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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5期 刊出日期:2022-05-11
上一期   
基础理论与实验研究
基于微观岩石力学试验和NWA13618陨石的 小行星岩石力学参数分析
唐旭海, 许婧璟, 张怡恒, 何琦, 王正直, 张国平, 刘泉声,
岩土力学. 2022 (5):  1157-1163.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1342
摘要 ( 239 )   PDF(12842KB) ( 289 )  
未来人类的地外天体勘探、太空资源开发、地外基地建设等活动都离不开岩土工程技术的发展。目前,人类获得太空岩石样本仅有太空飞行器取样和收集陨石两种途径。由于陨石存量稀少、价格昂贵、尺寸小并且形状任意,因此难以加工成传统力学试验与模拟(mechanical testing & simulation,简称MTS)材料试验机等宏观岩石力学试验所需要的高质量标准岩样。基于微观岩石力学试验和统计分布模型,发展了适用于小尺寸陨石的力学参数测量新技术。首先,应用矿物自动定量分析系统(TESCAN integrated mineral analyzer,简称TIMA)获得NWA13618陨石成岩矿物组成、含量和分布。然后,利用网格纳米压痕技术进行大量压痕试验获得多点弹性模量;之后,利用高斯混合模型,统计求解NWA13618陨石中4种主要矿物的力学参数。橄榄石、辉石、铁镍金属、长石的弹性模量分别为116.73、101.77、87.24、70.74 GPa;最后,基于岩石力学试验结果,采用Mori-Tanaka均质化方法获得NWA13618陨石宏观cm尺度弹性模量为90.48 GPa。提出的微观岩石力学试验技术和尺度升级方法为预测L4型陨石母星小行星的力学性质提供了理论基础和技术手段。
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干湿循环下地聚合物固化黄土强度 劣化机制与模型研究
陈锐, 张星, 郝若愚, 包卫星
岩土力学. 2022 (5):  1164-1174.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1355
摘要 ( 119 )   PDF(11872KB) ( 131 )  
采用地聚合物对黄土进行固化处理,通过三轴试验研究了干湿循环下不同掺量地聚合物固化黄土抗剪强度的劣化规律,提出了固化土强度劣化的经验公式。结合X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)、电镜扫描(scanning electron microscopy,简称SEM)和压汞(mercury intrusion porosimetry,简称MIP)试验,分析了水化产物、固化土微观形貌演化与孔隙分布,探讨了地聚合物固化黄土的劣化机制。三轴试验结果表明:相较于素土,固化土的抗剪强度随地聚合物掺量增加而显著提高,黏聚力及内摩擦角最高提升260%和43%;固化土抗剪强度与孔隙率 对地聚合物体积含量 的比值 呈幂函数关系;地聚合物可有效提高固化土的抗干湿耐久性,在9次干湿循环后10%和15%的地聚合物固化土抗剪强度仍保持初始强度的75%以上,但5%的地聚合物固化土在干湿作用下劣化明显,经历9次干湿循环后其强度接近素土;干湿循环对固化土峰值偏应力与黏聚力影响较大,对内摩擦角影响较小。综合考虑地聚合物掺量、围压及干湿循环次数的影响,提出了地聚合物固化土强度劣化经验公式并验证了其准确性。XRD、SEM和MIP试验结果表明:地聚合物的主要水化产物是水化硅酸钙(calcium silicate hydrate,简称CSH)和水化硅铝酸钙(calcium aluminosilicate hydrate,简称CASH),其胶结和充填作用增强土体黏聚力并使土体形成致密的微观结构,从而提高固化土的强度;干湿循环使得土体孔隙扩张并产生新裂隙,导致土颗粒间的胶结破坏,进而劣化固化土宏观强度。
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基于主应力迹线分层的有限土体土压力计算
刘新喜, 李彬, 王玮玮, 贺程, 李松
岩土力学. 2022 (5):  1175-1186.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1441
摘要 ( 64 )   PDF(8673KB) ( 237 )  
为了研究挡墙后有限土体的主动土压力,以墙后无黏性土体为研究对象,假定破裂面为通过墙踵的平面,且在挡墙平动模式下,墙后土体形成圆弧形小主应力拱。采用沿小主应力迹线分层的方法,将挡墙后土体划分为若干个圆弧形曲线薄层单元,考虑了单元体上下表面应力分布的不均匀性,提出了一种有限土体挡墙主动土压力计算方法,给出了主动土压力合力及其作用点高度的表达式,并验证了该方法的正确性。研究结果表明:采用曲线薄层单元法可以准确考虑单元体复杂的受力情况,能更好地反映挡墙后有限土体主动土压力的变化规律;有限填土时主动土压力沿墙高 呈非线性分布,土压力先随着土体深度增加呈单调递增趋势,然后在接近墙底位置处呈单调递减趋势。分析参数敏感性时取不同土体宽高比与墙背粗糙程度对挡墙主动土压力分布及合力作用点高度进行分析,结果表明:随着土体宽高比n的增大,主动土压力值逐渐增大,土压力分布曲线非线性越来越明显,合力作用点高度逐渐降低且恒大于 。当 0.71时,均趋于稳定。可将 0.71作为有限土体与半无限土体的临界宽高比。随着摩擦角 的增大,主动土压力值逐渐减小,土压力分布曲线非线性越来越明显,合力作用点高度逐渐增大且恒大于 。
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变荷载下长排水体-短不排水桩 复合地基固结解析解
杨涛, 吉映竹,
岩土力学. 2022 (5):  1187-1196.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1470
摘要 ( 52 )   PDF(6885KB) ( 156 )  
基于向内径向渗流的轴对称固结模型,给出了变荷载下长排水体-短不排水桩组合型复合地基的固结方程,在单面排水条件下推导出组合型复合地基的固结解析解,包括排水体和排水体周边土体中的超静孔隙水压力解答和组合型复合地基整体平均固结度解答。将组合型复合地基固结度解析解与三维有限元数值解进行了比较,证明了解析解的合理性。利用固结度解析解对影响组合型复合地基固结速率的主要因素进行了分析,研究了组合型复合地基的固结特性。结果表明:组合型复合地基的固结速率随着短不排水桩贯入比的增加而逐渐增大,随排水体的井阻和其周边涂抹区厚度的增加而减小。短不排水桩刚度和置换率的变化对组合型复合地基固结速率的影响较小。
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基于三维数字图像相关技术的砂岩渗流-应力 耦合变形局部化特性试验研究
彭守建, 张倩文, 许江, 陈奕安, 陈灿灿, 曹琦, 饶豪魁,
岩土力学. 2022 (5):  1197-1206.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1376
摘要 ( 60 )   PDF(12397KB) ( 83 )  
为研究渗流-应力耦合作用下砂岩变形局部化破坏特征,将三维数字图像相关(three-dimensional digital image correlation,简称3D-DIC)技术运用于可视化三轴伺服控制试验系统中,对砂岩开展了不同渗透水压条件下的三轴压缩试验研究。研究结果表明:(1)在渗流-应力耦合作用下,砂岩表面变形场云图经历了从均匀到非均匀的演化过程。在峰前的变形较为均匀,在峰值处出现应变集中,在峰后较短时间内迅速形成变形局部化带;(2)随着渗透水压的增大,岩石的峰值强度、弹性模量呈现指数型非线性衰减,峰值强度弱化系数和弹性模量弱化系数均增大,且渗透率逐渐增大,最大渗透率出现的时间点越早;(3)随着渗透水压的增大,砂岩变形局部化带从剪切状过渡到张拉-剪切状,轴向和径向变形局部化带带内外应变在峰后短时间内出现较大差异,且带内应变远大于带外应变;(4)随着渗透水压的增大,砂岩变形局部化启动应力水平越高,启动的时刻点越早。渗透水压与砂岩变形局部化启动应力水平呈线性相关性,轴向变形局部化启动水平受渗透水压的影响比径向更为显著。
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土工格栅加筋砂土中水平锚板抗拔特性试验研究
朱鸿鹄, 高宇新, 李元海, 倪钰菲,
岩土力学. 2022 (5):  1207-1214.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1618
摘要 ( 38 )   PDF(8553KB) ( 48 )  
土工格栅加筋能够有效改善锚板的抗拔承载力,然而锚板在上拔过程中的破坏机制及其影响因素尚需进一步研究。针对砂土中水平锚板的抗拔特性,开展了多组锚板上拔试验,分析了砂土密实度、锚板埋深、土工格栅布设层数和位置等因素的影响,结合粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术探究了锚板周边土体的变形破坏机制。研究结果表明:单层接触式格栅加筋对锚板的抗拔承载力有明显的提升,且其对土体性能的改善优于非接触式格栅加筋情况,其原因与土工格栅变形量和上覆土体重力有关;当采用双层土工格栅加筋时,下层格栅可充分发挥限制土体侧向变形和均化应力分布的作用,上层格栅相对而言贡献不大;采用土工格栅加筋后,锚-土界面附近土体的变形模式发生了明显的变化,其破坏面相比未加筋前向内侧收敛,且剪应变分布更为均匀。
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含陡缓倾结构面反倾岩坡折断面演化特征 的离心试验研究
杨豪, 魏玉峰, 裴向军, 张御阳,
岩土力学. 2022 (5):  1215-1225.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1508
摘要 ( 28 )   PDF(14885KB) ( 25 )  
为研究含陡缓倾结构面的反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征,以苗尾水电站右坝肩倾倒变形体为地质原型,通过在坡体内不同部位预置切割岩层的非贯通裂缝开展离心模型试验,模拟反倾岩坡在自重条件下的折断面演化特征。研究表明:(1)含陡缓倾结构面的反倾岩坡破坏以折断面的形成为标志,折断面的形成分为3个阶段:初期(0~40g,g为重力加速度)为局部岩层断裂阶段,以岩层局部断裂及后缘岩层前倾为主要破坏特征,坡体表面位移变化量较小;中期(40g~80g)主折断面形成阶段,坡体深部结构面自上而下断裂扩展连接形成主折断面,坡体表面位移变化量约占总位移量的3/4;后期(80g~120g)为多级折断面形成阶段,以坡体内部断裂岩层应力重分布为主要变形特征,坡体表面位移基本保持不变。(2)结构面间岩桥断裂具有瞬时性,但折断面的形成是渐变发展的过程,主要受陡倾结构面控制,主折断面处裂缝应变量最大,受力方式最为复杂,次级折断面处裂缝应变量次之。(3)基于断裂力学,简化了复杂应力状态下含结构面的反倾岩坡压剪断裂判据和岩层不平衡力公式,揭示了主折断面处岩层不平衡力呈现由坡体高度1/3处向坡底和坡顶两侧变小的规律,折断面的形成主要受剪应力与正应力的强度因子比值、岩层结构面长度和裂纹率共同影响。
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基于珊瑚礁岛分区分层的淡水形成过程研究
鞠远江, 胡明鉴, 刘阳, 朱旭, 秦坤坤,
岩土力学. 2022 (5):  1226-1236.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0145
摘要 ( 25 )   PDF(12154KB) ( 13 )  
为了探究土的分层特征对珊瑚礁岛下淡水透镜体形成的意义,在南海某珊瑚礁岛采用钻孔取样,分析每个钻孔不同层位样品的粒度。根据水平和垂直方向上的粒度特征,确定岛的水平分区和垂直分层;根据每个钻孔所代表的范围,确定每个水平分区的面积;根据每个钻孔中不同颗粒级配的样品所代表的厚度,确定每个垂直分层厚度。礁灰岩以上松散层的不同分区和分层的颗粒级配控制地层的渗透性,垂直和水平方向的渗透性特征控制淡水透镜体形成的难度、淡水透镜体的总厚度以及过渡带的厚度。根据岛的总面积和垂直分层数建立数值模型,得到不同时间、不同水平位置和垂直深度的地下水浓度特征的模拟结果。
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开口柔性防护网调控泥石流性能试验研究
王东坡, 赵军, 张小梅, 杨鑫,
岩土力学. 2022 (5):  1237-1248.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1248
摘要 ( 31 )   PDF(30969KB) ( 211 )  
柔性防护网是防治泥石流灾害的重要工程措施之一,现有防治结构以闭口防护网形式为主,易发生堵塞且调控能力欠佳。为此,提出一种开口柔性防护网结构,并基于理论分析、物理模型试验开展了开口柔性防护网对泥石流的调控性能研究,推导泥石流速度衰减率、爬升高度和柔性防护网拦挡率的理论公式。结果表明:与闭口柔性防护网结构相比,该结构起到了良好的自清洁作用,且可有效调控泥石流速度峰值;所推导的无量纲理论公式计算结果与物理试验结果具有较好的一致性;速度衰减率、爬升高度和拦挡率主要由相对开口高度、无量纲流深、泥石流相对密度和弗罗德数控制;速度衰减率和拦挡率与相对开口高度呈负相关,与泥石流相对密度呈正相关,爬升高度与相对开口高度、相对密度均呈负相关。上述研究可为开口柔性防护网在泥石流防治工程中的应用提供理论及技术支持。
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填料粗粒含量对筋土界面拉拔性状的影响
王家全, 康博文, 周圆兀, 唐滢,
岩土力学. 2022 (5):  1249-1260.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1468
摘要 ( 50 )   PDF(15044KB) ( 38 )  
基于可视化拉拔系统及数字照相量测技术,针对5种不同粗粒含量 (粒径>5 mm颗粒的质量百分数)的粗粒土开展拉拔试验,探讨了粗粒含量 对筋土界面强度指标、颗粒位移演化及土工格栅应变等的影响。研究表明:界面黏聚力c与界面摩擦角 随 增加呈不同程度增加; 从20%增长至35%后,土工格栅末段出现应变及拉拔力峰值时所对应的格栅拉拔位移均减少,但各段土工格栅应变量增加;随着 的增加,筋土界面粗粒土颗粒位移矢量方向逐渐趋于水平,其位移量显著减小。同时,筋土界面空洞明显减少; 增加使筋土界面的粗粒土颗粒位移减小,而间接影响区范围扩大,使一定高度范围内的粗粒土颗粒被间接带动,在宏观上使界面似黏聚力增加; 增加后,位于筋土界面V3处的土颗粒最大位移速度减小。位于间接影响区的V1、V2处的土颗粒最大位移速度因受间接影响区范围扩大,颗粒扰动加强而有少量增大。
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饱和红层泥岩填料累积变形特性及安定界限研究
陈康, 刘先峰, 袁胜洋, 潘申鑫, 马杰, 蒋关鲁,
岩土力学. 2022 (5):  1261-1268.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1620
摘要 ( 34 )   PDF(7892KB) ( 36 )  
最优含水率下红层泥岩作为高速铁路路基填料的适用性已经在西南地区得到了初步验证,但饱和状态下红层泥岩填料的累积变形特性仍不明确。为此,开展了不同围压及动应力下饱和红层泥岩填料的动三轴试验,讨论了围压和动应力对填料累积变形特性的影响。结果表明:不同动应力幅值下,饱和红层泥岩填料的等效模量随振次增加,先迅速减小后趋于稳定。稳定后填料的等效模量具有应力水平相关性,随围压增大而增大,随动应力比增大而呈指数减小。不同动应力幅值下,填料变形可分为塑性稳定型、塑性蠕变型和增量破坏型3种类型。填料应变随振次增加而不再处于稳定阶段的应力状态定为塑性稳定界限应力状态。动应力进一步增加后,填料应变速率发生突增,对应的应力状态为塑性蠕变界限应力状态;塑性稳定与塑性蠕变界限应力状态对应的动应力比均低于静强度,且随围压增加呈指数衰减的规律。基床表层如用红层泥岩作填料,应考虑降雨的影响,并采取排水和改良措施以提高路基稳定性。
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洞庭湖砂纹淤泥质土一维固结蠕变模型研究
胡惠华, 贺建清, 聂士诚,
岩土力学. 2022 (5):  1269-1276.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1889
摘要 ( 37 )   PDF(10434KB) ( 236 )  
利用一维固结蠕变试验研究洞庭湖砂纹淤泥质土的蠕变特征,建立了适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土应力-应变-时间关系的经验蠕变模型。研究结果表明,轴向应变 与时间t在双对数坐标系中呈良好的线性递增关系。随着固结应力的增加, - 关系曲线的斜率显著减小,且相邻两级荷载作用下 - 关系曲线的间距逐渐变短。在高应力水平下, - 关系曲线趋于水平,同时曲线斜率减小的速率明显降低。双曲线函数比指数函数更为适合描述洞庭湖砂纹淤泥质土的应变-应力关系,将Singh-Mitchell模型中的应变-应力关系修正为双曲线型比较符合工程实际。发现 - 关系曲线的斜率与固结应力呈双曲线函数关系。在此基础上,建立了反映应力水平影响、适用于描述洞庭湖砂纹淤泥质土蠕变特性的5参数修正Singh-Mitchell模型。
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盾构扩挖地铁车站结构地震反应特性振动台试验
安军海, 陶连金, 蒋录珍,
岩土力学. 2022 (5):  1277-1288.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1298
摘要 ( 20 )   PDF(19410KB) ( 16 )  
开展了近远场地震动作用下盾构扩挖地铁车站结构的振动台试验,分析了砂土模型地基的水平位移、地表变形、加速度、土压力反应及模型结构的加速度、应变等。结果表明:模型地基-结构体系的地震响应对中低频成分发育的地震波反应更为强烈;强震作用下地铁车站结构具有明显的空间效应,地下结构的存在将会改变模型地基表面变形的分布模式。小震时模型结构中柱的加速度反应自下而上逐渐增加,而大震时其反应规律变成先增大后减小;车站结构中板的加速度反应最大、底板次之、顶板最小;小震时,同等深度处模型结构的加速度反应与模型地基土的加速度反应大小相当,侧墙的动土压力自下而上逐渐增大;大震时,模型结构的加速度反应明显大于同深度处模型地基土的加速度反应,动土压力的最大值发生在扩挖隧道的拱肩和中间部位。基于震后模型结构的宏观现象和拉应变幅值,给出了砂土地基中盾构扩挖车站结构的地震损伤演化机制。
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强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线
冯忠居, 孟莹莹, 张聪, 赖德金, 朱继新, 林路宇,
岩土力学. 2022 (5):  1289-1298.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1447
摘要 ( 31 )   PDF(11726KB) ( 204 )  
为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移(p-y)曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g~0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明:地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。
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深厚软土中抗滑桩的修正悬臂桩计算方法
邓涛, 许杰, 郑嘉勇, 郑路
岩土力学. 2022 (5):  1299-1305.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1619
摘要 ( 29 )   PDF(5958KB) ( 38 )  
大面积堆填或开挖时深厚软土地层内部常产生较大滑移,这为该类地层中考虑桩土作用的抗滑桩分析带来较大困难。考虑深厚软土的滑移性状,针对既有悬臂桩法计算存在的问题进行修正,滑动面上部桩身受荷段的桩身荷载采用等腰三角形分布且极值点为极限侧土压力,设滑动面下部桩身锚固段上侧桩周软土为理想弹塑性以考虑软土大位移条件,下侧为弹性状态,并通过位移叠加原理对传统方法求解产生滑动面不连续的缺陷进行修正。通过现场桩侧堆载试验验证,修正悬臂桩法的弯矩和位移计算结果较好,桩顶位移误差小于3%,桩身最大弯矩误差小于10%。所提方法有助于深厚软土地层抗滑桩的设计和计算。
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强震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡 动力响应规律试验研究
郭明珠, 谷坤生, 张合, 孙海龙, 王晨, 刘晃,
岩土力学. 2022 (5):  1306-1316.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1412
摘要 ( 26 )   PDF(13649KB) ( 164 )  
青藏高原东南三江流域沿江分布着数以万计的古滑坡和潜在滑坡,对在建的川藏铁路构成严重的威胁。通过振动台模型试验研究了强震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡的动力响应规律。分析不同地震动参数、输入波类型和软弱结构面对斜坡动力响应规律的影响。试验结果表明:斜坡的自振频率随着输入地震波次数的增加而逐渐降低,振动强度为0.3g和0.6g是斜坡启裂和失稳的临界动力条件。斜坡具有明显的高程效应,加速度放大系数沿坡表呈现先增加、后减小、再增加的趋势,在1/4坡高和坡顶处较大。坡内竖直向加速度放大系数随高程增加呈现线性增加的趋势。频率对斜坡动力放大响应影响较大。斜坡对低频地震波的放大效应不明显,甚至有抑制作用。随着频率的增加,斜坡的动力放大效应越来越明显。随着幅值的增加,斜坡加速度放大系数呈现先增大后减小的趋势,在振动强度为0.3g~0.4g时达到最大值。不同类型地震波作用下,斜坡对天然波的放大作用高于人工合成波。软弱夹层的存在使输入的地震波出现了明显的放大,并通过快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)发现,软弱夹层的位置对输入地震波的频段的敏感程度不同。该试验揭示了含软弱夹层顺层岩质斜坡在强震作用下的动力响应规律,为进一步研究此类斜坡的失稳破坏机制和防治提供了依据。
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分层土中裙式吸力基础吸力沉贯特性模型试验研究
张雨坤, 秦廷辉, 李大勇, 王冲冲,
岩土力学. 2022 (5):  1317-1325.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1267
摘要 ( 36 )   PDF(9922KB) ( 94 )  
针对一种新型海上风电基础形式-裙式吸力基础,开展模型试验,研究其在分层土地基中的沉贯特性。讨论了土层分布形式(砂土、黏性土、上层砂土及下层黏性土(简称上砂下黏)、上层黏性土及下层砂土(简称上黏下砂))、沉贯方式的影响。研究表明:裙式吸力基础在分层土中具有良好的沉贯性能。与传统吸力基础相比,裙式吸力基础在砂土、黏性土、上砂下黏和上黏下砂地基中最终沉贯深度较传统吸力基础分别增加10.0%、2.3%、3.0%和9.6%,沉贯最大吸力值分别增加0.9%、14.4%、66.2%和92.2%。黏性土层位置和厚度对基础沉贯特性影响显著。上黏下砂地层中,基础最大吸力值出现在土层分界面处,最大吸力值随土层分布系数t(上层土厚度与土体总厚度的比值)的增加而逐渐增大,最终沉贯深度随土层分布系数增加而逐渐减小。上砂下黏地层中,裙式吸力基础最大吸力值出现在最大沉贯深度处,吸力最大值随土层分布系数的增加而逐渐减小,最终沉贯深度受土层分布系数影响较小。此外,同时抽吸主桶和裙结构内水体进行沉贯,最终沉贯深度大于只抽主桶情况。在砂土、黏性土、上黏下砂( 0.4)和上砂下黏( 0.4)等4种地基中,裙式吸力基础采用同时抽主桶和裙结构的沉贯方式,最终沉贯深度较只抽主桶情况分别增大了13.8%、3.4%、16.4%和4.6%。研究成果为进一步阐明吸力基础在分层土中沉贯机制及指导工程实践,具有借鉴意义。
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单桩与群桩基础动力时程响应差异振动台试验
张聪, 冯忠居, 孟莹莹, 关云辉, 陈慧芸, 王振,
岩土力学. 2022 (5):  1326-1334.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1330
摘要 ( 39 )   PDF(9638KB) ( 18 )  
为探明强震作用下大直径深长单桩与群桩基础的动力时程响应差异,依托海文大桥实体工程,通过大型振动台试验,开展了4种不同类型地震波作用下单桩及群桩基础的桩顶加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩时程响应变化规律及其差异性研究。研究结果表明:由于群桩效应的存在,桩顶加速度时程响应呈现双面性,群桩基础桩顶加速度峰值大于单桩基础,但峰值出现时刻滞后于单桩0.29~1.06 s;群桩基础的桩顶相对位移最大值显著小于单桩基础,且出现时刻明显滞后,Kobe波作用时滞后高达3.82 s;群桩基础的桩身弯矩最大值小于单桩基础7.54%~9.22%,且单桩基础受地震波影响较大,弯矩时程响应振幅明显大于群桩基础。桩基础抗震设计时,可充分发挥群桩基础动力时程响应滞后性特点,合理设计并选择最优桩型。
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土壤热参数及其影响因素测试分析
金宗川, 王雪晴, 乌效鸣, 彭赟,
岩土力学. 2022 (5):  1335-1340.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2038
摘要 ( 56 )   PDF(5525KB) ( 25 )  
热性质是岩土体基本的物理性质之一,用以评价热量在其中的保持、传导和分布状况,以导热系数、比热容和热扩散系数最为常见,这些参数也是地热能管理与开发、工程冷冻开挖、寒区工程设计与施工的重要参数。已有研究表明,土壤热参数与土质、来源、含水率、密度等因素有关。通过广东湛江某工地粉质黏土和黏土的热参数测试结果分析发现:随含水率的增大,粉质黏土导热系数和热扩散系数的变化趋势是先增加至最大值,然后减小,而比热容基本呈线性增大。干密度对粉质黏土导热系数的影响与含水率大小有关,当含水率不超过20.0%时,其随干密度的增加而增大,而当含水率超过27.5%后,其随干密度的增加有减小趋势;当含水率在24.5%(液限)左右时,基本没有规律可循。干密度对粉质黏土热扩散系数影响规律不明显。黏土的导热系数和比热容都随含水率和干密度的增加而增大;热扩散系数随含水率的升高整体表现为非线性增加至稳定,在低含水率下干密度的影响不明显,在较高含水率下随干密度的增加热扩散系数先增大后减小。较大颗粒的存在导致粉质黏土的导热性较黏土复杂。
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岩土工程研究
缓倾角塔柱状危岩压裂损伤-突变失稳预测
周福川, 唐红梅, 王林峰
岩土力学. 2022 (5):  1341-1352.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1477
摘要 ( 27 )   PDF(12331KB) ( 21 )  
陡高边坡灰岩地区缓倾角塔柱状危岩常具有底部压裂诱发整体失稳破坏模式,其损伤-突变失稳机制属于山地灾害关键科学问题之一。以重庆南川区甑子岩W12#危岩崩塌为例,建立了荷载、水致弱化效应耦合下的损伤突变地质力学模型,获得了基于应变等价原理的损伤本构方程及总损伤度演化方程,并将水致弱化函数改进为软化系数的一元三次函数。将地质力学模型概化为等效弹簧模型,通过能量平衡原理建立损伤-折叠突变模型,获得了塔柱状危岩系统压裂失稳判据及临界突变位移特征值表达式。计算表明:W12#危岩压裂失稳时,该系统的控制变量为–0.003 251,小于0,表示该系统进入不稳定状态;计算理论突变位移起始值148.70 mm比实测位移第一拐点值154.34 mm偏小,相对误差约3.65%,偏于安全;理论损伤本构曲线、理论损伤演化曲线与现有文献数值模拟结果趋于一致,所构建的理论预测模型具有较好的适用性。其研究成果可用于预判塔柱状危岩压裂失稳损伤演化过程及突发失稳特征位移值,为灰岩区陡高边坡危岩崩塌监测预警和防灾减灾提供理论依据。
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基于孔压静力触探试验的水运工程土分类方法研究
杜宇, 刘松玉, 祝刘文, 邹海峰, 蔡国军,
岩土力学. 2022 (5):  1353-1363.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1323
摘要 ( 42 )   PDF(11242KB) ( 151 )  
土的工程分类是工程勘察和设计应用的关键问题之一。基于孔压静力触探测试(piezocone penetration test,简称CPTU)原位测试参数进行土分类是高效实用的方法。国内外现有分类方法的名称及标准与我国《水运工程岩土勘察规范》(JTS 133-2013)不符合。因此,建立基于CPTU原位测试参数、符合我国行业标准的土工程分类方法具有重要工程意义。在收集大量国内外水运工程CPTU测试资料的基础上,对比分析了616个间距小于5 m的CPTU测试孔和相应钻孔取样与室内土工试验成果。选择国内外7种常用的CPTU土分类图进行应用比较,发现这些土分类图所采用的应力修正计算方法在考虑浅层土体的有效上覆应力修正时存在一定的缺陷,通过引入新的应力修正方法和修正土分类边界线,建立了适合我国水运工程的CPTU土分类方法。对比应用分析表明,该分类图能够准确地进行水运工程土类划分,尤其适合于软土、粉细砂和中粗砂的划分,可作为我国水运工程的土工程分类方法。
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数值分析
蠕滑错断-强震时序作用下跨活断裂 隧道变形破坏机制初步研究
崔臻, 盛谦, 李建贺, 付兴伟,
岩土力学. 2022 (5):  1364-1373.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1300
摘要 ( 34 )   PDF(10199KB) ( 35 )  
在以往对跨活断裂隧道变形破坏机制研究中,往往分别单独研究蠕滑错断与强震两种效应,忽略了在强震区两种效应往往同时对隧道具有威胁的可能性。基于此,讨论了蠕滑错断-强震时序作用对强震区隧道的影响。在室内试验数据的基础上,考虑相对错动条件下岩石-衬砌接触面、隧道混凝土衬砌材料的非线性弱化特征,研究隧道在先后发生活断裂错断与强震作用下的变形响应与破坏特征。引入了“柔性铰接”设计概念作为隧道的针对性工程措施,并验证了铰接设计的效果。开展了详细的参数研究,讨论了铰接设计中一些重要设计参数的影响。研究结果表明:(1)仅受到断层作用时,隧道的影响与破坏仅限于断层带部分,而隧道的其他部分基本保持相对完好;(2)隧道衬砌在蠕滑错断-强震时序作用下,隧道衬砌出现了明显的椭圆形变形和顶板沉降,导致隧道衬砌沿起拱线也出现明显的破坏现象。具有初始错断损伤的隧道在地震作用下会遭受更严重的破坏,破坏程度随初始错断距离的增加而增加;(3)铰接设计可以在时序组合作用下减少相对变形并提高隧道的安全程度,但铰接设计带来的安全程度的提高仅限于设防范围内;(4)建议设防长度的最佳范围为略大于断层宽度即可,节段长度越小,对改善隧道安全裕度越有利,而增加错断缝宽度几乎并不能提高隧道在蠕滑错断-强震时序组合下的表现。研究成果作为初步探索,可为进一步提高我国西部强震区地下工程的抗震抗错断能力提供一定的参考。
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考虑结构性黏土应变软化效应的 桩靴竖向承载特性研究
焦钰祺, 贺林林, 梁越, 刘旭菲,
岩土力学. 2022 (5):  1374-1382.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1420
摘要 ( 44 )   PDF(9478KB) ( 25 )  
为评估桩靴在结构性较强的黏土场地贯入时,土体的应变软化效应对桩靴竖向承载特性的影响,首先采用VUSDFLD子程序定义结构性黏土不排水抗剪强度 随累积绝对塑性剪应变 的变化关系,使现行的耦合欧拉-拉格朗日(coupled Eulerian-Lagrangian,简称CEL)数值分析方法能够模拟结构性黏土的应变软化效应。然后,基于改进后的CEL数值分析方法,分析土体灵敏度 、土体应变软化参数 及土体脆性参数 对桩靴上方土体回流及竖向承载特性的影响。结果表明: 、 及 均会对桩靴上方土体回流及桩靴竖向承载力产生影响,其中反映结构性黏土脆性特性的参数 影响最显著。与未考虑土体应变软化效应的情况相比,考虑结构性黏土应变软化效应的桩靴竖向承载力因子和极限孔穴高度明显偏低。此外,建立了桩靴在结构性较强的海洋黏土场地预压贯入时的归一化极限孔穴高度及桩靴深贯入竖向承载力预测公式,预测结果较合理。研究成果也可为实际工程中评估桩靴深贯入竖向承载力、预测桩靴最终贯入深度提供参考。
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内部侵蚀对地下结构影响的数值分析: 在隧道渗漏问题上的应用
刘映晶, 杨杰, 尹振宇,
岩土力学. 2022 (5):  1383-1390.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1462
摘要 ( 45 )   PDF(8248KB) ( 39 )  
当地下水从衬砌接缝或裂缝进入隧道时,土体中的细颗粒会在渗流作用下从土体骨架上脱落流入隧道内,这种现象被称作内部侵蚀。然而,当前对隧道渗漏问题的研究中,并没有考虑土体细颗粒流失对隧道结构及周围土体的影响。因此,在连续介质力学框架下开发了一个两相四组分模型,以描述内部侵蚀过程及其引起的土体孔隙度、细颗粒含量及渗透系数等变化;结合一个与颗粒级配相关的非关联临界状态弹塑性本构模型,将细颗粒含量的变化与土体孔隙率、密实度及临界状态线的空间位置相关联以考虑内部侵蚀对土体力学性质的影响。研究结果表明,本模型可以描述隧道渗漏引起的侵蚀区域的时空演化全过程,而基于孔压降低的分析方法会低估渗漏引起的衬砌内力和地层变化。此外,研究还发现三维条件是准确模拟土体内部侵蚀过程的一个重要因素。
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大倾角煤层分层综采再生顶板破断规律研究
池小楼, 杨科, 刘文杰, 付强, 魏祯,
岩土力学. 2022 (5):  1391-1400.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1563
摘要 ( 32 )   PDF(13922KB) ( 34 )  
针对大倾角厚软煤层下分层安全综采问题,结合淮南矿区潘北煤矿1212(3)大倾角厚软煤层分层综采下分层工作面地质与工程条件,综合运用基于数字散斑、声发射监测与分布式光纤传感技术的物理模拟试验、基于煤系地层赋存禀赋建模技术的数值模拟试验相结合的研究手段,开展了下分层开采再生顶板破断倾向分区演化、再生岩体变形声发射能量与光纤应变响应规律及应力分布特征研究。结果表明:再生顶板破断由其破断岩块滑移、低中位悬臂梁和高位铰接岩梁断裂组成,双梁破断是引起下分层支架失稳的关键所在。下分层中上部双梁破断声发射能量呈高度聚集且持续时间短,光纤感知低位悬臂梁破断且中上部光纤应变峰值高,下分层中上部是支架与再生顶板稳定性控制的重点区域。下分层下部再生顶板破断岩块充填密实且粒径小,是架间与架前岩块漏冒多发区域。下分层再生顶板中形成高应力组成的应力拱,距采空区高度约30 m,双梁破断主要发生在拱内,拱中岩体破断对支架具有一定的冲垮作用。
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空洞对隧道喷射混凝土爆破振动特性 及安全评价的影响研究
杨建华, 黄启欢, 姚池, 张小波, 周创兵, 陶铁军
岩土力学. 2022 (5):  1401-1411.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1228
摘要 ( 31 )   PDF(13250KB) ( 23 )  
在隧道工程施工过程中,爆破开挖与喷射混凝土支护往往交替进行,爆破振动可能会造成局部的喷射混凝土与围岩表面之间失去黏结力,二者脱离形成空洞。采用薄板振动理论模型、三维离散元程序3DEC数值模拟及现场实测振动分析相结合的方法,研究了隧道喷射混凝土与围岩之间的空洞对混凝土喷层爆破振动特性及安全评价的影响。研究结果表明,当隧道喷射混凝土与围岩之间存在空洞时,空洞处喷射混凝土的振动速度增大、振动持续时间变长、振动频率降低,振动的幅值-频率谱具有明显的单峰现象,回归分析得到的质点峰值振动速度衰减速率更快;空洞的存在导致隧道混凝土喷层爆破振动危险区域增大,致使选择的喷射混凝土支护时机滞后、采用的最大单响药量偏低,从而降低了隧道开挖的施工效率、增加了工程成本。
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测试技术
垂直孔应力解除法地应力测试技术及工程应用
王超, 王益腾, 韩增强, 王川婴, 汪进超, 胡胜
岩土力学. 2022 (5):  1412-1421.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1232
摘要 ( 43 )   PDF(12315KB) ( 176 )  
针对应力解除法在垂直深孔中应用的局限性,提出一种适用于垂直深孔的应力解除法地应力测试技术。研制基于显微光学成像原理的触头式孔径变形测量装置,通过对单动双管钻具进行优化配接,形成了适用于垂直深孔的地应力快速测试技术。孔径变形测量装置采用孔径变形感知、显微成像及测量定向等关键技术,简化了测试过程,缩短了测试时间,能够实现高地温、高水压垂直深孔中多方向孔径变形测量;引入单动双管钻具,对其钻进、取芯以及过流进行优化配接,形成了地应力辅助测试装置。在金山店铁矿张福山矿床–410 m和–500 m水平进行了地应力测试,获取到的环形岩芯内径稳定,且完整性高,验证了辅助装置具备精确成孔和完整取芯的技术优势,为孔径变形准确测量提供了保障;计算得到了4个点位处的地应力数据,其主应力基本随深度增加而增大,最大水平主应力约在NNW~NNE方向上。研究表明,垂直孔应力解除法地应力测量技术能够在垂直深孔中快速、可靠地实现地应力测试
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