摘要：人工冻结法由于能够阻止地下水的移动,限制围岩的变形,目前已经成为煤矿井筒穿越富水软岩地层的有效方法之一。为了研究不同冻结条件下砂岩的冻胀特性,结合现有的冻土物理力学性质理论,采用GCTS(Geotechnical Consulting&Testing Systems)电液伺服控制低温高压岩石三轴测试系统对饱和、干燥白垩系红砂岩进行不同冷却速度(10℃·h-1、5℃·h-1、2℃·h-1、1℃·h-1)和不同围压(5 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa)下的冻胀试验,研究不同冻结条件下砂岩的冻胀规律,探索冻胀机理。研究结果表明:在降温的过程中,干燥岩样始终产生冷缩变形,饱和岩样先产生冷缩变形,后产生冻胀变形,最后趋于基本稳定,且饱和岩样变形量远大于干燥岩样。当冻结温度一定时,岩样所处的应力水平越大,冻胀变形越小,两者呈线性负相关,这主要是由于高围压限制了岩样内部孔隙水相变成冰时体积的膨胀。岩样的冻胀变形量主要受围压、含水率的影响,而冷却速度主要影响岩样的冻胀速率,本试验条件下,砂岩的冷却速度越大,冻胀速率越大,且二者近似呈线性关系。对于饱和岩样,围压主要通过限制冰水相变时的膨胀变形而减小岩石的冻胀变形,温度主要通过影响孔隙水的冻结率和岩石骨架的热胀冷缩而影响岩石的冻胀变形,而干燥岩样变形主要是由于热胀冷缩效应导致岩石矿物颗粒体积收缩,且温度变化越大,变形越大。结合试验结果,运用理论分析方法,建立了考虑围压影响的岩石冻胀变形计算公式。通过对不同围压下冻结稳定后的砂岩冻胀变形进行计算,发现计算结果与试验结果具有较好的吻合度。此外,由冻胀变形计算公式可知,降温过程中岩石的冻胀变形影响因素大致可分为内因和外因两大类,内因包括岩石的孔隙度、饱和度、冰和岩石骨架的体积模量,外因主要是温度、围压。对于饱和岩石,冻胀变形主要受围压、温度、孔隙度等因素影响。饱和度、孔隙度和冻结率决定了岩石是冻胀还是冻缩,当这些指标较小时,岩石可能只产生冻缩变形。内因和外因相互影响、相互制约,加之冻胀过程中岩石微观结构及力学性质的动态变化,导致岩石冻胀机理十分复杂。研究结果可为深厚煤层矿井建设冻结法施工方案设计提供理论参考,也可为冻土地区软岩物理力学性质及其工程应用研究提供理论基础。

摘要：为了研究干湿循环对红砂岩煤矿井壁和巷道的力学特性及损伤劣化,将红砂岩进行不同次数的干湿循环,然后在MTS815岩石力学试验机上进行压缩试验,研究表明:红砂岩干湿循环次数增加,结构由致密连续向多孔疏松转变,微裂隙压密阶段持续时间增长,塑性屈服明显,峰值应变增加,弹性模量降低,峰值强度大幅下降,但强度不会一直降低,而是趋于某一值;单轴压缩下干湿循环10次时,塑性变形特征明显;随着围压的増大,压密阶段持续时间减小,峰值应变降低,弹性模量增大,峰值强度得到较大提高,峰后塑性变形显著,残余强度随之増强。基于热力学定律和能量耗散原理建立的不同干湿循环次数下红砂岩损伤演化方程和试验结果相近,研究结果可为井壁、巷道设计和支护提供参数。

摘要：根据能量法原理,结合强度折减技术进行边坡的稳定性分析并验证其有效性,推导出稳定系数的表达式以及边坡的破坏面,建立了某黄土高边坡的优化设计模型,通过各种参数的约束条件以及能量法中推导出的临界高度H_(cr)与稳定系数F_s计算方法,采用复形调优法进行计算、优化。以铜黄公路某黄土高边坡为实例来分析验证。结果表明,笔者提出的优化方法计算结果与实际情况比较接近,具有一定的实用价值。

摘要：人工冻结法是富水软岩地区地下工程的重要施工方法,探究冻结岩石强度特性的研究具有重要的理论研究价值和工程实际意义。白垩系饱和砂岩为研究对象,开展不同温度(+20℃,0℃,-10℃和-20℃),不同围压(0,2,4和6 MPa)条件下三轴压缩试验。研究结果表明冻结作用对饱和砂岩力学特性有着较大影响:(1)相同围压,温度由+20℃降到-20℃时,峰值强度提高2～4倍;(2)相同温度,围压由0 MPa升至6 MPa时,峰值强度提高1～3倍;(3)此外冻结状态下黏聚力可提高5倍,内摩擦角出现增大趋势。随后基于5种已有强度准则理论,以试验数据为参数计算各准则表达式并对比分析各准则对饱和砂岩冻结强度的预测效果,结果表明Rocker准则能够更为准确和方便的预测不同温度下饱和砂岩强度,并依此提出考虑温度效应的饱和砂岩Rocker强度准则,并验证了其具有良好的预测效果,上述结果将为低温环境下岩石力学特性研究及地下冻结工程设计施工提供有益的参考。

摘要：黄土地区高填方工程改变地下原有给排水体系,土体长期处于干湿循环状态引发系列工程病害。为了阐明不同干湿条件下重塑黄土水分迁移规律,在干湿环境下对初始干密度和含水率不同的土样进行了水分迁移试验,结果表明:土体在干湿环境下,水分迁移导致含水率变化呈径向分区分布,上部土体含水率略低于下部;减湿过程,水分不断迁移,随迁移高度的增加,含水率分布逐渐稳定;干湿次数增多,土体持水能力弱化,水分上移速度减慢,湿润峰爬升的最大高度降低;土体初始干密度越小,湿润峰推进速度越快;初始含水率越大,水分迁移速率越快,但稳定后,土体最终含水率差异不大,并且随着距底板高度的增加呈下降趋势;干湿环境下水分迁移也受水分重分布及土颗粒结构重组等多方面的影响,初始含水率和干湿循环次数不同,主导因素也不同,土体水分迁移规律呈现出相应的多样化特征。