在线办公
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
访问统计
  • 总访问量
    今日访问
    在线人数
     高级检索
  《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
2021年, 第42卷, 第9期 刊出日期:2021-09-10
上一期   
基础理论与实验研究
基于表面微凸体磨损特征演化规律的节 理剪切强度各向异性机制研究
宋磊博, 亢倩倩, 杜时贵, 钟振, 王刚, 王兴开, 韩观胜, 赵金帅,
岩土力学. 2021 (9):  2331-2343.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0100
摘要 ( 329 )   PDF(20368KB) ( 524 )  
为了从剪切磨损角度探索剪切强度各向异性的机制,定量分析了粗糙节理在不同法向应力下的强度特征与破坏特征。研究发现,节理的剪切强度和破坏体积表现出与形貌特征相似的各向异性特征,且两者的各向异性特征随着法向应力的增加而逐渐削弱。另外,调查了锯齿节理的倾角特征和高度特征对剪切行为的影响。分析表明:两者都与剪切强度存在正相关的关系,且倾角特征还决定了剪切过程中节理接触区域的局部性。粗糙节理的表面由很多微凸体组成,不同剪切方向上表面接触区域的不同以及该区域内微凸体高度特征和倾角特征的差异是造成剪切强度各向异性的本质原因。而随着法向应力的增加,节理表面越来越多的微凸体的破坏由滑移磨损演化为剪断破坏,在不同剪切方向上破坏体积的差异也逐渐减小,进而导致剪切所需的能量逐渐趋于一致,这是剪切强度各向异性特征被法向应力削弱的主要原因。
相关文章 | 计量指标
岩石类脆性材料损伤演化分析及其模型方法研究
张超, 杨楚卿, 白允
岩土力学. 2021 (9):  2344-2354.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0278
摘要 ( 262 )   PDF(11492KB) ( 361 )  
为了合理解决岩石类脆性材料损伤状态的描述及其演化问题,探讨了基于应变等效假设的弹性模量法各参数物理含义及其模型应用的局限性,进行了灰岩三轴循环加卸载试验过程中模量变化研究,讨论了卸荷模量替代法以及统计损伤演化模型在损伤演化分析中存在的缺陷。研究结果表明,现有弹性模量法仅能够用于反映单轴压缩条件下岩石损伤演化过程,卸荷模量替代法无法正确描述岩石损伤状态及其演化规律,统计损伤本构模型仅可视为统计损伤演化模型数值[0,1]范围下的理论自洽解决办法。根据上述研究,提出了考虑损伤应变阈值影响的岩石损伤表征变量及其演化模型,建立了损伤应变阈值前本构模型以及损伤应变阈值后损伤本构模型,进行了模型参数敏感性分析。研究结果表明,新模型和方法不仅能够合理阐释三轴压缩条件下岩石损伤破坏机制,也能够准确模拟岩石全应力?应变过程,具有较好的合理性与可行性。
相关文章 | 计量指标
基于非线性Pasternak地基模型的海床悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解
张治国, 沈安鑫, 张成平, PAN Y. T., 吴钟腾,
岩土力学. 2021 (9):  2355-2374.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0295
摘要 ( 138 )   PDF(16696KB) ( 123 )  
钢质悬链线立管(steel catenary riser,简称SCR)作为深海油气资源开采的首选立管系统,其在与海床土体的相互作用下,对触地段管线埋深以及疲劳寿命影响较大。依据管土相互作用的非线性土体阻力?侵彻深度(p-y)曲线,将其简化为三段线弹性土体刚度衰减模型,求得了基于非线性Pasternak地基模型的海床上悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解。通过与三维有限元算例和5个模型试验算例的对比分析,发现常规Winkler地基模型会高估管线竖向变形与弯矩,验证了基于非线性Pasternak地基模型解析解的合理性与适用性;海床抗剪强度Su0的增加显著提高了三段线弹性土体刚度,降低了管线竖向变形。此外,针对水深H、立管铺设角度?、管线外径D、管线弹性模量E和材料密度??的变化对管线侵彻土体时的物理力学特性进行了参数对比以及安全评估分析。结果表明:立管铺设角度??增大会使管线竖向变形减小,弯矩与剪力则有所增大,角度超过82o易出现屈服破坏;管线外径D的增加会使土体竖向阻力、管线竖向变形与触地段管线弯矩、剪力同步增大,外径超过0.4 m易出现屈服破坏;管线弹性模量E越大,竖向变形越小,弯矩与剪力则有所增大,弹性模量超过275 GPa易出现屈服破坏;管线材料密度越大,管线竖向变形越大,弯矩没有明显变化,剪力则有所增大,密度超过14 850 kg/m3易出现屈服破坏。上述结论可以为海洋管线悬链线立管的前期设计提供一定理论依据。
相关文章 | 计量指标
高应力强卸荷下双江口花岗岩岩爆中间 主应力效应宏细观试验研究
徐鼎平, 郭广涛, 夏跃林, 柳秀洋, 江权, 李邵军, 李治国,
岩土力学. 2021 (9):  2375-2386.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0182
摘要 ( 106 )   PDF(17965KB) ( 81 )  
高应力强卸荷下的地下洞室围岩岩爆机制是当前亟待研究和解决的前沿课题。针对双江口水电站地下洞室群的花岗岩,利用新型真三轴加卸载试验系统开展不同中主应力下的三向五面真三轴岩爆模拟试验,并采用扫描电镜、能谱仪等综合分析岩爆破裂面的细观结构特征,分析了不同中主应力下试样的强度和变形特征、宏观破坏形态、岩爆破坏过程和破裂面及主要矿物细观破裂模式。试验结果表明:(1)随着中间主应力的增加,岩爆后的试样宏观破坏由拉伸破坏向剪切破坏转变;(2)随着中间主应力的增加,岩爆类型由迟滞应变型向即时应变型岩爆转变,岩爆剧烈程度先增大后减弱;(3)各中间主应力下试样爆坑断口为剪切断口,岩爆弹射碎屑上的断口为张拉断口;(4)主要矿物细观破裂模式与中间主应力无关:石英和钾长石发生沿晶和穿晶断裂的几率几乎相同,斜长石和云母则更易发生穿晶断裂。研究成果可为后续开挖阶段的岩爆防治提供技术支撑。
相关文章 | 计量指标
竖向阻隔墙中土工复合膨润土防水毯搭接 区渗透系数测试与分析
詹良通, 丁兆华, 谢世平, 李育超, 何顺辉,
岩土力学. 2021 (9):  2387-2394.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0156
摘要 ( 79 )   PDF(8757KB) ( 78 )  
土工复合膨润土防水毯(geosynthetic clay liners,简称GCLs)在污染场地竖向阻隔墙中应用是一项新技术,通过防水毯相邻幅间搭接区域土工织物的绕渗控制是该技术关键点之一,目前尚缺乏可靠的试验数据支撑。研制了尺寸为1 200 mm× 700 mm×700 mm的搭接渗透仪器,在1 m水头差下开展了5级压力(10、25、50、100、150 kPa)下的GCL搭接渗透试验,测量了含500 mm搭接区的GCL渗流通量,探究了侧向压力和搭接区是否涂抹膨润土膏对等效渗透系数的影响。试验结果表明:(1)GCL搭接区在渗透初期存在明确的绕流现象,由于绕渗的存在,GCL搭接区域的等效渗透系数ko比完整GCL渗透系数大,搭接区未涂抹膨润土膏时,在低压力(p = 10 kPa)作用下前者是后者的5.6倍。(2)搭接区域等效渗透系数随侧向压力增大而减小,在搭接区未涂抹膨润土膏和低压力(p = 10 kPa)作用下,搭接区域等效渗透系数ko等于2.27×10?8 cm/s,当侧向压力达到100 kPa后,等效渗透系数ko降低至5.93×10?9 cm/s。(3)搭接区涂抹膨润土膏能有效提高防渗性能,在各级侧向压力下,GCL搭接区域等效渗透系数ko均低于未涂抹膨润土膏时的,且在高压力状态下(p = 150 kPa),ko值降低至5.15×10?10 cm/s。
相关文章 | 计量指标
用孔隙分布曲线预测压实黄土非饱和渗透曲 线及其适用范围的探讨
李燕, 李同录, 侯晓坤, 李华, 张杰,
岩土力学. 2021 (9):  2395-2404.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0277
摘要 ( 81 )   PDF(9654KB) ( 82 )  
土体非饱和渗透曲线受其孔隙分布的控制,因此可以用孔隙分布曲线预测渗透曲线。为了探讨这一方法对压实黄土的适用范围,制备了3组不同干密度的压实黄土样,通过压汞试验测得土样的孔隙分布(pore-size distribution,简称PSD)曲线,用课题组设计的小型土柱设备测定了其非饱和渗透曲线。利用PSD曲线预测渗透曲线,并与实测数据进行对比。结果表明:压实黄土的渗透曲线可分为由毛细水主导的低基质吸力阶段和由吸附水主导的高基质吸力阶段。在低吸力段,3组土样的渗透曲线差异较大,而在高吸力段3组土样的渗透曲线重合,表明高吸力段的渗透性和干密度无关。此外,3组土样的预测结果和实测数据在低吸力段吻合较好,在高吸力段预测结果小于实测结果。从PSD曲线的预测原理可见,该方法适合毛细水不适合吸附水。为此对高吸力段渗透曲线提出了修正方法,修正后的曲线可描述全基质吸力范围内的渗透曲线。
相关文章 | 计量指标
木质素磺酸钙改性分散性土的试验研究
姬胜戈, 王宝仲, 杨秀娟, 樊恒辉
岩土力学. 2021 (9):  2405-2415.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0151
摘要 ( 110 )   PDF(13146KB) ( 96 )  
分散性土属于一种水敏性土,具有遇水分散流失的特征。通过分散性试验、力学性质试验、化学性质试验、微观结构试验及模拟降雨冲刷试验,研究了木质素磺酸钙改性分散性土的影响因素及其改性机制。试验结果表明,随着木质素磺酸钙掺量的增加,改性土的分散性、崩解性和抗冲蚀性均逐渐改善,在掺量达到3.0%时即有着良好的改性效果;无侧限抗压强度先增大后减小,压缩系数呈先减小后增大的趋势,均在0.5%掺量时取得极值。随着养护龄期的延长,改性土的分散性和崩解性逐渐降低,压缩系数显著减小,抗压强度逐渐增大。28 d龄期时,0.5%掺量和3.0%掺量改性土的抗压强度较分散性土分别提升了50%和20%。木质素磺酸钙主要通过双电层厚度降低、阳离子桥接、颗粒胶结和疏水基斥水作用来改善分散性土的工程特性,但掺量过高时,木质素磺酸钙会优先与自身结合并减弱土颗粒间的吸引力,使得土体孔隙率增大、力学性能下降。研究表明,木质素磺酸钙对分散性土具有良好的改性作用,可显著改善黏性土的水敏性,提高土体的水稳性和抗冲蚀性。
相关文章 | 计量指标
不同截面柱状节理岩体变形及强度各向异性研究
阙相成, 朱珍德, 牛子豪, 黄浩楠,
岩土力学. 2021 (9):  2416-2426.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0354
摘要 ( 68 )   PDF(27642KB) ( 75 )  
柱状节理岩体的特殊节理网络使其各向异性显著,准确掌握其变形及强度特性对工程安全至关重要。针对柱状节理岩体自然结构特征,采用石膏等材料制作具有不同柱体走向角及倾角的四棱柱、五棱柱及六棱柱柱状节理岩体试样。通过开展单轴压缩试验,研究柱体截面形状、走向角及倾角对柱状节理岩体各向异性特性的影响。结合试样最终破坏形态,总结柱状节理岩体典型破坏模式及机制。根据试验结果,提出柱状节理岩体变形及强度经验公式。结果表明:柱体截面形状主要影响具有不同走向角的试样变形及强度参数,而对具有不同倾角的试样各向异性影响较小;四棱柱、五棱柱及六棱柱柱状节理岩体分别表现出正交各向异性、正交各向异性及准横观各向同性的特征;试样最终形态表现出4种典型破坏模式,且截面形状主要影响仅考虑走向角的试样破坏模式;同时,所提出经验公式的计算结果与已有成果吻合效果较好,具有较高的工程使用价值。
相关文章 | 计量指标
循环荷载下发泡聚苯乙烯改良膨胀土动弹性 模量与阻尼比试验研究
庄心善, 周睦凯, 陶高梁, 周 荣, 彭承鸿, 林万锋
岩土力学. 2021 (9):  2427-2436.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0061
摘要 ( 67 )   PDF(8249KB) ( 49 )  
发泡聚苯乙烯(expanded polystyrene,简称EPS)与膨胀土结合形成改良土,其可通过EPS的变形特性吸收膨胀能量,从而改善膨胀土胀缩性,并有优良的保温减振效果。通过GDS动三轴仪在不同围压、频率下进行分级动应力加载,研究不同条件下EPS改良膨胀土的动应力?应变、动弹性模量及阻尼特性。试验结果表明:EPS改良膨胀土的动应变、一次荷载循环下的能量损耗随着动应力增加呈非线性增加,而其动弹性模量随动应力增加而下降;频率增加使EPS改良膨胀土动应变减少,动弹性模量增加;围压增加使EPS改良膨胀土的动弹性模量呈先下降后上升趋势;不同频率下EPS改良膨胀土阻尼比?动应力曲线存在明显交汇点,其随围压提高向左偏移;在动应力幅值较小时,施加高频荷载将产生更大阻尼比,而动应力发展后期,低频加载则对应更大的阻尼比;相同频率条件下,改良土阻尼比随围压升高呈下降趋势。
相关文章 | 计量指标
水力耦合作用下非饱和压实黄土 细观变形机制试验研究
葛苗苗, 李宁, 盛岱超, 朱才辉, PINEDA Jubert,
岩土力学. 2021 (9):  2437-2448.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1784
摘要 ( 107 )   PDF(12537KB) ( 96 )  
对两种状态的压实黄土进行了一维常含水率压缩试验及常应力增湿试验,结合压汞法及扫描电镜等细观结构研究手段,对压缩以及增湿作用下压实黄土的细观结构演化进行分析,进一步对压实黄土在水力耦合作用下的细观变形机制进行探讨。研究结果表明:常含水率压缩下,压实黄土饱和度增大,可以在进一步压缩下发展为饱和土的固结过程;细观层面上非饱和压实黄土的压缩是其大孔隙在应力作用下塌陷减少的结果,而小孔隙分布在压缩中不受影响;常竖向应力下增湿,压实黄土的湿化变形随着竖向应力的增大呈现先增大后减小的趋势,最大湿化应变发生在压实应力附近。细观层面上,湿化作用下,颗粒及团聚体之间的黏结弱化,发生崩塌滑移,大孔隙塌陷减小而小孔隙增多,湿化后土体结构趋于均匀稳定。而压实黄土的蠕变也是在恒定荷载作用下土颗粒或团聚体的蠕滑、大孔隙进一步压缩引起的。结合研究结果,进一步从细观角度对黄土高填方施工期及工后期沉降进行总结阐述。
相关文章 | 计量指标
非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析解
王祖贤, 施成华, 刘建文
岩土力学. 2021 (9):  2449-2460.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1508
摘要 ( 79 )   PDF(13388KB) ( 271 )  
在盾构曲线掘进或纠偏时,盾尾非对称推力会在隧道端部产生一附加弯矩,该附加弯矩会引起隧道纵向变形、环间错台等施工病害。基于弹性地基梁理论,将盾构隧道简化为Winkler地基中的Timoshenko梁,建立了非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析计算模型,推导了隧道纵向变形和内力的解析解。采用有限元方法对解析解的正确性和适用性进行了验证,探明了解析模型关键参数的敏感性,进一步讨论了附加弯矩的影响范围和盾构推力的二阶效应。研究结果表明:所建立的解析模型是可靠的,对非对称推力作用下盾构隧道的附加响应分析具有良好的适用性;地基刚度和隧道刚度对隧道纵向变形的影响较对内力的影响更为显著;附加弯矩影响范围对地基刚度的变化更为敏感,两者之间呈指数型衰减关系;盾构推力提升了隧道的纵向抗弯刚度,而其产生的二阶效应的影响较低,在较低的隧道抗弯刚度和地基刚度条件下,轴力的二阶效应有所增强。
相关文章 | 计量指标
充填开采下顶板−间柱支撑体系的突变失稳分析
刘轩廷, 陈从新, 刘秀敏, 夏开宗, 张褚强, 王田龙, 王月,
岩土力学. 2021 (9):  2461-2471.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0453
摘要 ( 70 )   PDF(10215KB) ( 67 )  
对于采用充填法开采的金属矿山,在实际开采过程中往往会形成顶板?间柱支撑体系。为了保证矿山的安全生产,探究充填开采下顶板?间柱支撑体系的破坏机制具有重要意义。在考虑了充填体对间柱侧压作用的基础上,建立了充填开采下顶板?间柱支撑体系的力学模型,在此基础上应用突变理论探究了充填体作用下支撑体系的破坏机制,分析了充填前后支撑体系的结构参数对于采场稳定性的影响。研究结果表明:在岩体力学性质一定的情况下,充填开采下的顶板?间柱支撑体系的稳定性由采场结构参数(顶板厚度、采场跨度、间柱宽度、间柱高度)和上覆荷载、充填体侧压作用共同控制;充填体的加入会降低支撑体系的刚度比,进而提高采场的稳定性;在对支撑体系的结构参数进行优化时,当采场处于未充填状态时,优化顺序应为顶板厚度、采场跨度、间柱宽度、间柱高度;当采场处于充填状态时,优化顺序应为顶板厚度、间柱宽度、采场跨度、间柱高度。将理论推导与数值模拟相结合应用在工程实例上,验证了理论推导的正确性。
相关文章 | 计量指标
均匀黏弹性地基中X形桩纵向振动 响应简化解析方法
卢一为, 丁选明, 刘汉龙, 郑长杰,
岩土力学. 2021 (9):  2472-2479.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1825
摘要 ( 76 )   PDF(6510KB) ( 47 )  
现浇X形混凝土桩(简称X形桩)是一种新型异形截面桩。考虑X形桩异形截面凹弧段和凸弧段的动摩阻力分布和桩?土耦合振动,假设桩周土为均匀黏弹性体,运用Laplace变换和坐标变换法推导得到X形桩纵向振动响应简化解析方法。将所得解退化到实心圆桩的解,验证了简化解件解的合理性。分析了桩长、开弧间距、开弧角度等对桩顶复刚度和速度导纳的影响,得到桩体尺寸参数对X形桩纵向振动特性影响的规律。分析表明:在有效桩长范围内桩长越长,刚度和阻尼越大,速度导纳曲线的震荡幅值和共振频率越小;在低频段X形桩顶速度导纳受开弧间距和开弧角度的影响较小,在高频段速度导纳随开弧间距的增大而减小,随开弧角度的增大而显著增大,速度导纳曲线的震荡幅值随开弧间距的增大而增大,随开弧角度的增大而减小。
相关文章 | 计量指标
冻土薄膜水压−吸单元模型的建立及试验验证
陈汉青, 程桦, 曹广勇, 蔡海兵, 荣传新, 姚直书,
岩土力学. 2021 (9):  2480-2488.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1749
摘要 ( 37 )   PDF(8373KB) ( 44 )  
为统一水分迁移的源动力,在薄膜水液压驱动力模型和表面吸附力模型的基础上,构建出薄膜水压?吸单元模型。模型分析表明,在净吸力与实际液压(或理论吸力与实际冰压)的双重作用下,产生表面吸附力,驱使水分沿基质表面切向迁移。鉴于表面吸附力与边界条件无关,对任意形式未冻水均成立,因此为水分迁移的统一源动力。据此,将压?吸单元模型引入到冻结缘理论中,发现实际冰压决定分凝冰形成的温度和位置,理论吸力决定水分迁移方向,而表面吸附力决定水分迁移速度。将Konrad试验中的主要参数代入该表面吸附力方程,发现即使温度梯度从0.10 ℃/cm增加到0.67 ℃/cm,试样高度从6.4 cm增加到28.0 cm,只要分凝冻结温度和上覆压力保持不变,表面吸附力始终恒定在?23 kPa,从而验证了该表面吸附力方程的正确性。总之,该模型的建立对完善现有冻胀理论与指导工程实践均具有重要的理论价值和现实意义。
相关文章 | 计量指标
变湿度条件下生土材料持水特性及气 态水迁移效应试验研究
徐龙飞, 翁效林, 张爱军, 赵高文, WONG Henry, FABBRI Antonin,
岩土力学. 2021 (9):  2489-2498.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0137
摘要 ( 45 )   PDF(11322KB) ( 30 )  
湿度变化诱发气态水迁移,进而对生土的变形和强度产生重要影响。研究变湿度条件下生土材料持水特性及气态水迁移效应是揭示服役期生土结构病害孕育机制的关键。针对法国里昂地区两种生土建筑材料,采用两种试验方法,即饱和盐溶液法和动态水蒸气吸附法开展等温吸湿试验,分析生土持水特性;通过气态水迁移效应试验,探究生土试样底部进气端和顶部出气端的湿度及水气相对压力变化规律,并对气态水迁移过程中生土试样变形进行分析。试验结果表明:两种方法测得生土吸湿曲线较为一致,可分为单层吸附阶段、多层吸附阶段和毛细凝聚阶段,并且土体持水能力随黏土颗粒活性增加而增强;在气态水迁移效应试验中,生土材料持水特性对出气端湿度与进气端水气相对压力影响明显,生土试样发生膨胀变形。
相关文章 | 计量指标
毛细−吸附作用下考虑孔隙比影响的单/双峰 土体持水曲线模型
林志强, 钱建固, 时振昊,
岩土力学. 2021 (9):  2499-2506.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1916
摘要 ( 79 )   PDF(7742KB) ( 62 )  
基质吸力?饱和度的本构关系对研究非饱和土强度和变形具有重要意义。为考虑土体中存在的不同孔隙结构,以及孔隙比对毛细和吸附作用的不同影响,建立了一个单/双峰土体持水曲线(soil-water retention curve,简称SWRC)模型。明确区分了毛细和吸附作用的持水机制,将毛细饱和度和吸力的关系描述为与孔径分布特征有关的函数,而对吸附饱和度的模拟中显式地考虑了毛细凝聚的影响,并提出了毛细和吸附饱和度的解耦公式。此特性为合理地考虑SWRC对孔隙比的依赖关系奠定了基础,即孔隙比对SWRC的影响主要作用在毛细水部分,这也与微观试验揭示的规律一致。基于改进的模型提出了一种不同初始孔隙比下非饱和土强度的预测方法。利用不同类型土体的持水试验和强度试验数据验证了模型的有效性。
相关文章 | 计量指标
含气土地基热水气力耦合时变行为分析
黄家晟, 王路君, 刘燕晶, 王心博, 朱斌,
岩土力学. 2021 (9):  2507-2517.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1962
摘要 ( 44 )   PDF(9924KB) ( 44 )  
含气土广泛存在于我国长三角、珠三角等滨海地区,气体通常在孔隙内以离散封闭气相的形式赋存。封闭气相对温度和压力变化敏感,导致土体压缩性、渗透性等改变。针对封闭气相热膨胀和土骨架蠕变特性对滨海含气软土固结过程的影响,基于精细积分法(precise integration method,简称PIM)对含气地基热水气力耦合时变行为开展研究。在控制方程中引入考虑温度和压力影响的气相体积变化因子反映封闭气相热膨胀特性,采用分数阶Merchant流变模型描述骨架的蠕变过程,基于稳定性好和计算精度高的PIM并结合积分变换获得考虑蠕变效应的含气土多场多相耦合问题的解。对比所得解答与饱和土热水力耦合问题解析解和固结问题有限元结果,验证其有效性。针对不同饱和度、不同黏滞系数的含气地基,探讨了气相膨胀、骨架蠕变效应对地基时变行为的影响。研究发现含气地基的黏滞系数对热固结过程影响显著,地基蠕变效应对位移的影响大于孔压,当黏滞系数大于1×1012 MPa·s时孔压与弹性地基相近,而变形过程被大幅延缓;地基中封闭气相膨胀会显著提高孔压峰值和位移幅值,对埋地高温管线等产生不利影响;对于Gibson地基,采用平均剪切模量计算孔压往往导致不可忽略的偏差,预测表面位移时偏差一般小于5%。
相关文章 | 计量指标
砂土液化与水泥粉煤灰碎石桩施工参数 关系的试验研究
尹小卡, 杜思义, 王涛涛
岩土力学. 2021 (9):  2518-2524.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1859
摘要 ( 53 )   PDF(6962KB) ( 44 )  
饱和细砂液化一直阻碍长螺旋钻孔水泥粉煤灰碎石(cement fly-ash gravel,简称CFG)桩施工技术的发展。但CFG桩施工参数与饱和细砂液化的关系模型尚未得到研究。深入分析了CFG桩施工参数中桩间距l和钻杆转速? 对饱和细砂液化的影响,建立了施工参数和饱和细砂液化的关系模型。然后搭建试验平台,通过模拟饱和细砂中长螺旋钻孔CFG桩施工,分析了不同施工参数下的超孔隙水压力变化规律、饱和细砂液化现象和桩身形状。结果表明:随着转速增大和桩间距减小,饱和细砂液化加重,桩长变短,桩径变大;为减轻饱和砂土液化,应减小钻杆转速和增大桩间距。
相关文章 | 计量指标
岩土工程相似模拟试验观测的可靠 子区数字图像相关方法
董伟, 王学滨,
岩土力学. 2021 (9):  2525-2534.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0091
摘要 ( 70 )   PDF(14319KB) ( 65 )  
在岩土工程相似模拟试验过程中,相似模型表面会出现裂纹和颗粒脱落,开采区域与模型表面的贯通处会形成无效区域。在测量这些情形下的变形时,传统数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)方法会存在一定的局限性。为了提高DIC方法对于相似模拟试验过程观测的适用性,基于图像特征匹配算法提出了可靠子区DIC方法。在提出方法中,首先,通过对变形前后图像进行特征匹配以选择可靠子区;然后,通过相关运算获得可靠子区的变形参数;最后,通过对测点周围一定区域内的可靠子区中心点的位移进行最小一乘拟合获得测点的变形参数。利用提出的方法观测了采动诱发断层滑移相似模拟试验过程,并将观测结果与传统方法的进行了对比。结果表明:与传统方法相比,利用提出方法能准确地识别出裂纹和无效区域,并能获得这些区域附近更加完整的位移;提出的方法对模型表面的颗粒脱落有较强的稳定性。
相关文章 | 计量指标
油气钻井中的分离式冲击−切削复合破岩机制研究
蔡灿, 张沛, 孙明光, 杨迎新, 谢松, 蒲治成, 杨显鹏, 高超, 谭政博,
岩土力学. 2021 (9):  2535-2544.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0066
摘要 ( 31 )   PDF(14183KB) ( 28 )  
近年来高频冲击类钻井提速理论及工具飞速发展,有效解决了聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,简称PDC)钻头在复杂难钻地层存在的黏滑、回弹震荡等问题,但PDC齿在冲击载荷下的失效问题较为突出。为此,提出了一种新型分离式冲击-切削复合钻头,有效地解决冲击载荷对PDC齿寿命的不利影响。该钻头与传统冲击类工具作用机制不同,破岩机制尚不明确,亟需开展相关研究。基于新型分离式冲击?切削复合破岩形式,分别开展了单元齿冲击、切削以及两者不同组合形式下的破岩试验研究,并进行了相应的数值分析。结果表明,冲击齿冲击岩石形成冲击坑后,冲击波在岩石内部进一步传递,降低了冲击坑附近区域岩石的强度,有效地减少了切削时切削齿所受切削力,提高了破碎体积。同时基于正交试验,对冲击速度、冲击角度以及冲击坑与切削齿偏移距离等因素进行参数敏感性分析,研究了不同冲击参数对冲击-切削复合破岩的影响。上述研究揭示了冲击-切削复合破岩机制以及冲击齿与切削齿最佳组合方式,对油气钻井中的冲击破岩工具设计研究具有重要参考价值。
相关文章 | 计量指标
压实度对宽级配土水力特性的影响研究
刘丽, 吴羊, 李旭, 赵煜鑫,
岩土力学. 2021 (9):  2545-2555.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1595
摘要 ( 52 )   PDF(10093KB) ( 69 )  
宽级配土是修建土石坝心墙和堤防的良好填料,其水力特性决定了土石坝心墙和堤防的防渗性能。对于给定级配的土体,压实度是其水力特性的主控因素。首先通过室内试验测量压实度对宽级配土水力特性的影响规律,然后通过数据分析,建立了考虑压实度影响的水力特性模型。研究结果表明:土体压实度越高,颗粒间的大孔隙越少,土体进气值越高,饱和渗透系数越低;提出了一个考虑结合水含量的修正渗透吸力计算公式,可以很好地描述风干土的渗透吸力随含水率的变化规律;土体进气值和压实度在半对数坐标系上呈线性关系;土体饱和渗透系数和干密度在半对数坐标系上呈线性关系;回归了进气值、饱和渗透系数、非饱和渗透系数与压实度之间的经验模型,建立了针对宽级配土整个土?水力学特征曲线影响的经验计算公式,具有一定的普适性。
相关文章 | 计量指标
岩土工程研究
高应力下柱状节理玄武岩应力−结 构型塌方机制分析
张建聪, 江权, 郝宪杰, 丰光亮, 李邵军, 汪志林, 樊启祥,
岩土力学. 2021 (9):  2556-2568.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0194
摘要 ( 69 )   PDF(23025KB) ( 50 )  
柱状节理玄武岩作为一种含特殊节理网络结构的密集节理岩体,其高强度“玄武岩岩块”和特定“优势节理”的二元结构体在高应力下开挖卸荷后极易发生节理面的松弛、张开与滑移,以及柱体破坏解体而导致灾害性塌方,严重制约了高应力大型地下工程安全建设。针对我国在建最大的白鹤滩水电站左岸厂房洞群尾水连接管柱状节理玄武岩多处塌方工程难题,结合现场调查、声波测试、钻孔摄像观测和三维数值反分析,多角度揭示了高地应力下柱状节理岩体应力?结构型塌方特征和灾变形成机制,并提出了相应的开挖与支护控制措施。分析表明:高应力下柱状节理岩体塌方的本质是洞室开挖后围岩应力重分布、柱状节理玄武岩强烈卸荷松弛引起其柱间节理面的张开和结构劣化,进而导致玄武岩柱体折断解体,从而诱发岩体持续的卸荷松弛→渐进塌方链式灾变过程。这一现场测试与分析认识可为深部/高应力下同类密集节理岩体的变形破坏预测与控制研究提供借鉴。
相关文章 | 计量指标
堆石体现场振动压实试验研究与应用
朱晟, 卢知是, 刘纯, 王京,
岩土力学. 2021 (9):  2569-2577.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0224
摘要 ( 57 )   PDF(27101KB) ( 57 )  
采用基于动土压力盒(earth pressure cells,简称EPCs)、线位移传感器(linear variable differential transformers,简称LVDTs)等的动力测试技术,结合原位振动碾压试验,研究了压实过程中堆石体内部的应力变形特性和能量输入机制,并确定了碾压堆石料的最大干密度。结果表明:(1)碾压试验深度范围内堆石体的实测附加峰值应力在0.3~1.4 MPa之间,其中动应力峰值在0.22~0.82 MPa之间,且沿层深表现为指数衰减规律。(2)实测动应变明显滞后于动应力,且随着碾压遍数的增加,滞回圈变陡变小,土体刚度增大、阻尼减小。(3)采用频谱分析方法得到试验堆石体的激振应力分量、静线压力分量和变形,建立振动碾输入堆石体能量与检测干密度之间的关系,求得堆石体的最大干密度以及在不同碾压遍数下的相对密度,可为堆石坝填筑采用相对密度指标进行质量控制提供依据。
相关文章 | 计量指标
洞室块体危险性分析的突变级数评价法研究
杜崧, 肖明, 陈俊涛,
岩土力学. 2021 (9):  2578-2588.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1876
摘要 ( 50 )   PDF(11959KB) ( 57 )  
针对复杂地质条件下地下洞室块体破坏风险评价困难的问题,提出了基于突变理论的块体失稳风险评价方法。首先,采用有限元网格建模技术,并引入单元重构?聚合方法,实现复杂洞室岩石块体识别。分析块体的失稳破坏影响因素,从块体内部、外部因素两方面出发,以发展趋势、空间位置、结构体属性、外部荷载、结构面特征、环境因素6个方向为基本出发点,选取11个因素作为底层评价指标,在此基础上构建块体失稳风险评估突变模型。然后,采用归一化公式逐层进行突变状态变量求解,对计算所得总突变级数进行隶属度转换以改进其集聚性,最终完成块体风险状态的确定。工程实例分析结果表明,该方法计算方便、可靠性高,能够综合考虑各种因素对块体稳定性的影响,避免刚体极限平衡法分析上的局限性,计算结果所反映的规律与认识规律一致,较好地反映了洞室块体的真实赋存状态,为复杂地质条件下的洞室块体危险性评价提供了新的实现途径。
相关文章 | 计量指标
基于结构面参数概率分布更新的 节理岩质边坡可靠性分析
蒋水华, 欧阳苏, 冯泽文, 康青, 黄劲松, 杨志刚,
岩土力学. 2021 (9):  2589-2599.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1792
摘要 ( 71 )   PDF(12579KB) ( 248 )  
岩质边坡节理裂隙通常十分复杂且其分布具有较大的随机性,准确地模拟岩体随机裂隙网络对边坡稳定性分析至关重要,然而目前的模拟方法不能较好融合结构面露头实测数据。提出基于贝叶斯更新方法优化结构面几何和抗剪强度参数概率分布,修正边坡岩体随机裂隙网络模型,其中将融合的结构面现场实测数据表征为样本分布。在此基础上,同时考虑结构面几何参数(倾角、迹长)和抗剪强度参数(内摩擦角、黏聚力)的不确定性,采用非侵入式随机有限元法进行节理岩质边坡可靠度分析。以小湾水电站左岸4号山梁边坡模型为例说明提出方法的有效性。结果表明:贝叶斯更新方法和解析解获得的结构面参数后验概率分布几乎一致,前者能够有效地融合现场实测数据降低对结构面参数不确定性的估计和优化参数概率分布,进而生成更贴近工程实际的边坡岩体裂隙网络模型和获得更客观的边坡可靠性分析结果。采用结构面参数后验信息生成边坡岩体裂隙网络模型和进行边坡可靠性分析,获得的后验失效概率显著低于边坡先验失效概率。
相关文章 | 计量指标
数值分析
陡倾角断层下地下洞室地震破坏特性数值分析
陈世杰, 肖明, 王小威, 陈俊涛,
岩土力学. 2021 (9):  2600-2610.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1886
摘要 ( 117 )   PDF(12927KB) ( 299 )  
陡倾角断层带是地下洞室抗震稳定性的薄弱环节。针对围岩和断层的复杂动力相互作用特点,在Ladanyi剪切强度模型的基础上引入震动劣化系数,建立了考虑非线性力学特性和震动劣化效应的抗剪强度模型。进一步考虑围岩和断层的非连续变形特性,提出了一种考虑复杂抗剪强度和多种接触状态的三维动接触力算法。将该算法应用于金川地下厂房,研究其受陡倾角断层F31影响下的地震破坏特性。结果表明:考虑接触面和震动劣化效应后,洞室的地震反应增大,围岩和断层的错动更加明显,且发生一定深度的脱开、滑移破坏;陡倾角断层在主厂房高边墙切割出围岩厚度较薄的薄弱区,产生较大的变形和损伤,在上下游边墙分别易发生向洞内的弯曲倾倒变形和滑移变形;围岩和断层接触面的滑移脱开区分布随地震过程动态变化且不断向深部延伸,其中拱座和岩锚梁部位的脱开区范围较大。数值结果揭示了陡倾角断层下地下洞室围岩的动力破坏机制,可为抗震设计提供参考。
相关文章 | 计量指标
原状黄土−古土壤中水分入渗过程研究
赵志强, 戴福初, 闵弘, 谭晔,
岩土力学. 2021 (9):  2611-2621.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0358
摘要 ( 105 )   PDF(18753KB) ( 242 )  
黄土塬区的农业灌溉致使地下水位不断升高,诱发了一系列黄土滑坡灾害。为探究灌溉水在黄土中的入渗过程,在陕西泾阳南塬开展了场地直径为20 m的原位浸水试验,监测得到了土体含水率和基质吸力的时空变化特征,并通过数值计算分析了浸水及间歇灌溉时水分的入渗规律。研究表明:塬边黄土的浸水入渗过程可分为均匀入渗、优势入渗和稳定入渗3个阶段,马兰黄土中存在竖向裂隙,当裂隙宽度大于2 mm且裂隙上部土体饱和后产生优势入渗;古土壤(S1)下部透水性较上部弱,湿润峰抵达S1下部时水分聚集而产生瞬态滞水;三维入渗数值计算再现了浸水入渗过程,多次灌溉条件下湿润锋的叠加效应促进水分入渗,且入渗强度随深度增加而减小,深度大于5.6 m时,水分入渗速率小于土体渗透系数,水分仅受重力下渗而含水率和基质吸力近似不变,这一发现解释了以往研究中深部黄土的水分入渗很难被监测到的现象。
相关文章 | 计量指标
微信二维码