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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
2020年, 第41卷, 第11期 刊出日期:2020-11-11
上一期   
基础理论与实验研究
场地类别分类方案研究
陈国兴, 丁杰发, 方怡, 彭艳菊, 李小军,
岩土力学. 2020 (11):  3509-3522.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0154
摘要 ( 145 )   PDF(16206KB) ( 430 )  
基于性能的抗震设计,要求工程师设计出具有预期抗震性能的结构,一个关键因素是地震作用的确定,这在很大程度上取决于局部场地条件。通过收集和分析北京、苏州和唐山城区956个钻孔资料,建立地表20 m和30 m深土层走时平均剪切波速VS20和VS30的关系式;现场钻探获取北京城区深105 m的典型钻孔原状土样,试验给出各类土体动剪切模量和阻尼比曲线;建立北京城区170个钻孔的场地反应计算模型,采用Nakamura提出的HVSR法和陈国兴等提出的弱震法估算场地基本周期TS值,结合国内外现行抗震规范的场地分类及一些学者对场地分类的研究成果,提出两种新的场地分类建议方案:基于等效剪切波速VSE和覆盖土层厚度H(地表至剪切波速VS ≥ 500 m/s的基岩深度)的双指标场地分类方案及基于VSE、H和TS的三指标场地分类方案。提出的场地分类方案对我国现行抗震规范场地分类方法的改进有参考价值。
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基于圆盘裂隙物理模型的岩体单一 裂隙渗流规律试验研究
王明玉, 刘庆哲, 曲辞晓, 李金柱,
岩土力学. 2020 (11):  3523-3530.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0250
摘要 ( 56 )   PDF(7019KB) ( 46 )  
岩体中裂隙平行板渗流模型被广泛地应用于实际岩体裂隙渗流过程与特征的定量描述与刻画,但实际岩体裂隙渗流的空间域与平行板假设可能相差甚远。因此,裂隙平行板渗流模型应用于实际裂隙渗流条件下的模型有效性及适宜的修正表达方法成为关注点。选取更接近实际裂隙空间分布的圆盘形状,在室内构建单圆盘裂隙物理模型。通过改变圆盘裂隙的隙宽和裂隙相交产生的水流进出口交线长度,进行不同压力梯度下的渗流试验,探讨不同岩体隙宽和交线长度下的裂隙水渗流规律。试验结果表明,针对不同雷诺数下的非达西流态,达西定律模型在一定程度仍能较好地刻画岩体裂隙渗流量和压力梯度的统计关系,但Forchheimer模型精准度更高。值得注意的是,Forchheimer模型中参数A与B的计算式需要修正。提出了修正方法,并依据试验数据获得了具有一定应用范围的A与B相应修正计算式。研究成果可望为岩体中单一裂隙及复杂裂隙网络渗流研究与工程应用提供一定理论基础与方法借鉴。
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不同冷却条件对高温砂岩物理力学性质的影响
金爱兵, 王树亮, 魏余栋, 孙浩, 韦立昌,
岩土力学. 2020 (11):  3531-3539.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0232
摘要 ( 65 )   PDF(11203KB) ( 72 )  
岩石工程可能会经受高温环境。岩石高温后冷却方式的不同往往会导致岩石物理力学性质产生重大变化,这对岩石工程的稳定性、渗透性等都会产生重要影响。采用核磁共振(MRI)、电镜扫描(SEM)和单轴压缩试验对100、300、500、600、800 ℃ 5种不同温度砂岩经两种不同冷却方式(自然冷却和水中冷却)后的孔隙率、孔径分布、峰值强度、峰值应变、应力-应变关系以及微观结构变化等进行研究。试验结果表明:自然冷却时,高温砂岩强度并非随温度升高而持续降低,而水冷却会导致砂岩强度持续降低,且降低幅度远超自然冷却;500 ℃可以看作不同冷却方式对砂岩孔隙率影响的临界值,超过500 ℃,水冷却方式会导致孔隙率急剧增长,大孔径(Ф 10 μm)孔隙所占比例也高于自然冷却,因此,高温砂岩工程采用水冷却方式(如隧道着火后用水灭火)要充分考虑由此可能带来渗透危害;SEM测试表明,当温度 500 ℃时,水冷却对裂纹的增宽和扩展产生促进作用;当温度达到800 ℃时,水冷却砂岩孔洞变大,裂隙更加发育,并贯通连成网络,这会导致透水性大幅提高,同时,这也是该温度水冷却导致强度急剧降低的原因之一。
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冲击损伤砂岩动静组合加载力学特性研究
闻磊, 梁旭黎, 冯文杰, 王伟, 王亮, 常江芳, 袁维,
岩土力学. 2020 (11):  3540-3552.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0214
摘要 ( 54 )   PDF(11197KB) ( 38 )  
利用霍布金森压杆试验装置对灰砂岩试样进行预加静载的循环冲击,使试样产生初始损伤,并分析此过程中试样的损伤演化规律。使用能够施加轴压的霍布金森压杆进行预损伤试样动静组合加载试验,获得试样破坏模式、动态应力-应变关系等指标。基于应变等价原理分析预损伤试样动静组合加载条件下的总损伤变量,建立相应的损伤演化方程及损伤本构关系,并与完整试样进行对比。研究结果表明:循环冲击过程中试样损伤变量分为快速上升、低速发展、高速发展3个阶段,预加轴压越大低速发展阶段损伤变量平均值越小;相同动静组合加载条件下预损伤试样动态强度较小,完整试样应变率增强效应更加显著;循环冲击预损伤变量 、预加静载损伤变量 对于应力-应变关系的影响是较为复杂的, 、 值之和可能为负值;建立的本构关系与试验曲线具有较好的一致性,得到的总损伤变量曲线不仅能够解释试样宏观破坏与细观损伤过程的一致性,并且能够反映循环冲击和预加静载两种因素对岩石总损伤发展的非线性影响。
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分形岩石裂隙中渗流扩散运动的试验研究
崔溦, 邹旭, 李正, 江志安, 谢武,
岩土力学. 2020 (11):  3553-3562.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0174
摘要 ( 43 )   PDF(10583KB) ( 44 )  
由于存在大量粗糙不规则裂隙,使得岩体中流体运动极为复杂。针对天然粗糙岩石裂隙渗流试验存在物理模型隐蔽性和不可重复性等难点,基于三维Weierstrass-Mandelbrot分形函数构建了粗糙节理面的裂隙通道,采用3D打印技术获得了透明精细的裂隙模型,使用微流体控制仪研究了不同试验条件下的裂隙渗流扩散运动,分析了裂隙通道流量与压力水头、裂隙宽度和分形维数之间的关系。研究结果表明:与平行板立方定律近似,在分形裂隙中,裂隙通道流量与压力水头成线性关系;单宽流量与裂隙通道的宽度成近似的三次方关系;考虑分形维数影响时,相同条件下流过裂隙通道的流量随着分形维数的增加而增加;粗糙裂隙渗流立方定律可采用与分形维数相关的幂指数函数进行修正。
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应力状态对粗粒料力学特性影响的大型真三轴试验
姜景山, 左永振, 程展林, 潘家军, 张超, 韦有信,
岩土力学. 2020 (11):  3563-3572.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0191
摘要 ( 40 )   PDF(13299KB) ( 32 )  
土石坝所处的应力状态较接近平面应变应力状态或三维应力状态,而常规三轴试验低估了粗粒料的力学性能。应用大型真三轴仪对常规三轴应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态( 0.25, 为中主应力系数, 、 、 分别为大、中、小主应力)下粗粒料的力学特性进行了压缩试验研究。试验结果表明:相同小主应力下,常规三轴试验、平面应变试验、真三轴试验的大、小主应力之差与大主应力方向应变的关系曲线依次变高变陡。某一试验加载条件下,体应变随球应力的增大而增大,初始剪切阶段增加较慢,随后呈线性增大,不同小主应力的体应变曲线较为接近。平面应变试验强度和真三轴试验强度比常规三轴试验强度有较大增长,真三轴试验强度增加百分比大于平面应变试验强度增加百分比。初始弹性模量随小主应力的增大呈线性增大。平面应变状态下中主应力系数随大主应力方向应变的增大而增大,初始剪切阶段增长较缓,之后近似呈线性增大。相同小主应力下,从常规三轴应力状态至平面应变应力状态再到真三轴应力状态,小主应力方向应变均为膨胀变形,且膨胀变形依次增大。同一试验加载条件下,小主应力较小时,应力比(偏应力与球应力之比)与偏应变的关系曲线位于上方。
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黏土地基中桩顶扭矩-竖向荷载加载路径下 单桩承载特性分析
江杰, 王顺苇, 欧孝夺, 付臣志,
岩土力学. 2020 (11):  3573-3582.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0237
摘要 ( 28 )   PDF(8722KB) ( 35 )  
为探讨黏土地基中桩顶扭矩(T)与竖向荷载(V)共同作用下单桩的承载特性,对桩顶预加T后施加V,基于室内模型试验结果,结合边界元法对T→V加载路径下桩侧竖向极限摩阻力进行合理假设,采用MATLAB编制程序求得单桩在T→V加载路径下的非线性解,从而得到其承载力包络线。为方便应用于工程实际,对试验结果进行拟合,得出T→V加载路径下单桩承载力近似包络线表达式。研究表明:随着桩顶扭矩的增加,单桩承受竖向荷载的能力降低,且当扭矩荷载分量超过其极限值1/3时T-V组合效应更加明显;随着长径比 的增加,单桩的承载能力及抵抗变形的能力均在增强,且桩身变形主要发生在0~0.6L范围,因此对浅基础进行加固可以有效地减小变形;T→V加载路径下单桩的竖向极限承载力随着桩身弹性模量的增加而提高,但弹性模量增加10倍时,竖向极限承载力仅仅增加了26.74%,因此不宜通过提高混凝土标号来提高桩-土体系极限承载力。
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双孔结构非饱和压实土微观结构演化模型
蔡国庆, 吴天驰, 王亚南, 刘祎, 李舰, 赵成刚,
岩土力学. 2020 (11):  3583-3590.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0554
摘要 ( 28 )   PDF(7445KB) ( 34 )  
在最优含水率干侧压实的黏土一般具有明显的双孔结构,其集聚体间孔隙(又称宏观孔隙)和集聚体内孔隙(又称微观孔隙)对土体宏观水力和力学特性影响差异显著,同时,水-力耦合作用下两种孔隙的演化规律也存在明显不同。双孔结构非饱和土对应的孔径分布函数为双峰孔径分布形式,该分布函数可通过叠加宏观孔隙和微观孔隙的单峰孔径分布曲线得到,并通过平移量、缩放量和分散度3个演化参数对双孔结构土的孔隙演化规律进行描述。通过构建在力学及水力加、卸载过程中演化参数与孔隙比之间的关系,提出了适用于描述变吸力下非饱和压实土的微观结构演化模型。分别基于所开展的桂林红黏土压汞试验数据和文献中的米尼亚卢博瓦膨胀土试验数据,对所建立的微观结构演化模型进行参数标定,并通过模型预测结果与试验结果的对比,验证了所建立模型的适用性。
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基于3D-DIC技术的砂岩变形局部化 荷载速率效应试验研究
彭守建, 冉晓梦, 许江, 陈灿灿, 宋肖徵, 闫发志,
岩土力学. 2020 (11):  3591-3603.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0144
摘要 ( 35 )   PDF(11782KB) ( 37 )  
利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统研究了不同加载速率条件下砂岩的变形局部化特征。通过3D-DIC测试系统,获得了砂岩在三轴应力条件下的轴向及径向应变场云图,分析了加载速率对砂岩变形局部化的影响规律。研究表明:在峰值强度前,砂岩表面变形较为均匀;在峰值强度时出现应变集中现象,且在峰后阶段迅速扩展,最终形成贯穿试样表面的变形局部化带;随着荷载速率增加,砂岩的峰值强度、弹性模量、泊松比、峰值点轴向应变和峰值点径向应变均增大;当荷载速率从1×10–6 s–1增大到1×10–3 s–1时,变形局部化启动应力随之增大,且轴向及径向变形局部化启动应力水平即比值 和 分别从峰后的92.00%、93.75%变至峰前的97.17%、96.00%,表明砂岩变形局部化具有较为明显的荷载速率效应。
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地震作用下预应力锚索边坡的稳定性分析
贾志波, 陶连金, 史明
岩土力学. 2020 (11):  3604-3612.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0104
摘要 ( 39 )   PDF(7195KB) ( 57 )  
稳定性分析对边坡工程具有重要的意义。为探究地震对预应力锚固边坡的影响,基于预应力锚索具有安全储备的特点,分析了地震作用下边坡的分阶段模型。在传统Newmark法的基础上,采用拟动力计算,推导了顺层岩质边坡的位移、锚固力和安全系数计算公式。结合工程两个算例,探究了不同锚索模型和地震累积作用下的边坡变形规律。由结果可知,当锚索锚固力取固定值时,边坡计算位移偏大,随时间呈线性增长。当考虑锚索的安全储备时,位移增长速率随时间逐渐减小,最后趋近于定值。不同锚索模型对位移影响较大,锚索储备作用不可忽略。同时地震会对预应力锚固边坡产生永久性影响。当再次发生扰动时,其表现为临界滑动阈值的提升,位移增长率与受震经历的加速度幅值呈反指数变化。以露天矿区边坡为背景,在抗震设防标准下确定最佳支护方案。
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高阶段胶结充填体全时序应力演化规律 及预测模型研究
魏晓明, 郭利杰, 周小龙, 李长洪, 张立新,
岩土力学. 2020 (11):  3613-3620.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0585
摘要 ( 18 )   PDF(10491KB) ( 42 )  

目前金属矿山在高阶段采场胶结充填料浆流动沉积与充填体强度发展方面缺乏有效监测研究,导致采场充填体强度设计过于保守、充填成本过高。通过采用自主设计的应力监测系统,在4个分段水平进行预埋设,对采场胶结充填体在全时序(充填阶段、养护阶段、承载阶段)过程中进行实时应力监测,从而获得充填体内部三向应力的时空演化规律。研究结果表明:三向应力在充填阶段和承载阶段呈增加趋势,养护阶段趋于平稳。同时在4个分段水平中,竖向应力高于水平应力,充填阶段拱效应使51%~65%的自重应力转移成水平应力;承载阶段竖向应力与回采距离呈多项式分布规律。结合二步骤回采作业工序,揭示了胶结充填体拱效应与采动应力的运移机制。基于应力传递的双拱耦合作用,建立了高阶段采场胶结充填体的内部应力预测模型,进而可以精准确定充填体的所需强度。

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隧道突涌水机制与渗透破坏灾变过程模拟研究
周宗青, 李利平, 石少帅, 刘聪, 高成路, 屠文锋, 王美霞,
岩土力学. 2020 (11):  3621-3631.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0131
摘要 ( 33 )   PDF(13126KB) ( 60 )  
针对岩体渐进破坏和充填体渗透失稳两种典型突涌水灾害,阐述了动力扰动、开挖卸荷与高水压三者联合作用下岩体渐进破裂机制,以及高渗透压作用下充填体“变强度-变渗透性-变黏度”的渗透破坏机制。针对渗透破坏突涌水的变黏度机制,采用DEM-CFD耦合计算方法,开展了流体黏度对渗透破坏机制影响的定性模拟研究,分析了流体黏度对平均接触力、流量(流速)、孔隙率、颗粒运移过程、运移轨迹以及临界水力梯度的影响规律。结果表明,低黏度条件下的临界水力梯度比高黏度条件下的要小,换言之,低黏度条件下充填体更容易发生渗透破坏;平均接触力对水力梯度临界值的响应最为敏感,而流量难以准确反映该信息。从渗透破坏突涌水的变黏度机制这单一角度出发(不考虑渗透性增大的影响),随着黏性介质流入水体,流体黏度会增大,但流动速度会降低,两者共同作用下反而阻碍了渗透破坏过程的发展。最后,采用DEM-CFD计算方法,对工程尺度突涌水过程进行了模拟,再现了突涌水优势通道的形成与扩展过程,并指出了实现突涌水灾变机制模拟所需解决的参数选取与定量分析难题。
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珊瑚砂三维孔隙微观特性研究
崔翔, 胡明鉴, 朱长歧, 汪稔, 王新志, 王天民,
岩土力学. 2020 (11):  3632-3640.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0093
摘要 ( 21 )   PDF(14925KB) ( 27 )  
孔隙是多孔介质内渗流的发生场所,与介质渗透性存在必然的联系。珊瑚砂因其特殊的物质来源和形成过程,较陆源砂具有截然不同的孔隙特性。通过一系列微观研究手段,从本质上揭示了珊瑚砂特殊孔隙性质的原因。研究发现,从孔隙形状、孔喉尺寸和整体连通性3个角度描述孔隙性质较为合理。其中,孔隙形状用形状因子度量,孔喉尺寸包括孔隙半径和喉道半径,珊瑚砂多孔介质整体连通性利用配位数进行描述。而影响孔隙形状、孔喉尺寸和整体连通性的主导因素包括颗粒形状和颗粒表面粗糙度两方面。其中颗粒形状主要影响孔隙形状、喉道尺寸、孔喉尺寸离散性和介质内部连通性的均匀分布情况。颗粒表面粗糙度主要影响孔隙形状、孔隙形状离散性、孔隙尺寸和介质整体连通性。
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基于二元介质模型的砂类土 小应变剪切模量评价方法
吴琪, 刘抗, 郭启洲, 赵凯, 陈国兴,
岩土力学. 2020 (11):  3641-3650.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0298
摘要 ( 15 )   PDF(10418KB) ( 10 )  
为探讨初始有效围压 、孔隙比e及细粒含量FC对饱和砂类土小应变剪切模量 的影响,对具有不同物理特性的3类饱和砂类土进行了一系列均等固结弯曲元试验,结果表明:表征 对 影响程度的应力指数n为与土类相关的常数,且n与砂类土复合级配特性参数 有较好的指数相关性( 、 分别为纯砂粒、纯细粒的不均匀系数)。Hardin模型拟合参数A随FC的增大而减小,且两者呈现指数相关性:但拟合参数d与FC没有明显的单一相关性。结合文献中3类砂类土的 试验数据分析表明:各砂类土的应力修正小应变剪切模量 /( /Pa)n(Pa为标准大气压)随其等效骨架孔隙比 的增大而单调地降低,且两者呈现较好的幂函数关系,基于二元介质模型建立的广义Hardin模型可以合理评价具有不同 、FC以及e的各类砂类土的
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基于预应力锚和自应力注的深部裂隙 岩体锚注加固机制研究
张进鹏, 刘立民, 刘传孝, 孙东玲, 邵军, 李扬,
岩土力学. 2020 (11):  3651-3662.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0175
摘要 ( 24 )   PDF(11460KB) ( 24 )  
针对深部裂隙岩体水泥基注浆加固后由于材料自收缩造成浆岩界面松弛及充填空隙的问题,提出了基于预应力锚和自应力注的裂隙岩体锚注加固方法。建立了单裂隙岩体的自应力浆液加固模型和新型预应力锚注加固模型,通过物理试验研究普通锚注和新型预应力锚注加固裂隙砂岩试样的力学特征,通过工程应用验证了新型预应力锚注加固的有效性。结果表明:在一定范围内浆液膨胀约束应力越大,对裂隙岩体的加固作用越强,浆液膨胀约束应力和锚杆轴向应力对裂隙岩体最大主应力的提高呈叠加关系;新型预应力锚注加固砂岩的峰值强度比普通锚注加固砂岩提高了10%以上,其峰值应变略低于普通锚注加固砂岩,新型预应力锚注砂岩的弹性变形阶段缩短,加固效果增强;锚网索支护、U36型钢支架支护、普通锚注支护均未能有效控制的变电所巷道围岩采用新型预应力锚注加固后,巷道表面围岩最大位移为83 mm,控制效果较好。
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间断级配砂砾石土的渗透变形试验研究
田大浪, 谢强, 宁越, 傅翔, 张建华,
岩土力学. 2020 (11):  3663-3670.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0253
摘要 ( 17 )   PDF(8798KB) ( 22 )  
渗透变形是颗粒材料中细颗粒在渗流作用下发生重分布且导致土体的内部结构、水力及力学特性发生变化的现象,是导致砂砾石土地基及堤防结构破坏的主要原因之一。利用自主研发的刚性壁渗透仪对不同级配及细颗粒含量的间断级配砂砾石土在恒定水头渗流作用下进行渗透变形全过程试验,监测了渗流过程中的局部水力梯度空间分布以及竖向位移变化,分析了渗透试验结束后土体的颗粒级配空间分布变化。研究结果表明:土粒中细颗粒所处的欠填、满填及过填3种堆积状态决定了粗、细颗粒间不同的接触方式,影响其渗透性。渗透试验结束后细颗粒流失量沿试样高度的空间分布可以划分为3个区域,即顶部流失区、中部均匀区及底部流失区。局部水力梯度的快速下降伴随着竖向位移的突变,意味着渗透变形的开始;渗透变形启动时的局部水力梯度大于全局水力梯度,证实了采用大尺寸试验执行渗透试验的必要性。细颗粒处于过填状态的试样依然会发生渗透变形且导致强烈的沉降变形,值得进一步的研究。
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水-岩作用下单裂隙灰岩渗流特性演化规律研究
段玲玲, 邓华锋, 齐豫, 李冠野, 彭萌
岩土力学. 2020 (11):  3671-3679.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0171
摘要 ( 29 )   PDF(9272KB) ( 51 )  
针对某水电站地下洞室裂隙灰岩的渗漏问题,现场采集岩样和库水,设计进行了两种方案的水-岩作用试验,历时360 d,其中,方案1在浸泡过程中定期更换浸泡溶液,模拟地下水的长期浸泡和流动更新现象,方案2主要模拟长期浸泡过程。综合水-岩作用下裂隙面微观形貌特征以及浸泡溶液中离子浓度变化,分析水-岩作用下裂隙灰岩的渗流特性变化特征及机制。研究结果表明:在浸泡过程中,单裂隙灰岩的渗透系数呈“先快后慢”的增大趋势,浸泡360 d后,2.5、3.0、3.5、4.0 MPa等4种侧向应力在两种方案下单裂隙灰岩的渗透系数分别增大了729.90%~384.17%、549.04%~297.45%,侧向应力越小,裂隙岩样的渗透系数增大趋势越明显,增长趋势分别在120 d和90 d后趋于稳定。比较而言,方案1裂隙灰岩的渗透系数增长速率和幅度明显较大,为方案2的1.34~2.07倍。方案1定期更换浸泡库水,保持了浸泡溶液的不平衡状态,使得岩样与浸泡溶液间形成了较大的浓度梯度,增加了反应化学势,加快了裂隙表面矿物溶解、溶蚀速率,而方案2中,长期浸泡使得溶液中离子浓度逐渐接近平衡状态,导致裂隙面矿物溶解、溶蚀速率明显低于方案1。长期水-岩作用使得裂隙面粗糙度和波动性明显减小,局部坡度和起伏度逐渐减小,整体溶蚀深度逐渐增加,据此,建立了水-岩作用下单裂隙灰岩渗流通道演化模型,在长期水-岩作用下裂隙岩样的渗流通道逐渐向吻合度低、开度大的方向演化,从而导致了裂隙岩样等效水力开度及渗透系数的大幅度增长。相关研究思路和成果为裂隙岩体的水-岩作用模拟提供了较好的参考。
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考虑板间相互作用的圆形隧洞 板裂屈曲型岩爆力学分析
魏新江, 陈涛涛, 王霄, 朱汉华,
岩土力学. 2020 (11):  3680-3686.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0084
摘要 ( 14 )   PDF(5786KB) ( 17 )  
板裂屈曲型岩爆是高地应力区常见的岩爆破坏模式。针对已有力学模型忽略劈裂岩板间相互作用等不足,建立考虑岩板间水平应力的圆形隧洞薄板力学模型。采用最小势能原理计算荷载作用下岩板弯曲挠度,将其与发生张拉破坏的极限挠度进行比较,由此得出岩爆破坏深度。选取工程实例计算分析,将新模型计算结果与已有模型进行比较,验证了研究的合理性。研究结果表明:洞周处岩板所受荷载较大,板厚较小,岩板弯曲应变能与纵向荷载做功较为接近,较小的板间作用力即可使岩板发生屈曲破坏;随着岩板与洞壁距离增大,岩板厚度增大,应力减小,弯曲挠度较极限挠度减小较快,达到一定深度后,弯曲挠度小于极限挠度;随着埋深增大,应力增大,各块岩板弯曲挠度增大,破坏岩板数量增加,岩爆破坏深度增大。
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基于剪切波速的海底含气沉积物卸荷扰动 与样品质量评价方法
杨志勇, 王勇, 孔令伟, 桂彬, 陈楷文,
岩土力学. 2020 (11):  3687-3694.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0224
摘要 ( 19 )   PDF(7319KB) ( 19 )  
海底取样相比陆域环境具有更多的样品扰动因素,样品质量的定量评价对海洋岩土工程而言显得十分重要。基于室内不排水卸荷应力路径三轴试验和弯曲元试验,针对杭州湾海底粉细砂土,模拟海底含水溶气沉积物取样过程中应力释放所引起的扰动效应,研究样品卸荷扰动前后剪切波速的变化(Vs_lab/Vs_insitu)及其与孔隙比变化率 ( 为扰动后孔隙比的变化, 为初始孔隙比)的相关关系,探讨利用剪切波速方法来定量评价海底沉积物样品质量的可行性。结果表明:卸荷扰动后样品的剪切波速会发生显著的降低, 与卸荷幅度关系曲线呈“S型”,且卸荷扰动前后剪切波速比(Vs_lab/Vs_insitu)与孔隙比变化率( )具有良好的关联性,剪切波速法与Lunne提出的基于孔隙比变化率的样品质量评价方法具有一致性,可为海洋岩土工程中的海底沉积物样品质量评估提供借鉴。
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小型土石坝加密抗液化离心机振动台试验研究
刘庭伟, 李俊超, 朱斌, 汪玉冰, 高玉峰, 陈云敏,
岩土力学. 2020 (11):  3695-3704.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0092
摘要 ( 21 )   PDF(12772KB) ( 13 )  
地震作用下土石坝液化易导致坝坡失稳滑移等严重后果,加密法是常用的抗液化手段之一。针对坝趾压重与坝壳翻压两种坝身加密加固方法,开展了离心机振动台试验,分析了不同加密型抗液化处理的小型土石坝坝坡地震响应规律。试验结果表明,由于高水头作用下坝坡底部土体软化,未处理坝坡加速度放大系数沿高程先减小后增大,而加密坝坡加速度放大系数沿高程逐渐增大,且坝坡表面处加速度存在表面放大现象。坝趾压重和坝壳翻压提高了坝身有效应力,降低地震产生的超静孔压比,有效防止土体液化。未处理坝坡在峰值加速度为0.24g地震作用下即发生坝趾液化现象,而加密坝坡在峰值加速度为0.24g和0.45g下均未发生液化。未处理坝坡整体侧向位移大,加密处理后,在峰值加速度为0.24g下坝坡整体表现为竖向位移。坝趾压重区坝趾水平位移明显减小,坝壳翻压区坡顶沉降减小了50%。试验结果验证了坝趾压重和坝壳翻压的抗液化效果,为小型土石坝抗震加固设计提供了参考。
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考虑淤堵效应的疏浚淤泥真空固结沉降计算
蔡袁强, 周岳富, 王鹏, 史吏, 王军,
岩土力学. 2020 (11):  3705-3713.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0262
摘要 ( 12 )   PDF(7647KB) ( 15 )  
疏浚淤泥含水率高、强度极低,真空梯度作用下排水板周围会快速形成致密“土柱”,导致排水固结能力迅速下降,即出现淤堵现象。由疏浚淤泥真空固结室内模型试验获得了出水量变化情况和土体含水率、渗透系数的时空分布情况,确定了排水体周围淤堵区的形成时间与范围,提出了考虑时间效应与淤堵效应的真空度传递模式,同时考虑疏浚淤泥土体压缩和渗透的非线性,建立了考虑淤堵效应的固结分析模型,获得了相应的解析解,通过与已有数据和现场试验结果对比验证了该解答的有效性。利用该解析解,分析了真空度传递模式、淤堵系数λ和淤堵比c对沉降的影响。结果表明,淤堵效应明显减缓了沉降速率,也严重降低了疏浚淤泥的最终沉降量。
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尾矿库浸润线解析解及适用性分析
李强, 高 松, 牛红凯, 尚艳亮,
岩土力学. 2020 (11):  3714-3721.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0210
摘要 ( 17 )   PDF(7889KB) ( 23 )  
目前求解尾矿库浸润线大多采用数值模拟和模型试验的方法,尚没有建立起完善的尾矿库浸润线的解析解。鉴于此,建立了尾矿库浸润线的理论模型,采用能量方程和达西渗透定律推导了尾矿库浸润线的微分方程,并建立了上下游边界条件方程。在此基础上,求解了尾矿库浸润线的解析解(由于在解析解的推导过程中引入了杜比假定,该解析解更适应于库底底坡较缓的尾矿库浸润线的预测),并与数值模拟结果进行了对比分析,验证了解析解的正确性。考虑到尾矿库的复杂性,分析了尾矿砂各向异性、尾矿库地质分层和底坡地形对尾矿库浸润线分布的影响,探讨了所提出的解析解对复杂尾矿库浸润线求解的适应性,通过尾矿库实例验证了文中浸润线解析解的有效性。
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欠固结地层静止侧压力简化计算方法
乔亚飞, 逯兴邦, 黄俊, 丁文其,
岩土力学. 2020 (11):  3722-3729.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0124
摘要 ( 20 )   PDF(7688KB) ( 28 )  
大量工程实践表明:正确预估欠固结地层的静止侧压力大小对工程的稳定性分析和安全设计十分重要。因此,通过理论分析和数值模拟深入探讨了固结排水过程中地层侧向压力的变化规律,建立了静止侧压力与超固结比OCR的联系,提出了等效静止土压力系数的概念和计算公式,形成了考虑OCR影响的欠固结地层静止侧压力简化计算方法,并用数值模拟和试验结果进行了验证。提出的等效静止土压力系数实现了欠固结地层和正常固结地层侧压力计算的统一。研究结果表明:欠固结地层的静止侧压力随超固结比OCR的增大而线性减小,且随土体有效内摩擦角的增大,OCR对侧向压力的影响越大。上述研究成果可为欠固结地层的土压力计算提供技术支撑。
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岩土工程研究
临江地下结构主被动联合抗浮方法及应用
骆冠勇, 马铭骏, 曹洪, 潘泓,
岩土力学. 2020 (11):  3730-3739.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0608
摘要 ( 17 )   PDF(9165KB) ( 21 )  
临江场地的地下水位受外江水位影响,具有长期水位较低、短期汛期水位极高的特点。临江场地内的地下结构,若仅采用抗拔桩或抗拔锚杆等常规被动抗浮措施进行抗浮,将抗浮设防水位取为地表高程显然是偏危险的,但按50年一遇和100年一遇水位采用常规被动抗浮措施进行抗浮设计又显然是不经济的,成本极高。基于此,提出抗浮范畴临江结构的定义及其“排水廊道+常规抗浮措施”的主被动联合抗浮的方法。根据临江承压圆湖公式,考虑越流效应,给出了临江排水廊道简化计算分析方法并进行了有限元验证。临江地下结构利用排水廊道进行防洪渡汛,保证汛期地下结构水荷载稳定,消除汛期高水压对结构产生的极端水荷载,而对于平时非汛期水位的作用则利用常规抗浮措施进行考虑。廊道只在汛期高水位时起防洪渡汛作用,排水减压不会引起环境影响问题,同时其耐久性也容易保证。最后介绍利用此方法进行抗浮的实际工程。
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静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究
贺雷, 张洋, 马山青,
岩土力学. 2020 (11):  3740-3747.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0280
摘要 ( 14 )   PDF(7653KB) ( 29 )  
静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明:提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。
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基于点云密度特征的滑坡位移监测方法
刘卫南, 谢谟文
岩土力学. 2020 (11):  3748-3756.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0207
摘要 ( 28 )   PDF(8831KB) ( 45 )  
激光扫描仪对同一目标两次采集的点并不重合,无法通过点云的直接比较快速确定滑坡位移。考虑到单个点云位置的不确定性和区域点云密度的稳定性,将点云的密度作为滑坡表面变形的表征,提出了基于点云密度特征的滑坡位移监测方法。将离散的三维点云转化为二维的密度图像,再利用粒子图像测速技术分析位移前后两幅点云密度图像的相关性,从而计算栅格图像中各子集的相对位移值;当各子集的位移全部计算完成后,得到目标区域的平面位移场。室内块体移动试验表明该方法的计算精度受变形梯度的影响,在地表变化剧烈处会产生一定程度的误差,且子集相关性系数无法达到1。在黄藏寺滑坡的位移监测中,利用本方法识别出了边坡的变动区域,计算出了滑坡的平面位移场,直观地反映了滑坡表面变形状况,验证了该方法的实用性。
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查干敖包铁锌矿地表塌陷形成机制 与发展机制研究
王飞飞, 任青阳, 邹平, 虎万杰, 马增, 刘正宇, 陈斌,
岩土力学. 2020 (11):  3757-3768.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0128
摘要 ( 10 )   PDF(14148KB) ( 26 )  
为了研究内蒙古融冠矿业查干敖包铁锌矿地表塌陷形成机制与发展机制,对矿区开展了详细的工程地质调查工作,采用结构面产状dips软件统计分析了矽卡岩和凝灰岩的结构面产状。基于塌陷坑和井下采空区调查的结果,详细分析了地表塌陷形成机制与发展机制。研究结果表明:矿区矽卡岩和凝灰岩的优势结构面产状分别有3组和4组;结构面倾角分别为77°~81°与85°~90°。塌陷坑在东西南三侧形成了陡立的岩体临空面,主要以倾倒形式破坏垮塌。塌陷坑北侧形成了台阶式滑坡,主要以弧形滑坡形式破坏。塌陷坑形成机制主要分为4个阶段:天然稳定阶段、冒落形成阶段、冒落扩展阶段、地表塌陷阶段。塌陷坑东西南三侧发展阶段:卸荷回弹阶段、裂隙面破裂张开阶段、裂隙面贯通垮塌阶段。塌陷坑北侧发展阶段:卸荷回弹阶段、压致拉裂面至下而上拉裂阶段、滑移面贯通滑移阶段。在矿体下盘形成了陡崖式的边坡,沿着矿体走向(NE30°)的地表形成大量的大小宽度不一的裂缝,有部分错台裂缝。地表塌陷的形成是由多种因素决定的,其中独特的地质条件是内因,地下采矿活动则是诱因,内、外因共同作用导致了这种塌陷坑形成机制和发展机制。在塌陷坑东北侧的岩土体受到了主动倾倒式破坏和北侧地表土圆弧形滑坡的牵引被动作用,形成了特殊形式的倾倒式破坏。研究成果为矿山安全生产与塌陷坑治理提供参考。
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基于热量收支平衡原理的多年冻土区 热棒路基设计计算方法
蔡汉成, 孟进宝, 赵相卿, 崔凯, 李广瑞,
岩土力学. 2020 (11):  3769-3776.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0269
摘要 ( 16 )   PDF(7306KB) ( 20 )  
热棒是多年冻土区对路基进行热防护的重要措施之一,但相关规范中没有给出热棒路基的设计计算方法,已建热棒路基的设计主要是借鉴以往的工程经验。通过现场监测与计算,分析了冻土路基的热量收支特征,发现冻土路基在暖季处于吸热状态,而在寒季处于放热状态,年内总体处于吸热状态。地基多年冻土融沉的本质原因是路基的吸热量大于放热量导致的热量正积累。基于此,从路基热量收支平衡的角度出发,提出了一种新的热棒路基设计计算方法,其基本原理为确保热棒年内放热量不小于路基的年净吸热量。对青藏高原多年冻土区的热棒路基进行了现场试验监测,结果表明,热棒路基的沉降量明显小于普通路基的沉降量,热棒路基提高了地基多年冻土的稳定性,控制住了路基沉降变形。提出的热棒路基设计计算方法理论明确,参数获取简便,具有较强的工程应用价值,可在多年冻土区热棒路基设计中推广使用。
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宽级配废石的高排土场稳定性研究
艾啸韬, 王光进, 张超, 胡斌, 刘文连, 马洪岭, 崔博,
岩土力学. 2020 (11):  3777-3788.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0735
摘要 ( 21 )   PDF(12793KB) ( 27 )  
宽级配废石的一坡到底的高台阶排土场具有明显的粒径分级特征,传统稳定性分析方法将其简化为多层各向同性的均质土体,却实质性忽略了排土场粗粒土各粒组分布的不均匀性和随机性,导致难以获得其边坡稳定性的合理结论。依托江西某铜矿高台阶排土场,借助自编元胞自动机程序EPOHHM,采用5组窄级配粗粒土表征了高台阶排土场的粒径分级现象,模拟了各粒组散体分布的不均匀性和随机性,分析了不同工况下排土场的位移场及塑性状态,系统地探讨了不同堆排模式下排土场边坡的安全稳定性,提出了一种宽级配废石的高台阶排土场稳定性的精细化分析方法。研究结果表明,排土场发生“拉-剪”破坏;土体中上部有圆弧形滑坡趋势,下部变形表现为沉降,顶部平台产生拉剪裂缝。仅考虑散体力学强度时,底部粗颗粒( 100 mm)含量的增加对排土场起显著的稳固作用,“单台阶全段高”的堆排模式比“全覆盖式多台阶”更有利于宽级配废石的高排土场安全稳定。研究成果将为保证明显粒径分级的排土场的长期安全稳定提供指导,也为今后分析此类工程问题提供借鉴。
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开挖扰动下地下交叉洞室错动带岩体微震演化规律
赵金帅, 裴书锋, 徐进鹏, 江权, 陈炳瑞,
岩土力学. 2020 (11):  3789-3796.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0625
摘要 ( 24 )   PDF(8108KB) ( 21 )  
错动带具有“历史上多次剪切错动、延伸范围广、遇水易软化、力学强度低”的软弱特性,致使其在开挖卸荷作用下极易诱发不同程度的变形和破坏,进而严重影响地下洞室的稳定性。针对白鹤滩水电站右岸9#母线洞(地下交叉洞室)发生的错动带岩体塌方破坏,借助高精度、实时微震监测系统,系统地研究了塌方孕育过程中的微震活动性,包括微震事件时空演化规律、震级和视应力分布特征。采用矩张量理论,反演塌方孕育过程中的微震事件破裂机制(张拉、剪切或混合),归纳、总结其演化过程为:表层围岩卸荷张拉破裂→裂纹渐进向围岩深部扩展→破裂沿错动带方向萌生、扩展(张拉破裂为主,伴随剪切或混合破裂)→裂缝与错动带交汇,切割出不稳定楔形体→爆破振动或重力作用下,错动带岩体塌方。该研究结果可为高应力地下交叉洞室错动带岩体的开挖、支护提供参考,同时对类似工程的施工具有重要借鉴意义。
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数值分析
基于多因素椭圆堆叠的岩土细观建模方法
刘新荣, 杜立兵, 邓志云,
岩土力学. 2020 (11):  3797-3809.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0143
摘要 ( 25 )   PDF(14202KB) ( 31 )  
天然岩土体具有复杂的细观结构和组成特征,现有细观建模方法难以解决任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布特征的多因素岩土体细观建模问题。为此基于椭圆的4段圆弧等效,结合改进的分组波前堆叠法,实现了任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布的快速高体积率椭圆堆叠,并以此建立了与堆叠椭圆粒径、长短轴比、倾角以及平面分布一致的凸多边形结构。与现有的椭圆堆叠ALA法和圆盘堆叠ODR方法相比,提出的方法具有更高的椭圆堆叠体积率和堆叠效率,MATLAB环境下椭圆堆叠效率为500~600个/s。与现有仅能考虑颗粒粒径分布的岩土细观建模GBM法相比,提出的方法可以同时考虑颗粒的粒径、长轴、倾角,以及平面分布4个因素,快速生成任意粒径、长短轴比、倾角以及平面分布的颗粒堆积,并建立与椭圆分布一致的岩石细观结构。通过两个岩土体细观建模案例分析表明,所提方法可以提高岩土体模型的细观建模精度与生成效率。
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非连续变形分析中块体大转动问题研究
巩师林, 凌道盛, 胡成宝, 钮家军,
岩土力学. 2020 (11):  3810-3822.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0189
摘要 ( 19 )   PDF(9940KB) ( 13 )  
原有非连续变形分析(DDA)采用一阶近似后的位移增量表达式更新块体构形,推导相关子矩阵,且对不同时步计算出的应变增量直接叠加,当模拟的块体发生大转动时往往会产生较大误差。为考虑块体转动与变形的耦合作用,引入先变形、后转动的块体位移增量表达式。重新推导了惯性力子矩阵,将块体转动时的离心力与科氏力加到荷载矩阵中。计算时对应变分量及其相关变量进行坐标变换与修正,并采用新引入的位移增量表达式计算块体顶点位移,进行后接触修正与更新块体构形。数值算例表明,改进后的程序能够消除转动带来的误差,自动考虑了块体转动时离心力和科氏力引起的变形,应变计算精度更高。改进方法克服了块体体积自由膨胀、应变场畸变等问题,给出了合理的块体应变。
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黏土中桶式基础的宏单元模拟
陈佳莹, 滕竞成, 尹振宇,
岩土力学. 2020 (11):  3823-3830.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0227
摘要 ( 33 )   PDF(6897KB) ( 50 )  
本研究旨在对黏土中的桶式基础进行从完整的有限元分析到简化的宏单元的建模。首先通过有限元方法分析了在不同单调组合荷载作用下的黏土中吸力桶基础。为保证模拟结果的可靠性,采用了硬化土模型(HS)对正常固结黏土地基进行模拟。通过对比离心试验验证了使用HS模型的有限元分析的有效性,并通过径向位移试验进一步延伸到V-H-M(竖向力-水平力-弯矩)空间的破坏模式研究,并在此基础上,提出了的V-H-M空间三维破坏包络面公式。接着,应用此三维破坏包络面公式,采用亚塑性框架提出了黏土中桶式基础的宏单元设计模型。通过与试验结果的比较,验证了宏单元模型在模拟单调和循环荷载条件下桶式基础的强度与变形响应的有效性。所提的宏单元模型对于海洋岩土工程设计实践将很有帮助。
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