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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10期 刊出日期:2020-10-12
基础理论与实验研究
岛礁吹填珊瑚砂力学行为与颗粒破碎特性试验研究
吴杨, 崔杰, 李能, 王星, 吴毅航, 郭舒洋,
岩土力学. 2020 (10):  3181-3191.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0596
摘要 ( 834 )   PDF(11084KB) ( 771 )   PDF(English)(370KB) ( 27 )  
珊瑚砂是岛礁陆域吹填唯一的材料,因其特殊的海洋生物成因和孔隙结构特征,珊瑚砂颗粒在常规工程应力水平下就会发生破碎。通过对取自南海某吹填岛礁的珊瑚砂开展室内三轴固结排水剪切试验,研究珊瑚砂强度、变形参数和颗粒破碎程度随相对密实度、围压的演变规律,并与其他研究成果中的南海珊瑚砂强度参数进行对比分析。研究结果表明:珊瑚砂应变软化及剪胀特征随有效围压的增大、密实度的减小而逐渐减弱;在常规应力范围内,得到珊瑚砂峰值摩擦角和临界状态摩擦角的取值范围分别为33o~58o和28o~47o,且均随有效围压的增大而减小;建立了珊瑚砂割线模量E50与相对密实度、有效围压间的关系式;珊瑚砂峰值摩擦角与修正相对破碎指数Br*间的关系可用指数为负数的幂函数关系式拟合,且当颗粒破碎程度较高时,峰值摩擦角随修正相对破碎指数的增大而减小的趋势变缓;珊瑚砂修正相对破碎指数随塑性功的增大近似以双曲线的形式增长,密实度对两者间的关系影响不大。该研究成果可为南海岛礁基础设施的安全设计提供参考。
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循环荷载下弱膨胀土累积变形与动强度 特性试验研究
庄心善, 赵汉文, 陶高梁, 王俊翔, 黄勇杰
岩土力学. 2020 (10):  3192-3200.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2180
摘要 ( 418 )   PDF(9933KB) ( 312 )  
弱膨胀土经防水保湿处理后可作为路基填土,而目前对其动力响应特性研究较少。为深入分析合肥地区弱膨胀土动力特性,利用GDS动静态真三轴仪对土体进行循环动荷载试验,研究了不同围压、固结应力比及动应力幅值对土体累积变形及强度特性的影响规律。依据试样在不同围压、固结应力比、动应力幅值下的累积变形,建立了弱膨胀土累积变形预测模型。根据应变速率将弱膨胀土累积应变曲线划分为稳定型、破坏型和临界型,并给出判别标准。分析了不同围压、固结应力比下弱膨胀土动强度变化规律,在固结应力比超过1.5时土体强度明显下降,动黏聚力cd随循环破坏振次lgNf增大呈线性减小,动内摩擦角?d 随循环破坏振次增大略微减小。该试验结果可为相关工程提供基础数据与参考。
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基于DIC技术的砂土中圆形锚板上拔土体 变形特性试验研究
史旦达, 毛逸瑶, 杨勇, 原媛, 郝冬雪,
岩土力学. 2020 (10):  3201-3213.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0096
摘要 ( 415 )   PDF(18133KB) ( 249 )  
针对福建标准砂,采用非接触式数字图像相关技术(digital image correlation, DIC),通过一系列室内模型试验研究了圆形锚板上拔时锚周土体的变形特性,重点分析了盘径、埋深比和砂土相对密实度的影响。试验结果表明,随着盘径的增加,同一埋深比条件下,上拔力峰值和出现上拔力峰值时的位移水平均明显增大,而上拔承载力系数N?则随着盘径的增加而减小,但盘径变化不影响上拔时锚周土体位移影响区的形状,且以上规律不受砂土相对密实度变化的影响。对于密砂,锚周土体位移影响区形状随着埋深比的增加由倒梯形向U字形发展,土体剪切破坏面为沿锚板边缘向外侧斜上方演进的直线型破坏面,且与竖直方向的夹角约为1/4?p(?p为土的峰值摩擦角);随着锚板的上拔,锚板上方土体出现较为明显的体积膨胀。对于松砂,随着埋深比的增加,锚周土体位移影响区形状由延伸至土体表面的矩形向内置于土体的贝壳形发展;浅埋时,土体剪切破坏面沿锚板边缘垂直向土体表面开展;深埋时,土体剪切破坏面沿锚板边缘向内侧斜上方发展,与水平方向的夹角约为45°+1/2?p。无论何种埋深比,锚板正上方均观测到小范围的体积膨胀区,其上为体积收缩区,且随着埋深比的增加体积收缩量逐渐增加。
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基于DIC技术的3D打印节理试件破裂机制研究
金爱兵, 王树亮, 王本鑫, 孙浩, 赵怡晴,
岩土力学. 2020 (10):  3214-3224.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0004
摘要 ( 372 )   PDF(13532KB) ( 287 )   PDF(English)(633KB) ( 12 )  
为了准确表征不同角度预制节理岩石在单轴压缩下的变形破坏模式,基于3D打印技术制作了节理模型用于模拟岩体中的结构面,通过水泥砂浆的浇筑得到含不同角度预制节理的岩石试件并进行单轴压缩试验,同时采用数字图像相关技术(DIC)观测、分析试验过程中试件裂纹产生、扩展以及贯通过程。结果表明:随着预制节理从0°增加到90°,试件强度与峰值应变均呈现先降低后升高的变化趋势,0°和45°试件弹性模量相对于完整试件有所降低。基于DIC检测结果,0°、30°、45°及60°试件裂纹皆从预制节理尖端部位起裂,各角度试件的起裂应力与试件强度变化规律一致。各角度试样起裂时在剪应力控制下以剪切翼型裂纹形式起裂,0°与45°试件裂纹在扩展过程由剪切发展为张拉型裂纹,30°和60°试件以剪切裂纹形式贯穿始终,90°试件从底部起裂并最终表现为张拉破坏。研究还发现,下翼起裂角θ2和上翼起裂角θ1之间存在明显的线性正相关关系,关系式为θ2 =0.828 6θ1 +12.185,且起裂应力大小变化与峰值应力变化一致,皆随节理角度的增加先减小后增大。
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冻土区土石混合体冻融交界面剪切性能研究
唐丽云, 王鑫, 邱培勇, 金龙,
岩土力学. 2020 (10):  3225-3235.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2165
摘要 ( 463 )   PDF(12197KB) ( 352 )   PDF(English)(350KB) ( 19 )  
随着全球气候变暖,多年冻土加速退化,冻土区土石混合体边坡稳定性问题日益突出。为探究不同含水率和碎石含量对土石混合体冻融交界面剪切强度的影响。开展土石混合体冻融交界面直剪试验,得出含水率(21%、24%、27%、30%)和含石率(0%、10%、20%、30%、35%、40%)对土石混合体冻融交界面抗剪强度变化的影响规律。试验结果表明:含水率对土石混合体冻融交界面强度的影响可分为快速下降和缓慢下降两个阶段。当含水率从21%增加到27%的过程中,土石混合体冻融交界面强度下降迅速。当含水率从27%增加到30%的过程中,界面抗剪强度继续下降,但下降速率减慢,即含水率对界面强度影响的阈值在27%左右。随着碎石含量增加,界面抗剪强度一直处于增长趋势。当含石率为10%的交界面强度相比不含石的交界面强度有明显增加,最大增长幅度为33%。当含石率大于30%时,土体抗剪强度增长迅速,即含石率对界面强度影响的阈值在30%左右。当含石率一定时,交界面处摩擦角随着含水率增加逐渐减小,在含水率达到27%后变化缓慢,而交界面黏聚力在含水率达到27%前快速减小后趋于缓慢下降。当含水率一定时,随着含石率增加,交界面摩擦角一直处于增长,尤其在含石率超过30%后增长迅速。当含石率从0%增加到30%的过程中,黏聚力先有小幅度下降后处于平缓增长趋势,在含石率超过30%后迅速增加而后又趋于平缓。
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基于孔隙胀缩的土−水特征曲线滞后增量模型
陈可, 曹文贵, 陈贺
岩土力学. 2020 (10):  3236-3244.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2054
摘要 ( 267 )   PDF(7180KB) ( 195 )   PDF(English)(369KB) ( 7 )  
土体孔隙比对土?水特征曲线(SWCC)具有重要影响。试验研究表明,土体在经历不同水力荷载路径后,孔隙发生胀缩致使SWCC产生滞后现象。基于这一发现,假设孔隙胀缩可致使SWCC曲线及扫描曲线产生滞后现象,并以轴平移技术为例解释了土体孔隙在水力载荷作用下胀缩的细观行为。在此基础上,将由变截面毛细管模型定义的孔隙等效半径与Fredlund-Xing方程相结合,通过将孔径控制参数?d简化为常量,推导得到了考虑孔隙胀缩并能反映滞后效应的非饱和土SWCC增量方程。该模型仅需通过主干燥及任意一条扫描曲线确定模型参数,即可预测其他扫描曲线。最后,通过5组试验数据验证了该模型对不同类型土的适用性且该模型具有预测高阶扫描曲线的能力。
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废弃泥浆底部真空−上部堆载预压模型试验研究
詹良通, 张斌, 郭晓刚, 江文豪,
岩土力学. 2020 (10):  3245-3254.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0026
摘要 ( 379 )   PDF(8872KB) ( 235 )   PDF(English)(358KB) ( 8 )  
针对工程泥浆回填废弃矿坑处置的安全问题,开展底部真空和上部堆载预压处理废弃工程泥浆的模型试验,探讨该技术在废弃矿坑回填处置工程应用的可行性。试验结果表明,底部真空和上部堆载预压使得泥浆含水率显著降低及泥土的强度明显提高,处理一个月后,含水率从初始450%降低至95%~105%,体积减量达到73.4%;不排水强度由初始为0的状态提高至9.8~13.4 kPa。在初始的静置阶段,泥浆颗粒沉积存在重力分异现象,粗颗粒在底部沉积有助于缓解真空预压过程中淤堵问题。底部真空作用下,泥浆中孔隙水渗流方向并非完全一维向下,在径向存在水力梯度。处理后泥土压缩性与软土相近,渗透性优于软土。基于试验结果和大应变固结理论,考虑泥浆的自重固结以及压缩性与渗透性的非线性变化,利用有限差分法分析了单次回填厚度对泥浆层固结时间和减量效果的影响,提出了现场实施的工艺参数建议。
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含采空区层状岩体微震信号传播规律试验研究
贾宝新, 王坤, 孙傲, 周琳力, 孙闯, 苏丽娟,
岩土力学. 2020 (10):  3255-3265.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0030
摘要 ( 213 )   PDF(10032KB) ( 164 )  
微震信号在层状岩体中传播规律的研究对于实现震源准确定位具有重要的现实意义。在天然岩体中,微震信号在岩层中传播的速度,不仅受其内部因素即岩石自身物理性质的影响,还受外部因素如地质结构面、断层及采空区等条件的影响。通过室内试验的方法对微震信号在不同岩层及采空区处的传播规律进行研究。结果表明:波速随着传播距离的增加而逐渐衰减,且岩层密度越大衰减越慢;穿过的结构面数量越多,微震信号传播速度衰减比例越大;能量的衰减与波速的衰减一致。采空区断面横截面积越大,微震信号通过的用时越长;采空区周围岩石密度、弹性模量等物理性质的数值越大,微震信号通过时衰减越少。边际谱分析结果表明:断层对频率高的微震信号阻碍作用更强。
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自膨胀锚杆锚固体膨胀剂极限掺量确定方法研究
刘杰, 李运舟, 杨渝南, 李洪亚, 孙涛, 李政,
岩土力学. 2020 (10):  3266-3278.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2197
摘要 ( 288 )   PDF(20727KB) ( 310 )  
首次提出了针对大掺量膨胀剂自膨胀锚杆的理论技术基本原理,并阐明其经济效益与极限抗拔力提升效果。但还存在过量膨胀剂会导致自膨胀锚固体撑裂围岩等问题,必须通过确定膨胀剂的极限掺量来解决。因此,提出了应用自膨胀锚杆的两个前提条件,明确了两个层次的试验目的并以此展开试验研究:(1)膨胀致裂法。先进行围岩胀裂破坏试验,获取界面正应力的变化规律和围岩破坏规律,阐释了自膨胀锚固体作用下中风化泥质粉砂岩的开裂破坏演化规律。建立不同位置径向自膨胀应力计算模型,基于接触面上的径向膨胀应力得到了锚固体的膨胀剂临界掺量预测模型,并预测中风化泥质粉砂岩的膨胀剂临界掺量为28.98%。(2)弹性解析法。基于无限大介质中圆孔均匀受压和圆孔的孔边应力集中问题建立了自膨胀锚固体作用下围岩的胀裂破坏模型,得到了一套围岩受自膨胀锚固体作用时的应力分布预测公式,进一步推导出了围岩受径向膨胀应力作用下的临界开裂方程。为降低现场测试的周期和费用,建立了基于声波?回弹值的中风化泥质粉砂岩抗拉强度预测公式。最终,完成了临界开裂方程在基于围岩不完整性和围岩浸水软化影响下的参数修正,并结合了临界掺量值引入了安全储备系数,建立了自膨胀锚固体的膨胀剂极限掺量设计公式,计算出针对中风化泥质粉砂岩的自膨胀锚杆锚固体膨胀剂极限掺量为26.5%。该研究能为自膨胀锚杆在岩土、矿山、水利等领域的推广运用提供技术支撑。
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一个统一描述饱和−非饱和土温度效应的 热−弹塑性本构模型
刘祎, 蔡国庆, 李舰, 赵成刚,
岩土力学. 2020 (10):  3279-3288.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0045
摘要 ( 203 )   PDF(8713KB) ( 252 )  
地热资源开发与利用及核废料地质处理等诸多岩土工程问题,都需要考虑温度对饱和土和非饱和土应力、应变特性的影响。为了综合反映温度和吸力对土的先期固结压力的影响,提出了不同温度下土的先期固结压力的表达式。将此表达式与黏土–砂土统一状态参数模型屈服面相结合,考虑了温度和吸力对正常固结线及临界状态线的影响,提出了一个统一描述饱和–非饱和土温度效应的热–弹塑性本构模型。该模型分为饱和段(吸力小于某一温度下的进气值或排气值)与非饱和段(吸力大于某一温度下的进气值或排气值)。模型预测与试验数据的对比表明,该模型能够较好地定量描述不同温度下饱和土和非饱和土的应力、应变特性。
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深基坑地连墙支护体系协调变形规律试验研究
陈保国, 闫腾飞, 王程鹏, 宗秋雷,
岩土力学. 2020 (10):  3289-3299.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2190
摘要 ( 305 )   PDF(9286KB) ( 319 )  
深基坑地连墙支护体系中局部应力集中问题,以及施工过程中的实际变形与设计值之间往往存在较大差异造成施工风险。通过设计模型试验,采用可伸缩的内支撑体系来解决上述问题。研究了内支撑体系、地连墙和墙后土体之间的协调变形特性;得出了内支撑的轴力、墙后水平土压力、基坑周围地表位移、地连墙的最大变形量等随支撑体系调节方式的变化规律;提出了地连墙支护体系协调变形智能调节方法。研究发现,相同的位移控制条件下,上部支撑伸缩引起的轴力变化量最大,底部支撑伸缩次之,4道支撑同时伸缩时影响最小;但是,支撑伸缩的位置越深,对地表竖向位移的影响范围越大,4道支撑同时伸缩对地表位移的影响范围和幅度大于单独伸缩某一道内支撑;支撑伸长可明显减小地连墙水平位移,但是会导致支撑轴力急剧增大。结果表明,实际工程中并非基坑水平位移控制越严格,支护体系就越安全,而是应合理控制内支撑伸缩长度,加强支撑轴力和位移监测。
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活性氧化镁−微生物固化黄土试验研究
黄涛, 方祥位, 张伟, 申春妮, 雷宇龙,
岩土力学. 2020 (10):  3300-3306.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0151
摘要 ( 513 )   PDF(11799KB) ( 228 )  
以活性氧化镁和微生物共同作用固化的黄土试样为研究对象,通过含水率、无侧限抗压强度、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等试验,研究了活性氧化镁掺量、养护龄期和初始含水率对固化试样含水率、无侧限抗压强度、固化产物和微观结构等的影响。结果表明:固化试样含水率随氧化镁掺量增加和养护龄期增长而降低;无侧限抗压强度随活性氧化镁掺量(5%~20%)增加而增大,随龄期发展总体上不断增大,但当氧化镁掺量为10%和15%时,后期强度稍有降低;当氧化镁掺量为5%和10%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加而减小,而当氧化镁掺量为15%和20%时,无侧限抗压强度随初始含水率增加先增大后减小。XRD和SEM结果显示,随着氧化镁掺量增加,水化后未进一步反应的氢氧化镁越多;反应生成的水合碳酸镁具有膨胀性和胶结性,对土颗粒间缝隙进行填充,并将土颗粒胶结在一起。
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静钻根植能源桩承载特性模型试验研究
李富远, 王忠瑾, 谢新宇, 娄扬, 王奎华, 方鹏飞, 郑凌逶,
岩土力学. 2020 (10):  3307-3316.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2183
摘要 ( 435 )   PDF(8401KB) ( 203 )   PDF(English)(412KB) ( 9 )  
为了研究静钻根植能源桩在热?力耦合作用下的承载特性,采用自行设计模型试验系统,测试模型桩在黏?砂双层地基中的热力响应。试验结果表明:桩体温度沿深度变化并不均匀,对桩周土的温度影响半径为3倍桩径;3次冷热循环后桩顶和桩周土表面均产生累积沉降,在桩顶荷载达到单桩极限承载力的25%时,桩顶累积沉降达到桩径的3.12‰,是桩顶无荷载情况下的1.77倍;模型桩附加温度应力沿深度分布均表现为中间大两端小,位移变化零点(附加温度应力最大处)随着桩顶荷载增大(约束增强)而上移,桩顶荷载较小时降温引起桩身局部产生拉应力。因此,静钻根植能源桩的承载特性与温度变化条件、桩顶荷载大小和桩端约束条件密切相关,在工程设计中需要综合考虑以确保运行安全性。
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自由段先注浆对预应力锚索抗拔试验结果影响研究
杨庆光, 柳雄, 刘杰, 何杰, 梁凌川, 陈斌
岩土力学. 2020 (10):  3317-3325.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0050
摘要 ( 774 )   PDF(7569KB) ( 175 )  
为了解决无法采用已注浆锚索进行抗拔试验问题,基于界面脱黏剪切模型,利用荷载传递和弹性变形理论,考虑锚索锚固段与自由段长度比Lb /La的影响,建立了采用自由段已注浆锚索抗拔试验结果评价锚索抗拔性能的方法。结果表明:自由段注浆对锚索抗拔力有较大幅度的提高,尤其是当界面剪切阶段由弹性向脱黏过渡时,提高比例快速增加,并在脱黏后逐渐趋于稳定。其次,锚索自由段与锚固段交界面处剪切位移和轴力最大,并向两端逐渐降低。随着拉拔力的提高,界面剪切位移和轴力都不断增大,同时向锚索两端的衰减速度也加快。此外,弹性阶段时剪应力曲线为山峰型,而脱黏阶段为马鞍型,并随抗拔力的提高,马鞍开口逐渐扩大。最后,锚固段与自由段长度比Lb /La对锚索极限抗拔力的影响较小,其极限抗拔力折减系数?Q取值介于0.81~0.83之间,且Lb /La =2.5时,?Q计算值仅比实测结果小6.02%,验证了本文方法的可行性。
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考虑荷载位置偏移的空洞岩石地基极限承载力 计算方法
雷勇, 邓加政, 刘泽宇, 李君杰, 邹根
岩土力学. 2020 (10):  3326-3331.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1944
摘要 ( 289 )   PDF(5258KB) ( 156 )  
荷载位置偏移量对下伏空洞岩石地基的极限承载力有较大影响。当荷载位置偏移量较小时,基于双对数螺旋曲线模型,采用极限分析上限法建立了下伏空洞岩石地基破坏体的功能方程,推导得到了荷载位置偏移下空洞岩石地基极限承载力计算表达式。当荷载位置偏移量较大时,空洞地基发展成为Prandtl破坏模式。并进一步分析了岩石地基厚度h、荷载位置偏移量e及内摩擦角? 对空洞岩石地基极限承载力的影响。最后进行了不同荷载位置偏移量和厚度下的空洞地基极限承载力模型试验研究,并与理论进行了对比验证分析。结果表明:当荷载位置偏移量e一定时,随着岩石地基厚度h的增加,空洞岩石地基极限承载力大致呈线性增长,并逐渐趋向于完整基岩承载力;当岩石地基厚度h一定时,随着荷载位置偏移量e的增大,岩石地基极限承载力呈非线性增长,增大到一定值时接近完整基岩承载力;当岩石地基厚度h和荷载位置偏移量e一定时,随着内摩擦角? 的增大,岩石地基极限承载力增长的幅度逐渐变大。
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地热系统作用下红层软岩力学性能试验研究
周其健, 马德翠, 邓荣贵, 康景文, 祝全兵,
岩土力学. 2020 (10):  3333-3342.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0035
摘要 ( 244 )   PDF(11301KB) ( 200 )  
地热能源是目前绿色建筑的发展趋势,但红层软岩分布地区出现的系列建筑地基病害问题与地源热系统关系尚不清楚。依托成都某建筑群事故调查项目,研究了有无地热系统作用下泥岩、石膏岩的工程特性,并基于室内试验模拟,研究了不同加热方式、不同温度及不同浸水时间等因素下岩石宏观力学特性和微观结构特征。结果表明:(1)同一场地有无地热系统对岩石力学性质影响甚微,但有地热系统时岩体中裂隙发育数量明显增多,累积张开度明显增大;(2)随着浸泡时间增加,泥岩最大含水率可达30%以上,石膏岩含水率超不过15%,泥岩浸水软化效应较石膏岩显著,二者力学指标随含水率增加呈负指数型下降,石膏岩因晶粒大小不同,离散性大;(3)天然状态下石膏岩呈脆性破坏,泥岩呈延性破坏,石膏岩水岩界面溶蚀作用效应显著,随着石膏岩由表及里溶蚀加剧,温度变化效应对岩体内生裂隙萌发起一定促进作用;(4)在20~50 ℃温度变化范围内,石膏岩抗压强度随温度呈抛物线变化,而泥岩单调升高;(5)地热管与岩体间填筑不密实容易形成渗水通道,改变水动力条件,动水作用下使石膏岩裂隙及软弱夹层溶蚀加剧,形成更大空洞,从而诱发沉降。
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锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性 模型试验与数值模拟研究
王成汤, 王浩, 张玉丰, 覃卫民, 闵弘,
岩土力学. 2020 (10):  3343-3354.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2195
摘要 ( 332 )   PDF(12839KB) ( 399 )  
为研究锚索抗滑桩加固堆积型滑坡的受力特性及其联合抗滑机制,开展了分级推力荷载作用下锚索抗滑桩加固滑坡的室内物理模型试验,分析了模型滑坡从加载到破坏过程中桩顶位移、桩身前后土压力、桩身弯矩、锚索轴力和滑体深部水平位移的变化规律。并采用数值模拟进行对比分析,两者所得结果吻合较好。结果表明:(1)桩顶位移、桩身弯矩及锚索轴力随推力荷载的变化曲线均呈现明显的三阶段特征,对应的桩?锚荷载分担比呈先增大、后减小和最后趋于稳定的规律。(2)桩前滑体抗力呈抛物线型分布,且抗力值较小;桩后滑体推力呈上大下小的抛物线型分布,合力作用点约位于滑面以上0.5h1处(h1为受荷段长度)。(3)桩身最大弯矩点始终位于滑面以下2 cm处,表明桩前滑床并未发生破坏。(4)由桩身实测弯矩计算得到的桩身荷载分布表明,桩体抗力主要由桩前滑面以下滑床提供,且呈倒三角形分布。(5)锚索的设置能够有效限制桩身变形,同时在工程中更应该注意锚索失效问题。该研究成果可为堆积型滑坡治理中锚索抗滑桩的合理设计提供试验基础。
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基于节理面三维形貌的岩石节理抗剪强度 计算模型
金磊磊, 魏玉峰, 黄鑫, 魏婕
岩土力学. 2020 (10):  3355-3364.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2074
摘要 ( 476 )   PDF(15840KB) ( 381 )   PDF(English)(547KB) ( 19 )  
JRC-JCS模型在岩土工程领域被广泛应用,但也存在一定缺陷:其一,粗糙度系数(JRC)的二维性不能综合表征节理表面形貌的各向异性;其二,抗压强度系数(JCS)不能全面反映材料属性对节理剪切力学行为的影响。借助三维激光扫描和3D打印技术,浇筑具有自然节理形貌的人工节理试样,对其进行常法向应力下的剪切试验。将试验结果和理论推导相结合,建立了含有三维形貌参数和抗拉强度参数的抗剪强度模型。通过室内试验以及模型对比,分析了法向应力和三维形貌特征对岩石节理的抗剪强度以及剪胀角的影响。结果表明,节理剪切是以张拉为主导的破坏模式,而不是单纯的压缩破坏。不同的三维形貌特征会得到不同的初始剪胀角。随着法向应力的增大,峰值剪胀角减小,通过研究剪胀效应中峰值剪胀角的变化规律,可用于计算岩石节理的抗剪强度。
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金属矿尾废胶结充填体破裂演化过程 原位CT扫描试验研究
易雪枫, 刘春康, 王宇
岩土力学. 2020 (10):  3365-3373.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1962
摘要 ( 408 )   PDF(12007KB) ( 351 )  
为了揭示金属矿尾废胶结充填体(CWRB)破裂过程中的细观力学特性及尾废胶结协同作用机制,采用单轴压缩实时CT扫描力学试验对废石含量(WBP)为0%(全尾砂胶结充填体)、30%、50%和70%的充填体损伤破裂演化过程进行了可视化和数字化表征,揭示了充填体细观损伤和破裂演化的内在力学机制。结果表明,尾废胶结充填体中的废石含量会影响应力?应变响应,随着废石含量的增加,充填体的强度也会增加。强度增加的主要原因是试样中挠曲破裂面扩展的地质力学效应。充填体开裂后裂纹的形状受废石块形状、大小和分布的影响。基质?块体交接界面为充填体中最薄弱的部分。裂纹的形成和扩展最终导致了尾废胶结充填体的应力剪胀行为。界面损伤开裂控制了试样中裂纹扩展路径及强度特性。尾废胶结充填体的强度效应取决于块石的含量,废石?废砂胶结充填体的相互作用控制着试样强度的增加,块石间的互锁作用对于提高试样的整体刚度具有重要影响。该研究成果对于金属矿固废绿色处置及矿产资源的可持续开发具有理论指导意义。
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基于离心模型试验的复杂层状软岩楔形 滑坡变形演化研究
陈达, 许强, 郑光, 蔡国军, 彭双麒, 王卓, 何攀
岩土力学. 2020 (10):  3374-3384.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0109
摘要 ( 345 )   PDF(13789KB) ( 501 )  
楔形破坏是岩质边坡中的一种重要失稳形式,以往研究主要是通过块体理论从力学角度进行稳定性分析,一定程度上忽略了地质作用的孕育演化过程。为全面分析岩质边坡楔形破坏的灾害孕育机制及变形特征,以略阳县官家咀中桥楔体滑坡为地质原型,基于现场地质调查和分析,设计了具有两组结构面的层状楔形体岩质斜坡概化离心模型,并成功完成离心模型试验。结果表明:(1)不同于传统楔形滑坡大块体滑落,当坡体岩性较软、节理裂隙发育时,楔体将沿着楔形面交线方向呈解体式滑动;此类楔体滑坡的楔形形态差,难以从几何上进行识别,岩性条件、结构条件是其控制性因素。(2)这类具层状楔形软岩斜坡表观变形不明显,在重力作用下,变形主要从坡体内部向坡表、坡底纵向延伸,楔形滑体部分压力、应变变化较小,主要表现为拉张破坏。(3)滑坡可形成多级楔形滑面,并发育多级失稳楔体,坡体自动搜索最优滑动面,发生不同规模的崩滑灾害;在1 260 s、50g时出现一级楔体失稳,2 016 s、92g时二级深层楔体失稳。该试验揭示了在重力作用下此类楔体滑坡变形演化过程以及成灾模式,为深入认识该类滑坡以及灾害防治提供了参考依据。
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地震序列作用下干砂与饱和砂地基动力响应 离心模拟试验
吴小锋, 汪玉冰, 朱斌,
岩土力学. 2020 (10):  3385-3394.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0046
摘要 ( 347 )   PDF(11109KB) ( 197 )  
海洋环境荷载复杂多变,海上构筑物基础周围土体作为主要承载体受地震作用的影响非常大。我国已建及拟建的沿海区域存在着大量饱和砂土层,相比于沙漠戈壁等干旱区域,基础周围土体的动力特性有极大不同。已有研究主要考虑单一地震作用下自由场土体力学性状演化,少有关注地震序列及地震历史对基础周围土体动力特性的影响。基于ZJU-400超重力振动台,开展了干砂地基和饱和砂地基离心模型试验,从离心模型尺度对比了两种地基中桩周土体在地震作用下的动力响应。研究发现,饱和地基的自振频率受地震历史的影响较明显,而干砂地基受其影响并不显著。桩?土强烈的相互作用会加速桩周土体超孔压发展。受地震历史效应的影响,土体剪胀特性逐渐加强;桩周超孔压的累积发展逐渐放缓,而消散速度却有所加快。在饱和地基中,桩周土体放大系数随着地震序列呈现明显的震荡增加现象,而在干砂地基中这种现象并不显著。采用反演方法发现,在整个施振过程中饱和砂地基桩周土体模量逐渐减小且不受剪应变关联的现象,揭示了其受超孔压的影响程度要大于剪应变的规律。
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岩土工程研究
机场高填方蠕变沉降的数值反演预测
姚仰平, 黄建, 张奎, 崔光祖
岩土力学. 2020 (10):  3395-3404.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0402
摘要 ( 325 )   PDF(9642KB) ( 239 )  
将考虑时间效应UH模型编写用户材料子程序(UMAT)并嵌入到有限元软件ABAQUS中,再结合多岛遗传算法搭建了数值反演平台。在实际工程中降雨、融雪和临时堆载等因素都会扰乱常态蠕变的沉降规律,使得沉降加快形成突变沉降,进而影响数值反演的预测结果。通过引入非常态蠕变概念并分析突变期间沉降加速的机制,提出了考虑非常态蠕变的反演预测方法。此外,当填方体缺乏分区依据且以多个监测点的沉降数据作为反演目标时,引入了反演参数的分布函数来代替几何模型的分区。并在此基础上进一步考虑沉降突变期间的非常态蠕变影响,进而提出多监测点下考虑非常态蠕变的沉降预测方法。最后,通过河北省承德机场高填方含有沉降突变的监测数据,验证了多监测点数据下考虑非常态蠕变的数值反演的准确性和实用性。
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基于简化力学模型的隧道锚极限承载力估值公式
王东英, 汤华, 尹小涛, 杨光华, 姜燕,
岩土力学. 2020 (10):  3405-3414.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2160
摘要 ( 233 )   PDF(9229KB) ( 350 )  
悬索桥隧道式锚碇的设计理念为锚碇夹持岩体协同承载,因而承载能力远超同体积的重力式锚碇。但因目前对围岩协同作用认识尚不充分,在当前隧道式锚碇设计中仍保守地忽略锚碇和岩体间的挤压效应。为弄清锚碇?岩体协同承载的机制,揭示隧道锚承载能力提高的本质,通过分析隧道式锚碇建设至成桥全过程受力,建立隧道锚的简化力学模型,并引用Mindlin应力解分析了荷载沿锚碇轴向的传递规律以及荷载产生的作用于锚碇?岩体间的挤压应力分布,最终给出了隧道式锚碇极限承载力的简化估算方法,并通过伍家岗大桥隧道锚工程实例分析了结果的合理性。所得结论主要有:锚碇?岩体界面力主要由锚碇自重和锚碇?岩体相互挤压产生;锚碇?岩体界面附加应力自后锚面向前锚面呈先增后减的变化趋势,在距后锚面约1/3L处达到应力峰值;以容许抗剪强度为破坏判据解得的伍家岗长江大桥隧道式锚碇的极限承载力为3 504 MN,约为16倍的设计荷载,与室内试验值基本吻合。
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基于统计分析的地下厂房边墙最大收敛变形 多指标预测方法
骆顺天, 杨凡杰, 周辉, 张传庆, 王旭宏, 吕涛, 朱勇, 卢景景,
岩土力学. 2020 (10):  3415-3424.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0062
摘要 ( 344 )   PDF(9415KB) ( 184 )   PDF(English)(332KB) ( 13 )  
准确预测围岩变形是大型地下硐室科学设计与安全施工的重要前提之一。现有地下硐室围岩变形预测方法主要基于已施工部位围岩变形情况来预测未施工部位围岩的变形趋势,难以满足工程勘察设计阶段准确预测围岩整体变形的要求。在统计分析国内31例大型地下硐室实测资料的基础上,提出了一种适用于工程勘察设计阶段的大型地下厂房边墙最大收敛变形多指标预测方法。该方法分析了31例工程案例的实测数据,发现单轴饱和抗压强度与地应力的比值(强度应力比R/?)、地质强度指标(GSI)和完整岩石的材料常数mi对围岩变形影响较大,并给出了相应的计算方法,同时采用最大收敛变形与硐室高度比(相对变形值U/H)评价了围岩变形量值的大小。通过大量的统计分析建立了地下硐室相对变形值U/H与3个指标之间的预测公式。通过工程实例验证了所提大型地下厂房边墙最大收敛变形预测方法。结果表明,该预测方法的计算结果与实际结果非常接近,说明了所提方法的合理性。
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沉管隧道卵石与碎石垫层力学变形特性对比研究
王勇, 穆清君, 过超, 付佰勇, 何潇,
岩土力学. 2020 (10):  3425-3431.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2129
摘要 ( 544 )   PDF(14050KB) ( 167 )  
国内外沉管隧道先铺基础多采用碎石作为垫层材料,目前尚无采用卵石的先例。卵石和碎石在表面光滑度、排列接触方式、颗粒间天然空隙率等物理特性的差异性将影响其力学性能表现。通过物理模型试验和数值模拟计算,对卵石和碎石垫层的力学变形特性进行对比分析。研究表明:(1)两种材料垫层压缩曲线均呈两阶段反弯曲线变化趋势,相同荷载条件下卵石垫层压缩量较碎石高,总体割线模量较碎石低约30%。(2)垫层厚度由0.8 m变为1 m时,卵石垫层割线模量增加了13.0%,碎石垫层割线模量增加了2.2%;卵石垫层力学变形性能对垫层厚度的变化较碎石垫层更敏感。(3)预压荷载由52.5 kPa增加到84 kPa时,卵石垫层割线模量增加了23.5%,碎石垫层割线模量增加了7.6%;预压荷载越大,卵石垫层能更早达到拐点从而表现出更稳定的力学性能;增加预压荷载对卵石垫层整体力学变形性能的改善较碎石垫层更明显。(4)随沟宽增大,垫层模量在前期再压缩阶段出现模量提高,而在全加载期内总体表现为模量降低;在全荷载范围内卵石垫层对垄沟尺寸变化的敏感度低于碎石垫层。(5)碎石垫层的整体力学性能优于卵石垫层,但两种垫层材料对结构沉降和受力状态的影响相对有限;在对施工偏差敏感度充分分析的基础上,卵石可替代碎石作为沉管隧道垫层材料。(6)开展卵石级配试验研究,获取最佳卵石级配,是未来研究方向。
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高铁路-涵过渡段路基动力响应特性及 长期动力稳定性研究
屈畅姿, 康凯, 魏丽敏, 郭坤, 何群, 王永和,
岩土力学. 2020 (10):  3432-3242.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0079
摘要 ( 464 )   PDF(9959KB) ( 187 )  
以某高铁路基?涵洞过渡段为研究对象,在路基施工完成后开展了现场波速试验,获得了过渡段路基的动力特性参数。在联调联试期和正式运营期开展了两次过渡段路基的现场动力响应测试,分析了动力响应幅值沿线路纵向的分布特征,研究了列车驶向、车速和邻线行车对动力响应的综合影响,对比了两次测试的振动速度分布规律。基于现场试验结果,计算分析了过渡段路基的振动速度合成有效值以及动剪应变值。结果表明:列车驶向对振动速度的影响较为显著,邻线行车产生的振动速度增量不可忽略,振动速度与车速正线性相关性良好;正式运营前、后振动速度未出现显著差异,动剪应变均低于体积剪应变门槛平均值的1/5,过渡段路基的长期动力稳定性有保障。该分析方法和所获得的相关参数可为类似工程提供参考。
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四川省盐源玻璃村特大型玄武岩古滑坡复活机制
何坤, 胡卸文, 马国涛, 刘波, 梅雪峰, 王蛟, 杨群,
岩土力学. 2020 (10):  3443-3455.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2168
摘要 ( 502 )   PDF(28609KB) ( 509 )  
受前期14 d持续累计350.6 mm降雨影响,2018年7月19日盐源玻璃村一巨型玄武岩古滑坡体发生大规模复活,复活体积为1 390×104 m3,损坏房屋186间,造成重大经济损失。基于现场调查、无人机航测、钻探揭露、物理力学试验及数值模拟分析,在查明滑坡体地质结构、失稳特征基础上,对其影响因素及复活机制进行了探讨。研究结果表明,破碎岩土体及地形地貌是滑坡复活的孕灾基础,持续降雨及其引起的地下水位升高是滑坡复活的诱发因素。复活滑坡可分为主滑区和侧滑区两种破坏模式不同的区域。降雨作用下滑坡体内渗流场明显变化,孔隙水压力增大,导致7月13日古滑坡体开始发生变形,稳定性系数逐渐降低。受微地貌约束,主滑区具有多级、多次失稳,渐进破坏的特点。侧滑区斜坡前缘临空条件受坡脚主滑坡控制,在主滑坡运动过程中,侧滑区坡体位移量、最大剪切应变增量逐渐增大,塑性区扩展,破坏过程表现出与主滑坡一定的关联性和滞后性。分析表明,受地下水长期影响,滑带土体强度逐渐削弱,降雨导致坡体渗流作用加剧,抗剪强度降低,从而诱发滑坡复活。
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数值分析
陡倾软硬互层顺向坡强震裂隙发育特征及 边际谱熵值响应规律
李龙起, 何川, 王滔, 赵瑞志, 巨能攀
岩土力学. 2020 (10):  3456-3464.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0058
摘要 ( 272 )   PDF(10762KB) ( 350 )  
为揭示陡倾软硬互层顺向坡强震变形破坏过程中加速度响应与损伤裂隙扩展之间的关系,在前期离心机振动台试验的基础上,采用通用离散元(UDEC)Voronoi节理划分方法再现斜坡变形破坏过程。并基于Fish语言编程动态追踪不同振幅作用下坡体内部拉张、剪切裂隙分布情况,进而借助边际谱熵值概念建立裂隙演化与力学响应之间的关系。结果表明:(1)陡倾软硬互层坡体变形破坏过程为顶部拉裂、坡体下座?坡脚锁固段剪断、整体破坏;(2)在水平振动荷载作用初期,坡体内部裂隙发育主要受拉张作用影响,随振幅增加,裂隙扩展主要由拉张和剪切作用共同引起;(3)坡体内部各监测点边际谱熵值变化与相应位置损伤发育程度密切相关,坡内损伤较小时,边际谱熵值增加,但当坡内出现较大损伤时,边际谱熵值反而降低;(4)基于各监测点边际谱熵值变化可界定坡体变形破坏过程及滑面深度。
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应力球量不变应力跌落方式下非均质岩样 破坏过程数值模拟
舒芹, 王学滨, 赵扬锋, 白雪元,
岩土力学. 2020 (10):  3465-3472.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0077
摘要 ( 245 )   PDF(8211KB) ( 177 )   PDF(English)(1663KB) ( 8 )  
采用自主编写的基于光滑粒子流体动力学方法的程序,在平面应变单轴压缩条件下,开展了非均质岩样破坏过程中剪切带和声发射的演变规律研究。基于带拉伸截断的摩尔?库仑准则,在应力球量不变假设下应力跌落时,推导了破坏粒子应力的计算方法。数值结果表明,当均质度较小时,岩样的纵向应力?纵向应变曲线呈明显的应变硬化和应变软化阶段;当均质度较大时,随着均质度的增加,岩样的应变硬化阶段变得越来越不明显,岩样的峰后行为均呈明显脆性特征。对不同黏聚力时粒子应力跌落程度的理论分析表明,黏聚力高时粒子破坏后应力跌落程度不一定比黏聚力低时的大,应力跌落程度不仅与粒子的黏聚力有关,还与粒子破坏时的应力状态有关。定性分析了均质度对破坏粒子分布的影响。分析表明,均质度越大,破坏粒子越易形成狭窄剪切带,贯穿岩样越快,岩样被贯穿后剪切带外粒子几乎不再发生破坏,因此,岩样的最终破坏粒子数越少。
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三维数值流形法块体切割技术研究
柯锦福, 王水林,
岩土力学. 2020 (10):  3473-3480.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2151
摘要 ( 414 )   PDF(8228KB) ( 201 )  
运用布尔碎片运算实现了简单的三维块体切割功能,形成覆盖整个求解域的六面体网格,再将六面体单元拆分生成48个四面体单元,从而生成四面体数学覆盖。运用布尔交运算将四面体单元与求解域求交集得到流形块体,再根据三维拓扑有向性原理和三维单纯形积分理论,形成了有向边、有向环、有向面和有向壳4种有向几何数据结构,用来构造生成封闭的有向三维流形单元。定义了有向流形单元的连通内面对和连通的有向流形单元的概念,利用有向流形单元的连通内面对搜索生成物理覆盖体系。概括总结了基于修正对称和反对称分解的三维数值流形元法的求解计算要点,在不考虑三维接触、三维裂纹尖端奇异场和三维裂纹扩展的假设下,模拟了三维节理面的有限塑性变形张拉过程,得到了比较合理的数值模拟结果,验证了前处理和计算求解算法的正确性。
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测试技术
用于隧道变形监测的分布式光纤定点式布设 监测误差测定研究
侯公羽, 李子祥, 胡涛, 周天赐, 肖海林,
岩土力学. 2020 (10):  3481-3490.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.1725
摘要 ( 281 )   PDF(9962KB) ( 198 )   PDF(English)(463KB) ( 10 )  
使用分布式光纤进行隧道变形监测,当采用定点的方式来固定传感光纤时,为了更灵敏地感测隧道变形,需要对锚固点之间的应变光纤进行预拉处理。在进行预拉的同时,光纤内部产生一定量预拉应变值,试验表明,施加不同的预拉量对该光纤的监测结果会产生一定的影响。为了减小光纤监测的误差,提高光纤的监测精度,根据感测光纤的应变特性、力学特性设计了光纤的张拉试验方案、构建了试验系统,进行了不同初始预拉值下的光纤张拉试验。通过对监测数据计算与分析,获得了两种特制传感光纤的最佳初始预拉值。结合以上研究成果,在北京市地铁8号线三期工程大红门桥站-和义站区间采用定点方式布设了传感光纤进行了监测。该研究结果可以为结构健康监测工程中传感光纤的布设问题提供参考。
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中美欧自平衡静载试验标准若干问题探讨
朱建民, 殷开成, 龚维明, 谢礼飞,
岩土力学. 2020 (10):  3491-3499.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0607
摘要 ( 570 )   PDF(8040KB) ( 240 )  
针对我国标准JGJ/T 403-2017、美国标准ASTM D8169/D8169M-18、欧洲标准ISO 22477-1:2018中自平衡静载试验标准的差异之处,对其加载系统、位移量测系统、位移稳定标准、终止加载条件等内容进行了比较探讨。美欧标准对荷载箱液压管布置的要求与我国显著不同。我国位移稳定标准明显严于欧美。对于桩身完整性,声波透射法等检出的荷载箱处异常不应直接判为桩身缺陷。通过环带式荷载箱的模型试验,证实了桩身断开面位置在液压缸缸套下缘、荷载箱上下桩身混凝土不会局部压碎。通过双荷载箱试桩现场测试,得出了桩身断开面土体填充率为50%~60%。给出了试验后荷载箱处注浆的建议,工程桩按要求注浆后可以正常使用。
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单桩承载力的一种直接动测法
蒋万里, 朱国甫, 张杰,
岩土力学. 2020 (10):  3500-3508.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.2194
摘要 ( 523 )   PDF(7522KB) ( 231 )  
应用高应变动测法确定基桩的承载力非常依赖测试人员的经验且存在多解性问题。为克服这种现象,介绍了一种新的直接动测法,并以一灌注桩的现场静载试验为对象,建立了详细的基桩有限元静力、动力分析模型。静力模拟比较分析表明,该有限元模型能准确地模拟文献的结果。在此基础上,通过有限元动力分析,得到锤击下桩的应力场、位移场、速度场和加速度场。根据有限元计算结果,分析了直接动测法的有效性。直接动测法确定的承载力和静载法一致。该直接动测法消除了现有高应变法存在的多解性问题,故可以得到单桩承载力的客观性结果。
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