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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
2024年, 第45卷, 第5期 刊出日期:2024-05-11
上一期   
基础理论与实验研究
区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构开采浅层地热能评价综述
孔纲强, 常洪林, 王天赐, 杨庆,
岩土力学. 2024 (5):  1265-1283.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0952
摘要 ( 284 )   PDF(19531KB) ( 357 )  
随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参数和地下城市热岛效应两方面总结浅层地热能理论潜力现有研究成果,简述浅层地热能的开发形式,重点针对区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构的适应性评价进行系统综述,从适宜性分区、热交换潜力、满足建筑物能源需求效果三方面建立相应的区域尺度能源地下结构评价体系,以我国山东临朐县和德国巴登-符腾堡州地埋管地源热泵及我国南京大学仙林校区能量桩的区域性研究为案例进行深入分析,归纳当前研究中存在的问题,并对区域尺度能源地下结构的下一步研究进行展望。
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裂隙砂岩应变场演化与超声时移衰减特征研究
张朝俊, 吴顺川, 储超群, 庞瑞,
岩土力学. 2024 (5):  1284-1296.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1610
摘要 ( 167 )   PDF(15329KB) ( 157 )  
微裂纹萌生、扩展和聚结模式的识别是研究岩体灾害孕育演化过程的基础。为探究裂隙岩石微裂纹发育过程及机制,采用主动超声测量和数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)技术同步监测单轴压缩下预制裂隙砂岩的损伤破裂过程,分析了表面应变场演化及超声衰减特征。结果表明:小倾角预制裂隙尖端的局部拉应力集中利于裂纹更早萌生;随裂隙倾角增加,预制裂隙试样由较为稳定的渐进性破裂转变为突发性破坏,其脆性特征也更明显,表面应变场可实时追踪裂纹的萌生和扩展。P波波速、振幅谱和超声振幅的衰减与微裂纹的发育和宏观裂纹的形成密切相关,可将超声波主频的明显衰减视为宏观裂纹形成的直接证据;不同射线路径P波速度及振幅衰减的差异,是轴向应力和预制裂隙诱导损伤累积各向异性的结果。此外,采用改进谱比法分析了超声衰减的时移特征,发现超声波衰减比P波波速对岩石介质中微裂纹的发育更敏感,进一步对比发现超声振幅、表面应变、P波波速对岩石损伤识别的敏感性依次降低。该研究结果表明,主动超声衰减和DIC表面应变同步监测是识别和量化岩石损伤和裂纹扩展先兆信息的有力工具。
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高温作用下非饱和黄土裂隙演化及其定量分析
赵再昆, 王铁行, 张亮, 金鑫, 鲁洁, 阮嘉斌, 邢昱,
岩土力学. 2024 (5):  1297-1308.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0913
摘要 ( 128 )   PDF(10872KB) ( 144 )  
黄土地区采用热减湿工法加固基坑边坡具有潜在应用价值,科学评价高温减湿黄土的裂隙演化是验证该加固工法可行性的关键环节。利用自制试验装置,进行了不同初始干密度和初始含水率的非饱和黄土在50~200 ℃温度水平下的裂隙演化试验,观察了土样含水率和表层裂隙变化,通过试验图像处理定量分析了裂隙率r、裂隙总长L、分形维数D、裂隙平均宽度W等裂隙指标随温度的变化规律。分析结果显示:随着温度水平提高,rLD均有所提高,变化不明显;初始干密度的提高使rL明显减小,使明显提高;初始含水率的升高使rLD显著提高。高温作用显著改变土体的起裂模式,100 ℃临界温度作用下土体的起始裂隙快速出现,这可能与高压水蒸气的不均匀挤压有关。高温极大加快裂隙演化进程,但超过100 ℃后,继续升温对裂隙演化的加速幅度不大。从断裂力学的角度分析了高温作用下黄土裂隙开裂和扩展的力学机制,揭示了高温黄土裂隙演化机制。基于基质吸力对裂隙演化的重要影响,建立了考虑高温的基质吸力公式,在一定程度上揭示了高温对基质吸力的显著影响。
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荷载作用下砂土边坡-管道相互作用试验研究
喻文昭, 朱鸿鹄, 王德洋, 谢天铖, 裴华富, 施斌,
岩土力学. 2024 (5):  1309-1320.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0705
摘要 ( 142 )   PDF(11134KB) ( 149 )  
随着我国西气东输、南水北调等重大工程的快速推进,埋地管道不可避免地会穿越高陡山区,并受到区域地形地貌的影响,而关于边坡-管道相互作用机制的认识还相对滞后,相关研究亟需加强。基于分布式光纤应变传感(distributed strain sensing,简称DSS)、粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,开展加载工况下砂土边坡-管道相互作用的室内模型试验,探究了临坡地基极限承载力的影响因素,并研究了不同坡角下边坡土体变形破坏机制及埋地管道的结构响应特征。研究结果表明:(1)临坡地基经历了弹性压密、局部剪切和整体破坏3个阶段,并呈现不对称楔形破坏模式;(2)临坡地基极限承载力随着坡角的增大呈减小趋势,同一坡角下埋地管道的存在会降低临坡地基极限承载力;(3)管道对边坡滑裂面形成路径的影响程度随着坡角的增大而变大;(4)在荷载作用下埋地管道横截面环向应变呈“椭圆化”分布,据此提出了管周界面土抗力的简化计算模型与椭圆度计算式。相关结论对边坡-管道系统的变形控制与结构设计有一定的参考和借鉴意义。
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不均匀卵石持力层桩端后注浆效果试验研究
王军, 金天, 秦伟, 张峰, 蔡瑛,
岩土力学. 2024 (5):  1321-1333.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0671
摘要 ( 80 )   PDF(13968KB) ( 76 )  
我国东南沿海尤其是温州地区广泛存在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的地层。该区域的钻孔灌注桩常采用后注浆技术改善其承载性能。为了评价后注浆技术对这类地层中灌注桩承载力改善效果,开展了相应的模型试验,对比了不同注浆量对桩承载力的影响程度;并结合扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验分析了浆液分布特点,探讨了浆液在卵石层中的扩散范围,研究了浆液扩散范围与桩承载力之间的关系。结果表明:浆液能够有效地填充桩端卵石层,注浆量的增加使得填充范围扩大,填充范围为3~4倍桩径时,桩的承载力改善最显著。在不均匀卵石持力层中存在一个最优注浆量,最优归一化注浆量约为2.8,若超过该最优注浆量归一化值,桩的承载力不再显著提高。单桩模型试验确定的最优注浆量与刘金砺公式[1]的预测结果接近。扫描电镜技术有助于评价桩的后注浆技术在上覆深厚软土下覆不均匀卵石的土层中的效果。
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层状岩石不排气三轴压缩力学特性试验研究
王伟, 罗霄, 陈超, 刘世藩, 段雪雷, 朱其志,
岩土力学. 2024 (5):  1334-1342.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0896
摘要 ( 84 )   PDF(8612KB) ( 104 )  
为研究地下隧洞开挖过程中围压和孔隙气压对层状千枚岩力学特性及变形参数的影响,以氩气作为渗透介质,开展层状千枚岩不排气三轴压缩试验,分析层状千枚岩在不同围压和孔压下应力-应变关系、峰值强度、变形特性及破坏形式随层理倾角的演化特征。引入基于层理倾角的各向异性度公式,探讨围压和孔压对层状千枚岩各向异性的影响。结果表明:不排气条件下,当孔压减小或围压增大时,层状千枚岩峰值强度逐渐增大;岩石峰值强度σc、弹性模量及变形模量随层理倾角的增大呈“U”型变化;层理倾角在30°~60°之间,层状千枚岩存在层理弱面,破坏形式主要为沿层理面剪切滑移破坏;层状千枚岩在平行层理方向受围压、孔压影响较大,呈现明显各向异性特征。
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基于统一强度理论的扰损围岩巷道脆塑性解答
张常光, 周渭, 徐灏, 赵帅, 孙珊珊,
岩土力学. 2024 (5):  1343-1355.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0783
摘要 ( 76 )   PDF(9953KB) ( 68 )  
钻爆法施工常造成岩质巷道扰损区围岩性能劣化。针对扰损围岩、扰损外围岩的弹塑性状态下不同的扰损围岩巷道力学模型,采用统一强度理论、弹−脆−塑性模型和非关联流动法则,建立扰损围岩巷道有关应力、位移和塑性区半径的脆塑性解答,探讨巷道力学模型的转换路径及判定方法,并将结果进行对比、验证,获得各因素的影响规律。研究表明:提出的巷道脆塑性解答合理反映了中间主应力、围岩扰损范围和峰后强度、剪胀特性的综合影响,通过参数组合变换可退化为多种解答并得到正确性验证,具有重要的理论意义和应用前景;巷道力学模型判定与中间主应力、围岩扰损范围密切相关,显著影响巷道应力-位移分布和围岩特征曲线;支护压力和巷道稳定变形随着围岩峰后强度下降、剪胀特性参数增加而明显增大。
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考虑系泊点深度的单点系泊系统锚桩水平承载性能理论分析
董恒年, 孔纲强, 周杨, 杨庆,
岩土力学. 2024 (5):  1356-1364.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0720
摘要 ( 43 )   PDF(7584KB) ( 42 )  
单点系泊系统因其克服恶劣海况的优越性成为我国海洋石油开发的重要系泊形式。然而,水下单点系泊系统锚桩-土体相互作用机制尚不清楚,尤其缺少考虑系泊点深度的水平承载性能计算方法。基于复合地基反力法,建立水平荷载下单点系泊系统锚桩的挠曲控制方程和边界条件,并编制相关计算程序;通过迭代法求解,获得不同系泊点位置下的锚桩荷载-位移曲线以及桩身位移、弯矩沿桩身的分布规律曲线;通过与数值模拟和既有离心模型试验结果的对比分析,验证了其准确性和可靠性;继而考虑系泊点深度对锚桩水平承载力的影响,进行参数分析,给出了最优系泊点深度取值范围。分析结果表明,增加系泊点深度可以显著减小锚桩的水平位移及弯矩最大值,从而提高锚桩的水平极限承载力。
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黏弹性非饱和土中劲性复合桩纵向动力响应分析
柳鸿博, 戴国亮, 周凤玺, 龚志宇, 陈智伟,
岩土力学. 2024 (5):  1365-1377.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0770
摘要 ( 60 )   PDF(9473KB) ( 48 )  
劲性复合桩作为一种新型桩基,其动力响应分析具有重要的实际意义。基于弹性动力学理论和三相多孔介质模型,考虑劲性复合桩的特殊结构和非饱和土体骨架的非流动黏性特征,利用理论推导和参数分析,分析了分数阶黏弹性非饱和地基中劲性复合桩的纵向振动特性。首先,通过力学平衡推导,建立了劲性复合桩的纵向振动方程,并利用已有的非饱和土体运动控制方程描述桩周土体的动力响应,其中采用分数阶标准线性固体(fractional standard linear solid,简称FSLS)模型表征土体骨架的非流动(频率相关)黏性;然后,经过严格的理论推导,得到了劲性复合桩的桩顶动阻抗解析解答;最后,通过计算案例和参数敏感性分析,讨论了桩和土体参数对劲性复合桩的桩顶动阻抗的影响规律。结果表明:水泥土桩的横截面占比以及桩长的增大均会提高桩顶动阻抗;分数阶数和应变松弛时间的增大以及应力松弛时间的减小均有助于提高桩顶动阻抗;增大土体饱和度或减小土体固有渗透系数亦将提升桩顶动阻抗。
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考虑微裂纹随机分布的堆石颗粒准静态强度统计模型
闫世豪, 迟世春, 王晋伟, 郭宇, 周新杰,
岩土力学. 2024 (5):  1378-1387.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0772
摘要 ( 47 )   PDF(8428KB) ( 42 )  
材料内部裂纹尺寸、形状、转向和空间位置的随机分布对其强度有直接的影响。为了研究地震准静态荷载作用下堆石颗粒强度与尺寸和应变率的统计关系,在最弱链理论的框架下假设颗粒内部裂纹的尺寸和空间位置均服从幂律分布,建立了由颗粒累积破坏概率和体积构成的复合参数与强度的关系。从微观角度应变率效应提高了内部裂纹的强度,降低了单位体积的失效概率,同时使裂纹的空间位置分布更稀疏,减弱了颗粒强度的尺寸效应。不同加载速率的颗粒破碎试验结果表明:随着加载速率的增大,存在逐渐减小的空间分布幂指数使颗粒复合参数汇集在由最弱链统计模型决定的主曲线上。
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柱状药包侧向爆破下抵抗线对岩石破碎特性的影响研究
李萍丰, 王秀龙, 闫小兵, 马正腾, 彭建宇, 张凤鹏,
岩土力学. 2024 (5):  1388-1396.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0933
摘要 ( 45 )   PDF(10290KB) ( 44 )  
为研究抵抗线对柱状药包侧向爆破下岩石破碎特性的影响,采用波动理论,分析了自由面处的应力状态;采用直铜丝电爆炸模拟柱状药包爆破,开展了侧向爆破破岩的物理模型试验;再借助超高速摄像技术,观测了试件表面裂纹网的演化过程;结合爆破漏斗区形态、尺寸和碎块分布特征,研究了不同抵抗线下柱状药包爆破破岩特性。结果表明,抵抗线是控制岩石爆破破裂模式、破坏区形态和碎块块度大小的重要因素。随抵抗线增加,裂纹发育速度与密度减小,裂纹网覆盖范围增加,优先贯穿裂纹由横向转变为环向裂纹。此外,模型试验结果表明,破裂区短轴随抵抗线增加而增加。结合自由面处应力状态,利用最大拉应变准则对此进行了解释。建立了碎块块度与能量单耗之间的关系,研究成果为岩石工程爆破设计优化提供参考。
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考虑衬砌截面协调变形约束的既有隧道受盾构下穿施工影响的Fourier能量变分解
张治国, 沃巍, 朱正国, 韩凯航, 孙苗苗,
岩土力学. 2024 (5):  1397-1411.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0670
摘要 ( 55 )   PDF(14140KB) ( 45 )  
目前关于新建盾构开挖诱发既有地铁隧道变形的理论研究,大多将既有隧道简化为不含接头的Euler-Bernoulli梁,而忽视了衬砌截面的剪切变形与管片接头的局部刚度削弱。此外,既有地基模型理论较少考虑衬砌管片与接触土体的协调变形约束。首先,采用Loganathan-Polous公式计算盾构开挖诱发的土体自由位移场,并将既有隧道视为考虑剪切变形的Timoshenko梁,基于沿轴线变化的抗弯与剪切刚度函数来描述管片接头的局部削弱作用;然后,结合能量变分原理与连续弹性体Mindlin解,建立考虑衬砌截面协同变形约束的隧道位移控制方程,将盾构开挖诱发的附加荷载施加于既有隧道,并使用Fourier级数方法求解既有隧道纵向变形;最后,将Fourier能量变分解与3组工程实测数据进行对比验证,取得了较好的一致性。此外,考虑隧道抗弯刚度、剪切刚度、接头刚度削弱作用、土体参数与隧道空间位置等因素的共同影响,使用抗弯系数、剪切系数及接头系数进行敏感性分析。结果表明,考虑截面变形协调约束的理论解更为符合实际,不考虑变形协调约束所得隧道位移结果偏大;衬砌接头局部刚度的削弱作用将造成隧道弯矩沿轴线在接头处发生明显锯齿状突变;抗弯系数与剪切系数的增长均导致隧道结构所受弯矩降低;剪切系数由低到高的增长将导致隧道变形模式发生“弯曲控制-弯剪混合-剪切控制”三阶段变化;隧道变形模式进入“剪切控制”阶段的过程中,抗弯刚度的变化对隧道内力影响逐渐降低;接头系数的增长将造成隧道所受弯矩降低,但隧道抗弯刚度较大时其影响逐渐减弱。
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陡倾结构金属矿山岩移规律的模型试验研究
刘秀敏, 范凯, 王月, 王文中, 陈从新,
岩土力学. 2024 (5):  1412-1422.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0887
摘要 ( 58 )   PDF(12824KB) ( 71 )  
陡倾地质结构金属矿床大部分形成于构造断裂带,崩落法开采会产生显著的岩层移动现象。以湖北黄石的金山店铁矿典型地质剖面为基础,构建地质结构模型。通过缩尺物理模型试验,研究陡倾地质结构对崩落法采矿岩层移动的影响规律。研究结果表明,受陡倾地质结构的影响,采空区岩层移动可分为缓慢增长、快速增长与地表塌陷破坏3个阶段,其中上盘岩移范围远大于下盘,上盘以倾倒变形破坏为主,下盘以剪切滑移破坏为主;采空区顶板岩层一方面不断崩落填充采空区控制岩移,另一方面形成冒落拱,以拱脚抵制上下盘陡倾岩层朝向采空区移动;当顶板崩落至地表后冒落拱的支撑作用消失,近采空区的上盘岩层发生倾倒折断塌陷,下盘岩层发生剪切滑移塌陷。
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强降雨对库岸堆积体边坡稳定性影响的离心模型试验和数值模拟研究
陈磊, 张强, 贾朝军, 雷明锋, 黄娟, 胡晶,
岩土力学. 2024 (5):  1423-1434.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0917
摘要 ( 83 )   PDF(13460KB) ( 97 )  
堆积体广泛分布于我国西南大江大河的河谷地带,在降雨条件下其稳定性直接关系到大坝的安全稳定。设计了水库库岸堆积体边坡强降雨离心模型试验系统,开展了强降雨诱发库岸堆积体边坡失稳离心模型试验,对降雨作用下滑坡地质演化及灾变过程进行研究。基于试验结果,进一步开展数值模拟研究,分析了满库容不同降雨强度下强降雨对不同库水位及堆积体渗透性的边坡稳定性影响。结果表明:水库蓄水阶段堆积体边坡前缘在浮托力和泡水软化作用下造成抗滑力下降。但指向坡体内的渗透压力对坡体起到加固作用。两种竞争机制作用下产生的后缘细微裂缝对降雨阶段边坡变形发展产生重要影响。降雨主要造成坡表侵蚀及径流,少部分从裂缝入渗造成后缘浅层下沉。若不加处理,则边坡有可能发生推移式整体破坏。因此,库岸堆积体边坡后缘裂缝的处置是地质灾害防治的关键。
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基于定向声波扫描的钻孔围岩隐伏溶洞表征与分析方法
张岩, 汪进超, 刘厚成, 郭启军,
岩土力学. 2024 (5):  1435-1445.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0893
摘要 ( 54 )   PDF(10562KB) ( 55 )  
复杂地质环境下采用简化的几何体代替真实形态的隐伏溶洞进行数值分析,往往难以反映真实的工程特性,自然形成的溶洞形态在几何方面无明显规律性,导致溶洞形态特征的定量化表征问题一直未被很好的解决,为此,针对复杂地质环境下钻孔围岩隐伏溶洞轮廓的几何形态特征定量化研究中缺少系统性研究问题,提出了基于定向声波扫描的钻孔围岩隐伏溶洞表征与分析方法。首先,在利用钻孔定向声波扫描技术获取基础数据的基础上,构建同一钻孔中不同隐伏溶洞的轮廓坐标化准则。随后,在钻孔围岩隐伏溶洞定量表征方面,分别提出了隐伏溶洞水平方向结构表征方法与垂直方向结构表征方法,实现了隐伏溶洞的全方位定量化表征;在钻孔围岩隐伏溶洞统计分析方面,提出了水平全方位占比指数、远离占比指数和深度占比指数,能够从钻孔角度来统计分析钻孔不同深度、周围不同位置的隐伏溶洞情况。最后,结合实际工程案例进行了综合分析,并与其他方法进行了对比验证,证明了提出的方法能够为岩溶地区地质工程中工程勘察和数值模拟提供更多的定量化数据,是溶洞地区的开发与资源利用技术中的一种全新定量化分析方法,具有广阔的应用前景。
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竖井地基大应变非线性固结解析解
王亦炀, 李传勋, 李阔, 陆向综
岩土力学. 2024 (5):  1446-1456.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0852
摘要 ( 57 )   PDF(8591KB) ( 55 )  
已有的研究表明,高压缩性软土的大应变及非线性固结特性对其固结具有显著影响。但目前能同时考虑两者影响的竖井地基大应变非线性固结解析解还鲜见报道。考虑高压缩性软土在固结中的大变形特性,应用双对数压缩渗透非线性模型描述软土在固结中的压缩渗透特性变化,基于Gibson大应变固结理论,建立竖井地基大应变非线性固结模型并获得模型的解析解。将所获得的解析解与竖井地基大应变非线性固结数值解及特定工况下小应变线性固结解析解进行对比,以验证所获解析解的可靠性。在此基础上,通过大量计算对不同工况下竖井地基非线性固结性状开展分析。结果表明:压缩指数Ic为定值时竖井地基固结速率随参数α 减小而增大。α 保持不变时竖井地基固结速率随Ic减小而增大。压缩渗透参数保持不变时,竖井地基固结速率随着外荷载的增大而加快,随着井径比增大而减慢。将所获解析解应用于深港西部通道口岸区填海地基处理的工程计算,表明理论计算的沉降曲线与实测曲线较为吻合,说明了所获解析解的工程可应用性。
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基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究
叶帅华, 辛亮亮,
岩土力学. 2024 (5):  1457-1471.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0947
摘要 ( 85 )   PDF(11465KB) ( 92 )  
近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。
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软黏土中吸力锚承载特性离心试验研究
熊根, 付栋康, 朱斌, 赖莹,
岩土力学. 2024 (5):  1472-1480.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0869
摘要 ( 49 )   PDF(10602KB) ( 45 )  
加载倾角和系泊点位置是吸力锚基础最重要的设计要素之一,能够改变锚体的破坏姿态以影响极限承载力。在饱和软黏土地基中选择不同的加载倾角及系泊点位置进行位移控制下的张紧式吸力锚离心模型试验,利用六自由度磁力计装置定量分析了加载倾角和系泊点位置对吸力锚破坏姿态与极限承载力的影响。研究发现,系泊点位置在锚体约2/3高度时,吸力锚发生平动破坏,当加载倾角由35°变化至20°时,在相同的系泊点位置,吸力锚发生后仰破坏,归一化极限承载力稍增大,并且达到极限承载力后仍保持一定的承载力余量;系泊点位置在锚体2/3高度以上时,吸力锚发生前倾破坏,归一化极限承载力降低了25%左右,并且破坏后的承载力余量大大降低。无论破坏模式如何,均未发现锚内土塞与锚有明显分离。
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基于尺寸效应的夯土水盐运移分布特征研究
朱晶, 裴强强, 郭青林, 张博,
岩土力学. 2024 (5):  1481-1494.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0928
摘要 ( 64 )   PDF(13903KB) ( 61 )  
水盐循环作用是夯土遗址渐进式破坏的主要影响因素之一。为了研究尺寸对夯土水盐运移分布特征的影响规律,制备5组含盐量为0.3%、边长为50、100、200、500、900 mm立方体夯土试样,并将其置于温度为10~27 ℃、相对湿度为20%~50%的室内环境进行自然失水试验。在失水周期内,通过钻孔取样,检测夯土试样表层至内部土体的含水率及含盐量,并分析不同尺寸夯土试样水盐运移特征及尺寸效应。试验结果表明:夯土试样的失水周期及表层土体盐分富集量随尺寸的增大而增大,失水速率随尺寸的增大而减小。不同尺寸夯土试样的失水周期分为快速失水、缓慢失水、稳定失水3个阶段,水盐运移活动主要发生在快速失水阶段。失水过程中,盐分随水分向试样表层运移,表层土体盐分含量增加,内部土体盐分含量降低,盐分集中富集在表层土体上。该研究可以为土遗址室内小块体试验、模拟足尺试验和野外观测试验研究提供理论支撑。
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考虑锚胫作用下拖曳锚在成层土中的嵌入机制
熊树森, 黄蕴晗, 赖莹,
岩土力学. 2024 (5):  1495-1504.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0835
摘要 ( 52 )   PDF(11707KB) ( 43 )  
深水系泊系统及其系泊基础的开发已成为发展清洁能源“海上风电”项目的关键课题。拖曳锚由于其较大的承载力和易安装等诸多优势而具有较好的发展前景。基于极限塑性上限分析法,建立了考虑锚胫作用的拖曳锚在成层土中的嵌入轨迹、姿态以及承载力预测模型。利用已有模型试验对本模型进行验证,结果表明:考虑锚胫作用模型轨迹预测误差控制在13.5%,轨迹和角度预测误差相比于未考虑锚胫作用的模型分别降低了78.32%和36.9%。硬土层的强度、厚度和深度共同制约着拖曳锚的嵌入能力。首先,强度比影响最明显,强度比越大,嵌入深度越小,直至无法穿透硬土层;其次,是深度影响,深度越大,承载力越大。能够穿透硬土层的条件下深度对轨迹和角度影响不明显,不能够穿透硬土层条件下深度越大,嵌入深度越大,最终角度越小;最后,是厚度影响,硬土层厚度越大,嵌入过程中承载力越大。
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岩土工程研究
中国南海神狐海域水合物储层井壁稳定可靠度分析
黄佳佳, 蒋明镜, 王华宁,
岩土力学. 2024 (5):  1505-1516.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0914
摘要 ( 53 )   PDF(11188KB) ( 57 )  
天然气水合物具有巨大的潜在经济和环境价值,其开发利用对国家能源安全和实现国家碳达峰碳中和的“双碳目标”具有战略意义。我国天然气水合物资源主要分布于南海海域,海洋环境的复杂性和隐蔽性使工程测量数据具有较大不确定性,影响钻井安全。目前未见有水合物储层井壁稳定可靠度研究。为定量评估在我国南海神狐海域水合物储层钻井风险,基于水合物储层钻井井壁稳定解析理论和南海神狐海域具体地质条件,结合可靠度分析方法中的改进一次二阶矩法和响应面法,研究南海神狐海域水合物储层钻井井壁失稳概率分布特征,分析该海域井壁失稳概率及安全钻井液压力窗口对主要参数均值和不确定性的敏感性,结果表明:(1)若测量数据足够精确,在我国南海神狐海域水合物储层进行钻井活动的安全性较高,安全钻井液压力窗口也较大。测量数据的不确定性增大将使井壁失稳概率显著升高,缩窄安全钻井液压力窗口。(2)较低的钻井液温度对降低井壁失稳概率略有帮助,且能明显地扩大安全钻井液压力窗口。(3)5个主要参数的均值和不确定性对井壁失稳概率的影响次序相同,均为初始地应力>初始内摩擦角>弹性模量比>初始黏聚力>初始弹性模量。实际工程中对初始地应力数据精确测量,能够显著提高水合物储层钻井井壁稳定性。
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国内外静力触探液化判别方法对比检验
张思宇, 李兆焱, 袁晓铭,
岩土力学. 2024 (5):  1517-1526.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0878
摘要 ( 75 )   PDF(8230KB) ( 78 )  
静力触探试验(cone penetration test,简称CPT)具有独特优势,使其成为了海上风电工程的主要勘察方法。海上风电工程位于液化易发区,因此研究基于CPT液化判别方法的适用性和可靠性就成为亟待解决的突出问题。详细介绍了4种国内外具有代表性的CPT液化判别方法,并采用理论分析及大量CPT液化实测数据检验,对现行的美国国家地震工程研究中心(National Center for Earthquake Engineering Research,简称NCEER)方法、《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)方法(岩规法)、《软土地区岩土工程勘察规程》(JGJ 83-2011)方法(软土规程法)和《建筑工程抗震性态设计通则》(CES 160: 2004)方法(通则法)等4种方法进行对比检验,提出了4种主要方法的评价结果。结果表明:NCEER法液化判别临界线在低烈度区存在不合理的回弯现象,在高烈度区存在临界值增大过快的问题,在Ⅶ度区深层偏于危险,在Ⅸ度区深层明显偏于保守,在Ⅶ、Ⅸ度区浅层和Ⅷ度区判别结果较好;岩规法液化判别临界线存在很大的问题,液化判别临界线随深度递减,液化判别时在Ⅶ度区浅层偏于危险,在深层明显偏于危险,在Ⅷ、Ⅸ度区浅层偏于保守,在深层偏于危险;软土规程法液化判别临界线在土层深度约6 m处存在不合理的回弯现象,在Ⅶ度区浅层判别较好,在Ⅸ度区浅层偏于保守,在不同烈度区深层均偏于危险;通则法液化判别临界线是符合目前认知的,在不同烈度区和深度下的判别效果是最好的。研究成果可为相关规范修订和工程应用提供参考与支持。
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泸定MS6.8级地震大岗山拱坝横缝及阻尼器工作性态分析
江德军, 黄会宝, 巨淑君, 高强, 蒋明成,
岩土力学. 2024 (5):  1527-1539.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0709
摘要 ( 43 )   PDF(20416KB) ( 45 )  
横缝作为高拱坝强度的薄弱部位,在地震作用下的工作性态至关重要。泸定MS6.8级(面波震级)地震中,大岗山拱坝坝顶顺河向峰值加速度PGA达到586.63 cm/s2,坝址烈度达Ⅷ度,是唯一经历近场强震考验及设置阻尼器抗震措施的200 m级高拱坝。依据震后大坝横缝及阻尼器宏观现象和监测原观数据,对横缝及阻尼器工作性态进行了分析,结果表明地震过程中大坝横缝存在开合过程,震后部分横缝存在残余张开,开度增量在−0.05~0.43 mm之间,总体表现为下游侧略大于上游侧,左岸大于右岸,初步分析主要由于横缝高频开合导致灌浆材料部分剥离测缝计无法复位,拱坝仍处于弹性工作状态;拱坝坝顶3组阻尼器在地震前后两端位移增量在0.32~1.06 mm之间,表现为拉伸,其中靠近拱冠梁的16#横缝位移增量最大。结合测缝计监测成果初步分析,阻尼器在强震作用下对降低局部区域横缝开度有一定作用,在主震后的历次余震中阻尼器未见明显动作痕迹。相关成果可为震后大坝安全评估、高拱坝抗震设计及研究提供参考。
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基于t-SNE的多参数岩体结构面分步聚类方法
李新正, 王述红, 侯钦宽, 董福瑞
岩土力学. 2024 (5):  1540-1550.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0897
摘要 ( 63 )   PDF(9541KB) ( 42 )  
结构面聚类是进行岩体稳定性评价的重要步骤。常用聚类方法多以产状作为分组依据,忽略了结构面物理特性指标对岩体稳定性的影响。针对分组依据单一化的不足,综合考虑结构面倾向、倾角、迹长、张开度、填充状态和粗糙度的影响,提出一种基于学生分布随机邻近嵌入(student-distributed stochastic neighbor embedding,简称t-SNE)的多参数岩体结构面分步聚类方法。首先,利用t-SNE算法对除产状外的结构面特征进行数据降维;进而利用模拟退火算法搜索K-means算法的全局最优初始值,并采用分步聚类思想完成聚类。研究表明:所提方法有效地解决了高维空间样本稀疏的问题,同时保留了数据的局部结构与全局结构。新方法相比于传统方法能对空间分布相似区内结构面的物理特性进行精确划分,分组精度更高,且在避免复杂权重值计算的条件下,能有效区分产状与物理特性参数对岩体稳定性的影响差异。最后,将所提方法应用于中国新疆某露天矿坡结构面实测数据分析中,所得分组结果合理可靠,进一步证明该方法在实际工程中的有效性。研究方法可为多参数岩体结构面的分步聚类提供参考。
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地震序列作用下液化场地条件影响研究
李金宇, 王伟, 王浩宇, 杨研科, 徐凯放, 张晓庆, 熊文
岩土力学. 2024 (5):  1551-1559.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0025
摘要 ( 69 )   PDF(17900KB) ( 78 )  
砂土液化前后场地条件的变化研究对于改进液化判别方法具有重要意义。基于美国加利福尼亚州野生动物园强震动观测竖井台阵资料,采用互相关分析和傅里叶谱比方法,研究了布劳雷强震动序列作用下台阵场地液化前后等效剪切波速和卓越频率的变化特征。强震作用下孔压监测结果表明,场地液化层的超孔隙水压力已经达到临界液化状态,并在震后迅速消散,但是在地表没有发生喷水冒砂现象。超孔隙水压力的累积导致竖井台阵不同观测位置之间的剪切波传播时间发生延迟,台阵场地卓越频率在砂土液化过程中发生显著下降。在孔压消散之后,剪切波传播时间和场地卓越频率在4 d内恢复正常。这一现象对于基于液化之后场地原位测试资料建立液化判据具有重要参考价值。
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数值分析
离心-科氏复合条件下体积对滑坡碎屑流流动性的影响研究
张贝, 李文阳, 毕研栋, 黄雨,
岩土力学. 2024 (5):  1560-1569.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0813
摘要 ( 55 )   PDF(13181KB) ( 59 )  
科氏效应已逐渐成为限制土工离心机处理高速滑坡碎屑流灾害的关键难题之一,特别是在基于离心试验研究体积如何影响滑坡碎屑流流动性方面所涉及的科氏效应问题上,当前仍缺乏深入研究。围绕这一问题,基于土工离心试验与离散元模拟试验展开研究,分析了不同科氏条件下不同初始体积对滑坡碎屑流运动过程与堆积范围的影响。结果表明,科氏力改变了滑坡碎屑流势能向动能的转化效率以及最终搬运距离随体积增大而被强化的幅度,惯性流运动机制与粒子脉动抑制机制及其转变是控制离心-科氏复合条件下不同体积滑坡碎屑流流动性的关键原因。考虑到实操性,物理离心试验中建议尽量保证流向与离心机旋转方向相同的配置,同时可用线性模型对模拟结果进行校准。
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测试技术
砂土压缩变形传感光缆耦合试验分析与预测模型研究
许时昂, 张平松, 程刚, 吴海波, 张涛,
岩土力学. 2024 (5):  1570-1582.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0733
摘要 ( 70 )   PDF(12212KB) ( 69 )  
灾害监测、预测是地质与岩土工程领域一项极为重要的任务。分布式光纤传感技术凭借其连续、实时、抗干扰、稳定性好等优点在长距离、长周期、高隐蔽性、强突发性的灾害监测中发挥了显著的作用。然而,针对不同工程问题,评价与解决传感光缆与被测岩土体协调变形问题,是精细化分析岩土体变形分布与研究演化规律的关键所在。利用自主研制的三维主动变形可控围压光缆-砂土耦合试验装置,探究了0~4.0 MPa围压条件下金属基索传感光缆与粗砂介质压缩变形的协调性问题。试验结果表明:低围压条件下金属基索传感光缆与砂土压缩变形协调性较差,变形表现为非线性变化特征;随着围压增大,传感光缆与砂土耦合效果提高,变形呈现线性变化特征,当围压达到1.6 MPa后,两者协调变形一致性明显提高,其形变由非线性向线性转变。基于上述变形特性,提出了一种围压曲面投影数值模型,采用非扭结边界条件的样条插值算法对非试验数据实际位移进行预测,结果表明该模型具有较好的可靠性。试验研究认为金属基索光缆用于高围压条件下砂土变形测试具有更高的准确性,研究内容可以为分布式光纤传感测试技术用于深部地层变形监测提供科学的参考依据。
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