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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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2019年, 第40卷, 第S1期 刊出日期:2019-08-01
基础理论与实验研究
真三轴应力条件下钻孔围岩塑性区及增透半径研究
尹光志, 鲁俊, 张东明, 李铭辉, 邓博知, 刘 超,
岩土力学. 2019 (S1):  1-10.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1873
摘要 ( 356 )   PDF(9124KB) ( 162 )  
深部岩体处于三维应力场中受开挖扰动影响钻孔、巷道围岩处于明显的真三轴应力状态。钻孔抽采技术是煤矿广泛用于瓦斯治理的重要措施,钻孔周围塑性区是瓦斯流动的优质通道,研究钻孔围岩塑性区特性对于抽采钻孔的优化布置至关重要。为研究钻孔围岩的塑性区特性,基于广义平面应变理论分析围岩应力分布,比较几种常用强度准则(MC、Mises、D-P、MLC、SMP)的适用性和精确性,对比试验结果表明,MLC准则能较好地表征岩石的真三轴强度特性。基于MLC准则推导了围岩塑性区半径公式,分析偏应力、中间主应力、岩石内摩擦角、岩石黏聚力和钻孔半径对增透半径的影响,结果表明,增透半径随着偏应力的增大而增大,随中间主应力的增加先减小后增大,随岩石内摩擦角、岩石黏聚力的增加而逐渐减小,随钻孔半径的增加而线性增大。研究结果可为实际工程中巷道支护、煤层瓦斯抽采等技术的参数设计等提供重要参考。
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土石料湿化变形计算方法探讨
介玉新, 张延亿, 杨光华,
岩土力学. 2019 (S1):  11-20.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0276
摘要 ( 269 )   PDF(7798KB) ( 173 )  
土石料的湿化是一种普遍现象,虽然可以利用非饱和理论计算湿化变形,但人们更愿意采用常规的初应变法进行计算,湿化试验则常用单线法或双线法进行。对湿化试验和相关计算方法进行分析,提出考虑湿化变形及其影响的新思路,(1)在某一应力状态下的湿化变形是由两部分组成的,一部分是由于材料本身刚度变“软”引起的湿化变形,另一部分变形是湿化引起的附加变形;(2)在双线法试验中直接将相同应力状态下对应干土和湿土的应变相减计算是不合适的,应当采用相同应力状态下各自的切线模量计算;(3)基于广义位势理论,根据应力和应变的对偶特性,可以把湿化附加变形变换为一种湿化等效应力,虽然其是一种近似处理方法,但它比较简单,容易直观地量化湿化的作用。文中思路对于颗粒破碎、干湿循环引起的变形、流变变形等也具有借鉴意义。
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红层软岩压缩破坏的分形特征与级联失效过程
周翠英, 梁宁, 刘镇,
岩土力学. 2019 (S1):  21-31.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1937
摘要 ( 293 )   PDF(13667KB) ( 133 )  
基于不同围压条件下的红砂岩三轴压缩试验结果,采用数字图像相关技术对岩样外表面破坏形态进行全程观测,获得不同阶段岩样外表面破坏图像,分别对岩样破坏后阶段的图像进行分析。通过分形盒维数表征岩样外表面裂纹的变化情况,发现岩样破坏越严重,裂纹分形维数越高,且在最后破坏阶段裂纹分形维数出现突变,揭示岩样的破坏特征。引入级联失效数学模型,结合红层软岩内部的矿物成分与细观结构分布特点,概化出其结构的随机连接模型与破坏方式,分析红层软岩加载作用下的内部节点颗粒“容量-荷载”重分配原则以及节点颗粒失效后其初始荷载传递路径。结果表明,红层软岩在受载时为一个级联失效的分阶段破坏过程,级联因子通过级联路径不断传播、增多,级联失效越发明显,同时结合岩石破坏的变形损伤过程与其轴向应力-应变曲线分段特征,揭示该类岩石破坏的级联失效分级标准,为拓展该领域的研究具备一定的参考价值。
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增压式真空预压加固吹填超软土微观结构特征分析
雷华阳, 胡垚, 雷尚华, 祁子洋, 许英刚,
岩土力学. 2019 (S1):  32-40.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0255
摘要 ( 251 )   PDF(8600KB) ( 130 )  
先进行常规真空预压法(CVP)和增压式真空预压法(AVP)两组模型试验,分别对吹填超软土进行加固处理,对比分析其加固效果。再利用电镜扫描试验(SEM)和压汞试验(MIP)分别对两种方式加固后的吹填超软土进行微观结构测试,分析在两种加固方式下吹填超软土微观结构特征的变化,并通过Image-Pro Plus图像处理技术进行定量分析,模型试验结果分析表明增压式真空预压的加固效果优于常规真空预压,从土体骨架颗粒形态、骨架颗粒接触形式和骨架颗粒间孔隙3个角度说明了增压式与常规真空预压加固后土体的微观结构特征变化,微观结构定量分析表明,与常规真空预压相比,增压式真空预压加固后土体的孔隙数量、扁平度K、形状系数ff更大;土体的孔隙率、分形维数D更小;定向概率熵Hm没有明显的变化规律;孔径分布增量的峰值位置在左侧,说明增压式真空预压加固后土体的小孔隙数量更多。从微观角度证明了增压式真空预压法的加固效果优于常规真空预压法。
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基于冻融作用的氯盐渍土−钢块界面力学模型
丑亚玲, 黄守洋, 孙丽源, 王莉杰, 岳国栋, 曹伟, 盛煜,
岩土力学. 2019 (S1):  41-52.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1737
摘要 ( 262 )   PDF(11539KB) ( 128 )  
在中国西北特殊气候环境下冻融作用是一种风化过程,反复改变着土体的微结构和物理性质,强烈影响着土体与结构的相互作用。针对冻融作用对盐渍土?结构接触面力学特性的影响,进行不固结不排水直剪试验,开展了冻融次数、含盐量、基质吸力等因素对非饱和氯盐渍土?钢块接触面力学性能影响的相关研究。试验结果表明,不含盐时接触面力学参数(黏聚力与内摩擦角)随冻融次数增加均先增大后减小,含盐时接触面黏聚力随冻融次数增加呈下降趋势,内摩擦角略有所增大;冻融前后接触面力学参数随着含盐量的增大先减小后增大,均存在含盐量阈值;未冻融时接触面力学参数含盐量阈值约为8%,随着冻融次数增加,该阈值有所变化;接触面基质吸力随冻融次数增加大体呈减小趋势并最终趋于稳定,随含盐量增加先减小后增大,基质吸力含盐量阈值约为10%;接触面剪应力?剪切位移分为线弹性变形阶段和强化阶段,竖向荷载较小时表现为弱硬化,未出现明显的应变软化现象。对接触面剪应力?剪切位移适用性模型进行评价发现龚帕兹模型能够与试验结果很好地吻合,据其建立了冻融作用的氯盐渍土?钢块界面力学模型,基于试验数据验证了其可靠性。
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岩质斜坡中缓倾角破裂系统形成演化的 力学模式研究
朱雷, 黄润秋, 陈国庆, 严明,
岩土力学. 2019 (S1):  53-62.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1682
摘要 ( 248 )   PDF(12237KB) ( 143 )  
缓倾角破裂是岩质斜坡最常见的一种破裂形式,对斜坡演化与稳定性评价具有重要的工程地质意义。基于斜坡中应力场特征,利用颗粒流程序开展岩石的剪切试验,揭示斜坡中缓倾角破裂系统形成演化机制与影响因素。结果表明,(1)岩质斜坡中缓倾角系统是一套瑞德尔低角度剪切破裂体系,由高序次张性雁裂隙和低序次共轭剪切裂隙组成;(2)缓倾角破裂系统形成与演化具有明显的阶段性,裂纹扩展首先从一组彼此近于平行雁行张破裂开始,随后低次序共轭剪切裂纹开始扩展,并与已有的雁裂纹贯通;(3)不同的围压下裂隙最终贯通模式不同。低围压下裂纹沿着早期产生的雁裂隙翼端发展并最终贯通,中围压下裂纹会沿着雁裂隙或共轭剪裂隙中部扩展并贯通,高应力下会生成一组新的雁裂隙,并与早期产生的裂隙相互搭接并贯通;(4)岩石最终破裂面形态与围压关系密切,中低围压下破裂面整体较为平直,但粗糙度大。高围压下破裂面整体呈曲线型,但较为光滑,粗糙度较小。
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基于声学测试和摄像技术的单裂隙岩石 裂纹扩展特征研究
张国凯, 李海波, 王明洋, 李晓锋,
岩土力学. 2019 (S1):  63-72.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2103
摘要 ( 304 )   PDF(13534KB) ( 228 )  
为研究裂隙岩石破坏强度及裂纹扩展特征,采用MTS岩石力学试验机对单裂隙岩石进行单轴压缩试验,同步进行声发射、声波及摄像测试,研究裂隙岩石应力应变行为、声波及声发射特征与裂纹扩展、聚结的变化关系。结果表明,起裂应力、峰值强度及模量随裂隙倾角??变化一致,均先减小后增大,起裂应力和强度受? 影响较大;裂纹间断性加速扩展引起的应力转移和释放(应力降),导致裂隙岩石应力?应变曲线呈阶梯状上升;应力降伴随着能量释放、刚度劣化和AE振铃计数的激增,随着??的增大,首次应力降和振铃计数陡增对应的应力逐渐增大,且振铃分布向峰值强度附近集中;裂纹起裂、扩展引起波幅和波速衰减,且波幅下降早于应力降的发生。??= 0o岩样峰前波速降高达50%,随??的增大,波速下降点的应力逐渐增大,峰前波速降幅不断减小,??较小时峰前裂纹发育程度高,随着??的增大,峰前裂纹发育程度减弱,裂纹加速扩展、聚合向峰后转移;裂纹长度扩展到临界值时扩展速率会发生快速增大,随着??的增大,裂纹临界长度逐渐降低。
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含非贯通裂隙砂岩的动力破坏特性研究
赵国彦, 李振阳, 吴浩, 王恩杰, 刘雷磊
岩土力学. 2019 (S1):  73-81.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2290
摘要 ( 270 )   PDF(9357KB) ( 133 )  
为研究动载作用下非贯通裂隙对岩石破坏特性的影响,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对含不同裂隙数量及深度非贯通裂隙砂岩进行冲击试验,并基于分形理论和能量耗散原理分析其动力破坏特性。研究结果表明,动态峰值应力随裂隙数量及深度变化情况较复杂;峰值应变随裂隙数量增加而增加,随裂隙深度增加先增大后减小;动态弹性模量随裂隙数量增加先增加后减小,随裂隙深度增加而减小;不同工况试样的破坏模式分为张应变破坏、张应变?剪切复合破坏和压碎破坏3种,且裂隙数量对破坏模式的影响较裂隙深度大;试样破坏后的分形维数、单位体积耗散能和能量吸收率均随裂隙数量及深度的增加而增加,且分形维数与单位体积耗散能和能量吸收率均近似正线性关系。
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黄土−砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究
何鹏飞, 马巍, 穆彦虎, 黄永庭, 董建华,
岩土力学. 2019 (S1):  82-90.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1875
摘要 ( 434 )   PDF(11228KB) ( 187 )  
构筑物与土体接触面力学行为是岩土工程研究的热点之一。基于一系列直剪试验,研究不同法向压力、土体含水率条件下黄土?水泥砂浆块界面剪切特性。结果表明,(1) 在土体含水率为9.2和13.1%条件下,法向压力为50、100 kPa时黄土?沙浆块界面剪切应力?位移曲线表现为应变软化型,且可分为峰值前、峰值后及残余阶段三部分,在法向压力为200、300 kPa时表现为应变硬化型;在土体含水率为17.1、20.8%条件下,不同法向压力时黄土?砂浆块界面剪切应力?位移曲线均为应变硬化型;(2) 黄土?砂浆块界面的抗剪强度包络线符合摩尔?库仑准则,随着含水率的增大,界面黏聚强度降低显著,摩擦强度略有增加,整体抗剪强度降低。当土体含水率由9.2%增加至20.8%时,界面黏聚力由41.5 kPa下降至3.6 kPa,界面摩擦系数由0.50增大至0.58。用非线性模型对界面剪切应力?位移曲线关系进行拟合,结果表明非线性模型可较好反映黄土?砂浆块界面的剪切特性。
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超大直径浅埋盾构隧道土压力实测分析 及其计算方法适用性评价
章定文, 刘志祥, 沈国根, 鄂俊宇,
岩土力学. 2019 (S1):  91-98.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2055
摘要 ( 431 )   PDF(8890KB) ( 163 )  
以扬州瘦西湖隧道为工程依托,对超大直径盾构隧道管片荷载、结构内力等进行长期现场监测,分析超大直径浅埋盾构隧道土压力、管片钢筋应变的变化规律。采用上覆土柱法、太沙基松弛土压力法计算管片土压力理论计算值,并与现场实测结果对比,分析不同土压力计算方法在不同埋深条件下的适用范围。结果表明,盾构纠偏对隧道管片荷载大小、分布形式影响较大,且其影响一致持续至稳定期;盾构隧道施工结束后,作用在盾构管片上的土压力逐渐减小并趋于稳定;管片钢筋应变同土压力变化趋势基本一致,但进入稳定期时间略滞后于土压力,土压力进入稳定期后实测土压力值约为理论计算值的48%~60%;松弛土压力法计算的土压力值较上覆土柱法计算值和实测结果更为接近。研究成果可为盾构隧道管片设计荷载取值提供指导。
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采动诱导应力集中对顺层钻孔瓦斯抽采 影响的试验研究
彭守建, 郭世超, 许江, 郭臣业, 张超林, 贾立,
岩土力学. 2019 (S1):  99-108.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1103
摘要 ( 276 )   PDF(12204KB) ( 122 )  
利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展受采动影响导致工作面前方不同应力分布条件下的顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验,对抽采过程中卸压区、应力集中区和原始应力区的煤层瓦斯压力、钻孔抽采流量、应力敏感系数和无因次渗透率等参数演化规律进行分析。试验结果表明,(1)在瓦斯抽采过程中钻孔周围瓦斯压力下降速率先快后慢,越靠近钻孔的瓦斯压力等压线越为密集,瓦斯流速越大,钻孔周围瓦斯压力梯度先增大后减小;(2)随着采动应力集中系数增大,煤层渗透率降低,瓦斯抽采流量减小,其中采动应力水平最大的应力集中1区瓦斯抽采流量最小,而应力水平最小的卸压区抽采流量最大;(3)应力集中区的应力敏感系数高于卸压区和原始应力区,而该区域无因次渗透率下降速率最慢。
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压裂液黏度对循环水力压裂影响的试验研究
楼烨, 张广清
岩土力学. 2019 (S1):  109-118.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2256
摘要 ( 274 )   PDF(13338KB) ( 331 )  
中国石油大学(北京)石油天然气工程学院,北京 102249
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软黏土中吸力式沉箱基础竖向抗拔承载 特性试验研究
戴国亮, 朱文波, 郭晶, 龚维明, 赵学亮,
岩土力学. 2019 (S1):  119-126.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0263
摘要 ( 345 )   PDF(8238KB) ( 126 )  
吸力式沉箱基础可以作为张力腿平台(TLP)的锚固基础,主要受上拔荷载作用,其抗拔破坏模式是分析吸力式沉箱基础抗拔承载力关键,目前对吸力式沉箱基础竖向抗拔承载机制研究尚不够深入。通过一系列室内模型试验,研究软黏土中吸力式沉箱基础抗拔承载特性,给出吸力式沉箱基础两种破坏模式,即顶部张力破坏模式和底部张力破坏模式。试验结果表明,顶部张力破坏模式时沉箱顶部负压与底部负压接近相等,承载力随沉箱顶部负压增大而增大,沉箱抗拔承载力由沉箱自重、内外摩擦力与沉箱顶部反力组成;当形成底部张力破坏模式时沉箱承载力随沉箱底部负压增大而增大,沉箱抗拔承载力由沉箱和土塞自重、外摩擦力以及底部反力组成;当达到极限荷载时沉箱顶部及底部负压均小于不排水剪切强度Su,沉箱顶部与底部反向承载力系数均小于1.0。最后提出考虑沉箱内顶部负压作用下吸力式沉箱基础抗拔承载力计算方法,揭示了软黏土中吸力式沉箱基础抗拔承载机制,为吸力式沉箱基础抗拔承载力分析以及工程设计提供参考。
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两种卸荷路径下泥岩流变特性试验研究
任青阳, 张黄梅, 刘佳申,
岩土力学. 2019 (S1):  127-134.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2121
摘要 ( 288 )   PDF(8437KB) ( 120 )  
分析岩石流变特性对边坡长期变形稳定性具有十分重要的意义。以贵州省某高速公路为背景,在施工现场取样,设计了恒轴压卸围压与等比例卸围压和轴压两种应力路径下的分级卸荷流变试验。试验结果表明,两种应力路径下泥岩岩样卸荷流变趋势大体一致,破坏应力下岩样的侧向变形迅速增长并超过了轴向变形,侧向扩容较显著;对比恒轴压卸荷,等比例卸荷历时较长,岩样轴向变形虽出现了回弹,但轴向变形量和侧向变形量所占全变形的比例较大,约为恒轴压卸荷的2倍,说明等比例卸载围压和卸轴压应力路径下岩样破坏可预见性更小,但其破坏影响更大。等比例卸荷实验参照实际边坡开挖坡度选取比例设计实验,对实际边坡工程长期稳定性分析极具参考价值。
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基于非达西流动的自支撑剪切裂缝导流 能力实验研究
修乃岭, 严玉忠, 胥云, 王欣, 管保山, 王臻, 梁天成, 付海峰, 田国荣, 蒙传幼,
岩土力学. 2019 (S1):  135-142.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1933
摘要 ( 309 )   PDF(9959KB) ( 160 )  
页岩储层有天然裂缝和弱面发育,采用大规模压裂技术对其进行改造会在改造区域形成大量自支撑剪切裂缝,该自支撑剪切裂缝在页岩气开发中具有重要作用,研究和评价裂缝导流能力的大小对页岩气开发具有重要指导意义。常用的基于Darcy流动方程推导的裂缝导流能力评价公式,不能满足流体高速流动时的裂缝导流能力评价,需要开发适合于页岩的自支撑裂缝导流能力评价方法,为页岩体积改造形成的自支撑裂缝导流能力评价提供支持。选用龙马溪组页岩储层岩样,利用自行研制的剪切-渗流耦合实验系统对样品进行剪切,形成剪切自支撑裂缝,在应力-渗流耦合条件下进行氮气流动测试,获得一组压力和气体流量数据,基于非线性Izbash定律描述气体在自支撑裂缝中流动特征方程,和基于流动特征方法建立自支撑裂缝导流能力计算公式,根据测试数据计算了自支撑裂缝的导流能力,利用裂缝导流能力计算理论气体流量,结果表明理论流量和实测流量具有很好的符合性。开展了不同剪切位移和不同围压条件下页岩自支撑剪切裂缝导流能力评价实验,结果表明,自支撑裂缝导流能力受错位程度、粗糙度等性质影响;在围压10~40 MPa实验条件下自支撑剪切裂缝导流能力在0.1~1 D?cm范围。新建立的导流能力评价方法可为流体高速流动时裂缝导流能力评价提供一种有效途径。
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长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩体劣化效应
肖瑶, 邓华锋, 李建林, 支永艳, 熊雨
岩土力学. 2019 (S1):  143-151.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2364
摘要 ( 367 )   PDF(9157KB) ( 168 )  
为分析灌浆加固裂隙岩体在压力水长期浸泡作用下力学性能的劣化效应,在前期碳纤维水泥基复合灌浆材料加固裂隙岩体研究基础上开展了考虑水压力影响的灌浆加固裂隙岩体长期浸泡试验和在不同浸泡周进行直剪试验。研究结果表明,(1) 压力水长期浸泡作用下灌浆加固裂隙岩样的剪应力?剪切位移曲线形态变化趋势明显,剪切刚度逐渐减小,达到峰值抗剪强度时的剪切位移逐渐增大;(2) 随着浸泡周期增加,灌浆加固裂隙岩体的抗剪强度呈先陡后缓的劣化趋势,6个浸泡周期(150 d)后不同法向应力下峰值抗剪强度的劣化幅度为32.6%~39.9%,对应内摩擦角和黏聚力分别降低了19.3%、39.4%,其中前4个浸泡周期(0~90 d)抗剪强度参数劣化幅度占总劣化幅度的90%左右;(3) 水压力作用下裂隙岩样发生溶解、溶蚀、润滑、软化等物理化学作用,浆体中的凝胶体被进入浆体内部的水分子软化,导致裂隙岩体和灌浆体本身的力学性质逐渐劣化,浆体与裂隙面之间的胶结作用、浆体与碳纤维之间粘结性能逐渐减弱,使得灌浆加固裂隙岩体抗剪性能逐渐劣化,剪切破坏面逐渐发展到浆体与裂隙面之间的胶结面。相关研究成果可为灌浆加固裂隙岩体的长期稳定性分析评价提供参考。
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冻结红砂岩单轴损伤破坏CT实时试验研究
宋勇军, 杨慧敏, 张磊涛, 任建喜
岩土力学. 2019 (S1):  152-160.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2371
摘要 ( 298 )   PDF(10975KB) ( 143 )  
为探究冻结岩石的宏观力学特性及损伤演化机理,对20、?5、?10 ℃红砂岩进行单轴加载CT实时扫描,获得各扫描层的CT扫描图像。利用Matlab自编程序生成灰度直方图和二值图像,基于CT数H值正比于密度的关系定义岩样扫描层的安全区、损伤区、破坏区,结合温度效应、水的软化作用及冰的冻胀力对岩样的影响,定量地研究冻结岩石的损伤破坏演化规律。试验研究表明,(1) 温度由20 ℃降至?5、?10 ℃时未冻水含量减少而冻结冰含量增加,岩样强度增大、抗变形能力提高、整体稳定性提高,CT图像呈现出岩样裂纹尺寸发展减慢、损坏程度减弱的规律;(2) 不同温度下岩石单轴加载的损伤演化经历了裂隙萌生、闭合、延伸、汇集及形成宏观主裂纹的阶段,岩样变形增大发生破坏;(3) 由于端部效应,中间较两端扫描层的损伤程度高,外侧较内侧扫描层先发生损伤,损伤边缘化并向内部扩展。
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白垩系红砂岩冻结融化后的力学性质试验研究
刘波, 马永君, 盛海龙, 常雅儒, 于俊杰, 贾帅龙,
岩土力学. 2019 (S1):  161-171.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0049
摘要 ( 441 )   PDF(18718KB) ( 164 )  
西部煤矿冻结建井穿越岩层以白垩系、侏罗系等富水弱胶结地层为主,在温度场和地应力场的耦合作用下冻结壁岩体经历了一次完整的冻融过程。以白垩系富水弱胶结红砂岩为研究对象,充分考虑红砂岩冻融过程中受到的温度场与地应力场耦合作用环境,基于力学试验得到白垩系弱胶结红砂岩冻结融化后的力学性质及冻融过程中的地应力对红砂岩力学参数的影响,对白垩系弱胶结红砂岩冻融劣化机理及冻融过程中地应力的影响机制进行了分析。冻融过程中围压分别设置为0、2、4、6、8 MPa,冻结温度分别设置为?5、?10、?15 ℃,融化温度统一设置为20 ℃。试验结果表明,白垩系弱胶结红砂岩胶结差、强度低,对冻融作用非常敏感,仅经历一次冻融后单轴抗压强度即下降28.39 %;冻融过程中的地应力提高了白垩系弱胶结红砂岩孔隙裂隙的约束能力,使冻结作用可以尽可能地向次级微孔隙发展,随着冻结程度的加深,红砂岩内部冻胀力进一步增加,损伤加剧,故而融化后的力学参数相对于无围压冻融进一步降低。研究结果为西部地区煤矿冻结建井井壁设计提供了指导。
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堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验
于一帆, 王平, 王会娟, 许书雅, 郭海涛,
岩土力学. 2019 (S1):  172-180.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0264
摘要 ( 314 )   PDF(10660KB) ( 205 )  
以玉树7.1级地震诱发的玉树机场路堆积层滑坡为对象,该滑坡坡度约为10o,长×宽×厚为317 m×482 m×19.8 m,由以碎石土为主的上覆层、卵石土为主的滑动带及基岩3层组成,开展大型振动台模型试验,探究震后边坡再次承受振动荷载的能力以及地震垂直分量对坡体稳定性的贡献,分析其动力响应特征和失稳破坏机制。结果表明,强震作用下堆积层滑坡的永久变形是造成地震地质灾害的重要因素;随着输入地震荷载增大,坡脚率先破碎沉降,坡体中部产生弧形裂隙并产生沉降,坡顶出现贯穿张裂隙和剪切裂隙并向坡腰推进,表现出典型的牵引性滑坡特征;峰值加速度(PGA)、动土压力以及加速度频谱与输入地震波的强度、滑坡高程呈正相关;PGA放大系数呈现出明显的非线性特征,其变化趋势随地震荷载强度增大而减小,地震波垂直分量对滑坡PGA放大系数影响略大于水平分量。
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基于弹性张量离散化的脆延转变本构模型研究
范运辉, 朱其志, 倪涛, 张坤, 张振南,
岩土力学. 2019 (S1):  181-188.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1814
摘要 ( 302 )   PDF(6364KB) ( 118 )  
外部荷载作用下的裂隙扩展在空间上一般是非均匀的,引起岩石材料的衍生各向异性。将材料离散成大量随机分布的由力键连结的物质点,基于力键的方向性,且将局部弹性张量离散成一定数量的方向张量,理论推导出力键模量与宏观弹性参数之间的关系。通过考虑力键断裂效应,建立了各向异性弹性损伤本构模型。为了模拟中等孔隙率岩石在常规三轴压缩试验中脆性向延性转变的力学行为,在力键断裂效应中引入损伤抑制函数。通过模拟Tennessee大理岩和Indiana石灰岩的常规三轴实验,并与试验数据对比,验证了模型的合理性和有效性。
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沉管隧道含垄沟卵石垫层变形特性试验研究
李志成, 冯先导, 沈立龙,
岩土力学. 2019 (S1):  189-194.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2029
摘要 ( 263 )   PDF(6490KB) ( 125 )  
采用含垄沟卵石垫层作为大型沉管隧道的基础是一种创新,为研究水下该垫层在工程荷载下的变形特性,开展了7种不同工况模型静载试验,得到各工况下卵石垫层沉降量、压缩模量等参数以及荷载值与沉降量之间的关系,分析了垫层厚度、垄沟尺寸、预压荷载、级配大小等指标对卵石垫层力学特性的影响。试验结果表明,不同于碎石垫层卵石垫层承受的竖向荷载与其沉降量开始成非线性变化;随着荷载值的增加,垫层沉降速率逐渐减小,垫层被压密一定程度后荷载与沉降趋于线性关系;卵石的最大粒径越大,垫层的压缩模量越大,沉降量越小;预压导致卵石垫层再压缩时沉降明显减小,且压缩模量增大;垄沟的间距越大,卵石垫层的压缩模量越小,沉降量越大。垫层厚度越大,卵石垫层的压缩模量与沉降越大。研究成果可为沉管隧道垫层的设计提供参考。
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细颗粒组分含量对钙质砂抗剪强度的影响
张晨阳, 谌民, 胡明鉴, 王新志, 唐健健,
岩土力学. 2019 (S1):  195-202.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1706
摘要 ( 405 )   PDF(7864KB) ( 224 )  
由于吹填过程的水力分选作用钙质砂土地基颗粒分布不均匀,容易形成分布不均、形态各异的以不同细粒含量的粉细砂层为主的细粒汇集层,引起钙质砂土地基承载力和不均匀沉降问题。开展不同细粒含量的粉细砂三轴固结排水剪切试验,分析细粒含量对钙质砂土力学特性的影响。研究结果表明,(1)当细粒含量增加时相同围压下土样剪胀性逐渐减弱,且峰值偏应力也逐渐减小;(2)各组试样干密度为1.40 g/cm3状态下各含量粉细砂均表现出应变软化特征,当细粒含量为10%时粉细砂土体强度稳定性最差,之后稳定性随细粒含量增加而逐渐增大;(3)钙质细砂由于颗粒咬合作用,具有表观黏聚力,当细粒含量小于40%时,随着细粒含量增加,颗粒之间的咬合作用显著降低,表观黏聚力线性减小。研究成果可为粉细砂层的地基处理及边坡稳定分析提供参考。
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低能级强夯在安哥拉Quelo砂中的应用
唐国艺, 刘智, 刘争宏, 唐立军, 于永堂, 姜文,
岩土力学. 2019 (S1):  203-209.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1989
摘要 ( 409 )   PDF(6042KB) ( 119 )  
针对安哥拉具浸水软化和湿陷的Quelo砂,采取不同夯击能(1 000、2 000 kN·m)和不同工况(天然、最优含水率)4种组合方案进行强夯加固对比试验,分析了强夯前、后各试验场地Quelo砂干密度、孔隙比、重型动力触探击数以及湿陷系数等指标的变化规律,提出了Quelo砂地基土在不同工况下的强夯影响深度、有效加固深度建议值和修正系数a。试验结果表明,在增湿的条件下较低能级强夯时Quelo砂的物理力学指标虽然能够显著提高,但湿陷性消除不明显,夯击能足够高时湿陷性才能够进一步被消除,增湿条件下消除Quelo砂湿陷性的强夯施工存在一个夯击能阀值。
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酸碱污染Q3黄土的一维压缩特征试验研究
刘华, 张硕成, 牛富俊, 邵珠山, 牛泽林, 鲁洁,
岩土力学. 2019 (S1):  210-216.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1659
摘要 ( 250 )   PDF(8174KB) ( 120 )  
随着黄土地区工业化和城镇化的不断发展,工业废水和生活污水中酸、碱以及pH值发生改变的雨水对土壤的污染问题日渐突出,地基土体受污染后在地表建筑物荷载的作用下会发生不同程度的二次沉降次生灾害。为研究酸碱污染对Q3黄土在不同压力区间内压缩指标的变化特征,对经过不同浓度污染后的土样进行标准固结试验。试验结果表明,对比孔隙水为蒸馏水的工况,酸污染土的总变形量增大,且最大压缩变形压力段下降;碱污染土的总变形量减小,且最大压缩变形压力段上升;土样经过酸污染后压缩系数增大,中压缩性变为高压缩性,但碱污染后的压缩系数却有不同程度的降低;酸污染土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数和压缩指数等压缩指标在小于400 kPa的中、低压力区间更敏感,碱污染土在大于400 kPa的高压力区更敏感。在该基础上对侧限条件下的应力?应变关系进行分析,发现在不同污染情况下污染黄土的应力?应变曲线较好的符合Guanry关系。
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法向卸荷下贯通裂隙岩样压剪破坏特征研究
翟明磊, 郭保华, 王辰霖, 焦峰,
岩土力学. 2019 (S1):  217-223.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2350
摘要 ( 271 )   PDF(6688KB) ( 111 )  
开展贯通裂隙岩样在法向卸荷下的压剪破坏研究,有助于更好地理解岩体裂隙在卸荷条件下的失稳特征。对单裂隙贯通岩样开展剪切应力峰前一系列法向卸荷破坏试验,分析了法向卸荷下试样裂隙的变形及能量演化规律。结果表明,法向卸荷下裂隙压剪失稳时的法向应力大于常规直剪试验的对应值,裂隙的抗剪能力减弱;剪切位移随法向应力减小而增大;卸荷变形比K随裂隙轮廓面积比Rs的增加而增大;卸荷过程中总变形能U0由减小转变为增加的现象可用于预测岩石裂隙卸荷失稳。研究结果对理解贯通裂隙岩体压剪卸荷失稳破坏具有一定参考意义。
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不同压实度和基质吸力的粉煤灰三轴试验研究
王欢, 陈群, 王红鑫, 张文举,
岩土力学. 2019 (S1):  224-230.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0269
摘要 ( 240 )   PDF(6083KB) ( 144 )  
粉煤灰的非饱和抗剪强度是准确分析非饱和状态灰坝的稳定性所必需的,但目前对其研究积累较少。通过控制不同压实度、不同基质吸力、不同净围压对粉煤灰进行一系列非饱和土三轴试验,探讨压实度和基质吸力对粉煤灰应力?应变关系曲线和强度参数的影响。研究结果表明,基质吸力较低时粉煤灰的应力?应变曲线没有峰值,呈硬化型;基质吸力逐渐增大时应力?应变曲线有明显的峰值,呈软化型;压实度越大,非饱和粉煤灰试样的应力?应变曲线的软化特征越明显,总黏聚力和内摩擦角均越大;非饱和粉煤灰的总黏聚力随着基质吸力的增大而逐渐增大,增大速率逐渐变缓,最后趋于稳定;不同基质吸力粉煤灰试样的内摩擦角变化不大,并且都近似等于饱和试样的内摩擦角;随着基质吸力的增大,吸力内摩擦角对粉煤灰试样的抗剪强度的贡献越来越小。研究得出的非饱和粉煤灰的抗剪强度特性对灰坝的设计和稳定性分析具有理论意义和工程实用价值。
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聚氨酯固化海砂的静力特性试验研究
高运昌, 高盟, 尹诗,
岩土力学. 2019 (S1):  231-236.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0202
摘要 ( 309 )   PDF(5484KB) ( 133 )  
聚氨酯是一种高聚物,可以通过填充孔隙、胶结土颗粒的作用达到提高强度和整体性的目的。采用聚氨酯对海砂进行固化处理,设计无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,分析不同胶凝时间和不同固化剂含量下固化海砂的强度特性和变形特性。试验结果表明,随着胶凝时间的增加,固化海砂的强度提高,在固化时间3 h时就可达到稳定强度的80%以上,并且在试验所采取的质量比范围内,质量比越高,固化效果越好;聚氨酯泡沫填充到孔隙中使颗粒之间的咬合力增大,增强了黏聚力;颗粒重排列的阻力增大,使得海砂抵抗变形的能力增加,峰值强度提高,静力特性发生明显变化。
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微生物灌浆加固裂隙岩体的渗流特性分析
支永艳, 邓华锋, 肖瑶, 段玲玲, 蔡佳, 李建林
岩土力学. 2019 (S1):  237-244.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1708
摘要 ( 288 )   PDF(7907KB) ( 179 )  
裂隙岩体的防渗加固是影响工程稳定和安全的关键技术问题之一。在以往微生物加固砂土技术基础上,将微生物加固技术应用于裂隙岩体灌浆加固,研究结果表明,(1) 加固前围压对裂隙岩样的水力开度影响很大,加固后裂隙被碳酸钙沉积物充填,岩样的渗流由裂隙渗流转变为孔隙渗流,单位渗流量和渗透系数由围压和渗透水压共同控制;(2) 微生物灌浆加固后,不同围压和渗透水压力作用下裂隙岩样的单位时间渗流量减小了80.12%~90.04%,渗透系数可达到10–6 cm/s数量级;(3) 裂隙岩样灌浆加固过程中微生物诱导产生的CaCO3沉积物具有较好胶结作用,将劈裂岩样胶结为一个整体,达到了加固防渗效果。研究成果可为裂隙岩体的灌浆加固提供较好的参考。
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干湿循环路径下弱膨胀土峰值及残余强度演化研究
谢辉辉, 许振浩, 刘清秉, 胡桂阳,
岩土力学. 2019 (S1):  245-252.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1599
摘要 ( 314 )   PDF(7968KB) ( 144 )  
膨胀土具有胀缩性、多裂隙性和超固结性,在自然条件下极易受到降雨和蒸发的干湿循环效应,土的抗剪强度会随着时间的延续而衰减,造成边坡失稳。以荆门弱膨胀土为研究对象,对经历不同干湿循环次数的荆门弱膨胀土开展环剪试验,并探讨分析其峰值强度和残余强度的变化规律。试验结果表明,试样的抗剪强度与法向压力的大小有关,无论是峰值强度还是残余强度均随着法向压力的增大而增大,同时法向压力越大,试样达到残余强度时所需要的剪切位移也会越小;随着干湿循环次数的增加,膨胀土的峰值强度明显衰减,残余强度虽略有变化但并不明显,可近似认为稳定;经历3次干湿循环后膨胀土的峰值黏聚力和残余黏聚力指标已经近乎一致,峰值内摩擦角和残余内摩擦角之间始终保持在2o左右的差异,基本不受循环次数的影响。
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预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法
郭院成, 李明宇, 张艳伟,
岩土力学. 2019 (S1):  253-258.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1363
摘要 ( 677 )   PDF(4597KB) ( 182 )  
以预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形为分析对象,假定潜在滑裂面为平面,并考虑土体分层开挖过程,将施加预应力作为一个施工工况,建立了预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形的增量解析方法。锚杆预应力和设置位置影响分析表明,随着锚杆预应力值的增加,潜在滑裂面的倾角逐渐减小,对基坑整体稳定性的贡献先增大后减小;锚杆设置越低,增加预应力对基坑整体稳定性的贡献越大。通过实际基坑支护工程的数值模拟分析与施工过程监测结果的对比分析,验证了考虑预应力锚杆施工过程特点的复合土钉支护体系增量解析方法的合理性。
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城市级三维地质建模的统一地层序列方法
杜子纯, 刘镇, 明伟华, 王向东, 周翠英,
岩土力学. 2019 (S1):  259-266.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0393
摘要 ( 296 )   PDF(9880KB) ( 161 )  
三维地质建模是“智慧城市”建设的基础内容之一,涉及数百平方公里到数千平方公里的城市级地质范围。由于城市级地质范围跨越地质单元多、地质情况复杂,传统的三维地质建模方法对跨地质单元的地层连线考虑不足,常导致不同地质单元间的地层连线出现错误。针对该问题,提出一种基于地层沉积顺序的统一地层序列方法,进而识别钻孔分层中的缺失和倒转情况,将同一岩性中倒转与正常的情况加以区分,避免建模时的错误连线或插值。通过添加0厚度层,使所有钻孔的地层序列可完全一致,构建各钻孔分层间的对应关系,以降低不同地质单元间的地层连线错误率。通过讨论地层缺失、倒转、重复等特殊情况和实例验证,研究结果能够有效地对城市级三维建模中各种地质情况的连线问题做出明确的判断,减少在跨越地质单元多、地质情况复杂的城市级三维地质建模中的地层连线错误,为“智慧城市”建设提供底层支撑。
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单轴压缩与劈裂荷载下灰岩声发射b值特性研究
刘希灵, 刘周, 李夕兵, 韩梦思
岩土力学. 2019 (S1):  267-274.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2161
摘要 ( 357 )   PDF(9372KB) ( 188 )  
通过开展灰岩巴西劈裂和单轴压缩声发射试验,探讨两种加载方式下岩石破裂声发射b值特性及b值计算影响因素。结果表明,累积计算b值拟合度高,误差较小;步距为5 dB时不同门槛值下b值随时间变化的总体规律基本一致,选择5 dB的步距和40 dB的门槛值计算b值比较合理,能够降低非岩石破裂信号对b值变化的影响。由动态b值的波动程度可以看出,在劈裂荷载下灰岩损伤演化过程可分为3个阶段,即(0~40%)?c(?c为峰值强度)、(40%~90%)?c和(90%~100%)?c,而在单轴加载下可分为:(0~80%)?c和(80%~100%)?c两个阶段,且不同阶段岩石内部损伤的程度不同。在裂纹扩展阶段,相比单轴加载,劈裂荷载下动态b值增加较为稳定,但在整个破坏过程中劈裂荷载下动态b值波动更大,在单轴压缩和劈裂加载方式下b值的大小取决于灰岩破裂面上的结构性质及破裂模式。
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《工程岩体分级标准》中边坡工程岩体质量 指标计算方法的讨论
丁振杰, 郑俊, 吕庆, 邓建辉, 童孟胜,
岩土力学. 2019 (S1):  275-280.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1524
摘要 ( 646 )   PDF(5452KB) ( 305 )  
岩体质量等级指标是岩石边坡稳定性评价的基础,新修订的《工程岩体分级标准》增加了边坡工程岩体质量(QISERM)指标[BQ]的计算公式,包含一个反映边坡倾角与主要结构面倾角间关系影响的修正系数F3,其由结构面倾角与边坡坡面倾角之差确定。文中讨论了规范中F3的确定方法存在的缺陷,建议其取值改由结构面倾角与边坡坡面在结构面倾向方向上的视倾角之差来确定。通过13 357个算例的对比计算,统计了新标准取值方法和文中建议方法获得的边坡工程岩体质量指标[BQ]值之间的差值。结果表明,当主要结构面类型与延伸性修正系数? = 0.6时,差值在40以内,其中78.3% 的算例中差值小于5;当? = 1时,差值在60以内,其中有68.7%的算例中差值小于5。文中提出的方法相比新标准取值方法在理论上更完备,精度上更准确,可为边坡工程岩体质量指标计算提供参考。
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岩土工程研究
考虑地下水位升降影响的盾构施工诱发地层 变形和衬砌响应分析
张治国, 李胜楠, 张成平, 王志伟,
岩土力学. 2019 (S1):  281-296.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1808
摘要 ( 367 )   PDF(18494KB) ( 169 )  
盾构隧道施工时遭遇地下水位急剧变化会明显增大施工风险,既有成果较少考虑地下水位升降给盾构隧道施工带来的影响,也较少针对隧道衬砌本身变形和应力进行分析。在考虑盾构隧道施工时地下水位变化的情况下引入隧道洞周的非均匀收敛变形模式,采用复变函数法理论,提出地下水位升降影响下盾构隧道开挖引起的周围地层、衬砌变形和应力的计算方法。将理论解析结果与数值模拟结果进行对比,验证了所提出方法的可靠性,并针对衬砌厚度、隧道半径、地下水位深度等参数进行了敏感性分析。研究结果表明,衬砌的径向位移形态基本呈现“苹果把”朝上的“苹果”形;随着地下水位的下降径向位移由“鸭蛋”形逐渐向“苹果”形过渡,且“苹果”形越来越明显;衬砌的环向位移基本形态呈倾斜的“苹果”形,随着地下水位的下降倾斜的“苹果”形范围逐渐变大;径向应力的分布在衬砌厚度、隧道半径的影响下呈现出相同的增减变化规律,且随着上述两个参数逐渐增大,径向应力分布由水平放置的“鸭蛋”逐渐变化成水平放置的“ ”字形,随着地下水位的下降径向应力形态逐渐向中心收缩;衬砌环向应力随着衬砌厚度的增大,应力略微减小,随着隧道半径的增大衬砌环向应力明显减小,随着地下水位的下降环向应力分布形态由竖立放置的“鸭蛋”形逐渐变化为竖立放置的“8”字形;衬砌切向应力在衬砌厚度、隧道半径的影响下呈现相同的增减变化规律,且切向应力分布呈现“苹果把”朝下的“苹果”形。研究成果可为地下水位变化明显的盾构施工控制提供参考。
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SH材料加固夯筑遗址土耐久性试验及机理研究
和法国, 吕燃, 粟华忠, 周瑾, 张景科, 王南,
岩土力学. 2019 (S1):  297-307.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1415
摘要 ( 261 )   PDF(13281KB) ( 124 )  
以添加SH材料加固的明长城古浪段夯筑遗址土为研究对象,对其重塑样进行紫外老化试验、冻融循环试验及耐盐、耐碱试验,研究其力学强度特征及耐久性能,并采用扫描电镜(SEM)、EDS能谱分析以及粒度分析研究SH材料加固夯筑遗址土的机理。试验结果表明,经紫外老化的SH固化后试样的无侧限抗压强度随老化时间增长呈先增后降,SH含量高的试样强度呈一直增长的趋势;随着冻融循环次数的增加,试样的无侧限抗压强度逐渐降低,质量损失率逐渐增加,其中SH固含量为0.8%的试样表现出极好的耐冻性能;相比素土,加固后的试样耐盐、耐碱性能明显有所提高。由机理分析得出,SH材料主要通过团聚、氢键、架桥和包裹等作用使土颗粒排列紧密、增强连接性,提高了遗址土的各种性能;SH材料加固夯筑遗址土具有良好的耐久性能。
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基于机器学习与可靠度算法的围岩动态分级方法 及其工程应用
郑 帅, 姜谙男, 张峰瑞, 张勇, 申发义, 姜旭东、
岩土力学. 2019 (S1):  308-318.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2063
摘要 ( 391 )   PDF(13147KB) ( 220 )  
为了实现公路隧道建设过程中掌子面前方围岩质量的准确、快速评价,在传统岩体分级BQ方法基础上,基于机器学习与可靠度算法提出了一种隧道施工过程中围岩动态分级方法。机器学习工具选取为最小二乘支持向量机(LSSVM),并通过细菌觅食算法(BFOA)对其参数进行优化选取,以此构建分级指标组与围岩级别之间的非线性映射关系,其中分级指标组是由地质超前预报结果、掌子面强度回弹值等易于在施工过程中获取的参数形成。而且对于某些分级指标获取过程中可能存在的随机性问题,引入可靠度理论加以修正,通过机器学习结果构建可靠度计算的功能函数,最终得出具有概率意义的围岩分级结果。将所述方法应用于甄峰岭隧道现场,根据计算结果对部分区段进行了设计变更,通过自动化监测数据证明了变更方案的适用性。结果表明,所述分级方法可有效实现施工过程中围岩动态分级计算,为隧道建设的动态设计过程提供了一种新思路。
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基于T-S模糊故障树的钻爆法施工隧道 坍塌可能性评价
陈舞, 张国华, 王浩, 钟国强, 王成汤,
岩土力学. 2019 (S1):  319-328.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1712
摘要 ( 360 )   PDF(8685KB) ( 110 )  
针对钻爆法施工隧道施工过程复杂、风险影响因素多、坍塌事故率高,且传统故障树分析方法的应用受概率和精确与或关系的限制以及事件状态只考虑“二态性”的问题,为降低施工风险和预防提供决策依据,提出一种基于T-S模糊故障树的钻爆法施工隧道坍塌可能性评价方法。该方法将模糊数和T-S模糊门引入到故障树分析中,用T-S模糊门代替传统逻辑门描述事件之间的联系,体现出系统故障机制和事件联系的模糊性,同时降低了故障树的建立难度。用模糊数描述各底事件的故障概率和故障程度,克服了传统故障树过度依赖精确故障概率以及不能考虑事件故障状态对系统影响的问题,该方法不仅实现了用底事件的先验模糊可能性和施工中实际故障状态两种不同的方式计算隧道坍塌可能性,而且可以根据底事件重要度分析结果指导风险控制工作。对两个工程实例进行了分析,应用结果表明,所提出的方法相比传统故障树更加符合工程实际,能够更加科学、合理地评价隧道坍塌的可能性以及确定关键致险因子,可作为隧道施工安全风险分析和管理的决策工具。
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三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征
闫国强, 殷跃平, 黄波林, 张枝华, 代贞伟,
岩土力学. 2019 (S1):  329-340.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0527
摘要 ( 358 )   PDF(29131KB) ( 293 )  
三峡库区新城区迁建多采用就地后靠方式,工程扰动叠加强降雨往往诱发滑坡失稳。基于重庆巫山江东小区金鸡岭滑坡,对其影响因素和成因机制进行探讨。工程扰动不仅是传统认为的后缘加载、前缘削脚作用,更重要的是坡体表层土方堆填阻断了滑坡体地表水泄流通道,使地表水向地下水转化。强降雨作用下滑坡体内地下水位明显升高,导致金鸡岭滑坡2018年8月1日前后发生较大变形。采取降水井抽排地下水等应急处置后,滑坡变形明显趋缓,可见工程扰动导致的地下水升高是该滑坡诱发的关键因素。数值模拟表明,工程扰动后稳定系数明显降低,对应堆填区渗流场变化明显,渗流加剧,孔隙水压力、水力梯度、总水头上升,结合达西定律与有效应力原理可知渗透力增加,抗剪强度削弱,诱发滑坡变形。
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基于数值模拟的湿润锋前进法测量精度分析
刘丽, 吴羊, 陈立宏, 刘建坤,
岩土力学. 2019 (S1):  341-349.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0357
摘要 ( 459 )   PDF(8681KB) ( 133 )  
非饱和土的渗透系数函数测量难度大、耗时长,湿润锋前法(WFM)可在短时间内测得渗透系数函数(HF),但依赖肉眼识别的湿润锋,存在一定的局限性,且该方法的测量精度尚不明确,有待验证。文中针对湿润锋前进法进行研究,探讨初始含水率、湿润锋阀值、降雨入渗速率、传感器位置等因素对湿润锋前进法的测量精度的影响。采用Seep/W软件模拟均质土柱的入渗过程,分析湿润锋前进法数据,计算土体的渗透系数,将其和输入的渗透系数(可认为是真实解)进行比较,对湿润锋前进法的计算精度进行评估,并讨论误差的来源。分析结果表明,湿润锋前进法能够获得比较精确的计算结果;使用湿润锋特征含水率计算湿润锋前进速率,突破了原始湿润锋前进法存在“肉眼观察”的局限性,大大拓展了该方法的适用性;传感器间距对湿润锋前进法渗透系数函数计算精度没有直接影响;初始含水率越低,降雨入渗速率越大,渗透系数函数范围跨度越大。基于文中的分析结果,对湿润锋前进法的试验设计时,建议采用30~50 cm的土柱进行试验,传感器的数量建议为3~4,可以采用任意初始含水率进行试验接近干燥更好,为避免表面积水,建议降雨强度小于饱和渗透系数。
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基于随机块石模型的土石混合边坡稳定性 分析方法研究
刘顺青, 黄献文, 周爱兆, 蔡国军, 姜朋明,
岩土力学. 2019 (S1):  350-358.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1304
摘要 ( 316 )   PDF(8136KB) ( 163 )  
为了准确地分析土石混合边坡的稳定性,克服传统有限元方法分析土石混合边坡的不足,提出一种考虑块石随机分布及含量的土石混合边坡稳定性分析方法。该方法根据土石混合边坡中的块石含量及级配,随机生成了含石率从10%~60%的土石混合体模型,每种含石率均考虑8种不同的块石分布位置,最后将生成的模型导入到OPTUM G2中建立土石混合边坡模型,采用有限元极限分析法对土石混合边坡的稳定性进行了分析,并将计算结果与采用两种等效强度参数模型所得的结果进行对比分析。研究结果表明,由于块石空间分布位置的不同,相同含石率下土石混合边坡的最大、最小下、上限安全系数变化较大;土石混合边坡坡体中的塑性区不再是圆弧型,而是呈现出“绕石”、“分流”和“包含”三种典型的扩展模式;采用两种等效强度参数模型与随机块石模型所得的边坡安全系数存在较大差异。研究成果可为土石混合边坡的设计及施工提供参考依据。
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直剪剪切速率对钙质砂强度及变形特征的影响
柴 维, 龙志林, 旷杜敏, 陈佳敏, 闫超萍
岩土力学. 2019 (S1):  359-366.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2311
摘要 ( 300 )   PDF(7591KB) ( 189 )  
为深入研究剪切速率对钙质砂强度和变形特征的影响,对钙质干砂进行不同剪切速率条件下的直剪试验。研究结果表明,随剪切速率从0.1 mm/min增至2.4 mm/min时钙质砂抗剪强度先减小后增大,其内摩擦角亦呈现出先减小后增大趋势,临界剪切速率为1.6 mm/min;低法向应力条件下钙质砂试样随剪切速率的增加更易于呈现剪胀现象,高法向应力条件下剪切速率从0.1 mm/min增长至1.6 mm/min时试样整体剪缩量逐渐减小;当剪切速率继续从1.6 mm/min增长至2.4 mm/min时试样最大剪缩量逐渐增加;不同法向应力水平条件下钙质砂加载速率效应的细观机制不同,较低应力水平条件下钙质砂加载速率效应主要由试样内部颗粒错动、换位、重新排列引起,在较高应力水平条件下钙质砂加载速率效应主要由颗粒破碎引起。
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地下盐穴储气库泄漏原因及防治措施研究
陈祥胜, 李银平, 施锡林, 叶良良, 杨春和,
岩土力学. 2019 (S1):  367-373.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0005
摘要 ( 831 )   PDF(7862KB) ( 205 )  
良好的密闭性能是盐穴储气库安全运营的基本前提,但地质赋存条件复杂、建库实践不足、理论体系不完备等均会导致盐腔遭遇各类泄漏风险。根据国内外的工程实践及事故统计,再结合盐穴储库特有的工程地质条件和运行工况,总结出三大泄漏因素(地质因素、工程因素、人为失误)和4种泄漏类型。地下盐穴储气库潜在的泄漏类型有夹层密闭性不足引起的气体近水平漏失、盖层被突破失效致使气体上窜、井筒完整性不足致使气体逃逸、夹层与断层连通致使气体流向断层。最终,依据各自的泄漏特征提出了相应的预防处置措施,以防止气体泄漏事故的发生和大范围的蔓延。由于我国盐穴储库的发展暂时处于上升期,研究结果对深部盐穴储气库的安全建设具有一定的借鉴和指导意义。
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基于改进遗传算法的岩体结构面产状聚类分析
崔学杰, 晏鄂川, 陈 武
岩土力学. 2019 (S1):  374-380.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1882
摘要 ( 297 )   PDF(5373KB) ( 141 )  
根据产状对结构面进行分组是研究岩体结构的重要环节。传统分组方法通常需要依靠地质经验,缺乏客观性,而现有的聚类方法也存在一些缺陷。基于变长度字符串遗传算法,提出了一种改进的K均值算法,实现了岩体结构面产状的自动聚类。该方法的核心思想是使用遗传算法为K均值算法选择恰当的聚类中心,克服了K均值(K-means)算法受初始聚类中心影响,易收敛于局部最优解的缺陷。由于使用了变长度字符串,该方法能够在聚类过程中自动确定最佳结构面组数,同时提供最优的分组结果。针对产状数据,提出了一种新的变异方法,该方法利用C++语言实现,并被应用于浙江省某地下水封洞库结构面产状数据的分析,得到较为合理的分组结果,证明了该方法的有效性。
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珊瑚礁地层中PHC桩原位静载试验研究
秦伟, 戴国亮, 马李志, 裴铭海, 王磊, 朱光耀, 高博,
岩土力学. 2019 (S1):  381-389.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0149
摘要 ( 345 )   PDF(12349KB) ( 159 )  
珊瑚地层是钙质砂和礁灰岩的统称。在珊瑚地层中开展预应力高强度混凝土管桩(PHC桩)的原位堆载测试,分析了桩?珊瑚地质的相互作用规律。采用光纤光栅传感技术采集加载过程中的试桩桩身应变,由计算获取桩身轴力,分析加载过程中珊瑚地层中PHC桩基础的承载特性。试验结果表明,(1)桩?土响应处于线弹性阶段;(2)桩的承载发挥状态与入土深度显著相关,且入土深度超过15倍桩径时桩端阻力发挥峰值;(3)桩的安装方式几乎不影响其在珊瑚地层中的承载性能,但贯入能量的大小则显著影响;(4)入土深度和贯入能量的大小,影响珊瑚地质的破碎程度,颗粒破碎显著影响珊瑚地质中桩的承载发挥特性。通过原位测试可知在珊瑚地质中在贯入深度在15倍桩径以内,入土深度与桩端阻力正相关,与桩侧摩阻力反相关。
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基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感 效应预测研究
旷杜敏, 龙志林, 周益春, 闫超萍, 陈佳敏,
岩土力学. 2019 (S1):  390-399.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0345
摘要 ( 259 )   PDF(10063KB) ( 130 )  
为建立针对岩土类胶结材料的微观特征?加载速率?宏观响应之间的对应关系,基于离散单元法,通过施加平行胶结模型模拟胶结材料物理力学特征,并进行不同微观参数(胶结数目、胶结黏聚力、胶结杨氏模量、胶结内摩擦角、孔隙比)以及不同加载速率(1、0.1、0.01、0.002 mm/min)条件下的三轴不排水数值试验。以残余强度、峰值强度及其对应的轴向应变3个参量为基础,探讨不同微观参数条件下的加载速率效应特征。在数值试验结果基础上,采用BP神经网络算法建立胶结材料率效应预测的智能模型。研究结果表明, (1) 胶结材料具有显著的速率敏感性特征,其峰值强度随加载速率的增加显著增加,呈半对数线性相关,但其残余强度以及峰值强度处的轴向应变对加载速率敏感性较弱;(2) 胶结材料对加载速率敏性的特征主要由其内部胶结破碎引起,剪切全过程中单位应变内的平均胶结破碎率变化趋势与偏应力变化趋势一致,随着加载速率的增加,其内部平均胶结破碎率呈现增加趋势;(3) 所建立的BP神经网络模型充分考虑了微观参数以及加载速率对宏观特性的影响,能较好地反映胶结材料对加载速率敏感效应特征,相对误差在10%左右。
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岩土工程最小勘探数据量确定方法
田密, 盛小涛,
岩土力学. 2019 (S1):  400-408.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0618
摘要 ( 304 )   PDF(7821KB) ( 136 )  
准确地确定岩土设计参数统计特征值诸如均值、标准差是岩土工程可靠度分析与设计的重要前提。在满足岩土设计参数统计特征值计算精度条件下,文中提出了岩土工程最小勘探数据量的确定方法,定义了相对误差和相对变异性指标衡量岩土设计参数统计特征值计算准确性。系统地分析了静力触探试验数据量对砂土有效内摩擦角统计特征值计算精度的影响,并且根据相对误差和相对变异性指标确定了静力触探最小勘探数据量。研究结果表明,由静力触探试验间接估计砂土有效内摩擦角时均值相对误差较低,砂土有效内摩擦角相对变异性指标随静力触探试验数据量的增加而降低,即由认知不足引起的不确定性占总变异性的比值随静力触探试验数据量的增加而减小;当砂土有效内摩擦角容许相对变异性指标小于0.2时砂土有效内摩擦角在最大变异(COV=20%)与最小变异性(COV=5%)范围内,满足预定要求所需的最小静力触探试验数据量为10~100;若容许相对变异性指标小于0.3,所需的最小静力触探试验数据量为5~43。此外,间接估计岩土设计参数时经验回归模型不确定性对最小勘探数据量有显著影响。静力触探试验最小勘探数据量随经验回归模型不确定性的增大而增加,在确定岩土设计参数统计特征值时应尽量广泛收集勘探数据并选择精度较高的计算模型。
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南水北调渠坡膨胀土胀缩特性及变形模型研究
刘祖强, 罗红明, 郑敏, 施云江,
岩土力学. 2019 (S1):  409-414.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2101
摘要 ( 402 )   PDF(5792KB) ( 150 )  
南水北调工程膨胀土渠坡变形受大气降雨、蒸发等干湿循环作用较为显著,揭示渠顶膨胀土在干湿循环作用下的胀缩变形和垂直位移变形特征,可为渠坡的稳定性评价与处治方案提供依据。利用膨胀土室内胀缩特性试验结果,结合垂直位移量、含水率、降雨量、蒸发量和气温监测等现场观测数据,分析渠顶位移量和影响因子间关联度,建立了干湿循环作用下渠顶膨胀土的竖向变形模型。研究结果表明,以含水率、降雨量、蒸发量等构成的胀缩因子与渠顶垂直位移呈负相关关系,胀缩因子引起垂直位移分量较小;温度因子与渠顶垂直位移呈正相关关系,对渠顶垂直变形有较大影响,是影响渠顶变形的主要因素;渠坡开挖(时效因子)在施工初期对渠顶垂直变形有一定的影响,开挖完成后对渠顶垂直变形影响甚微。
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基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析
丁智, 张霄, 金杰克, 王立忠,
岩土力学. 2019 (S1):  415-423.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0190
摘要 ( 327 )   PDF(11010KB) ( 256 )  
根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。
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不同砂−膨润土垂直防渗墙填筑土料的掺量研究
徐浩青, 周爱兆, 姜朋明, 刘顺青, 宋苗苗, 陈亮,
岩土力学. 2019 (S1):  424-430.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0244
摘要 ( 407 )   PDF(7437KB) ( 129 )  
土?膨润土垂直防渗墙在美国已广泛应用于城市卫生填埋场中,我国的工程中则应用较少。由国产膨润土与原地层土混合在自重应力作用下固结形成的防渗墙,其渗透性、孔隙和压缩性如何受膨润土掺量的影响,针对该一问题,使用福建标准砂模拟原地层,以3种典型膨润土作为混合料,在各掺量下对砂?膨润土填筑土料开展改进柔性壁渗透试验固结试验,研究不同膨润土掺量对填筑料渗透系数k、孔隙率n与压缩系数av影响。结果表明,膨润土和砂形成防渗墙时存在一个对应最小n和av的最优掺量Copt,当膨润土掺量小于等于Copt时,随着掺量增加,填筑料k下降很快,av缓慢减小;当掺量大于Copt后,随掺量上升,k降低速度趋缓,av快速地升高。理论上,膨润土掺入较少时黏土颗粒仅填充砂粒间的孔隙而不影响砂粒堆积,掺量达到一定程度后膨润土使砂粒彼此分离,悬浮在其中,填筑料的孔隙率随掺量而增大,可能是宏观上造成最优掺量产生的主要原因。
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数值分析
宏细观缺陷对岩体力学特性及边坡稳定影响研究
刘红岩
岩土力学. 2019 (S1):  431-439.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.0458
摘要 ( 340 )   PDF(9955KB) ( 185 )  
岩体是同时含有宏、细观缺陷的天然损伤地质体,如何更好地反映该两类缺陷对岩体力学特性的共同影响是亟待解决的一个重点和难点问题。采用FLAC3D中的弹脆性模型和Null模型分别描述完整岩石和上述两类缺陷的力学行为,用超细单元剖分计算模型的方法模拟岩体破坏,同时提出一个利用岩石孔隙率反映细观缺陷的新方法,研究细观缺陷即岩石孔隙率、裂隙倾角及长度等对裂隙岩体力学特性的影响。利用该方法研究了上述两类缺陷对岩质边坡临界滑面(CFS)及安全系数(FS)的影响。结果表明,宏观缺陷对岩体单轴压缩破坏模式、峰值强度和弹性模量起控制作用,同时控制岩质边坡的破坏模式和安全系数;尽管细观缺陷并不能改变宏观缺陷对岩体力学行为的控制作用,但其对这种控制作用将产生一定影响,宏细观缺陷以不同的作用机制对岩体力学特性产生影响。
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大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力分布特性研究
叶观宝, 郑文强, 张 振,
岩土力学. 2019 (S1):  440-448.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0206
摘要 ( 444 )   PDF(7816KB) ( 187 )  
中国大面积场地形成工程日益增多,在缓解土地供求矛盾的同时也带来了诸多工程问题,如场地大面积沉降会造成桩基负摩阻力增加,影响桩基安全性,但针对大面积填土场地中桩基负摩阻力研究成果较少。结合某现场试验,建立了单桩有限元分析模型,与实测数据对比验证模型的合理性。基于验证后的数值分析模型,研究了大面积填土场地工程中填土天然重度及厚度、桩顶和地表荷载及场地形成时间对摩擦型桩下拉荷载和中性点的影响。结果表明,填土厚度和桩顶荷载的变化显著影响中性点的位置;填土的天然重度和厚度越大,下拉荷载越大;场地固结时间越长,下拉荷载越小;减小桩顶荷载和增加地表堆载会增大下拉荷载。敏感度分析表明,相比荷载因素,场地形成因素对下拉荷载及桩顶沉降影响更为显著。最后,结合国内外规范讨论了考虑大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力计算方法的适用性。研究结果对大面积填土场地摩擦型桩设计具有参考价值。
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不同煤岩介质模型的波场特征研究
陈栋, 王恩元, 李楠,
岩土力学. 2019 (S1):  449-458.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1923
摘要 ( 200 )   PDF(11858KB) ( 107 )  
准确和形象地分析煤矿微地震波在不同介质中的传播规律,能够为煤矿主动地震勘探以及反演煤矿不同区域内部介质结构提供有效的理论依据。基于二维介质模型,以煤矿典型的煤、岩单一均匀介质模型、煤岩组合多层介质模型、含断层煤岩介质模型以及含水煤岩双相介质模型为例,利用高阶有限差分法对不同煤岩介质进行了波场模拟,分析不同介质的波场特征。研究结果表明,高阶有限差分法可以准确、形象地得到煤岩不同介质条件下的纵横波的波场特征;不同介质模型的波场特征各不相同,在多层煤岩介质中不同介质的分界面会发生纵横波的反射、透射和转换,产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波;在含断层煤岩介质中断层处不仅可以产生透射波、透射转换波、反射波和反射转换波,还可以发生绕射产生绕射波;在含水煤岩双相介质中不仅有快纵波和横波,也会产生慢纵波。不同时刻的波场快照可以进一步形象地描述波场动态特征,都为矿山微震波场分析打下了理论基础。
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卸荷条件下花岗岩力学特性分析
金爱兵, 刘佳伟, 赵怡晴, 王本鑫, 孙浩, 魏余栋,
岩土力学. 2019 (S1):  459-467.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1920
摘要 ( 303 )   PDF(10991KB) ( 137 )  
岩体工程中的开挖会不可避免地与岩体卸荷相关联。以花岗岩为试验材料,通过室内试验研究线性卸荷条件下花岗岩的破裂特征,其表现为径向快速扩容及塑性特征的增强。在室内试验的基础上,基于PFC(particle flow code)颗粒流程序,采用平节理模型FJM(flat joint model)模拟花岗岩卸荷条件下的力学特性。鉴于实际工程中岩体的开挖大部分为非线性卸荷,文中运用一种新的“应力/时步”卸荷方式,能够方便地完成非线性卸荷的模拟。数值模拟结果表明,在加轴压卸围压的条件下花岗岩试样损伤严重,承载能力急剧下降,无残余强度,随着初始围压的增加,破坏形式由劈裂过渡为剪切破坏,卸荷速度越快,裂纹扩展越慢。研究结果可为岩石卸荷条件下的力学行为分析以及实际工程提供借鉴。
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考虑张拉-剪切渐进破坏的边坡矢量和法研究
王伟, 陈国庆, 郑水全, 张广泽, 王栋,
岩土力学. 2019 (S1):  468-476.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1951
摘要 ( 217 )   PDF(8553KB) ( 139 )  
针对边坡渐进破坏过程中岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想塑性模型,提出一种考虑张拉?剪切渐进破坏的边坡矢量和分析方法。从安全系数表达式与最危险滑动面搜索两方面进行研究,首先基于滑动和力的矢量特性,改进矢量和法滑动趋势与安全系数表达式,进而基于改进自适应遗传算法搜索边坡最危险滑动面。算例表明,采用应变软化模型时的矢量和法安全系数与最危险滑动面形态具有动态变化与调整的特性。该基于张拉-剪切应变软化模型的计算方法进一步扩展了边坡矢量和分析法。
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基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟
韩征, 粟滨, 李艳鸽, 王伟, 王卫东, 黄健陵, 陈光齐,
岩土力学. 2019 (S1):  477-485.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2083
摘要 ( 832 )   PDF(10000KB) ( 340 )  
本构模型是描述泥石流流变特性的关键,也是决定其动力过程数值模拟准确性的核心问题之一。泥石流流体属多相混合物,现有的研究已证实其存在剪切增稠或剪切变稀的现象,传统基于Bingham及Cross线性本构关系的数值模型难以准确描述泥石流流变特性。文中探讨了Bingham模型在低剪应变率下的数值发散问题,在光滑粒子流体动力学(SPH)方法框架上建立了整合Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP)本构关系的稀性泥石流动力过程三维数值模型。相比传统基于浅水波假设的二维数值模型,所述方法从三维尺度建立SPH形式下的泥石流浆体纳维?斯托克斯方程并进行数值求解,可获取泥石流速度场时空分布及堆积形态,同时采用HBP本构关系描述泥石流流变特性,能在确保数值收敛的前提下反映泥石流流体在塑性屈服过渡段及大变形状态下应力?应变的非线性变化。为验证提出方法的合理性,结合小型模型槽实验观测进行了对比,结果表明数值模拟与实测结果基本吻合。
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复杂环境中大规模桩筏基础的优化设计方法研究
谢芸菲, 迟世春, 周雄雄,
岩土力学. 2019 (S1):  486-493.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0693
摘要 ( 244 )   PDF(8115KB) ( 121 )  
变刚度优化设计对于复杂环境中的大规模桩筏基础始终是一个重要难题。基于有限元分析提出一种两阶段优化设计方法,该方法首先根据传统均匀布桩方案的桩顶应力分布对群桩进行分区,然后依据每个子区域桩顶应力之间的关系确定基桩数量调整系数,最后通过调整桩间距来改变各子区域的基桩数量,从而实现变刚度优化设计。运用该方法对多层土体中承担非均匀上部结构荷载的大规模桩筏基础进行变刚度优化设计,计算结果表明优化设计后筏板的差异沉降、平均整体弯矩和群桩顶部的差异应力均显著降低。该方法计算简单,应用范围广,且不受复杂土层条件、非均匀上部结构荷载以及桩基础规模大小形状的限制。
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基于粒子群优化算法的未知波速声发射 定位数值模
杨道学, 赵奎, 曾鹏, 卓毓龙,
岩土力学. 2019 (S1):  494-502.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2026
摘要 ( 256 )   PDF(8963KB) ( 124 )  
针对岩石力学试验中基于时差定位算法中声发射定位精度受岩石波速等诸多因素的影响问题,提出基于粒子群优化的未知波速声发射定位算法。该算法将岩石波速作为未知值,根据拾取到的时差建立基于最小二乘法原理的目标函数,利用粒子群优化算法,求解目标函数,寻得目标位置和波速。权重系数是影响该算法精度及其稳定性的重要因素,首先通过数值试验模型确定最优权重系数为0.729 8,可以满足算法精度及其稳定性。数值仿真结果表明,由选取的权重系数最后计算精度高于传统已知波速算法。为验证该算法的实际应用效果,进行断铅试验,结果表明该算法优于传统已知波速算法。
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堆石料单颗粒劈裂试验破碎强度随机性与 尺寸效应的三维离散元模拟
周梦佳, 温彦锋, 邓刚, 王蕴嘉, 宋二祥,
岩土力学. 2019 (S1):  503-510.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1678
摘要 ( 385 )   PDF(10064KB) ( 144 )  
堆石单颗粒形状不规则,强度随机且存在尺寸效应,开发堆石颗粒模型是开展堆石料颗粒流室内数值试验的基础。文中提出一种随机裂缝模型,并对模型参数的设置进行分析讨论,模型在合理的参数设置的情况下能反映真实堆石颗粒的脆性劈裂、强度随机性Weibull分布、强度尺寸效应,是深入开展筑坝材料破碎及缩尺效应颗粒流模拟分析的前提。单颗粒数值试验表明,颗粒形状对破碎模式影响显著;在相同岩性材质和裂缝分布情况下形状对颗粒强度影响较大;颗粒越不规则,其强度离散性越大。
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基于改进局部安全度的爆破作用边坡稳定性分析
姜谙男, 张权, 吴洪涛, 段龙梅, 焦明伟, 白涛,
岩土力学. 2019 (S1):  511-518.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0207
摘要 ( 234 )   PDF(8670KB) ( 112 )  
由于边坡滑动是渐进破坏的过程,研究其局部安全程度有重要意义。建立了改进的局部安全度(ZSI)计算方法,可统一表征局部岩土体弹性、塑性和破坏不同阶段的稳定状态,通过静力边坡的离心加载数值试验分析,验证了ZSI指标有效性。对爆破影响的边坡进行时程动力数值模拟,获得了不同爆破参数下边坡局部安全指标分布模式。结果表明,随着爆破荷载幅值、孔隙水压和荷载作用时间的增加,ZSI的负值区域逐渐增大,滑动面也不断延伸和贯通;振速增大区局部集中在滑动体,破坏区域主要集中在爆源附近和滑动面;爆破作用下孔隙水压对边坡滑动面破坏影响最为明显,而爆破作用时间对边坡爆源附近破坏影响最为明显。文中研究方法和结论对于深入认识爆破作用边坡的渐进破坏机制有积极的意义。
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根系和裂隙对土体水力和力学特性影响数值模拟
吴美苏, 周成, 王林, 谭昌明,
岩土力学. 2019 (S1):  519-526.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1728
摘要 ( 442 )   PDF(8637KB) ( 157 )  
为探究根系和裂隙对土体水力及力学特性的影响,利用有限元软件计算降雨过程中裂隙和根土间隙对渗流场的影响,并以渗流计算结果为基础,分析降雨对根系固土作用的影响,采用分区强度折减法对降雨前后根?土复合体进行直剪试验模拟,同时考虑了侧根倾角的影响。结果表明,裂隙和根土间隙为雨水入渗提供优先通道,降雨影响深度随裂隙深度增加而增加;有根系时降雨影响深度由主根深度决定,侧根倾角对其影响较小,考虑根土间隙影响的降雨影响深度相较于无根系工况增加了93.3%;根系能显著提高土体的抗剪强度,相对于垂直主根方向的不同倾角,侧根增加土体抗剪强度由大至小依次为60o、45o、30o侧根和无根系;雨水入渗降低了土体强度,同时削弱了根系固土作用,使得降雨后根-土复合体抗剪强度大幅降低,是许多植被覆盖边坡仍发生浅层滑动原因之一。
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不同夯点布置形式下群夯加固效果研究
窦锦钟, 邵雪莹, 廖晨聪, 陈锦剑,
岩土力学. 2019 (S1):  527-534.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0262
摘要 ( 327 )   PDF(9471KB) ( 120 )  
强夯作为一种高效的地基加固技术已被广泛地应用于各类工程建设中,针对强夯的理论研究主要集中于单点夯作用下的土体响应方面,对群夯作用下相邻夯点的相互作用研究较少。为研究不同夯点布置形式对强夯加固效果的影响,在LS-DYNA的框架内,采用非线性大变形显式有限元算法和“帽子”本构模型计算了强夯作用下土体的压密程度。首先,基于单点夯试验,通过夯周土体侧向位移的数值计算结果与实测数据的对比,验证了模型的合理性。在该基础上对菱形、正方形两种常见夯点布置形式下的强夯施工过程进行了数值模拟,研究不同夯点布置形式对强夯过程中土体压密程度的影响。结果表明,夯点间土体同时受相邻夯点的影响,临近后期夯点的一侧土体的加固效果要优于临近先期夯点的一侧;夯点按菱形布置(等边三角形)时土体的加固效果要优于夯点按正方形布置(等腰直角三角形)。此外,夯坑深度、有效加固深度可以将强夯影响深度以内的土体划分为土体剪胀区、强加固区和轻微扰动区三部分。
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岩质边坡动态开挖模拟的复合单元模型
吴锦亮, 何吉,
岩土力学. 2019 (S1):  535-540.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2131
摘要 ( 225 )   PDF(5069KB) ( 135 )  
复合单元法是一种具有高效建模能力的数值模拟方法,适合用于岩质边坡的动态设计,能够实现模型中结构面、加固措施和开挖面三部分的快速调整。目前复合单元法已经完成对结构面和加固措施的模拟,但还未实现对开挖面及开挖过程的模拟。针对该问题,借鉴复合单元法中结构面模拟的方法,同时结合新的开挖算法,建立了复合单元开挖模型,并使用FORTRAN语言编制了相应的程序。基于边坡开挖算例,与有限元结果的对比,验证新方法的可行性。
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基于能量跟踪法研究岩石破碎 对滚石运动轨迹的影响
许婧璟, 唐旭海, 刘泉声, 冯禹菲
岩土力学. 2019 (S1):  541-548.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2334
摘要 ( 286 )   PDF(8349KB) ( 138 )  
首次采用能量跟踪法(energy tracking method, ETM)研究岩石破碎对边坡滚石运动轨迹的影响。能量跟踪法是在冲量法的基础上发展多点能量守恒算法,提高了计算精度。相比于传统罚函数法,冲量法的优点在于:无需试算确定罚参数取值,减少了模拟计算量;能量跟踪法是解析解和数值解耦合算法,极大提高了计算速度。与传统的序列冲量法和同步冲量法相比,由于能量跟踪法能够模拟碰撞过程中多接触点之间的能量传递,可有效地和准确地模拟数千个碰撞体之间的高频碰撞。运用Weibull分布的破裂模式识别仿真法模拟滚石在下落过程中的破裂过程,并用于预测滚石运动轨迹。结果表明,(1)ETM能够合理地模拟三维边坡滚石运动轨迹;(2)当考虑岩石破碎效应时滚石碎块运动轨迹较之未考虑破碎时发生明显改变,水平侧向位移显著增加,需扩大边坡设计防护范围。研究成果验证了ETM和破裂模式识别仿真法在模拟滚石运动过程中的有效性,为研究滚石灾害的影响范围提供了有效的模拟工具。
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测试技术
基于钻孔形态分析的地应力测量方法研究
王川婴, 王益腾, 韩增强, 汪进超, 邹先坚, 胡胜,
岩土力学. 2019 (S1):  549-556.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1926
摘要 ( 382 )   PDF(6627KB) ( 188 )  
地应力作用下的钻孔孔壁会发生一定程度的变形,导致钻孔横截面形状会发生变化,变形后的钻孔几何形态也反映了钻孔受力状态。在经典岩石力学理论的基础上,研究钻孔在平面二维应力作用下的几何形态,建立应力与变形后圆孔几何参数的关系,实现基于钻孔椭圆参数的应力解算,并提出钻孔椭圆参数的测量方法和测量技术,形成一种新的基于钻孔形态分析的地应力测量方法。结果表明,(1)在平面二维应力作用下圆孔变形后的几何形态为椭圆,推导了椭圆参数与应力的关系表达式;(2)利用3个不同方向的孔径值可以实现椭圆参数的解算,研发触头式显微光学孔径测量技术,实现了钻孔形态的测量,从原理上分析了技术实现的可行性,并就该技术进行地应力测量过程中可能存在的问题进行了探讨;(3)通过室内模拟试验,验证了技术原理的可行性,并通过误差分析和实例计算对该方法测量结果的准确性进行了讨论。
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基于超声波合成孔径技术的钻孔成像方法
汪进超, 陶东新, 黄燕庆, 王川婴, 韩增强, 胡胜,
岩土力学. 2019 (S1):  557-564.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0022
摘要 ( 436 )   PDF(7997KB) ( 2989 )  
随着地下空间开发的深入,钻孔岩壁上特殊区域的重视程度越来越高,为了克服传统超声波钻孔成像技术分辨率低的不足,提出一种基于超声波合成孔径技术的钻孔成像方法,提高钻孔图像的分辨率和图像质量。采用高分辨率的合成孔径SAFT成像技术综合处理大量的断面扫描回波信号,达到增强反射信号和抑制干扰信号的目的,使对应的岩壁特征区域回波更加突显,在该基础上提取出扫描断面回波信号的声幅和声时参数。综合声幅和声速参数的特征,提出了基于相关性的超声波钻孔图像重建原则,选择合适的成像数据点,在叠加不同深度的探测数据后形成了关注区域更加明显的钻孔重建图像。将该方法应用到了实际工程中,验证了该方法的可行性和准确性。
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基于振动台试验的加速度积分位移方法可靠性研究
王体强, 王永志, 袁晓铭, 汤兆光, 王海, 段雪锋
岩土力学. 2019 (S1):  565-573.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0047
摘要 ( 346 )   PDF(10214KB) ( 147 )  
土体应变变形是土工测试技术的重要难题之一,加速度积分位移是目前动荷载下原位监测和模型试验中认识土体剪应变响应的一种普遍方法,但缺乏验证与可靠性研究。设计砂质边坡?摇臂?质量块振动台模型试验,实测两地震荷载下多组工况的质量块加速度与位移响应时程,探讨了4种代表性方法求解动态、永久位移的可靠性及偏转影响。结果表明,动态位移求解采用高通滤波是一种可靠途径且受积分方式影响较小,各方法在动态位移工况中积分位移与实测相比,峰值平均误差小于等于25%;双拟法积分位移发生严重偏离,与函数形式和处理过程相关。永久位移求解采用高通滤波导致加速度低频成分缺失而无法得到永久位移;双拟法积分位移与实测相比吻合较好,两地震荷载中误差分别为7%和5%;偏转对动态位移求解可靠性影响较小,但对永久位移影响严重,双拟法呈现发散而失真。试验方法与结论,对认识加速度积分位移求取土体剪应变的可靠性和合理选取数据分析方法具有重要科学价值和指导意义。
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