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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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2016年, 第37卷, 第12期 刊出日期:2016-12-10
基础理论与实验研究
基于微观力学机制的各向异性结构性砂土的本构模型研究
蒋明镜,周 卫,刘静德,李 涛,
. 2016 (12):  3347-3355.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.001
摘要 ( 1194 )   PDF(602KB) ( 2689 )  
在岩土破损力学基础上,基于微观破损机制,提出了考虑各向异性的结构性砂土本构理论。采用Lade-Duncan强度准则考虑中主应力对抗剪强度的影响;采用考虑颗粒排列组构的各向异性状态变量A反映各向异性对土体强度和变形的影响;通过相似扩大重塑土的屈服面反映结构性对土性的影响;通过引入非相关联流动法则考虑各向异性和结构性对土体塑性变形的影响。同时,将基于微观力学机制的损伤演化规律引入结构性土的硬化规律;该硬化规律同时考虑了塑性体积应变和剪切应变对各向异性结构性土强度的影响。然后将该模型用于模拟室内三轴压缩试验,初步验证了该模型的合理性和适用性。
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真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基固结特性理论分析
叶观宝 ,张晴雯 ,张 振 ,
. 2016 (12):  3356-3364.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.002
摘要 ( 921 )   PDF(521KB) ( 731 )  
真空联合堆载预压与混凝土芯砂石桩复合地基相结合是处理深厚软土地基的一种新方法。该方法既能利用预制混凝土芯桩提高地基承载力,又能利用砂石外壳缩短排水路径、传递真空负压,加快固结。根据真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基的固结特点,将堆载预压和真空预压的固结效应分开考虑,然后再进行叠加,推导出了真空联合堆载预压下混凝土芯砂石桩复合地基的平均固结度解析解,并利用三维数值模拟对平均固结度解析解进行了验证。通过对解析解的参数分析,探讨了置换率、涂抹区大小及渗透系数、混凝土芯砂石桩长径比和芯桩率对混凝土芯砂石桩复合地基固结特性的影响。结果表明,混凝土芯砂石桩复合地基的固结速率随着置换率和芯桩率的增大而增大,随涂抹区和砂石外壳直径之比、未扰动区和涂抹区渗透系数之比、长径比的增大而减小。
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柔性支护结构主动土压力的变分计算方法研究
陈建功,周廷强,胡日成,
. 2016 (12):  3365-3370.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.003
摘要 ( 857 )   PDF(433KB) ( 803 )  
从基坑柔性支护结构后的滑动土楔体的整体静力平衡方程出发,推导了考虑作用点位置的主动土压力泛函极值等周模型。在此基础上引入拉格朗日乘子,将主动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。对于一般黏性土,依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得到了对数螺旋线的滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数。结合边界条件和横截条件,主动土压力泛函极值问题进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数优化问题。同时,讨论了滑裂面为平面和圆弧面两种特殊情况。通过算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下限处,主动土压力最小,滑裂面为平面;随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性增长,相应滑裂面为对数螺旋面。对于砂性土,位置系数上限值随内摩擦角的增大而增大,其相应的土压力值也随之增加。对于软黏土,滑裂面为圆弧面,随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性下降,滑裂面背离基坑方向移动。
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饱和多孔介质表面透水性对表面波传播特性影响薄层分析法
柴华友,李天斌,张电吉,陈 健,吴巧云,柴修伟,
. 2016 (12):  3371-3379.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.004
摘要 ( 879 )   PDF(604KB) ( 675 )  
饱和半无限体表面透水性会影响表面波(瑞利波和斯通利波)存在及其传播特性。在表面透水情况下,只有瑞利波存在,而在不透水情况,不仅有瑞利波而且还有斯通利波。表面波在工程勘探及声波测试中扮演很重要角色,因此,有必要研究表面透水性对表面波传播特性的影响。采用薄层法,将表面波频率方程根的搜索问题转换成求特征值问题。根据表面波沿深度衰减特性,从一组计算的特征值及特征向量中筛选出与表面波对应特征值、特征向量,由特征值得到表面波频率特性(频散和衰减特性),由特征向量得到孔隙压力、骨架位移随深度变化,进而分析在表面不透水情况下瑞利波和斯通利波影响深度及程度。
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基坑开挖诱发周围土体水平移动的解析解
钱建固,周聪睿,顾剑波,
. 2016 (12):  3380-3387.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.005
摘要 ( 1177 )   PDF(4520KB) ( 638 )  
基于位移-位移平面应变边值问题,从理论上求解基坑挡墙水平变位诱发墙后周围土体水平移动。通过镜像映射法求得了挡墙平移与绕墙趾转动等两种基本刚性挡墙位移模式下墙后周围土体水平移动的精确理论解;在土体不可压缩的特定条件下,将该理论解与经典的汇-源理论解进行了对比验证。理论分析表明,周围土体水平移动主要取决于挡墙位移模式及位移大小,与地基土的变形模量无关。针对不可压缩土体,对比该精确解与汇-源理论近似解的理论预测发现,两种理论方法求得的周围土体水平移动规律一致,但在挡墙最大变位处相邻范围内,汇-源理论求得的土体水平位移偏小,在挡墙变位较小处相邻范围内,汇-源理论求得的土体水平位移偏大。
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任意形状工作面沉陷预测的概率积分法及其应用
赵晓东,陈 阳,蒋 建
. 2016 (12):  3387-3392.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.006
摘要 ( 904 )   PDF(1197KB) ( 735 )  
概率积分法是煤矿开采沉陷预测的重要方法,可适用于缓倾斜、倾斜煤层开采地表移动分布曲线符合正态分布规律的地表移动和变形计算。针对原方法对任意形状工作面存在的不足,在原有走向和倾向概率积分函数的基础上,以走向和倾向为基准划分积分函数区域,在该区域内剖分非结构化的三角形单元作为二重积分的基本单位;通过坐标旋转变换的二重积分换元法,转化为以直线为上、下限的二重积分,计算旋转后的影响半径,对新的二重积分采用复合辛普森数值积分公式,积分得出地表任意点在基本三角形开采单元下的积分下沉值;最后,通过叠加计算完成任意点、任意形状工作面概率积分法的沉陷预测计算。算法在GIS系统下实现,实例应用效果良好,可为“三下”采煤提供地表移动预测计算的支持。
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定面射孔新工艺对水力裂缝扩展影响研究
王素玲,隋 旭,朱永超,
. 2016 (12):  3393-3400.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.007
摘要 ( 794 )   PDF(612KB) ( 683 )  
定面射孔技术是为了提高体积压裂改造效果而提出的一种新的射孔方案。根据岩石力学及流-固耦合理论,建立了定面射孔地层的三维弹塑性流固-耦合地应力模型,采用数值方法进行求解,结合最大拉应力准则,研究了定面射孔水力裂缝的起裂规律。经过大量计算发现:定面射孔条件下,裂缝首先在射孔面内的射孔眼起裂,然后射孔眼相互贯通而形成扇形裂缝面,增大了水力裂缝的波及体积及井筒的连通性;同一平面内两侧孔眼在中间孔眼上产生的附加应力降低了Y方向主应力而增大了X方向和Z方向主应力,导致正断层采用定面射孔时,起裂压力较大,起裂压力随射孔方位角的增大而降低,只有当射孔方位角大于60°时,定面射孔起裂压力低于螺旋射孔起裂压力;对于逆断层,射孔方位角越小,起裂压力越低,且均低于螺旋射孔起裂压力;减小射孔间夹角、增大射孔直径及深度均可降低起裂压力。
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不同降雨模式下膨胀岩边坡模型试验研究
范秋雁,刘金泉,杨典森,袁敬强,
. 2016 (12):  3401-3409.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.008
摘要 ( 1111 )   PDF(965KB) ( 752 )  
采用原状膨胀岩进行室内边坡模型试验,研究膨胀岩边坡在连续降雨和湿-干循环模式下的变形和水分入渗特性,揭示两种模式下膨胀岩边坡的变形破坏模式。试验发现,连续降雨模式下初期数次降雨对膨胀岩边坡变形影响最大,有明显的水平方向位移,后期变形很小且趋向稳定。湿-干循环模式下边坡膨胀变形及深部岩体含水率降雨完成后一段时间才达到峰值,随循环次数及降雨量增大,边坡变形速率及变形量都明显增大,岩体裂隙不断发育,水分入渗深度增大,但限于表面一定深度,对深部岩体影响较小。试验结果对工程应用有一定的指导意义:连续降雨模式初期膨胀较大,须加强和完善初期的排水措施,做好边坡的支挡防护措施;湿-干循环模式下,随循环次数增加,做好坡面的防护措施,以起到保湿防渗作用;两种降雨模式均说明纯膨胀性泥岩边坡不发生典型的圆弧滑动等破坏模式,而工程边坡的滑动多发生在软弱夹层上,因此,要做好该类边坡的软弱夹层特性勘察,对于不含软弱夹层的纯泥岩边坡要重点监测其浅层变形特性。
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微生物胶结在防治堤坝破坏中的应用研究
刘 璐,沈 扬,刘汉龙,楚 剑,
. 2016 (12):  3410-3416.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.009
摘要 ( 1036 )   PDF(866KB) ( 890 )  
为防治漫顶引起侵蚀造成堤坝破坏,将微生物诱导碳酸钙沉淀即MICP技术应用于加固堤坝表层。通过向堤坝表层喷洒微生物细胞以及营养盐,最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶,以改善堤坝表层砂的力学性能。首先,采用喷洒法处理堤坝表层;其次,对处理好的堤坝模型进行水槽试验,研究其抗侵蚀性;最后,对堤坝表层的试样进行强度与渗透试验。试验结果表明,采用MICP技术加固堤坝模型表层可有效提高其抗侵蚀力,防治由漫顶引起的堤坝破坏。对加固后的表层取样进行测试,结果表明:无侧限抗压强度可高达9 MPa,渗透系数从4×10?4 m/s 降低至7.2×10?7 m/s。试验说明,微生物胶结技术在加固堤坝表层方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。
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临近地下室外墙影响下的挡土墙空间土压力研究
朱建明,林庆涛,高晓将,高林生,
. 2016 (12):  3417-3426.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.010
摘要 ( 900 )   PDF(1483KB) ( 640 )  
目前关于临近地下室外墙影响的挡土墙空间土压力的计算理论的研究还比较少,原有的平面应变条件下的理论不能满足挡土墙的长高比B/H较小时的挡土墙土压力计算要求。通过将土拱效应原理引入顾慰慈[8]建立的空间土压力计算模型,建立了考虑土拱效应的临近地下室外墙影响的空间土压力计算模型,根据挡土墙和地下室外墙的间距与土体破裂面状态的关系将该模型分为3种情况,并将各模型划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域,通过在各个区域内取水平微分单元体,建立各微分单元体的水平和竖向静力平衡方程,推导出了各区相应的挡土墙空间主动土压力计算公式,该公式可以计算出墙背任意位置的主动土压力;并提出了空间土压力合力及其合力作用点的计算方法。通过算例计算可以直观地看出挡土墙后主动土压力的空间分布,由此可以看出,当空间效应存在时,考虑土拱效应的挡土墙主动土压力沿墙长的分布与平面应变条件时有很大的不同,此时挡土墙两端附近区域的主动土压力远小于平面应变条件下计算出的主动土压力,同时可以看出,考虑空间效应的挡土墙主动土压力合力作用点要比平面应变条件下的位置要高,挡土墙长高比B/H越小,空间效应对主动土压力沿墙长的分布和主动土压力合力作用点位置的影响越大。
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热处理北山花岗岩变形特性试验与损伤力学分析
胡少华, 章 光, 张 淼 ,姜秀玲,陈益峰,
. 2016 (12):  3427-3436.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.011
摘要 ( 1209 )   PDF(1291KB) ( 740 )  
温度与荷载共同作用下岩石力学行为和损伤特性的研究,对于深入认识高放废物处置库围岩在热-力耦合作用下的渐进破坏规律具有重要意义。以国内高放废物处置库预选区甘肃北山花岗岩为研究对象,通过开展不同热处理温度后的物理力学性质测试,并借助偏光显微和X射线衍射细微观分析手段,对其宏观变形、损伤演化以及破坏特征开展了研究。研究结果表明:随着热处理温度的升高,质量、密度、纵波波速和峰值强度总体呈下降的趋势,而体积和峰值应变则逐渐增大,1 000 ℃时不同围压下的峰值强度分别减小了77.70%、57.28%、37.33%及33.97%,峰值应变分别增加了196.37%、115.27%、105.13%及90.38%。在低温、低围压下三轴压缩过程中北山花岗岩的损伤发展迅速,破坏形式以张拉劈裂为主,且试样破坏后极为破碎,在破坏面附近存在多条贯通的轴向裂纹;随着温度和围压的增大,北山花岗岩的变形由脆性向塑性转变,破坏形式都是陡倾角的剪切破坏。
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炭质页岩巴西劈裂载荷下破坏过程的时空特征研究
杜梦萍,潘鹏志,纪维伟,张振华,高要辉,
. 2016 (12):  3437-3446.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.012
摘要 ( 877 )   PDF(3135KB) ( 660 )  
页岩在加载过程中的破裂时机及其空间位置研究对于页岩气探测及储层评价具有重要意义,为此开展了不同层理倾角条件下页岩的巴西圆盘劈裂载荷下的破坏过程试验,采用数字图像相关技术(DIC),全程跟踪页岩裂纹萌生、扩展和贯通全过程的变形场实时演化特征,同时记录力-位移曲线,利用扫描电镜获得炭质页岩的破裂面特征及微观结构,采用宏、细观相结合的手段,研究不同层理方向炭质页岩微裂缝起裂时间、空间位置和扩展规律及其破裂机制。结果表明:页岩的巴西劈裂强度随层理方向与加载方向角度的增大而逐渐增大;随加载方向与层理面夹角的增加,裂缝萌生的时间逐渐增加,而裂缝从萌生、扩展到贯通所用时间逐渐减少。所有角度试件基本从试件端部萌生裂缝并沿层理面扩展,除90°试件外,不同层理倾角试样主裂缝破裂的位置逐渐偏离中心位置而向试件外侧发展。各角度试件主破坏类型存在一定差异性,除90°试件竖向主裂缝为张拉破坏外,随加载方向与层理面夹角的增加,各加载角度试件的主破裂模式从张拉剪切破坏逐渐过渡为剪切滑移破坏。
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两种高庙子钠基膨润土膨胀特性比较研究
张 龙 ,孙德安 ,刘月妙,
. 2016 (12):  3447-3454.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.013
摘要 ( 825 )   PDF(2145KB) ( 1200 )  
对两种高庙子钠基膨润土(简称GMZ001和GMZ07)在不同初始干密度下进行膨胀力试验、常压力下的膨胀变形试验以及压缩试验。试验结果表明,GMZ001的膨胀能力要比GMZ07的大,并且GMZ001比GMZ07更难压实。对饱和后两种膨润土进行压汞试验和扫描电子显微镜测试后发现,在相同孔隙比下,GMZ07集聚体间孔隙较多,并且GMZ001集聚体的水化程度大于GMZ07。结合土工和微观试验的结果,认为导致两者力学性能差异的主要原因是由于颗粒粒径大小的差异以及蒙脱石含量的不同。最后利用蒙脱石孔隙比的概念对两种膨润土的浸水膨胀试验结果进行归一化,并对膨润土的膨胀特性进行了预测。
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硫酸钠盐渍土击实特性与压实度评价试验研究
文 桃,米海珍,马连生,应 赛,
. 2016 (12):  3455-3462.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.014
摘要 ( 856 )   PDF(774KB) ( 573 )  
合理的压实度对减小硫酸盐渍土地基的盐胀和溶陷病害具有重要意义。为探讨硫酸盐渍土的击实特性、击实后的微结构特征以及合理的压实度评价方法,对不同试样制备条件下的硫酸盐渍土进行了击实试验和电镜扫描。结果表明,硫酸盐渍土的击实特性和击实后的微结构特征与土中硫酸钠的状态密切相关:硫酸钠溶液具有润滑性,其含量的增加能显著提高硫酸盐渍土的击实性能,击实后,试样的土团粒主要呈表面光滑的薄层状,土体为流纹状镶嵌结构;而十水硫酸钠具有支架作用,其含量的增加使硫酸盐渍土的击实性能大幅降低,击实后,试样的土团粒呈浑圆状、粒径很小,土体为网状架空结构。根据这一新认识,进一步分析了试样制备方法和闷料时间对硫酸盐渍土压实度的影响,并给出了相应的压实度评价建议。该研究成果可为硫酸盐渍土压实度的合理评价提供理论依据,对硫酸盐渍土地基的辗压施工工艺具有参考价值。
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养护温度对水泥固化淤泥强度影响试验研究
章荣军,郑俊杰,程钰诗, 董 瑞,
. 2016 (12):  3463-3471.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.015
摘要 ( 850 )   PDF(649KB) ( 804 )  
采用水泥固化海泥(CSMC)作为围海垦地填料正在被广泛关注。由于水化放热,当环境温度较高时大体积填筑的CSMC内部实际养护温度可能明显高于室内标准养护温度(≈ 20 ℃),这必然会对CSMC的强度发展产生影响,但目前工程实践中并未考虑这一温度差异的影响。因此,基于室内试验,测试了不同配合比CSMC试样在不同养护温度下的强度发展过程,并重点探讨了养护温度对CSMC强度发展的影响规律及其内在机制。结果表明:养护温度对CSMC强度发展影响显著,高的养护温度不仅会显著提高CSMC的早期强度,而且会比较明显地提高CSMC的晚期强度,这就意味着在CSMC垦地工程实践中考虑养护温度的影响是十分必要的。鉴于此,文中最后给出了如何在CSMC垦地工程实践中考虑养护温度对强度发展影响的建议和设计流程。
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中低应变率加载条件下花岗岩尺寸效应的能量特征研究
梁昌玉,李 晓,吴树仁,
. 2016 (12):  3472-3480.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.016
摘要 ( 875 )   PDF(1080KB) ( 643 )  
能量相互转化过程的综合作用导致了岩石破坏,而其破坏的根本原因是岩石中储存的应变能的释放。对中低应变率加载条件下岩石尺寸效应能量特征的研究结果表明:花岗岩破坏时吸收的总能量U、弹性应变能Ue以及损伤应变能Ud均随试件尺寸的增长而降低;岩石强度与岩石中储存的能量有关,尤其与弹性储能有关,即弹性应变能愈高,岩石强度越大;试件长度由50 mm 变为125 mm时,弹性储能逐渐降低,岩石破坏形态从劈裂破坏变为剪切破坏,大尺寸时局部化变形明显。能量是不同应变率加载条件下岩石破坏细微观及宏观特征存在差异的内在动力;亦是导致岩石强度存在尺寸效应的本质动因。
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饱和稀疏裂隙岩体三维水流-传热过程中位移和应力的一种半解析计算方法
张 勇,项彦勇,
. 2016 (12):  3481-3490.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.017
摘要 ( 1370 )   PDF(1678KB) ( 574 )  
针对高放射核废深地质处置库近场环境,建立分布热源作用下饱和裂隙岩体三维水流-传热过程中位移和应力的一种半解析计算方法:采用Goodier热弹性位移势和Laplace变换计算由温度梯度产生的温梯位移和应力;考虑单一裂隙的情况,利用经典弹性力学的Boussinesq解和Cerruti解计算为满足边界条件的约束位移和应力,与温梯位移和应力叠加,可得总体热位移和应力;把裂隙面离散为矩形单元集合,采用极坐标系下的解析法计算包含奇点的单元积分,采用数值法计算与分布热源有关和不含奇点的单元积分。与基于裂隙面法向一维热传导假设的一种解析解对比,结果表明,半解析法与解析法的计算结果基本一致,但由于半解析法考虑岩石的三维热传导,因温度时空分布和演变的不同而导致不同的温梯应力。针对一个假想单裂隙岩体三维水流-传热过程,计算温梯位移和应力、约束位移和应力、总体位移和应力;结果表明,裂隙水流-传热可能对位移和应力的分布和演变有显著影响,距离分布热源较近的岩石因升温膨胀受到约束而出现压应力,而距离分布热源较远的岩石则可能因协调收缩受到约束而出现拉应力。
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基于开挖卸荷劣化的边坡岩体宏观力学参数USMR分析评价方法及验证
胡 政 ,刘佑荣 ,王平易 ,田茂中,
. 2016 (12):  3491-3498.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.018
摘要 ( 649 )   PDF(854KB) ( 625 )  
为研究锦屏某边坡岩体在开挖卸荷条件下的岩体宏观力学参数,对该区砂岩进行室内卸荷试验研究,结果表明:相对于加载试验,卸荷过程中岩样的强度及变形参数发生了劣化,低、高围压下岩石变形及破裂形式也有所不同。为此,在对SMR及CSMR修正的基础上,提出了考虑开挖方式、边坡形态及卸荷损伤的边坡卸荷岩体的评价体系USMR法。基于USMR法对研究区边坡开挖岩体宏观参数(变形模量Em、岩体抗压强度 、岩体抗拉强度 、岩体抗剪强度参数cm和 )进行了动态分析,并分别考虑了不同围压 及卸荷损伤De条件下岩体参数的劣化规律。分析表明:开挖卸荷过程中岩体宏观参数发生了不同程度的劣化,拉应力区、低应力区和高应力区岩体参数的劣化规律有所不同,拉应力区及低应力区岩体力学参数对开挖卸荷更加敏感。研究结果对边坡开挖卸荷岩体的稳定性分析与评价具有一定指导意义。
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基于尖点突变理论的浆砌块石边坡稳定性研究
宋鑫华,闫鸿浩
. 2016 (12):  3499-3505.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.019
摘要 ( 970 )   PDF(468KB) ( 655 )  
根据影响浆砌块石挡土墙边坡稳定性的主要控制变量:挡土墙的垂直度i、挡土墙高度h、填料的内摩擦角 、墙后边坡土的重度 、土对挡土墙基底的摩擦系数 、土对挡土墙墙背的摩擦角 等6个因素变量,利用正交设计原理优化试验设计方案,结合库仑理论与力的多边形法,分析计算浆砌块石挡土墙边坡的安全系数,最后用尖点突变理论的突变级数法进一步判断边坡的稳定性。研究结果表明:影响挡土墙边坡稳定性的6个主要控制变量因素的主次关系为 ;在分析挡土墙边坡稳定性时,采用突变级数法进行计算判断,可以直观地判断边坡的稳定情况,从而弥补工程中运用传统的最小安全系数法进行判断出现的模糊不确定的情况。
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爆炸液化场地中浅埋钢筋混凝土结构动力响应的现场试验研究
陈育民,张意江,王维国,陈晨伟,
. 2016 (12):  3506-3512.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.020
摘要 ( 804 )   PDF(1229KB) ( 627 )  
饱和砂土地基在爆炸荷载作用下会发生液化,地基上的结构物将受到爆炸荷载及地基液化的双重作用,从而产生不均匀沉降和破坏性变形。基于大型现场爆炸液化试验,对场地上钢筋混凝土(RC)结构的动力响应和地基液化后RC结构的变形进行了分析研究。结果表明:液化场地中浅埋RC结构产生了明显的不均匀沉降,且最大沉降量达到结构高度的10%,结构差异沉降达到最大沉降量的1/5,结构沉降变形在液化后15 h时基本稳定;RC结构表面未产生明显的裂缝,动态拉、压应变均在400 ??以内,不会对结构造成显著破坏;结构动力响应表现为柱侧加速度峰值明显大于梁侧,但柱侧动力稳定所需时间较梁侧短,即柱承受了更大的瞬时冲击力且其抵抗瞬时冲击力的能力更强。研究结果可以为在可液化地基中的浅埋RC结构稳定设计等工程情况提供参考。
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基于分形理论的粗粒料级配缩尺方法研究
赵 娜,左永振,王占彬,余盛关
. 2016 (12):  3513-3519.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.021
摘要 ( 909 )   PDF(618KB) ( 736 )  
按规范要求的剔除法、等量替代法、相似级配法、混合法等4种缩尺方法,对某粗粒料原型级配进行缩尺,得到15条试验模拟级配,相应的最大颗粒粒径分别为60、40、20 mm。对原型级配和缩尺后模拟级配,进行了最大干密度试验,引入粒径分形维数,研究粒径分形维数与级配缩尺方法、最大干密度的变化规律。分析认为,粒径分形维数是一个能综合反映级配的量化评价指标,可准确反映不同缩尺方法后的试验模拟级配;级配缩尺方法本身对最大干密度有较大的影响,相似级配法的最大干密度值与原型级配的最接近,等量替代法的差异性最大;粒径分形维数与最大干密度具有较好的线性归一化,利用归一化规律,可准确推求原型级配的最大干密度值,有较好的工程应用价值。
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基于土体渗透系数变化的管片荷载流-固耦合解析
宋锦虎,缪林昌,高学伸,张瑞雪,
. 2016 (12):  3520-3528.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.022
摘要 ( 827 )   PDF(2035KB) ( 812 )  
土体在承载过程中渗透系数会发生变化,因此,在渗流作用下计算管片荷载需考虑土体渗透系数的变化。首先,根据土体渗透系数试验结果,给出了简化的分段孔隙比-渗透系数关系曲线。然后,建立了管片和土体的流-固耦合分析模型,包括渗流模型和力学模型;力学模型中土体分为弹性区和塑性区,其中弹性区根据孔隙比-渗透系数关系曲线进一步分区,从而考虑土体渗透系数变化的影响。最后,通过各分区半径取值将渗流和力学计算之间建立起联系,得到流-固耦合计算方法。计算结果为管片承载设计提供了参考。
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粉质黏土强度指标的水化学敏感性研究
杨德欢,颜荣涛,韦昌富,张 敏,张 芹,
. 2016 (12):  3529-3536.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.023
摘要 ( 881 )   PDF(6592KB) ( 712 )  
通过对重塑粉质黏土的液、塑限和固结慢速直剪试验,探讨了粉质黏土液限、塑性指数及抗剪强度与不同浓度NaCl孔隙溶液的关系。试验结果表明,随着孔隙溶液浓度增加,液限随之减小,塑性指数表现出粉土的性质;不同竖向正应力下的强度随浓度变化表现出较大的差异,正应力较低时,强度不断减小,而正应力较高时,则强度不断增大,正应力介于二者之间强度则先降后升;内摩擦角随浓度增加而增大,最终趋于稳定;黏聚力先迅速减小后逐渐回升,且均为负值。其性质变化主要是因为扩散双电层、颗粒间作用力以及孔隙比发生了改变。基于Terzaghi的有效应力原理,对饱和粉质黏土固结慢速直剪试验测得的负值黏聚力进行了分析和讨论,认为渗透压力对黏聚力起了非常重要的作用,从而使黏聚力成为负值。
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岩土工程研究
深厚软土地基上充灌袋围埝下沉计算研究
闫澍旺,陈 静,孙立强,陈 浩,朱福明,
. 2016 (12):  3537-3544.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.024
摘要 ( 962 )   PDF(1402KB) ( 782 )  
采用大型充灌袋在深厚软土地基上建造围埝具有节约材料、降低造价、方便施工等优势,因此,在围海造陆中得到了广泛地应用。软弱地基由于承载力不足,且常处于流塑状态,故充灌袋围埝建造时会挤出淤泥而沉入软土中。随着下沉深度增加,围埝两侧的边载也随之增加,围埝基底也逐渐落在承载力较高的土层上,当围埝的重量与地基承载力相等时,围埝停止下沉,达到极限平衡状态。确定围埝达到设计标高时的下沉深度和充灌袋的用量是充灌袋围埝设计的核心问题。利用土体极限平衡理论并考虑隆起淤泥对承载力的影响,推导出充灌袋围埝挤淤深度的计算公式,并通过挤淤的模型试验和现场工程的监测数据来验证公式的合理性和适用性。此研究成果可供充灌袋围埝挤淤深度的设计及相关工程以参考。
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基于地统计学的路基连续压实均匀性评价
王 翔,焦 倓,聂志红,宋晓东,
. 2016 (12):  3545-3552.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.025
摘要 ( 813 )   PDF(807KB) ( 722 )  
传统的路基压实质量均匀性评价方法均基于变异系数等概率统计指标,未能考虑检测数据的空间分布特性,难以准确评价路基压实质量的不均匀性。基于地统计学理论,建立半变异函数模型描述连续压实检测数据的空间变异性,采用指数模型对半变异函数曲线进行最优拟合,并提出偏基台值C作为路基压实均匀性控制指标。分别采用地统计方法与传统数理统计法对沪昆客运专线芷江试验段的路基进行压实均匀性评价。结果表明:在压路机振动频率波动或存在压实薄弱区域的情况下,与传统数理统计指标变异系数Cv相比,地统计指标C可消除系统误差等随机性因素对均匀性评价结果的影响,更能客观反映不同工况下的填筑土体在空间上的不均匀压实状态,其结果为铁路路基压实均匀性评价提供了新的思路。
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单孔增透率算法的提出及其工程应用
谭 强,高明忠,谢 晶,李圣伟,邱治强,
. 2016 (12):  3553-3560.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.026
摘要 ( 914 )   PDF(1627KB) ( 651 )  
低透煤层增透效果的定量描述和评价一直处于盲目状态,使得煤矿瓦斯治理中致裂措施、瓦斯抽采不能因地制宜。增透率可反映采动或人工增透措施对煤岩体渗透特性的改变,并可定量评价煤层增透效果,其分布和演化规律可精准圈定瓦斯富集区域,指导瓦斯抽采钻孔的合理布置。在简化钻孔和裂隙模型基础上,求解了采动条件下钻孔的体积应变,提出了针对单孔的增透率计算方法;依托同煤矿塔山矿8212采面,开展现场裂隙探测试验,研究了工作面前方采动裂隙网络发育演化及卸压增透变化规律,并分析了单孔增透率随回采面推进的演化特征。结果表明:裂隙网络呈现“从无到有、从短变长、从窄变宽、不断贯通”的趋势,煤岩体单孔增透率随回采面推进呈现先逐渐上升后保持平稳的趋势,该成果有望直接优化煤矿现场瓦斯抽采孔的布置设计。
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盾构近距离下穿对已建地铁隧道的位移影响及施工控制
张琼方,夏唐代,丁 智,黄小斌,林存刚,
. 2016 (12):  3561-3568.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.027
摘要 ( 995 )   PDF(721KB) ( 887 )  
通过对盾构近距离下穿杭州地铁1号线已建隧道施工过程进行监测,针对盾构近距离、小角度下穿对已建隧道位移的影响过程和特点,研究了盾构机与已建地铁隧道相对位置关系不同时,已建隧道的隆沉、水平位移及收敛位移变化规律。对盾构参数进行实时记录,通过反馈的已建隧道位移监测进一步优化盾构施工参数,合理盾构参数的设置可以有效控制既有隧道变形在允许范围内。已建隧道变形规律显示,盾构隧道在距离已建隧道20 m以外工况下,对上部已建隧道影响很小;盾构整个过程中已建隧道穿越交叉点竖向和水平位移变化过程大致经历5个阶段。
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盾构隧道-土体接触耦合机制的模态特征分析
谢雄耀,万 灵,李鸿桥,
. 2016 (12):  3569-3575.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.028
摘要 ( 752 )   PDF(4387KB) ( 701 )  
盾构隧道动力特征受隧道衬砌结构及壁后土体相互耦合作用影响,为了分析隧道-土体接触耦合机制,以上海地铁某区间盾构隧道为研究背景,采用Bucket搜索法通过分析节点接触和弹性地基接触两种不同类型接触耦合下隧道结构的模态特征,并将分析结果与地铁隧道现场动力实测提取的模态特征进行比较。结果表明:隧道结构受土体耦合约束作用,呈现低频特性,前10阶模态频率在0~100 Hz范围内,模态振型幅值在10?4 m的数量级上。弹性地基接触与实测提取模态特征误差较小,可用于隧道结构动力分析模型简化和理论研究,为隧道结构动力损伤识别提供依据。
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基于布尔运算的复杂块体几何形态分析一般方法
杨石扣,任旭华,张继勋
. 2016 (12):  3576-3582.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.029
摘要 ( 693 )   PDF(515KB) ( 777 )  
提出采用布尔运算进行三维复杂块体形态分析的一般方法,并采用C++语言编写了相应的程序。块体布尔运算是将参与运算的主块体和客块体进行交、并或差运算,得到形态更加复杂的块体。为描述块体内部非贯通结构面,在块体数据结构中引入退化有向壳,允许块体中混合维度模型的存在。将主块体各面分别与客块体各面进行面-面求交线运算,通过环路分析得到各块体分割后的面。根据具体采用的布尔运算方法,确定有效面和无效面,并将有效面进行搜索得到新的壳和块体。选取3个算例和1个典型工程实例来验证该方法的可行性和应用性。计算结果表明,该方法可以生成形态更加复杂的块体,可以很方便地处理块体中的结构面,具有普遍性和适应性,并具有广泛的实际应用价值。
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数值分析
双重孔隙-裂隙岩体中洞室变形及强度各向异性的三维有限元分析
张思渊,张玉军
. 2016 (12):  3583-3590.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.030
摘要 ( 833 )   PDF(982KB) ( 591 )  
将确定双重孔隙-裂隙介质凝聚力及内摩擦角的方法与描述介质强度各向异性的微结构-无迹张量方法相结合,引入到三维有限元程序中。以简单的算例,通过解析解与数值解的比较,验证了所开发的有限元程序的可靠性。针对一个假定的位于被3组正交裂隙所切割的围岩中的矩形洞室,使用Mohr-Coulomb准则进行弹塑性数值模拟,就不同的工况分析了围岩中的位移、应力及塑性区的状态。计算结果显示:裂隙组的不同展布及组合使得岩体的变形及强度性质有着不同的各向异性,从而相应地导致围岩中的位移、应力及塑性区的分布与量值产生明显的差异。
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基于水平集法的非均质岩石建模及水力压裂传播特性研究
李 明,郭培军,李 鑫,梁 力,
. 2016 (12):  3591-3597.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.031
摘要 ( 737 )   PDF(1561KB) ( 682 )  
基于水平集法的基本思想,讨论了含有不同类型包裹体分布的岩石的二维和三维有限元建模方法。对于二维有限元模型的建立,考虑了以椭圆形为例的规则包裹体的周期分布、位置及包裹体大小均随机变化的多种情况。建议了包裹体和基岩之间界面的材料特性过渡处理方法。同时给出了含有非规则形状包裹体的建模方法。对于三维有限元模型的建立,则考虑了以任意大小椭球体为例的包裹体分布情况。该种建模方法的优点是对于不同的含有任意分布的包裹体的岩石试件,均可以采用相同的有限元网格,即,材料特性的变化不受有限元网格的制约。该法缺点是增加了计算资源。最后结合基于弥散裂缝模型的水力压裂数值计算方法,模拟了含有不同包裹体分布的岩石试件的水力压裂传播特点。
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基于数值流形法的重力坝多裂纹扩展研究
徐栋栋,杨永涛,郑 宏,邬爱清,
. 2016 (12):  3598-3607.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.032
摘要 ( 987 )   PDF(1461KB) ( 668 )  
传统数值流形法(NMM)在处理非连续变形问题时,仅限于几何构型不发生破坏的情况。针对这一不足,通过在裂纹尖端附近的物理片上增加用于模拟应力奇异性的增强位移函数,进一步发展了可用于几何构型破坏的扩展的高阶NMM。然后,将其应用到重力坝由连续到非连续的破坏过程分析中。首先,针对一含单裂纹的重力坝模型进行了敏感性分析,结果表明,在不同的扩展长度或网格密度下,其扩展路径基本相同且与文献结果保持一致。进而在此模型基础上又开展了多裂纹扩展分析,结果仅一条主导裂纹发生扩展,与文献结果基本一致。最后,针对印度的Koyna重力坝,通过设置不同的漫顶高度研究了其裂纹扩展路径的变化。结果表明,随着漫顶高度的增大,裂纹扩展路径逐渐趋向于水平方向扩展,而且坝体抵抗破坏的能力逐渐减弱。总体表明,NMM在求解实际工程问题时具有很好的数值稳定性和鲁棒性。
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颗粒接触无网格法及其在边坡成灾范围模拟中的应用
冯 春 ,李世海 ,孙厚广 ,李志刚,
. 2016 (12):  3608-3617.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.033
摘要 ( 1248 )   PDF(2736KB) ( 644 )  
提出了一种基于颗粒接触的无网格方法(PCMM),并编制了相应的C++程序,解决了有限元等网格类方法在模拟边坡失稳滑动过程中的网格畸变问题。该方法利用颗粒离散元中的接触拓扑创建连续介质单元,通过颗粒的运动演化实现连续介质单元的自动删除及重建,通过在连续介质单元中引入考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,实现边坡的弹塑性分析及失稳滑移过程的模拟。利用PCMM分析了均质边坡的弹塑性场、沙堆的形成过程及土质边坡的失稳过程。计算结果表明,PCMM在小变形下具有足够的精度,且在模拟材料大变形方面具有明显优势,是一种模拟边坡成灾范围的有效方法。
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测试技术
基于探地雷达单道信号处理的岩溶分析方法
刘成禹 ,余世为,
. 2016 (12):  3618-3626.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.034
摘要 ( 815 )   PDF(5063KB) ( 756 )  
探地雷达(GPR)作为岩溶隧道超前地质预报的主要手段广泛运用于隧道岩溶探测,但GPR自带分析软件所得时间剖面图只能进行岩溶定性分析,无法较准确地确定岩溶的位置、大小和形状。基于此,提出一种基于GPR原始数据的单道信号计算岩溶位置和大小的方法。具体做法主要包括:先用地质雷达自带分析软件确定岩溶位于哪几道信号上,再将这几道信号的数据利用自编程序提取并作Hilbert函数变换,绘出信号的瞬时振幅、相位和频率图(三瞬图),根据每道三瞬图图像突变的位置确定岩溶的起、终点,最后联合各道计算结果确定岩溶的位置、大小和形状。上述方法在赣龙铁路中复隧道DK189+135、DK189+75断面岩溶探测中得到了成功运用。实践证明,该方法能较准确地确定岩溶的位置、大小和形状,是基于探地雷达探测岩溶分析的可行方法。
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隧道衬砌病害地质雷达探测正演模拟与应用
李 尧,李术才,徐 磊,刘 斌,林春金,张凤凯,杨 磊
. 2016 (12):  3627-3634.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.035
摘要 ( 922 )   PDF(2027KB) ( 868 )  
国内大多数隧道都存在着不同程度的病害,其中诸如衬砌开裂、不密实、含有空洞和渗漏水等衬砌病害是隧道最常见的病害类型,严重影响行车安全。地质雷达(GPR)可以用来对隧道衬砌病害进行快速无损探测,但对于衬砌病害的解译十分依赖于探测人员的经验,很容易造成误判和漏判。因此,对隧道衬砌病害进行分类,并针对典型衬砌病害类型进行建模,利用时域有限差分(FDTD)法对衬砌病害模型进行地质雷达探测正演模拟,针对衬砌渗漏水和存在钢筋干扰等特殊情况,通过频谱分析对病害进行了定量识别,总结出典型衬砌病害的地质雷达探测解释准则,最后结合工程实例对衬砌病害进行了推断和解译。结果验证了衬砌病害地质雷达探测正演模拟和解释准则的可靠性。
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钻孔剪切试验及其在黄土中的应用
于永堂,郑建国,刘争宏,张继文,
. 2016 (12):  3635-3641.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.036
摘要 ( 920 )   PDF(1047KB) ( 1015 )  
钻孔剪切试验是一种通过在钻孔侧壁上进行直剪试验来测定土体黏聚力和内摩擦角的原位测试方法。阐述和总结了钻孔剪切试验的基本原理、试验和数据处理方法。为了评估钻孔剪切试验测定黄土抗剪强度指标的适用性,采用Iowa钻孔剪切试验仪实测了不同深度黄土的抗剪强度指标,并与室内三轴剪切试验(CU)和直剪试验结果进行了对比。试验结果显示,钻孔剪切试验用于测定黄土的抗剪强度指标时,抗剪强度与法向压力具有较好的线性相关性;试验黄土的钻孔剪切试验应力-应变关系曲线为应变软化型;钻孔剪切试验结果与室内三轴剪切试验(CU)和直剪试验结果相比,黏聚力降低,内摩擦角增大;均质黄土地层的钻孔剪切试验数据离散性相对较小,可采用“整体”破坏包线法对抗剪强度指标进行统计。
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气泡混合轻质土路堤最佳浇筑厚度的确定方法
朱俊杰,刘 鑫,洪宝宁,刘顺青,徐奋强,化君晖,
. 2016 (12):  3642-3650.  DOI: 10.16285/j.rsm.2016.12.037
摘要 ( 785 )   PDF(703KB) ( 615 )  
气泡混合轻质土是一种新型的环保岩土材料,已开始作为路堤填料应用。然而至今每层的最佳填筑厚度问题仍未解决。基于研制的一种可用于测量施工期气泡混合轻质土强度沿路堤深度变化的仪器,在给出相应的测试原理和测试步骤,以及确定最佳浇筑厚度判定依据的基础上,通过工程实例的论证,提出了气泡混合轻质土作为路堤填料时最佳浇筑厚度的确定方法。针对现场试验段的工程情况,建议浇筑厚度控制在500 mm以内。该项研究不仅有利于气泡混合轻质土作为路堤填料的施工质量控制,而且为其更广泛地应用提供技术支撑。
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