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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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2021年, 第42卷, 第3期 刊出日期:2021-03-11
基础理论与实验研究
轻质固化盐渍土三维力学特性研究
杨爱武, 杨少朋, 郎瑞卿, 陈子荷,
岩土力学. 2021 (3):  593-600.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1041
摘要 ( 539 )   PDF(8084KB) ( 381 )  
通过固化技术对盐渍土进行改良,使其成为优良的路基填料对于工程建设和保护环境等具有重要意义。以轻质固化盐渍土为研究对象,利用真三轴仪开展室内试验研究,分析了中主应力比、含盐量和围压对其应力?应变关系、破坏强度及抗剪强度指标的影响,揭示了轻质固化盐渍土强度破坏模式,并建立了强度指标计算方法。试验结果表明:应力?应变曲线斜率会随着中主应力比及围压的增大而增大,含盐量对其影响较小;含盐量对破坏应力的影响显著,当含盐量为4%时,破坏应力达到最大;不同条件下,轻质固化盐渍土会产生侧胀、锥形、斜裂、对角线的强度破坏形式;通过分析计算,建立了考虑中主应力比及含盐量等因素的轻质固化盐渍土破坏强度及抗剪强度指标的预测公式;通过对比表明Mohr-Columb强度准则描述轻质固化盐渍土强度偏于保守,容易低估土体的实际强度。研究成果可为工程实践提供参考。
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动渗耦合作用下软黏土动力特性试验研究
雷华阳, 许英刚, 缪姜燕, 刘旭
岩土力学. 2021 (3):  601-610.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0906
摘要 ( 675 )   PDF(8788KB) ( 693 )   PDF(English)(1784KB) ( 82 )  
针对天津地区饱和软黏土,开展了一系列动渗耦合作用下的循环三轴试验。结果表明,软黏土在动渗耦合作用下累积塑性应变发展呈现初期瞬时增长、减速增加、稳定/线性发展3阶段特征;渗流力的存在使得软黏土的动力变形增大1~2倍,且渗流力越大,累积塑性变形增幅越大;振动频率越小,动应力越高,累积塑性应变越大;建立了考虑渗流力作用的软黏土累积塑性应变预测模型;渗流力的存在使得加载初期滞回曲线向应变轴倾斜程度增大;动渗耦合下软黏土的动弹性模量随应变发展先增加后减小,且渗流力越大,模量越低;定义了动弹性模量的换算系数,揭示了其与累积塑性应变的变化规律,建立了考虑渗流力、频率影响的动弹性模量归一化预测模型;渗流力越大,阻尼比的衰减幅度越大,且在振动末期,其阻尼比近似为0.02~0.04。研究成果可以为流固耦合条件下的场地动力特性分析提供理论参考。
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饱和砂土中裙式吸力基础水平循环特性和 累积转角变化规律
李大勇, 张景睿, 张雨坤, 高玉峰, 刘俊伟,
岩土力学. 2021 (3):  611-619.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1296
摘要 ( 407 )   PDF(9286KB) ( 259 )   PDF(English)(647KB) ( 5 )  
裙式吸力基础是一种新型海上风电工程吸力基础形式。采用模型试验研究水平循环荷载作用下,传统和裙式吸力基础的累积转角变化规律和影响因素,循环加载方式包含单向循环加载和变幅循环加载。试验结果表明:传统和裙式吸力基础循环累积转角主要发生在前200次循环,循环累积转角随循环荷载幅值和循环次数增加逐渐增大,累积转角增长速率随循环次数增加逐渐减小。基础累积转角与循环次数之间的关系可用幂函数进行表达。采用Leblanc方法和Miner准则,对长期变幅循环加载下基础累积转角转化为等幅循环荷载进行分析,预测了基础累积转角,发现循环荷载的顺序和循环荷载幅值对基础累积转角有一定的影响。荷载幅值逐级增大条件下,预测的基础累积转角略高于实测值。另外,研究了循环加载过程对基础水平极限承载力的影响,基础水平承载力较循环加载前有一定提高。研究成果能为海上风电吸力基础的设计提供依据。
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锚杆−泡沫铝联合支护防治冲击地压试验研究
姚精明, 许自文, 王建, 王路
岩土力学. 2021 (3):  620-626.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0897
摘要 ( 279 )   PDF(6656KB) ( 189 )  
冲击地压巷道围岩控制是防止冲击地压发生的重要研究内容。基于冲击地压发生条件、锚杆支护特点和泡沫铝力学特性,提出了锚杆?泡沫铝联合支护冲击地压巷道方法。为了研究锚杆?泡沫铝联合支护冲击地压巷道机制,运用相似模拟理论,对锚杆?泡沫铝联合支护试样的力学特性进行单轴压缩试验研究。研究结果表明:试样单轴抗压强度与其锚杆支护密度成正比关系,与泡沫铝支护厚度成正幂数关系;试样完全破坏所耗散能量与试样支护的锚杆根数和泡沫铝的厚度成正线性关系,剩余能量系数与试样支护的锚杆根数和泡沫铝的厚度成负线性关系;试样弹性能指数与试样支护的锚杆根数和泡沫铝的厚度均成负对数关系,试样冲击能系数与试样支护的锚杆根数和泡沫铝的厚度均成负对数关系。由此可见,随着锚杆支护密度、泡沫铝支护厚度的增加,锚杆?泡沫铝联合支护试样冲击倾向降低,试样完全破坏释放的能量减少,试样发生冲击破坏危险性降低。研究结果为锚杆?泡沫铝联合支护冲击地压巷道提供理论依据。
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饱和土中周期排列管桩对平面SV波 隔振的解析求解
巴振宁, 刘世朋, 吴孟桃, 梁建文,
岩土力学. 2021 (3):  627-637.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1067
摘要 ( 316 )   PDF(14845KB) ( 611 )  
基于Biot流体饱和多孔介质理论,采用波函数展开法并结合Graf加法定理,解析求解了饱和土中周期排列管桩对平面SV波的隔振问题。该方法利用饱和土中不同周期单元的散射波场在频域内仅相位不同的特性,将饱和土中无限周期排列管桩对SV波的散射问题转换为仅针对一个周期单元的求解,因而在精确求解的同时显著降低了计算量,并在一定程度上弥补了现有方法在管桩数较多时难以求解的局限。在验证方法正确性的基础上,重点讨论了桩体个数、饱和土参数、管壁厚度、桩排数和排列方式等因素对隔振能力的影响。研究结果表明:周期排列管桩在饱和土中的隔振能力整体上优于弹性土,且在渗透性越差的饱和土中隔振能力越强;管桩的管壁厚度不宜过薄,内外径之比取为0.6左右,周期排列管桩在大多数频率下隔振能力稳定;增加桩排数能够显著提高隔振能力,在无量纲频率为0~0.6的较低频段,隔振能力提高幅度为20%左右,在无量纲频率为0.6~3.0的中高频段,隔振能力提高幅度可达60%,采用三排管桩屏障可屏蔽饱和土中大多数频率下的入射SV波;管桩矩形排列的隔振效果在无量纲频率为0~1.0的较低频段优于梅花形排列,其他频段两种排列方式均具有良好的屏蔽SV波效果。
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岩石−钢纤维混凝土复合层抗压强度预测模型
陈猛, 崔秀文, 颜鑫, 王浩, 王二磊
岩土力学. 2021 (3):  638-646.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0571
摘要 ( 444 )   PDF(8785KB) ( 210 )   PDF(English)(2126KB) ( 8 )  
为了研究岩石?钢纤维混凝土复合层单轴抗压强度的计算方法,对岩石、钢纤维混凝土和岩石?钢纤维混凝土(R-SFRC)复合层试件进行单轴压缩试验,分析混凝土强度等级(C30、C40和C50)和纤维掺量(0、40、60和80 kg/m3)对钢纤维混凝土和复合层单轴抗压强度的影响规律,应用RFPA2D模拟复合层单轴压缩损伤过程和应力?应变曲线,基于Mohr-Coulomb屈服准则建立R-SFRC复合层抗压强度预测模型。结果表明,复合层试件单轴抗压强度介于岩石和混凝土抗压强度之间,复合层中岩石和混凝土界面的相互约束改变了各层的受力状态,复合层中岩石强度降低而混凝土强度增大,复合层极限抗压强度为复合层中的混凝土强度。复合层试件的抗压强度随混凝土基体强度和钢纤维掺量的增大而增大,混凝土基体强度对复合层试件的抗压强度影响更显著;不同材料的复合层单轴抗压强度数值模拟值和理论计算值相对于试验值的误差范围分别为?5.41%~?0.69%和?8.67%~?1.21%,数值模拟和理论计算模型可用于复合层单轴抗压强度预测。
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矿渣−粉煤灰基地质聚合物固化淤泥质黏土的抗压强度试验研究
吴俊, 征西遥, 杨爱武, 李延波
岩土力学. 2021 (3):  647-655.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0918
摘要 ( 573 )   PDF(13385KB) ( 563 )  
为解决水泥固化淤泥质黏土早期强度不足及制备水泥时高污染、高能耗及高成本等问题,采用“一步法”制备矿渣?粉煤灰基地质聚合物用以固化淤泥质黏土,研究硅铝原材料之比、固体激发剂与原材料比及水灰比对固化黏土抗压强度的影响规律,并采用电镜扫描和X射线能谱分析等试验方法进行微观分析,揭示其固化机制。试验结果表明:当硅铝原材料为90%矿渣和10%粉煤灰,碱性激发剂占硅铝原材料质量比为0.15,水灰比为0.7时,其14 d的无侧限抗压强度达到1.5 MPa。矿渣?粉煤灰基地质聚合物主要产物有无定型的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶,是固化黏土抗压强度提升的主要原因。研究结果为地质聚合物在淤泥质黏土加固中应用奠定一定的理论基础。
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锌污染对紫色土干缩与电阻率影响的试验研究
申纪伟, 万水, 刘素英, 王正成, 符俊冬
岩土力学. 2021 (3):  656-664.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1225
摘要 ( 292 )   PDF(9896KB) ( 161 )  
为探究电阻率法监测重金属污染紫色土干缩的可行性,基于二极法,选取最常见、含量最高的锌为典型污染物,分析了干缩过程中蒸发量、收缩率与电阻率受锌含量影响的变化规律,并推导了电阻率模型。结果表明:干缩过程按照蒸发量划分为常速率、变速率与残余阶段,变速率段蒸发速率呈先增加后减小的趋势,其趋势峰值随锌含量的升高而增大;锌含量越高,收缩率前期增长越慢,后期趋稳越早,最终收缩越小;电阻率先慢速后快速增长,锌含量越高,电阻率前期增长越慢,后期反而增长越快;电阻率模型由蒸发量和收缩率表示,并在一定范围内与锌含量相关。锌含量影响了不同阶段的蒸发速率,抑制了干缩变形,对电阻率的作用也越来越强,模型阐明了它们间的相互关系,为电阻率测试紫色土干缩变形提供依据。
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落石形状和尺寸对恢复系数影响的室内试验研究
姬中民, 唐一举, 伍法权, 刘静, 陈天立, 陈志坚
岩土力学. 2021 (3):  665-672.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0992
摘要 ( 392 )   PDF(7984KB) ( 201 )  
为了研究落石形状和尺寸对恢复系数的影响,通过专门设计的落石碰撞测试装置,分别展开10种不同形状和5种不同尺寸的试块与坡面的碰撞测试。基于冲击动力学理论对试验结果进行分析,法向恢复系数Rn对试块形状的变化非常敏感,且非棱角状试块的Rn值明显高于棱角状试块。非棱角状试块Rn值大小依次为球形>椭球>球底圆锥>圆柱>圆盘,棱角状试块的Rn值大小依次为正二十面体>正方体>正四面体>长方体>三角板。综合考虑试块的几何构型和表面积分布特征,引入一个新的形状量化指标——形状因子?,其与非棱角状试块和棱角状试块的Rn值分别呈强线性正相关。相较于Rn,试块形状对切向恢复系数Rt的影响较弱,且棱角状试块的Rt值整体略大于非棱角试块。试块尺寸对Rn和Rt的影响均较为显著,且与Rn和Rt均呈良好的线性负相关关系。这些获得的规律可为落石灾害的准确预测提供重要参考。
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基于应力−应变曲线的礁灰岩脆性特征评价
刘海峰, 郑坤, 朱长歧, 孟庆山, 吴文娟
岩土力学. 2021 (3):  673-680.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1675
摘要 ( 426 )   PDF(7989KB) ( 301 )  
脆性是岩石类材料的重要性质。针对南海某岛礁在某深度范围内的珊瑚格架灰岩、砾块灰岩、砾屑灰岩及砂屑灰岩的钻孔芯样,开展室内物理性质测试及压缩试验。研究表明,礁灰岩的物理力学性质与其沉积组构和成岩作用密切相关;基于峰后应力降的相对大小和绝对速率的脆性指标计算方法能够反映礁灰岩的破坏特征;围压对礁灰岩的脆性指标影响显著,随着围压的增大,试样的脆性指标呈现趋势性降低;单轴压缩条件下,低孔隙率的砂屑灰岩脆性指标与水泥砂浆类似,同时高于格架灰岩及砾块灰岩;随着孔隙率的增大,砂屑灰岩和砾屑灰岩的脆性指标减小,饱和单轴抗压强度也与孔隙率呈负相关关系。
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土质滑坡坡表倾斜变形的室内外试验研究
谢济仁, 乔世范, 余鹏鲲, 内村太郎, 王功辉, 江耀, 方正, 田京立
岩土力学. 2021 (3):  681-690.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1177
摘要 ( 525 )   PDF(13652KB) ( 554 )   PDF(English)(959KB) ( 25 )  
近年来,滑坡倾斜变形已成为滑坡监测预警的重要指标,但是目前关于坡表倾斜变形与滑坡发育特征的研究尚处于探索阶段。通过开展系列降雨模型试验,并结合现场试验,探究滑坡灾害演进过程中坡表位移与倾斜变形的关系,建立基于坡表倾斜?时程曲线的滑坡预警方法。试验结果表明:滑坡在破坏阶段坡表倾斜变形加速,倾角速率倒数与滑坡残留时间呈线性关系,利用该线性关系可预测滑坡最终破坏时间;滑坡滑动过程中坡表倾斜变形与位移呈线性关系,其斜率与滑动半径一致。根据试验结果首次揭示了坡表变形与滑带几何特征的关系,并为基于坡表变形的滑坡滑带预测方法提供了试验依据。
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考虑热渗效应的高温管道−饱和地基相互作用研究
叶智刚, 王路君, 朱斌, 黄家晟, 徐文杰, 陈云敏,
岩土力学. 2021 (3):  691-699.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1143
摘要 ( 392 )   PDF(8592KB) ( 198 )  
高温管道运输是海洋油气输送最常采用的方式之一,其中高温管道?地基相互作用机制是热屈曲可控设计的关键。管道温度变化不仅引起周围海床地基强烈的热水力耦合作用,还诱发孔隙水在温度梯度下发生迁移,表现出显著的热渗效应。基于OpenGeoSys有限元分析平台对高温管道与考虑热渗效应的饱和地基相互作用问题进行研究。基于质量方程和能量方程,推导了热渗效应影响因子理论表达式并提出了临界影响因子,界定了常见土?水参数下热渗系数临界值;通过OpenGeoSys分析平台二次开发嵌入热渗效应,建立了高温管道?饱和土相互作用模型,能够考虑管?土间的水热耦合作用和土体的热渗效应。通过与解析理论对比验证了所建模型的有效性,随后基于热渗影响因子和数值分析,探讨了热渗效应对管?土相互作用的影响程度,并详细分析了不同输油温度、不同初始埋深管道在运行期管周海床孔压和竖向位移的发展。结果表明:土体临界热渗系数为4.3×10?12 m2/(s·K),为实际工程中是否考虑热渗效应提供了评估依据;热渗效应对土体孔压峰值影响甚微但会引起显著的稳态负孔压,提出的热渗效应影响因子确定了该负孔压幅值与峰值的比例关系;管道运行中温度往往诱发土体弱化和负孔压对管道稳定产生不利影响,并随输油温度、3 D埋深内的增加而加强(D为管道直径),3 D以上埋深热渗效应的影响差异不显著。
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基于Grasselli模型的一个新的岩石节理三维粗糙度指标
陈曦, 曾亚武,
岩土力学. 2021 (3):  700-712.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1019
摘要 ( 362 )   PDF(13076KB) ( 262 )  
岩石节理粗糙度是影响岩体剪切力学特性和渗流特性的关键因素。为了获得一个具有各向异性特征且能够反映节理剪切机制的三维粗糙度指标,采用三维激光扫描仪对4组砂岩节理开展了形貌扫描试验,结合Grasselli模型的思想,提出了一个新的三维粗糙度指标 。为了验证新指标的合理性,将其与其他3种模型进行了对比,分析结果表明:相较于Grasselli模型、Liu模型以及Tian模型,新模型与形貌测试结果更加吻合。首次提出了迎剪侧视倾角密度函数的概念,并发现Liu模型实质上遵循Weibull分布。相较于Grasselli模型、Liu模型以及Tian模型的理论密度函数,新模型的密度函数与试验实测结果更加吻合,从而证明了新模型的合理性。新的粗糙度指标更为简单,仅考虑迎剪侧视倾角的作用,量纲和物理意义明确,且和节理的粗糙度呈正相关,试验结果也表明新指标能够较好的反映节理粗糙度的各向异性。
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全吸力范围的盐渍土持水特性的试验研究
刘倩倩, 李舰, 蔡国庆, 李朋林, 李昕哲,
岩土力学. 2021 (3):  713-722.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1110
摘要 ( 416 )   PDF(8104KB) ( 204 )  
盐渍土中含有大量易溶盐,含水率和吸力变化对其工程性质产生重要影响。现有针对盐渍土持水特性的研究较少,尚未得到全吸力范围内统一、明确的土?水特征曲线试验规律。采用压力板法、蒸汽平衡法和冷镜露点法3种方法测量盐渍土的基质吸力和总吸力,并通过试验手段探究压实度和含盐量对盐渍土持水特性的影响规律。试验结果表明:在低吸力阶段,随着压实度的增加,土样的饱和体积含水率降低,进气值提高;持水能力随着压实度和孔隙溶液浓度的增加而提高,并且低压实度时孔隙溶液浓度对基质吸力影响明显。在高吸力阶段,含盐量较高时压实度对土样土?水特征曲线的影响明显,并且土体的持水能力随含盐量增加而增强。
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不同运动模式的悬臂式挡墙地震永久位移算法
李志浩, 肖世国
岩土力学. 2021 (3):  723-734.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0929
摘要 ( 221 )   PDF(9334KB) ( 148 )  
为了有效确定支挡边坡的悬臂式挡墙的地震永久位移,考虑悬臂墙踵板上方局部填土可能存在的不同滑裂特征,基于拟静力法、塑性极限分析上限定理与Newmark滑块法,针对地震条件下可能发生的墙?坡整体对数螺旋面转动、墙?局部填土体系水平滑动及绕墙趾转动3种运动模式,根据较为严格的力学定义分别推导了墙体地震永久位移计算公式。实例分析表明,前两种运动模式所得的地震永久位移相近,均远大于后一种模式,在工程设计中属于位移控制模式。与既有的经验公式法对比表明,文中方法与其误差在30%以内,且比概率置信水平取0.7的Ambraseys-Menu方法小7%。对于墙?坡系统整体旋转滑动模式,在水平地震影响系数一定的情况下,10个主要参数敏感性正交分析结果表明,其对水平屈服加速度影响的敏感性大小排序为:填土黏聚力、墙高、填土内摩擦角、墙体重度、立臂顶宽、填土重度、趾板长度、竖向地震影响系数、底板厚度和踵板长度。
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平移模式下刚性挡土墙三维被动滑裂面的确定与土压力计算方法研究
石峰, 卢坤林, 尹志凯
岩土力学. 2021 (3):  735-745.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1298
摘要 ( 485 )   PDF(12753KB) ( 443 )  
挡土墙后三维被动滑裂面的空间形态难以确定。基于数值模拟,取墙?土接触面摩擦角比值δ/? = 0(δ为墙?土接触面摩擦角,?为土体内摩擦角),采用薄板光顺样条函数搜索出不同土体内摩擦角下挡土墙端部三维滑裂面,类比地基承载力破坏对不同土体内摩擦角下挡土墙端部三维滑裂面进行函数方程的拟合,拟合效果较好,并归纳总结挡土墙端部三维滑裂面方程。在刚性挡土墙平移模式、墙背直立、填土水平且为无黏性土、δ/? = 0等条件下,基于挡土墙端部三维滑裂面方程,求出三维滑裂面的体积。通过力学分析推导了一种三维被动土压力计算方法,并对该方法进行了验证分析。分析结果表明:相较于Soubra被动土压力系数,计算方法得出的三维土压力系数更加接近数值模拟被动土压力系数。三维计算被动土压力系数和朗肯被动土压力系数在挡土墙长深比小于4的时候有明显的差异。随着挡土墙的长深比的增大和土体内摩擦角的减小,三维计算被动土压力系数趋向朗肯被动土压力系数,三维计算被动土压力合力作用点的位置趋向朗肯被动土压力合力作用点位置。
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浓缩海水作为钙源在微生物诱导碳酸钙加固砂土中的应用
杨司盟, 彭劼, 温智力, 刘志明, 冷勐, 许鹏旭,
岩土力学. 2021 (3):  746-754.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0424
摘要 ( 341 )   PDF(8236KB) ( 190 )  
为了将海水作为原料利用于微生物诱导碳酸钙(MICP)加固岛礁地基,进行了海水浓缩试验以及将浓缩海水作为钙源溶液的MICP砂土加固试验,研究细菌固定方式、细菌注入批次、胶结液中尿素浓度以及胶结液注入流速对加固效果的影响。研究表明,在不析出钙离子的条件下,将海水进行浓缩的最高倍数为3倍,此时钙离子含量约为0.033 mol/L;尿素添加量宜为浓缩海水中钙离子含量的3倍,可有效利用胶结液中钙离子产生沉淀;使用2 mL/min的胶结液注入流速对5 cm砂柱进行加固可以得到最佳加固效果;加固后砂柱无侧限抗压强度达653 kPa,耗时4.5 d;增加细菌注入批次无法对砂柱加固效果进行有效改善。
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考虑井阻效应及径向渗透系数变化下砂井 地基的大变形固结
江文豪, 詹良通
岩土力学. 2021 (3):  755-766.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1029
摘要 ( 311 )   PDF(9137KB) ( 195 )   PDF(English)(17237KB) ( 21 )  
基于Barron砂井地基等应变固结理论及Gibson一维大变形固结理论,同时考虑了砂井的井阻效应、径向渗透系数的变化及竖向渗流等因素,推导建立了更具普遍性的砂井地基大变形固结方程,并采用有限差分法对该方程进行了求解。通过将所求的差分解答与已有的固结模型及小变形解析解进行比较,对差分解答的正确性进行了验证。基于差分解答,对砂井地基的大变形固结性状展开分析。分析表明:砂井的井阻效应会降低砂井地基的固结速率,但当砂井的渗透系数增大到一定程度时,砂井的井阻效应可忽略;径向渗透系数的变化模式会对砂井地基的固结速率产生较大影响,相比于线性变化模式,抛物线变化模式下的固结速率较快;竖向渗流加快了砂井地基的固结速率,当井径比较小时,应考虑竖向渗流对砂井地基固结速率的影响;压缩指数与渗透指数的比值越大,砂井地基的固结速率越慢。
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盾构隧道掘进面失稳螺旋破坏机制分析
吴奔, 刘维, 史培新, 付春青
岩土力学. 2021 (3):  767-774.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1081
摘要 ( 334 )   PDF(7820KB) ( 263 )  
针对盾构隧道掘进面稳定问题,提出二维对数螺线机动破坏模型。通过对机动模型进行离散,实现破坏区域内部系统耗散功率精确计算,并利用上限分析法推导出有效支护压力上限解。采用最优化对失稳破坏模式及对应极限支护压力进行计算。研究表明,随着土体强度提高,失稳区域缩小,破坏高度降低,支护压力相应减小;对比分析显示,二维对数机动模型对掘进面失稳模式及支护压力预测结果与数值分析及已有理论模型较为吻合。选取模型试验作为算例进行验证表明,二维对数机动模型与试验结果较接近,可为工程设计提供理论依据。
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被动围压下黄土动态力学性能与能量耗散研究
熊仲明, 吕世鸿, 李运良, 赵奇峰, 李进, 谭书舜, 张向荣, 朱玉荣, 姜磊, 杨琪凡, 张宁波, 张子栋
岩土力学. 2021 (3):  775-782.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1093
摘要 ( 351 )   PDF(7842KB) ( 213 )  
为研究被动围压条件下黄土的动态力学性能与能量耗散规律,利用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对不同初始密度的黄土试样开展了不同冲击速度的动态压缩试验。通过应力平衡和常应变率分析对试验结果的有效性进行了验证,得到了黄土试样动态应力?应变曲线与吸收能变化时程曲线。试验结果表明:应变率在330~620 s?1范围内时,初始密度为1.7 g/cm3,含水率为4.45%的黄土试样屈服强度受应变率影响较小,应变率效应不明显;应变率在445 s?1左右时,含水率为3.77%的黄土试样屈服强度、动态峰值应力比与能量吸收随试样初始密度的增大而增大;入射能在1 700~5 500 J范围内时,初始密度为1.7 g/cm3,含水率为4.45%的黄土试样能量耗散率在27%左右,比能量吸收随入射能的增大而增大。试验结果可为有关黄土的军事及民用工程的建设与防护提供技术参考。
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砂土中大直径单桩水平循环加载模型试验研究
张纪蒙, 张陈蓉, 张凯,
岩土力学. 2021 (3):  783-789.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0597
摘要 ( 291 )   PDF(6120KB) ( 230 )   PDF(English)(17727KB) ( 12 )  
采用电机伺服水平循环加载设备开展了一系列1g模型试验,研究砂土中大直径单桩在水平循环荷载作用下的刚度和变形累积特性。试验结果表明,一次加卸载产生的残余位移约为峰值位移的80%;随着循环次数的增加,循环加载滞回曲线面积逐渐减小,表明桩周土体行为从弹塑性向弹性阶段转变;滞回曲线割线刚度随着循环次数的增加,呈现先增后减的变化,为浅层桩周土体逐渐密实以及桩周土体抵抗由浅层向深层发展的趋势引起;桩顶累积位移随桩径增加而近似等幅减小,随埋深增加,位移的减小幅度也逐渐减小,表明了临界埋深的存在。在指数模型的基础上,在双对数坐标系中通过线性拟合给出了循环累积位移经验模型,发现增大桩径对于减小循环累积位移的效果要好于埋深。
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岩土工程研究
真空预压加固土体变形机制分析
胡利文, 刘志军,
岩土力学. 2021 (3):  790-799.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1127
摘要 ( 1253 )   PDF(9672KB) ( 282 )   PDF(English)(2169KB) ( 37 )  
研究了真空预压加固机制,从弹簧模型中总应力及孔隙水压力变化出发,对不同边界条件下真空预压从概念上探讨了竖向和水平向土体固结变形行为。根据边界条件按K0固结和各向等压固结应力路径,分析了在真空排水固结下土体有效应力的变化及变形的发展,并依据修正剑桥模型推导了弹塑性状态下软土的静止土压力系数理论值K0MC。通过在大面积软基加固工程中的应用分析及部分工程案例统计分析,证实该机制的正确性和有效性,并发现土体的变形行为受真空排水边界条件及加固区尺度影响。对于大面积真空预压加固区中部来说,土体有效应力的改变不是各向等量改变,而是按一维压缩改变,经统计分析实际工程应用,当加固区宽度达到加固区深度(竖向排水体深度)4~5倍以上时,其中部可采用一维压缩公式计算沉降。
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水平盐穴中压气蓄能储库关键顶板稳定性研究
张桂民, 王贞硕, 刘俣轩, 罗宁, 董纪伟
岩土力学. 2021 (3):  800-812.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0903
摘要 ( 307 )   PDF(15458KB) ( 224 )  
在盐穴中建设压气蓄能电站是解决风/光能源发电并网以及电网调峰的重要手段之一。近年来,为了充分利用中国层状盐岩资源,提出了建设水平腔体储库的方案。然而,水平腔体在拥有更大储库空间的同时,亦带来了更大跨度的顶板,可能因损伤破坏成为气体泄漏的通道。确定了层状盐岩上覆的泥质硬石膏层为水平腔体稳定与否的关键顶板,分析了其受力状态和可能的失稳类型;基于线性规划的方法确定了压气蓄能内压范围及埋深的可行域;利用数值模拟的方法,研究了水平腔体压气蓄能储库顶板稳定性及其影响因素。结果表明:循环内压上限是关键顶板稳定性的主要决定因素,宜小于原位地应力的75%,但不宜小于60%;水平腔体尺寸的增大,会增加泥质硬石膏顶板的下沉量、塑性区的范围和体积,改变腔体的体积收缩率,需要综合确定最优值;增大保留盐层厚度,可以降低关键顶板的下沉量和塑性区体积,但却会增加体积收缩率,同时也不利于层状盐岩资源的充分利用。
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基于改进极限平衡法的多级均质黄土边 坡稳定性分析
章瑞环, 叶帅华, 陶晖
岩土力学. 2021 (3):  813-825.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0893
摘要 ( 334 )   PDF(10339KB) ( 424 )  
针对多级均质黄土边坡稳定性分析这一工程问题,给出了一种系统的分析方法。建立了多级黄土边坡整体破坏模式下与局部破坏模式下坡脚圆、中点圆等可能的破坏机构;基于改进极限平衡法,推导出各破坏机构对应的边坡安全系数解析式,进一步采用最优化方法来确定整体破坏模式下与局部破坏模式下各破坏机构所对应的边坡稳定安全系数极小值;给出了系统地进行多级黄土边坡稳定性分析的流程来确定边坡的最小安全系数及临界滑移面。通过算例验证表明:该方法边坡稳定性分析结果与传统条分法极为接近,两者最小安全系数相对偏差不超过?5%,确定的临界滑移面基本一致。该方法可广泛适用各类多级均质黄土边坡乃至单级边坡,可对边坡稳定性分析达到全面精准的效果提供一定的参考。
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悬挂式止水帷幕深基坑减压降水的简化计算方法
李瑛, 陈东, 刘兴旺, 谢锡荣, 童星, 张金红
岩土力学. 2021 (3):  826-832.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0240
摘要 ( 1156 )   PDF(7921KB) ( 327 )  
采用悬挂式止水帷幕结合坑内减压降水的墙?井系统可有效减小坑内降水量或坑外水头降深。将基坑按面积相等等效为井壁进水的大直径承压水非完整井,并令流入井内的水量等于止水帷幕内坑底承压水含水层内的竖直向渗流量,以此建立坑内减压抽水量与坑外承压水头降深的关系式。该理论公式计算结果在止水帷幕插入比大于0.6且基坑半径与承压含水层厚度之比小于2.0时与有限元计算结果比较接近。因未考虑渗流方向变化时的水头损失,数值计算结果和工程案例实测数据均表明理论公式计算结果偏大。利用参数分析研究承压含水层渗透系数各向异性、基坑平面面积、止水帷幕插入长度等因素对减压降水的影响规律。坑内减压抽水量或坑外水头降深与墙?井系统三维渗流场有关,渗流场越接近竖向渗流,坑外水头降深越小,水位接近初始状态。相比数值分析,理论公式简便直观,可用于减压降水的初步分析。
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上海土体小应变硬化模型整套参数取值方法及工程验证
顾晓强, 吴瑞拓, 梁发云, 高广运,
岩土力学. 2021 (3):  833-845.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0741
摘要 ( 1094 )   PDF(13497KB) ( 661 )  
小应变硬化(HSS)模型能较合理考虑土体小应变阶段的非线性、应力相关等特性,在隧道和基坑开挖等变形数值计算中得到了广泛的应用,但目前对模型整套参数的合理取值尚缺乏系统地研究。剖析了HSS模型各参数的意义和对应的试验方法,并基于大量室内和现场试验数据建立了上海土体HSS模型主要参数与土体孔隙比的经验关系,为实际工程利用勘察报告方便且较准确地确定HSS模型参数提供了合理途径。通过多个深基坑工程的数值分析表明,采用现场试验确定的小应变初始剪切模量时,围护墙水平位移计算值和实测值基本吻合,表明提出的上海土体HSS模型整套参数取值方法有很好的普适性和工程实用价值,也为其他地区建立类似的HSS模型参数取值方法提供了借鉴。
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赣南地区人工切坡降雨致灾机制现场模型试验
王力, 李高, 陈勇, 谭建民, 王世梅, 郭飞,
岩土力学. 2021 (3):  846-854.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1129
摘要 ( 401 )   PDF(9527KB) ( 238 )   PDF(English)(17895KB) ( 12 )  
赣南地区滑坡等地质灾害频发,降雨和人工切坡是该地区地质灾害的最主要诱发因素,物理模型试验尤其是现场模型试验是揭示滑坡发生机制的最有效手段。以赣南地区某风化变质岩人工切坡为研究对象,自主设计降雨模拟系统,布设有4个含水率、孔压监测孔及两处位移监测点,开展现场人工模拟降雨试验。研究边坡土体含水率、孔隙水压力以及位移与降雨过程的响应关系,探索持续强降雨作用下风化变质岩边坡的入渗规律,并揭示变质岩风化土坡的变形失稳模式。结果表明:降雨后土体含水率的变化存在滞后,雨水开始入渗后含水率持续增加,含水率增大幅度随其深度增大而减小;各测孔浅层土体孔压值降雨入渗过程响应明显,表层1 m以下土体一直处于非饱和状态;监测点位移与含水率变化速率呈明显的正相关,边坡变形主要集中于含水率变化明显的边坡一侧;边坡位移与孔压值变化响应明显,边坡内部土体发生剪胀变形现象使得孔压值降低,边坡变形速率随即减小;强降雨条件下陡峭人工切坡的变形破坏过程可归纳为3阶段:陡峭坡面分散坍滑,平台形成拉裂缝,边坡大范围垮塌。
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基于抽样可靠性的土体迂曲度计算
戴邵衡, 童晨曦, 颜瀚, 滕继东, 张升
岩土力学. 2021 (3):  855-862.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0956
摘要 ( 500 )   PDF(7682KB) ( 220 )  
迂曲度是研究土体渗水透气特性的重要参数,反映了流体流经多孔介质过程中的迂回曲折程度。现有研究表明迂曲度不仅与孔隙率有关,还与颗粒排列密切相关。在新提出的土体几何迂曲度模型基础上,考虑孔隙率、颗粒排列对等效流经长度的耦合影响,推导了单元体迂曲度计算模型,对比前人的试验结果,进一步探讨了颗粒排列、孔隙率对迂曲度的影响。基于抽样可靠性理论,确定了在一定置信度与误差限度要求下,计算土体整体迂曲度所需要的最小单元体样本量,并验证了其可靠性。对比土体迂曲度理论解和基于COMSOL Multiphysics得到的数值模拟解,验证了方法的合理性。该研究成果可为土体迂曲度的计算提供一种新的求解思路。
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含砾滑带土复活启动强度研究
任三绍, 张永双, 徐能雄, 吴瑞安, 刘筱怡
岩土力学. 2021 (3):  863-873.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0660
摘要 ( 414 )   PDF(24637KB) ( 351 )  
砾石在古滑坡滑带土中广泛存在,确定含砾滑带土的启动强度是古滑坡稳定性评价和灾害防范的关键。以2018年甘肃舟曲县江顶崖古滑坡复活事件为例,基于试验测试和反演分析方法,研究了含砾滑带土的复活启动强度。结果表明: (1)长距离剪切后,滑带土中的胶结作用已逐渐丧失,其残余抗剪强度主要由土颗粒之间的滑动摩擦阻力和咬合作用所导致,砾石含量较高时土颗粒之间的力较强,因而其残余强度也相对较大。剪切面摩擦系数与粗糙度呈正线性相关性,砾石改变了剪切面的粗糙度,使剪切面摩擦阻力增大,导致其残余强度增大。(2)含砾滑带土的残余内摩擦角同时受黏粒含量和砾石含量的控制,与黏土质滑带土主要受黏粒含量控制的机制具有明显差异,建议采用砾石含量与黏粒含量之比作为估算含砾滑带土残余内摩擦角的指标。(3)古滑坡复活启动强度一般大于残余强度但略小于恢复强度,复活启动前的滑带土强度已经由恢复强度向残余强度逐渐衰减,此时古滑坡整体上处于蠕滑状态,在外力作用下,滑带土强度易发生急剧衰减,从而诱发古滑坡加速滑动。
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测试技术
基于平行地震波法探测桩基缺陷的试验研究
杨军, 孙晓立, 卞德存, 邵继喜,
岩土力学. 2021 (3):  874-881.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0670
摘要 ( 319 )   PDF(8644KB) ( 203 )  
平行地震波法已被成功用于探测既有桩基的埋置深度,但该方法对桩基缺陷的探测效果尚不明确。设计并开展了大比例尺模型桩平行地震波测试试验,研究不同缺陷对应的应力波分布特征,并着重探讨桩?孔距和桩顶激振位置对应力波传递规律的影响。试验结果表明,测试钻孔紧邻受检桩时,平行地震波方法能有效识别桩身严重缺陷,桩?孔距增大将大大增加桩长和缺陷判别的难度。断桩和缩径可引起波速下降和初至时间延长,桩身轻微缺陷对应的应力波组异常特征不显著。当桩端持力层为坚硬基岩时,桩底沉渣可导致桩身初至波拟合直线斜率出现二次突变。对于桩身局部截面存在缺陷的情况,当缺陷靠近桩身应力波最短传递路径一侧时,初至波异常特征相对更加明显。
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