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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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玻璃钢/复合材料  
 
2018年 39卷 S2期
刊出日期 2018-12-21

基础理论与实验研究
岩土工程研究
数值分析
测试技术
基础理论与实验研究
1 吴顺川, 姜日华, 张诗淮, 张 敏,
修正Hoek-Brown强度准则在钻孔稳定性 分析中的应用
钻孔稳定性分析是深部钻探工程的重要科学问题之一,选择合理的强度准则有助于提高钻孔稳定性预测的准确性,可有效地减少钻孔崩落事件的发生。由于广泛使用的Hoek-Brown准则忽略了中间主应力的影响,应用时无法充分发挥岩石强度潜能。引入一种有效克服诸多经典强度准则的奇异性与非外凸性缺陷的修正Hoek-Brown强度准则,将其应用于水平、垂直和倾斜钻孔稳定性分析中的最小泥浆压力计算,同时与Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、Hoek-Brown、3D Hoek-Brown、Mogi-Coulomb和修正Lade准则等经典强度准则预测值进行对比。研究结果表明,修正Hoek-Brown准则与修正Lade、Mogi-Coulomb和3D Hoek-Brown准则的预测结果相近,且修正Hoek-Brown预测值与实际工程所用泥浆的相对误差分别为2.1%和0.76%,证明修正Hoek-Brown准则应用于钻孔稳定性分析的适用性与准确性;最小泥浆压力随钻孔深度增加呈线性递增,且受钻孔方位角和倾斜角的影响;Mohr-Coulomb与Hoek-Brown准则所预测的最小泥浆压力值最大,增加了实际工程泥浆的用量,Drucker-Prager准则所预测的最小泥浆压力最小,但给出的预测结果偏于危险,易发生钻孔失稳;基于修正Hoek-Brown准则可得到理论上最佳的钻孔位置(即所需最小泥浆压力值达到最小),为钻井工程师进行钻孔位置优化提供有益参考。
2018 Vol. 39 (S2): 1-13 [摘要] ( 86 ) [HTML 1KB] [ PDF 1660KB] ( 80 )
14 秦庆词, 李克钢, 杨宝威, 王 庭, 张雪娅, 郭 文
岩石全应力-应变过程关键特征点损伤特征分析
基于Weibull分布统计损伤力学理论,针对传统本构模型对初始状态损伤和峰后特征表征不足的局限进行了优化,建立能够表征初始损伤对力学行为响应的本构方程,并基于优化的本构方程确定岩石全应力-应变过程中关键特征点的力学特性和损伤状态关系,将岩石受荷损伤劣化过程划分为6个损伤阶段,阐释了岩石全应力-应变过程中的损伤演化机制,同时结合RFPA-2D数值仿真分析确定岩体在峰后曲线上的结构失稳点应变是峰值应变的(1.00~1.32)倍;损伤阈值约为0.4~0.6,损伤起始强度约为峰值强度15%;结构面贯通破坏强度约为峰值强度的41%。从理论上确定了残余强度点应变约为峰值应变的4倍。
2018 Vol. 39 (S2): 14-24 [摘要] ( 51 ) [HTML 1KB] [ PDF 1959KB] ( 51 )
25 杨公标, 张成平, 闵 博, 蔡 义,
浅埋含空洞地层圆形隧道开挖引起的位移 复变函数弹性解
针对浅埋隧道临近地层空洞施工问题,建立了解析模型。该模型中隧道满足变形边界条件,空洞满足0面力边界条件,采用Schwarz交替法原理和复变函数法对模型进行了理论求解,并通过编程实现了迭代计算,结合数值计算特点对求解精度进行了讨论。通过算例分析了在不同隧道变形边界条件下空洞位置、大小及净距对地表沉降的影响。结果表明,与无空洞工况相比,空洞对地表沉降产生较明显影响,空洞较大或净距较小时影响尤为显著,隧道变形边界不同或空洞位置不同时地表沉降变化规律的差异性较大,当空洞位于隧道两侧位置时均匀收缩和椭圆化变形边界下差异沉降关于空洞轴线呈对称分布,隧道和空洞正上方地表沉降均增大;竖向位移变形边界下差异沉降关于空洞轴线呈反对称分布,隧道一侧地表沉降增大,另一侧地表沉降减小。当空洞位于隧道斜上方位置时均匀收缩变形边界下差异沉降关于空洞轴线呈反对称分布,空洞轴线处地表沉降曲线斜率明显增大。当空洞位于隧道正上方位置时3种基本变形边界下隧道正上方地表沉降均减小。
2018 Vol. 39 (S2): 25-36 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [ PDF 1274KB] ( 27 )
37 刘素锦, 郭明伟, 李春光,
三维边坡整体主滑方向的确定
边坡主滑方向直接关系到边坡整体稳定性及边坡加固中的下滑推力计算,目前边(滑)坡主滑方向主要根据经验半经验的方法确定,如坡体内监测点位移整体矢量方向、平行于坡体底滑面或依据坡体滑动失稳机制进行相应的假设等,对于复杂边坡体则很难给出准确的主滑方向。基于最小势能原理,在坡体当前应力的基础上推导出二维和三维边坡主滑方向的理论公式,简单滑块算例和三维边坡算例验证了文中方法的合理性。除计算坡体主滑方向外,该公式还可计算沿滑移路径的主滑方向曲线,为坡体稳定性分析及剩余下滑推力计算提供更为准确的理论支持。
2018 Vol. 39 (S2): 37-44 [摘要] ( 38 ) [HTML 1KB] [ PDF 1126KB] ( 35 )
45 魏晓明, 郭利杰, 李长洪, 张立新, 罗文冲, 刘 仁,
高阶段胶结充填体强度空间变化规律研究
在高阶段两步骤回采过程中一步骤胶结充填质量对二步骤矿柱的安全回采具有重要意义。基于李楼铁矿一步骤胶结充填体强度检测和微观电镜扫描实验,对井下原位强度与地表试件进行差异化分析,获得了高阶段采场充填体强度增值呈“驼峰”变化规律,分为上部(-330~-310 m)、中部(-360~-330 m)和下部(-390~-360 m)。采用SEM孔隙定量表征技术,提取了1:4充填采场的3个峰值和4个谷值的孔隙率,阐释了充填体强度增值分布趋势与孔隙率呈非线性负相关,遵循指数函数y = 29.281e–0.032x的定量关系。结合采场工程布置,从宏观特征(揭露和取芯)和微观孔隙结构发育特征耦合揭示了自重压力与充填挡墙对高阶段胶结充填体固结强度的作用机制,进而调整采场充填料浆配比参数,保证矿山安全高效回采。
2018 Vol. 39 (S2): 45-52 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [ PDF 1415KB] ( 9 )
53 王鹏飞, 李长洪, 马学文, 李子建, 刘景军, 武洋帆,
断层带不同含石率土石混合体渗流特性试验研究
将断层带现场取出的断层泥及断层角砾混合物制成含石率分别为20%、30%、40%、50%、60%和70%的土石混合体重塑试样,应用GDS饱和-非饱和三轴试验系统测试在不同围压加、卸载条件下土石混合体试样的渗透特性,研究不同含石率土石混合体试样在不同围压水平作用下渗透系数的变化规律。试验结果表明,(1)不同含石率土石混合体(SRM)试样的渗透系数均随围压的增加而减小,且在围压加载初期试样渗透系数的降低速度较快,在围压加载中后期试样渗透系数的降低速度相对减缓;(2)在围压加载和卸载阶段,不同围压水平下土石混合体试样的渗透系数随着含石率的升高,均呈现出先减小后增大的趋势,含石率40%试样的渗透系数最小,含石率70%试样的渗透系数最大;(3)在围压卸载阶段,土石混合体试样渗透系数的恢复程度随着含石率的升高而增大,含石率70%试样渗透系数的恢复率达到50.2%;(4)在围压加载和卸载阶段,随着含石率升高,土石混合体试样渗透系数对含石率变化的敏感系数均呈现出先减小后增大再减小的趋势,在含石率60%时,试样渗透系数对含石率变化的敏感性最强;(5)围压加载和卸载阶段土石混合体试样渗透系数与围压的关系均可用指数函数进行描述。
2018 Vol. 39 (S2): 53-61 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [ PDF 1421KB] ( 35 )
62 刘艳章, 郭赟林, 黄诗冰, 蔡原田, 李凯兵, 王刘宝, 李 伟,
冻融作用下裂隙类砂岩断裂特征与强度损失研究
寒区裂隙岩体中经常发生水冰相变产生冻胀力,冻胀力的反复作用会驱动岩体裂隙扩展、贯通甚至断裂破坏。通过在类砂岩试样中预制不同倾角的单开口裂隙,分别进行预冷和不预冷饱水裂隙冻融循环试验及冻融后的单轴压缩试验,探究冻结方式和裂隙倾角对裂隙冻胀扩展过程、断裂破坏特征及单轴强度的影响机制。试验结果表明,裂隙冻胀力是驱使裂隙冻融扩展的主要动力且与裂隙水的冻结方式密切相关,采用预冷方式冻结会引起绝大部分裂隙水挤出而难以形成冻胀裂纹;在非预冷冻结方式下冻胀裂纹一般先沿着预制裂隙共面方向扩展,但由于边界效应而逐渐转向短边,共面扩展长度与裂隙倾角呈正相关;当预制裂隙倾角在60°~90°时,岩体容易沿着冻胀裂纹方向发生压缩破坏,从而引起岩体单轴抗压强度降低。研究结果可为揭示裂隙岩体冻融损伤机制及开展寒区岩体工程建设提供借鉴。
2018 Vol. 39 (S2): 62-71 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [ PDF 1249KB] ( 42 )
72 彭守建, 王 哲, 许 江, 大久保诚介, 汤 杨,
三轴压缩条件下饱水岩石破坏后区荷载 速率效应试验研究
采用三轴压缩交替荷载速率试验,对3种饱水岩石破坏后区荷载速率效应进行研究,探讨围压对破坏后区荷载速率效应的影响规律。研究结果表明,(1)岩石在峰值处的荷载速率效应系数n值随围压的升高而逐渐增大,表明岩石在峰值处的荷载速率效应随围压的升高逐渐减弱;(2)岩石在破坏后区也呈现明显的荷载速率效应,且随着围压的升高,田下凝灰岩和荻野凝灰岩在破坏后区的荷载速率效应变得越来越明显,而井口砂岩在破坏后区的荷载速率效应则逐渐减弱;(3)运用4种荷载速率效应系数对破坏后区应力-应变曲线进行修正,其与高荷载速率对应的破坏后区应力-应变曲线重合性均较好,表明4种荷载速率效应系数均能用于量化分析岩石破坏后区荷载速率效应,但基于岩石卸载模量求取的nd最适合用于对岩石破坏后区荷载速率效应进行量化分析。
2018 Vol. 39 (S2): 72-82 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [ PDF 1573KB] ( 17 )
83 徐 平, 翟攀攀, 张天航, 董新平
盾构隧道衬砌管片接头弯曲刚度类指数模型研究
盾构隧道衬砌管片接头转动刚度是盾构隧道衬砌结构计算中的一个重要参数,在衬砌结构计算方法中接头弯曲刚度评估多依赖于经验公式和足尺寸接头试验。为了准确而快速地评估不同类型管片接头转动刚度,尝试通过建立接头部位的解析模型为接头转动刚度的确定提供理论依据。依据管片接头部位的结构特点,结合半刚性接头力学行为建立弯矩?转角关系,给出接头结构的一种新型数学物理模型的接头尺寸和材料参数表达。以长弯螺栓接头为例,对模型参数进行评估,并给出接头弯矩?转角关系曲线,模型区分接头张开前后不同状态。接头弯矩?转角力学行为研究表明,接头张开前接头弯矩和转角均与轴力呈正相关关系;接头尺寸和混凝土弹性模量参数增大可促使接头转动刚度提高;若轴力增大,接头弯矩承载能力将有所提高,且近似呈现线性关系。与经典接头模型(Janssen和Gladwell 模型)和接头试验数据进行对比,验证所提出模型的准确性,且该模型具有普遍适用性。研究认为,管片接头的弯矩?转角力学行为刻画中,接头张开时刻转动角度、接头张开后转动刚度衰减速度以及接头所能承受的极限弯矩,将起到关键作用。文中模型能够为管片衬砌结构设计方法中关键参数?弯曲刚度的评估提供理论依据。
2018 Vol. 39 (S2): 83-90 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [ PDF 1098KB] ( 16 )
91 杨苏春, 张明义, 王永洪, 桑松魁, 苗德滋
基于现场试验的闭口静压管桩贯入 层状地基桩端阻力研究
在以粉土与粉质黏土为主的层状土地基中,利用桩端装有全截面压力传感器的试验桩,连续高密度采集贯入全过程中的桩端阻力。根据多个贯入行程的桩端阻力曲线,明确了桩端阻力初始贯入土层的变化阶段及连续贯入同一土层的变化阶段,分为线性陡增段、非线性缓增段、平台段、非线性缓降段、线性陡降段;桩端连续贯入穿越多个土层界面时桩端阻力的变化阶段与初始贯入土层相比缺少线性陡增段;连续贯入时,前一行程的陡降初始值与后一行程的陡升终值较为接近,该值能够体现土体弹性压缩的极限,并可以通过土层静力触探Qc平均值进行推算,作为桩基设计依据;对同一土层的多次贯入,最大桩端阻力发生在该土层的初始贯入阶段。沉桩过程中的桩端阻力曲线与静力触探Qc曲线有相似性。分析发现,层状土中每层的最大桩端阻力与静力触探Qc平均值及标准贯入平均击数呈线性关系;稳态的残余桩端阻力与静力触探Qc值及标准贯入平均击数呈线性关系。提出了弹性极限桩端阻力、极限桩端阻力及残余桩端阻力拟合公式,其中极限桩端阻力拟合公式较经验参数法、静力触探法、极限平衡理论有较高的准确度。
2018 Vol. 39 (S2): 91-99 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [ PDF 1167KB] ( 16 )
100 张志红, 陈 杨, 张志亮, 田改垒
高饱和条件下水-力-化耦合模型及数值模拟
填埋场底部黏土垫层特性对其长期防渗隔污服役性能的有效发挥具有极其重要的作用。针对实际堆场中黏土屏障呈现出的高饱和状态,将液相(孔隙水)与气相(闭塞气泡)视为混合流体,通过分别建立土体应力平衡方程、混合流体质量守恒方程及溶质质量守恒方程,综合考虑土颗粒-孔隙流体-溶质间的相互作用机制,推导得到了高饱和度条件下,溶质在黏土防渗层中运移的水-力-化全耦合模型,能够实现多物理场耦合作用时土层变形量、混合流体压力及溶质溶度随时空分布的直接精确求解。采用多场耦合有限元分析软件COMSOL对所建模型开展数值模拟,结果表明,模型结果与Peters所得结果吻合较好;黏土垫层中可压缩性气体的存在延缓了超孔隙流体压力的消散,加大了土层的沉降量,对溶质在防渗黏土层中的运移进程起到了显著的阻滞效果。
2018 Vol. 39 (S2): 100-106 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [ PDF 804KB] ( 29 )
107 刘 斌, 许宏发, 董 璐, 马语卿, 李可良,
岩盐循环荷载下基于DS黏壶的非线性流变模型研究
地下储气库围岩常常处于循环荷载作用下,构建适合的流变模型是分析其长期稳定性的关键内容。基于应力耗散原理建立了非线性黏壶力学元件(DS黏壶)和DS黏壶元件的微分本构方程,将Poyhting-Thomson模型与DS黏壶串联,构建了一个非线性流变模型(PT-DS),推导出PT-DS模型的微分本构方程。根据盐岩试块循环加载试验过程,建立了初始匀速加载段和循环荷载段的动应力方程,根据PT-DS模型,解析得到初始匀速加载段和循环荷载段应变随时间变化的本构方 程。对循环荷载段应变本构方程进行了简化分析,得到循环荷载段应变曲线的上限线、中间线和下限线方程。用PT-DS模型的上限线、中间线和下限线本构方程对岩盐循环加载试验结果进行拟合分析,得到了相应的拟合参数。结果表明,应变拟合曲线、模拟曲线与试验曲线非常接近,PT-DS模型能很好的描述循环荷载下应变的发展过程。
2018 Vol. 39 (S2): 107-114 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [ PDF 1228KB] ( 9 )
115 王 军, 胡惠丽, 刘飞禹, 蔡袁强,
粒孔比对筋土界面直剪特性的影响
为研究填料平均粒径与土工格栅网孔尺寸的比值对格栅-粗粒土界面抗剪特性的影响,试验所用粗粒土的粒径范围分为4种,采用一种方形网孔的土工格栅作为加筋材料,在竖向应力分别为30、60、90 kPa、剪切速率分别为0.25、1、2、5 mm/min、密实度分别为22%、55%、75%的条件下,使用室内大型直剪仪进行了一系列的单调直剪试验。试验结果表明,填料平均粒径与格栅网孔尺寸的比值越大,筋土界面的峰值剪应力和残余剪应力越大。当填料平均粒径与格栅网孔尺寸的比值从0.04增大到0.20时,峰值剪应力的似黏聚力从13.79 kPa增大到64.23 kPa,残余剪应力的似黏聚力从16.11 kPa增大到51.56 kPa,密实度为22%时土样在剪切过程中一直处于剪缩状态,密实度分别为55%、75%时两种土样在整体上均呈现明显的剪胀现象;剪切速率对筋土界面单调直剪特性的影响较小。
2018 Vol. 39 (S2): 115-122 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [ PDF 1551KB] ( 14 )
123 陈 曦, 曾亚武, 孙翰卿, 任树林, 刘 伟
岩石节理峰值抗剪强度新模型
Grasselli提出的形貌参数充分反映了节理表面粗糙度的三维特征,Xia模型、Yang模型、Tang模型采用Grasselli提出的三维形貌参数,但Xia模型峰值抗剪强度公式不满足边界条件,Yang模型材料项不能反映节理剪切受拉破坏机制,Tang模型预测精度较低且剪胀角与法向应力关系未能体现粗糙度参数的作用,文中提出一个新的峰值抗剪强度公式弥补了上述各模型的不足之处。根据Grasselli、唐志成等、Yang等发表的63组数据对新模型进行验算,结果表明,Tang模型预测精度较低,新模型和Xia模型、Grasselli模型预测精度较为接近。此外发现,关系函数f(?n)考虑形貌参数的作用时可以有效地提高模型的预测精度。新模型公式形式较为简洁、物理意义明确、符合摩尔-库仑准则、量纲统一,可以为相关的工程研究提供参考。
2018 Vol. 39 (S2): 123-130 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [ PDF 1053KB] ( 29 )
131 刘洋洋, 郭增长, 李永强, 李有鹏
基于熵权集对分析和车载激光扫描的 公路边坡危险性评价模型
优化改进了集对分析理论和ICP算法,并在该基础上综合运用改进熵权集对分析和车载激光扫描技术,提出一种整体评价与局部评价相结合的公路边坡危险性评价模型。该模型先按照地质条件将公路边坡划分为若干路段,再采用改进熵权集对分析对各路段边坡进行整体评价,从而找出危险性较大的边坡。利用车载激光扫描技术获取各危险边坡两期激光点云数据,采用改进ICP算法对两期点云数据进行无控制匹配,再采用NUBRS建模技术构建两期边坡曲面模型并进行局部评价,从而找出危险边坡中具体的危险点。对评价结果、专家意见和实地考察情况进行归纳分析,并提出合理的灾害防治建议。以修武县某公路为例,采用文中模型进行应用研究。结果表明,该模型取得了良好的评价效果,不仅确定了危险边坡,还找出了其中的具体危险点,为公路边坡防灾减灾工作提供了一种新思路。
2018 Vol. 39 (S2): 131-141 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [ PDF 1353KB] ( 18 )
142 朱长歧, 崔 翔, 胡明鉴, 王新志, 唐健健,
钙质土电导率和渗透性的相关研究
电导率是反映岛礁地下水土耦合性质的直接可测量参数,渗透系数是岛礁地下淡水体形成的重要影响因素,研究了不同地质条件下电导率变化规律,并用其表征土体渗透性有重要意义。首先测量不同干密度、含水率和孔隙液浓度下单一粒径钙质土电导率。由于钙质粉土内含黏粒成分,其表面双电层对电导率有影响,因此单独测量钙质粉土在干密度和含水率正交条件下的电导率,并进行变水头渗透试验。接着配制钙质粉土含量递增的级配土,测电导率并进行常水头渗透试验。试验发现,钙质土电导率与干密度,含水率和孔隙液浓度呈现明显规律性;级配土内随粉土含量增加电导率增加先缓慢,后迅速,最后趋于稳定;级配土渗透系数随电导率增加先缓慢减小后迅速减小;粉土渗透系数随电导率增加呈现中间大两头小的规律。最后初步推导了钙质土电导率与渗透系数的经验公式。
2018 Vol. 39 (S2): 142-148 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [ PDF 1111KB] ( 9 )
149 庄心善, 王俊翔, 王 康, 李 凯, 胡 智
风化砂改良膨胀土的动力特性研究
风化砂与膨胀土结合作为路基具有操作工艺简单、环保友好、费用低廉等优点。通过GDS 动三轴试验,研究不同围压、振动频率对风化砂改良膨胀土动强度、动弹性模量与等效阻尼比等动力特性参数的影响规律。试验结果表明,风化砂改良膨胀土的应力-应变骨干曲线及阻尼比与应变关系均可用双曲线函数描述;随着动应变增加,风化砂改良膨胀土动弹性模量减小,阻尼比增大;在循环动应力作用下风化砂改良膨胀土应力-应变关系曲线呈封闭滞回圈,滞回曲线轴线随动应力增加逐渐拉长且斜率减小,土样呈现出典型的应变软化特征;随着围压和加载频率增大,风化砂改良膨胀土动弹模增大,阻尼比减小;频率对动弹模影响集中在应变εd< 0.2%范围内,对阻尼比的影响集中在εd< 0.1%范围内。
2018 Vol. 39 (S2): 149-156 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [ PDF 1830KB] ( 17 )
157 马显春, 罗 刚, 邓建辉, 上官力,
陡倾滑面堆积层滑坡抗滑桩锚固深度研究
在陡倾滑面堆积层滑坡中抗滑桩锚固深度的计算是支挡结构设计的关键技术问题之一。以内(江)六(盘水)线K285滑坡为工程研究对象,基于相似原理,进行桩土相互作用的物理模型试验,研究3种不同锚固深度抗滑桩锚固段的受力状态和桩前滑床破坏特征。试验结果表明,(1)桩前滑体抗力呈三角形分布,滑带处抗力最大;(2)桩身最大弯矩点随着荷载增加沿桩身逐渐下降,桩前滑床发生楔形破坏,破裂深度基本与最大弯矩点对应;(3)随着锚固段长度的增加,桩前滑床楔形破坏面位置逐渐上移接近滑动面,且其破裂角逐渐减小。基于以上分析,笔者等将抗滑桩锚固段划分为无抗力锚固段、无效锚固段和有效锚固段,并采用弹性力学推导了各段长度和锚固段总长度的计算式。将研究结果用于内六线K285滑坡抗滑桩锚固深度的优化设计,在保证治理效果的基础上使得桩长减小了6 m。研究成果具有重要的工程实践价值。
2018 Vol. 39 (S2): 157-168 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [ PDF 1917KB] ( 13 )
169 朱振南, 田 红, 董楠楠, 窦 斌, 陈 劲, 张 宇, 王炳红,
高温花岗岩遇水冷却后物理力学特性试验研究
观察500 ℃内高温花岗岩遇水冷却后的物理力学特性试验研究和SEM图像发现,高温花岗岩遇水冷却后物理力学特性随温度变化规律,揭示其细观机制。结果表明,(1)高温花岗岩遇水冷却后体积随温度升高而膨胀,而质量和密度随温度升高而减小,500 ℃时体积增加1.32%,质量减小0.21%,密度减小1.51%;(2)纵波波速和横波波速皆随温度升高而降低,且前者降低幅度大于横波波速的,500 ℃时分别降低64.9%、46.8%;(3)单轴抗压强度和弹性模量随温度呈减小趋势,500 ℃时分别减小51.9%、58.6%,温度大于300 ℃时花岗岩表现出明显的塑性特征;(4)温度大于300 ℃时花岗岩内部微裂纹数目不断增多,尺寸不断增大,并逐步交叉、贯通形成微裂纹网络,导致高温花岗岩遇水冷却后物理力学性质的劣化
2018 Vol. 39 (S2): 169-176 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [ PDF 1192KB] ( 16 )
177 王之东, 黎立云, 陈 滔, 刘兵权,
矿柱岩爆模型试验中能量释放研究
为研究岩体工程中矿柱型岩爆的能量释放和碎块抛射速度,制成3种岩石材料的矿柱试验模型,对其进行单轴压缩试验并用高速摄像机拍摄碎块的抛射过程,实测了碎块的抛射速度。根据Griffith能量释放理论,运用有限元软件在平面应力和平面应变条件下计算试验模型破坏前后瞬时应变能的改变量(释放量),考虑部分能量耗散后运用能量守恒原理计算碎块的理论抛射速度。研究结果表明,在单轴压缩试验中红砂岩、石岛红花岗岩和白麻花岗岩的抗压强度、弹性模量依次增大,岩爆倾向性增强,其在矿柱模型破坏中3种材料的能量释放量和碎块抛射速度也依次增大;宽柱模型破坏程度比窄柱模型剧烈;平面应变模型(现场)比平面应力模型(试验)破坏时释放更多能量,即岩石的强度、弹性模量和尺寸型式决定岩爆破坏剧烈程度;矿柱岩爆模型试验中碎块的理论抛射速度与实测速度值基本接近。在不考虑尺寸效应的情况下证明了在相同应力下具有比例尺寸关系的工程体与模型发生破坏时的抛射速度基本相同。
2018 Vol. 39 (S2): 177-185 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [ PDF 1120KB] ( 11 )
186 王 杰, 贡京伟, 赵泽印
单轴压类岩石试件应变局部化位置、方向及 预警应用研究
应变局部化是岩石破坏的先兆,为揭示单轴压缩条件下控制变形局部化带出现时间、位置和生长方向的主要因素。以白光数字散斑相关方法作为观测手段,获取实验过程中变形局部化的时间演变全过程数据,计算最大主应变场、最小主应变场、位移场,并结合轴力-位移关系曲线对多个试件的局部化演变特征进行了综合对比分析,发现类岩石脆性材料在单轴压受力条件下局部化带的发展沿最大主应变(最大压应变)方向,并随着最大主应变方向的偏转而发生偏转;局部化带的出现位置受最小主应变控制;短时位移场显示脆性类岩石材料局部化带内以张拉破坏为主,并非剪切破坏;局部化带不仅可在接近峰值载荷的高荷载条件下出现,还可能出现在荷载值较低的变形加速拐点处;局部化启动、局部化带两侧观测点水平位移分量反向是较好的构件破坏预警指标。
2018 Vol. 39 (S2): 186-194 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [ PDF 1414KB] ( 15 )
195 陈 锋, 张青庆, 姚 威, 叶良良,
含泥盐岩的扩容特性与剪胀角模型
深部地层中的盐岩层是储气库的重要目标层,在储气库运行条件下盐岩的扩容损伤特性是储气库运行稳定分析的重要指标。取自地下储气库典型含泥盐岩实验样品,通过不同围压下的三轴压缩试验,分析了含泥盐岩试样压缩过程的扩容特性及剪胀角模型。试验结果显示,含泥盐岩三轴压缩曲线表现出应变硬化特性,且伴随着明显的扩容特征。通过摩尔-库仑塑性势函数分析可知,含泥盐岩剪胀角随着塑性剪应变增加而逐步增大,最终剪胀角在7o~10o之间,并建立了考虑塑性剪应变和围压影响的含泥盐岩剪胀角模型。数值模拟方法验证所获得的剪胀角模型能很好地模拟含泥盐岩扩容过程中的体应变。
2018 Vol. 39 (S2): 195-201 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [ PDF 955KB] ( 13 )
202 王 哲, 王乔坎, 马少俊, 薛 毅, 许四法,
扩大头可回收预应力锚索极限抗拔力计算方法研究
基于极限平衡原理,建立考虑围岩强度的理论模型,推导出适用于扩大头可回收预应力锚索的极限抗拔力计算公式,该公式可考虑扩大头锚固段远端土压力对锚索极限抗拔力的影响。以3个实际工程为背景,将文中公式的计算值、规程计算值与实测值进行对比分析。结果表明,黏性土中锚固段远端土压力对总抗拔力的影响较大;砂性土中的锚索抗拔力计算可采用规程公式或文中的公式;黏性土中抗拔力计算应采用文中的计算公式。
2018 Vol. 39 (S2): 202-208 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [ PDF 811KB] ( 12 )
209 崔德山, 陈 琼, 项 伟, 王菁莪,
黄土坡滑坡饱和滑带土三轴压缩应力松弛试验研究
为研究饱和滑带土的三轴流变规律,基于室内三轴试验,对三峡库区巴东县黄土坡滑坡的滑带土应力松弛特性进行试验和分析。首先,对滑带土进行X射线衍射试验和XRF定量分析实验,获得了滑带土的矿物成分和化学组成。然后,采用GDS三轴仪开展饱和滑带土的应力松弛实验,研究不同围压和不同应变增量条件下滑带土的应力松弛特征。研究结果表明,饱和滑带土的应力松弛特征受围压、轴向应变速率、轴向应变增量、松弛时间的影响较大。根据应力松弛曲线可以分别得出滑带土的峰值强度和残余强度指标,当轴向应变接近破坏应变(15%)时随着有效围压的增加,滑带土的应力松弛量和残余应力比增加,应力松弛比减小;当轴向应变恒定时,滑带土的体积应变大于应变增加过程中的体积应变。当应变加载速率较小(0.02 mm/min)时应变加载过程中会出现瞬时应力松弛现象。
2018 Vol. 39 (S2): 209-216 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [ PDF 1174KB] ( 8 )
217 马瑞男, 郭红仙, 程晓辉, 刘景儒,
微生物拌和加固钙质砂渗透特性试验研究
吹填钙质砂是岛礁工程中常见的地基土,其所处的海洋环境对其渗透性和抗渗透破坏能力提出一定要求。微生物与钙质砂拌和的方法,有可能将微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术与吹填工艺结合,以期在吹填过程中完成对地基土的预处理。通过对不同密实度的钙质砂进行微生物固化前后的渗透试验,探究微生物拌和固化方法改善钙质砂渗透性和抗渗透变形性能的效果。结果表明,拌和方法可以使松散钙质砂的渗透系数降低至密实砂同等水平,其抵抗渗透破坏的临界水力坡降也大幅提高,破坏形式由管涌变为流土。
2018 Vol. 39 (S2): 217-223 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [ PDF 806KB] ( 21 )
224 孙潇昊, 缪林昌, 吴林玉, 王呈呈, 陈润发
低温条件下微生物诱导固化对比研究
低温条件下微生物诱导沉淀产率低,制约着微生物诱导固化(MICP)技术的实际工程应用。通过控制不同温度和pH值,对比分析巴氏芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的生长繁殖特征和脲酶活性,同时在胶凝液中添加营养物质和控制尿素浓度和钙离子浓度,研究提高沉淀产率的方法,利用XRD测试分析沉淀晶型。进行渗透性试验和无侧限抗压强度试验,对比分析了不同菌种的砂土固化效果,结果表明,低温条件下巨大芽孢杆菌生长繁殖比巴氏芽孢杆菌快,脲酶活性更高,且巨大芽孢杆菌最适宜pH = 8,更适合于碱性环境;可以通过在胶凝液中添加营养物质,控制尿素浓度为1.5 M和醋酸钙浓度为0.5 M增加碳酸钙沉淀产率;低温条件下巨大芽孢杆菌沉淀产率总高于巴氏芽孢杆菌,沉淀晶型为更稳定的方解石;采用巨大芽孢杆菌固化的试样渗透性可降低3~4个数量级,而巴氏芽孢杆菌固化的砂柱渗透性只降低2~3个数量级,其中颗粒粒径越小,渗透性降低越明显,且同等条件下巨大芽孢杆菌固化的砂柱试样强度也大于巴氏芽孢杆菌固化试样。因此,低温条件下巨大芽孢杆菌更适合进行实际工程应用。
2018 Vol. 39 (S2): 224-230 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [ PDF 1143KB] ( 15 )
231 崔光耀, 祁家所, 王明胜,
片理化玄武岩隧道围岩大变形控制现场试验研究
丽香中义隧道片理化玄武岩段地质构造复杂,围岩软弱、破碎,地下水较发育,地应力极高,边墙大变形灾害突出,开展了3种围岩大变形施工控制技术措施的现场试验研究。现场试验结果表明,从支护加强角度出发的大变形Ⅰ型支护方案和大变形Ⅱ型支护方案,试验段边墙变形得到了较好的控制,换拱率由100%分别降至38.50%和22.22%;开挖断面支护成环时间对边墙收敛变形控制影响巨大,掌子面开挖后断面支护应尽快封闭成环;从支护和围岩双向加强角度出发的“大变形Ⅱ型支护+边墙施设6.5 m长锚杆”施工方案,成功控制了试验段边墙的大变形灾害,换拱率降至0%。研究成果可为类似工程提供参考。
2018 Vol. 39 (S2): 231-237 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [ PDF 1132KB] ( 19 )
238 张 磊, 刘 慧, 王铁行
固结与不固结条件下黄土-混凝土接触面剪切试验
黄土与结构物相互作用时其在法向应力下的固结程度和实际工况有关。控制土样初始含水率和排水条件,利用大型直剪仪开展黄土与混凝土接触面剪切试验。结果表明,固结条件下的剪应力比不固结条件下的剪应力大,且其差值随土样初始含水率的增加而增大;接触面剪应力-剪切位移关系呈弱软化、弱硬化和强硬化3种形式;固结条件下法向应力较低时接触面抗剪强度随土样初始含水率的增加先增大后减小最后趋于恒值,固结条件下法向应力较高时及不固结条件下接触面抗剪强度随土样初始含水率的增加而减小最后趋于恒值;随着土样初始含水率的增加,固结和不固结条件下接触面粘聚力均先增大后减小,而接触面内摩擦角均减小最后趋于恒值。因此,固结和不固结条件下黄土与混凝土接触面剪切性状具有明显不同,分析黄土与结构物相互作用时应根据实际工况选用不同固结条件下的参数。
2018 Vol. 39 (S2): 238-244 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [ PDF 784KB] ( 10 )
岩土工程研究
245 吴昌将, 孙召花, 赖允瑾, 包 华,
软土地区地下连续墙深大基坑的变形性状研究
结合前人对上海地区地下连续墙基坑实测分析的成果,以上海软土地区两个典型类似的深大基坑为工程背景,通过现场实测数据的分析,研究基坑采用顺作法两墙合一地下连续墙基坑的变形性状以及对坑外建筑的影响,尤其是基坑浅层软土层厚度和开挖面积因素。研究结果表明,(1)基坑施工过程中围护墙侧向变形均呈“鼓肚子”抛物线形状。基坑变形主要产生在基坑开挖阶段,换撑产生的二次变形仅为开挖阶段的10%左右。挖深范围内的软土层厚度对地墙侧移影响较大;(2)软土地层的厚度不仅影响坑外地表沉降最大值与位置,而且对沉降发展速率及稳定时间均有较大影响,但基本不改变沉降凹槽型的分布形态;(3)基坑开挖过程中基坑围护墙顶与坑内立柱均处于向上隆起状态,隆起量以“碟状”的形态从坑边至坑中不断增大,中间区域的相邻立柱隆起差异量不大,靠近基坑边的相邻立柱隆起差异量大,其差异界限在距离坑边约(1.0~1.5)He (He为开挖深度)处,软土地层厚度、基坑开挖面积大小对立柱隆沉的量值有较大影响;(4)基础形式与埋深、离基坑的距离对基坑开挖而引起坑外建筑沉降的影响程度尤为明显。
2018 Vol. 39 (S2): 245-253 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [ PDF 1644KB] ( 31 )
254 申海萌, 李 琦, 李霞颖, 马建力,
川南龙马溪组页岩不同应力条件下脆性破坏特征室内实验与数值模拟研究
四川盆地龙马溪组页岩具有较好的生烃潜力。为研究龙马溪组页岩力学特性,首先对完整页岩试样开展了单轴压缩试验,基于颗粒流离散单元法反演单轴压缩岩石动态破坏过程,通过模拟常规三轴压缩试验,研究不同应力条件下页岩脆性破坏特征。研究表明,该龙马溪组页岩脆性矿物含量高,强度大,脆性特征明显;不同应力条件下龙马溪组页岩发生脆性破坏时具有相似的破坏特征,且峰值强度符合Mohr-Coulomb线性规律。加载到岩石损伤应力以前,微裂纹的分布无明显方向性和区域性,该时微裂纹的分布应与岩石的非均质性有关;损伤应力后微裂纹的萌生、聚集和贯通将受应力影响。页岩的特征应力(起裂应力、损伤应力、峰值强度)与围压表现出强相关性,但围压对峰值应力的影响程度比对损伤应力和起裂应力的影响程度更大,因裂纹稳定扩展阶段,微裂纹独立产生无相互影响,峰值应力还需考虑微裂纹间的相互作用及形成的宏观破裂面粗糙性的影响。
2018 Vol. 39 (S2): 254-262 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [ PDF 1178KB] ( 32 )
263 张 骁, 肖军华, 农兴中, 郭佳奇, 吴 楠,
基于HS-Small模型的基坑近接桥桩开挖 变形影响区研究
针对苏南某地铁高架线路邻近的基坑工程,根据国内外取值经验及土工试验结果,初步拟定各典型土层的HS-Small本构模型参数,基于基坑的地表沉降和围护结构水平变形的实测数据,采用有限元方法对开挖过程进行位移反分析,以此对HS-Small模型参数进一步优化和校准。在该基础上建立了基坑近接地铁桥梁桩基开挖有限元模型,对桥桩变形的影响区进行研究。结果表明,(1)当桥桩与基坑间距小于0.6倍基坑深度时,桩基沉降并未随间距增加产生明显减小趋势。当桥桩与基坑间距大于0.6倍基坑深度时,桩基沉降随间距增加而迅速收敛,桥桩水平位移也呈现处相似的分段变化规律,其临界点位于1.0倍坑深处;(2)近接开挖施工对桩基水平位移相较于竖向沉降更易超限,桥桩与基坑间距大于1.37倍基坑深度时,桩基变形不超过规范限值。桥桩与基坑间距大于1.90倍基坑深度时,桩基变形不超过警戒值(极限值的60%);(3)将桥桩变形的影响范围划分为A、B、C三级分区,并提出了相应的工程防护措施。
2018 Vol. 39 (S2): 263-273 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [ PDF 1390KB] ( 40 )
274 程 桦, 彭世龙, 荣传新, 孙泽辉,
千米深井L型钻孔预注浆加固硐室围岩 数值模拟及工程应用
以淮北矿业集团某煤矿千米深井大断面硐室岩层L型钻孔注浆加固为工程背景,围绕其高地压、近水平穿岩层的特点,运用多孔介质渗流理论,建立流固耦合的拟连续介质注浆模型。通过数值模拟分析,获得孤立孔和3孔同时注浆条件下注浆压力、浆液扩散半径与岩石渗透系数的关系,揭示高地应力作用下深部岩体地面预注浆浆液扩散规律。数值模拟结果表明,孤立孔注浆量Q与注浆压力 、渗透系数k和注浆时间t呈线性关系,浆液的扩散半径R与 、k、t呈平方根关系;同样注浆条件下L型3孔注浆的单孔注浆流量低于孤立孔注浆时的流量,而浆液渗透半径大于孤立孔注浆时的浆液渗透半径。据此指导制定了该工程注浆加固方案和注浆参数的合理选取,取得了预期效果。对今后类似工程的设计与施工具有较好的参考价值。
2018 Vol. 39 (S2): 274-284 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [ PDF 1472KB] ( 12 )
285 郑 刚, 栗晴瀚, 哈 达, 程雪松,
天津市承压层应力状态及减压引发沉降规律研究
基坑工程中坑内承压水降水引发的坑外土体沉降与含水层土体性质及应力状态密切相关,但在天津地区承压含水层的土体应力状态及其沉降变形规律均缺乏系统地研究。首先通过天津市第一、二含水层组的历史水位变化,分析各含水层组土体的应力状态。再结合2组现场抽水试验,分析了各承压层降水-恢复过程土体沉降变形规律。根据对历史数据的分析表明,受补给关系和自然条件影响,天津市第一含水层组中上部水位变化较小,处于正常固结和轻度超固结状态。而20世纪60~80年代天津市深层地下水由于大规模开采形成了以市区为中心的降深漏斗,造成了严重的地表沉降。80年代后限制开采,天津市区的地下水位得以部分恢复,导致第一含水层组底部和第二含水层组处于严重的超固结状态。抽水试验结果表明,基本处于正常固结状态的第一承压层在抽水-恢复过程中变形以塑性变形为主,处于超固结状态的第二承压层变形以弹性变形为主,在反复降水-恢复中仍然会产生一定量的塑性变形,即当水位恢复时承压层压缩变形并不能完全恢复;受“土拱”作用影响,承压含水层降水引发的土体沉降最大值并不位于地表,而是位于抽水含水层上覆弱透水层附近。
2018 Vol. 39 (S2): 285-294 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [ PDF 1539KB] ( 14 )
295 刘 钟, 张楚福, 张 义, 吕美东, 许国平, 陈天雄,
囊式扩体锚杆在宁波地区的现场试验研究
锚杆几何形态对于锚杆承载机制的影响及其在软弱土层中的工作性状一直是岩土锚固工程领域具有争议且亟待解决的问题。采用粗细径比为4.44的扩体锚杆现场足尺试验方法,通过宁波软弱地层的30 m深埋囊式扩体锚杆拉拔试验,获得了一组带有共性的单调上升的锚杆荷载–位移曲线。试验结果表明,深埋扩体锚杆具有卓越的力学特性,位移延性性能也表现出色,即使在大变形区域,锚杆承载力仍然能够持续提升。分析锚杆的荷载–位移曲线、锚杆弹性与塑性变形的试验结果以及对比锚杆极限承载力计算值与试验值,加深了对囊式扩体锚杆独特的应变硬化性状、承载机制和位移控制量值等规律的认识,试验研究结果对大埋深的新型扩体锚杆在宁波地区的推广应用具有指导意义。
2018 Vol. 39 (S2): 295-301 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [ PDF 1119KB] ( 16 )
302 李国维, 施赛杰, 侯宇宙, 吴建涛, 李 峰, 吴少甫,
引江济淮试验工程非膨胀土开发技术实验研究
引江济淮工程江淮沟通段非膨胀土资源紧缺,依托试验工程开展河道开挖弃渣弱膨胀土、崩解性砂岩资源化研究,开发非膨胀土生产技术。依据弱膨胀土降低含水率实验确定最优降低含水率工艺,利用崩解性粉砂岩天然含水率低、膨胀性弱且容易粉末化的属性,开发“原料弱膨胀土+崩解岩粉+改性剂(水泥)”复合改良非膨胀土。研究表明,使用农用旋耕机翻晒弱膨胀土具有更高的风干效率,水泥和工业盐作为外掺剂加速弱膨胀土风干的效果不明显;弱膨胀土掺入总量不超过30%的崩解岩粉作为改性土原料,可满足非膨胀土成品渗透性和压实性要求且能提高相关技术指标;原料弱膨胀土含水率与改性土压实度负相关,可通过增大压实功抵消不良级配对压实度的负面影响;改性土内水泥分布均匀性检测结果受取样间距影响,取样间隔不宜超过40 m,对应均匀度指标为 0.7~0.8。
2018 Vol. 39 (S2): 302-314 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [ PDF 1695KB] ( 9 )
315 付代光, 周黎明, 肖国强, 王法刚
滤波频带对TSP预报结果影响分析
TSP(tunnel seismic prediction)隧道地质超前预报技术因其探测距离长、预报精度较高,成为当前隧道超前地质预报最为常用的方法之一,TSP数据滤波频带范围的选择是决定预报结果可靠性和稳定性的关键环节。为了获得精确的TSP预报结果,通过对高速公路和铁路隧道681次TSP数据的滤波频带范围对预报结果的影响进行统计分析,并以软夹层、突水、破碎带、溶洞等5种典型的地质情况为例开展分析,结果表明,(1)数据信噪比高:应选择宽频带滤波(适当增加低通-高通或高切-低切的差值),以保证对异常体的精确定位和有效识别,一般可用1.5~2.5倍主频宽度作为滤波的低通值或高切值,但在异常体的发育尺寸大且异常强烈,应适当压缩滤波范围(缩小低通-高通的差值),以便突出异常,如果此时选择宽频带滤波则易导致对围岩地质情况及围岩级别的低估,从而引发施工风险,滤波范围可根据主频的有效宽度确定;(2)数据信噪比低:主频不明显或无主频时应选择窄频带滤波,以便剔除假异常,保留真实的地质情况,对滤波后仍存在的异常需结合其他超前预报方法进一步判定。主频明显时应选择宽频带滤波,避免因窄频滤波引起异常位置偏移而造成误判。文中的TSP数据滤波方法,对提高TSP预报结果的准确性和稳定性,指导隧道安全施工具有重要借鉴和实践意义。
2018 Vol. 39 (S2): 315-325 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [ PDF 2767KB] ( 4 )
326 董志宏, 钮新强, 丁秀丽, 翁永红, 黄书岭, 裴启涛, 张 练,
乌东德左岸地下厂房洞室群施工期 围岩变形特征及反馈分析
对陡倾层状岩层中乌东德水电站左岸地下厂房洞室群施工期围岩变形特征和支护体系受力进行分析,以主厂房为重点,采用现场原位监测、地质调查、数值仿真反馈等多手段研究岩体结构及岩性差异对巨型洞室围岩变形及松弛影响,分析变形随开挖时空变化规律、浅层锚杆与深层锚索对岩体结构控制效应。研究结果表明,地下厂房围岩位移为0~40 mm,位移较大部位出现在主厂房上游边墙中部、B类角砾岩区域以及“小夹角”部位;开挖揭露量级较大部位主要受岩体结构面及角砾岩岩性控制,结构面对施工爆破开挖敏感,施工期洞室最大位移达到65 mm,深部结构面张开位移是该部位主要位移;锚索(杆)支护起到了很好的控制作用。位移主要发生在开挖施工期,且随着开挖过程表现出台阶型特征,时效性特征不明显,洞室群总体稳定较好,支护系统处于正常工作状态。
2018 Vol. 39 (S2): 326-336 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [ PDF 2069KB] ( 17 )
337 朱斯陶, 姜福兴, 朱海洲, 张俊杰, 连鸿全, 韩国庆,
高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制研究
以东北某矿三水平北21层三四区一段开切眼掘进工作面严重冲击地压事故为背景,通过现场调研、理论分析、微震/应力监测等方法对高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制进行研究,结果表明,(1)17层煤柱集中应力和21层煤采空区侧向支承压力形成的高静态应力是主要冲击力源,掘进工作面和相邻17层煤回采工作面形成的扰动应力是主要诱发力源,两者叠加影响导致该冲击地压事故;(2)建立了煤柱下方应力分布估算模型和采空区侧向支承压力估算模型,两者叠加作用下对21层煤的影响范围为132 m,具有冲击危险影响范围为70 m;(3)针对冲击地压事故发生机制制定的掘进工作面恢复生产方案,实现开切眼的安全贯通。研究结果对类似条件下的掘进工作面安全生产和开采设计具有一定的借鉴意义。
2018 Vol. 39 (S2): 337-343 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [ PDF 1297KB] ( 8 )
344 刘阳辉, 胡向东,
卸载状态下立井冻结壁的力学分析
采用“卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用”力学模型进行立井冻结壁应力和位移分析,推导出冻结壁应力场和位移场的解析公式,得到冻结壁设计厚度与冻结壁状态的关系。在该基础上,导出了冻结壁在不同状态下外载和内表面的位移计算公式。最后,结合工程实例进行了解析公式的应用分析,计算结果与现场监测情况较为吻合。
2018 Vol. 39 (S2): 344-350 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [ PDF 761KB] ( 15 )
351 吴建涛, 叶 霄, 李国维, 蒋 超, 曹雪山,
高路堤下PHC桩加固软土地基的承载及变形特性
软土广泛分布的山区地质地貌条件复杂,高填方路堤的不均匀沉降和稳定性问题受到广泛关注。针对实际工程中高强预应力混凝土(PHC)管桩的超高填方路堤现场实测研究鲜有报道,为探究PHC管桩软基加固支承高填方路堤的工作性状,对广东某高速公路软基高填方段(30 m)选取一典型断面的3个主要监测点进行现场原位监测,重点研究桩-土荷载、沉降、超孔隙水压力及水平变形等行为。结果表明,填土完成后桩顶沉降基本趋于稳定,桩间土沉降则表现出一定程度的“滞后性”,且以该断面填土期约1/4的沉降速率增长并逐渐趋于稳定;最大水平位移分布与分级填筑高陡边坡的平台宽度有关,且并非总是出现在坡脚附近;在最大水平位移区域可能发生“桩土绕流”,甚至可能发生管桩的弯曲破坏或整体倾覆。研究成果可为软基高路堤设计提供有益的参考。
2018 Vol. 39 (S2): 351-358 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [ PDF 1433KB] ( 15 )
359 黄 彪, 李明广, 侯永茂, 陈锦剑,
轴力自补偿支撑对支护结构受力变形影响研究
轴力自补偿钢支撑能及时补偿因墙体变形造成的部分预应力损失,实现控制基坑变形的目的。基于自补偿钢支撑作用机制与弹性地基梁法,采用“集中力+弹簧单元”并联作用的混合边界,建立考虑支撑轴力自补偿的连续墙受力平衡方程。将该方法应用于某隧道工程中的基坑工程,模拟以支撑轴力为控制目标的自补偿钢支撑和传统预应力钢支撑作用下基坑施工过程,并对比分析这两种支撑体系对连续墙受力变形发展变化的影响。结果表明,自补偿钢支撑不仅能及时弥补预应力损失,且较预应力钢支撑能更有效限制墙体变形,但过大的轴力控制阈值会引起坑外墙体弯矩显著增大。进一步结合现场试验数据,检验算法合理性。
2018 Vol. 39 (S2): 359-365 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [ PDF 1240KB] ( 9 )
366 李深圳, 沙 鹏, 伍法权, 伍 劼
层状结构岩体变形的各向异性特征分析
岩体的各向异性特征不仅与结构面的性质有关,还与岩体所处的应力状态紧密相联。基于岩体结构面参数统计,结合应变能推导层状结构岩体本构关系,能够直接确定岩体弹性模量等变形参数。引入各向异性指数的概念,定量地描述岩体变形的各向异性特征。在该基础上,结合某高速公路工程实例探讨岩体结构特征及应力状态对含单组结构面岩体变形各向异性特征的影响规律。研究结果表明,结构面法向密度增加,岩体弹性模量各向异性弱化愈加显著;结构面产状的改变控制岩体弹性模量呈“V”型变化,而岩体变形的各向异性特征不受影响;围压增大可使岩体弹性模量增大,岩体变形的各向异性特征随之逐渐减弱直至完全消失。基于上述结论,解释新建兰-渝铁路碳质板岩隧道中出现的各向异性变形破坏现象,较大的结构面密度与开挖导致围压卸载导致层状围岩弹性模量发生各向异性弱化,是隧道发生各向异性大变形的主要原因。结构面产状决定了弹性模量出现极值的方位,控制掌子面产生局部过大变形的具体位置。
2018 Vol. 39 (S2): 366-373 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [ PDF 906KB] ( 27 )
374 陈 军, 梁文鹏, 应宏伟,
大直径水泥土锚索合理间距的试验与数值研究
近些年来大直径水泥土锚索在基坑工程中的应用越来越多,但锚索的间距仍多参照常规小直径水泥砂浆或水泥浆作为锚固体的锚索。结合实际深基坑工程,进行现场单锚和群锚拉拔试验,建立锚索拉拔三维数值模型,研究大直径水泥土锚索的群锚效应,提出群锚效应位移系数的概念,并基于现行规程给出允许群锚效应位移系数取值。开展锚索直径和锚固体材料对群锚效应影响的参数分析,研究表明,其他条件相同时锚固体与土的刚度差别越大,群锚效应越强,达到允许群锚效应位移系数所需的锚索最小间距越大;常规水泥砂浆锚索的水平间距不宜小于10D(D为锚固体直径),而大直径水泥土锚索的间距则不宜小于6D。
2018 Vol. 39 (S2): 374-380 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [ PDF 1085KB] ( 11 )
数值分析
381 王忠瑾, 方鹏飞, 谢新宇, 王奎华, 王文军, 李金柱,
带肋竹节桩竖向抗压承载力影响因素分析
带肋竹节桩作为一种新型桩基,其竖向承载能力较普通管桩高,关于其承载特性的理论研究较少。基于现场实测对比试验分析,采用ABAQUS有限元计算对带肋竹节桩的承载特性进行研究,分析带肋竹节桩抗压承载力与竹节数、桩土模量比、肋径比、摩擦系数等参数的关系。研究表明,相对于普通预应力管桩,带肋竹节桩竖向抗压承载力的增大存在最优竹节数;带肋预应力竹节桩极限承载力随桩土模量比的增大而减小,最后趋于定值;随肋径比的增大,其极限承载力先增大后减小;随摩擦系数的增大,其极限承载力与承载力增强系数呈线性增大。在计算分析的基础上给出带肋竹节桩承载力影响因素,为相关工程设计提供一定的参考。
2018 Vol. 39 (S2): 381-388 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [ PDF 1467KB] ( 13 )
389 王桂林, 梁再勇, 张 亮, 孙 帆,
Z型裂隙对砂岩强度和破裂行为影响机制研究
裂隙对岩体的力学性能影响显著。基于室内完整砂岩试样单轴压缩试验结果,利用颗粒流模拟研究砂岩含Z型裂隙时的强度和变形特征,分析倾角?(上下两平行裂隙倾角)和?(中间连接裂隙倾角)对Z型裂隙试样强度、变形及裂纹扩展的影响,并分析Z型裂隙砂岩破裂演化机制。研究结果表明,相比于完整试样,Z型裂隙试样线弹性阶段明显缩短,变形过程中多次出现应力跌落现象;Z型裂隙对岩体峰值强度和弹性模量具有明显的劣化作用,且峰值强度的劣化大于弹性模量的劣化;峰值强度和弹性模量随着?、??的增加呈现出增长趋势,??对试样力学参数的劣化影响大于?;初始裂纹主要出现在裂隙尖端或附近,起裂应力水平在0.6~0.7之间为主;破坏模式分为张拉破坏、剪切破坏、拉剪复合破坏三类,且主要破坏模式为拉剪复合破坏;应力-应变曲线上应力突变点对应微裂纹数目累计曲线陡增点。
2018 Vol. 39 (S2): 389-397 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [ PDF 1223KB] ( 16 )
398 郭红仙, 周 鼎
软土中基坑土钉支护稳定性问题探讨
采用极限分析方法研究土钉长度对于直立软土和硬黏土基坑土钉支护整体稳定性的影响,并得到相应的基坑极限高度,研究了基坑底部土体承载力与放坡对于土钉支护整体稳定性的影响,并结合实际工程进行了讨论。研究结果表明,在竖直基坑中,软土中土钉长度取1.4~1.5倍基坑深度、硬黏土中取0.8~1.0倍基坑深度最佳;当底部地基承载力提高时,支护破坏模式会从穿过坑底过渡到穿过坑趾,且安全系数提高;放坡对于软土中基坑土钉支护的整体稳定性的提高并没有太大贡献。
2018 Vol. 39 (S2): 398-404 [摘要] ( 0 ) [HTML 1KB] [ PDF 918KB] ( 11 )
405 盛云锋, 陈 远, 周 伟, 马 刚, 常晓林,
基于改进动剪切模量模型的堆石坝动力响应分析
堆石料的动剪切模量与围压和应力比有关,在堆石料的动力本构模型中计入围压与应力比的影响十分必要。简要介绍了已有的考虑围压及应力比的动剪切模量计算公式,并提出一个改进的动剪切模量计算公式。通过与猴子岩灰岩堆石料、流纹岩堆石料、覆盖层砂砾石、过渡料-垫层料动力特性试验结果对比,认为该模型能较好地拟合不同围压和应力比组合下归一化的动剪切模量与动剪应变的试验数据,表明该模型具有较好的适用性和预测精度。采用Hardin-Drnevich双曲线本构模型进行猴子岩堆石坝的动力响应有限元分析,动剪切模量分别采用常规公式和文中提出的改进公式计算。对比了大坝的整体动力响应,采用考虑围压和应力比的改进动剪切模量计算公式,坝顶各方向的最大加速度响应均会有所增大,增大值为20%~35%,最大动位移在顺河向降低14%,竖直向与横河向均增大10%左右。
2018 Vol. 39 (S2): 405-414 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [ PDF 1727KB] ( 11 )
415 王克忠, 金志豪, 杨麦珍, 刘先亮, 刘 华,
取水塔基坑开挖过程倒悬岩坎围堰渗透稳定性研究
岸塔式取水口一般建在靠近深水区的陡峻山坡上,受地形和空间限制基坑开挖过程中用于挡水围堰的岩坎厚度较小,其迎水面边坡被冲蚀淘空,呈倒悬状态,开挖过程中的水力耦合效应使薄壁岩坎稳定性更加不确定。基于裂隙岩体渗透理论和水流冲刷扩径模型研究,对基坑开挖过程预留薄壁岩坎的渗透稳定性进行仿真计算,并与原位监测数据进行对比分析。结果表明,注浆后的薄壁岩坎渗透性减弱,逐步施加内撑的基坑开挖方案可行,薄壁倒悬岩坎渗透变形在合理范围以内,开挖过程中薄壁岩坎自重偏心和迎水面外水压力导致了薄壁岩坎开挖初期向河道方向倾斜,开挖后期向岸坡方向倾斜。研究成果对复杂岸基上取水塔基坑开挖设计和施工具有重要的参考价值和理论意义。
2018 Vol. 39 (S2): 415-422 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [ PDF 1210KB] ( 9 )
423 陈 磊, 赵学胜, 汤益先, 张 红,
结合InSAR的幂指数Knothe模型参数拟合与评估
针对目前我国矿山开采沉陷监测方法与预计模型中存在的不足,提出一种采用水准与InSAR(合成孔径雷达干涉测量)技术相结合的幂指数Knothe模型参数估算方法,并分析该模型的拟合预测精度。首先选取某矿区工作面作为实验区,收集该工作面的8次水准测量数据与5景雷达影像提取水准点的时序沉降信息,其次分析实验区随开采活动引起的岩层移动变形结果,然后利用两者结合得到的时序沉降信息与单独水准测量数据分别估算幂指数Knothe模型的未知参数,得到2组地表下沉拟合曲线。最后利用该2组曲线估算水准点处的拟合值和预测值,并与实测值进行对比,分析InSAR结果对模型拟合预测精度的影响。结果表明,InSAR测量精度满足实际矿山开采要求,与岩层移动变形结果相符;InSAR测量结果可优化水准点的拟合下沉曲线,显著提高幂指数Knothe模型的拟合预测精度。
2018 Vol. 39 (S2): 423-431 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [ PDF 1260KB] ( 9 )
432 李 杨, 佘成学, 朱焕春,
现场堆石体振动碾压的颗粒流模拟及验证
围绕现场堆石体振动碾压的颗粒流模拟及验证展开研究。首先,基于振动碾的双自由度集中质量模型,建立了对应的等效颗粒流模拟方法,然后考虑到现场堆石体由于“骨料分离”而产生的分层特性,建立了反映分层特性的堆石体颗粒流模型。其次,基于相对密实度一致性原则推导建立了二维、三维沉降变形的定量关系。最后,基于建立的数值模型对典型的工程案例进行验证模拟,并从沉降率、堆石料破碎、级配和孔隙率演化规律等多个角度进行论证分析。研究结果表明,数值试验较为真实地反映了实际工程中堆石体在振动碾压条件下的宏细观动力响应特征,验证了数值试验方法的可行性与合理性。相关研究有利于加深对于堆石体振动碾压细观机理的认识与理解,也为进一步研究现场堆石体振动碾压后的力学性质奠定了模型基础。
2018 Vol. 39 (S2): 432-442 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [ PDF 1405KB] ( 13 )
443 周雄雄, 迟世春, 贾宇峰, 谢芸菲,
高土石坝填筑过程的精细化模拟方法
土石坝在所有坝型中一直占据着重要的地位,在高土石坝建设中结合实际碾压情况的填筑过程模拟,对土石坝的安全建设和长期稳定具有重要的指导意义。为更加精细地模拟土石坝的填筑施工与蓄水过程,其有限元计算的网格尺度目标应为与填筑厚度相当的米级。当前进行土石坝米级网格大规模计算的主要难点在于网格剖分、总体刚度矩阵的存储及并行计算方法、方程求解等。在C编程语言的框架下采用逐步加密方法实现了土石坝米级网格剖分,改进了总刚存储与计算、有限元求解等过程,最后采用1 m级网格对一典型的200 m心墙堆石坝进行了填筑过程模拟,计算结果符合土石坝的一般规律。
2018 Vol. 39 (S2): 443-450 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [ PDF 1204KB] ( 13 )
测试技术
451 肖晓春, 丁 鑫, 潘一山, 吕祥锋, 吴 迪, 王 磊, 樊玉峰,
含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统研制及应用
以深部日趋严重的煤岩体冲击-突出复合灾害为研究背景,紧密围绕多场条件下的煤岩流(瓦斯)-固耦合力学行为演化机制这一关键科学问题,充分考虑深部煤岩真三向应力环境与受载特点,自主研发了含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统,以期厘清煤岩受载、破坏过程力学行为、声发射与电荷感应信号时空演化规律,掌握冲击-突出复合灾害孕育力学机制,建立科学的灾害防控手段。该试验系统主要由加/卸荷系统、载荷-位移监测系统、气体环境施加与监测系统、电控系统、声发射监测系统、电荷感应信号监测系统6个子系统组成,具有高应力、真三向、多尺寸、高精度、稳定性强、多参量、多加/卸荷路径等特点。利用该系统初步开展了瓦斯压力、侧压比与卸荷路径影响的煤岩三轴受载试验,并对全应力-应变曲线及声发射、电荷感应信号变化规律分析。结果表明,瓦斯气体影响了煤岩强度、峰后残余强度及延性特征,随侧压比值降低煤岩各向异性特征逐渐弱化,在应力较小方向具有较大的应变量,侧压比与加/卸荷路径是影响煤岩力学行为的重要应力环境因素。该系统为后续开展含瓦斯煤岩力学行为时空演化规律研究提供了试验基础。
2018 Vol. 39 (S2): 451-462 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [ PDF 1756KB] ( 7 )
463 伍天华, 周 喻, 王 莉, 孙金海, 赵 欢, 孙 铮,
单轴压缩条件下岩石孔-隙相互作用机制细观研究
圆孔和裂隙是岩体内部常见的缺陷形态,其破裂孕育演化机制是岩石力学领域研究的重要课题之一。综合采用数字图像相关技术(DIC)、计算机化X射线轴向分层造影(CT)扫描技术、声发射(AE)监测技术,结合颗粒流PFC2D计算数据,构建含孔-隙的类岩石试样并开展单轴压缩试验,探究孔-隙相互作用下试样强度、变形等力学特征及裂纹孕育演化规律。研究表明,(1)峰前声发射事件数相对较少且均匀,而峰后声发射事件数较多,应力降时刚度绝对值越大,声发射事件频数越大;(2)试样破坏产生的宏观裂纹可分为Ⅰ型裂纹(翼型张拉裂纹)和Ⅱ型裂纹(剪切裂纹)两类,Ⅰ型裂纹首先在裂隙端部和圆孔上下端起裂,沿着平行于加载方向扩展,Ⅱ型裂纹主要在圆孔与裂隙内侧之间的岩桥区域和裂隙外侧与试样边界间的区域产生,且与加载方向呈一定夹角扩展;(3)裂纹扩展路径主要分为翼型张拉裂纹扩展和次生共面裂纹扩展两种,加载前期以翼型张拉裂纹扩展为主,加载后期以次生共面裂纹扩展为主;(4)综合采用DIC技术、CT扫描技术、AE监测技术,结合PFC2D计算方法,建立岩体破坏过程中细观力学机制与宏观力学响应的联系,直观准确地揭示岩体表面及内在裂隙孕育演化规律及分布特征。
2018 Vol. 39 (S2): 463-472 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [ PDF 1717KB] ( 15 )
473 刘泉声, 罗慈友, 陈自由, 刘 鹤, 桑昊旻, 万文恺,
现场岩体三轴流变试验设备研制
深部煤矿巷道围岩存在大量软弱破碎岩体,其流变特性对井下的采矿工程具有重要的影响。为研究深部煤矿巷道围岩软弱破碎岩体的流变力学特性,研制了现场岩体三轴流变试验设备,主要包括加压稳压系统、位移测量装置和整体框架三部分,通过矿用防爆电动液压泵站驱动和控制液压油缸实现对岩体试样的加卸压和保压功能,并由位移测量装置测得岩体试样的各个方向变形,整体框架实现各部分的连接及系统荷载的传递。采用该设备对煤矿井下巷道底板上现场制备的岩体试样进行分级加载蠕变试验。结果表明,该设备可实现对在煤矿井下巷道底板上现场制备的岩体试样的压缩蠕变试验,岩体试样在同一级应力水平下表现出不同的阶段流变特征,在高低应力水平下的流变特征也各不相同,应力水平增加到破裂应力时岩体试样迅速进入加速蠕变阶段并很快发生破坏。
2018 Vol. 39 (S2): 473-479 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [ PDF 960KB] ( 19 )
480 刘亚平, 胥新伟, 魏红波, 宋江伟,
港珠澳大桥深水地基载荷试验技术
港珠澳大桥沉管隧道长约6.7 km,最大埋深为44 m,管节分别埋置在不同深度、不同类型的土层上。为避免隧道在不同类型地基上产生较大的差异沉降,分别采用挤密砂桩、块石夯平等地基处理技术,并在处理后的地基上铺设1.3 m厚的碎石垫层。为获得处理后地基及地基上铺设的碎石垫层在荷载作用下的沉降,设计了水下载荷试验系统,成功获得了不同水深处的地基沉降,验证了不同类型地基的变形协调性,同时为碎石垫层预抬量设计提供了实测数据。试验揭示了不同方法处理后的地基沉降特性,经过与隧道沉降数据对比,试验揭示的地基沉降特性与沉管沉降特性相符,验证了该试验系统的可靠性。
2018 Vol. 39 (S2): 480-485 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [ PDF 1001KB] ( 31 )