Please wait a minute...
在线办公
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
访问统计
  • 总访问量
    今日访问
    在线人数
目录列表
2020年, 第41卷, 第8期 刊出日期:2020-08-14
基础理论与实验研究
砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算方法
王明年, 江勇涛, 于丽, 董宇苍, 段儒禹,
岩土力学. 2020 (8):  2515-2524.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1452
摘要 ( 1053 )   PDF(9419KB) ( 345 )   PDF(English)(578KB) ( 22 )  
地下水渗流作用下内部不稳定砂性土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体渗透破坏会对土工建筑物或地基造成不良影响。考虑土体有效应力和细颗粒应力折减,建立渗流场中细颗粒受力模型,根据极限受力平衡状态得到潜蚀过程中砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算公式,并通过DEM-CFD耦合方法以及现有试验数据进行验证。结果表明:砂性土中细颗粒以滚动方式起动,起动临界水力坡降受渗流水流、土体特性以及颗粒自身特性共同影响;砂性土表层细颗粒起动临界水力坡降受埋深影响较大,埋深1 cm的细颗粒最高、最低起动临界水力坡降相差10.169%,埋深10 cm时差异减少至1.061%。该计算方法与数值模拟和渗流试验结果的最大标准误差分别为6.038%、11.211%,可以较为准确地预测砂性土细颗粒起动临界水力坡降。
相关文章 | 计量指标
考虑膨胀应力和剪胀的深埋隧道弹塑性解
陈有亮, 刘耕云, 杜曦, RAFIG Azzam, 吴东鹏,
岩土力学. 2020 (8):  2525-2535.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1799
摘要 ( 480 )   PDF(8843KB) ( 462 )   PDF(English)(442KB) ( 56 )  
基于湿度应力场理论,推导了考虑膨胀应力和剪胀特性的圆形隧道开挖后围岩力学响应的弹塑性解。将隧道软弱围岩遇水膨胀现象视为湿度-应力耦合过程,基于Fick第二定律,推导了圆形隧洞围岩内湿度扩散非稳态解。采用非关联流动法则,获得了隧道高膨胀势区的应力和位移解答。以两种不同质量岩体开挖的隧洞为例,分析了膨胀围岩应力和变形的影响因素。结果表明,考虑膨胀应力(取决于围岩含水率变化和湿度膨胀系数)时,塑性区扩大,松动圈厚度增加,应力收敛变慢。当膨胀应力增大到一定程度时,塑性区将出现拉应力区。膨胀岩隧洞开挖遇水作用,膨胀应力增加的围岩变形远大于地应力引起的围岩变形。同时,应力剪胀对膨胀性围岩的变形影响不容忽视,尤其是在支护抗力较小的情况下,洞壁处径向位移增加显著。
相关文章 | 计量指标
Ⅰ型断裂韧度模拟方法及细观影响因素研究
吴顺川, 孙伟, 刘洋, 成子桥, 许学良,
岩土力学. 2020 (8):  2536-2546.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2064
摘要 ( 289 )   PDF(11824KB) ( 204 )   PDF(English)(736KB) ( 10 )  
既有离散元参数敏感性分析大多集中在压缩试验及巴西劈裂试验,对I型断裂韧度 试验细观影响因素及3D破裂过程系统分析的报道较少。采用三维平节理模型(FJM3D)研究微观结构参数及黏结细观参数对不同切槽形状的I型断裂韧度试验的影响。微观结构参数包括晶粒平均半径的平方根 、模型分辨率Ψ和最大/最小晶粒直径 。黏结细观参数包括平均配位数CN、S类型单元比例 、黏结抗拉强度 、黏结内聚力 、摩擦系数 和摩擦角 。参数敏感性分析结果表明, 与 、CN及 正相关,与 、 负相关,而与 、 、 和 无明显的线性关系,此外为获得较低的 波动水平,给出了参数 和 的建议范围。根据参数敏感性分析结果,校核匹配了Kowloon花岗岩直切槽半圆盘(SCB)和人字形切槽半圆盘(CCNSCB)试样的宏观力学性质。从细观角度直观、深入分析不同切槽形状I型断裂韧度试验破裂机制,得出SCB试验曲线的峰前和峰后行为与室内试验更为吻合。
相关文章 | 计量指标
基于有效比表面积修正的Kozeny-Carman方程 在黏土渗透中的适用性研究
房营光, 陈建, 谷任国, 巴凌真, 舒浩恺,
岩土力学. 2020 (8):  2547-2554.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2157
摘要 ( 578 )   PDF(6709KB) ( 273 )  
黏土中含有较多的黏土矿物。黏土矿颗粒表面带电使黏土颗粒表现出活泼的水理性质,这种性质会使土体表面形成双电层。因此,黏土颗粒在沉积过程中受各种力的作用而相互堆叠形成孤孔、盲孔之类的非连通孔隙结构。实际上在黏土的渗流过程中,流体不能流过非连通孔,只能流过连通孔隙表面。而Kozeny-Carman方程(K-C方程)计算时将颗粒的比表面积作为渗流的过流比表面积,所以K-C方程在计算黏土渗透系数时会出现偏差。因此,允许流体流过的连通孔隙的比表面积作为渗流有效比表面积,进而对K-C方程中的颗粒比表面积进行修正。相关试验表明,修正后的K-C方程较未修正的K-C方程在描述黏土渗流规律时具有明显的优势。
相关文章 | 计量指标
基于3D打印和DIC技术的裂隙网络模型 变形破裂特征及填充物影响效应
张科, 齐飞飞, 陈宇龙,
岩土力学. 2020 (8):  2555-2563.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1625
摘要 ( 633 )   PDF(11047KB) ( 349 )   PDF(English)(659KB) ( 12 )  
由于工程岩体内部裂隙分布的复杂性,含裂隙网络的物理模型制作是困扰岩石力学试验研究的关键问题之一。提出了一种以水溶性材料为打印基材,以聚乳酸材料为支撑底座的裂隙网络模型3D打印方法。利用打印材料的水溶特性,提出了一种裂隙网络类岩石模型试件制备方法。利用数字图像相关方法,定量研究了裂隙网络类岩石模型试件加载过程中的变形破裂特征,并进一步分析了填充物的影响规律。试验结果表明:采用3D打印技术可以实现复杂裂隙网络模型的制备,模型试件力学特性具有很好的可重复性;裂隙网络类岩石模型试件应力-应变曲线在峰前出现多次明显的应力跌落,而峰后曲线呈现出塑性应变软化现象;DIC技术可以捕捉裂隙网络类岩石模型试件加载全过程的全局应变场,其变形破裂过程表现出应变局部化渐进演化特性,反映了裂纹萌生、扩展及贯通规律;不同的裂隙填充工况会影响模型试件的力学参数和应变场分布,这体现了所提出制备方法的优势,即能够填充符合工程实际情况的裂隙填充物。
相关文章 | 计量指标
RT模式下地震非极限主动土压力的拟动力分析
黄睿, 汤金焕,
岩土力学. 2020 (8):  2564-2572.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1863
摘要 ( 236 )   PDF(7197KB) ( 127 )  
为考虑挡墙位移效应对地震土压力的影响,依据前人试验研究的结论,将摩擦角表示为与挡墙位移量和位置高度相关的函数,然后基于拟动力法和水平层分析法,推导得出RT位移模式下的地震非极限主动土压力和合力作用点的计算表达式。计算模型可描述摩擦角沿着墙高逐渐发展的不同非极限位移状态工况,并建立了挡墙位移、地震动荷载和土压力之间的相互联系。参数分析讨论了振动时间、挡土墙位移状态、地震加速度参数和土体摩擦角对地震主动土压力分布、合力大小以及合力作用点高度的影响。相比于传统的极限状态地震土压力理论,所提方法更合理地描述了地震土压力随挡墙位移的发展过程,对发展非极限土压力理论和改进边坡工程中的抗震计算方法具有一定的参考意义。
相关文章 | 计量指标
考虑吸附与毛细作用的饱和冻土SFCC模型
滕继东, 钟宇, 杜晓宇, 于洪国, 张升,
岩土力学. 2020 (8):  2573-2582.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1651
摘要 ( 413 )   PDF(9140KB) ( 267 )  
土体冻结特征曲线(SFCC)是对冻土中未冻水含量随负温变化关系的数学描述,是研究冻土水热迁移、冻胀、本构关系等问题的重要基础。目前对于SFCC的研究,其经验表达式居多,而物理机制研究相对较少。通过考虑土颗粒与冰界面的吸附作用及冰相尖点的毛细作用,基于冰水相变平衡压力由吸附压力与毛细压力两部分共同组成,从孔隙尺度提出一个新的饱和冻土SFCC模型。模型计算结果表明,当颗粒半径逐渐增大时,相同温度下未冻水含量将不断减小,SFCC也会变得更加陡峭。基于核磁共振设备对单分散SiO2微球冻融过程SFCC进行测试,试验结果与数学模型进行比较验证,结果表明新的SFCC模型与试验结果吻合较好,且具有明确的物理意义,可以为冻土基础研究提供理论依据。
相关文章 | 计量指标
结构性土一维非线性大应变固结半解析解
胡安峰, 周禹杉, 陈缘, 夏长青, 谢康和,
岩土力学. 2020 (8):  2583-2591.  DOI: 10.16285/j.rsm.2018.2047
摘要 ( 305 )   PDF(7304KB) ( 137 )  
以结构性较强的天然饱和软黏土为研究对象,考虑了沉积作用对其自重应力的影响,以及压缩性和渗透性的非线性变化,推导了任意加载条件下结构性土一维大应变固结控制方程,并采用半解析的方法对方程进行求解计算。再将其退化为无结构性的饱和软黏土固结解,与已有的大应变固结解进行了对比,验证了该解的正确性。最后将该半解析解计算结果与小应变固结理论解、不考虑结构性的固结理论解计算结果进行对比分析。结果表明:大应变固结理论的沉降计算值大于小应变固结理论的计算值,且二者的差值随着荷载的增加而增加;当考虑土体的结构性时,地表沉降计算值小于不考虑土体结构性的沉降计算值。
相关文章 | 计量指标
降雨-蒸发条件下土体开裂临界 含水率演变规律研究
罗易, 张家铭, 周峙, 契霍特金, 米敏, 沈筠,
岩土力学. 2020 (8):  2592-2600.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1465
摘要 ( 350 )   PDF(11604KB) ( 314 )  
为研究降雨-蒸发过程中土体裂隙发展演化规律,依托裂土边坡足尺模型试验,测量土体表层含水率,采用图像矢量化技术提取裂隙率,对土体裂隙域及基质域开裂含水率演变规律进行了研究,基于非饱和土水平应变增量本构模型推导并计算了土体基质域临界开裂基质吸力及含水率。研究结果表明,降雨-蒸发过程中土体开裂具有可重复特征,且裂隙率随降雨-蒸发次数增加总体呈增加趋势;土体裂隙域开裂含水率随降雨-蒸发次数增加而增加,基质域与之相反;基质吸力对裂隙的开裂扩展既可有抑制作用,也可产生促进作用;基于均质各向同性非饱和土应变增量本构模型计算得到的土体基质域开裂含水率范围与实测值较为接近,且该模型能较好地解释裂隙域与土体基质域开裂含水率的变化规律。
相关文章 | 计量指标
不同密度粗粒料强度特性的大型真三轴试验
姜景山, 左永振, 程展林, 潘家军,
岩土力学. 2020 (8):  2601-2608.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1650
摘要 ( 182 )   PDF(9705KB) ( 133 )  
干密度对粗粒料的强度特性有重要影响,特别是三维应力状态下影响更为显著。通过不同密度粗粒料大型真三轴等小主应力等中主应力系数(b=0.25)加载试验和大三轴试验研究了干密度对粗粒料强度特性的影响。结果表明,大型真三轴试验的应力曲线基本呈爬升型,高于和陡于大三轴应力曲线,表现出较强的硬化性;粗粒料强度基本随初始干密度的增大或小主应力的增大呈线性增大;大型真三轴试验强度比大三轴试验强度增大20%~97%,且小主应力越小,强度增大幅度越大;令粗粒料黏聚力为0,则内摩擦角随初始干密度的增大基本呈线性增大,随小主应力的增大而减小;破坏应力比随初始干密度的增大呈线性增大,随小主应力的增大而呈线性减小,大型真三轴试验的破坏应力比小于大三轴试验的破坏应力比。
相关文章 | 计量指标
含水条件下弱胶结软岩蠕变特性 及分数阶蠕变模型研究
刘家顺, 靖洪文, 孟波, 王来贵, 张向东, 杨建军,
岩土力学. 2020 (8):  2609-2618.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1739
摘要 ( 236 )   PDF(12815KB) ( 246 )  
含水条件下弱胶结软岩表现出显著的蠕变特性,严重威胁矿山开采和边坡安全。利用GDS HPTAS三轴仪开展弱胶结软岩分级加载蠕变试验,研究不同含水条件下弱胶结软岩蠕变变形特征、蠕变速率特征及蠕变破坏模式。采用稳态蠕变率-应力曲线拐点法确定了弱胶结软岩长期强度并分析了长期强度随含水率的变化规律。引入分数阶微积分理论,用Abel黏壶替代Kelvin模型中的黏壶元件,塑性元件替代弹性元件,建立了可以描述加速蠕变的四元件分数阶弱胶结软岩蠕变模型。采用Trust-Region法对蠕变试验结果进行反演分析得到模型参数并分析了模型参数与含水率和加载应力的关系,探讨了含水率和加载应力条件对弱胶结软岩蠕变特征的影响规律。模型计算结果与试验值吻合度较高,说明四元件分数阶蠕变模型可以较为准确地反映含水条件下弱胶结软岩全过程蠕变曲线特征。
相关文章 | 计量指标
不同瓦斯压力对煤与瓦斯突出两相流 传播规律的影响研究
程亮, 许江, 周斌, 彭守建, 闫发志, 杨孝波, 杨文健
岩土力学. 2020 (8):  2619-2626.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1811
摘要 ( 257 )   PDF(9222KB) ( 126 )  
为了进一步认识煤与瓦斯突出气-固两相流冲击致灾机制及其传播规律,利用自主研制的多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统,研究了不同瓦斯压力作用条件下突出气-固两相流的冲击力及其运动特征。研究结果表明:突出煤-瓦斯两相流运移过程中,巷道前端的峰值冲击力在20~50 kPa间小范围波动,冲击力大小与瓦斯压力无明显线性关系;巷道中部 3 944~4 944 mm范围内峰值冲击力陡增;巷道末端,即4 944 mm以后,峰值冲击力沿巷道呈震荡衰减的变化趋势,其平均衰减系数随瓦斯压力的增高而逐步降低。突出两相流的流型可分为悬浮流、分层流、沙丘流及栓流,煤层瓦斯压力越高,各流型体现的越明显;煤粉流运移过程中可划分为初期加速、中期衰减、后期二次加速等3个阶段;瓦斯压力条件主要影响煤粉流的运移速率以及步入二次加速阶段的运移距离;瓦斯压力越大,煤粉流运移速率越快,其到达二次加速阶段的距离越短。
相关文章 | 计量指标
断层破碎带剪切作用下力链结构及演化 光弹试验研究
展亚太, 王金安, 李飞, 杨柳,
岩土力学. 2020 (8):  2627-2635.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1782
摘要 ( 295 )   PDF(10309KB) ( 230 )  
断层破碎带颗粒介质体系中力链形成机制及其演化规律,是研究含破碎带断层蠕滑、黏滑以及地震等地质灾害发生的重要基础。借助颗粒体双轴加载双向流动光弹试验装置,对断层破碎带剪切作用下的宏观力学特性、破碎带中光弹力链网络结构及演化、力链空间分布及强度等特征进行研究。结果表明:(1)断层破碎带中,岩体颗粒之间通过力链传递力的相互作用;破碎带与断层诱导裂隙带之间存在易滑段与不易滑段,揭示了剪切作用下破碎带空间变形非均匀特征;破碎带中岩体颗粒物质的重新排列,引起易滑段与不易滑段的动态演化。(2)破碎带中较大粒径角砾岩颗粒承载了断层上下盘之间的主要挤压及摩擦力,起到了骨架支撑的作用;随着剪力的增长,强力链方向发生偏转,向竖直方向靠拢。(3)处于高应力状态的断层远离破碎带边缘位置岩体颗粒更容易发生破坏、碎裂、重新排列,从而引起强力链空间方位的变化;随着竖向荷载的增大,强力链空间方位由明显各向非均匀性向各向均匀性转变。(4)竖向荷载变化对断层破碎带中力链比例和颗粒接触力分布频率影响较小,对力链空间分布及强度影响较大。
相关文章 | 计量指标
白垩系饱和冻结砂岩蠕变试验及本构模型研究
魏尧, 杨更社, 申艳军, 明锋, 梁博,
岩土力学. 2020 (8):  2636-2646.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1794
摘要 ( 248 )   PDF(59588KB) ( 255 )  
冻结法作为穿越富水软岩地层的重要施工方法,冻结壁的长期稳定性对于工程安全有着至关重要的作用。蠕变破坏是诱发冻结壁变形的显著特点之一,对研究冻结岩石蠕变的特性有重要的理论和工程意义。以白垩系饱和冻结砂岩为研究对象,开展–10 ℃低温冻结条件下,不同围压(0、2、4、6 MPa)的三轴蠕变力学试验。分析了饱和冻结砂岩蠕变变形,根据现有黏弹塑性模型开展了参数辨识并探究蠕变参数的变化规律,基于此提出考虑温度及损伤效应的蠕变本构模型。研究结果表明:低温冻结削弱蠕变过程中颗粒间的相互胶结力,使其蠕变特征明显;而围压却在一定程度上抑制饱和冻结砂岩内部损伤的发展,导致稳态蠕变速率随围压的升高出现明显的下降趋势。随围压的增加饱和冻结砂岩的蠕变破坏形态呈现出从剪切破坏到张拉破坏再到局部塑形硬化破坏的变化过程。在黏弹塑性模型的基础上,总结蠕变参数 、 和 随荷载的增加呈现先增后减的趋势,拐点为屈服应力;而参数 在大于屈服应力后出现并呈现先增后减的趋势。结合冻结岩石蠕变数据对定义的应力-低温耦合蠕变本构模型进行了参数辨识,并将该模型的计算结果与蠕变试验数据对比,验证所建立非线性模型的正确性与合理性。
相关文章 | 计量指标
高易溶盐非饱和伊犁原状黄土的临界状态特性
牛丽思, 张爱军, 王毓国, 任文渊, 赵佳敏, 赵庆玉,
岩土力学. 2020 (8):  2647-2658.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0324
摘要 ( 226 )   PDF(9887KB) ( 119 )  
为探究伊犁地区高易溶盐含量黄土的临界状态特性,针对不同易溶盐含量的非饱和伊犁原状黄土,开展了控制吸力和净围压的三轴固结剪切试验。研究结果表明:在常吸力固结剪切条件下,非饱和伊犁原状黄土的强度随含盐量的增加存在峰值;含盐量一定,不同吸力非饱和土的q-p或e-p临界状态线均为平行直线,q- 临界状态线可归一为饱和土临界状态线表示的一条直线,其斜率随含盐量的增加呈幂函数降低;非饱和土e-p临界状态线的斜率 大于饱和土的斜率 ,两者均随含盐量的增加先减后增,相同有效净平均应力下非饱和土和饱和土的临界状态孔隙比之比 与气体饱和度1- 可以归一化;q-p平面上初始屈服曲线和后继屈服曲线均可近似假定为对称于 线的椭圆,吸力和应力对屈服曲线的硬化作用是等向的。
相关文章 | 计量指标
水平循环荷载下桩基变形特性的离心模型试验研究
丁楚, 余文瑞, 史江伟, 张宇亭, 陈永辉,
岩土力学. 2020 (8):  2659-2664.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1830
摘要 ( 313 )   PDF(5817KB) ( 200 )  
波浪、船舶等长期水平循环荷载作用下,桩基将不可避免地产生附加应力和变形。针对饱和黏土地层,开展离心模型试验研究了船舶系泊水平荷载作用下单桩和群桩的变形特性。发现水平循环加-卸载诱发了桩周土体的塑性变形,进而导致桩身产生了不可恢复的水平位移和弯曲变形。随着循环荷载的增加,单桩和群桩的桩顶最大水平位移和残余水平位移均同时增加,但残余水平位移明显小于最大水平位移。单桩的桩顶残余水平位移与最大位移比值介于0.17~0.22;群桩的桩顶残余水平位移与最大水平位移比值介于0.30~0.84。水平循环加-卸载作用下,桩身残余弯曲应变明显小于最大弯曲应变。单桩的残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.13~0.50;群桩的桩身残余弯曲应变与最大弯曲应变比值介于0.23~0.82。群桩前桩的残余和最大弯曲应变明显大于后桩,前桩与后桩的最大弯曲应变、残余应变比值分别高达3.2和3.1。因此,前桩要采取合理的加固和保护措施,以确保桩基长期服役的安全性。
相关文章 | 计量指标
非饱和土平均粒间应力的计算及应用
宋朝阳, 赵成刚, 韦昌富, 马田田,
岩土力学. 2020 (8):  2665-2674.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1580
摘要 ( 326 )   PDF(11408KB) ( 163 )   PDF(English)(378KB) ( 9 )  
土体各相之间物理化学作用对环境及能源等岩土工程都有重要影响,有效应力原理是解决上述问题最重要的理论。而目前的有效应力表达式无法描述由于物理化学作用引起的土颗粒间接触应力的变化。针对上述问题,最近提出了一个平均粒间应力表达式可以表述非饱和土内部的物理化学作用。为了实现该平均粒间应力的定量化计算并验证其稳定性和有效性,首先阐述了平均粒间应力表达式中各部分的物理意义。通过参数分析,得到了平均粒间应力各部分随含水率和孔隙盐溶液浓度的变化规律。推导出了表面力势中表征固液界面相互作用部分的计算公式,实现了平均粒间应力的定量计算。计算了临界状态时的非饱和土平均粒间应力,并应用平均粒间应力对非饱和土化学力学加载试验进行模拟。结果表明,临界状态时平均粒间应力与剪切强度具有唯一关系,应用平均粒间应力的计算结果与试验结果符合较好,验证了平均粒间应力公式的稳定性和有效性。
相关文章 | 计量指标
基于变形与脆性特性的类岩石材料 配比正交试验研究
宋宇, 刘保国, 刘浩, 孙景来, 于明圆, 任大瑞,
岩土力学. 2020 (8):  2675-2684.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1711
摘要 ( 241 )   PDF(10423KB) ( 210 )   PDF(English)(365KB) ( 19 )  
采用正交试验方法配制了不同水胶比、砂胶比、硅灰-水泥比的颗粒性材料探究与选定砂岩具有相近变形及脆性特征的类岩石材料的配制过程。选取材料变形指标 及脆性指标 与砂岩统计数据作比较,确定了符合砂岩基本变形以及脆性特征的材料配比范围;针对正交试验组 及 进行极差分析,得到这两个指标随配比三因素各水平变化规律;采用多元多项式求解方法确定了与选定砂岩性质相近的类岩石材料配比,并进行试验检验。经对比认为,采用该方法配制的类岩石材料其变形、脆性指标数值与选定砂岩对应指标数值均较好地符合,可以代替选定砂岩进行室内岩石及岩体力学性质试验。
相关文章 | 计量指标
基于改进Green-Ampt模型的花岗岩 残积土边坡降雨入渗规律研究
潘永亮, 简文星, 李林均, 林雨秋, 田朋飞
岩土力学. 2020 (8):  2685-2692.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1734
摘要 ( 305 )   PDF(6632KB) ( 284 )   PDF(English)(273KB) ( 26 )  
花岗岩残积土广泛分布于我国南方地区,具有许多不良物理力学性质。该类型土边坡在降雨作用下极易发生变形破坏,因此,对花岗岩残积土边坡的降雨入渗规律进行深入研究具有重要意义。在Green-Ampt模型的基础上综合考虑了坡体的初始含水率、地下水位、非饱和特性,建立了一种适用于不同降雨工况的入渗模型,并采用数值模拟及前人经典模型计算结果对该模型进行了验证。运用该模型对赣南3种典型降雨工况下的花岗岩残积土边坡进行了分析,结果表明:在距离地下水位线较远时初始含水率对湿润锋的迁移速率影响不大,但在接近地下水位线附近时湿润锋的迁移速率逐渐增大,呈现出指数形式的变化趋势;相同降雨时间内、不考虑坡面冲刷的情况下,降雨强度略大于土体饱和渗透系数的工况下湿润锋迁移深度最大、边坡稳定性系数降低最多,在实际情况中尤其需要加强防范。
相关文章 | 计量指标
酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解机制研究
李昆鹏, 赵晓彦, 肖 典, 李 晋
岩土力学. 2020 (8):  2693-2702.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1590
摘要 ( 260 )   PDF(15870KB) ( 187 )  
酸雨区泥质岩崩解相对于非酸雨区显著增强,但其机制尚有待进一步研究。以酸雨条件下水化学损伤的形成及其发展特性入手,选取典型酸雨区攀枝花市机场滑坡粉砂质泥岩,进行不同pH值条件下(pH=7、5、3)的耐崩解性试验。通过测定试验后崩解液离子成分变化、观察酸雨作用前后粉砂质泥岩薄片镜下特征、分析试样崩解破坏模式,探究酸雨水化学损伤加剧粉砂质泥岩崩解的细观机制;引入比表面积增量指标表征崩解残留物破碎程度,定量评价酸雨水化学损伤对粉砂质泥岩崩解的加剧效果。研究结果认为,粉砂质泥岩酸雨水化学损伤主要源于特定矿物的溶蚀,为其崩解劣化提供额外路径;随着崩解液pH值降低,粉砂质泥岩水化学损伤增强,崩解路径增多,崩解破坏模式发生转化,崩解残留物愈发破碎;采用比表面积增量指标可良好反映崩解残留物的破碎程度,崩解残留物愈破碎,比表面积增量指标值越大,粉砂质泥岩崩解程度越高。结论可为酸雨地区岩土体工程性质评价及加固设计提供理论参考。
相关文章 | 计量指标
二维饱和土体动态孔隙率及相关动力响应特性研究
贺文海, 王通
岩土力学. 2020 (8):  2703-2711.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1671
摘要 ( 312 )   PDF(7604KB) ( 174 )  
饱和多孔介质的动力响应研究在众多工程领域具有重要意义。充分考虑孔隙率的变化规律与影响因素,有利于合理揭示饱和多孔介质的相关力学行为。为此,将动态孔隙率模型与用于表征饱和多孔介质动力特性的u-U-p型方程结合,构建相应的非线性力学模型,利用Comsol Multiphysis PDE求取相应的数值解,以此研究不同透水条件下,受谐波载荷激励的二维饱和土体的孔隙率、变形量及孔隙水压力的变化规律。结果表明:孔隙率的变化与土骨架的体应变及孔隙水压力直接相关,土体压缩过程中,孔隙率相应减小,土骨架与孔隙流体的相互作用增强,土体运动时所受阻力增大,其无量纲竖向位移小于孔隙率被视为常数时的情况,在此条件下,由于土体的变形量减小,其孔隙水压力也相对减小。故充分考虑动态孔隙率,有利于更加精确地研究等饱土体和多孔介质的相关力学行为。此外,土体上表面透水条件下,孔隙流体可以从土体表面自由排出,土骨架承受的载荷更大,与不透水条件相比,土体孔隙率、竖向位移、孔隙水压力等变化更为显著。
相关文章 | 计量指标
基于同步辐射小角X射线散射和液氮吸附 所测分维计算高庙子膨润土膨胀变形
彭磊, 陈兵
岩土力学. 2020 (8):  2712-2721.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1455
摘要 ( 290 )   PDF(8852KB) ( 143 )  
针对核废料缓冲回填材料内蒙古高庙子钠基膨润土GMZ01,采用同步辐射小角X射线散射(SAXS)和液氮吸附法,基于双对数曲线求斜率测定了SAXS分形维数,基于FHH(Frenkel-Halsey-Hill)模型计算了液氮吸附分形维数。归纳了膨润土膨胀变形计算模型和所需计算参数。基于膨润土膨胀变形双电层和分形模型,采用SAXS分形维数和液氮吸附分形维数分别计算了膨润土膨胀力参数K值,对比了两种方法所测分形维数的计算膨胀力的迥异。结果表明:同步辐射小角散射(SAXS)和液氮吸附所测分形维数较为接近,分别是2.600和2.636,两者差值较小。在双对数坐标表下散射强度和散射矢量存在良好的线性关系;在孔隙比和膨胀力关系中,两种方法所得预测值小于试验实测值;相同的膨润土密度条件下,由SAXS分维计算膨胀应变预测值大于由液氮吸附测试的分维所预测的值。
相关文章 | 计量指标
岩土工程研究
隧道变形过程中电磁辐射强度参数的变化规律
刘成禹, 石俊杰, 罗洪林, 程凯, 陈博文,
岩土力学. 2020 (8):  2722-2729.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1724
摘要 ( 275 )   PDF(9466KB) ( 121 )  
根据丽江至香格里拉铁路中义隧道变形及电磁辐射的现场监测资料,对隧道变形过程中的电磁辐射特性及电磁辐射强度极大峰值事件数N、超过强度平均值的极大峰值事件数M与隧道水平收敛变形的关系进行了统计分析。研究表明:(1)电磁辐射最大强度平均值E在初期支护破坏前,随隧道变形的增大而增大,初期支护破坏后,随隧道变形的增大而减少,电磁辐射最大强度平均值先升后降的出现时间与初期支护破坏的时间接近。(2)电磁辐射强度极大峰值事件数、超过强度平均值的极大峰值事件数的波动速率 、 与隧道变形速率呈正线性相关关系;电磁辐射强度极大峰值事件数、超过强度平均值的极大峰值事件数的百分比 、 与隧道累计变形呈正线性相关关系。结论对深化地下洞室变形过程中的电磁辐射特性的认识,提高电磁辐射监测技术的现场应用水平具有指导意义。
相关文章 | 计量指标
基于动力触探的钙质土相对密实度研究
林澜, 李飒, 孙立强, 刘小龙, 陈文炜,
岩土力学. 2020 (8):  2730-2738.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1855
摘要 ( 286 )   PDF(8865KB) ( 146 )  
圆锥动力触探试验(DCPT)是一种用来预测地基土相对密实度的方法。然而,现有的预测公式主要针对石英土。为解决这一问题,通过现场以及室内模型试验,得到了轻型动力触探贯入指标与钙质土相对密实度之间的关系。可知相比于石英土,粒径对钙质土贯入指标的影响较为显著。若采用现有公式计算钙质土的相对密实度,得到的数值偏大,结果偏于危险。为了便于工程应用,基于Butterfield改进的量纲分析理论,建立了一种可将不同形式DCPT的贯入指标进行相互转化的方法,实现了轻型与重型动力触探指标之间的相互转换,进而得到了重型动力触探贯入指标与钙质土相对密实度之间的关系。根据现场重型动力触探试验数据可知,上述关系的计算结果与现场实测结果吻合良好。
相关文章 | 计量指标
浸水环境下重载铁路改良土路基动力特性研究
商拥辉, 徐林荣, 蔡雨,
岩土力学. 2020 (8):  2739-2745.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1467
摘要 ( 263 )   PDF(15335KB) ( 174 )   PDF(English)(264KB) ( 10 )  
浸水入渗与重载列车动载耦合作用下路基的动力响应程度更突出,对行车安全及路基长期稳定提出更严要求。为揭示重载列车动载作用下干燥与浸水路基的动力特性,依托浩吉(浩勒报吉-吉安)重载铁路工程背景,开展循环加载400万的现场激振试验,利用激振设备和配重块组合模拟了轴重25~30 t、速度120 km/h列车动载作用。试验结果表明:路基干燥与浸水状态下,动应力与加速度沿路基深度变化趋势吻合,传至基床底层底面衰减量可达80%;浸水入渗与列车动载的加剧作用更多体现在基床表层与底层的衔接处,相同荷载条件下,衔接处浸水路基的动应力最大可提高28%;相较而言,加速度受浸水环境影响的敏感性远低于动应力;对比可知,沿路基深度范围内动应力水平远小于同位置填料的临界动应力,试验结束路基面累积变形小于5 mm,且呈收敛趋势,说明无论从动强度还是动变形角度来评估,水泥掺量3%~5%改良膨胀土用作基床底层及以下路堤填料时均能满足稳定需求。该研究成果能够对重载铁路改良膨胀土路基的精细化建设养修提供理论参考。
相关文章 | 计量指标
大直径后压浆灌注桩承载力和沉降的 实用计算方法研究
万志辉, 戴国亮, 高鲁超, 龚维明,
岩土力学. 2020 (8):  2746-2755.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2026
摘要 ( 217 )   PDF(9867KB) ( 184 )   PDF(English)(323KB) ( 5 )  
基于收集的139个工程中的716根试桩静载试验数据,对大直径后压浆桩承载力和沉降的实用计算方法进行研究,在统计分析的基础上给出了以土层为分类的侧摩阻力及端阻力增强系数,建立了适用于不同压浆类型的大直径后压浆桩承载力实用计算方法,并且通过大量的实测数据验证了该方法的可靠性。为了考虑后压浆对大直径桩基础沉降控制的影响,在未经压浆的大直径桩基础沉降计算方法的基础上引入了后压浆沉降影响系数,基于统计分析给出了后压浆沉降影响系数的建议取值范围,提出了一种适用于不同土层的大直径后压浆桩沉降计算经验预估方法,最后通过工程实例验证了该方法的适用性。该研究成果纳入了中华人民共和国行业标准《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ3363-2019)及工程建设行业标准《公路桥梁灌注桩后压浆技术规程》(T/CECS G: D67-01-2018),可为后压浆技术的广泛应用起到推动作用。
相关文章 | 计量指标
地铁交通引起的建筑物振动实测与数值模拟分析
岳建勇
岩土力学. 2020 (8):  2756-2764.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1761
摘要 ( 319 )   PDF(12582KB) ( 185 )  
结合上海软土地区典型工程实例,现场实测地铁减振前后隧道内及邻近建筑物内的振动加速度,据此对地铁轨道减振效果进行分析评估。在此基础上,提出了有限元与无限元相结合的数值分析简化预估方法,预测地铁交通激发的周边建筑物振动响应,并将计算分析结果与实测结果进行对比,分析地铁交通引起邻近建筑物振动随楼层的变化规律,探讨不同因素对建筑物振动响应的影响。研究结果表明:(1)采用Vanguard扣件较科隆蛋扣件隧道内道床振级降低约16 dB,建筑物楼板中的振级降低10.9~21.1 dB,减振效果明显;(2)随着楼层的增高,楼板中振动的振级呈现先减小后增大的现象;(3)采用提出的数值分析得到的建筑物楼板振级和实测结果吻合较好,表明分析方法合理可行,为预测地铁周边建筑物振动提供一种快速简便的分析方法。
相关文章 | 计量指标
岩质边坡楔形体锚索加固方向角三维优化设计
安彩龙, 梁 烨, 王亮清, 邓 姗, 孙自豪, 范斌强, 郑罗斌
岩土力学. 2020 (8):  2765-2772.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1710
摘要 ( 317 )   PDF(8066KB) ( 136 )  
以岩质边坡中常见的楔形体滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和两组滑动面的特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换建立线性方程组对锚索的预拉力进行分解,得到用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上,借助导数法和Matlab软件中的fmincon函数分别对锚索加固方向与坡面走向垂直的二维优化方式和锚索加固方向不受限制时的三维优化方式下的锚固方向角进行了优化。最后通过算例与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法可进一步提高锚索的锚固效益,减少锚索的总用量,降低边坡的支护费用。
相关文章 | 计量指标
库岸堆积层滑坡位移的分量响应模式 及多因子模型
何少其, 刘元雪, 杨骏堂, 柏准, 赵久彬,
岩土力学. 2020 (8):  2773-2784.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0537
摘要 ( 224 )   PDF(12001KB) ( 273 )  
为了更加真实地刻画库岸堆积层滑坡位移与影响因素间的显式关系,克服现有的叠加型分量响应模式难以构造位移回归函数的不足,定义了一种新的分解模式——波动比,将位移增量表述为波动比与趋势项增量之积。结合三峡库区王爷庙滑坡实例,采用低通FFT滤波方法得到趋势项位移分量,确定当月降雨量、当月水位变化、前一月波动比值为核心因子组合,通过K-Means算法建立各单因子与波动比值的相关性函数关系,并提出由诱发因素项和状态控制项组合而成的多因子概化模型。同位移实测值及叠加型的ARIMA、SVR、RF、BP预测模型进行对比分析,该方法运算简便、预测效果较好、且位移成分可解释。选取库区其他4个典型滑坡案例综合比较研究,结果进一步验证了该方法的合理性。该模式及模型能够准确反映出滑坡位移随时间推移、多因素影响、状态约束的综合响应,为研究该类型滑坡的演化机制及时空预测提供了新思路
相关文章 | 计量指标
基于Newmark滑块原理的抗滑桩加固 三维土坡的地震位移分析方法
李见飞, 苏杨, 孙志彬, 赵晨,
岩土力学. 2020 (8):  2785-2795.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1504
摘要 ( 323 )   PDF(7607KB) ( 167 )  
提出一种基于Newmark滑块原理的抗滑桩加固三维平台土坡地震位移方法。基于极限分析原理,并采用“牛角型”破坏机制推导出抗滑桩加固三维平台土坡屈服加速度系数 的显性表达式。经参数分析,探究各因素对 的影响规律。结果表明:与单台阶相比,三维平台土坡更趋于稳定。由力矩平衡方程求出抗滑桩加固三维平台土坡滑动破坏时的转动角加速度,对其二次积分求出抗滑桩加固三维平台土坡的震后位移。结合工程实例探究地震对抗滑桩加固三维平台土坡地震位移的影响,并给出相应的工程建议。对抗滑桩加固三维平台土坡各影响因素进行敏感性分析,求出各影响因素对抗滑桩加固三维平台土坡稳定性的敏感性顺序,为抗滑桩加固三维平台土坡的抗震设计提供参考。
相关文章 | 计量指标
数值分析
北京砂卵石地层盆形冻结的温度场扩展规律研究
张晋勋, 亓轶, 杨昊, 宋永威
岩土力学. 2020 (8):  2796-2804.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0216
摘要 ( 230 )   PDF(9002KB) ( 136 )  
地下工程盆形冻结止水结构包括位于开挖范围周围的冻结帷幕(盆壁)及开挖范围底部的水平冻结板(盆底)两部分。采用物理模型试验与数值模拟的方法,分析了北京典型富水砂卵石地层条件下盆形冻结在静水及0.5 m/d渗流条件下的温度场扩展规律。研究发现:盆形冻结技术作为冻结工法在市政工程领域的全新应用,对地下工程的施工区域能够有效起到冻结止水效果;盆形结构不同部位在不同的渗流条件会表现出不同的冻结交圈次序,静水条件下盆壁冻结管会先于盆底冻结管交圈,渗流条件下则依次是顺水流盆壁、盆底、背水面盆壁、迎水面盆壁,此时盆壁冻结是制约盆形冻结的关键因素,实际工程应重点关注盆壁冻结;冻结厚度是评价冻结效果最直观的指标,在静水条件下盆壁厚度趋于稳定,盆底水平冻结板厚度逐渐超过盆底冻结管长度且向盆内与盆外两个方向同时发展;渗流条件下,迎水面盆壁厚度最小,背水面盆壁由于绕流现象出现冻结锥体而局部厚度增大,盆底水平冻结板厚度仅向盆内单向发展。
相关文章 | 计量指标
基于高性能有限单元的单桩稳定性分析法
万建宏, 郑翔之, 欧阳苇航, 刘思威, 黎学优
岩土力学. 2020 (8):  2805-2813.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1611
摘要 ( 301 )   PDF(7565KB) ( 220 )  
现行的桩基设计方法主要基于线弹性理论及采用半经验假定,难以准确地检验长桩在土体非线性条件下的稳定性。基于非线性有限单元分析理论,提出了高性能桩单元分析法用于非线性分析,可直接检验单桩稳定性且无需假定桩的计算长度系数。在桩单元推导过程中,通过整合在单元内部的连续弹簧以考虑土-结构相互作用(SSI),能够大幅提升计算效率。使用牛顿-拉夫逊迭代法进行迭代运算,利用推导的相应单元切线刚度矩阵预测位移,并通过割线关系减少每一步迭代中产生的误差,在桩的大变形条件下采用更新拉格朗日法确定平衡条件。算例验证表明,桩单元模型在考虑土体非线性条件下,能高效、可靠地对单桩进行分析和设计。
相关文章 | 计量指标
珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究
邓玮婷, 丁选明, 彭宇,
岩土力学. 2020 (8):  2814-2820.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1594
摘要 ( 330 )   PDF(6612KB) ( 173 )  
为研究珊瑚砂地基下膨胀混凝土桩竖向承载特性,开展了室内单桩竖向静载模型试验,分析了膨胀混凝土桩的单桩荷载-位移曲线以及轴力、桩侧摩阻力等沿桩长分布特性,与PLAXIS 3D软件数值模拟结果进行对比并探究了线膨胀率对承载特性的影响。结果表明:珊瑚砂中膨胀混凝土桩的荷载位移曲线呈现缓变型,在加载过程中,荷载主要由桩侧摩阻力承担,轴力随着深度的增加而减小,桩侧摩阻力随深度先增加后逐渐减小,随荷载的增加逐渐发挥作用。随着膨胀剂用量的增加,桩身线膨胀量逐渐增加,桩-土相互作用更加明显。添加25% HCSA型膨胀剂可提高近20%的极限承载力和56%的极限侧阻力,提高桩体线膨胀率可以有效提高桩的极限承载力和侧摩阻力。该研究可为珊瑚砂桩基工程设计提供参考。
相关文章 | 计量指标
基于IFC标准的三维地质模型扩展研究
陈国良, 吴佳明, 钟宇, 陈健, 陈斌, 王永东,
岩土力学. 2020 (8):  2821-2828.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1785
摘要 ( 325 )   PDF(9956KB) ( 210 )  
岩土工程信息化迫切需要加强大数据集成共享和多专业协同合作,BIM技术在工程建设领域的成功经验给我们以启示,可将BIM技术应用于岩土工程信息化建设,但是当前存在的主要问题是地质模型与BIM模型数据标准不统一。为了解决这个问题,提出了地质模型采用BIM数据标准IFC的思路。采用IFC实体扩展及属性集扩展模式,建立了面向三维地质模型的扩展模型IFC-3DGeoMdl。利用已有的IFC对象类型,派生相应的地质物理实体以及地质空间结构实体,给出地质物理实体的空间表达形式;利用IFC中已有的关系类,定义地质物理实体与空间结构实体的关系;进而,基于IFC中的属性表达方式,实现了地质对象的地层信息与物理力学参数等属性的扩展;最后,给出了创建该模型的具体实现过程,并利用实例验证了该模型的实际应用效果。结果表明,采用该模型,可有效实现岩土工程地质模型与BIM结构模型的集成,从而为深化岩土工程的结构设计、施工等提供有效的地质模型信息。
相关文章 | 计量指标
抗转动对颗粒材料组构特性的影响研究
邹宇雄, 马刚, 李易奥, 陈远, 周伟, 邱焕峰,
岩土力学. 2020 (8):  2829-2838.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1703
摘要 ( 357 )   PDF(12231KB) ( 340 )  
颗粒材料大多由不规则形状的颗粒组成,如砂土、谷物等,抵抗转动是不规则形状颗粒的固有特性。已有研究表明,颗粒抗转动特性对其宏观力学特性有显著影响。因此,在颗粒材料的细观数值模拟中或采用非圆颗粒,或在圆颗粒离散元模拟中采用考虑抗转动的接触模型。采用有限元-离散元耦合方法(FDEM)和离散元方法(DEM)分别对椭球形状颗粒和具有抗转动能力的圆球颗粒进行三轴剪切数值模拟,指出了采用抗转动接触模型考虑颗粒形状影响的局限性,并基于颗粒的局部排布结构揭示了形状影响的细观来源。峰值内摩擦角和剪胀均随着转动摩擦系数和形状偏离圆球程度而单调增加,但颗粒形状对它们的影响呈现出明显的收敛趋势。细观组构分析也表明,虽然颗粒形状和转动摩擦都能显著增强组构各向异性,但是组构各向异性的演化模式有明显的区别。造成以上结果的差异在于其抵抗转动的影响机制不同。转动摩擦是通过限制颗粒转动,增强了颗粒间的稳定承载能力,而非圆颗粒是通过咬合作用形成稳定的局部排列结构。由于椭球颗粒腹部比端部能够传递更大的接触力,颗粒受剪切后发生转动,颗粒长轴倾向于正交大主应力方向,呈现交错排列,颗粒间相互锁定。
相关文章 | 计量指标
测试技术
植入式光纤传感器在隧道结构中的边界效应研究
侯公羽, 李子祥, 胡涛, 周天赐, 肖海林,
岩土力学. 2020 (8):  2839-2850.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1834
摘要 ( 243 )   PDF(17456KB) ( 366 )   PDF(English)(1140KB) ( 10 )  
为探究植入式光纤传感器与隧道衬砌的应变传递的边界效应,分别从理论、试验和现场应用3个方面进行研究,并在实际工程中进行了验证。构建了光纤在混凝土衬砌中的应变传递模型,进行光纤应变传递机制分析,计算了光纤应变传递效率,并与数值计算结果对比,验证了力学计算模型的准确性。使用钢筋混凝土梁模拟隧道的混凝土衬砌,在其表面植入分布式光纤,进行了2组试验。对试验梁进行分级加载并使用BOFDA技术对光纤进行测试。试验结果表明:植入式光纤传感器存在边界效应,结构两端为光纤的低效率应变传递区,不能完全传递试验梁的应变;试验梁中部为光纤的高效率应变传递区,能够完全传递试验梁的应变。基于以上研究成果,在北京市新机场线地铁暗挖隧道CRD工法区间,采用植入式工艺在隧道衬砌内布设了分布式光纤传感器,进行了工程应用研究。监测结果表明,边界效应对工程监测结果影响很小,分布埋入式光纤布设工艺是可行的。该研究可为分布式光纤技术在地下工程结构监测中的应用提供参考。
相关文章 | 计量指标