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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9期 刊出日期:2020-09-11
基础理论与实验研究
循环荷载下加筋砾性土填料的动三轴试验分析
王家全, 畅振超, 唐毅, 唐滢,
岩土力学. 2020 (9):  2851-2860.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1977
摘要 ( 337 )   PDF(461KB) ( 240 )   PDF(English)(3281KB) ( 15 )  
为探究循环动载作用下加筋砾性土填料的动力特性,在不同加筋层数和围压下对加筋砾性土进行了固结不排水动三轴试验,研究加筋层数和围压对加筋砾性土动力特性的影响,并进一步分析了加筋砾性土轴向累积应变发展机制。研究表明:加筋层数增加时,轴向累积应变减小,回弹模量增大,且加筋作用的影响幅度逐渐衰减;增大围压时,土体轴向累积应变减小,回弹模量和动孔压均随之增大;随着加筋层数和振次的增加,滞回曲线逐渐向应力轴靠近,滞回圈面积逐渐减小,土体耗能作用减弱。基于安定理论和间接影响带理论,揭示了加筋作用对轴向累积应变发展的影响机制。建立了能够反映加筋层数的加筋砾性土轴向累积应变预测模型,其条件参数?、?、??与加筋层数呈线性关系,可有效预测循环荷载下加筋砾性土路基沉降变形规律。
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周期分布桩体对平面SH波隔振效应的解析求解
巴振宁, 刘世朋, 吴孟桃, 梁建文,
岩土力学. 2020 (9):  2861-2868.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1872
摘要 ( 302 )   PDF(9869KB) ( 211 )  
将排桩对平面SH波的隔振简化为弹性波散射的二维平面问题,基于全空间中无限周期结构的周期特性,给出了一种求解无限周期分布桩体对平面SH波隔振效应的解析方法。该方法采用波函数展开法并结合Graf加法定理,利用全空间中相邻周期单元的散射波场在频域内相差一个相位的特性,仅选取一个周期单元,将入射波场和所有散射波场的贡献叠加后,根据边界条件求解待定系数,从而求得整个散射波场。该解析解能够精确求解无限周期分布桩体的散射问题,分析周期分布桩体数量较多时的隔振规律,弥补了以往理论分析中桩体个数较多时难以求解的不足。重点讨论了桩体个数、桩体刚度、桩体间距和桩体类型等因素对隔振效果的影响,结果表明:(1)该方法显著降低了求解大量桩体问题时的存储量和计算量,有限周期模型计算结果随桩体个数增多收敛于无限周期模型,反映了该方法的正确性;(2)整体上桩体刚度增大有利于提高隔振效果,但桩体刚度对隔振效果的提升有限,桩体剪切波速为土体5倍时已具有足够的隔振效果;(3)桩间距对隔振效果有着直接影响,间距越小则低频禁带宽度越大;(4)桩体类型对隔振效果有着显著影响,实心桩有着良好的隔振效果,而具有柔性内填充的管桩在低频段有着更佳的隔振效果。
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不同层理倾角炭质板岩巴西劈裂 试验及数值研究
李二强, 张洪昌, 张龙飞, 朱天宇, 路景淦, 冯吉利,
岩土力学. 2020 (9):  2869-2879.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1880
摘要 ( 276 )   PDF(828KB) ( 253 )   PDF(English)(734KB) ( 10 )  
炭质板岩中层理软弱结构面对其破坏性态具有重要影响。以陕西岷县木寨岭隧道富含黏土矿物炭质板岩为研究对象,开展不同层理倾角炭质板岩巴西劈裂试验,并采用内聚力模型进行数值分析,研究结果表明:(1)不同层理倾角炭质板岩荷载?位移曲线形式具有一定相似性,具有压密―近线弹性―破坏跌落的基本特征;(2)随试样层理由Divider型及0o、30o、45o、60o、90o变化,其对应抗拉强度为1.65、1.59、1.12、0.89、0.76、0.66 MPa,且该试样抗拉强度显著偏小,受固有缺陷、富含黏土矿物受加工时水岩作用及放置时间等损伤效应的影响;(3)破坏形态受层理影响显著,可分为张拉破坏、剪切破坏和基质及层理面间的拉剪组合破坏;(4)三维数值计算结果显示,内聚力模型所预测的炭质板岩巴西劈裂破坏过程和室内试验结果相比,具有较好的吻合度。所得内聚力模型断裂力学参数能够为相关岩性及工程的数值计算提供参考。
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基于振动台试验的黄土塬边斜坡 动力响应特性研究
李福秀, 吴志坚, 严武建, 赵多银,
岩土力学. 2020 (9):  2880-2890.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2060
摘要 ( 313 )   PDF(906KB) ( 178 )   PDF(English)(22252KB) ( 11 )  
以平凉市崆峒区的黄土塬斜坡为原型,采用含裂隙与不含裂隙的斜坡概念模型,设计并完成1:25的大型振动台试验。在满足相似原理的前提下,通过输入不同幅值的水平向与竖直向地震波,分析两种结构的斜坡动力响应特性。结果表明:水平与竖直向地震波沿着坡面和内部竖直方向上均表现出明显的非线性放大效应,并在坡顶达到最大值;同等幅值的地震波作用下,在坡体中上部,坡面与断面4的加速度放大系数大于同等高程处无裂隙斜坡侧,而在断面1处,含裂隙斜坡的放大系数却小于无裂隙斜坡;输入地震波经斜坡土体传递后,卓越频率发生了显著的变化。随着高程的增加,坡体会对中高频段进行选择性放大作用,在含裂隙斜坡侧这种作用更为明显,且随着地震波的幅值增加,卓越频率向低频方向转移。在竖向地震波作用下,卓越频率衰减现象却不明显。
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基于不同卸荷速率与路径影响下 吹填土力学特性研究
杨爱武, 杨少坤, 张振东,
岩土力学. 2020 (9):  2891-2900.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1992
摘要 ( 338 )   PDF(8300KB) ( 157 )  
运用应力路径三轴试验仪,对天津滨海吹填土开展等向固结条件下的不排水卸荷试验,探讨不同卸荷路径及卸荷速率对应力?应变关系、孔压变化规律及破坏强度特性的影响。试验结果表明:各卸荷路径下应力?应变曲都近似呈双曲线型。UU0.0(径向卸荷、轴向不卸荷)卸荷路径下试样变形表现为轴向压缩,且孔压变化曲线存在明显的屈服点;UU2.0(轴向和径向均卸荷),UU∞(轴向卸荷、径向不卸荷)及UL1.0(轴向卸荷、径向加荷)路径下试样变形表现为轴向伸长,孔压随着应变的增加而增大,最终速度减缓并趋于稳定增长状态。同种路径下,卸荷速率越大,卸荷初期孔压发展越缓慢,峰值孔压越大。对0.1、0.2、0.3 kPa/min卸荷速率下的应力?应变曲线研究发现,卸荷压缩路径下初始切线模量受卸荷速率影响较大,拉伸路径下则不明显。UL1.0路径下卸荷破坏强度最大,UU2.0路径下该值最小,UU∞路径下则居中。同一卸荷路径下,土体破坏强度随卸荷速率的增大而增大。对各应力?应变曲线进行归一化处理,构建了考虑卸荷速率及卸荷路径影响的初始切线卸荷模量和卸荷破坏强度预测公式。
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孔隙水压力对锯齿状结构面剪切蠕变特性的影响
张峰瑞, 姜谙男, 杨秀荣
岩土力学. 2020 (9):  2901-2912.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1907
摘要 ( 231 )   PDF(17528KB) ( 195 )  
为探究孔隙水压对岩体结构面剪切蠕变特性的影响,自主研制了结构面一体化制作模具和多功能剪切流变仪,开展了孔隙水压力下锯齿状结构面的剪切蠕变试验,分析了孔隙水压对结构面蠕变变形、蠕变速率和长期强度的影响。试验结果表明:不同孔隙水压力下的结构面先后经历了瞬时变形阶段、减速蠕变阶段和稳定蠕变阶段,并且孔隙水压力的增大促进了结构面非线性特征的发展;随着孔隙水压力的增大,结构面瞬时位移、蠕变位移和稳态蠕变速率逐渐增大,而蠕变时长、破坏应力和长期强度均呈现明显降低的趋势。根据试验结果,考虑孔隙水压力对模型参数的影响,将蠕变模型中的瞬时剪切模量、黏性剪切模量以及黏性系数替换为孔隙水压力的函数,构建了能够反映孔隙水压力影响的结构面蠕变模型,并对模型参数进行辨识,将试验曲线和理论模型曲线进行对比,验证了模型的正确性和适用性。研究成果对富水区岩体长期稳定性分析提供一定的理论指导。
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考虑土体孔隙比和比表面积影响的未冻 结体积含水率曲线模型
张继文, 穆青翼, 廖红建, 刘芬良,
岩土力学. 2020 (9):  2913-2921.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1982
摘要 ( 290 )   PDF(8643KB) ( 201 )  
土体未冻结含水率曲线模型描述温度和未冻结含水率之间的关系,该模型对计算冻土强度、变形以及水热迁移具有重要意义。考虑孔隙水毛细和吸附作用,提出了一个新的土体未冻结体积含水率曲线模型。该模型假设在较高温度下(0~?2 ℃),毛细作用支配土体中孔隙水冻结,该过程中毛细水冻结受孔隙比影响。另一方面,在较低温度下(<?2 ℃),吸附作用在孔隙水冻结中起主导作用,该过程中吸附水冻结受比表面积影响。结合文献中已有土体未冻结体积含水率曲线的测试数据(包括不同土体孔隙比、比表面积以及广温度范围),对模型进行验证。同时将所提模型与文献中3种常见模型计算结果进行对比,讨论新模型的优越性。结果发现,只有新提出的模型可只用一套参数计算不同土体孔隙比的未冻结体积含水率曲线。此外,针对土体在广温度范围条件下的未冻结体积含水率曲线,新提出模型比已有模型有更好的计算结果。
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一种横观各向同性岩体蠕变模型
李列列, 管俊峰, 肖明砾, 刘海朝, 唐克东,
岩土力学. 2020 (9):  2922-2930.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1387
摘要 ( 295 )   PDF(416KB) ( 145 )   PDF(English)(606KB) ( 9 )  
层状岩体由于层理面或者结构面的存在,在力学上具有横观各向同性的特点,现有的各向同性蠕变模型难以全面反映横观各向同性岩体的蠕变力学特性。为构建能够反映横观各向同性岩体的三维蠕变模型,以能反映瞬时应变、减速蠕变和稳态蠕变特征的黏弹性Burgers模型为基础,基于常泊松比假定,在三维各向同性蠕变本构方程的基础上,按照算子替换的方法,将横观各向同性柔度矩阵代替各向同性柔度矩阵,并考虑了平行和垂直层理方向岩体蠕变力学行为的差异性,推导了横观各向同性岩体的三维蠕变本构方程。根据本构方程的特点,提出了根据平行和垂直方向岩体蠕变试验结果进行三维蠕变本构模型中蠕变参数的辨识方法。将提出的模型应用于三轴蠕变试验参数辨识,从而获得了一套完整的三维蠕变参数,并与试验结果进行对比分析,从而验证了所提模型与方法的合理性和有效性。进一步,指出了传统蠕变试验设计方案的局限性,给出了横观各向同性材料蠕变试验设计建议。研究成果为研究岩体三维蠕变机制提供了新思路,可对岩体蠕变试验设计提供相应的科研支撑。
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水岩作用下泥质板岩软化非线性机制研究
黄智刚, 左清军, 吴立, 陈福榜, 胡圣松, 朱盛,
岩土力学. 2020 (9):  2931-2942.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0105
摘要 ( 244 )   PDF(17298KB) ( 182 )  
水岩作用下泥质板岩表现出明显的软化特征。通过单轴压缩试验分析了泥质板岩软化过程中单轴压缩强度、弹性模量和泊松比与吸水时间之间的关系;借助核磁共振试验研究了水岩作用下泥质板岩软化过程中孔隙的产生、扩展和贯通规律,分析了泥质板岩软化过程中孔隙度与吸水时间之间的关系;采用电镜扫描试验分析了水岩作用下泥质板岩软化过程中微观结构的演变规律,基于分形理论研究了不同浸泡时间下泥质板岩分形维数的变化规律;运用非线性动力学理论,选取微观结构孔隙形状分维值、孔隙度、单轴抗压强度、弹性模量作为描述泥质板岩与水溶液相互作用系统的变量,建立了水岩作用下泥质板岩的软化模型,结合试验数据验证了模型的适用性。结果表明:泥质板岩单轴抗压强度、弹性模量随吸水时间增大而减小,呈负线性相关,而泊松比与吸水时间之间的关系不明显;在浸泡初期,水岩作用强烈,泥质板岩内部微孔隙会发生扩展贯通进而形成更大尺寸的孔隙,孔隙度在浸泡初期增长较快;随着浸泡时间的延长,水岩作用减弱,孔隙度增长速率趋缓;随着吸水时间的推移,泥质板岩内部孔隙相互连通,进而形成复杂网状结构的大孔,泥质板岩分形维数呈对数增长,最终趋于稳定;采用非线性模型计算的结果与试验数据较接近,说明泥质板岩的软化过程具有明显的非线性动力学特征,利用非线性动力学模型可以较好地表征水岩作用下泥质板岩的软化规律。研究成果可为软岩?水相互作用理论研究提供参考。
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插拔桩靴对临近桩靴承载力的影响研究
刘润, 曹添铭, 陈广思, 张海洋, 李成凤
岩土力学. 2020 (9):  2943-2952.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1905
摘要 ( 223 )   PDF(8773KB) ( 148 )  
自升式钻井船桩靴的插拔过程将会对临近井口平台的桩靴基础产生不利影响。开展了室内模型试验研究,将试验结果与理论分析结果相结合,得到了桩靴插拔的影响范围及影响范围内土体强度的变化规律,并推导了桩靴插拔影响区内临近桩靴承载力的计算方法,与模型试验结果进行了对比验证。研究表明,桩靴插拔后砂土相对密实度降低,其降低程度随距桩靴距离的增加而逐渐减小,影响范围约为1倍桩靴直径。受桩靴插拔影响,临近桩靴的承载力下降,降低比例随两桩靴相对间距的增大而减小,随桩靴相对插深的增加而增加。当两桩靴相对间距大于2倍插拔桩靴直径时,可认为桩靴插拔对临近桩靴基础承载力无影响。
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基于尺寸效应的粗粒土单颗粒破碎试验及数值模拟
孟敏强, 王磊, 蒋翔, 汪成贵, 刘汉龙, 肖杨,
岩土力学. 2020 (9):  2953-2962.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2000
摘要 ( 537 )   PDF(468KB) ( 287 )   PDF(English)(12108KB) ( 20 )  
在外荷载等因素作用下,粗粒土易发生颗粒破碎。对泥岩和砂岩颗粒进行了一系列的单颗粒破碎试验,基于尺寸效应和颗粒破碎分形模型,研究了单颗粒破碎强度、破碎能量及Weibull模量等与分形维数间的关系。利用PFC3D对单颗粒破碎过程进行分析,并与试验数据对比,验证了数值程序的可靠性;随后扩展到大颗粒粒径,分析了其单破碎强度及破碎能量。结果表明:在同类试验条件下,不同材料所得的分形维数是不同的;不同粒径砂岩的破碎程度均大于泥岩;单颗粒破碎强度具有明显的尺寸效应;单颗粒破碎强度与破碎能量均可通过分形维数与颗粒粒径预测得出;修正后的Weibull模量也可通过分形维数得出;数值模拟结果与试验结果及预测结果基本一致;大颗粒粒径单颗粒破碎强度模拟结果与预测结果基本一致,破碎能量稍有差异,需进一步试验验证。研究成果可为获取大粒径粗粒土的单颗粒强度与变形特性提供参考。
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开挖前降水引发基坑变形机制模型试验研究
曾超峰, 薛秀丽, 宋伟炜, 李淼坤, 白宁
岩土力学. 2020 (9):  2963-2972.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1587
摘要 ( 324 )   PDF(428KB) ( 262 )   PDF(English)(27211KB) ( 17 )  
现有基坑相关研究主要关注土方开挖过程引起的变形,认为围护结构变形起点是土方第1次开挖。然而,一些工程实测表明,基坑开挖前降水阶段即可引起围护结构及周边地层发生厘米级的变形。显然,未考虑开挖前变形的基坑监测数据将低估基坑施工的环境效应。为了研究基坑开挖前降水引发基坑变形的机制,开展了室内模型试验,对基坑开挖前降水过程进行了缩尺精细化模拟。通过微型降水井的设置与调控,模型试验真实再现了实际基坑降水过程中井流效应对围护结构受力变形的影响。试验过程中发现,随着降水的进行,坑外降水漏斗不断扩展,围护结构悬臂式侧移及坑外拱肩式地面沉降也随之产生。另外,降水导致墙前水压力明显减小,并诱发墙前侧向总压力重分布(以减小为主),围护结构为此发生指向坑内的悬臂式运动以寻求新的受力平衡,并通过墙后土体损失诱发坑外地层变形。
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基于骨架孔隙比的土石混合料强度变形特性
王涛, 刘斯宏, 宋迎俊, 孔维民,
岩土力学. 2020 (9):  2973-2983.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1974
摘要 ( 353 )   PDF(11256KB) ( 223 )  
土石混合体是由具有一定尺寸石块、作为充填成分的土体及孔隙等组成的混合体,其强度变形特性与细粒(土粒)含量密切相关。为研究不同细粒含量土石混合料强度变形特性,建议采用以承担骨架作用的颗粒的孔隙比(骨架孔隙比)反映土石混合料内部真实密实情况。开展了系列压实试验,建立了考虑土石级配的土石混合料堆积模型,进而推导了土石混合料骨架孔隙比表达式,并通过室内三轴排水剪切试验,验证了骨架孔隙比用以预测土石混合料强度变形特性的有效性。结果表明:相较于常规定义的整体孔隙比,骨架孔隙比能更好地表示土石混合料内部颗粒接触状态,反映材料内部“真密实”情况;利用骨架孔隙比概念,可以仅由纯石/土料强度变形特性预测不同细粒含量的土石混合料强度变形特性。
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梯度应力作用下模型试件的岩爆破坏细观分析
吝曼卿, 张兰, 刘夕奇, 夏元友, 张电吉, 彭亚利,
岩土力学. 2020 (9):  2984-2992.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2136
摘要 ( 230 )   PDF(11546KB) ( 151 )  
岩爆是深部矿山开采亟待解决的安全问题,而应力梯度是影响岩爆的重要因素。为探究不同应力梯度的岩爆对围岩内部细观结构的影响,利用可实现三向六面加载及顶部梯度加载的气液复合型岩爆试验装置,对类岩体进行不同应力梯度条件下的岩爆物理模型加卸载试验,并借助扫描电镜对试件破坏面进行细观形貌特征分析。研究结果表明:不同应力梯度环境下试件岩爆的破坏现象与特征存在明显差异;试件所受的应力梯度越大,岩爆后的细观图像显示的晶体间孔隙越小,晶体的密实程度越高;不同应力梯度下试件产生剪切和劈裂破坏比例不同,应力梯度越大,剪切破坏比例越大;岩爆碎屑晶体轮廓具有分形特征,且随着试件所受的应力梯度的增加,其分形维数相对越大。
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级配碎石填料大三轴试验及累积塑性应变预测模型
杨志浩, 岳祖润, 冯怀平, 叶朝良, 马德良,
岩土力学. 2020 (9):  2993-3002.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0226
摘要 ( 305 )   PDF(11439KB) ( 311 )  
级配碎石作为重载铁路基床表层的主要填料,其受列车荷载的影响最大。因此,研究级配碎石在循环荷载作用下的动力行为及累积塑性应变演化特征变得尤为重要。首先,通过制备不同细粒含量的级配碎石填料,开展一系列大型动三轴试验,探究细粒含量、围压及动应力幅值对循环荷载作用下试样累积塑性应变的耦合影响机制。其次,基于塑性安定理论,确定不同应力水平下试样的动力行为,得到考虑围压及细粒含量参数的塑性蠕变状态临界动应力计算模型。最后,结合试验数据,建立考虑应力水平及细粒含量参数的塑性蠕变动力行为累积塑性应变预测模型,并明确各参数的物理意义。其研究成果可为既有重载铁路路基健康状态评估及考虑强度、变形综合控制的路基结构设计提供参考。
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基于能量耗散与释放的充填体失稳 尖点突变预警模型
徐晓冬, 孙光华, 姚旭龙, 梁学健, 邵陆航,
岩土力学. 2020 (9):  3003-3012.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1475
摘要 ( 297 )   PDF(11794KB) ( 212 )  
在充填体失稳预警研究中,以声发射前兆特征作为材料失稳预警标志已得到众多学者的一致肯定。然而,声发射前兆特征具有多种形式,这对充填体的失稳预警有一定的影响。基于此,建立了一种形式固定的充填体失稳预警模型。首先,以能量演化特征为切入点,基于尖点突变理论构建了充填体失稳预警模型,随后针对不同灰砂比充填体开展单轴压缩声发射验证试验。试验结果表明,耗散能突变与可释放弹性应变能突变所构成的区间可描述充填体的预警状态,将其定义为预警区间。不同灰砂比充填体预警区间唯一,模型具有较好的灵活性及普适性。以振铃计数率等认可度高的声发射特征参数的前兆特征对得出的预警区间的合理性进行验证,验证结果表明,根据模型求出的预警区间与声发射参数的前兆特征所处时间高度一致,进一步验证了该方法的合理性及普适性,可为充填体的失稳预警研究提供一种新的思路。
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地震作用下土钉支护边坡震后位移分析
李英俊, 夏元友, 王智德
岩土力学. 2020 (9):  3013-3021.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1963
摘要 ( 214 )   PDF(7537KB) ( 149 )  
基于土钉弹性支座假设,考虑了地震作用时边坡滑动体实时动态滑移对土钉受力的影响,结合拟静力极限平衡法推导了土钉受力实时动态变化与边坡震后位移计算表达式,提出了一种地震作用下土钉支护边坡震后位移计算的改进方法。结合算例分析表明,考虑与不考虑土钉受力实时动态变化的两种计算方法获得的边坡水平位移时程曲线规律基本一致,皆呈阶跃式增大趋势,但考虑土钉受力实时动态变化的改进计算方法得出的震后位移较不考虑的结果小,两种方法计算结果的差异随着土坡整体稳定性的提高而逐渐减小。结合相关文献中土钉支护边坡振动台试验数据,验证了改进方法的合理性。
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基于主应力迹线分层的挡墙被动土压力分析方法
张慧姐, 曹文贵, 刘涛
岩土力学. 2020 (9):  3022-3030.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2003
摘要 ( 187 )   PDF(7078KB) ( 171 )  
为了探讨墙背倾斜与粗糙程度对挡墙被动土压力的影响,首先,结合被动状态下受挡墙墙背和滑动面摩擦影响的滑动土楔内主应力传递特点,采用圆弧形主应力迹线描述滑动土楔中最大主应力传递规律,并提出了最大主应力迹线几何参数的确定方法;然后,采用沿最大主应力迹线的分层方法将挡墙后滑动土楔划分为若干圆弧形曲线薄层单元,并通过该薄层单元受力分析,依据其静力平衡条件建立了挡墙被动土压力分析新方法。该方法不仅可反映墙土摩擦和墙背倾斜程度对被动土压力的影响,而且有效避免了目前土压力分析方法研究中普遍采用的直线薄层单元难以准确考虑复杂的单元实际受力情况的问题,从理论上确保了新提出的挡墙被动土压力分析方法更具合理性;最后,通过试验、现有同类方法及所提方法分析曲线的对比,表明了新方法的合理性与优越性。就墙背倾斜与粗糙程度对挡墙被动土压力分布及合力作用点高度的影响规律也进行了探讨。
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重载铁路基床表层级配碎石填料组构 系数应用与分析
陈晓斌, 喻昭晟, 光, 张家生, 董亮,
岩土力学. 2020 (9):  3031-3040.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1250
摘要 ( 248 )   PDF(8346KB) ( 134 )  
传统级配曲线不能直观展现碎石填料内部物理组构信息,重载铁路基床表层级配碎石填料设计缺少实用的优化目标参数。引入对数几率回归函数将传统积分级配曲线进行了转换,定义了能直观展现碎石填料内部物理组构信息的组构系数R概念。基于对数几率回归函数级配曲线方程,推导了组构系数的数学表达式,并分析了参数的敏感性,进而将组构系数作为优化目标,提出了重载铁路基床表层级配碎石填料级配的组构系数优化方法。通过重载铁路基床表层级配碎石填料击实试验、大型直剪试验、渗透性试验以及对其他工程材料的应用,验证了组构系数方法的可行性。应用研究表明:组构系数R能够定量描述材料组构信息;重载铁路基床表层级配碎石填料的最优组构系数值在21.17~22.08之间。
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典型红层滑坡滑带土自愈合效应试验研究
闫琦玮, 李新坡, 何思明, 罗渝, 田宏岭, 吴永,
岩土力学. 2020 (9):  3041-3048.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2027
摘要 ( 246 )   PDF(7039KB) ( 186 )  
在滑坡稳定性分析和设计计算中往往选用滑带土的残余强度值,但许多研究发现滑带土在稳定期会有自愈合现象发生,表现为抗剪强度的提高。对于以蠕滑为主的红层滑坡,自愈合恢复值应该在滑坡稳定性评价中予以考虑。通过对典型红层滑坡滑带土样进行“剪切―保持―剪切”试验,研究处于残余状态下的剪切面在不同法向应力、不同保持时间下的愈合情况,并进行相应的分析与讨论。试验结果表明:(1)残余状态下的土样在保持一定时间后再次剪切出现明显峰值,证明了剪切面自愈合效应存在,但是继续剪切时恢复的强度随位移快速消失;(2)随着保持时间的增长,剪切面的强度恢复值越来越大;(3)剪切面的自愈合相比法向应力更依赖于保持时间。将得到的摩擦系数值运用断层强度恢复经验公式拟合,提出不同法向应力下常数A的取值,可在滑坡安全系数计算中参考。
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浅埋平板圆锚竖向拉拔极限承载力计算方法
胡伟, 孟建伟, 姚琛, 雷勇,
岩土力学. 2020 (9):  3049-3055.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2070
摘要 ( 263 )   PDF(9207KB) ( 140 )  
采用自制可视化试验装置开展了平板圆锚的拉拔模型试验,基于数字照相测量技术对极限拉拔下锚周土体的位移变形场进行了量化分析。在本次试验的埋深比范围内,极限承载力随埋深比增加而非线性增大,但增长速率逐渐减缓;观测到的锚周土体滑动面与地面、锚板所围区域整体呈现出“底大、顶小、径长”的倒喇叭形状;滑动面可用两条直线段来近似描述;极限拉拔力学模型由一个截面直径上小下大的倒圆台和一个等截面圆柱体组成。根据极限平衡条件推导建立了砂土中浅埋平板圆锚竖向拉拔极限承载力的计算方法,该方法对4组试验数据的计算较其他4种方法与试验实测值更为接近,且离散性更小,效果较好。
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岩土工程研究
巨厚沉积土夹火山岩场地非线性地震反应特性
陈国兴, 李磊, 丁杰发, 赵凯,
岩土力学. 2020 (9):  3056-3065.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1675
摘要 ( 295 )   PDF(584KB) ( 130 )  
地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对核岛场地地震效应评价结果的合理性具有重要影响。以拟建某沿海核电厂深度470 m沉积土夹火山岩层场地的3个钻孔剖面为研究对象,采用一维等效线性波传分析(ELA)法、基于Matasovic本构模型和Davidenkov-Chen-Zhao(DCZ)本构模型的一维非线性分析(NLA)法,选取不同剪切波速的5个岩土层作为地震基岩,研究了输入地震动特性、地震基岩深度和土体动力本构模型的选取对巨厚沉积土夹火山岩层场地非线性地震反应特性的影响。结果表明:(1)以浅层硬岩夹层或深部土层作为地震基岩,NLA法计算的5%阻尼比的地表谱加速度SA的短周期部分较之ELA法的计算值大,但两者计算的地表SA谱的长周期部分几乎一致;(2)基于Matasovic模型和DCZ模型的NLA法计算的地表SA谱谱形和峰值加速度随深度的变化趋势基本一致;(3)从NLA法计算的地表峰值加速度和累积绝对速度而言,以剪切波速约2 500 m/s的浅层硬岩夹层作为地震基岩是适宜的。
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考虑荷载方向效应的软硬相间层状岩体 综合变形模量取值研究
周洪福, 刘彬,
岩土力学. 2020 (9):  3066-3076.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1931
摘要 ( 232 )   PDF(13653KB) ( 173 )  
基于整体受力特征,提出用综合变形模量来表征多层层状岩体的整体变形效应。通过工程实例,建立体现各项异性特性的软硬相间层状岩体综合变形模量理论模型。采用弹性力学分别推求受力方向平行、垂直以及与层面呈任意角度情况下多层层状岩体综合变形模量理论解,并检验理论解一致性。推导受力方向平行层面的综合泊松比理论解和受垂直层面剪应力作用的综合剪切模量理论解。室内分别建立层面倾角为0o、30o、60o、90o的软硬相间层状岩体地质模型,试验获得其综合变形模量。对比分析试验值和理论计算值,两者差别在4.20%~8.77%之间,验证理论解的正确性。从理论分析和试验角度,研究工程荷载方向效应对层状岩体变形特性的影响,丰富完善现有层状岩体力学参数研究理论和技术方法。
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路堤荷载作用下柔性桩复合地基的沉降分析
陈盛原, 叶华洋, 张伟锋, 韦未,
岩土力学. 2020 (9):  3077-3086.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1902
摘要 ( 274 )   PDF(7446KB) ( 170 )  
为了寻求路堤荷载下柔性桩复合地基沉降计算的简便方法,基于已有的研究成果,将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式,根据桩长与临界桩长的大小关系,结合桩?土?垫层三者在交界面上的应力与压缩变形协调条件,运用单位元法推导了柔性桩复合地基加固区的沉降计算公式,并采用分层总和法计算复合地基下卧层的沉降量。结合工程实例对计算结果进行验证,结果表明:采用理论方法计算的柔性桩复合地基沉降量与现场实测沉降结果吻合较好,证明理论计算方法的合理性,且能较好地反映路堤荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状。进一步分析表明:在临界桩长范围内,桩与桩间土相互作用,最大限度发挥了复合地基桩间土的承载能力;此外,由于桩侧负摩阻力对桩体有拖拽作用,桩身轴力在桩体中性面位置处达到最大值。因此,在工程设计中要高度重视和运用临界桩长和中性面的概念。
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先验概率分布及似然函数模型的选择对边坡可靠度评价影响的定量评估
蒋水华, 刘源, 章浩龙, 黄发明, 黄劲松,
岩土力学. 2020 (9):  3087-3097.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1914
摘要 ( 344 )   PDF(10554KB) ( 199 )  
受工程勘察成本及试验场地限制,可获得的试验数据通常有限,基于有限的试验数据难以准确估计岩土参数统计特征和边坡可靠度。贝叶斯方法可以融合有限的场地信息降低对岩土参数不确定性的估计进而提高边坡可靠度水平。但是,目前的贝叶斯更新研究大多假定参数先验概率分布为正态、对数正态和均匀分布,似然函数为多维正态分布,这种做法的合理性有待进一步验证。总结了岩土工程贝叶斯分析常用的参数先验概率分布及似然函数模型,以一个不排水黏土边坡为例,采用自适应贝叶斯更新方法系统探讨了参数先验概率分布和似然函数对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新的影响。计算结果表明:参数先验概率分布对空间变异边坡参数后验概率分布推断及可靠度更新均有一定的影响,选用对数正态和极值I型分布作为先验概率分布推断的参数后验概率分布离散性较小。选用Beta分布和极值I型分布获得的边坡可靠度计算结果分别偏于保守和危险,选用对数正态分布获得的边坡可靠度计算结果居中。相比之下,似然函数的影响更加显著。与其他类型似然函数相比,由多维联合正态分布构建的似然函数可在降低对岩土参数不确定性估计的同时,获得与场地信息更为吻合的计算结果。另外,构建似然函数时不同位置处测量误差之间的自相关性对边坡后验失效概率也具有一定的影响。
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基于主动学习径向基函数的边坡系统可靠度分析
张天龙, 曾鹏, 李天斌, 孙小平,
岩土力学. 2020 (9):  3098-3108.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1695
摘要 ( 284 )   PDF(12522KB) ( 345 )  
相较于极限平衡法,强度折减法在计算边坡稳定性系数上有许多优势,但更大的计算量在一定程度上限制了其在边坡可靠度分析中的应用。为了有效地减少可靠度分析中数值模型的计算次数,以减轻使用强度折减法所带来的计算压力,引入了基于主动学习径向基函数(ARBF)代理模型的高效分析方法:利用主动学习函数在极限状态面附近搜索训练样本更新代理模型,加快模型训练的收敛速度;采用线性核径向基插值函数简化模型参数优化过程,建立简洁、稳定的代理模型。此外,为了充分发挥主动学习代理模型的优势,提出针对土质边坡特性的初始采样策略。当得到稳定的代理模型后,结合蒙特卡罗模拟计算边坡的系统失稳概率。作为对比,基于两个典型边坡算例,测试了两种经典的可靠度方法:主动学习克里金模型(AK)和二次响应面法(QRSM),论证了引入的主动学习径向基函数代理模型在计算效率上的高效性和计算模型上的稳定性。
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高速铁路无砟轨道地基泥岩膨胀性分类分级研究
薛彦瑾, 王起才, 马丽娜, 张戎令, 代金鹏, 王强,
岩土力学. 2020 (9):  3109-3118.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2134
摘要 ( 490 )   PDF(470KB) ( 156 )   PDF(English)(38738KB) ( 7 )  
红层泥岩是一种典型侏罗系沉积岩,其含有微量黏土矿物,易遇水软化、失水崩解,具有一定膨胀性,是引起兰新高速铁路路基持续上拱变形的一个重要因素,故重新判定该种土体膨胀性对高速铁路无砟轨道设计和施工具有重要意义。为此,选取等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限为泥岩膨胀性判别指标,通过兰新高速铁路上拱地段大量钻孔实测资料,提出了泥岩膨胀等级分级标准,采用改进层次分析法、基尼系数法和直觉模糊理论确定了判别指标组合权重,基于逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了泥岩膨胀性直觉模糊综合评价模型。结果表明:直觉模糊综合评价模型将泥岩膨胀性进行了定量化,克服了同一试样不同指标属于不同等级判别缺陷;室内膨胀量试验验证了膨胀等级分级标准和直觉模糊综合评价模型对兰新高铁地基泥岩适用性和准确性。研究成果对地基红层泥岩高速铁路路基长期持续上拱变形风险评估和工程控制措施提供技术支撑。
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数值分析
高铁荷载下桩承式路基动力响应及土拱效应研究
庄妍, 李劭邦, 崔晓艳, 董晓强, 王康宇,
岩土力学. 2020 (9):  3119-3130.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2030
摘要 ( 596 )   PDF(13658KB) ( 257 )  
土拱效应的作用机制是桩承式路堤荷载传递的关键性技术问题,然而高铁荷载作用下桩承式路堤中土拱效应的研究尚不充分。基于高铁设计规范的相关内容,建立了高铁荷载作用下桩承式路堤三维有限元分析模型,并采用已有研究结论验证了数值模型的正确性。根据该数值分析模型,首先分析了高铁荷载作用下路基的动力响应,研究了高铁荷载作用下道床和路堤不同位置处的竖向位移随时间的变化规律,以及路基中速度与加速度沿深度的分布规律。研究发现:道床和路堤表面处的竖向位移随时间变化呈倒“M”型周期变化,而路堤底部处呈“V”型周期变化;速度与加速度在路基深度范围内衰减了80%。通过变化桩间距、路堤高度以及路堤材料参数,分析其对高铁荷载作用下路堤应力和沉降发展规律的影响,进而分析其对土拱效应的影响。研究结果表明:动载作用下土拱效应依然存在,但有所减弱,动载峰值作用下减弱程度最大,谷值情况下有所恢复;桩间距和路堤高度对高铁荷载作用下桩承式路堤中土拱效应的影响较为明显,而路堤填料内摩擦角和剪胀角的影响则相对较小。
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水位变化对多空沟屏障远场隔振效果的影响研究
李建平, 张晓磊, 冯世进,
岩土力学. 2020 (9):  3131-3138.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1945
摘要 ( 250 )   PDF(440KB) ( 175 )   PDF(English)(8253KB) ( 10 )  
受季节性降雨的影响,雨季和旱季存在明显的水位波动。为分析地下水位升降对多空沟隔振效果的影响,建立了上覆单相弹性层饱和地基中空沟有限元分析模型。模型中考虑了沟中水的作用,算例分析了等沟深和不等沟深多沟屏障、沟壁倾斜多沟屏障和连续起伏地形屏障在不同水位下的远场隔振效果。计算结果与相应单相弹性地基进行对比,结果表明:土体渗透性低时,多数水位下不利于多沟屏障隔振;沟深为0.3LR(LR为R波波长)的三沟屏障通常可获得较理想的隔振效果(75%隔振率),但屏障在隔振效果最差的共振水位(0.6LR)下,空沟须贯穿上覆干土层才可获得75%隔振率;递减沟深屏障可有效降低上覆土层共振的不利影响;沟深较浅时,沟壁倾角越大,多沟的隔振效果越好,但对较深多沟的影响小;连续起伏的地形景观可作为一种有效的绿色隔振屏障。
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桩坑附近桩靴二次就位过程中滑移载荷研究
高攀, 程璐, 史旦达, 刘智慧
岩土力学. 2020 (9):  3139-3147.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1640
摘要 ( 168 )   PDF(8426KB) ( 184 )  
自升式平台在遗留桩坑附近就位时,桩靴的滑移风险对于平台结构安全具有重大威胁。基于耦合欧拉?拉格朗日方法,建立了遗留桩坑附近插桩过程的有限元模型,对加载速率和网格密度等进行参数分析,确定了合理的模型参数,并进一步研究了相关参数的影响规律。结果表明,滑移载荷产生的主要原因在于桩靴贯入过程中土体破坏面的不对称;峰值滑移载荷随桩坑坡度、深度和直径的增大而增大;减小桩靴底面坡度可以有效减小桩靴上的滑移载荷。研究揭示了桩坑和桩靴几何参数对滑移载荷的影响机制及其规律,对于深刻认识“踩脚印”问题和有效指导桩坑附近二次就位作业具有科学意义。
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测试技术
基于分布式光纤应变传感技术的隧道 沉降监测研究
侯公羽, 李子祥, 胡涛, 周天赐, 肖海林, 王凯迪, 胡锦欣, 朱景,
岩土力学. 2020 (9):  3148-3158.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1929
摘要 ( 587 )   PDF(14920KB) ( 383 )  
隧道沉降是评估隧道结构安全性和稳定性的重要指标,通过分布式光纤监测技术,可以获得被测部位的应变分布情况,但不能直观地反映出隧道各个部位的沉降量大小。提出了基于分布式光纤应变的隧道沉降反演模型,将光纤应变曲线和隧道沉降曲线联系起来,并通过理论推导、数值模拟、室内试验,验证了模型的可行性。通过北京轨道交通新机场线07标暗挖区间分布式光纤监测项目,对隧道临时支护的破除阶段进行了监测,获得了不同工况下隧道拱顶处的应变曲线,并借助提出的隧道沉降反演模型,对隧道拱顶沉降进行了计算,计算结果和现场实测结果能够较好的吻合,其误差可以满足工程需要。研究结果可以为分布式光纤传感技术应用于隧道沉降监测提供理论与试验基础。
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大型多功能高压岩石结构面剪切伺服试验 系统及功能测试分析
江权, 李力夫, 冯夏庭, 李邵军, 覃卫民, 陈腊春,
岩土力学. 2020 (9):  3159-3169.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0772
摘要 ( 262 )   PDF(12393KB) ( 206 )  
高法向应力和常法向刚度边界是深部岩体结构面基本边界约束特征,开发具有高法向荷载、大剪切面积、多剪切模式、长剪切距离的岩石结构面剪切伺服试验系统是认识深部岩体结构面剪切变形与破坏的前提。为此,阐述了新开发的大型多功能高压岩石结构面剪切伺服试验系统的特征参数和功能特性。该系统由法向与剪切加卸载子系统、伺服控制子系统、数据采集与交互软件子系统、液压油源辅助子系统等组成,其最大法向荷载为1 500 kN、最大剪切荷载为2 000 kN,可适用尺寸为20 cm×10 cm×20 cm、30 cm×20 cm×30 cm和50 cm×30 cm×30 cm(长×宽×高)的结构面剪切/试块剪断试验。试验过程可采用复杂的法向加卸载(NLU)、常法向荷载(CNL)、常法向刚度(CNS)、快/慢剪(FLS)、往返剪(GBS)等试验模式,辅助有剪切观测视窗和声发射定位监测。基于水泥材质结构面和岩石试样开展本系统的功能测试试验结果表明,由于采用了先进的硬件结构设计和高效的伺服软件控制,该高压伺服试验系统可以实现高频伺服反馈控制和数据自动采集,从而可获得稳定和可靠的结构面试样剪切测试结果,支撑深部含结构面岩体稳定性理论研究和工程应用分析。
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基于透明土和三维重构技术的空间变形可视 化测量系统的研究
赵红华, 刘聪, 唐小微, 魏焕卫, 朱丰,
岩土力学. 2020 (9):  3170-3180.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1973
摘要 ( 239 )   PDF(17053KB) ( 217 )   PDF(English)(807KB) ( 11 )  
常规的可视化模型试验中,能够观察到二维观测视窗中的位移变形,但是却无法获取三维问题的离面位移以及三维空间变形场。为此,基于透明土模型试验,自主开发了一套自动层析扫描测试装置,通过高精度电动线性平台控制着相机和激光器同步运动,获取一系列二维图片。利用改进的图像变形测量方法进行图像后处理。在此基础上,自主编写了相应的三维重构的体绘制程序,用于构建变形后的三维位移场。为了验证空间变形可视化测量系统的可行性,开展了方形基础和圆形基础透明土静压试验。试验结果表明:重构后的三维竖向位移和水平位移等值面云图的变化规律和理论预测结果以及前人文献中所提到的规律一致,三维矢量位移场可以直观地显示不同位置的土体运动规律,能弥补二维观测技术不能反映离面位移的局限性。该研究不仅可以进一步地揭示静压试验中的三维空间变形问题,同时还证明该方法对于实现物理模型试验中观测三维空间变形问题是可行的。
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