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  • 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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1. 土石混合体−基岩界面剪切力学特性块石尺寸效应
杨忠平, 李进, 刘浩宇, 张益铭, 刘新荣,
岩土力学    2023, 44 (4): 965-974.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2052
摘要582)      PDF(pc) (26662KB)(296)    收藏

土石混合体−基岩界面的抗剪强度是控制坡体稳定性的重要参数之一,是工程设计的重要参数。为探究块石尺寸对土石混合体−基岩界面剪切力学特性的影响,开展了含不同块石尺寸的土石混合体−基岩界面室内大型剪切试验。结果表明:接触界面的破坏模式受块石尺寸和法向压力的影响不显著,均表现为应变硬化特征;法向压力会削弱块石尺寸效应的影响;随块石尺寸增加,抗剪强度和抗剪强度指标(φ)先增加后减少,既存在着正尺寸效应,又存在着负尺寸效应,尺寸效应对内摩擦角φ 的影响有限,整体在29º波动,而对表观黏聚力影响较大;不同块石尺寸试样在不同法向压力作用下均表现出了明显的剪缩行为,法向压力能够增强土石混合体的剪缩特性;土石混合体−基岩界面为薄弱的潜在滑移面,随着块石尺寸系数的增加,薄弱破坏面有向土石混合体内部转化的趋势。

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2. MICP联合纤维加筋改性钙质砂的动力特性研究
王瑞, 泮晓华, 唐朝生, 吕超, 王殿龙, 董志浩, 施斌
岩土力学    2022, 43 (10): 2643-2654.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2027
摘要557)      PDF(pc) (16792KB)(678)    PDF(mobile) (19451KB)(40)    收藏

为了提高我国南海钙质砂地基的抗液化性能,提出利用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术联合纤维加筋技术对钙质砂进行改性处理。通过开展动三轴试验,对比分析了改性前后钙质砂试样的动应变、动孔压、应力−应变滞回曲线以及动弹性模量的发展规律和演化特征,并结合扫描电镜(SEM)试验探究了MICP和纤维加筋技术对钙质砂的联合改性机制。研究结果表明:(1)MICP技术可以明显改善钙质砂试样的抗变形与抗液化性能,相比于未胶结处理试样,仅MICP处理试样的动应变和动孔压分别降低了95.74% 和 92.46%;(2)纤维的掺入进一步提升了MICP的改性效果,相比于仅MICP处理试样,MICP和纤维加筋联合处理试样的动应变和动孔压分别降低了 74.32%和 74.18%;(3)MICP 和纤维加筋技术通过减轻试样在循环荷载作用下的循环活动强度和能量耗散、提高试样的动弹性模量和减小动弹性模量的衰减速率,从而实现试样抗变形与抗液化性能的显著提高;(4)SEM 试验分析结果表明,MICP 与纤维对钙质砂动力特性的改善具有协同作用。纤维的掺入为细菌提供了更多的附着场所,促进了碳酸钙晶体的生成量,该部分碳酸钙不仅增加了颗粒间的胶结强度,同时也将纤维固定在砂颗粒上增强了纤维网的约束作用。

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3. 竖向入射S波作用下单桩水平地震响应简化解析方法
郑长杰, 崔亦秦, 吴琛, 罗通, 栾鲁宝,
岩土力学    2023, 44 (2): 327-336.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0403
摘要513)      PDF(pc) (349KB)(448)    PDF(mobile) (330KB)(18)    收藏
基于连续介质模型并考虑桩-土运动相互作用,将单桩视为一维线弹性梁,研究了竖向入射S波作用下的单桩水平地震响应问题。将竖向入射S波模拟为基岩水平位移,基于平面应变模型建立的土体控制方程,推导出地震作用下土体水平动力阻抗函数表达式。将土体阻抗代入单桩控制方程并联立桩-土接触条件及桩顶和桩底的边界条件,得出了竖向入射S波作用下单桩的地震响应解析解。通过将所得解与已有文献理论解和有限元结果进行对比,验证了该方法的合理性。基于所得理论解进行参数分析得出:桩-土模量比的增加可以明显降低桩-土运动相互作用因子的最小值,而较大桩身长径比以及土体滞回阻尼对桩-土运动相互作用因子的影响较小;对于桩顶水平地震放大因子来说,桩-土模量比的增加仅在高共振频率处抑制其幅值,较大桩身长径比对其影响较小,而滞回阻尼比的增加会显著抑制共振频率处的幅值;桩身地震响应仅在较小桩径比时受桩-土模量比的影响明显,并随桩-土模量比的增加而降低。
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4. 超长定向钻注装备关键技术分析及发展趋势
李术才, 李利平, 孙子正, 刘知辉, 李梦天, 潘东东, 屠文锋,
岩土力学    2023, 44 (1): 1-30.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.2027
摘要441)      PDF(pc) (34187KB)(344)    收藏
定向钻技术起源于石油钻井工业,经多年发展已拓展至隧道工程地质勘察及灾害处置、煤矿底板含水层改造、蓄能电站抽水通道施工、市政管道铺设等多个领域。地面注浆技术结合定向钻长距离精准穿越的优势,可实现地下工程不良地质高效预加固与灾害安全处置,具有广阔的应用前景。系统综述了定向钻注装备技术的发展历程、研究现状和待突破关键技术。首先,介绍了定向钻与地面注浆技术的发展历程;其次从重大科研项目、学术论文、授权专利以及工程实践等方面进行了分析与总结。结果表明:我国现阶段定向钻注技术总体已达到自主化、实用化的国际先进水平,但在千米级长距离快速钻进、复杂地质条件精准导向、地下工程精准注浆处置等核心技术方面仍存在“卡脖子”难题。面向战略性重大工程建设需求,提出了超长距离定向钻注一体化装备“预报、钻进、注浆、检测”四大功能模块,围绕随钻感知预报、快速钻进与卡钻预测、精准导向技术、远距离凝胶可控注浆材料、稳压控制分段注浆工艺、随钻检测系统六方面,开展了分析与讨论,可为我国定向钻注一体化装备技术发展和地下工程灾害防控提供参考。 关 键 词:地下工程;定向钻;地面注浆;钻注一体化装备;注浆技术
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5. 水泥基3D打印材料基础配合比试验与质量评价
江权, 吴思, 刘强, 辛杰, 郑虹,
岩土力学    2023, 44 (5): 1245-1259.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0824
摘要411)      PDF(pc) (14857KB)(439)    收藏
水泥3D打印技术在土木建造工程和类岩石力学行为模拟中日渐推广,其水泥基3D打印材料方面却一直面临流动性、收缩性、可加工性等质量与成型控制方面的挑战和基础性配方缺乏的不足。首先针对水泥基3D打印实体质量评价的问题,建立了一套考虑成型全过程的6指标评估体系及其质量分级方法,包括流动性、挤出性、凝结时间、可建造性、密实性以及变形率,从打印过程、堆积成型、实体精度三方面实现对3D打印实体模型的质量评价;进而采用不同阈值范围的两阶段正交设计与打印测试进行了水泥基3D打印材料的基础性配合比试验优选,获得了一种综合打印性能较好的基础性配合比;最后对其打印成型水泥基3D实体模型进行单轴压缩试验,并评估了其类岩石力学特性,从而得到一种新型的类岩石水泥基3D打印基础性配合比,可为采用水泥基3D打印材料的工程建造和岩石工程物理模拟试验奠定基础。
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6. 大线速度下超高压水射流破岩试验研究
张金良, 杨风威, 曹智国, 苏伟林,
岩土力学    2023, 44 (3): 615-623.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0503
摘要391)      PDF(pc) (12540KB)(231)    收藏
高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%~82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%~85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%~42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%~85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。
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7. 非均质成层边坡极限承载力上限分析
屈春来, 付迪, 刘世伟, 冷先伦, 李建贺, 孙熇远
岩土力学    2022, 43 (10): 2923-2932.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2093
摘要352)      PDF(pc) (8097KB)(241)    收藏
极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建(构)筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法(SQP)求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明:(1)本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;(2)边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;(3)坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;(4)坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。
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8. 含细粒珊瑚土抗液化特性试验研究
陈平山, 吕卫清, 梁小丛, 周红星, 王婧, 马佳钧,
岩土力学    2023, 44 (2): 337-344.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0181
摘要337)      PDF(pc) (437KB)(265)    PDF(mobile) (385KB)(9)    收藏
珊瑚土作为新兴的热带地区岛礁与港口工程的首选土工材料,宽级配是其结构组成的主要特征。由于相关工程面临较高的地震风险,珊瑚土的抗液化能力正逐渐引起重视。为探究含细粒珊瑚土的抗液化能力,以东太平洋某热带港口工程的实际珊瑚土场地为背景,通过大粒径循环三轴液化试验测试了设计相对密实度为0.4~0.8的3组代表性级配试样及剔除细粒的两组试样的饱和不排水动强度。试验结果表明:幂函数可以模拟含细粒珊瑚土的循环应力比与液化所需振次关系;细粒的存在与相对密实度的提高不会显著提高珊瑚土抗液化能力;珊瑚土液化过程的超静孔压发展模式与砂土相近,两参数或三参数的反正弦模型可以较好地模拟含细粒珊瑚土的液化超孔压发展过程。研究表明,含细粒珊瑚土仍然属于可液化土类。以背景工程为例,同类型工程在设计施工及使用阶段都需要考虑对地震液化灾害的设防,该研究为珊瑚土液化防治工作提供了技术支持。
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9. 类砂质泥岩常规三轴浆压致裂起裂压力试验研究
程桦, 刘向阳, 曹如康, 王雪松,
岩土力学    2022, 43 (10): 2655-2664.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2042
摘要333)      PDF(pc) (11684KB)(348)    PDF(mobile) (11944KB)(8)    收藏

为深入探究两淮矿区典型砂质泥岩劈裂注浆起裂机制,研制了常规三轴劈裂注浆试验装置,开展了类砂质泥岩浆压致裂起裂压力模型试验,基于试验结果分析了岩石强度与应力状态对注浆起裂压力、裂缝扩展形态影响规律,揭示了砂质泥岩劈裂注浆起裂机制。研究表明:起裂压力与岩石抗压强度呈正相关,且岩石抗压强度越高,劈裂路径越复杂;起裂压力对围压的敏感程度远高于轴压,且应力差 Δσ =σ V σ 越大,裂缝形态越规整;孔压三轴条件下,封闭裸孔段浆压致裂法确定的岩石抗拉强度值约为单轴抗拉强度的 2.5倍。该研究结果可为今后类似岩层劈裂注浆参数设计与施工提供参考。

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10. 波浪作用下含气海床内盾构隧道水力及位移响应分析
张治国, 叶铜, 朱正国, PAN Y T, 吴钟腾,
岩土力学    2023, 44 (6): 1557-1574.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1009
摘要331)      PDF(pc) (22460KB)(335)    收藏
海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中,既有理论研究较少考虑含气海床环境,波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先,通过Biot固结方程获得了气−水混合流控制方程,结合适用于浅水区的Stokes二阶非线性波浪理论获得了隧道衬砌周围的孔隙水压响应;其次,采用叠加法分别考虑了由波浪引起的海床土体内振荡孔压和累积孔压,并以衬砌周围可能出现的最大孔隙水压及渗透力作为最不利荷载工况,结合指数衰减模型描述衬砌劣化效应,获得了考虑波浪渗透力作用下隧道衬砌服役期间位移变化规律;最后,通过试验监测数据及数值模拟验证了本研究理论解析的准确性,通过对波浪周期、水深,海床剪切模量、海床含气量,隧道半径、埋深、衬砌劣化系数进行分析。结果表明:海床含气量增大能降低波浪压力向海床内部传播,并减弱超静孔压的累积效应;随着海床含气量逐渐增大,隧道衬砌周围孔压极值不断减小且出现相位滞后,隧道外渗透力、衬砌径向位移均随着海床含气量增加而明显降低;波浪周期增大、海水深度降低均能明显使海床表面的波浪压力增大,诱发隧道衬砌周围产生较大的渗透力,从而发生较大径向位移,小半径、浅埋深能够有效降低累积孔压造成的渗透力影响;当衬砌劣化系数相同时,含气量越低的海床内波浪引起的超静孔隙水压影响越显著,衬砌产生较大径向位移,不利于隧道的正常服役。
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11. 顺倾层状碎裂结构岩质边坡地震动力响应及破坏模式分析
许明, 余小越, 赵元平, 胡家驹, 张潇婷,
岩土力学    2023, 44 (2): 362-372.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0438
摘要323)      PDF(pc) (459KB)(270)    收藏
顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明:斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素;斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应,高程对斜坡的垂直动力响应影响较小,地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系,正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著;坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展,并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段,节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化,使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化,滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。
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12. 水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透特性试验研究
王盛年, 高新群, 吴志坚, 惠洪雷, 张兴瑾,
岩土力学    2022, 43 (11): 3003-3014.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2165
摘要309)      PDF(pc) (12481KB)(148)    收藏
水泥稳定粉砂土抗渗性能受粉砂土自身渗透性能、水泥用量、水灰比等因素影响显著,如何在提升其抗渗性能的同时降低水泥用量是提升工程经济效益的关键。通过开展不同水泥偏高岭土掺比、初始用水量、水泥偏高岭土总掺量以及养护龄期条件下的室内渗透试验,研究了上述因素对水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能的影响规律,探讨了上述因素及无侧限抗压强度与渗透系数之间的经验关系。结果表明:水泥与偏高岭土掺比为5:1时,水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能最佳,且该掺比不随水泥偏高岭土总掺量的改变而变化;水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数随初始用水量增加呈非线性递增,随水泥偏高岭土总掺量增加和养护龄期发展呈先快后慢降低;基于试验结果归纳提出了4个关于初始用水量、水泥偏高岭土总掺量、养护龄期和无侧限抗压强度的水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数经验模型。研究成果可为水泥稳定粉砂土抗渗性能提升提供理论参考与借鉴。
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13. 饱水裂隙岩石冻融变形特性研究
贾蓬, 王晓帅, 王德超
岩土力学    2023, 44 (2): 345-354.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0554
摘要293)      PDF(pc) (666KB)(360)    收藏
寒区岩体在裂隙水冻胀作用的影响下发生损伤劣化,严重威胁寒区工程建设安全。针对孔隙率不同的绿砂岩、红砂岩和花岗岩开展了饱水裂隙岩石的冻融循环试验,分析了不同裂隙长度、裂隙宽度和岩性的岩石在冻融循环过程中随时间和温度变化的变形规律,得到了饱水裂隙岩石冻融变形特征值的变化特征,探究裂隙长度、裂隙宽度及岩性对冻融应变特征值的影响,分析了裂隙岩石冻融变形特性和破坏机制。试验结果表明:(1)不同裂隙几何参数岩石冻融应变变化过程可分为7个阶段:冷缩阶段、冻胀阶段、冻胀趋稳阶段、热胀阶段、融缩阶段、融缩回弹阶段和融缩趋稳阶段;(2)饱水裂隙岩石冻融应变随温度变化的曲线为不能闭合的滞回环,出现“冻融滞回”现象,且随冻融次数增加,滞回环逐渐上移,残余应变逐渐增加;(3)饱水裂隙岩石冻融应变特征值包括最大应变、残余应变、冻胀幅值和融缩幅值,且应变特征值与裂隙长度、裂隙宽度和岩体岩性相关,裂隙岩石冻融破坏是残余应变逐渐累积的过程。
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14. 炭质页岩的颗粒破碎及其路用性能试验研究
常洲, 张留俊, 黄平明, 晏长根, 贾卓龙, 徐合清,
岩土力学    2022, 43 (11): 3117-3126.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0460
摘要286)      PDF(pc) (11922KB)(102)    收藏
为综合评估炭质页岩的路用性能,充分认识炭质页岩的颗粒破碎行为,测试了炭质页岩块在循环压实过程中各粒组含量的演化规律,结合室内击实试验阐述了颗粒破碎对炭质页岩击实性能的影响,确定了最佳填筑级配,并依据最佳级配进行三轴湿化变形试验,从颗粒破碎角度分析了炭质页岩填料湿化变形的变化规律,最后对炭质页岩现场填筑效果进行了验证。结果表明:炭质页岩压实过程经历结构调整、颗粒破碎、压缩变形3个阶段,形成的相对稳定级配结构为其用作路堤填料提供了基础;填料最大干密度形成机制受颗粒破碎过程中粒径为20~40 mm与粒径小于2 mm颗粒含量变化的影响较大,随粗料含量增加,试样相对破碎率线性增大,最大干密度呈先增大后减小变化,最优粗料含量约为70%;湿化变形是混合料颗粒破碎的外在表现,浸水湿化后混合料强度降低约40%,可采用相对破碎率 Br 预估混合料遇水产生的湿化变形量,并建立了相对破碎率与围压、应力水平间的数学关系式;现场填筑过程中路堤压实度检测与沉降观测表明,炭质页岩路堤的最佳铺松厚度约为40 cm。
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15. 潜水层一体化降水回灌设计方法研究
张晋勋, 赵刚, 韩玉珍, 张雷,
岩土力学    2022, 43 (11): 3107-3116.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1887
摘要271)      PDF(pc) (8757KB)(104)    收藏
将降水工程抽取的地下水进行资源性回灌是高渗透性富水地层地下水控制中保护地下水资源的一种有效选择。当回灌场地受限离降水影响区域不够远时,降水与回灌可能存在耦合作用。基于潜水完整降水-回灌井群的浸润线方程,建立了一体化降水回灌井点群系统等流量近似理论解和等效大井近似理论解公式,并进行了误差分析。以北京某基坑工程为例,一体化降水回灌工程的近似理论解、数模分析、流量实测三者结果能互相符合,验证了公式的可靠性。给出了应用公式进行场地受限条件下一体化降水回灌设计问题的求解思路、求解步骤,建立了潜水完整井的一体化降水回灌设计方法。
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16. 岩体裂隙粗糙度表征及其对裂隙渗流特性的影响
甘磊, 刘玉, 张宗亮, 沈振中, 马洪影,
岩土力学    2023, 44 (6): 1585-1592.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1039
摘要255)      PDF(pc) (9551KB)(254)    PDF(mobile) (20102KB)(20)    收藏
岩体裂隙粗糙程度对裂隙渗流特性的影响显著。利用三维光学扫描系统获取岩体裂隙面点云数据,结合SURFER和GEOMAGIC STUDIO等软件计算裂隙面节理粗糙度系数JRC和表面粗糙比率Rs,建立JRC与Rs的定量关系,开展应力、渗流和化学耦合作用下石灰岩裂隙渗流试验,研究JRC和Rs对粗糙裂隙渗流特性的影响。结果表明:JRC与Rs呈对数函数关系,其平方根R2为0.912 8,该表征公式与裂隙渗流试验结果最大相对误差MRE、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE分别为6.93%、0.34和0.27。JRC与渗流量、稳定期渗透率分别呈二次函数和对数函数关系,Rs和各参数的拟合关系与JRC相同。JRC值越大,渗流量和渗透率越小,且三场耦合作用下裂隙面JRC和Rs值均有所增大。该表征方法可用于岩体裂隙面粗糙度估算,由裂隙面JRC值可预测该裂隙渗流量和稳定时刻渗透率。
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17. 絮凝−电渗法联合治理淤泥质土试验研究
杨佳乐, 李双洋, 刘德仁, 王旭, 朱怀太, 徐硕昌,
岩土力学    2022, 43 (10): 2861-2872.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1746
摘要254)      PDF(pc) (12832KB)(143)    收藏
针对传统电渗法治理淤泥质土过程中排水效率低且治理后土体不均匀等问题,从改变软黏土颗粒自身持水特性角度出发,提出采用新型有机高分子材料阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)联合电渗法治理淤泥质土的思路。利用自制的一维电渗固结试验装置,探究絮凝−电渗法联合作用机制以及不同絮凝剂掺入比对电渗排水加固效果的影响规律。试验结果表明:与传统电渗法相比较,絮凝剂 APAM 的掺入减少了软黏土颗粒表面的结合水膜厚度,使得淤泥质土的前期电渗排水速率和累计排水量显著提升,从而降低了电渗法的平均能耗系数;同时,絮凝剂高分子长链的“吸附架桥”作用增强了土颗粒的黏结力和絮凝沉积效果,有效缓解了电渗过程中细小黏粒迁移集聚而造成的阴极淤堵问题;治理后淤泥质土的抗剪强度大幅增高,土体的均匀性也得到了明显改善,且当絮凝剂 APAM 掺入比为 0.30% 时,土体的电渗排水固结效果最佳。
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18. 隧道底板渐进破裂碎胀大变形:一种新的底鼓机制研究
邓鹏海, 刘泉声, 黄兴
岩土力学    2023, 44 (5): 1512-1529.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0831
摘要252)      PDF(pc) (25997KB)(129)    收藏
底鼓是深埋高应力软岩隧道常遇灾害,现有底鼓力学机制忽略了隧道开挖导致的围岩应力释放、应力转移和应力集中现象,仅对初始地应力状态进行了分析。因此,鉴于有限元-离散元耦合数值方法(finite-discrete element method,简称FDEM)在模拟岩体材料弹塑性连续变形和断裂失效非连续变形以及破碎块体接触方面的优越性,采用FDEM数值模拟方法研究了隧道底板渐进破裂碎胀大变形演化机制,并研究了地应力侧压系数、围岩体抗拉强度和底板位置对底鼓机制的影响。结果表明:(1)隧道底板底鼓力学机制为围岩的破裂碎胀性大变形,可简述为隧道开挖导致径向应力降低、切向应力升高,当升高的切向应力超过岩体强度时便产生共轭剪切破裂并伴随拉伸断裂,最大切向应力不断向深处完整围岩演化直至与岩体强度达到极限平衡状态,剪切裂隙也随之不断向深处扩展,深部块体推挤浅部块体向隧道空间移动并产生大量空隙,发生体积膨胀现象,造成底鼓灾害;(2)根据地应力侧压系数和围岩体抗拉强度的不同,可归纳出5类不同的底板破坏模式,但都可归结为由于最大切向集中应力造成的破裂碎胀性大变形。修正了原有底鼓力学机制未考虑应力释放、转移和集中等应力演化现象的不足,提出了一种新的基于渐进破裂碎胀性大变形的底鼓力学机制,为隧道底鼓机制的研究提供了一种新视角。
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19. 落石连续冲击下废弃混凝土垫层 宏细观缓冲机制研究
苏宇宸, 王媛, 唐辉明, 仲恒, 李欣, 刘超福, 吕亚茹,
岩土力学    2022, 43 (10): 2698-2706.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1709
摘要251)      PDF(pc) (8972KB)(169)    PDF(mobile) (14636KB)(10)    收藏
棚洞等刚性防护结构中具有良好缓冲性能的垫层材料可以有效削减冲击荷载,提高结构抗冲击能力。为研究重复冲击下再生混凝土垫层宏观缓冲性能演化规律,开展了落锤冲击试验和离散元数值模拟研究。试验结果表明,相比于石英砂垫层,首次冲击下采用再生混凝土骨料垫层防护的棚洞顶板中心处传递力减小了83%,且应力分布更加均匀。随着落锤重复冲击次数增加,再生混凝土骨料和石英砂垫层缓冲性能均存在劣化现象,第6次冲击时棚洞顶板中心传递力峰值分别为首次冲击的11.2倍和1.4倍。此外,数值模拟研究结果发现,当长条状颗粒数量占比由0%增大到100%时,颗粒旋转角度和平移距离分别减小了40%和20%,落锤冲击力峰值增加了37%。颗粒形状越不规则,颗粒间咬合程度越大,限制了颗粒旋转和平移,增大了滚石冲击力和挡墙传递荷载。该研究成果可为再生混凝土骨料作为新型绿色垫层提供理论依据和工程指导。
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20. 基于探地雷达的工作面异常体精准探测技术
王诚龙, 刘万里, 张学亮, 马修泽, 徐健斌, 李港,
岩土力学    2022, 43 (11): 3198-3208.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0197
摘要249)      PDF(pc) (10206KB)(142)    收藏
在井下采煤工作面回采进程中,及时掌握工作面煤层前方的异常情况,是煤矿安全、高效生产的保障。探地雷达是一种高效、无损伤探测方法,被广泛应用在矿井。针对探地雷达探测异常体响应的图像解译精度与成像精度取得了显著的成果,而如何用探地雷达去圈定地质异常体位置与空间分布范围是研究的热点问题。提出一种多剖面与线性插值融合的采煤工作面内部异常体精准探测新方法。主要研究思路:首先,通过时域有限差分算法(finite-difference time-domain, 简称 FDTD)对构建煤层空洞、断层的三维模型进行正演模拟,通过克希霍夫偏移处理大致圈定异常体的响应范围;其次,获取存在异常体响应的单道波数据的多剖面图,通过线性插值确定异常体的精确位置坐标与具体尺寸,引入面积评价标准来验证探测结果的相似度;最后使用 LTD-2600 型的探地雷达与 900 MHz的屏蔽天线对构建的空洞物理模型进行现场试验,将获得空洞计算剖面与实际空洞尺寸进行对比验证;并在斜沟煤矿 18201工作面开展应用,验证方法的有效性。实践证明,应用此方法对雷达剖面图进行分析,分析结果表明实测空间位置与实际空间位置的误差均在10%以下,可相对准确圈定工作面异常体的具体尺寸与空间分布范围。
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21. 带围压冻融循环下滨海重塑软土力学特性试验研究
张建新, 马昌虎, 郎瑞卿, 孙立强, 杨爱武, 李迪,
岩土力学    2023, 44 (7): 1863-1874.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1211
摘要249)      PDF(pc) (10412KB)(262)    收藏
滨海软土地区人工冻结工程中土体通常在一定围压下受到冻融作用进而力学性能发生改变,因此开展带围压冻融作用下土体力学特性研究具有重要意义。以天津滨海地区典型淤泥质土为研究对象,通过自主改进的温控应力路径仪,对比分析了常规无围压冻融和带围压冻融下淤泥质土力学特性差异,揭示了冻融围压、冷端温度、冻融循环次数对其超孔隙水压力、应力−应变曲线、强度及变形指标的影响,并通过电镜扫描试验揭示了冻融围压对其力学特性的影响机制。在此基础之上,采用指数函数建立了淤泥质土冻融循环作用下抗剪强度和弹性模量折减系数与上述因素的关系。结果表明:冻融围压降低了冻融后土体内孔隙大小和数量,能够在一定程度上减弱冻融对土体结构的破坏,但对其应力−应变曲线模式影响较小;随着冷端温度的降低和冻融循环次数的增加,冻融后土体强度和模量均大幅度降低;超孔隙水压力随冻融围压和冷端温度的升高及冻融次数的降低而降低。
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22. 应力幅值比对土-结构接触面非共轴特性影响研究
冯大阔, 张建民,
岩土力学    2022, 43 (11): 3047-3058.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2132
摘要246)      PDF(pc) (12622KB)(127)    收藏

运用80 t大型三维多功能土工试验机(3DMAS),进行了不同应力幅值比下粗粒土与结构接触面大型三维循环直剪试验,深入分析了应力控制往返椭圆剪切路径下接触面切向位移、非共轴角和剪切柔度等三维力学特性以及应力幅值比的影响规律。应力控制往返椭圆剪切路径下,接触面产生了明显的x向和y向位移、非共轴角和剪切柔度。x向和y向位移幅值、剪切柔度峰值均随循环剪切的进行逐渐减小而后趋于稳定,表现出演化特性。非共轴角受切向应力幅值及切向应力增量方向共同影响,其最值、稳定值随循环周次基本保持不变;正向剪切时非共轴角最大值(最小值)与反向剪切时最小值(最大值)基本出现在同一位置。接触面剪切柔度与非共轴角随旋转角度的变化趋势相反,剪切柔度的增加会抑制非共轴角的发展,反之亦然,两者对立统一。应力幅值比对接触面切向位移间椭圆关系及其时程变化形式、切向应力位移类椭圆关系等影响较小,主要影响切向位移幅值及其偏移程度、切向位移间椭圆关系的长短轴大小及方向、切向应力位移类椭圆关系的长短轴大小、非共轴角的数值及其随旋转角度的变化形式和最值出现位置、剪切柔度随旋转角度的变化形式和峰值及其产生位置等。应力幅值比越大,切向位移幅值越大、向负向偏移越大,剪切柔度峰值越大,随循环剪切的进行减小的速率越慢。应力幅值比ξτ=1和ξτ≠1时接触面非共轴角和剪切柔度随旋转角度的发展变化形式差别很大。

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23. 层状千枚岩各向异性力学特性与脆性评价研究
王伟, 张宽, 曹亚军, 陈超, 朱其志,
岩土力学    2023, 44 (4): 975-989.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0702
摘要246)      PDF(pc) (16562KB)(225)    收藏

为了研究层状千枚岩的力学特性与各向异性特征,开展了不同层理倾角与不同围压下的千枚岩力学试验。对比分析了千枚岩试样强度、变形、脆性与破坏模式等各向异性特征。结果表明:(1)随着层理倾角β  增加,岩样的强度、变形特征曲线形状呈U型;随围压增加,岩样强度及塑性增强,各向异性度逐渐减弱稳定。(2)采用多种强度准则描述岩样强度各向异性,其中Saeidi准则和改进Ramamurthy准则能很好地预测岩样在不同层理倾角下的抗压强度。(3)基于岩样峰前应力−应变曲线与能量特征提出了综合脆性评价指标,在层理倾角β = 45º QUOTE

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24. 循环荷载下楔形劲芯水泥土复合桩工作特性试验研究
何杰, 郭端伟, 宋德新, 刘孟鑫, 张磊, 文奇峰,
岩土力学    2023, 44 (5): 1353-1362.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0870
摘要241)      PDF(pc) (8277KB)(121)    PDF(mobile) (366KB)(0)    收藏
楔形劲芯水泥土复合桩作为一种新型组合桩,为探究其在公路、铁路等长期承受循环荷载下工程应用的工作性状,对4根不同桩芯楔角、静荷载比和循环荷载比的复合桩进行模型试验,研究了静载极限承载力及循环荷载下累计沉降、桩身轴力分布、桩端阻力和侧摩阻力。试验结果表明:静载作用下楔形内芯复合桩的承载能力要优于等截面内芯复合桩;复合桩累计沉降会随着静荷载比和循环荷载比的增大而增大,并在不同动静荷载组合下可分为稳定型、发展型和破坏型3种类型,同时给出满足各类型的荷载取值范围;芯桩与水泥土外桩之间的相互作用并未发生明显弱化现象,楔形芯桩复合桩能充分发挥桩侧上部土体的侧摩阻力,并能有效减弱芯桩端部应力集中现象,因此其抵抗循环荷载的能力要优于等截面芯桩的复合桩。
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25. 考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用
白时雨, 王文军, 谢新宇, 朱德良,
岩土力学    2023, 44 (1): 206-216.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0228
摘要241)      PDF(pc) (12090KB)(148)    收藏
天然结构性土体容易受到各类施工扰动,导致土体物理力学性质改变,进而影响工程稳定、变形以及邻近环境。针对宁波两种典型土体,分别对原状土和轻、重扰动土以及重塑土开展了三轴试验及一维压缩试验,分析了扰动度对小应变硬化模型(HS-small model,简称HSS模型)主要参数的影响规律,并将其应用于宁波某基坑工程,利用Plaxis3D分析了考虑周边土体扰动影响的坑后土体水平位移变化。研究结果表明,扰动会使土体的强度及刚度参数降低。对于淤泥质黏土,轻扰动试样的参考切线模量Erefoed、参考割线模量Eref50及参考加卸载模量Erefur值分别降低14%、10%、2%,重扰动试样三参数分别降低43%、14%、15%,粉质黏土三参数也呈现相似降低趋势。在考虑土体扰动影响的情况下,基坑周边两个测斜孔的最大水平位移值分别增大13%、15%,更加接近实测值。研究结果可为小应变硬化模型的参数取值以及考虑扰动影响的基坑工程分析计算提供指导。
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26. 纤维加筋高钙地聚物固化高黏尾砂的 强度特性及机制分析
李源, 魏明俐, 刘磊, 威巍, 陈亿军,
岩土力学    2023, 44 (1): 43-53.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0252
摘要238)      PDF(pc) (11743KB)(255)    PDF(mobile) (9317KB)(10)    收藏
高黏尾砂固化处理是其资源化利用的重要手段之一。以高黏铁尾砂为对象,开展了高钙地聚物固化尾砂的强度特性试验,分析了玄武岩纤维掺量和干湿循环对固化体强度的影响。围绕固化体的微观胶结行为、无侧限抗压强度、干湿侵蚀响应参数(强度、质量损失、电化学指标)展开讨论,试验发现:(1)纤维加筋增大了强度,0.5%为最优掺量(强度提升29.1%),相当于降低约2%的固化剂用量;(2)纤维−水化产物−尾砂以胶结和摩擦咬合作用相结合,适量纤维导致颗粒间产生微细孔隙,微孔隙的存在增加了持水能力;(3)干湿循环破坏胶结作用,6级循环后达到稳定,纤维对提升固化体抗干湿性不显著。以上成果为弄清固化尾砂强度演化机制及耐久性提供了理论支撑和方法借鉴。
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27. 力量速度法和力量平方法量测动力 触探锤击能试验研究
沈志平, 刘慧, 付君宜, 孙秀东
岩土力学    2022, 43 (11): 3127-3134.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0049
摘要237)      PDF(pc) (7409KB)(122)    收藏
动力触探指标修正、试验稳定性、锤击数转化关系与有效锤击能密切相关。在探杆杆顶处和探头处安装应变片和加速度传感器,量测不同探杆长度下的重型、超重型动力触探锤击能。结果表明:当探杆中单个探杆较短、接头数多时,使用积分域为(0、2 lc)的力量平方法(F2法)计算所得探杆锤击能与实际锤击能相差较大(为探杆长度,为波的传播速度)。由于原位试验时干扰因素过多,力量速度法(FV法)选取首个极值和F2法选取锤击轴力首次穿过0点时作为锤击能量的积分结束时间计算锤击能更为合理。随着探杆长度的增大,达到探头处的锤击能量呈线性减小。3、5、8、11 m杆长下的重型和超重型锤击数转化系数分别为2.285、2.160、2.440、2.810,与超重型和重型的总势能比基本一致。
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28. 三轴试验中砂土刚度的统计和回归分析及应用
SHARAFUTDINOV Rafael
岩土力学    2022, 43 (10): 2873-2886.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.00006
摘要237)      PDF(pc) (14026KB)(267)    PDF(mobile) (633KB)(24)    收藏
砂土的密度和应力状态对其刚度有很大的影响。计算岩土工程中许多硬化土体模型都是基于邓肯−张模型得出的,没有考虑到密度对砂土刚度的影响。而在极致密或松散的砂土的三轴压缩过程中,剪切应变的上升会引起密度的显著变化。为了评估粒径分布、密度及应力状态对砂土刚度的影响,使用统计和回归方法对来自莫斯科和明斯克的15个建筑工地的962个土壤样本的各向同性三轴试验数据进行分析。基于密度和应力状态参数的影响,提出了评估不同粒径砂土刚度的经验方程。对来自欧洲、印度和美国的冲积土和陆地土试验的比较分析表明,其砂土的刚度与莫斯科和明斯克的砂土在同一范围。所提出的方程可用于初步估计有限元法计算里的刚度参数,也可应用于岩土工程模型(允许考虑刚度的变化、水平和垂直分布)。此外,还提出了基于邓肯−张模型的半经验关系。当密度的变化影响土的刚度时,该半经验关系可为受到大变形和(或)复杂加载路径影响的松散和非常致密的砂土提供更为真实的结果。一般来说,岩土工程师可将获得的结果应用于更为复杂的土体模型设计中。
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29. 循环热冲击后裂隙砂岩力学特性试验研究
李满, 刘先珊, 潘玉华, 乔士豪, 郝梓宇, 钱磊, 罗晓雷,
岩土力学    2023, 44 (5): 1260-1270.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0900
摘要236)      PDF(pc) (14168KB)(245)    PDF(mobile) (683KB)(1)    收藏
砂岩热储层的改造和长期稳定性评价对地热能源开发具有重要意义。研究了裂隙砂岩在0~8次热冲击作用下的力学特性。试验结果表明:随着热冲击次数的增加,两种冷却方式下裂隙砂岩的纵波波速、单轴抗压强度和弹性模量均逐渐减小。与水冷却相比,空气冷却对裂隙砂岩物理力学特性的劣化较弱,单轴抗压强度和弹性模量与热冲击次数呈现较好的指数函数关系。纵波波速和弹性模量均能很好地表征裂隙砂岩随热冲击次数的损伤,其中首次热冲击对裂隙砂岩力学性能的损伤最为严重,且当热冲击次数超过4次时,热冲击对裂隙砂岩力学特性的损伤显著减缓。此外,裂隙砂岩单轴抗压强度和弹性模量与纵波波速具有很好的指数函数关系。最后,在COMSOL Multiphysics中模拟了砂岩试样热冲击过程,并讨论了对流换热系数和预制裂纹对砂岩内部温度场和应力场的影响,揭示了热冲击作用下砂岩产生热裂纹的机制。
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30. 真三轴循环主应力作用下砂岩能量演化规律
赵光明, 刘之喜, 孟祥瑞, 张若飞, 顾清恒, 戚敏杰,
岩土力学    2023, 44 (7): 1875-1890.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1757
摘要236)      收藏
为了探究真三轴主应力循环加卸载对砂岩能量积聚与耗散的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行了3个主应力循环加卸载试验。基于真三轴循环加卸载应力−应变演化规律与加卸载特征,划分了主应力循环加卸载试验中加载、卸载的种类;通过对三向主应力循环加卸载过后岩体表面裂纹对比分析,发现最小主应循环对岩体产生损伤最大,中间主应力次之,最大主应产生损伤最小;利用图形面积积分法与叠加法分别计算了真三轴循环加卸载的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度,分析了三者随主应力次数增加的演化规律与加卸载过程中的能量分配;利用真三轴同时加卸载试验,验证了上述提出的能量分析方法的合理性与准确性,对其3个主应力方向卸载释放弹性能密度分析,发现循环加卸载产生的损伤对岩体储存弹性能密度影响较小。对比了3个主应力卸载对砂岩损伤与能量耗散的影响,对巷道掘进方向进行了进一步讨论。
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31. 褶皱土工膜+针刺钠基膨润土防水毯复合衬里的剪切试验研究
林海, 曾一帆, 周创兵, 董平霄, 施建勇,
岩土力学    2023, 44 (2): 355-361.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0357
摘要232)      PDF(pc) (327KB)(133)    PDF(mobile) (312KB)(10)    收藏
防渗工程中土工膜的褶皱现象普遍存在,然而目前关于土工膜界面剪切特性的研究大都忽略了褶皱的影响。以糙面土工膜(GM)和针刺钠基膨润土防水毯(GCL)组成的复合衬里为研究对象,利用水化变形试验证实两步水化法能有效地加速含褶皱GM+GCL复合衬里的水化步骤,使用大尺寸温控水浴直剪仪对含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性进行了试验研究。通过将含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性与无褶皱复合衬里进行对比分析,揭露了GM褶皱对复合衬里剪切特性的影响机制。GM褶皱的存在使得GM+GCL复合衬里的剪切应力-位移曲线产生较大差异,并使得低压下复合衬里的抗剪强度明显降低。GM褶皱使复合衬里产生明显的渐进破坏效应,复合衬里内部能出现多种破坏模式共存的现象。
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32. 分数阶黏弹性饱和地基与水平受荷群桩的 相互作用分析
艾智勇, 谷甘霖, 李攀聪,
岩土力学    2022, 43 (11): 2933-2940.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2193
摘要231)      PDF(pc) (6650KB)(323)    收藏
引入Abel黏壶,对经典的三元件Merchant模型进行改进,获得可以更好地描述地基黏弹性特征的分数阶Merchant模型;运用有限单元法,将群桩离散为单桩和桩单元,通过Timoshenko梁模型模拟桩单元,组装获得群桩的总刚度矩阵方程;根据地基与群桩相互作用的耦合方程和群桩承台的受力平衡与位移协调条件,推导得到水平受荷群桩各单桩桩顶剪力与承台位移的矩阵解答;结合李氏比拟法与Laplace逆变换,最终实现对分数阶黏弹性饱和地基与水平受荷群桩相互作用问题的求解;以一组蠕变试验数据为例,简要介绍在已知地基蠕变曲线的条件下,获得其对应模型黏弹性参数的具体方法;通过与已发表成果以及ABAQUS数值算例对比,验证解答的正确性,并设计算例讨论地基黏弹性参数对群桩受力与变形的影响规律,结果表明:随着地基流变的发展,角桩与中心桩的内力差距逐渐缩小,并趋于稳定。
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33. 含单一贯通破裂面岩石注浆试验及加固机制分析
朱永建, 任恒, 王平, 李鹏, 王希之, 魏明星,
岩土力学    2022, 43 (12): 3221-3230.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0078
摘要227)      PDF(pc) (14363KB)(215)    PDF(mobile) (668KB)(9)    收藏
针对单一贯通结构面注浆加固影响围岩承载力的问题,提出了一种制作含单一贯通破裂面岩样的方法,并对此种岩样分别注入超细水泥和环氧树脂材料,进而借助RMT-150 C试验系统探究了固结体单/三轴压缩下强度及变形特征,最后,采用理论分析结合电镜扫描手段,揭示了结构面注浆微观固结机制。研究发现,三轴加−卸载条件下制备的破裂结构面更接近工程实际,符合试验要求;从应力−应变特征曲线来看,注超细水泥试件表现出阶段性,注环氧树脂试件曲线较为平滑;从强度特征来看,围压影响程度明显高于注浆材料的选择;注浆加固手段可提高岩体的残余强度,随着围压的提高,残余强度提高系数越不明显,固结体峰值强度愈发接近完整岩石峰值强度;从破坏特征来看,注超细水泥试件主破裂面沿原始破裂面剪切滑移,注环氧树脂试件主破裂面为新的贯通破裂面;最后,以摩尔−库仑准则为理论基础,建立了注浆材料黏结力与结构面强度提高系数关系式,发现结构面强度提高系数与浆液黏结力呈线性关系。与试验结果的对比表明,该公式较为合理,可为深部围岩支护优化提供参考。
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34. 水泥稳定再生沥青路面/红土混合物用于软土改良的效果评估
SUKSAN Aniroot, HORPIBULSUK Suksun,
岩土力学    2022, 43 (12): 3305-3315.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.00111
摘要227)      PDF(pc) (10131KB)(65)    PDF(mobile) (45786KB)(18)    收藏
评估了水泥稳定再生沥青路面(RAP)/边缘红土混合物作为碎石桩骨料替代传统采石场骨料的潜力,研究了混合材料在不同RAP置换率和有效约束压力下的不排水剪切强度变化。RAP置换率分别为10%、30%和50%(按干重计),普通硅酸盐水泥含量分别为1%和3%。很明显,RAP的置换增加了大颗粒,同时减少了细小颗粒,因此增加了压实度。在低于先期固结压力的有效应力下,RAP−土颗粒混合物表现出与孔隙压力降低相关的应变硬化性能。当RAP置换率增加时,水泥稳定的RAP−土颗粒混合物应力−应变曲线的应变软化性能减弱。胶结作用提高了黏聚力,而内摩擦角未产生明显的变化。水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的强度和刚度主要取决于胶结强度和RAP置换率。抗剪强度随着非稳定和水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的RAP置换率增加而提高,而水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的刚度由于沥青黏结剂的高能量吸收而下降。
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35. 动渗耦合作用下软黏土渗透系数演化机制分析
雷华阳, 许英刚, 蒋明镜, 刘旭, 缪姜燕,
岩土力学    2022, 43 (10): 2665-2674.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2115
摘要225)      PDF(pc) (8898KB)(268)    收藏

针对天津地区滨海软黏土,开展了一系列动渗耦合三轴试验,系统分析了长期循环作用下软黏土渗透系数的变化规律。结合扫描电镜(SEM)和压汞试验(MIP)对不同变形阶段软黏土的微观结构特征进行分析,阐述了渗透系数的演化规律及机制。研究表明:在动渗耦合作用下,软黏土渗透系数呈现三阶段变化特征;渗透系数随渗流力呈现先增大后减小的变化规律,随动应力和频率呈现先减小后增大的特征。微观试验表明,渗透系数的演化是微结构孔隙大小、形态、分布特征渐进调整的宏观体现:加载初期,颗粒间的架空超大孔隙(孔隙直径 >2.5 μm)大幅压缩,孔隙形态变化不大,渗透系数呈线性衰减;加载中期,大颗粒破碎生成的小颗粒密布填充于大颗粒间,生成大量“密小而曲折”的小孔隙(0.05 μm<D<0.1 μm),渗透系数呈现缓慢下降;加载末期,结构致密稳定,渗透系数基本不变。对于非稳定变形,颗粒团(聚)体间重新生成“条带”状孔隙,渗透系数反弹增大。该研究成果可为流固耦合分析中渗透系数的确定提供理论依据。

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36. 酸性干湿循环下充填节理岩石劣化性能试验研究
柴少波, 宋浪, 刘欢, 阿比尔的, 柴连增,
岩土力学    2022, 43 (11): 2993-3002.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0046
摘要222)      PDF(pc) (9559KB)(162)    收藏
为探究酸性干湿循环作用对充填节理岩石的损伤劣化规律,首先对预制充填节理岩石进行酸性和中性环境下不同次数的干湿循环前处理,再采用万能试验机和分离式Hopkinson杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)装置对其进行单轴压缩试验和动态冲击试验,对充填节理岩石纵波波速、静态抗压强度以及动态抗压强度的劣化效应进行分析,并进一步分析酸性和中性环境干湿循环作用下充填节理岩石动态冲击的破坏形态。结果表明,随着干湿循环次数的增加,无论是酸性环境还是中性环境,充填节理岩石的波速值、静态抗压强度以及动态抗压强度不断减小,劣化程度不断加剧,其中酸性干湿循环作用对静态抗压强度的劣化最显著;此外发现干湿循环作用下充填节理岩石静态、动态抗压强度与波速值之间均存在一致性较强的线性关系;酸性环境干湿循环作用下充填节理层粉化程度和两侧岩石破碎程度更严重。研究成果可为酸性环境干湿循环作用下工程岩体稳定性分析提供科学依据。
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37. 基于原位双环、试坑浸水试验和数值模拟反演的Q3黄土饱和渗透系数对比研究
蒋小虎, 黄跃廷, 胡海军, 陈铄, 陈锐, 王崇华, 汪慧, 康顺祥,
岩土力学    2022, 43 (11): 2941-2951.   DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2086
摘要218)      PDF(pc) (23855KB)(258)    收藏
为准确获取原状Q3黄土的竖向和水平饱和渗透系数,进行了原位、室内试验测试以及数值模拟反演,并应用大型试坑浸水试验检验了所获饱和渗透系数的可靠性。进行了不同内径尺寸的原位双环入渗试验,获取了竖向饱和渗透系数,并应用室内试验测试了竖向和水平饱和渗透系数以及持水曲线;应用COMSOL软件对双环入渗试验进行数值模拟,检验了所测饱和渗透系数的可靠性,利用正交试验获得了最优的竖向和水平饱和渗透系数取值,并利用反演结果对试坑进行数值模拟,将其水分入渗情况与实测值对比。研究结果表明:在现场进行双环入渗试验时选取较大内径的双环获得的竖向饱和渗透系数更为合理。针对双环入渗试验,数值模拟反演所得最优饱和渗透系数在竖向上接近于原位试验所得竖向饱和渗透系数、水平向上接近室内所测水平向饱和渗透系数,竖向饱和渗透系数比水平向饱和渗透系数更加显著地影响水分入渗过程。通过对大型试坑水分入渗情况的验证,检验了反演所得最优饱和渗透系数的可靠性。
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38. 卸荷-增孔压条件下花岗岩残积土的力学特性
舒荣军, 孔令伟, 周振华, 简涛, 李甜果,
岩土力学    2023, 44 (2): 473-482.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0616
摘要217)      PDF(pc) (711KB)(129)    收藏
建(构)筑物因土中孔隙水压力升高而失稳破坏的情形屡见不鲜,常剪应力增孔压试验是相关研究的常用手段,但迄今鲜见考虑施工期开挖卸荷影响的试验研究。为探究初始卸荷对花岗岩残积土增孔压过程力学行为的影响,在常规增孔压试验中增加了初始卸荷阶段,开展了一系列考虑初始卸荷程度和卸荷滞时影响的卸荷-增孔压试验,分析土体变形、屈服和强度特性的初始卸荷效应与卸荷滞时效应,并与常规增孔压试验结果对比以揭示初始应力路径的影响。试验结果表明:增孔压过程的变形发展具有明显的阶段性,土体屈服后因其剪胀潜势和变形迅速而产生负超静孔压增量,有效平均应力转而增大;初始卸荷对增孔压过程土体力学性能具有明显的劣化作用,表现为刚度与屈服强度均随初始卸荷程度的增大而衰减;与被动压缩这种“加荷”式应力路径相比,初始卸荷的不利影响更为显著;土体力学性能的劣化随卸荷滞时的增长而加剧;屈服摩擦角随初始卸荷程度的增大逐渐减小,但始终大于临界状态摩擦角。
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39. 超深覆盖层上高沥青心墙坝防渗墙受力状态的精细化分析
邹德高, 屈永倩, 孔宪京, 陈楷, 刘京茂, 龚瑾,
岩土力学    2023, 44 (6): 1826-1836.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0985
摘要215)      PDF(pc) (19010KB)(156)    PDF(mobile) (10747KB)(0)    收藏
混凝土防渗墙是深厚覆盖层地基上修建土石坝的主要坝基防渗结构,是保证大坝安全的关键防线,因此,精细模拟防渗墙的受力状态,对于合理评价深厚覆盖层上土石坝工程具有重要意义。联合增量迭代法和有限元−比例边界有限元耦合方法,实现了土石坝应力变形的跨尺度精细化分析,克服了中点增量法求解局部强非线性问题时精度低的缺陷;发现了防渗墙−心墙接头附近和防渗墙底部土体剪切带的局部大应变特性,阐明了传统方法无法描述土体局部大应变而高估防渗墙应力的机制;提出了设置薄层单元来模拟应变局部效应的高效计算方法,实现了超深覆盖层上高沥青心墙坝防渗墙受力状态的三维精细化分析。本研究发展的有限元−比例边界元−增量迭代法−预设薄层单元的跨尺度非线性分析方法可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。
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40. 基于致溃程度的堤防管涌分类方法及应用
吴庆华, 汪啸, 张家发, 张伟
岩土力学    2023, 44 (2): 595-602.   DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0352
摘要210)      PDF(pc) (220KB)(134)    收藏
管涌险情是我国堤防工程的主要险情之一,是防汛抢险一线重点关注的对象,一旦致灾,损失重大。在防汛抢险实践中发现,不同管涌险情对堤防工程的危害程度不同,但难以采取不同的措施进行处置,导致对管涌险情的抢险存在夸大或轻视的现象,其主要原因是对管涌险情的危害程度认识不足。为此,从管涌险情对堤防工程的危害程度角度出发,从管涌险情特征、作用水头差和堤防工程自身条件等方面识别了8个影响堤防险情致溃性的因子,并采用层次分析法建立了管涌险情的致溃程度评价方法。结果表明,管涌距堤脚的距离对堤防工程的危害影响最大,其次为堤外水头和管涌规模,其权重分别为0.375 5、0.202 1和0.172 3。以长江流域33个典型管涌险情案例进行管涌分类评价,分析了湖北省嘉鱼县簰洲湾和湖北省武汉市青山倒口湖管涌险情处置情况,验证了该方法的科学性和实用性。该研究成果可为管涌险情分级抢险提供技术支撑,为制定堤防险情抢险方案提供借鉴。
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