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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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2020年, 第41卷, 第4期 刊出日期:2020-04-11
基础理论与实验研究
非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展
孙银磊, 汤连生, 刘洁,
岩土力学. 2020 (4):  1095-1122.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0613
摘要 ( 536 )   PDF(30516KB) ( 785 )  
吸力是非饱和土研究的重点也是其难点。重点在于自然界中诸多物理现象可以用吸力去解释,难点在于非饱和土吸力的量化测试技术现在还不成熟。非饱和土作为地球表层广泛存在的三相组合材料,其力学性质远远比饱和土复杂,归根结底在于土中水气界面形成的弯液面收缩膜,导致了土体孔隙产生吸力。非饱和土体的强度变形特征就是其内部吸力不断变化的宏观表现形式,其宏观物理力学性质与吸力之间存在一个桥梁——微观结构。对非饱和土微观结构和吸力理论、试验研究的整体把握是完善土力学的一个重要方法。开展对非饱和土液桥动态结构演化及吸力力链分布特性的研究,是全面了解非饱和土力学性能的重要基础之一,也是深入把握和量化非饱和土吸力的重要手段。
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降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究
简文彬, 黄聪惠, 罗阳华, 聂闻
岩土力学. 2020 (4):  1123-1133.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0491
摘要 ( 498 )   PDF(1695KB) ( 432 )   PDF(English)(641KB) ( 23 )  
我国东南沿海地区丘陵山地发育,降雨入渗到土体中的水分是导致滑坡灾害频发的关键因素。以福建省泉州市德化县地质灾害点为主要研究对象,考察典型地质灾害点具有代表性的坡积土与花岗岩残积土的渗透特性。利用自行研制的土体入渗装置,分别在降雨强度为15、30、60 mm/h条件下,考虑降雨历时一致(180 min)与过程降雨量一致(90 mm)两种工况开展一维土柱入渗试验,得到相应的各个土柱含水率、湿润锋、入渗率随时间变化的响应规律。试验结果表明:(1)土体渗透系数越大、雨强越大,土体湿润蔓延距离越深、速度越快。(2)降雨入渗过程中,土体含水率由浅及深逐次对降雨进行响应。不同雨强对含水率的影响主要体现在第一次响应时间以及饱和速度上,雨强越大,响应时间越快,饱和速度也越快。(3)提出可表征在不同雨强作用下,德化县马坪滑坡与崩土岭滑坡的湿润锋入渗公式。该研究成果对台风暴雨型滑坡的孕灾机制分析以及精细化监测预警具有重要的理论及实际意义。
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地下商场结构对地面运动影响的振动台试验研究
潘旦光, 程业, 陈清军
岩土力学. 2020 (4):  1134-1145.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0136
摘要 ( 301 )   PDF(13513KB) ( 182 )  
为了研究地下空间结构对场地地震反应的影响,以一个三层地下商场结构为原型,设计并开展了土?地下空间结构动力相互作用振动台模型试验,研究了在6条不同卓越频率输入地震波在不同峰值加速度下场地地震反应的变化规律。试验研究结果表明:(1)地表水平加速度放大系数以结构中轴线为对称轴呈对称分布,地下结构显著影响上方及邻近场地的地表水平加速度。同时,由于地下空间结构的局部场地效应影响,即使在水平地震输入下也将导致场地产生竖向振动,地表竖直加速度放大系数呈M形分布。地下空间结构的影响范围可达到其两侧各一倍宽度距离。(2)地表加速度放大系数受输入地震波卓越频率的影响明显,且随着输入地震波的峰值加速度(PGA)的增大而降低,但空间放大系数随着PGA的增大而增大。(3)地表加速度Fourier谱的峰值频率受输入地震波的卓越频率、场地水平方向的固有频率和竖向固有频率的综合影响。
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偏高岭土增强石灰-水泥固化淤泥的耐久性研究
谈云志, 柯睿, 陈君廉, 吴军, 邓永锋
岩土力学. 2020 (4):  1146-1152.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1190
摘要 ( 319 )   PDF(6388KB) ( 237 )  
淤泥富含有机质,分解后产生腐殖酸,进而影响淤泥固化效果。仅掺入12%水泥固化淤泥,当标准养护期超过60 d,其强度不增反减。联合掺入3%石灰和12%水泥,固化淤泥的pH值持续180 d处于10.5以上;无侧限抗压强度由750 kPa(养护期28 d)提升到1 500 kPa(120 d),说明借助石灰营造强碱性环境,可以提高水泥固化淤泥的强度;但养护到180 d后,其强度又降到1 250 kPa;钙离子浓度变化规律表明,这是由于腐殖酸溶蚀水泥和石灰的水化胶结物所致。借助偏高岭土卓越的火山灰反应能力,掺入3.0%偏高岭土,提升石灰(3%)?水泥(12%)固化淤泥的耐久性,发现180 d养护期内,其强度始终处于增长趋势,究其原因是偏高岭土富含无定形硅、铝氧化物,具有快速捕获氢氧化钙溶液中钙离子的能力,形成稳定的胶结物,而且不易受腐殖酸的侵蚀作用,证明偏高岭土能够有效提升石灰?水泥固化淤泥长期强度。
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循环荷载下非饱和结构性黏土的弹塑性双面模型
李潇旋, 李涛, 李舰, 张涛
岩土力学. 2020 (4):  1153-1160.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0940
摘要 ( 235 )   PDF(5957KB) ( 190 )  
非饱和黏土的结构性能够显著影响其力学特性。基于非饱和土经典模型BBM(Barcelona basic model)和一种可描述循环塑性的硬化法则,引入体积破损率的作为标准土体结构破损的参数,建立了一个描述常吸力下非饱和结构性黏土静态及动态力学特性的弹塑性双面模型。模型在应力空间中包含与重塑非饱和土屈服面几何相似的结构性边界面和加载面,采用径向映射法则和可移动的记忆中心原理,通过结构性边界面和加载面在应力空间中的演化来反映循环加载过程中非饱和结构性黏土的循环塑性特征和结构损伤过程。通过与相关非饱和黏土控制吸力试验数据的比较,表明该模型能够较好地反映静态加载下非饱和结构性黏土的力学特性,而模型预测的循环荷载下的应力?应变特征也具有一定的合理性。
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裂隙岩体不均匀冻胀性研究
夏才初, 王岳嵩, 郑金龙, 吕志涛
岩土力学. 2020 (4):  1161-1168.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0699
摘要 ( 198 )   PDF(7156KB) ( 199 )  
隧道冻胀力是引起隧道冻害的主要原因之一,隧道冻胀力主要由围岩不均匀冻胀引起。裂隙的存在会对岩体不均匀冻胀产生进一步影响,因此推导了岩体不均匀冻胀系数 的计算公式,并获得岩体不均匀冻胀系数 的相关规律。(1)岩体不均匀冻胀系数随裂隙与冻结方向的夹角? 的增大而增大。(2)温度梯度增加,岩体的不均匀冻胀系数 增加,岩体的不均匀冻胀性增强。(3)裂隙率对岩体不均匀冻胀的影响需要考虑到裂隙与温度梯度夹角?,当裂隙与温度梯度的夹角? 较小时,岩体不均匀冻胀系数 随裂隙率的增加而减小;当裂隙与温度梯度的夹角? 较大时,岩体不均匀冻胀系数 随裂隙率的增加而增大。(4)裂隙对岩体不均匀冻胀的影响程度与岩体的岩性有关,裂隙对孔隙率小的岩体影响较大。根据推导的裂隙岩体不均匀冻胀系数计算公式,计算得到了不同岩性不同级别含裂隙围岩的不均匀冻胀系数范围,从而,在寒区隧道设计中可以更精确地计算隧道围岩作用于衬砌上的冻胀力,对寒区隧道工程的设计具有重要作用,对路基、边坡等寒区工程冻胀力的研究也可起到推动作用。
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岩石材料抗拉强度与劈裂节理面形貌的 加载速率效应研究
张茂础, 盛谦, 崔臻, 马亚丽娜, 周光新
岩土力学. 2020 (4):  1169-1178.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0525
摘要 ( 361 )   PDF(12795KB) ( 206 )  
为研究岩石材料抗拉强度与劈裂节理面形貌的加载速率效应,使用花岗岩、玄武岩和灰岩3种岩石试样进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,研究了岩石材料抗拉强度的加载速率效应。基于三维扫描建立劈裂节理面数字地形,定性地研究了加载速率对劈裂节理面破坏形貌的影响。随后通过3种岩样劈裂节理面粗糙度指标的计算,定量地研究了粗糙度与加载速率和抗拉强度的关系。研究结果表明:岩石抗拉强度随加载速率的增加而增大,在双对数坐标系下,两者表现出较好的线性相关性,根据3种岩石材料劈裂节理面的表面形态,从粗糙度定性和定量结合评价的角度,对比得出加载速率和抗拉强度对试样劈裂节理面粗糙度具有显著影响,岩石的加载速率越大,抗拉强度越大,劈裂节理面粗糙度也随之越大。该研究结果为节理面形貌指标与力学参数的关系研究提供一定参考。
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砂岩分级加卸载蠕变试验过程能量演化分析
韩超, 庞德朋, 李德建
岩土力学. 2020 (4):  1179-1188.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0872
摘要 ( 289 )   PDF(1451KB) ( 188 )   PDF(English)(458KB) ( 11 )  
对陕西柠条塔砂岩样品进行单轴分级加卸载蠕变试验,分析样品变形破坏过程中的能量演化规律。结果表明:随循环级数增加,各级耗散能非线性增长,各级塑性应变能相对稳定;耗散能超过塑性应变能可作为样品破坏的先兆能量特征。通过定义相关系数,建立能量与变形之间的关系后发现:随循环级数增加,各级塑性应变能与各级新增塑性应变呈正相关性,各级耗散能与塑性应变累积量呈正相关性。分别对加载、蠕变、卸载及恢复等4个阶段的能量计算后得出:各阶段能量演化速率均随循环级数的增加而增大。加、卸载速率恒定时,加载段能量变化率大于同级卸载段能量变化率,蠕变段能量变化率大于同级恢复段能量变化率。通过分析各级循环加载段能量变化规律,提出能量衰减系数 ,该值随应力水平增长呈幂函数形式降低,以此提出一种可以有效预测破坏应力的方法。
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土质滑坡格构锚杆抗滑机制及受力试验研究
韩冬冬, 门玉明, 胡兆江
岩土力学. 2020 (4):  1189-1194.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0806
摘要 ( 370 )   PDF(5975KB) ( 231 )  
通过滑坡防治格构锚固大型物理模型试验,分析了土质滑坡格构锚杆体系在坡顶荷载下的变形和位移,揭示了格构锚杆的抗滑机制,探讨了锚固力与坡体位移及锚杆变形的关系,提出了极限锚固力的计算方法。结果表明:滑坡滑动时,格构梁与坡体整体发生旋转滑移,锚杆在滑面处发生了弯曲变形,处于弯曲和轴向拉伸组合变形状态;格构锚杆的抗滑作用表现为锚杆在滑面处的抗剪抗滑和锚杆格构梁的挡土阻滑;格构锚杆的极限锚固力由初始预应力、锚杆弯曲变形引起锚拉力、坡体位移引起锚拉力三部分组成,可通过公式 计算。该研究结果可为格构锚固体系的优化设计提供一定的参考。
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土−水特征曲线测量过程中孔隙分布的演化规律探讨
牛庚, 邵龙潭, 孙德安, 韦昌富, 郭晓霞, 徐华
岩土力学. 2020 (4):  1195-1202.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0785
摘要 ( 319 )   PDF(535KB) ( 258 )   PDF(English)(350KB) ( 22 )  
测量了在宽广吸力范围内原状样和压实样的脱湿持水曲线,对比分析了单双峰结构持水性能的差异;并利用压汞试验测试两种土样在脱湿过程的孔隙分布,分析了两者的差异并探讨了脱湿过程孔隙的演化规律;在考虑收缩变形的基础上,基于孔隙分布曲线确定了土?水特征曲线的基本参数。试验结果表明:原状样在宽广吸力范围内基本上呈单峰孔隙结构;饱和压实样具有单峰孔隙结构,随着吸力的增加,双峰结构越来越明显,当吸力达到很大时,演化成完全双峰孔隙结构。原状样的持水曲线为经典的S形,而压实样的持水曲线在过渡段出现了水平台阶状;低吸力段,压实样的持水曲线低于原状样,而高吸力段,两者的持水曲线基本重合。基于孔隙分布曲线确定了控制持水曲线进气值和残余值的孔径,并计算出对应的吸力值,其值更符合实际物理意义。
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基于温度效应下二灰固化石油污染滨海盐渍土 力学特性优化固化需求
李敏, 孟德骄, 姚昕妤
岩土力学. 2020 (4):  1203-1210.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0740
摘要 ( 372 )   PDF(8076KB) ( 143 )  
温度是影响石油污染土性能的重要因素。依托滨海地区特有气候环境特点,借助抗压强度指标及应力?应变分布,从抗温敏性角度,优化石油污染滨海盐渍土对二灰的固化需求。研究结果表明:(1)在?20~40 ℃温度变化范围内,石油污染土抗压强度波动幅度高达1倍,采用二灰进行固化处理后,抗压强度波动缩小至10%~20%。二灰固化作用可将热敏性物质(石油、水、盐)吸附、包裹于胶体内外,增强对环境温度变化的抵抗性。(2)石油污染土及固化石油污染土的无侧限抗压强度均随温度变化呈先减小后增大趋势,10 ℃为强度转折点,也即最低点,实际工程中应加以重视。(3)温度作用下,固化石油污染土呈应变软化型破坏,且随温度及污染水平的增大,塑性变形阶段延长,轴向应变增大,出现四周型层状破坏。(4)土体自身的污染程度影响固化效果,高污染条件下抗压强度波动幅度约为40%,实际工程中应依据土体自身的污染程度调整固化配比。低污染土的固化配比选取只需略高于未污染土,过高固化配比并不利于增强稳定性,同比率石灰掺量的改变较粉煤灰的更有助于增强稳定性。污染水平≤6%的石油污染盐渍土,可选固化配比为石灰10%+粉煤灰20%。
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大比尺切削模型试验条件下砂岩破坏特征研究
刘功勋, 李威, 洪国军, 张坤勇, CHEN Xiu-han, 施绍刚, RUTTEN Tom
岩土力学. 2020 (4):  1211-1218.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0695
摘要 ( 261 )   PDF(6518KB) ( 144 )  
为探究单刀齿线性切削作用下岩石的破坏规律,利用大比尺模型试验平台对砂岩开展了线性切削试验,结合分形几何学方法,对砂岩在不同切削角度及不同切削深度下的切削产物,包括切削沟槽的尺寸及切削碎块的几何特征进行了分析。试验结果表明,切削影响宽度与切削深度呈良好的线性关系,且随切削深度的增加而增加,切削角度为45°时相同切削深度对应的切削影响宽度最小。砂岩的切削碎块块度分布具有分形特征,分形维数集中在1.88~2.66。分形维数与切削深度呈良好的线性关系,随切削深度的增加而减小。分形维数与切削角度间的关系可统一用二次函数进行拟合,但随着切削深度的增加,函数二次项系数由正值变为负值。
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试剂注入配合比对化学电渗法处治软黏土 加固效应对比研究
任连伟, 曹辉, 孔纲强
岩土力学. 2020 (4):  1219-1226.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0720
摘要 ( 224 )   PDF(6733KB) ( 157 )  
化学电渗法处理软黏土作为一种快速有效的地基加固方式,近年来受到学术界的广泛关注。为了探讨试剂注入配合比对化学电渗法处治软黏土地基加固效应的影响,以联合注入CaCl2和Na2SiO3溶液注入配合比为研究对象,研究注入CaCl2和Na2SiO3溶液物质的量浓度比分别为1:1、1:2、1:3、2:1、3:1时的电渗排水加固软黏土地基效果,实测试验过程中的排水量、排水速率、排水微观特征(ICP-MS)以及能量消耗等变化规律,初步探讨排水效果、加固效果及均匀性等问题。研究结果表明,试验条件下,联合注入物质的量浓度比为1:1时化学电渗效果最好,且阳极腐蚀量最少、耗能量最低;试剂注入配合比对电渗效果的影响主要由加入试剂中阳离子的种类和数量决定,其中Ca2+对化学电渗的影响效果相对较突出。
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块系岩体非协调动力响应特征试验研究
王凯兴, 窦林名, 潘一山, OPARIN V N
岩土力学. 2020 (4):  1227-1234.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0497
摘要 ( 196 )   PDF(8154KB) ( 144 )  
岩体在块系构造状态下的动力传播存在块体和块体间软弱介质的非协调变形现象,对岩体结构的动力稳定产生重要影响。目前块系岩体的非协调动力传播响应研究尚不充分,导致不能进行有效的动力响应特征识别。通过试验对块系岩体非协调动力传播过程岩块动力响应特征进行研究,分别从动力传播速度、岩块加速度振幅衰减、岩块振动位移响应、岩块振动持续时间、块体动能显现、块体振动频域响应特性等方面对比纵波传播,给出块系岩体非协调动力传播的特征分析。通过分析可知,块系介质非协调变形运动产生的动力传播现象相比于纵波传播是一种低频低速波,并伴随着岩块的大位移运动,同时岩块振动持续时间较长,蕴含着动能与势能的相互转换过程,这些现象构成了块系岩体非协调动力传播的重要特征。该研究将为识别岩体非协调动力传播特征及块系岩体的冲击预警波动特征识别提供参考。
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真三轴条件下的原状黄土增湿变形特性
方瑾瑾, 冯以鑫, 余永强, 李震, 林志斌,
岩土力学. 2020 (4):  1235-1246.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0834
摘要 ( 259 )   PDF(9362KB) ( 156 )  
为了研究复杂应力条件下原状黄土的增湿变形特性,利用改进的非饱和土湿陷真三轴仪,在测量吸力条件下对原状黄土进行双线法分级浸水增湿试验,探讨力?水耦合作用下吸力的变化特性,研究真三轴浸水试验的增湿变形特性,以及吸力、净围压、中主应力和应力比对增湿变形的影响。研究结果表明:由ei-lgp压缩曲线确定了非饱和土的屈服点,屈服点之前,曲线的斜率近似相等;屈服点之后,曲线的斜率随着初始吸力的减小而减小,且非饱和土与饱和土的交点随着初始吸力的增大呈右下方移动趋势。等向压缩过程中,吸力随着净平均应力的增加近似呈线性减小趋势,初始吸力越小,吸力减小的速度越慢,且吸力变化量越小。均压分级浸水增湿时,吸力s随着浸水量w的增加而减小,增湿体变 随着浸水量w的增加而增大,不同净围压下的 -w关系曲线相互有交叉。交叉区域之前,净围压越大,增湿体变越小,而交叉区域之后,净围压越大,增湿体变越大。在同一净围压条件下,浸水量相同时,初始吸力越大,增湿体变越大。真三轴剪切增湿试验中,应力比k、中主应力参数b值和净围压?3皆对增湿变形有一定的影响。当q/p≤1时,增湿变形曲线前段下凹后段上凹,主要表现为体积增湿变形;当q/p>1时,增湿变形曲线只有下凹部分,主要表现为剪切增湿变形。增湿变形曲线的形态取决于k值和b值的不同组合。
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昔格达组半成岩微观结构与力学性质研究
杜宇翔, 盛谦, 王帅, 付晓东, 罗红星, 田明, 王立纬, 梅鸿儒
岩土力学. 2020 (4):  1247-1258.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0717
摘要 ( 368 )   PDF(11541KB) ( 171 )  
以金沙江寨子村昔格达组半成岩为研究对象,通过X射线衍射、电镜扫描,测定了矿物成分、天然与饱和状态矿物颗粒微观结构;通过三轴压缩试验,研究了昔格达组半成岩受水和围压影响的强度及变形变化规律,并探讨了微观机制;通过对昔格达组半成岩、土、软岩强度指标与含水率的关系进行统计,分析了昔格达组半成岩不同于土和软岩的强度特性,并给出了针对此类岩土体的工程分级建议。研究表明:(1)微观结构显示昔格达组半成岩有明显不同于土和岩石的弱胶结结构特征,在饱和后胶结结构易遭破坏;(2)昔格达组半成岩黏聚力、摩擦角均随含水率增加而减小,平均模量在高含水率下随围压增加而增大,围压一定时随含水率增加而减小;(3)昔格达组半成岩、土、软岩的黏聚力大小为软岩>昔格达组半成岩>土,黏聚力对含水率的敏感性为软岩>昔格达组半成岩>土,摩擦角对含水率的敏感性为土>昔格达组半成岩>软岩;(4)将Φ50 mm×100 mm标准试件的单轴抗压强度在0.2~3 MPa,黏聚力在30~200 kPa的岩土体归类为硬土?软岩,建议在工程实际应用中将其与岩石和土进行区分。
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结构面粗糙度统计测量最小样本数确定方法
侯钦宽, 雍睿, 杜时贵, 徐敏娜, 曹泽敏
岩土力学. 2020 (4):  1259-1269.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0788
摘要 ( 370 )   PDF(765KB) ( 277 )   PDF(English)(313KB) ( 6 )  
由于结构面粗糙度具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应等特征,结构面粗糙度系数(JRC)取值具有不确定性,工程中广泛采用统计方法来分析结构面粗糙度性质,然而以往研究往往忽略样本数不足对统计结果的影响。针对结构面粗糙度统计测量时无法确定合理样本数的问题,分别提出基于变异系数级比分析及简单随机抽样原理的最小样本数确定方法。以实际工程岩体结构面表面数据为研究对象,对比分析两种方法在系列尺寸下确定的统计测量最小样本数。实例分析表明:小尺寸样本的变异系数(CV)值明显大于大尺寸样本,且CV值随取样尺寸的增大而减小,取样尺寸为10~50 cm的CV值基本稳定在0.31~0.47之间,取样尺寸为60~100 cm的CV值基本稳定在0.21~0.31之间;最小样本数与取样尺寸基本满足幂函数关系,且最小样本数随取样尺寸的增大而减少;系列尺寸下级比分析方法在允许误差为±2%时确定的最小样本数与简单随机抽样原理在最大允许误差为10%、置信度为95%时计算的最小样本数是一致的,相似度大于0.997。该研究方法可为工程岩体中定量获取结构面粗糙度统计测量最小样本数提供依据,保证了JRC(结构面粗糙度系数)统计测量结果的准确性,对工程岩体稳定性评价中结构面力学参数的准确获取具有重要意义。
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基于离心机振动台试验的梯形河谷场地 地震动效应研究
李平, 张宇东, 薄涛, 辜俊儒, 朱胜
岩土力学. 2020 (4):  1270-1278.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0980
摘要 ( 230 )   PDF(1955KB) ( 146 )   PDF(English)(1051KB) ( 12 )  
研究河谷场地地震效应对场地选址和抗震设计具有重要的指导意义。基于离心机振动台试验分析,研究了梯形河谷场地地震动响应规律。结果表明:基岩河谷场地对地震动有一定的放大效应,放大效应随着地形的变化而变化,但放大效应不显著,场地不同位置对反应谱的影响较小;基岩?土模型基岩面地震动放大倍数明显增大,不同输入地震动情况下放大倍数不同,各个场点对频段为0.5~2.5 s的地震动有明显的放大作用,对地震动放大频域范围明显加大,这与纯基岩场地的有明显的不同,虽然各个场点的反应谱形状有一定的差别,但是反应谱的平台值和特征周期相差不大;由于河谷场地地形效应,河谷场地地表峰值加速度随着地形的变化放大倍数随之变化,阶地级数越高放大倍数越大,谷底放大倍数最小,随着输入地震动强度的增加,阶地级数越高反应谱的平台值越高,特征周期越大。
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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 (4):  1279-1286.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0586
摘要 ( 369 )   PDF(9818KB) ( 13959 )  
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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基于动力离心试验的软基尾矿库地震响应研究
张雪东, 蔡红, 魏迎奇, 张紫涛, 梁建辉, 胡晶
岩土力学. 2020 (4):  1287-1294.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0453
摘要 ( 306 )   PDF(9022KB) ( 138 )  
基于离心机振动台,分别针对典型软基尾黏土尾矿库及加高扩容后的尾矿库开展了动力离心模型试验,重点探究了加速度分布规律、软土及尾矿内部孔压变化规律以及“软基?库内尾矿?尾矿坝”系统的变形规律等内容。试验结果表明:软基对地震动的放大效应较为微弱,而坝体加速度沿高程逐渐放大,高层子坝加速度响应最为强烈,加高扩容后的现坝顶加速度响应可达原坝顶的2.2倍;地震作用下软土与库内尾矿内部均会产生一定的孔压增量,但未达到液化状态。地震动强度、软基及库内尾矿的固结状态对尾矿库的变形模式影响较大。当固结不充分时,在强震作用下易发生尾矿的水平滑移,进而造成坝顶及下游软土隆起。在固结较为充分且地震动强度较弱的情况下,变形模式以震陷为主。该试验成果将为此类尾矿库的动力稳定分析及抗震加固设计提供一定参考。
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考虑接缝影响的地下综合管廊振动台模型试验
冯立, 丁选明, 王成龙, 陈志雄
岩土力学. 2020 (4):  1295-1304.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0857
摘要 ( 225 )   PDF(16873KB) ( 188 )   PDF(English)(747KB) ( 9 )  
地下综合管廊属于浅埋狭长型结构,变形缝存在较为普遍,而在地震荷载作用下,其会对地下结构的振动响应产生一定影响,但是目前针对该问题的研究却十分有限。基于振动台模型试验并考虑接缝的影响,开展了不同波形、不同峰值加速度地震波激励下的综合管廊地震响应特征研究,对场地加速度、动土压力以及管廊结构加速度、位移、动应变和弯矩等响应进行了测试和分析。试验结果表明:管廊振动主要受周边土体影响,接缝截面边墙在地震过程中与土体发生脱离,但管廊结构整体性保持良好;管廊接缝在强震下位移较小,不会发生大变形破坏;强震作用下动土压力分布呈非线性特征;接缝截面在地震中受到的弯矩作用小于中部截面,对抗震性能有利。
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盐岩三轴间隔疲劳特性试验研究
李宗泽, 姜德义, 范金洋, 陈 结, 刘 伟, 吴 斐, 杜 超, 康燕飞
岩土力学. 2020 (4):  1305-1312.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0711
摘要 ( 246 )   PDF(12323KB) ( 149 )  
为研究地下盐穴储气库受间歇性周期注、采循环载荷作用下围岩的非连续疲劳破坏演化过程,对取自巴基斯坦的深层盐岩进行了室内三轴间隔疲劳试验研究,并分析了三轴状态下不同围压、不同应力等级对盐岩间隔疲劳的影响。试验结果表明:(1)与单轴间隔疲劳相比,围压的存在不仅提高了盐岩的抗压强度,而且增加了盐岩的疲劳寿命,围压越高增加的幅度越明显。(2)三轴间隔疲劳试验中,盐岩间隔后循环中的残余应变大于间隔前的残余应变。这与单轴间隔疲劳得到的结果一致,但围压的上升会导致盐岩的残余变形积累速度以及间隔前后循环残余的变形差值都减小。(3)随着应力等级的升高,残余应变以及时间间隔前后的残余应变差值都呈现增大的趋势。
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模袋袖阀管压密注浆的注浆压力理论计算方法研究
张浩, 施成华, 彭立敏, 雷明锋
岩土力学. 2020 (4):  1313-1322.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0579
摘要 ( 228 )   PDF(14032KB) ( 193 )  
针对常规注浆施工中串浆、跑浆严重,对地层加固效果不理想的现状,模袋袖阀管注浆技术开始在隧道超前注浆施工中得到应用,但目前模袋注浆压力的确定多以经验为主。考虑模袋在注浆过程中始终保持柱形扩张,同时在周围被挤密土体中形成一个由弹性区和塑性区组成的应力影响区。基于弹塑性理论,考虑在周围土体的塑性影响区内采用非关联流动法则,推导得到了表征模袋注浆过程中浆体初始半径R0、浆体现时半径Ru和土体塑性区半径Rp之间关系的表达式,由此可以解出模袋注浆压力P的理论计算公式。参数分析结果表明:模袋注浆压力值受土体弹性模量、内摩擦角、黏聚力和初始应力的影响显著。将所得的模袋注浆压力理论计算公式应用于人民会堂站的模袋袖阀管注浆工程中,由浆体扩张半径Ru随注浆压力P的变化规律可以得出:当浆液对周围土体的挤密效果最佳时,模袋注浆压力 ,浆体最终扩张半径R' = 20 cm。注浆效果检验结果表明:模袋注浆膨胀构造的止浆岩盘成功实现了对浆液扩散的控制,达到了预期的控域注浆效果。
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岩土工程研究
碎屑流高风险区桩群防护结构优化布局研究
王东坡, 李沁泽, 毕钰璋, 刘浩
岩土力学. 2020 (4):  1323-1332.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0721
摘要 ( 309 )   PDF(8699KB) ( 145 )  
桩群是一种可有效耗散碎屑流运动能量,抑制碎屑流运动距离及速度的山地灾害防护结构。在碎屑流沟口与受灾体之间构建一组桩群减速带,可达到保护受灾体的目的。以物理模型试验为基础,开展弧型桩群、方型桩群和圆型桩群的沟槽型碎屑流冲击动力响应研究。讨论了3种不同类型的桩群对沟槽型碎屑流运动形态的影响,进一步开展弧型桩群的结构优化研究。结果表明:采用桩群结构可有效减小沟槽型碎屑流堆积距离并抑制其运动速度;3种不同形状桩群之间,弧型桩与方型桩的拦挡效果明显优于圆型桩;弧型桩由于凹槽式外型,对沟槽型碎屑流堆积面积、淤埋深度的抑制效果稍优于方型桩;在相同高度、直径等几何参数下,弧型桩体积比圆型桩小22.6%,比方型桩小39.2%,因此弧型桩的制作成本也相对较低;弧型桩排数从1排增加到3排,桩群拦挡率分别提升7.2%、4.5%;适量增加槽口与桩之间距离Ld可以有效提高弧型桩群防护结构的能量耗散效率。该研究可为桩群在沟槽型碎屑流防治工程中的应用提供理论及技术支持。
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线性卸荷作用下软土超孔隙水压力 变化规律分析
师旭超, 孙运德
岩土力学. 2020 (4):  1333-1338.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0641
摘要 ( 281 )   PDF(4874KB) ( 197 )   PDF(English)(265KB) ( 21 )  
目前对软土在卸荷下的固结变形研究主要集中在瞬时卸荷。为明确线性卸荷作用下软土固结变形的规律,通过太沙基一维固结理论与有效应力原理的方法,研究了软土地基在任意卸荷速率下一维固结方程的通解,并求解了线性卸荷下固结方程的解析解。结果表明,线性卸荷作用下软土地基产生的负超孔压可以分成增长期、快速消散期和缓慢消散期3个阶段;卸荷速率影响负超孔压的增长路径和消散速率而卸荷量影响最大负孔压值,最大负超孔压值与卸荷量近似成线性增长关系;最后结合工程实例进行对比分析,发现卸荷导致的负超孔压值和其消散速率都在卸荷结束的时刻最大,同时理论计算结果及变化规律与实测有较好的吻合性。
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微型钢管砂浆复合桩在土体中稳定性计算
朱彦鹏, 严紫豪, 朱轶凡
岩土力学. 2020 (4):  1339-1346.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0583
摘要 ( 237 )   PDF(6385KB) ( 150 )  
微型钢管砂浆复合桩因纠偏受力明确、施工简单、工期短且加固费用低,被广泛用于基础加固托换。但小直径、大长度的微型钢管砂浆复合桩在土体中失稳破坏缺乏理论研究。故以弹性地基梁理论为基础,依据桩与地基土共同工作时的受力关系,建立微分方程求解。给出了微型钢管砂浆复合桩失稳承载力具体表达式,并与实际工程原位试验相比较,理论与试验结果接近;给出了最小临界计算长度的表达式指导工程施工;并运用Matlab编写程序计算分析了土与桩在不同的刚度比下不同桩长的失稳荷载,反映出土对微型钢管砂浆复合桩失稳约束力的影响程度。
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锦屏一级水电站工程岩体对穿声波与单孔声波 关联性探讨
杨静熙, 黄书岭, 刘忠绪
岩土力学. 2020 (4):  1347-1356.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1053
摘要 ( 235 )   PDF(9514KB) ( 156 )  
声波波速作为可以评价岩石(体)致密与坚硬程度、完整程度、嵌合紧密程度等工程地质特性的综合性单一指标,在工程岩体质量检测和固结灌浆效果评价中获得了广泛的应用。锦屏一级前期勘察阶段开展了22 000多米平洞与承压板变形模量试验配套的对穿、单孔声波测试,11 400多米钻孔单孔声波测试;施工阶段坝基、左岸抗力体开展了11 000多米单孔声波测试,263孔2 380 m的对穿、单孔声波测试,58点承压板变形模量试验配套的对穿、单孔声波测试。依据不同的统计方法(孔段长度、孔数)分别对两个阶段的对穿、单孔声波测试成果进行分析,研究结果表明:单孔声波波速Vp总体上高于对穿声波波速Vcp,且Vp /Vcp比值在1.05~1.20范围;单孔声波波速和对穿声波波速之间的定量关系,可以采用公式Vcp= 1.160 8Vp?1.023 2来描述,且由该式获得的岩体变形模量(Eo50)与单孔声波波速的相关公式,可用于不同岩体等级的变形模量预测。该研究成果可为类似水电水利工程岩体对穿声波波速和岩体变形模量的预测提供依据。
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高地应力硬脆性围岩开挖损伤区时效性扩展案例分析——特征与机制
杨艳霜, 周辉, 梅松华, 张占荣, 李金兰
岩土力学. 2020 (4):  1357-1365.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0020
摘要 ( 291 )   PDF(7722KB) ( 186 )   PDF(English)(489KB) ( 9 )  
硬脆性围岩在开挖完成后,其强度在高应力的影响下具有明显的时间效应,这导致围岩开挖损伤区的发展也呈现出与时间相关的特征。在岩石强度时效性演化模型的基础上,以锦屏二级水电站试验洞钻孔摄像、声波、变形监测等开挖损伤区实测结果为目标函数,采用正交设计方法、最小二乘支持向量机模型、粒子群优化算法等方法,建立了考虑时间效应的LSSVM-PSO智能反演分析方法,并以锦屏二级水电站试验洞为例,研究了开挖完成后的25 d里,围岩强度在高地应力条件下的时效性演化特征,进而获得这一时段内开挖损伤区扩展过程。研究结果表明:(1)高应力地区,隧洞开挖后,围岩损伤区的主要扩展方向受地应力控制,且最大扩展方向为最小主应力方向,且破坏区(破坏接近度FAI≥2)也集中于该方向; (2)开挖损伤区面积随时间近似呈S形曲线变化,表明开挖损伤区初始发展较为缓慢,随着时间推移呈现线性增加的趋势,最后又逐渐趋于稳定;(3)开挖后第3~10 d为开挖损伤区快速增长阶段。该研究成果对高应力地区硬脆性围岩开挖损伤区时效性演化研究具有指导意义。
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盾构俯仰角变化对盾构-土相互作用影响研究
沈翔, 袁大军
岩土力学. 2020 (4):  1366-1376.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019-0482
摘要 ( 300 )   PDF(8734KB) ( 173 )  
盾构姿态改变过程中盾构?土相互作用是复杂的多相耦合问题。针对盾构俯仰角这一关键姿态参数,基于地基反力曲线,通过等效土体弹簧简化了盾构?土相互作用关系,从而建立了盾构-土相互作用模型。通过改进的Terzaghi松动土压力计算方法,解决了盾构?土相互作用初始边界问题。基于以上研究成果,得到了盾构俯仰角理论计算方法,并对垂直基床系数以及上软下硬地层等因素对盾构?土相互作用的影响进行了分析和讨论。结果表明:上软下硬地层不利于盾构姿态的控制,对于盾构姿态控制的要求更高。最后,结合济南地铁R2线盾构隧道工程对俯仰角的实测数据进行了对比分析,结果表明,由于千斤顶施加的偏转弯矩无法完全作用于盾构,导致实测值普遍略小于理论值。盾构俯仰角的理论计算方法可为盾构姿态控制提供理论指导。
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土遗址全长黏结式锚固系统动力响应解析方法
芦苇, 赵冬, 李东波, 毛筱霏
岩土力学. 2020 (4):  1377-1387.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0576
摘要 ( 304 )   PDF(9026KB) ( 143 )  
以纵向宽大裂隙引起的夯土城墙遗址稳定问题为背景,建立危险土体?锚杆?稳定土体锚固系统简化力学模型。该模型将土体对锚杆的摩阻作用简化为一个线性弹簧和一个与速度相关的阻尼器的并联机构,将裂隙段锚杆对两侧土体的拉结作用简化为一个线性弹簧。基于弹性体动力理论建立锚固系统动力平衡方程,并推导了锚杆轴力和位移的动力响应解析解。最后,以新疆高昌故城南城墙某段锚固工程为例对提出的解析方法进行了说明,明确了锚杆轴力响应特征及其分布规律,并通过数值分析对其合理性进行了验证。结果表明:在动力作用下同一位置锚杆的轴力响应呈围绕静力平衡位置的波动形态,轴力峰值点位于裂隙附近,且逐渐向临空端和锚固端指数衰减。在考虑地震加速度沿遗址高度的放大效应后能够获得较精确的锚杆轴力响应。
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橡胶-粉土轻质混合土中管道动力响应特性
周恩全, 宗之鑫, 王琼, 陆建飞, 左熹
岩土力学. 2020 (4):  1388-1395.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0657
摘要 ( 226 )   PDF(7632KB) ( 159 )  
埋地管道在交通荷载等作用下会发生破坏,对区域内的经济和生活造成较大的影响。近年来废弃橡胶轮胎颗粒与土混合成轻质土逐渐被用于路基填料等领域。设计完成了冲击动载下橡胶?粉土轻质混合土中管道动力响应特性的模型试验,采用等体积置换法在地基土中掺入0%、10%、20%、30%的废轮胎颗粒,通过路基的表层沉降以及埋地管道的变形特性来研究轻质混合土作为路基填料的减振性能。试验结果表明,加入橡胶颗粒能有效减小路基表层沉降,当橡胶含量10%时,路基沉降减小最明显;埋地管道在冲击动载的作用下表现出“压扁”的形态特征,加入橡胶颗粒能明显减小埋地管道的应变及弯矩响应,当橡胶含量为20%和30%时,管道的应变和弯矩减小更为明显。
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优势流入渗与坡体变形关系研究及应用
黄晓虎, 易武, 黄海峰, 邓永煌
岩土力学. 2020 (4):  1396-1403.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0704
摘要 ( 281 )   PDF(7325KB) ( 191 )   PDF(English)(500KB) ( 16 )  
部分降雨型滑坡的地表裂缝会随着变形的不断增加逐渐形成完整配套的裂缝体系,针对此类滑坡的降雨入渗过程,指出沿地表裂缝形成的优势通道而形成的优势流入渗主导着滑坡稳定性的恶化过程,促进变形的持续发展。系统分析了优势流入渗与地下水位升降、坡体变形之间的相互关系。在此基础上,以王家坡滑坡为典型案例,分析了优势流入渗通道形成的时空规律及对应的变形特征,发现滑坡累积位移曲线上的变形加速区间呈不规则阶跃状,并将加速区间的起点与终点定义为加速拐点和减速拐点。然后以W3监测点的实际监测资料对滑坡变形过程中的地下水升降特征进行反演并获取对应的稳定性演化规律,发现变形加速区间上的加速拐点和减速拐点与稳定性出现变化的起点和终点相吻合,依此可建立确定变形加速区间的方法,进而获取位移速率阈值。
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浅层地基上管道轴向运动的阻力研究
任宇晓, 闫玥, 付登锋
岩土力学. 2020 (4):  1404-1411.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0261
摘要 ( 259 )   PDF(7126KB) ( 139 )  
铺设于深海浅层地基上的海底管道在运行期间受高温高压等的作用易产生轴向膨胀和收缩,间歇性的往复剪切管道周围浅层地基土,对这种管道轴向运动过程中管?土相互作用机制需深入研究。基于修正剑桥模型建立了浅埋式管道在运行期间的轴向运动过程的小变形有限元分析(SSFE),采用有效应力指标,得到了不同初始埋深的管道在轴向运动过程中地基土在临界塑性剪切固结阶段的轴向阻力随时间发展规律(S形管?土轴向阻力发展曲线),探究了不同剪切速度下剪切带内地基土的超孔隙水压力、管?土界面摩擦系数、反映管?土接触面形状的楔形变形因子ζ以及管?土之间轴向阻力等的发展变化规律,研究发现轴向剪切产生的超孔压是速度和时间的函数,随着轴向运动速度减小,峰值超孔压的值减小且出现峰值超孔压的时间推迟。管道轴向运动过程中地基土由不排水条件向排水条件过渡的内在机制做出了较完整的阐述。
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数值分析
非均质黏土地层隧道开挖面稳定运动 单元上限有限元分析
杨峰, 何诗华, 吴遥杰, 计丽艳, 罗静静, 阳军生
岩土力学. 2020 (4):  1412-1419.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0659
摘要 ( 253 )   PDF(6515KB) ( 175 )   PDF(English)(338KB) ( 10 )  
将刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序作进一步改进,使之适应分析非均质黏土地层稳定性问题。应用该程序系统分析了地表超载作用下非均质黏土地层隧道开挖面稳定性,获得了隧道埋深比C/D、土体重度参数?D/cu0、土体强度非均质参数?D/cu0等因素综合影响下开挖面失稳临界荷载上限解?s /cu0图表和以有效间断线网表征的地层破坏模式及其演变规律。研究表明:隧道埋深比C/D和强度非均质参数?D/cu0对临界荷载?s /cu0及地层破坏模式影响显著;土体重度参数?D/cu0对?s /cu0影响明显,但对破坏形态影响不大。进一步展示了不同有效间断线数目及分布等网格参数下地层破坏形态的差异,解释了上限解精度提高的原因,与多块体上限法及上下限有限元法对比表明,UBFEM-RTME适宜于非均质黏土地层隧道开挖稳定性评价研究,特别是极限状态破坏模式的分析。
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基于偏振特性的下孔法剪切波到时判别问题探讨
苏杰, 周正华, 李小军, 董青, 李玉萍, 陈柳
岩土力学. 2020 (4):  1420-1428.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0810
摘要 ( 249 )   PDF(7325KB) ( 122 )  
基于偏振特征的剪切波到时判别在下孔法波速测试中被广泛应用,然而实际测试中时有发现压缩波初动出现反相的现象,因此针对压缩波不偏振而剪切波偏振的理论基础进行论证很有必要。通过三维有限元分析模型模拟了地表敲击下孔法波速测试,并基于时域逐步积分动力有限元方法求解了地表正反向水平敲击下不同深度观测点振动响应。结果表明:地表水平正反向激励下,各深度观测点中与激励方向平行的水平分量中压缩波也出现反相。为进一步探讨这与实际工程的认知相悖的现象,数值模拟了荷载倾斜、探头旋转、探头倾斜等实际测试可能出现的情形。结果显示:荷载倾斜与探头倾斜的综合影响会导致正反向敲击激励下压缩波的初动相位不反相。进一步,提出了一种剪切波旅时计算新方法以减少每次敲击之间敲击角度、探头偏转和倾斜变化带来的影响,数值计算得到基于新方法求解的剪切波速接近模型介质剪切波速值,其优于利用峰-峰法和互相关法确定旅时而得到的波速结果。
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弹性静力学问题的边界积分形式的数值流形法
聂治豹, 郑宏, 万涛, 林姗
岩土力学. 2020 (4):  1429-1436.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1028
摘要 ( 285 )   PDF(5544KB) ( 132 )   PDF(English)(375KB) ( 4 )  
传统的数值流形法(NMM)一般均采用区域积分形式。结合边界单元法(BEM),提出了一种边界积分形式的数值流形法。该方法既能发挥NMM的可以灵活选取局部基的优势,又具有BEM降低问题求解维数的特点。针对二维的弹性静力学问题,对3个具有解析解的不同基准算例进行了数值应用,验证了所提方法的有效性和效率。计算结果表明,提高局部基的阶次可有效提高方法的计算精度。
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采用复合单元法模拟裂隙多孔介质变饱和流动
侯晓萍, 陈胜宏
岩土力学. 2020 (4):  1437-1446.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0840
摘要 ( 222 )   PDF(9256KB) ( 130 )  
采用复合单元法建立了模拟裂隙多孔介质变饱和流动的数值模型。该模型具有以下特点:裂隙不需要离散成特定单元,而是根据几何位置插入到孔隙基质单元中形成复合单元;在复合单元中,分别建立裂隙流和孔隙基质流的计算方程,二者通过裂隙?基质界面产生联系并整合成复合单元方程;复合单元方程具有和常规有限单元方程相同的格式,因此,可以使用常规有限单元方程的求解技术。采用欠松弛迭代、集中质量矩阵以及自适应时步调节等技术,开发了裂隙多孔介质变饱和流动计算程序。通过模拟一维干土入渗和复杂裂隙含水层内的流动问题,验证了该模型的合理性和适用性。模拟结果为进一步认识非饱和裂隙含水层地下水流动特性提供了理论依据。
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基于岩梁−块体理论的巷道软弱层直接顶板 破坏形式研究
陈虎, 叶义成, 王其虎, 胡南燕, 刘冉, 江慧敏
岩土力学. 2020 (4):  1447-1454.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0294
摘要 ( 251 )   PDF(7054KB) ( 137 )  
巷道软弱层直接顶板具有挠曲破坏、整体冒落和拱形冒落3种破坏形式,顶板厚度变化是影响其破坏形式的主要原因之一。对此,基于梁理论和块体理论,构建了顶板岩梁?块体力学模型,以揭示软弱层直接顶板破坏形式的变化规律。在此基础上,定义了挠曲破坏安全系数和剪切破坏安全系数,建立了顶板不同破坏形式的顶板临界厚度计算模型,以判定不同顶板厚度对应的顶板破坏形式。通过实例演算显示,随着顶板厚度的增加,顶板破坏形式由挠曲破坏逐渐变为整体冒落再变为拱形冒落。同时,当顶板厚度超过一定值时,冒落拱高度不再显著增加。基于相同的工程条件和力学参数,通过实例演算和数值模拟对比分析,计算得到演算工况下从挠曲破坏到整体冒落的顶板临界厚度均为0.14 m,从整体冒落到拱形冒落的顶板临界厚度为0.8 m,结果具有一致性。表明应用顶板临界厚度计算模型能够有效地判定顶板破坏形式。该研究成果可为矿山巷道在软弱层直接顶板管控及支护方案设计提供理论参考。
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测试技术
干耦合超声波检测及波初至的自动拾取
刘媛, 马祥华, 刘洋, 肖飞, 陈玉海
岩土力学. 2020 (4):  1455-1464.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0661
摘要 ( 309 )   PDF(10611KB) ( 139 )  
目前岩石力学参数测定,受限于探头及数据采集设备,多在实验室环境完成,同时,传统超声收发探头对接触面平整度要求较高,需要对岩石表面打磨处理,且需要涂抹导声糊。这些都极大限制了超声测量系统的应用范围。为实现对岩石钻孔内的长效监测,对声波发射、接收机制及岩石内超声信号的频域特性进行分析,通过AIC算法拾取波前初至,利用小波去噪和改进AIC法(NAIC)求波初至到达精确时间,研究了基于干耦合岩石内部参数测量系统,在岩石内部实现了超声信号的发射接收、信号瞬态触发、高速采集,并将最终结果通过无线方式传输至数据记录仪。分别对Φ50 mm×100 mm花岗岩及砂岩岩样进行了超声波传输参数测量,Φ114 mm×280 mm花岗岩岩样测量距离分别为150、200 mm,利用NAIC、STA/LTA、MER、ETA 4种算法对该数据进行处理,并与第三方仪器测定结果进行比较。结果表明:基于干耦合声波测速采集系统,对不同工作接触面适应性较好,数据误差在规范允许范围内。小波降噪适用于背景干扰少、频率范围集中的超声接收信号,在到时拾取方面,除STA/LTA外其余3种算法在去噪后的到时拾取精度均得到有效提高,其中尤以NAIC法最为明显,到时平均误差由1.21 ?s锐减至0.19 ?s。
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