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期刊信息
  • 岩土力学
    Rock and Soil Mechanics
    (月刊,1979年创刊)
    主管:中国科学院
    主办:中国科学院武汉岩土力学研究所
    主编:孔令伟
    编辑:《岩土力学》编辑部
    ISSN 1000-7598 CN 42-1199/O3
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  《岩土力学》是由中国科学院武汉岩土力学研究所主办的综合性岩土力学与工程学术期刊。期刊被中国科学引文数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国科技论文统计源期刊,《中国期刊网》、《中国学术期刊(光盘版)》等机构全文收录,为中文核心期刊,同时也是国际三大检索系统之一的美国《工程索引》(EI compendex)文摘收录期刊(光盘版)。
  期刊主要报道岩土力学与岩土工程研究、测试技术与方法的新理论、新成果、新方法以及最新学术动态等。
  期刊多次获得“湖北省优秀期刊”、“湖北省优秀精品期刊”、“湖北省十大最具影响力自然科学期刊”称号、两次获得“百种中国杰出期刊”称号。   ...更多
当期目录
2022年, 第43卷, 第9期 刊出日期:2022-09-12
上一期   
基础理论与实验研究
水汽补给下砂土冻胀量与微观结构参数关联研究
雷华阳, 张文振, 霍海峰, 冯双喜, 李其昂, 刘汉磊,
岩土力学. 2022 (9):  2337-2346.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1985
摘要 ( 163 )   PDF(12394KB) ( 460 )  
水汽补给可诱发砂土填料的冻胀。基于自主研发的水汽迁移和冻胀试验仪,研究了气态水补给下砂土含水率、温度和冻胀量变化规律;利用体视显微镜对冻结过程中砂土微观结构变化特征进行了研究,结合灰色关联理论分析了宏观指标冻胀量与微观参数之间的关联关系。结果表明:在水汽补给下砂土会发生明显冻胀,冻结 7 d 时冻胀量达到 3.45 mm。砂土经历冻胀后,大孔隙面积占比增加、中小微孔隙面积占比降低,孔隙数量占比变化趋势与面积占比相反,孔隙丰度值变化不大,孔隙定向角在各区间分布趋于更加均匀,孔隙定向概率熵整体呈震荡上升趋势,孔隙分形维数呈下降趋势。此外,利用灰色关联理论,建立了宏观参数冻胀量与平均孔径等微观参数之间的关联关系式,进一步揭示了水汽补给下砂土冻胀的微观机制。
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动载与长轴位置关系对椭圆形洞室围岩冲 击岩爆影响试验研究
王炀, 刘冬桥, 任富强, 胡天祥, 何满潮,
岩土力学. 2022 (9):  2347-2359.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1920
摘要 ( 82 )   PDF(17164KB) ( 272 )  
为探究扰动荷载与椭圆形洞室长轴的相对位置关系对冲击岩爆特征的影响机制,采用含椭圆形孔洞的长方体试样,在真三轴加载条件下,设置了扰动方向与椭圆长轴平行和垂直的两种位置关系,开展了椭圆形洞室冲击岩爆试验。结合录像装置,从岩爆弹射破坏过程、弹射速度、破坏模式及碎屑尺度几个方面讨论了椭圆形洞室冲击岩爆特征差异。试验结果表明,两种不同位置关系的试样岩爆过程相同,并且爆坑都呈现出 V 字型。扰动方向与椭圆长轴垂直的试样在初始破坏应力、岩爆破坏应力、岩爆弹射速度,爆坑尺寸、碎屑质量以及粗粒碎屑占比上均要小于扰动方向与椭圆长轴平行的试样。扰动方向与椭圆长轴垂直的试样的碎屑特征主要表现为薄片长条状。扰动方向与椭圆长轴平行的试样能明显提升洞室结构的承载力,但是岩爆现象更加剧烈,其碎屑特征主要表现为厚板状。
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水合物储层伺服降压开采模型试验研究
王心博, 王路君, 朱斌, 王鹏, 袁思敏, 陈云敏,
岩土力学. 2022 (9):  2360-2370.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1956
摘要 ( 48 )   PDF(14841KB) ( 46 )  
深海水合物赋存于一定的温度和压力环境下,降压开采时降压速率对分解产气速率和储层变形特性影响显著。利用浙江大学自主研发的水合物降压开采试验装置,通过伺服控制降压速率,初步开展了水合物储层模型降压开采试验,研究了储层温度场、孔压场、产气量等的响应特性,探讨了降压速率对产气效率和储层变形特性的影响规律。试验表明:水合物竖井降压开采时,开采井周围储层温度率先下降,分解域由井周逐步向周围发展。适当提高降压速率能够提高储层开采效率,但降压速率过快时易导致水合物重生成,反而不利于水合物高效持续稳定开采,开采时应选择合理的降压速率以达到最优产气效率。开采过程中根据储层孔隙与外界连通程度,储层孔隙状态可分为完全封闭型、局部封闭型和开放型3种类型。储层开采试验完成后,浅层土体出现 3 种不同变形特征的区域:I 区为井周土层,呈漏斗型下陷;II 区土层平坦,无明显扰动痕迹;III 区为边界土层,该处水气产出受阻导致部分气体向上迁移引起土丘状隆起带出现。这些变形特征与气体在储层中的迁移路径和运移模式相关。通过相似性分析,给出了模型与原型分解时间和产气量等的对应关系。
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刚性挡墙后非饱和土破坏模式及主动土压力计算
邓波, 杨明辉, 王东星, 樊军伟,
岩土力学. 2022 (9):  2371-2382.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1924
摘要 ( 68 )   PDF(11072KB) ( 82 )  
目前主动土压力计算方法多仅针对土体处于饱和或干燥状态,忽略了其从非饱和到局部饱和,或饱和到非饱和的渐变过程,进而导致计算结果失真。鉴于此,首先开展了一系列刚性挡墙非饱和砂土主动土压力模型试验,揭示了墙后土体的破坏规律:(1)墙后土体顶部出现了近似竖直裂缝,且其发展深度随墙面粗糙度和含水率的增加而变大;(2)墙土界面摩擦对塑性区形状影响较小,且在挡墙移动过程中,墙后土体塑性区形状始终近似保持为平面。在试验基础上,引入广义有效应力原理,基于极限平衡分析建立了考虑吸应力效应的非饱和土主动土压力计算方法,理论与试验实测值表明,所提方法相比其他方法,更接近于试验值。分析了各主要因素对非饱和土压力分布规律的影响,结果表明:主动土压力随有效内摩擦角值增加而减少,而界面摩擦角对其分布影响较小;相比于无吸力情况,考虑吸力时主动土压力更小;随着进气值增加,吸应力对主动土压力的贡献减少,最终趋于恒定。
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絮凝−真空−电渗联合加固滩涂软土的模型试验研究
张雷, 吕延栋, 王炳辉, 金丹丹, 竺明星, 方晨,
岩土力学. 2022 (9):  2383-2390.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1890
摘要 ( 38 )   PDF(7324KB) ( 32 )  

针对真空预压作用下排水板淤堵与排水条件受限等问题,提出絮凝−真空−电渗联合加固法。首先通过沉降柱试验确定合适的有机絮凝剂,然后采用该絮凝剂,分别在 48 h(开始介入真空预压,固结度为0 )、60 h(排水速率明显下降,固结度为60%)及 84 h(排水速率近乎 0,固结度为 80%)时介入电渗,开展不同电渗介入时间的絮凝−真空−电渗联合加固试验。试验从排水量、十字板剪切强度、含水率与孔压等对比分析联合加固的有效性,确定其最佳电渗介入时间。试验结果表明:当固结度为 80% 时介入电渗,絮凝−真空−电渗联合加固法能够有效地抑制排水速率减小的趋势,增长有效排水时间。同时,土体的抗剪强度和承载力亦得到大幅提升,孔压消散更加均匀。此外,在阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的作用下,初始排水速率快,在一定程度上使土体的渗透性得到提升,有效地解决了排水板淤堵问题,说明絮凝−真空−电渗联合加固法具有较强的优越性。

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三轴应力下水对泥质砂岩力学特性 影响的试验研究
周辉, 宋明, 张传庆, 杨凡杰, 路新景, 房后国, 邓伟杰,
岩土力学. 2022 (9):  2391-2398.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.0637
摘要 ( 86 )   PDF(11053KB) ( 284 )  
复杂应力状态下泥质砂岩遇水软化,严重降低围岩承载力,导致围岩破坏范围和变形压力增大,严重威胁输水隧洞运行期安全。为此,以兰州水源地输水隧洞泥质砂岩为研究对象,开展了不同浸润时间下的三轴压缩试验研究。试验结果表明,随着浸润时间的延长,泥质砂岩岩样峰值强度和残余强度对围压的敏感程度逐渐降低,水在一定程度上降低了峰值强度和残余强度对围压的敏感程度;浸润前期,残余强度随浸润时间的降低速率明显小于峰值强度随浸润时间的降低速率,水对泥质砂岩岩样峰值强度的软化作用较为明显;泥质砂岩岩样的峰值强度、残余强度和弹性模量均随浸润时间的增长呈负指数关系减小;随着围压的升高,浸润时间对弹性模量的影响程度逐渐减弱,围压升高在一定程度上降低了水对泥质砂岩岩样弹性模量的软化作用。
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桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法初探
金鑫, 王铁行, 郝延周, 赵再昆, 张亮, 张猛,
岩土力学. 2022 (9):  2399-2409.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1904
摘要 ( 35 )   PDF(11120KB) ( 23 )  
为确定桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷量的合理取值,开展桩−土界面大型剪切试验,研究桩间黄土卸荷湿陷状态下桩−土界面剪切强度、剪切位移及桩−土界面法向力之间的相关关系。结果表明:在桩间土中性点深度范围内,不同竖向应力和含水率状态下的桩−土界面剪切强度可代表桩侧负摩阻力。利用卸荷量与桩侧负摩阻力互为作用力与反作用力的力学原理,并在分析卸荷量随湿陷深度和湿陷进程变化规律的基础上,提出黄土卸荷湿陷过程中卸荷量计算方法,通过对比卸荷量计算值与不同黄土地区桩侧负摩阻力现场实测值,以验证其合理性。该方法不仅为科学评价黄土卸荷湿陷特性提供卸荷作用量化手段,还为相关黄土工程的优化设计提供理论参考依据。
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基于线黏弹性接触的落石冲击地面参量理论研究
陈泰江, 向欣, 章广成,
岩土力学. 2022 (9):  2410-2420.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1957
摘要 ( 44 )   PDF(10293KB) ( 122 )  

落石与坡面或者防护结构接触过程中冲击参量随时间变化特征是描述落石碰撞过程的重要指标,对于揭示落石与坡面相互作用机制以及采取合理的防护措施具有重要的意义。在现有的相关设计规范中,并没有给出关于落石冲击力时程关系的计算方法,仅参照有关规范或经验方法确定一个落石最大冲击力值。为此,首先基于线黏弹性接触理论,建立落石冲击地面力学模型,根据位移-速度组合初始条件以及速度-加速度组合初始条件分别推导得到两种落石冲击特征参量理论解析解;然后基于 ANSYS/LS-DYNA 非线性动力学软件,建立落石冲击地面三维数值模型,研究球体落石冲击地面力学特点;最后将理论结果对比室内试验和已有的研究成果,得出以下结论:(1)Hertz 弹性接触理论结果中各参量变化在加载阶段和恢复阶段均呈现对称的趋势,速度、加速度初始条件下的落石冲击特征参量和动力有限元法非常接近,而位移-速度初始条件组合并不适用于研究落石冲击下的动力特征;(2)不同速度和下落高度下,落石最大冲击力值随落石下落高度和冲击速度的增大而增加,而落石冲击作用时间随下落高度和冲击速度的增加而减小;(3)计算结果得到的落石最大冲击力以及落石冲击作用时间与室内试验结果和已有成果相接近,相比室内试验和有限元结果的震荡性,此结果更能体现落石冲击力变化规律;  (4)多种冲击速度下,对比不同方法得到的落石最大冲击力,可知计算结果均在各种冲击力计算结果的范围内,具有很好的可靠性。考虑到现有研究理论的不足,难以求解落石冲击力时程关系,求解结果丰富了落石碰撞理论,可以指导工程有关落石灾害的防护设计。

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矿渣−粉煤灰地聚合物固化砂土力学特性研究
张津津, 李博, 余闯, 张茂雨,
岩土力学. 2022 (9):  2421-2430.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1925
摘要 ( 62 )   PDF(8854KB) ( 55 )  
硅酸盐水泥作为常规的土壤固化剂存在高能耗、高排放等问题,研究人员一直在寻求一种更加经济环保的水泥代替品。使用基于高炉矿渣(ground granulated blast-furnace slag,简称 GGBS)、粉煤灰( fly ash,简称 FA)的地聚合物对砂土进行加固,通过调整激发剂的种类和配比、矿渣与粉煤灰比例、水灰比和养护条件等,研究不同因素对地聚合物固化砂土力学性能的影响。通过无侧限抗压强度(unconfined compressive strength,简称 UCS)测试、电子计算机断层扫描( computed tomography,简称 CT )分析、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称 SEM)对试样进行了深入研究。结果表明:基于 GGBS-FA  的地聚合物可有效地提高砂土的力学性能;复合激发剂的加固效果优于单组分激发剂;低温不会明显降低地聚合物固化砂土的最终力学性能,仅延缓了地质聚合反应和结构的形成;碱性环境对地聚合物固化砂土的强度有促进作用;酸性环境及长时间暴露在空气中,会降低地聚合物固化砂土的强度。
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低温−加载作用下白垩系砂岩的变形 破坏特性试验研究
屈永龙, 杨更社, 奚家米, 何晖, 丁潇, 张猛,
岩土力学. 2022 (9):  2431-2442.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1965
摘要 ( 49 )   PDF(14512KB) ( 133 )  
为探索低温和加载作用对陇东地区深厚富水白垩系砂岩的变形破坏特征的影响,利用 MTS-815 伺服岩石力学试验机和扫描电镜开展了不同岩性(中粒砂岩和粗粒砂岩)砂岩在不同温度(−30、−20、−10、−5、25 ℃)和围压(0、4、6、8 MPa)下单轴、三轴压缩试验和微观结构测试,对饱和白垩系砂岩的冻结−加载变形、破坏特征及内部机制进行了系统分析。结果表明,砂岩试样峰前孔隙压密变形较显著,且中粒砂岩更甚,温度降低和围压增大均可减弱压密变形而提高刚度和强度;试样峰后扩容变形明显。随着温度的升高,试样弹性模量 E、剪切模量 及体积模量 K均呈先快速、后缓慢的非线性衰减规律,且相同条件下中粒砂岩总是低于粗粒砂岩;泊松比 m  和拉梅常数 l  的变化规律与其相反;这些变形指标与温度的关系可由统一的指数模型较好表征。负温冻结时,中粒砂岩的冻胀破坏强于粗粒砂岩,呈横向开裂和点状凸起破坏;加载条件下试样破坏模式受岩性、温度和围压影响显著。两种冻结砂岩的变形破坏差异性内在机制是由其颗粒、孔隙等宏微观结构特征决定的。研究结果将为西部寒区软岩力学研究和煤矿冻结井筒设计提供参考。
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地面塌陷分布式光纤感测模型试验研究
韦超, 朱鸿鹄, 高宇新, 王静, 张巍, 施斌,
岩土力学. 2022 (9):  2443-2456.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1992
摘要 ( 41 )   PDF(16723KB) ( 37 )  
突发性地面塌陷对城市安全构成巨大威胁,掌握塌陷土体变形过程对地面塌陷事故的预测预报至关重要。基于分布式光频域反射(optical frequency domain reflectometry,简称 OFDR )和粒子图像测速(particle image velocimetry,简称 PIV)技术,开展了地面塌陷模型试验,研究了塌陷过程中土体沉降的时空分布规律,并探究了不同应变感测光缆锚固方式对光纤监测结果的影响。结果表明:光纤应变监测曲线准确地反映了不同塌陷阶段上覆土体的变形状态,揭示了土体内部应变的演化机制;在光缆上设置圆片锚板,可以有效增强光缆与土体界面的耦合变形程度;在一定的埋置深度下,随着锚板尺寸的增大,光缆与土体间的变形协调性越好。研究结果显示,分布式应变传感技术在地面塌陷变形监测中具有较好的适用性,为该类地质灾害的早期识别提供了一种有力的工具。
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基于主成分分析的多参数岩体结构面 优势分组方法研究
董福瑞, 王述红, 侯钦宽
岩土力学. 2022 (9):  2457-2470.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1938
摘要 ( 33 )   PDF(18898KB) ( 24 )  
对赋存于岩体内的结构面进行统计分析、分组聚类,是进行岩体工程稳定性分析的基础。考虑到结构面的力学和水力学性质受产状、迹长、张开度、粗糙度和充填状态等诸多因素共同影响,提出一种基于主成分分析的多参数岩体结构面优势分组方法。首先,利用主成分分析法选取多参数岩体结构面优势分组的判据,并计算其参与相似性度量的权重值。进而,基于退火遗传算法搜寻模糊 C 均值聚类算法的全局最优初始聚类中心。最后,以待分组结构面与聚类中心的距离加权和最小的方式建立目标函数,实现多参数岩体结构面优势分组。对计算机模拟的 200 个结构面进行多参数优势分组并与其他方法对比,计算结果表明,该方法具有较高的分组精度。将该方法用于重庆市三环高速花阳隧道实测结构面多参数优势分组中,分组结果合理、可靠,进一步验证了该方法具有较好的工程应用价值。
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考虑填充和黏结作用的含水合物 沉积物弹塑性本构模型
刘燕晶, 王路君, 朱斌, 陈云敏,
岩土力学. 2022 (9):  2471-2482.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1994
摘要 ( 39 )   PDF(11230KB) ( 187 )  
天然状态下水合物生成后往往填充于沉积物土骨架孔隙中或黏结于相邻土颗粒之间,对沉积物具有填充和黏结作用,改变了沉积物原有孔隙比和密度,影响了沉积物的物理力学特性,因此在描述含水合物沉积物的力学和变形特性时需考虑水合物填充和黏结作用的影响。基于黏土和砂土的统一临界状态本构模型(clay and sand model,简称 CASM),结合水合物侵入孔隙的致密化特性,通过提出等效孔隙比来反映水合物的填充作用;同时引入黏聚强度来反映水合物对沉积物的黏结作用;并利用状态参数来反映土体的应力状态和剪胀性,采用非相关联流动法则,进而建立能够描述水合物填充和黏结作用的含水合物沉积物弹塑性本构模型。通过与室内试验结果和已有本构模型对比,表明所提模型能较好地模拟含水合物沉积物的应力−应变关系,可有效地描述水合物含量、有效围压对沉积物的强度、刚度、剪胀性等力学特性的影响规律。
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土−桩基−隔震支座−核岛地震反应试验研究
景立平, 吴凡, 李嘉瑞, 汪刚, 齐文浩, 周中一,
岩土力学. 2022 (9):  2483-2492.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1888
摘要 ( 32 )   PDF(12009KB) ( 117 )  

通过开展大型地震模拟振动台试验,对比研究了土−桩基−隔震支座−核岛结构和土−桩基−核岛结构的地震反应。试验采用橡胶铅锌支座作为基础隔震,放置于桩基承台和上部核岛结构之间,地基土采用某工程场地的均匀粉质黏土,试验输入的地震动时程,是由美国核电设计的 RG1.60 反应谱拟合而成。试验结果表明:隔震支座不仅可以改变上部结构频率、减小加速度和反应谱幅值大小,还可以减少下部桩的弯矩,起到降低上部结构的反应的隔震作用。但隔震支座的使用会改变桩基础的弯矩分布,核电工程采用隔震支座时应对桩基受力和变形进行特殊抗震设计,以保证土−桩−上部结构整体系统的抗震稳定性。

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基于CT扫描单轴压缩下注浆体试块裂隙 动态演化过程试验研究
朱昌星, 孙家鑫, 王彦伟
岩土力学. 2022 (9):  2493-2503.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0407
摘要 ( 61 )   PDF(10635KB) ( 235 )  

为了研究注浆体在荷载作用下裂隙动态演化过程,以级配砂砾注浆试块为研究对象,利用 CT 扫描系统对其单轴压缩破坏过程进行阶段性扫描。通过图像重构技术实现注浆体试块内部裂隙结构空间可视化,定量表征裂隙数目和体积等结构特征参数;采用 Python 编程对 CT 切片的灰度值和分形维数进行计算,分析试块不同阶段的细观损伤程度。结果表明:整个压缩阶段,注浆体试块内部裂隙体积呈现缓慢上升−缓慢下降−缓慢上升−急速上升趋势,裂隙数目呈现先增大后减小的趋势;裂隙扩展遇到砂砾时,多为绕砾扩展,少数情况出现穿砾扩展,裂隙分叉扩展多发生在水泥基体与砂砾的界面处;按试块内部裂隙演化过程可将破坏分为4个阶段:初始缺陷扩张阶段、压密阶段、裂隙加速扩展阶段和裂隙贯通阶段;试块同一阶段同层切片的损伤变量与分形维数在数值上呈现一定的正相关性,与其裂隙体积演化趋势相似。研究成果可为深入研究注浆体失效过程及裂隙演化规律提供参考依据。

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微生物胶结砂岩型铀矿砂的抗渗性能试验研究
贺桂成, 谢元辉, 李咏梅, 李春光, 唐孟媛, 张志军, 伍玲玲
岩土力学. 2022 (9):  2504-2514.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0011
摘要 ( 40 )   PDF(10758KB) ( 28 )  
地浸采铀产生的污染物通过渗透迁移作用威胁地下水资源,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈,而微生物胶结技术能有效地降低砂岩铀矿的渗透性,是目前抑制污染物向采区周围地下水迁移的有效方法。因此,选用巴氏芽孢杆菌,分析其耐酸性;利用自行研制的砂岩型铀矿砂渗透系数试验装置,测得不同胶结液浓度、不同菌液与胶结液体积比以及不同注浆轮次条件下砂岩型铀矿砂的渗透系数,确定其最优的参数配比;采用扫描电镜(scanning election microscopy,简称 SEM)和X射线衍射光谱(X-ray diffraction,简称 XRD)等设备,表征微生物胶结前后铀矿砂的矿物成分及其微观结构,研究其微生物胶结抗渗机制。研究结果表明:巴氏芽孢杆菌在 pH = 4 时仍具有较好的繁殖能力和脲酶活性,能适应铀矿砂的酸性环境;在一定范围内增大胶结液浓度、菌液与胶结液的体积比可以促进碳酸钙的生成,最佳的胶结液浓度为 1 mol/L、菌液与胶结液体积比为1:3、注浆轮次为7时,注浆后铀矿砂的减渗率达到 95.33%;胶结后铀矿砂的渗透系数随注浆轮次的增加而降低,经过11轮注浆后铀矿砂的减渗率高达99.75%,渗透系数下降到 2.8×10−5 cm/s;沉积的碳酸钙晶型主要为方解石,方解石堵塞铀矿砂粒间孔隙,并将矿砂颗粒胶结成整体,是铀矿砂渗透系数降低的主要原因。微生物诱导碳酸钙沉淀胶结铀矿砂的抗渗机制为控制和减少地下水污染提供重要的理论指导。
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不同渗透水压下完整泥页岩剪切−渗流特性研究
马利遥, 胡斌, 陈勇, 崔凯, 丁静,
岩土力学. 2022 (9):  2515-2524.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2013
摘要 ( 38 )   PDF(9406KB) ( 33 )  
为了探索高压水力浸润带和消落带岩体在压剪荷载与流体入渗双因素耦合作用下剪切渗流特性的衍化规律,利用自主研发的一套新型岩石剪切−渗流耦合试验系统,对饱水泥页岩进行了常法向荷载条件下不同渗透水压的剪切−渗流耦合试验和剪切蠕变−渗流耦合试验。试验结果表明:(1)随着渗透水压力的增加,饱水泥页岩剪切强度峰值、法向变形峰值以及剪切蠕变破坏强度均有所下降,说明渗透水压力对岩样力学强度具有损伤效果。(2)在剪切−渗流耦合试验过程中,岩样剪应力与法向变形在线弹性变化的末期会出现明显的上下波动现象,并伴有水流流出,剪应力和法向变形的突变点在时间上具有一致性。(3)在剪切蠕变−渗流耦合试验过程中,水流渗出速率与渗透水压力大小呈正相关,随着剪切荷载施加等级的提高,岩样蠕变变形量增大,单位时间内累计渗出水量亦有所提升。
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基于自组织临界理论的岩石声发射能量 与时间的统计分析
孙冰, 唐文福, 曾晟, 侯珊珊, 方耀楚,
岩土力学. 2022 (9):  2525-2538.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1878
摘要 ( 32 )   PDF(18484KB) ( 37 )  
自组织临界理论为无序和非线性复杂系统的行为特征和演化模式提供了新的解释,基于该理论探讨岩石破裂演化的规律。考虑到体型对其破坏特征的影响,制作了立方体和圆柱体两种体型岩石试件,开展单轴压缩和声发射试验,分析岩石破裂演化过程中自组织临界点前后的声发射信息,根据声发射能量概率密度、声发射空间定位及等候时间的分布,对临界指数 κ、余震分布指数 α 和等候时间分布指数 δ 等参数进行统计。结果表明:不论是立方体还是圆柱体试样,其破坏过程均是一个由低能值的无序稳定态向高能值的有序非稳定态发展的自组织过程,体型对其破坏的自组织过程影响较小,立方体试件相对圆柱体试件,前者从受压到自组织第一临界点(体积膨胀起始点)的持续时间相对较久,且由第一到第二临界点(峰值强度点)的自组织演化过程更迅速,其破坏更具规律性,破坏预测优于后者;立方体试件在受压过程中趋于多向应力状态,对岩石内部裂缝的发展具有一定的限制作用,破裂全过程的临界指数较大,圆柱体试件的局部屈服弱化特征较明显,在受压作用下更容易导致裂隙的发展,破裂全过程的临界指数较小;对于岩石的Omori定律分布统计指数 α,立方体试件破裂自组织演化过程中第二阶段声发射余震分布的 α 值大于1,而圆柱体试件的 α 值小于1,表明立方体试件在第二临界点出现前已进入了临界失稳状态;在大的等候时间差范围内(>0.1 s),试件破裂自组织演化过程第二阶段的临界指数相对第一阶段较大,意味着新裂纹出现的频率随着破裂的自组织演化而加剧,声发射能量的临界特征可以较好反映岩石破裂过程中的内部响应。
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颗粒级配及初始干密度对路基翻浆冒泥特性的影响
丁瑜, 贾羽, 王晅, 张家生, 陈晓斌, 罗昊, 张宇,
岩土力学. 2022 (9):  2539-2549.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1971
摘要 ( 39 )   PDF(11271KB) ( 28 )  
重载铁路路基翻浆冒泥病害广泛存在且危害性极大,严重影响了轨道的稳定性和列车运行的安全性。铁路路基土体性质,如颗粒级配、孔隙比等对列车荷载作用下路基翻浆冒泥特性有显著的影响。利用自主研发的试验模型对粉质黏土与不同含量高岭土重塑试样进行翻浆冒泥试验,研究了不同颗粒级配(高岭土含量)、不同初始干密度(孔隙比)对循环荷载作用下试样的轴向应变、超孔隙水压力以及细颗粒迁移特性的影响。研究结果表明:随着高岭土含量以及初始干密度的增加,动荷载作用下试样产生的轴向应变、超孔隙水压力均减小,细颗粒迁移的平均高度降低,路基翻浆冒泥的程度减轻。通过试验发现,动荷载作用下试样内部的超孔隙水压力梯度是驱动路基土体细颗粒迁移的主导因素,试样产生的夹层对路基翻浆冒泥病害的发展具有一定的促进作用。
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包裹式土工格栅−砂土相互作用对条形基础承载 力−沉降特性的影响研究
AHMAD Hussein, MAHBOUBI Ahmad, NOORZAD Ali, HOSEINI Mohammad Hosein,
岩土力学. 2022 (9):  2550-2567.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.00113
摘要 ( 40 )   PDF(20628KB) ( 37 )  
高质量材料的使用以及土层的处理是保持建筑结构稳定并保证其设计寿命的重要因素,尤其是在垫层较差的地区。对未加筋、土工格栅加筋和折叠土工格栅加筋细砂上方的条形基础进行试验研究,以评估平面土工格栅层数、折叠土工格栅在土中的位置、土工格栅折叠层的厚度、折叠土工格栅的搭接长度、土工格栅折叠层的间距以及土工格栅的层数等因素的影响。与平面土工格栅加筋砂相比,折叠土工格栅加筋砂在静载作用下的性能更好。此外,在基础下方一定深度处存在一个临界区域。在该区域内,折叠土工格栅会导致基础沉降量增加。这一临界区域会影响较小基础宽度处的砂土特性。试验结果表明,折叠土工格栅的最优埋置深度为基础宽度的 0.41,厚度为基础宽度的 0.20。增加折叠土工格栅的层数可以明显减少沉降比。该试验表明,包裹式加筋可以显著提高结构框架的承载能力,减少沉降,并使得它们可以在狭小的空间中使用。
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岩土工程研究
三峡库区顺层灰岩岸坡劣化−溃屈灾变机制研究
闫国强, 殷跃平, 黄波林, 胡雷,
岩土力学. 2022 (9):  2568-2580.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2009
摘要 ( 36 )   PDF(24708KB) ( 31 )  
三峡库区巫峡段发现多处顺层岸坡滑移−弯曲变形迹象,库水循环涨落加剧了岸坡前缘劣化损伤与失稳破坏。以巫峡段青石 6号坡为例构建室内概化模型,开展顺层灰岩岸坡在消落带岩体劣化下的灾变机制研究。研究结果表明:蓄水前岸坡整体长期处于稳定状态。随着劣化进行,蓄水后岸坡变形加剧直至溃屈破坏,岩体劣化缩短了劣化−溃屈失稳进程。运动学分析显示,溃屈破坏时同一岩层达到速度峰值近似。岩层“弯折点”后部运动特征较为一致,前部较为离散。溃屈破坏点是岸坡能量释放的转折点和顶点;随劣化演变位移、应力逐渐递增,呈现提前破坏征兆,溃屈破坏前后应力产生“集中−释放”。整体来看,应力变化提前于位移,表明应力监测更有效。应力监测的核心在于关键区段的确定,对于劣化−溃屈型岸坡来讲,前缘“挠曲段”处应力陡增可作为岸坡临界失稳的重要表征;“劣化−溃屈”演化进程中后缘推挤始终存在,它是岸坡灾变的前提。但岸坡失稳的主导因素却是消落带岩体持续不断的劣化。青石 6 号坡当前处于向强烈弯曲隆起演化进程中,由于消落带岩体持续劣化,可能由稳定/基本稳定逐渐演变为欠稳定状态。
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基于Pasternak地基模型的非线性土抗力−桩 身侧向位移曲线在基坑支护桩中的应用
朱彦鹏, 吴林平, 施多邦, 赵壮福, 吕向向, 段新国,
岩土力学. 2022 (9):  2581-2591.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1936
摘要 ( 26 )   PDF(9714KB) ( 35 )  
支护桩作为基坑开挖过程中的直接挡土结构,在水平荷载作用下,桩身的内力与变形情况对基坑工程的安全性和经济性影响较大。为了更准确地计算支护桩的内力与变形,依据桩−土相互作用的非线性土抗力−桩身侧向位移(p-)曲线,得到呈非线性变化的地基反力模量,同时引入 Pasternak 双参数地基模型充分考虑桩侧土体受力变形的连续性,推导了考虑桩−锚变形协调的支护桩挠曲微分方程,并利用传递矩阵法求得支护桩的内力与变形。结合工程实例编制计算程序,并将程序计算结果与监测值、基于传统 Winkler 地基模型的 p-y 曲线法计算结果对比分析,发现传统 Winkler 单参数地基模型会高估支护桩的水平变形和内力,而程序计算的位移和弯矩能更好地满足工程实际要求。进一步采用有限元软件对工程实例进行数值模拟分析,验证基于非线性 Pasternak 双参数地基模型的基坑支护桩计算方法的合理性和适用性。
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复杂支护条件下深基坑支护桩−冠梁−支撑 的变形协调及空间效应研究
莫品强, 刘尧, 黄子丰, 滕鸿博, 陈斌, 陶祥令,
岩土力学. 2022 (9):  2592-2601.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1265
摘要 ( 41 )   PDF(8589KB) ( 43 )  
针对深基坑复杂支护条件,基于弹性抗力法和结构力学力法建立了排桩挠曲线方程,提出了考虑支护桩-冠梁-支撑变形协调的计算方法,并编制了图形界面程序。对比分析工程实测数据,验证了所提方法的有效性。通过算例分析了冠梁和支撑的空间与尺寸效应在支护结构变形中的控制作用。研究结果表明,支护结构变形与冠梁和支撑的尺寸及空间布置具有明显的非线性相关关系。对于无腰撑的支护结构,冠梁最大位移随支撑间距的增大呈指数型增大,支护桩位移最大值发生在桩身1/3左右深处,随着支撑间距的增大而逐渐向桩顶偏移;当支撑刚度足够大时,增大支撑刚度限制支护结构变形效果不明显,且边跨冠梁的位移始终大于中跨;对于具体基坑工程,将冠梁截面宽度增大到一定宽度,能显著约束冠梁最大位移。
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数值分析
基于扩展Koppejan模型的被动桩−软土 时效性相互作用研究
李双龙, 魏丽敏, 冯胜洋, 何群, 张开鑫,
岩土力学. 2022 (9):  2602-2614.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1962
摘要 ( 28 )   PDF(19482KB) ( 25 )  
基于一维固结−蠕变试验,综合考虑软土主固结效应和蠕变效应,选择一维 Koppejan 模型刻画软土变形的时效特性,并将该模型以增量形式扩展至三维应力空间,基于 ABAQUS 平台开发相应的材料模型子程序。将该子程序应用于以桩基−堆载现场试验为原型的桩−土耦合作用数值分析,研究长期堆载条件下桩身响应、桩侧附加压力及桩间土拱效应的时效性变化规律,揭示被动桩−软土时效性相互作用机制。结果表明:堆载引发的桩侧附加荷载主要分布在相对软弱土层范围,并随着堆载时间的延长而增大,但其分布范围基本不变;随着堆载时间延长,被动桩段桩间软土的塑性区持续增大,主应力拱拱高持续减小,土拱效应持续弱化,土拱效应的弱化规律随堆载条件的改变而改变;堆载距离越小或堆载强度越大,桩身响应达到稳定增长阶段的时间越长,软土变形对桩身响应的时效性影响愈加显著;软弱土层厚度不同,桩身承受的附加荷载分布范围不同,致使堆载条件和堆载时间对桩身响应分布的影响程度也不同。推导的扩展 Koppejan 模型较好地反映了被动桩基−软土时效性相互作用过程,可为有关桩基长期横向变形的预测与研究提供参考。
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基于台阵观测的基岩地震动入射波分离 方法及数值验证
阮滨, 吉瀚文, 王苏阳, 贺鸿俊, 苗雨
岩土力学. 2022 (9):  2615-2623.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2008
摘要 ( 25 )   PDF(13071KB) ( 29 )  
基岩地震动的准确输入对复杂场地地震效应特性评价结果的合理性具有重要影响。采用重启动−迭代的方式将基岩观测记录中包含的入射波与下行波分离,并将入射波作为输入信号转换为等效节点力与黏弹性边界组合作为地震动输入形式和基岩边界条件,提出了一种可用于场地数值模拟分析的入射波分离方法。采用日本 KiK 强震观测台网的 IKRH01 台阵进行数值验证,将该方法与现有直接节点力输入方法、加速度输入方法对比,并引入井上/井下谱比法从频域分析场地放大效应,结果表明:(1)入射波分离方法可以分离台阵基岩处入射波并实现地震动的精确输入;(2)采用入射波分离方法得到的谱比值与台阵观测谱比的 2~6 阶波峰吻合较好,说明该方法能有效模拟地震场地反应;(3)对比考虑与不考虑下行波的谱比,发现 0~10 Hz以内井上/井下谱比主要受下行波干涉影响,入射波引起的场地放大效应并不显著。
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液氮冻结加固冻结管内换热机制及 对流换热系数研究
黄建华, 严耿明, 覃少杰,
岩土力学. 2022 (9):  2624-2633.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1909
摘要 ( 35 )   PDF(10647KB) ( 25 )  
液氮冻结加固是通过液氮在冻结管内沸腾吸热和对流换热来降低环境土层温度,快速冻结土层中水分形成具有支护效果的冻结帷幕。但相较于传统的盐水冻结技术,液氮冻结温度极低,温度场分布不均匀,影响冻结效果的因素更多,对液氮冻结过程热交换的研究较少。依据对流换热理论,分析了管内冻结能量交换过程,计算了液氮吸热的对流换热系数,模拟了液氮冻结温度场特征,并结合现场实测数据对液氮对流换热系数进行反传热分析,降低了对流换热系数计算误差。研究结果表明:液氮吸收热量的方式主要是液氮沸腾吸热以及低温氮气对流换热;以对流换热理论及其换热系数为基础的液氮冻结温度场模拟需要考虑换热系数随冻结时间和冻结深度变化,常量换热系数无法精确反映对流换热全过程,将导致积极冻结期与维护冻结期内温度下降趋势与实测情况、模拟温度与实测温度均产生差异,计算的温度场整体温度偏低;将冻结时间划分为 16个时间段,冻结空间划分为 4个区域,对换热系数进行非均匀性修正,使换热系数成为随冻结时间与空间变化的变量,不仅符合实际而且减小了误差,更契合工程实测数据。研究成果可为类似液氮冻结工程提供理论依据和技术参考。
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张拉−剪切破坏模式下边坡三维临界滑 面的Cauchy问题
王娇, 林姗, 罗柳, 郑宏, 孙冠华, 龙万学,
岩土力学. 2022 (9):  2634-2642.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1959
摘要 ( 47 )   PDF(8218KB) ( 42 )  

边坡失稳常表现为压剪−张拉破坏等复杂形态。基于有限元−强度折减法,获得边坡的极限应力场和应变场,从三维边坡的极限应力场出发,考虑剪切−张拉两种破坏模式,将边坡临界滑面定位问题转化为求解一阶拟线性偏微分方程的初值问题,即Cauchy 问题。在边坡后缘等拉应力区采用张拉破坏模式,在被动滑动区域采用 Mohr-Coulomb 屈服准则的剪切破坏模式,在未假定滑面几何形式和未指定滑动模式的前提下自动确定临界滑面。分别研究了缓倾结构面的三维边坡和陡倾结构面的三维边坡,描述了二者的几何特征和分布形态,并与无节理均质边坡进行了对比分析。结合物理模型试验,开展了均布荷载作用下均质边坡在极限应力状态下的破坏特征研究,验证了方法的正确性和可靠性。

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