔扩张过程的影响,结果表明:与重塑土相比,结构性土中扩孔引起的有效应力和孔隙水压力更大,而孔周塑性范围更小;随着结构的破坏,孔周土体表现出应变软化特征,径向应力随到孔壁距离的减小呈先增后减的变化趋势;土体结构完全破坏时,其有效应力与重塑土中趋于一致;土体结构性越强,相同扩孔压力或孔径变化下结构退化越快,软化特征越明显.

关键词：岩土工程圆柱孔扩张弹塑性解答结构性土胶结作用应变软化

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全吸力范围非饱和持水函数和渗透性函数的预测模型

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工程地质学报 2024年第1期32卷 285-294页

作者：李燕李同录李萍侯晓坤赵丹旗长安大学地质工程与测绘学院西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站正宁745399 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

非饱和土的持水函数和渗透性函数是刻画其持水能力和水分运移的基本参数。由于物理机制不同,持水函数及渗透性函数在毛细阶段和吸附阶段的特征有显著差异。多数传统的持水和渗透性函数仅考虑了毛细阶段内,毛细水的持水和渗透特性,不能... 详细信息

非饱和土的持水函数和渗透性函数是刻画其持水能力和水分运移的基本参数。由于物理机制不同,持水函数及渗透性函数在毛细阶段和吸附阶段的特征有显著差异。多数传统的持水和渗透性函数仅考虑了毛细阶段内,毛细水的持水和渗透特性,不能表征吸附阶段内吸附水的特征。为使传统函数模型在吸附阶段也适用,以传统VG持水函数和VG-M渗透性函数为基础,用修正参数C(ψ)修正VG持水函数,并以此确定非饱和土的残余值ψr,区分毛细水的毛细流动和吸附水的薄膜流动。基于薄膜流动的特点,提出参数Γ(ψ),改进了传统VG-M渗透性函数在吸附阶段内低估非饱和渗透系数这一问题,从而建立了全吸力范围的渗透性函数模型。最后用3组持水及渗透性试验结果验证修正模型的合理性,结果表明修正持水函数模型和渗透性函数模型的预测结果在吸附阶段较传统模型更符合实测结果。

关键词：非饱和土全吸力范围持水曲线渗透性曲线薄膜流动

黄土抗剪强度参数均值与方差的Bayes估计及其应用

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建筑科学与工程学报 2024年第2期41卷 163-172页

作者：李萍董鸾花赵枝艳李金明沈伟李同录长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站甘肃正宁745399 陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710005

为解决黄土强度参数估计问题,从工程勘察项目中共收集统计了3384组Q1、Q2、Q3黄土强度参数黏聚力c、内摩擦角φ值的测试数据,不考虑二者的相关性,将参数均值和方差都作为随机变量,建立起黄土强度参数c、φ的正态-逆伽马先验分布。基于Ba... 详细信息

为解决黄土强度参数估计问题,从工程勘察项目中共收集统计了3384组Q1、Q2、Q3黄土强度参数黏聚力c、内摩擦角φ值的测试数据,不考虑二者的相关性,将参数均值和方差都作为随机变量,建立起黄土强度参数c、φ的正态-逆伽马先验分布。基于Bayes理论,利用共轭先验法推导了参数后验分布和后验概率密度函数的期望值求解公式,确定了估计的误差。以陕西泾阳黄土边坡为例,利用所建立的先验分布和边坡土层测试强度指标,求取参数的后验分布,进一步估计了边坡失效概率的概率分布和稳定系数均值的概率分布。结果表明:在95%的置信度下,按稳定系数评价,边坡均处于基本稳定状态,且稳定系数置信区间小;按失效概率评价,边坡接近稳定状态,但失效概率的置信区间较大,黄土强度参数的方差控制着边坡失效概率的置信区间,将方差作为随机变量,考虑方差变异性,能更科学地评估黄土工程的可靠度。

关键词：黄土边坡 Bayes理论先验分布正态-逆伽马分布

渭北黄土台塬区水库水下岸坡稳定形态预测模型研究

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中国农村水利水电 2024年第3期 152-159页

作者：高德彬张昊马学通李同录李常虎李启鹏长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站甘肃正宁745399 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710065

黄土地区水库塌岸预测仍以卡丘金法等经验图解法为主,此类方法预测结果的准确性取决于对岸坡剖面形态的准确描述。为了提高黄土地区水库塌岸宽度预测的准确性,选取渭北黄土台塬区选择典型水库进行现场调查,对原河道岸坡形态与蓄水后岸... 详细信息

黄土地区水库塌岸预测仍以卡丘金法等经验图解法为主,此类方法预测结果的准确性取决于对岸坡剖面形态的准确描述。为了提高黄土地区水库塌岸宽度预测的准确性,选取渭北黄土台塬区选择典型水库进行现场调查,对原河道岸坡形态与蓄水后岸坡形态进行对比分析,在此基础上建立了水下岸坡形态预测模型。结果表明,渭北黄土台塬区水库岸坡塌岸稳定后,水上岸坡呈直立状,高度可达30 m以上,水下岸坡呈曲线形,受水深和岸坡高度共同影响,塌落物可能露出水面。在此基础上基于对数螺线方程建立了水下岸坡形态预测模型,并与经典图解法所用直线型岸坡进行对比,误差分析结果表明采用对数螺线方程进行水下岸坡形态预测时堆积体积误差为4.50%~39.70%,均值为12.64%,而直线型岸坡的预测误差为25.75%~124.69%,均值为75.69%。即采用对数螺线方程可以更好的测水下岸坡形态及水下堆积量。相关研究成果对黄土台塬区水库塌岸预测方法的改进,以及黄河流域的渭北黄土台塬区的环境保护与高质量发展具有实际意义。

关键词：渭北黄土台塬塌岸预测水下岸坡稳定形态对数螺线方程塌岸特征

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黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征关系研究

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水文地质工程地质 2024年第1期51卷 47-56页

作者：赵枝艳张常亮沈伟秦涛李萍李同录长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站甘肃正宁745399

由于沉积环境的差异,古土壤较上覆黄土致密,其饱和渗透系数应低于黄土,但试验结果却显示二者的饱和渗透系数相近。为揭示这一现象的机理,在陕西泾阳南黄土塬开挖33m的探井,沿井壁按1m间距取黄土和古土壤原状试样,进行变水头渗透试验,测... 详细信息

由于沉积环境的差异,古土壤较上覆黄土致密,其饱和渗透系数应低于黄土,但试验结果却显示二者的饱和渗透系数相近。为揭示这一现象的机理,在陕西泾阳南黄土塬开挖33m的探井,沿井壁按1m间距取黄土和古土壤原状试样,进行变水头渗透试验,测定试样的饱和渗透系数。同时用压汞试验(mercury intrusion porosimetry,MIP)及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试分别获取试样的孔隙分布曲线和微观结构图像,以分析黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征的关系。结果表明:(1)黄土-古土壤地层的饱和渗透系数整体上沿深度方向规律性减小,但相邻黄土和古土壤层的饱和渗透系数无明显差异;(2)MIP及SEM测试结果表明,黄土结构均匀、孔隙大小较为一致,而古土壤具有不均匀的团块-裂隙结构,虽然团块内部较黄土致密,但团块间存在裂隙;(3)饱和渗透系数的大小取决于透水孔隙的体积分数,其中黄土的透水孔隙主要为较大孔隙(孔径>2μm),而古土壤的透水孔隙主要为团块间的微裂隙,虽然二者渗透系数相近,但渗透机理完全不同。为研究黄土与古土壤的孔隙分布特性和解决黄土区工程建设中的问题提供了理论依据。

关键词：黄土古土壤饱和渗透系数孔隙分布微观结构

降雨诱发的浅表堆积层滑坡成因机理与稳定性预测模型

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水文地质工程地质 2024年第2期51卷 183-191页

作者：刘佳意陈春利付昱凯王晨兴李同录肖锐铧刘艳辉长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 黄土高原水循环与地质环境野外科学观测研究站甘肃正宁745399 中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心) 北京100081

强降雨引起的滑坡多以浅表堆积层滑移为主,易群发、危害性大,其地下水和土体内部含水率对降雨的水文响应机制复杂,难以精准开展稳定性预测。为研究降雨引起的滑坡水文响应对稳定性的影响,以四川省青川县后山里滑坡为例,开展现场降雨入... 详细信息

强降雨引起的滑坡多以浅表堆积层滑移为主,易群发、危害性大,其地下水和土体内部含水率对降雨的水文响应机制复杂,难以精准开展稳定性预测。为研究降雨引起的滑坡水文响应对稳定性的影响,以四川省青川县后山里滑坡为例,开展现场降雨入渗监测、相关性分析和力学分析。通过连续3年的降雨量、土体水分和地下水位等监测,分析降雨入渗-土体体积含水率-地下水位的响应规律,得到降雨量与地下水位的相关关系,并基于无限斜坡稳定性计算公式构建基于降雨量和地下水位埋深的浅层滑坡稳定性预测模型。结果表明:(1)年内地下水呈周期性波动,分为缓慢下降期、快速下降期和快速上升期三个阶段,且降雨量与地下水埋深呈线性负相关,与水位升幅相关性不显著;(2)根据稳定性预测模型确定了该滑坡失稳的临界降雨阈值为81.8mm/d,地下水埋深阈值为0.73m。研究结果可为降雨诱发浅表堆积层滑坡的预警预报提供参考。

关键词：堆积层滑坡降雨量地下水位滑坡稳定性预警

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黄土筑坝填方工程地质问题及处理措施分析

西北水电 2024年第1期 27-32,39页

作者：李征征高晓雯王璋李同录中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司西安710065 信电综合勘察设计研究院有限公司西安710054 长安大学西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站甘肃正宁745300

针对黄土地区的填方工程地质问题,以陕西铜川老虎沟填方工程为依托,通过地质调查与测绘、地质勘探、原位测试及室内试验等勘察手段,对工程存在的工程地质问题进行了分析研究。结果表明:老虎沟填方工程存在不良地质作用、不稳定高边坡、... 详细信息

针对黄土地区的填方工程地质问题,以陕西铜川老虎沟填方工程为依托,通过地质调查与测绘、地质勘探、原位测试及室内试验等勘察手段,对工程存在的工程地质问题进行了分析研究。结果表明:老虎沟填方工程存在不良地质作用、不稳定高边坡、地下水疏排及填方地基变形等工程地质问题,应对挖方区高边坡进行1∶0.5~1∶0.75的放坡,反压坡脚,并预留平台及马道;对填方区土料进行强夯、碾压,消除其湿陷性,建议设计最大干密度值为1.73 g/cm^(3),最优含水率值为17.3%,压实系数为0.95~0.97;挡土坝坝基建议挖除不良土层,挡土坝坝坡采取加筋土筑坡,坡度宜为45°,坡面需做好防冲刷防护措施;排水沟底宜选用粘性较小的黄土回填,地表采用粘性较大的红粘土回填,并在地表设置完善的排水系统;工后应结合土水监测方案,实时监测填方区内土水变化。该研究成果可为黄土地区类似填方工程建设提供参考。

关键词：工程地质问题黄土填方处理措施监测措施

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压实黄土土水特征对其孔隙结构的响应

岩石力学与工程学报 2022年第6期41卷 1246-1255页

作者：王宇李同录雷雨露李燕长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710061 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站甘肃正宁745399

干密度和制样含水率是影响压实黄土土水特征曲线的2个关键因素。研究旨在从微观角度揭示干密度和制样含水率对压实黄土宏观土水特性影响的机制,为此采集延安新城的填筑黄土,并用静压法制作为2组试样:A组制样含水率为10%,压实为1.40,1.60... 详细信息

干密度和制样含水率是影响压实黄土土水特征曲线的2个关键因素。研究旨在从微观角度揭示干密度和制样含水率对压实黄土宏观土水特性影响的机制,为此采集延安新城的填筑黄土,并用静压法制作为2组试样:A组制样含水率为10%,压实为1.40,1.60,1.80 g/cm^(3)三种不同干密度;B组制样含水率分别为10%,16%(最优含水率)、18%,压实到最大干密度1.79 g/cm^(3)。对2组试样分别使用接触式滤纸法测得了全范围的增湿土水特征曲线,使用注胶磨片法获得了扫描电镜平面图像,使用压汞法测得了孔隙分布曲线。试验结果表明,A组不同干密度压实土样的土水特征曲线在残余区基本重合,而在近饱和区和过渡区表现出规律性变化;B组不同制样含水率压实黄土制样的土水特征曲线也在残余区基本重合,且随着制样含水率增加,其空气阻塞值减小、过渡区吸力范围变宽,由单一增湿模式转变为双增湿模式。通过微结构分析发现,2组试样的土水特征本质上受孔隙分布的控制,土水特征曲线与孔隙分布曲线的重合点同拐点存在一一对应关系。中小孔隙的分布范围决定过渡区的吸力范围,优势孔隙大小决定过渡区的增湿速率,优势孔隙数或孔隙分布曲线峰值数(单峰或双峰)决定增湿模式(单一增湿或双增湿),重合的孔隙分布区曲线决定相似的土水特征曲线。

关键词：土力学压实黄土干密度制样含水率土水特征孔隙分布

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青川浅层滑坡降雨入渗及稳定性研究

干旱区资源与环境 2022年第1期36卷 111-119页

作者：赵磊付昱凯陈春利李同录李萍王晨兴长安大学地质工程与测绘学院西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站正宁745399 中国地质环境监测院北京100081

降雨作为诱发碎石土浅层滑坡的主要因素之一,通过渗流作用降低滑带土的抗剪强度,从而导致滑坡失稳。为了进一步研究这种滑坡的降雨蒸渗过程及其对滑坡稳定性的影响,本次以青川县后山里滑坡为研究对象,对该滑坡区的大气温湿度、土体含水... 详细信息

降雨作为诱发碎石土浅层滑坡的主要因素之一,通过渗流作用降低滑带土的抗剪强度,从而导致滑坡失稳。为了进一步研究这种滑坡的降雨蒸渗过程及其对滑坡稳定性的影响,本次以青川县后山里滑坡为研究对象,对该滑坡区的大气温湿度、土体含水率、地下水位及蒸渗量进行了持续监测,基于监测数据分析了降雨对滑坡地下水位及土体含水率的影响,并提出了研究区的降雨入渗率经验公式。最后考虑降雨入渗对地下水位的影响,对滑坡进行了稳定性计算分析,提出了诱发滑坡失稳的临界降雨强度。

关键词：浅层滑坡降雨入渗率地下水位含水率稳定性