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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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1. 注水煤体有效渗流通道结构分形特征 核磁共振试验研究
杨赫, 程卫民, 刘震, 王文玉, 赵大伟, 王文迪
岩土力学    2020, 41 (4): 1279-1286.   DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0586
摘要361)      PDF(pc) (9818KB)(13950)    收藏
为定量表征注水煤体有效渗流通道结构变化特征,基于核磁共振试验测试了注水过程中,不同围压及水压作用下煤体孔隙结构特征,并结合分形几何理论对煤体有效渗流通道结构分形特征进行了分析。结果表明:注水煤体内部孔径分布差异明显,在不同水压及围压影响下,各孔径孔隙体积占比变化明显,大孔体积变化幅度最大为13.72%,其次为过渡孔及中孔分别为8.12%和5.39%,最小的微孔为2.05%。结合T2C测试结果,当孔隙半径大于270 nm时为有效渗流通道,则影响注水煤体渗流特性的孔隙结构主要集中于大孔及中孔尺度内;试验过程中,试验及理论分形维数变化较小,表明煤样在不同承压条件下,渗流通道结构均具有明显的分形特征,同时两者相反的变化趋势验证了各自表征意义的不同。
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2. 层状岩体三维可视化构模与数值模拟的集成研究
王明华,白 云
null    2005, 26 (7): 1123-1126.  
摘要2374)      PDF(pc) (574KB)(12502)    收藏
由于数据结构的差异,用于岩土工程三维可视化的网格与用于数值模拟的计算网格之间存在本质差异,如何通过两种网格的共享实现三维地质模型与数值模拟之间的集成是岩土工程建模的重要内容。在对层状岩体三维可视化网格与数值模拟网格的特点进行剖析的基础上,提出了基于松散模式的三维规则格网与FLAC3D基本元素之间的转化方法,从理论上实现了“可视”与“可算”的结合。将其应用于我国某海底隧道的选线研究中,证明了该方法的合理性和有效性。
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3. 深埋硬岩隧洞围岩板裂化破坏研究的关键问题及研究进展
周 辉 ,卢景景 ,徐荣超 ,张传庆 ,孟凡震,
null    2015, 36 (10): 2737-2749.   DOI: 10.16285/j.rsm.2015.10.001
摘要1698)      PDF(pc) (945KB)(11248)    收藏
规律性的板裂化破坏是深埋硬脆性岩体开挖卸荷造成的典型围岩破坏现象,给隧洞的安全施工建设带来了严峻挑战。板裂化破坏的研究主要涉及两个关键问题:板裂化破坏的形成机制及其影响因素,板裂化破坏与岩爆的关系。多年来,国内外学者通过理论分析、现场及室内试验、数值模拟等不同途径对板裂化破坏问题进行了系统的研究,取得了丰富的研究成果。在系统分析有关板裂化破坏两个关键问题研究进展的基础上认为,板裂化破坏的形成机制复杂、影响因素众多。基于板裂化破坏形成的细观机制,建立不同类型板裂化破坏的力学准则与力学模型是揭示板裂化破坏形成机制的关键所在;板裂化破坏现象与岩爆之间具有很强的相关性和本质的联系,深入揭示板裂化破坏特征所包含的岩爆前兆信息是板裂化破坏与岩爆关系研究的关键与难点问题。
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4. 基于ABAQUS建立土体本构模型库的研究
司海宝,蔡正银
null    2011, 32 (2): 599-603.  
摘要5832)      PDF(pc) (581KB)(8615)    收藏

ABAQUS作为一种强大的通用有限元分析程序,具有很强的非线性计算功能和前、后处理能力。但标准ABAQUS程序中的土体本构模型,没能反映土体的剪胀、软化与硬化、应力路径对变形的影响等,因此,有必要在ABAQUS中开发出更适合于土体特性的本构模型库。为拓展ABAQUS在岩土工程领域的计算能力,利用二次开发工具UMAT数据接口,开发出更适合于工程应用的土体本构模型库,如邓肯模型、南水模型及状态相关的砂土模型,不仅可以充分利用ABAQUS程序方便、快捷的前后处理和强大的非线性求解平台,而且还可以完成更有针对性、更切合实际土体应力-应变有限元的数值计算,为工程实践提供技术支持。从计算过程、模拟结果与试验结果比较来看,二次开发模型库子程序运行稳定,模拟结果正确、可靠。

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5. 改性土-膨润土竖向隔离墙材料的压缩及渗透特性试验研究
杜延军,范日东
null    2011, 32 (S1): 49-54.  
摘要3646)      PDF(pc) (619KB)(8100)    收藏
膨润土系竖向隔离墙作为阻滞污染物的工程屏障有效且经济。采用沸石改性传统的土-膨润土竖向隔离墙存在抗腐蚀性弱等耐久性不足的同时,必须考虑其压缩、渗透等工程性质的变化。通过一维压缩固结试验,研究了不同沸石及膨润土掺量下膨润土系隔离墙材料的压缩固结和渗透特性。引入评价天然重塑黏土的压缩、渗透特性的归一化孔隙比e/eL和评价天然重塑黏土固有压缩特性的孔隙指数Iv两种归一化评价体系,进一步探讨了添加沸石改性前后膨润土系竖向隔离墙混合土的压缩和渗透特性。
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6. 对岩土工程数值分析的几点思考
龚晓南
null    2011, 32 (2): 321-325.  
摘要5238)      PDF(pc) (77KB)(7742)    收藏

首先,介绍了笔者对我国岩土工程数值分析现状的调查结果及分析,然后,分析了采用连续介质力学分析岩土工程问题的关键,并讨论分析了岩土本构理论发展现状,提出对岩土本构理论发展方向的思考,最后对数值分析在岩土工程分析中的地位作了分析。分析表明,岩土工程数值分析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一;采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键是如何建立岩土的工程实用本构方程;建立多个工程实用本构方程结合积累大量工程经验才能促使数值方法在岩土工程中由用于定性分析转变到定量分析。

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7. 基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响
林鸿州,李广信,于玉贞,吕 禾
null    2007, 28 (9): 1931-1938.  
摘要2237)      PDF(pc) (518KB)(7103)    收藏
在自然界和工程实践中遇到的土大多数是非饱和土,研究吸力对非饱和土抗剪强度的作用,对于工程实践具有重要的意义。通过压力板仪和直剪仪组合试验,探讨了击实土抗剪强度和基质吸力的关系。试验结果表明:凝聚力在饱和度为40 % ~ 60 %时最大,而内摩擦角则随饱和度增加而有所减少。进一步对比土-水特征曲线与抗剪强度的关系,并整合前人研究成果,指出了非饱和土中吸力对其抗剪强度影响的规律。对于无黏性土,在边界效应区不产生假凝聚力,且内摩擦角不变;在过渡区与非饱和残余区,假凝聚力和基质吸力的关系存在峰值且变化较大,内摩擦角则随吸力增加而增加。对于黏性土,残余体积含水率所对应的最小吸力可能是影响抗剪强度的界限值,小于此吸力值, 可近似为常数。但在非饱和残余区,凝聚力将随土状态路径的不同而变化。对于重塑土,凝聚力降低;而对于原状土,则凝聚力可能不变或增加。
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8. 基于修正Mohr-Coulomb准则的弹塑性本构模型及其数值实施
贾善坡,陈卫忠,杨建平,陈培帅
null    2010, 31 (7): 2051-2058.  
摘要4988)      PDF(pc) (786KB)(7092)    收藏

针对Mohr-Coulomb准则高估岩土体抗拉性能的局限性,建立考虑最大拉应力准则的修正Mohr-Coulomb模型;系统地论述隐式本构积分算法的主要内容,推导相应的一致性刚度矩阵。以ABAQUS软件为平台,采用向后欧拉隐式应力积分算法编制了UMAT本构程序,对单轴拉伸试验和三轴压缩试验进行数值模拟,对比分析ABAQUS自带模型和自编模型的优劣,结果表明编写的修正Mohr-Coulomb模型能够有效地反映岩土介质的抗拉性能,弥补了ABAQUS自带模型的不足。

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9. 冻土的力学性质及研究现状
齐吉琳,马 巍
null    2010, 31 (1): 133-143.  
摘要4342)      PDF(pc) (599KB)(6853)    收藏

中国具有广大的季节冻土和多年冻土区,在冻土地区进行工程建设,就必须深入研究冻土的力学特性,以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性。本文首先,简要介绍了我国冻土的分布状况和冻土区别于融土的基本特性,广义的冻土力学可分为冻融作用和已冻土力学性质两方面,冻胀、融沉和冻融循环引起的土力学性质的变化属于冻融作用的范畴。对于冻胀的研究较为深入,人们先后提出了多个理论来解释冻胀产生的机制,有的应用于计算分析中。对融沉的研究尽管具有较长的历史,但是多数停留在经验方法上,融化固结理论目前还有较大的局限性,因此提出一方面可以用人工神经网络法提高经验方法的精度和适用范围,另一方面应当发展融化固结大变形理论;冻融循环可以改变土的力学性质,介绍了作者的最近研究进展。针对已冻土的力学特性,从3方面进行了分析。冻土的强度主要沿用融土的强度理论,很难反映高应力下的压融现象;冻土动力学特性主要针对温度对动力学参数的影响,近年来冻土层对场地动力响应的影响越来越受到重视;冻土的本构关系多集中在蠕变研究,以经验公式法为主。最后,分析了多年冻土地区工程变形所涉及的物理力学过程。

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10. 土的基本力学特性及其弹塑性描述
姚仰平,侯 伟
null    2009, 30 (10): 2881-2902.  
摘要6420)      PDF(pc) (819KB)(6595)    收藏

Cam-clay模型是在等向加载试验基础上建立起来的且能够描述正常固结土在常规三轴试验条件下应力-应变关系的最简单弹塑性模型,是建立各种土的弹塑性本构模型的基础。文中分别按加载方式的不同和土组构的不同,对描述与应力状态、应力历史、应力路径、持荷时间等因素有关的加载方式下土应力应变特性的弹塑性本构模型进行了归纳。对反映不同组构所形成的结构性、各向异性和颗粒破碎等特性的弹塑性本构模型进行了综述,并着重介绍了描述应力状态的三维化方法、反映应力历史影响的超固结土模型和模拟渐近状态路径的渐近状态模型等典型研究成果。

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11. 旋喷群桩复合地基承载特性的数值分析
安关峰,张洪彬,刘添俊
null    2012, 33 (3): 906-912.  
摘要3226)      PDF(pc) (1139KB)(6486)    收藏
旋喷桩加固软土地基在各种地基处理工程中得到了广泛应用。对旋喷桩的研究多数集中在其施工工艺的改进上,或者针对单桩的承载特性进行研究,而对旋喷群桩的承载特性则研究不多。根据工程实际情况,采用基于MIDAS-GTS的三维有限元分析技术,通过改变旋喷群桩的布置方式、桩弹性模量、桩长、桩径、桩距等设计参数及桩-土接触面等参数对旋喷群桩复合地基承载特性的影响进行了研究。研究表明:旋喷桩加固软土地基主要减小了地表至桩底深度范围内土体的竖向沉降,对桩底下方的土体沉降基本无影响;提高旋喷桩桩径及材料强度会提高复合地基承载能力;不同旋喷桩布置方式、桩-土之间是否设置Goodman接触面单元对地基承载能力基本无影响。
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12. 深基坑支护结构的实用计算方法及其应用
杨光华
null    2004, 25 (12): 1885-1896.  
摘要1251)      PDF(pc) (760KB)(6214)    收藏
对深基坑支护结构的受力和变形计算提出了一套系统的实用计算方法,较好地解决了基坑支护结构设计、计算的关键问题,并在广州地铁和许多重大基坑工程应用中取得了较好的效果。该方法把支护结构简化为一竖放的弹性地基梁,支撑、锚杆及岩土体用弹簧系统来代替,岩土的弹簧刚度可用岩土的变形模量来计算, 针对基坑工程施工和结构的动态特点,提出了一套系统的计算方法,其中包括考虑施工过程的增量计算法、合理确定支护结构入土深度的计算法、支撑加预应力及支撑拆除的计算方法等,并应用提出的增量法,首次较完整地对国际上著名的支护土压力Terzaghi-Peck表观土压力给出了理论解释,对岩土的变形模量提出采用承载力反算的经验方法,为岩土参数的确定提供了更简便的方法。这一系列的研究成果为深基坑支护结构的设计提供了一套新颖的实用计算方法,较好地解决了基坑支护结构中的一系列设计计算难题,已在工程实践中成功应用。
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13. 基于ABAQUS平台的水力裂缝扩展有限元模拟研究
龚迪光,曲占庆,李建雄,曲冠政,曹彦超,郭天魁
null    2016, 37 (5): 1512-1520.   DOI: 10.16285/j.rsm.2016.05.036
摘要2335)      PDF(pc) (1602KB)(6117)    收藏
随着扩展有限元理论的深入研究,利用扩展有限元方法模拟水力压裂具有了一定的可操作性。相比于常规有限元方法,XFEM方法具有计算结果精度高和计算量小的优点。但是,如何模拟射孔孔眼、如何模拟流体与岩石相互作用以及分析水力裂缝的扩展规律仍然是难题。以研究水力压裂裂缝扩展规律为目的,建立了岩石多孔介质应力平衡方程、流体渗流连续性方程和边界条件。通过有限元离散化方法对耦合方程矩阵进行处理。通过富集函数定义初始裂缝(射孔孔眼),选择最大主应力及损伤变量D分别作为裂缝起裂和扩展判定准则,利用水平集方法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果显示:增加射孔方位角、压裂液排量和减小水平地应力差,起裂压力上升;黏度对起裂压力无明显影响。增加射孔方位角、压裂液排量、黏度和减小水平地应力差值有助于裂缝宽度的增加。增加水平地应力差值、压裂液排量和减小射孔方位角以及压裂液黏度有助于裂缝长度增加,反之亦然。基于ABAQUS的水力裂缝扩展有限元法可对不同井型和诸多储层物性参数及压裂施工参数进行分析,且裂缝形态逼真,裂缝面凹凸程度清晰,结果准确。此研究可作为一种简便有效研究水力压裂裂缝扩展规律的方法为油田水力压裂设计与施工提供参考与依据。
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14. 岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨
孔位学,芮勇勤,董宝弟
null    2009, 30 (11): 3278-3282.  
摘要4444)      PDF(pc) (527KB)(5986)    收藏

岩土材料属于摩擦型材料,其强度特性时参数指标的选取至关重要。当前对剪胀角存在模糊认识,导致在理论分析和数值模拟分析中常会产生较大误差。在分析传统的滑移线场理论的基础上,采用广义塑性理论,证明了岩土材料在非关联流动法则条件下的剪胀角应取? /2,且此时体变必为0。通过对具有精确理论解的经典Prandtl地基承载力课题的数值模拟分析,分别对关联流动法则、非关联流动法则剪胀角取? /2及非关联流动法则剪胀角取0三种情况下地基的承载力进行了计算。结果表明,上述3种情况下得到的极限荷载的误差为2 %,但滑移线场与理论解有较大差异。其中,在非关联流动法则条件下,采用剪胀角? =? /2所得到的滑移线场与Prandtl理论解一致,而采用? =0所得到的滑移线场与理论解有较大的偏差。这说明目前在非关联流动法则条件下采用? = 0虽然可得到相应的正确的极限荷载,但是相应的滑移线场具有较大的误差,同时也证明了岩土材料在非关联流动法则条件下的剪胀角应该选取? /2,而不是目前通常采用的0。

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15. 基于Python的三维建模可视化系统的研究
刘振平,贺怀建,李 强,朱发华
null    2009, 30 (10): 3037-3042.  
摘要3409)      PDF(pc) (680KB)(5788)    收藏

将Python语言作为粘合剂,用wxPython做界面,实现了对Python自带一些计算模块的调用,同时也实现了通过Swig对C以及C++模块的调用。结合VTK以及PyOpenGL两个开源图形库,对复合三维可视化建模系统的建立进行了深入地研究,并且以Quad-Edge数据结构为原型,实现了拓扑结构更加紧凑、查询效率更高的一种数据结构模型。然后以此为基础,通过对投影面的设置,实现了空间离散点任意投影面的Delaunay三角剖分,并且充分利用此种数据结构的拓扑特性,实现了一种高效地检索任意约束影响域中的三角形、边、以及顶点的算法,最终实现了三角网任意约束的插入。到目前为止,系统已经初步实现了从DXF、Excel、TXT等文件以及Access和SQL Server数据库中读取相应模型几何数据、信息以及其他数据库相关操作的功能,还实现了空间点的距离反比、Kriging以及3次样条插值、离散点集的Delaunay三角剖分,任意形状约束的插入、两个TIN之间的互相切割等许多三维可视化建模的通用功能。

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16. 排土场散体岩石粒度分布与剪切强度的分形特征
谢学斌,潘长良
null    2004, 25 (2): 287-291.  
摘要1126)      PDF(pc) (480KB)(5725)    收藏
应用分形理论研究了矿山排土场散体岩石粒度分布的分维规律,建立了分维数与排土场散体物料剪切强度参数的定量关系式。研究表明,排土场岩石块度分布具有良好的分形结构,分维数值大小随着排土场高度的增加而增加,但不超过3。当采样尺度范围一定时,分维数越大,散体中细颗粒含量越多,平均粒径也越小。分维数与散体岩石的剪切强度参数摩擦角?呈负指数关系。分维数值可用于排土场粒度资料的统计分析与剪切力学强度参数的预测。
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17. 修正剑桥模型的隐式积分算法在ABAQUS中的数值实施
范庆来 ,栾茂田 ,杨 庆
null    2008, 29 (1): 269-273.  
摘要2058)      PDF(pc) (424KB)(5670)    收藏
利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户材料子程序UMAT接口,针对修正的剑桥本构模型开发了隐式积分算法,并且与自动选择时间步长的增量有限元方程迭代解法相结合,对正常固结土与超固结土的三轴排水与不排水试验进行了数值模拟。结果表明,所发展的隐式本构积分算法与时间步长自动选择方法具有较好的稳定性和较高的计算精度,能够得到比较合理的数值分析结果。
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18. 偏心荷重下转动浅基承载力的严密解法
姜朋明 ,陆长锋 ,梅国雄 ,倪 俊 ,袁华荣
null    2008, 29 (11): 2957-2961.  
摘要1791)      PDF(pc) (407KB)(5616)    收藏
根据偏心荷载作用下地基失稳的特征,构建了偏心荷重下地基极限状态时土体中不连续应力场和速度场,分析了土体中不连续应力场和速度场的特点。基于上、下限原理的推论,建立计算模型,构建求解地基极限承载力的算法,通过解三类边值问题,求得偏心荷重下转动浅基极限承载力的严密解,该解满足刚性基础转动的速度边界和其他已知的边界条件。算例表明解垂直偏心荷载下地基极限平衡问题的解法是可行的,且结论可靠。
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19. 露天矿高陡边坡稳定性研究现状及发展趋势
杨天鸿 ,张锋春 ,于庆磊 ,蔡美峰 ,李海洲
null    2011, 32 (5): 1437-1451.  
摘要5164)      PDF(pc) (562KB)(5599)    收藏
在收集整理国内外相关资料的基础上,从边坡稳定性分析方法、边坡监测、预测预报方法等方面总结了目前边坡稳定性研究方法及预测预报研究现状,分析露天矿边坡的工程特点,指出当前露天矿边坡稳定性研究存在的问题,提出“边坡岩体渐进损伤破坏是边坡岩体失稳前兆本质特征”这一学术思路,认为边坡稳定性及预测预报研究发展趋势为建立基于微震监测信息反演的边坡岩体内部损伤演化模型,提出露天矿边坡岩体强度参数识别表征方法和动态稳定性评价方法,寻求边坡失稳过程岩体内部“空间”损伤劣化的微震活动性、强度弱化与边坡动态失稳之间的联系,以微震前兆信息和边坡岩体强度储备系数为失稳判据,实现露天矿边坡稳定性动态分析预测
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20. 有效应力强度指标与总应力强度指标的关系
陈 娟
null    2011, 32 (2): 471-473.  
摘要3894)      PDF(pc) (342KB)(5591)    收藏

由总应力强度指标计算的 ,并不是试样破坏时的真实破裂角,而仅是一个假想的破裂角,与之对应的平面是一个假想的剪切破坏面。试验结果表明,试样破坏时的真实破裂角,是用有效应力强度指标 计算的 。分析论证了在关于土的抗剪强度计算的相关公式中,有效应力强度指标与总应力强度指标不可混用,且公式中有效应力强度指标应与有效应力相对应、总应力强度指标应与总应力相对应。

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21. 考虑残余体应变的土石坝地震永久变形分析
刘汉龙、费 康、
null    2013, 34 (6): 1687-1695.  
摘要2587)      PDF(pc) (675KB)(5309)    收藏
地震永久变形是评价土石坝抗震稳定性的一个重要依据,其合理计算需要同时考虑材料的残余体积应变和残余剪切应变的影响。因此,在过去提出的永久变形等效节点力计算方法的基础上,通过考虑剪切压缩耦合作用来反映残余体积应变对地震永久变形的影响,并推导了相应的模量矩阵,明确了参数选择和计算步骤。对典型单元体的残余变形模式进行了分析,计算得到的剪切应变和体积应变大小均与理论值相符,验证了模量矩阵的可靠性。在此基础上,对心墙堆石坝和面板堆石坝的算例进行了计算,重点分析了竖直向、顺河向和横河向3个方向永久变形分布,并与实测规律进行比较。计算结果表明,考虑残余体应变之后,所提方法能够反映土石坝地震永久变形以沉降为主、水平变形相对较小的特点,可更为合理地反映地震永久变形的规律。
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22. 重金属工业污染场地固化/稳定处理研究进展
杜延军,金 飞,刘松玉,陈 蕾,张 帆
null    2011, 32 (1): 116-124.  
摘要4078)      PDF(pc) (4110KB)(5232)    收藏

目前在发达国家,固化/稳定处理技术已被广泛应用在重金属工业污染场地的修复工程中,而在国内则不多见。通过文献回顾,对重金属-土-胶结物的相互作用机制进行了综述,对比了各种标准淋滤试验参数,总结了国内外对固化重金属污染土性能的评价标准。同时论述了固化污染土的无侧限抗压强度的影响因素,并归纳了有关固化污染土溶出特性、耐久性及长期性状的国内外研究成果。针对国内已有研究现状,建议在制定国内重金属工业污染土修复技术标准时,需要明确固化污染土的最小强度要求,并制定相应的动态和半动态淋滤试验规范。

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23. ABAQUS的二次开发及在土石坝静、动力分析中的应用
费 康,刘汉龙
null    2010, 31 (3): 881-890.  
摘要4553)      PDF(pc) (698KB)(5184)    收藏

利用UMAT子程序,在ABAQUS中开发了用于静力分析的邓肯非线性弹性模型和用于动力分析的等效线性模型,丰富了ABAQUS软件的材料库;针对土石坝的分级填土施工、新填土层的位移修正、土石坝蓄水后的浸水湿化效应、坝体材料的液化判别和地震永久变形计算等土石坝分析中的特定问题在ABAQUS中的实现提出了相应的解决方案。算例的计算结果合理可靠,表明经二次开发后ABAQUS可用于土石坝的静、动力分析,从而可利用ABAQUS前后处理方便、计算精度高和模拟复杂问题能力强的优点,为土石坝分析提供一种可供选择的手段。

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24. 统一弹塑性本构模型在ABAQUS中的开发与应用
潘晓明 ,孔 娟, 杨 钊, 刘 成
null    2010, 31 (4): 1092-1098.  
摘要4590)      PDF(pc) (7513KB)(5128)    收藏

基于统一弹塑性本构模型的有限元理论格式,根据ABAQUS的UMAT格式要求,编制相应的接口程序,将统一弹塑性本构模型引入ABAQUS中。采用退化的统一强度模型( 时,为Mohr-Coulomb模型)与ABAQUS自带的Mohr-Coulomb模型,对单轴试验和圆形硐室进行弹塑性分析,验证所开发材料子程序的正确性及高效性。考虑到统一强度模型的一般情况( )和屈服面硬化条件,对圆形硐室进行弹塑性计算,得到应力场的变化规律。所提出的研究思路具有普遍性,为采用ABAQUS平台进行本构模型的二次开发提供了借鉴和参考。

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25. 数字图像技术在岩石细观力学研究中的应用
陈从新,刘秀敏,刘才华
null    2010, 31 (S1): 53-61.  
摘要4089)      PDF(pc) (732KB)(5078)    收藏

岩石内部的细观组成和结构决定了其在外力作用下的应力-应变状态,进而控制了其宏观力学响应和破坏机制。数字图像处理技术作为一种材料细观尺度上的空间结构精确测量和数字表述手段,已广泛应用于土、岩石及混凝土的细观结构定量分析中。应用数字图像处理进行的岩石细观力学研究是对岩石力学研究方法的革新。现阶段主要研究内容包括:岩石裂隙隙宽的非接触测量,数字表述岩石结构的非均匀性,进行岩石细观力学行为分析,将提取的岩石数字特征值与相应的岩石物性结合以实现岩石流-固耦合研究,建立基于数字图像技术的岩石细观力学数值模拟方法。在研究相关文献的基础上,对数字图像技术在岩石细观力学定量研究中的成果进行客观评述,探讨各种方法的优缺点,分析展望数字图像技术在岩石细观研究领域中的应用前景。

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26. 基于量化的GSI系统和Hoek-Brown 准则的岩体力学参数的估计
胡盛明 胡修文
null    2011, 32 (3): 861-866.  
摘要3601)      PDF(pc) (548KB)(5071)    收藏

Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则相比,综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,可更好地反映岩体的非线性破坏特征,更符合工程实际,由该准则所估算的岩体力学参数可为最终确定岩体力学参数提供重要依据。基于引入的岩体体积节理数Jv和结构面条件因子JC量化的GSI(地质强度指标)围岩分级系统和Hoek-Brown强度准则来估计岩体力学参数,并结合具体的工程估算岩体的力学参数验证应用效果,其成果对工程设计和施工有重要指导意义。

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27. 爆炸荷载作用下卸荷孔效应理论分析与数值模拟
崔传安,孙云厚,李永涛,李大鹏,王子甲
null    2011, 32 (S1): 669-0673.  
摘要3671)      PDF(pc) (2277KB)(5043)    收藏
坑道工程在战争中具有十分重要的作用,但又容易遭受炮弹打击。为增加坑道口部的防护能力,利用波的基本理论和耗能原理,分析了波在岩石和空气介质间界面的反射、透射等传播特性、岩石变形及岩体摩擦耗能原理,得出岩石介质中孔洞有利于爆炸荷载的损耗,起到卸荷的作用,并利用有限元分析软件ANSYS—LS-DYNA,对A、B和C 3种不同情况的6种工况进行数值模拟,通过模拟结果与理论分析结果的比对,进一步验证卸荷孔的卸荷效应,为坑道工程防护设计提出了一个新的途径。
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28. 模拟三维裂纹问题的扩展有限元法
余天堂
null    2010, 31 (10): 3280-3285.  
摘要4170)      PDF(pc) (974KB)(5037)    收藏

扩展有限元法是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法,其计算网格与不连续面相互独立,因此模拟移动不连续面时无需对网格进行重新剖分。给出了模拟三维裂纹问题的扩展有限元法。在常规有限元位移模式中,基于单位分解的思想加进一个阶跃函数和二维渐近裂尖位移场,反映裂纹处位移的不连续性。用两个水平集函数表示裂纹。采用线性互补法求解裂纹面非线性接触条件,不需要迭代,提高了计算效率。采用两点位移外推法计算裂纹前缘应力强度因子。给出了3个三维弹性静力问题算例,其结果显示了所提方法能获得高精度的应力强度因子,并能有效地处理裂纹面间的接触问题,同时表明扩展有限元结合线性互补法求解不连续问题具有较好的前景。

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29. 基于三维GIS的滑坡灾害监测预警系统及应用
王 威,王水林,汤 华,周平根
null    2009, 30 (11): 3379-3385.  
摘要5097)      PDF(pc) (1106KB)(4980)    收藏

为了减少或消除地质灾害的影响,基于地质勘察与监测资料,利用先进的计算机技术和三维可视化技术建立地质灾害监测预警系统显得十分的必要。在研究利用TIN方法建立地质体模型的基础上,将自动获取的监测数据通过北斗卫星的传输和三维地质体模型有机结合,进一步利用基于时间序列的方法,对监测数据进行预测分析,形成了一套完整的三维滑坡灾害预警系统,并提供剖面分析等实用GIS分析工具,从而提高滑坡灾害预警的快速性和直观性。基于四川雅安滑坡的工程实例,验证了系统的有效性。

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30. 土-水特征曲线滞后现象的微观机制与计算分析
贺 炜,赵明华,陈永贵,王泓华
null    2010, 31 (4): 1078-1083.  
摘要4218)      PDF(pc) (17860KB)(4945)    收藏

对吸湿与脱湿过程中引起非饱和土土-水特征曲线滞后性质进行机制分析,认为在微观角度看,接触角的差异是主要原因。基于热力学原理,假定粒间弯液面为一圆弧,综合考虑不等径颗粒半径比、接触角等因素,应用几何关系导得了两接触土颗粒填充角之间的迭代关系,并进行编程计算。在此基础上,引入热力学弯液面压强计算公式和水量体积计算公式,得到了不等径土颗粒间基质吸力-水量计算方法。应用该方法对不同接触角条件下的单个弯液面和不同堆积形式土粒的土-水特征曲线进行了解算,结果表明,由于接触角不同,土-水特征曲线具有明显的滞后现象;孔隙填充将引起低吸力状态土体含水率增加,其对松散颗粒影响较大,含水率可增大达90%;颗粒堆积形式及级配对接触角不同引起的滞后现象影响不大。此外,仅考虑接触角因素无法解释滞回圈的形成,其计算理论有待进一步深入研究。

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31. 渗流-化学溶解耦合作用下岩石单裂隙渗透特性研究
速宝玉,张文捷,盛金昌,许孝臣,詹美礼,刘继山
null    2010, 31 (11): 3361-3366.  
摘要4633)      PDF(pc) (1059KB)(4893)    收藏

为揭示在渗流-化学溶解耦合作用下单裂隙渗透特性的变化规律,建立了描述二维渗流-化学溶解耦合作用的偏微分方程组,并利用COMSOL Multiphysics软件成功地求解该方程组。首先,模拟了文献[1]中的盐岩渗流-溶解耦合渗流试验结果,数值模拟结果与试验结果较为吻合,验证了数学模型的正确性和有效性。然后,利用分形理论生成了一个粗糙的裂隙面数字模型,着重分析了二维石灰岩粗糙裂隙面在水流、矿物溶解和输运过程中其渗透特性的变化规律。数值分析显示,(1)溶质浓度对裂隙面的溶解具有非常重要的作用,从而水流进口端的溶解厚度比出口端大得多。(2)裂隙的整体渗透性在初始时刻增加较慢,随着裂隙开度的增大和贯通,溶解速度会逐渐增大,是一个加速的过程。

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32. 基于硬化土模型的小应变本构模型研究
王海波,徐 明,宋二祥
null    2011, 32 (1): 39-43.  
摘要3633)      PDF(pc) (456KB)(4835)    收藏

大量的工程现场监测结果表明,城市中强支护隧道施工过程中其周围大部分土体仍处于小应变状态,小应变情况下土体具有显著的高模量和非线性特性。土体小应变刚度特征和应力路径相关性是准确分析土与隧道相互作用的重要因素。虽然采用双刚度的硬化土模型(hardening soil model)能够基本反映应力路径的影响,但其卸载再加载模量并没有与应力-应变水平相关,不能模拟小应变情况下土体模量的高度非线性。为此,结合小应变刚度理论对硬化土模型的卸载再加载模量进行了改进,使之与应力-应变水平相关,并且考虑了土体卸载抗剪强度指标的变化以及侧向卸荷应力路径下不同的模量。通过与土体的应力路径试验结果进行对比,证明了模型的合理性。

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33. 基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理
徐进军,王海城,罗喻真,王尚庆,严学清1
null    2010, 31 (7): 2188-2191.  
摘要4068)      PDF(pc) (626KB)(4770)    收藏

地面三维激光扫描技术可以高精度、高密度、高速度地测量物体表面三维空间坐标,从而详细描述表面细部状况。它已经在静态形状测量中获得了成功的应用。目前,滑坡地表变形分析主要是采用GPS或全站仪测量的少量特征点来进行,缺乏整体变形资料。但滑坡变形体的诸多细节变化对正确的变形分析有着重要的作用,将该技术引入到滑坡变形监测与分析中,可充分利用滑坡体上的大量点自然地物作为监测点,来完整监测和分析其变形。作为一项新的研究内容,文章对此进行了相应的理论分析与实际测量,获得了初步满意的结果。

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34. 环形超深基坑围护结构受力变形特性分析
罗耀武,凌道盛,陈云敏,胡 琦,陈 峥
null    2011, 32 (2): 617-622.  
摘要3650)      PDF(pc) (624KB)(4738)    收藏

结合上海世博500 kV变电站超深基坑实际工程,采用平面应变及轴对称弹性地基有限元分析模型对基坑围护结构的空间效应进行简化,分析了环形基坑空间效应、内衬墙以及水土压力模式对围护结构受力变形特性的影响,并与实测结果进行比较。结果表明,环形基坑围护结构的空间效应对其受力变形特性影响很大,在计算过程中必须考虑围护结构环向刚度对径向刚度的贡献;内衬墙作用类似于环形支撑,对地下连续墙受力及变形是有利的;地下连续墙水平位移实测值最接近于侧压力系数1.0的轴对称有限元分析结果;地下连续墙环向应力和弯矩实测值位于按规范水土分算与侧压力系数1.0的轴对称有限元计算结果之间。

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35. 平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究
孔祥兴,夏才初,仇玉良,张丽英,龚建伍
null    2011, 32 (2): 516-524.  
摘要4960)      PDF(pc) (1194KB)(4736)    收藏

西安轨道交通工程是目前首例在我国黄土地区修建的地铁隧道,一号线枣园北路站至汉城路站K12+792.744~K12+889.899区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的功能需要,选取了左线小断面隧道为盾构法与右线大断面隧道为CRD法相结合的施工方案。针对该地铁隧道的施工过程,进行了三维动态数值模拟和施工力学分析,通过分析施工引起的地表变形、中间土体应力和围岩塑性区的特征和规律,从而研究得出CRD法与盾构法隧道先后施工相互影响的规律性成果:先行大断面隧道采取CRD法施工对后行小断面盾构隧道上方地表沉降的影响较后者对前者的影响大;后行隧道的贯通使得先行隧道开挖形成的地表变形轴线向后行隧道侧偏移了约0.5倍净距,并且地表变形的横向影响范围和地表沉降量均有增大,主要表现在靠后行隧道一侧;先行大断面隧道的开挖较后者对中间土体应力影响大,对相邻洞土体的影响在同掌子面处最为显著。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究,可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供具有指导意义的研究成果和宝贵的工程实践经验。

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36. 微生物灌浆加固土体研究进展
钱春香 ,王安辉 ,王 欣 ,
null    2015, 36 (6): 1537-1548.   DOI: 10.16285/j.rsm.2015.06.003
摘要1995)      PDF(pc) (4919KB)(4734)    收藏
水泥和化学浆材是土体加固中最为常用的胶凝材料,但由于存在着高能耗、高污染排放和高成本等缺点而限制了它们的应用。微生物灌浆加固技术是最近发展起来的一种新型的土体加固方法,通过向松散砂土中灌注菌液以及营养盐,利用微生物矿化作用在砂颗粒间快速析出方解石凝胶,改善土体的物理力学性质。系统总结了国内外关于微生物灌浆加固土体的室内及现场试验研究,同时对固化土体的工程特性、原位无损测试方法以及灌浆效果的影响因素等进行了论述。研究表明,微生物灌浆技术具有施工扰动小、灌浆压力低、环境友好等优势,并可显著提高土体的强度、刚度及抗液化性能,在土体加固领域有着非常广阔的应用前景,但关于微生物固化土体的耐久性以及灌浆的经济性等问题仍需进行深入的探讨与研究。
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37. 多孔材料等效导热系数与分形维数关系的数值模拟研究
李守巨,刘迎曦,于 贺
null    2009, 30 (5): 1465-1470.  
摘要3945)      PDF(pc) (674KB)(4709)    收藏

采用有限元方法模拟了多孔材料的导热系数与孔隙率和分形维数之间的非线性关系。有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的热流密度分布和稳态热传导傅立叶定律,计算在不同孔隙率条件下的等效导热系数。研究表明,多孔材料模型等效导热系数随着孔隙的增加而线性减小。在孔隙率为常数的条件下,模型等效导热系数随着模型比例因子的增加而呈指数增加。等效导热系数随着孔隙分形维数的增加而减小,随着固体颗粒分形维数的增加而增加。

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38. 扩底楔形桩竖向抗压和负摩阻力特性研究
孔纲强,杨 庆,年廷凯,胡庆春
null    2011, 32 (2): 503-509.  
摘要5948)      PDF(pc) (1103KB)(4690)    收藏

扩底楔形桩是基于结合常规扩底桩和楔形桩的优点而开发的一种新桩型,能同时提高桩侧正摩阻力和桩端阻力,并能有效降低土体沉降引起的负摩阻力对基桩的影响。简要介绍了扩底楔形桩的受力机制和施工方法;基于FLAC3D有限差分软件,通过针对实际工程的数值模拟验证数值模拟的可靠性,对该新桩型在竖向抗压和负摩阻力特性方面的力学特性进行了初步探讨,并与等体积混凝土的常规扩底桩、楔形桩和等截面桩进行了对比分析;进而研究了桩端土体与桩周土体模量比、楔形角、扩大头直径以及桩体模量等因素对扩底楔形桩力学特性的影响。研究结果表明,同等级地面堆载作用下,扩底楔形桩中桩侧负摩阻力引起的桩顶下拽位移最小、桩身下拽力值介于常规楔形桩和扩底桩两者之间。

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39. D-INSAR技术在大范围滑坡监测中的应用
王桂杰,谢谟文,邱 骋,江崎哲郎
null    2010, 31 (4): 1337-1344.  
摘要4050)      PDF(pc) (524KB)(4622)    收藏

对大面积自然山区进行高精度的滑坡灾害监测一直是我国及其它地质灾害频发国家的一个重要课题,尚未得到很好解决。D-INSAR技术是近年来微波遥感发展的一个重要方向,理论上可以以厘米甚至更高的精度对连续大面积的微小地面活动进行监测,被认为是极具应用前景的滑坡灾害监测技术。为此以应用D-INSAR技术对大范围的自然滑坡进行监测和预警为目的,详细地推导了D-INSAR技术监测形变的原理公式并介绍了方法和数据处理流程,在全面回顾该技术在国内外滑坡监测中的应用现状和实例的基础上,分析了D-INSAR技术在滑坡监测中的优势及问题点,并结合最新技术进展提出了解决方案,认为应该综合利用先进地球探测及数字处理技术与D-INSAR技术相结合来克服D-INSAR技术中的问题点。具体介绍了永久散射体(PS)技术、小基线子集(SBAS)技术、GPS技术及基于地面的LISA技术等,并对这几种技术与D-INSAR技术的结合进行了探讨,使其达到对滑坡更有效的监测。

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40. 位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法
苏国韶,张克实,吕海波
null    2011, 32 (2): 510-515.  
摘要4331)      PDF(pc) (663KB)(4621)    收藏

针对采用随机全局优化技术进行岩土工程位移反分析存在数值计算量大、效率低的问题,将粒子群优化算法与高斯过程机器学习技术相结合,提出了位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法。该方法利用全局寻优性能优异的粒子群优化算法进行寻优的基础上,采用高斯过程机器学习模型不断地总结历史经验,预测包含全局最优解的最有前景区域,通过提高粒子群搜索效率并降低适应度评价次数,进而有效地降低位移反分析过程中的数值计算工作量。多种测试函数的数学验证和工程算例的研究结果表明该方法是可行的,与传统方法相比较,可显著地降低位移反分析的计算耗时。

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