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
2021年, 第42卷, 第5期 刊出日期:2021-05-11
基础理论与实验研究
红黏土土层锚杆界面剪切应力松弛试验及其模型
陈昌富, 杜成, 朱世民, 何仕林, 张根宝,
岩土力学. 2021 (5):  1201-1209.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1429
摘要 ( 656 )   PDF(8138KB) ( 432 )   PDF(English)(328KB) ( 23 )  
锚-土界面剪切应力松弛是引起锚杆(索)预应力损失的关键因素。首先,研制了锚-土界面剪切应力松弛试验装置;然后,针对红黏土锚固单元体试样,分级施加恒定的界面剪切位移,获得了锚-土界面剪切应力松弛全过程曲线,并采用坐标平移法将分级加载曲线转化成分别加载曲线;再引入分数阶微积分理论改进黏壶元件,建立了红黏土-锚固体界面剪切分数阶M||N(由Maxwell体和Newton体并联组成)松弛模型,选取部分剪切位移水平下的松弛试验曲线回归分析得到了各模型参数,同时还拟合得到了各模型参数随剪切位移的变化关系;最后,采用建立的松弛模型,对另一部分剪切位移水平下的松弛曲线进行预测。研究结果表明:相比于整数阶M||N模型、Burgers模型以及五元件模型(H||M||M),提出的分数阶M||N松弛模型不仅具有结构简单、参数较少等优点,也具备更高的拟合及预测精度。
相关文章 | 计量指标
基于能量耗散理论的岩石塑性-损伤本构模型
马秋峰, 刘志河, 秦跃平, 田静, 王树立,
岩土力学. 2021 (5):  1210-1220.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1091
摘要 ( 824 )   PDF(10147KB) ( 583 )   PDF(English)(623KB) ( 21 )  
将Mohr-Coulomb准则与能量耗散理论相结合,考虑了加载过程中岩石的硬化、软化特性,采用非关联塑性流动法则描述岩石的塑性变形,通过损伤过程中耗散能与损伤耗能率相除的方法求解损伤变量,建立了损伤-塑性本构模型。通过常规三轴加-卸载试验,分析了岩石损伤过程中耗散能-损伤变量的关系,建立了损伤耗能率表达式,同时标定了模型参数。利用所提的新模型模拟岩石的常规三轴试验,将模拟结果与试验结果进行对比,探究了模型的合理性。在此过程中得到如下结论: (1)损伤耗散能在线弹性阶段随着轴向应变的增长,呈现上凹型曲线,增长速率不断增大,在应力峰值附近增长速率达到最大值,在峰后残余阶段,损伤耗散能与轴向应变近似呈现线性关系;(2)采用与弹性模量相关联的损伤变量定义方法,试验结果表明,存在一个小于或等于1的损伤变量极限,随着围压的增大,损伤变量极限逐渐减小;(3)所提的新模型能够反映出在加载过程中不同围压条件下岩石的强度、硬-软化特性,数值模拟结果能够描述应力-应变关系、损伤耗散能规律以及损伤演化规律。
相关文章 | 计量指标
二次炭化温度对热压型煤力学性质 及微观结构影响的试验研究
彭守建, 王瑞芳, 许江, 甘青青, 蔡果良,
岩土力学. 2021 (5):  1221-1229.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1355
摘要 ( 419 )   PDF(14860KB) ( 219 )  
为了使型煤试件与原煤的性质更加接近,提高相关物理模拟试验研究与工程实际的吻合度,通过改变温度条件制备二次炭化热压型煤,对其单轴压缩力学特性、渗流特性及微观结构进行了测试分析,考察温度对二次炭化热压型煤力学性质及微观结构特性的影响。结果表明:(1)随着炭化温度升高,二次炭化热压型煤试件的单轴抗压强度表现出先升高后降低的趋势,在300 ℃炭化温度条件下其单轴抗压强度与原煤较为接近;(2)在三轴压缩条件下,二次炭化热压型煤试件的渗透率随轴压增大呈现先减小后增大的演化规律,其初始渗透率和最小渗透率均随着炭化温度升高而增大;(3)二次炭化热压型煤与原煤在FT-IR有机官能团测试中的特征峰位置基本保持一致,但所对应的特征峰强度有所差异,且在300 ℃和450 ℃炭化温度条件下二次炭化热压型煤红外谱图的官能团响应与原煤最为接近;(4)二次炭化热压型煤相较于原煤,其孔径分布更为均匀,微孔占比少,比表面积小,且随着炭化温度升高,二次炭化热压型煤的平均孔径和比表面积呈现先降后增的趋势,并在300 ℃炭化温度条件下其孔径和比表面积相对最小。研究成果可为二次炭化热压型煤成型条件优化及二次炭化型煤力学特性研究提供参考。
相关文章 | 计量指标
煤层钻孔降倾-控变-耗能防冲机制试验研究
王爱文, 高乾书, 潘一山,
岩土力学. 2021 (5):  1230-1244.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1568
摘要 ( 369 )   PDF(19069KB) ( 319 )  
对预制钻孔试样开展单轴压缩试验,采用声发射(acoustic emission,简称AE)及数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)监测技术探究多列多排布置钻孔试样的力学响应特征,分析钻孔对试样冲击倾向性、变形破坏及能量积聚与释放的影响规律。试验结果表明:煤层钻孔具有降低煤体冲击倾向、引导和控制煤体变形、增加变形能耗散的作用。(1)钻孔试样的强度较完整试样显著衰减,且随钻孔数增多,应力峰前弹性模量、应力峰值、冲击能量指数逐渐降低,冲击倾向性减弱。钻孔提升了AE事件的活动强度,但降低了高能量事件的占比。(2)钻孔布置方式改变了试样的破裂模式。完整试样由其表面中部形成应变局部化区域,并以该区域为弱面发生最终破裂;单列多排钻孔试样在钻孔上下侧起裂,产生局部化带,并向上下延伸形成宏观裂隙;双列多排钻孔试样在同排钻孔间的岩桥内起裂,然后垂直钻孔间岩桥内的裂隙进一步发育,最终形成纵横及斜交的宏观裂隙。钻孔展现出诱导试样提升垂直钻孔方向变形、约束平行钻孔方向变形、增强垂直方向变形、减小体积变形的空间效应。(3)钻孔能够降低变形能密度增长速率UV及变形能密度峰值Umax,同时延缓破坏时刻变形能的释放速率URV,且钻孔数越多,变形能密度峰值Umax及释放速率URV降低幅值越大。
相关文章 | 计量指标
珊瑚礁岛钙质砂细颗粒渗透运移规律研究
鞠远江, 胡明鉴, 秦坤坤, 宋博, 孙子晨,
岩土力学. 2021 (5):  1245-1253.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1271
摘要 ( 413 )   PDF(7225KB) ( 256 )   PDF(English)(250KB) ( 20 )  
钙质砂因其独特的生物成因、形成环境和沉积过程,颗粒形态不规则易破碎,结构松散黏聚力弱,与常见的陆源砂存在较大差异。黏聚力弱的细粒成分可能会因渗透作用而挣脱束缚,发生迁移和再积聚,从而引起孔隙和渗透性的变化。为此,开展不同初始条件下的渗透试验和渗出液沉淀物激光粒度分析,研究钙质砂渗透过程中渗透系数的变化规律和细颗粒运移特征。试验结果显示细颗粒容易在渗流条件下流失,导致土体结构和渗透性的局部变化。级配、密实度、渗流水力梯度均对渗透过程中细粒流失产生重要影响,表现为土体粗粒含量越高,密实程度越低,渗流水力梯度越大;细颗粒越易流失且流失颗粒粒径越大,渗透系数变化幅度越大。钙质砂渗透过程中细粒流失的主要粒径范围受级配影响显著,颗粒级配中粗颗粒含量越少,则流失的颗粒粒径越小,反之亦然。
相关文章 | 计量指标
基于时频分析的微震P波和S波到时联合拾取方法
贾宝新, 李峰, 周琳力, 王帅, 刘家顺,
岩土力学. 2021 (5):  1253-1265.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1439
摘要 ( 561 )   PDF(14907KB) ( 467 )   PDF(English)(674KB) ( 22 )  
微震信号到时的精确拾取是震源定位的重要前提,准确获取微震信号P波、S波到时具有重要理论意义。基于时频分析原理与到时拾取原理,提出了基于时频分析的下山比较法。该方法的时频分析原理通过语谱图、功率密度谱图、连续两次FIR带通滤波获取了背景噪声的位置和规律、P波和S波初至前后微震信号的频率、振幅、能量变化以及光滑且利于迭代平均值比较的波形。该方法的到时拾取原理通过将全子波振幅的数学期望设置为阈值,并遵循P波和S波功率大小、到达先后、波形重叠三大关系迭代比较微震信号子波振幅,从而获得P波精确到时和S波峰值到时。利用模型试验比较了该方法较改进长短时窗(STA/LTA)方法的优越性,并在工程实例中获得验证。结果表明:该方法对比改进STA/LTA方法,前者可同时拾取P波精确到时与S波峰值到时而后者只能拾取P波精确到时,前者P波平均时差、标准差分别为后者的6.18‰、3.98‰,前者单次拾取所需平均计算时间、标准差分别为后者的43.99%、10.54%,前者到时拾取失败比例为0,而后者为15.63%。
相关文章 | 计量指标
高速铁路X形桩桩网复合地基动态响应分析
牛婷婷, 孙广超,
岩土力学. 2021 (5):  1266-1280.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0924
摘要 ( 430 )   PDF(10708KB) ( 363 )  
桩网复合地基在高速铁路建设中的应用越来越广泛,但其在动态列车荷载作用下的响应机制尚不甚清楚,这使得对高速列车荷载作用下桩网复合地基的研究显得十分迫切。为此,建立了大比尺X形桩网复合地基模型,研究了地基土-X形桩-加筋垫层-路堤-轨道系统的动态响应特性。结果表明:随着列车速度和轴重的增加,动土压力、动位移、动应变、振动速度等的响应幅值均在增大。由于波在桩-土界面的反射作用,桩底动土压力大于桩顶动土压力。与无桩无网的路堤相比,桩网复合地基减振效果显著。桩顶正上方格栅动应变响应幅值的增长幅度约是桩间土正上方格栅动应变响应幅值增长幅度的 2倍。X形桩桩身中部和桩底的瞬态动应变较大。同一位置处,加载频率对振动速度的影响远大于加载幅值对其影响;与路堤表面相比,复合地基内部振动速度的增长幅度受加载频率的影响更大。在地基面以上路堤部分检测到了“类共振”现象,在铁路建设中可以通过改变路堤刚度避免出现此现象。
相关文章 | 计量指标
南海珊瑚砂地基承载力模型试验研究
沈扬, 冯照雁, 邓珏, 陈锴嘉, 许俊红,
岩土力学. 2021 (5):  1281-1290.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1316
摘要 ( 516 )   PDF(9331KB) ( 303 )  
珊瑚砂是一种工程性状特殊的土,研究珊瑚砂的承载性能对南海岛礁建设具有重要意义。通过自制平板载荷室内模型装置量化研究珊瑚砂密实度、级配及载荷板的形状、尺寸对珊瑚砂地基承载力影响,并对比了珊瑚砂与石英砂承载力的差异性。试验表明:比对相同密实度的石英砂,珊瑚砂颗粒形态扁平的特征突出、棱角分明,致使内摩擦角增大,也相应引起承载力提升。同荷载下沉降量比前者小得多,且基础对承载力的尺寸效应也明显大于石英砂。而珊瑚砂地基土的应力水平依存系数与相对密实度呈线性相关,内摩擦角受级配影响显著,建立了地基承载力系数Nγ与内摩擦角?之间的关系式。珊瑚砂地基的承载力随载荷板尺寸的增大而增大,方形基础下珊瑚砂地基的承载能力明显高于同面积的圆形基础,且尺寸效应发挥得更明显,说明基础型式在实际工程中有提升承载力的实用意义。在梅耶霍夫公式的基础上提出了适用于珊瑚砂的地基承载力修正公式,提高了珊瑚砂承载力计算结果的准确性。
相关文章 | 计量指标
软弱层峰前循环剪切宏细观累积损伤机制研究
刘新荣, 许彬, 周小涵, 谢应坤, 何春梅, 黄俊辉,
岩土力学. 2021 (5):  1291-1303.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1113
摘要 ( 283 )   PDF(29723KB) ( 531 )  
通过峰前循环剪切试验和PFC2D细观数值模拟,研究了考虑多种因素影响的软弱层宏细观累积损伤机制。研究表明:(1)软弱层循环剪切变形及强度演化曲线共经历初始压剪非线性变形(弹性区)、应力爬升累积损伤非线性变形(弹塑性区)及应力恒定塑性变形(塑性区)3个发展阶段;(2)软弱层峰值(残余)强度和累积剪切(法向)变形在相同含水率、法向压力、剪切速率、剪切幅度或相对厚度下随循环剪切次数增加分别降低和增大,而其在相同循环剪切次数下随各因素影响值增大分别依次降低、增大、降低、降低、增大和增大、降低、增大、增大、降低;(3)软弱层细观累积损伤裂纹数量及能量演化曲线分别呈初期微―陡增、前期缓增、中期陡增、后期微增和前期陡增、中期缓增、后期微增的阶段性发展特征,且细观累积损伤裂纹呈近似“S型带状”分布于剪切面附近两侧;(4)软弱层宏细观累积损伤破坏模式可概括为压剪―起裂破坏(剪胀效应)、磨损―错动―啃断破坏(剪胀―疏松―剪缩效应)及贯通―滑移破坏(剪缩效应)3种基本类型。
相关文章 | 计量指标
跨活断层深埋隧道轴线错动位移模式试验研究
刘小岩, 张传庆, 史铁勇, 周辉, 胡大伟, 朱国金, 朱勇, 王超,
岩土力学. 2021 (5):  1304-1312.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1163
摘要 ( 451 )   PDF(9286KB) ( 251 )  
活断层蠕滑错动会导致穿越其中的隧道轴线方向岩体发生变形,引起轴线弯曲甚至岩体破坏,沿轴向岩体的位移模式是隧道结构设计与安全运行的重要依据,特别是深埋隧道段,穿越活断层地质分区、错动方式及破碎带内的三维应力场是决定隧道沿轴线岩体变形破坏的关键因素,而现有物理模拟试验多用于研究浅埋隧道、地铁等工程受断层错动的影响,不适于深埋隧道条件的模拟。为此,考虑上述关键因素,采用自主研发的一套用于模拟三维应力作用下断层蠕滑错动的试验装置,以跨活断层凤凰山隧道为依托,通过模型试验研究了不同蠕滑错动量级下深埋隧洞轴线的位移模式,结果表明:断层蠕滑错动位移模式呈“S”形;小错动量下变形由错动盘向破碎带连续传递,而大错动量下错动盘与破碎带交界面发生滑动;破碎带内变形曲线呈“坡面线”形,带内错动位移传播宽度约为20 m。研究成果为穿断层隧道结构设计提供了重要依据。
相关文章 | 计量指标
列车轴载作用下轨道-横观各向同性地基动力响应
李义成, 冯世进,
岩土力学. 2021 (5):  1313-1324.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1188
摘要 ( 299 )   PDF(11069KB) ( 347 )   PDF(English)(2599KB) ( 10 )  
为研究列车荷载引起的环境振动问题,建立了轨道-多层横观各向同性(TI)地基耦合解析模型。与已有轨道-单一介质地基耦合模型相比,该模型考虑了地基中单相和两相TI介质层的交替分布,以模拟不同含水条件的TI岩土层。基于该模型,首先利用Fourier变换和势函数方法,求解TI介质控制方程;然后对精确刚度矩阵法进行推广,推导包含不同介质的多层地基解析解;最后结合轨道控制方程,通过逆变换得到耦合系统动力响应,并研究了地下水以及横观各向同性对轨道和地基动力响应的影响。结果表明:TI两相层中地下水的存在对轨道系统荷载放大系数的影响在荷载频率低于200 Hz时明显;地表振动沿垂直轨道方向的衰减速度随水平和垂直弹性模量比值的增大而加快;最大竖向应力幅值出现在地表1 m范围内;位移及应力的临界速度随水平和垂直弹性模量比值的增大而增大。
相关文章 | 计量指标
基于扰动状态概念的饱和黏土热弹塑性本构模型
孙增春, 郭浩天, 刘汉龙, 吴焕然, 肖杨,
岩土力学. 2021 (5):  1325-1334.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1419
摘要 ( 392 )   PDF(9071KB) ( 250 )  
在浅层地热能开发、核废料处置和能源地下结构等工程建设过程中,温度变化对土体强度和变形的影响不容忽视。为了能够较为全面地反映土体的热力学特性,在扰动状态概念的基础上,建立了一种考虑温度效应的饱和黏土热弹塑性本构模型。考虑土体体积变形和临界状态的热依赖行为,通过引入扰动函数来反映超固结比(OCR)对饱和黏土强度、剪胀和变形的影响,并将其嵌入剪胀应力比、潜在破坏应力比和塑性模量。通过等向升温-冷却试验和温度控制的三轴排水/不排水压缩试验对模型进行了验证。计算结果表明,模型能够合理地反映饱和黏土的热硬化和热软化行为。在排水条件下,正常固结黏土的应变硬化和体积收缩以及超固结黏土的应变软化和体积膨胀特性得到较好的预测。同时,模型能够描述饱和黏土在不排水条件下强度和应力路径的演化。
相关文章 | 计量指标
岩体破裂震源机制解类型判据的改进及应用研究
刘胤池, 李庶林, 唐超
岩土力学. 2021 (5):  1335-1344.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1228
摘要 ( 395 )   PDF(8430KB) ( 189 )  
为开展工程岩体微震震源机制解的研究,以矩张量理论为基础进行分析。针对Ohtsu分解方法与岩体破裂类型判据仅适用于受拉情况的局限性,引入岩体受压状态下的矩张量分解模型,通过讨论补偿线性矢量偶极(compensated linear vector dipole,简称CLVD)分量的正负,扩展其分量计算表达式,并加入各向同性(isotropic,简称ISO)分量来修正岩体破裂类型判据;同时利用CLVD-ISO钻石震源类型图来形象说明各种岩体破裂类型的分量所呈现的特征;针对利用纯双力偶(double-couple,简称DC)分量MDC求解破裂面产状的缺陷,采用张拉型震源模型求解破裂面产状。在此基础上,结合香炉山钨矿一起典型的工程案例开展震源机制的反演分析、震源的力学机制分析以及震源破裂面的空间分布特征分析,利用修正后的判据得到此次案例中岩体破裂类型主要是张拉破裂与压缩破裂,进一步采用张拉型震源模型得到了各个震源破裂面的空间分布参数。分析结果与实际情况基本一致,这也表明采用改进方法可以很好地应用于基于矩张量理论的工程微震震源机制解的分析。
相关文章 | 计量指标
连续渗透边界下非饱和土竖井地基固结解析解
秦爱芳, 江良华, 许薇芳, 梅国雄,
岩土力学. 2021 (5):  1345-1354.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1301
摘要 ( 371 )   PDF(7488KB) ( 211 )   PDF(English)(440KB) ( 9 )  
基于非饱和土轴对称固结理论和等应变假设,引入连续渗透边界条件,采用边界条件齐次化、本征函数法,推导得到瞬时均布荷载下非饱和土竖井地基三维固结解析解。通过与双面完全渗透边界条件下已有解析解进行对比,验证了所得解析解的正确性。对所得解进行算例分析发现:通过设置合理上、下界面参数,所得解可用于模拟实际上、下边界透水透气任意分布的情况,弥补了目前无法考虑上、下边界渗透性介于渗透与不渗透之间或不对称分布的不足;在井径比及井深适当的前提下,当径、竖向渗透系数比大于2时,竖向渗流对于超孔隙压力消散的影响较小;当考虑竖向渗流时,上述影响随着上、下边界渗透性能的增强而愈加明显。
相关文章 | 计量指标
堆积体滑带土非饱和-饱和渗透特性试验研究
李跃, 徐卫亚, 易魁, 谢伟超, 张强, 孟庆祥,
岩土力学. 2021 (5):  1355-1362.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1267
摘要 ( 329 )   PDF(8223KB) ( 279 )   PDF(English)(313KB) ( 28 )  
我国西南地区水电工程近库坝区发育有大量的滑坡堆积体,这些堆积体在降雨、库水位升降等水动力条件下极易沿既有滑带产生变形和破坏。以澜沧江流域大华桥水电站大华滑坡为例,针对其滑带土开展了土-水特征曲线试验,分析了非饱和渗透过程的特性及演化规律,研究了不同围压和不同渗压条件下的饱和渗透特性。研究结果表明,采用VG模型可较好地描述大华滑带土的土-水特征曲线及其相对渗透系数的变化规律;通过饱和渗透试验分析发现,在相同条件下围压越大,滑带土的饱和渗透能力越弱,而渗压越大,饱和渗透能力越强,且滑带土饱和渗透表现出较强的非Darcy流特征,其渗透速度与水力坡降之间满足Forchheimer二项式关系,且当围压较低时,速度一次项对渗透的影响更显著。而随着围压增加,速度二次项逐步占据主导。
相关文章 | 计量指标
预切槽和TBM机械滚刀的 新型联合破岩模式研究
徐福通, 卢景景, 周辉, 肖建成, 张传庆, 邱浩权,
岩土力学. 2021 (5):  1363-1372.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1468
摘要 ( 399 )   PDF(12850KB) ( 315 )  
传统机械-岩体相互作用的破岩模式已经无法大幅提升隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)的掘进效率,新型破岩技术及其破岩机制逐渐被重视。在不改变现有TBM主体结构的前提下,通过开展3种不同岩性有无预切槽试样在侧向约束条件下的TBM常截面滚刀压头贯入试验,研究预切槽对TBM机械滚刀破岩效果的影响规律,结果表明:(1)预切槽可降低岩样破碎时压头的法向荷载,与不切槽相比,有预切槽的岩样破碎时法向荷载降低44.13%~53.05%,岩石单轴抗压强度越低,法向荷载降低比例越大;(2)预切槽深度对岩样破碎时法向荷载的影响存在临界值,超过临界值后,预切槽深度对岩样破坏行为影响减弱。基于此,提出了预切槽+TBM机械滚刀破岩的新型联合破岩模式,并探讨了可实现预切槽的新型破岩技术。联合破岩模式能够突破破岩效率瓶颈,对TBM装备升级和重大工程项目建设具有重要意义。
相关文章 | 计量指标
基于浆液流变性的深埋岩层纵向劈裂注浆理论研究
刘向阳, 程桦, 黎明镜, 王雪松, 张亮亮, 周瑞鹤,
岩土力学. 2021 (5):  1373-1380.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1232
摘要 ( 379 )   PDF(7248KB) ( 200 )  
针对岩体劈裂注浆纵向起裂与扩散机制问题,考虑被注岩体的力学特性及地应力因素,分析浆液流变性的运动规律和裂缝的扩展形态,建立了考虑浆液流变性的纵向劈裂扩散模型,给出了纵向劈裂的起劈压力及劈裂通道扩展条件;推导了考虑裂缝几何形态及浆液流变性的纵向劈裂扩散运动方程并得到试验验证。研究表明,纵向劈裂注浆扩散时,除注浆压力与注浆速率因素外,其扩散范围亦受控于注浆段高度、被注岩体强度以及浆液流变性,三者与劈裂扩散半径均负相关,与注浆压力均正相关。岩体强度越高,液黏度越大,劈裂注浆所遇到阻力越高,裂缝扩展越加困难。研究结果可为今后基岩劈裂注浆设计提供理论参考。
相关文章 | 计量指标
冻融循环作用下砂岩层进式损伤劣化规律研究
刘杰, 张瀚, 王瑞红, 王芳, 何卓文,
岩土力学. 2021 (5):  1381-1394.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0803
摘要 ( 432 )   PDF(13612KB) ( 290 )  
试验得到了试样直径、质量衰减量随冻融循环次数的变化规律,指出80次冻融循环是石英砂岩直径、质量变化线的拐点。提出了层进式损伤的CT精准识别技术方法,定义了试样主要损伤区并将其细分,分析了表层剥落前与剥落后的两阶段层进式冻融损伤过程,建立了CT值与弹性模量、孔隙率线性互推公式。分析认为:(1)40次冻融循环后,最外侧圈层弹性模量值为0,此时CT值不为0,圈层未剥落;(2)80次冻融循环后,最外侧圈层CT值为0,此时圈层孔隙率最大,圈层剥落;(3)试样内部圈层第2阶段劣化程度显著大于第1阶段劣化程度;在此基础上,提出了外圈层的束箍效应和内圈层的加速劣化效应,并从力学机制上进行了阐述。结合冻融循环次数下的孔隙率变化、弹模损失率变化、细观孔隙变化图像进一步定量阐明层进式损伤的发育演化规律。基于弹性模量、孔隙率分别随冻融循环次数变化规律,定义冻融弹性模量劣化因子 ,结合层进式区域划分,构建层进式损伤弹性模量劣化预测公式,并与实测值对比验证了上述方法的可行性。
相关文章 | 计量指标
考虑局部含水率效应的浅层土体开裂 过程与力学机制分析
汪时机, 骆赵刚, 李贤, 文桃
岩土力学. 2021 (5):  1395-1403.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1402
摘要 ( 316 )   PDF(8721KB) ( 198 )  
裂隙的产生和发育会极大地影响土体的强度、变形和渗透特性,进而引发各种工程灾害。为了进一步探究土体开裂过程和裂隙的发育规律,试验对土体开裂前、开裂初期以及开裂中后期的局部含水率进行测试。结合土体随含水率变化的横向收缩特征,分析裂隙过程的力学机制,建立适用于浅层土体开裂全过程的定量化计算和判别公式。研究发现:土体在开裂前后的竖向含水率分布随着土体深度的增加而逐渐线性递增,其累计横向收缩率随含水率的下降而逐渐增大;通过浅层土体的表层含水率和土体深度,可以推导出适用于浅层土体的抗拉强度和张拉应力表达式,进而对浅层土体开裂的3个典型阶段进行定量化描述;在裂隙发育的初期,新裂隙的产生会导致土体张拉应力降低,将裂隙总长度、平均宽度、裂隙度等基本指标与张拉应力建立联系,能够清晰地对开裂初期的复杂变化过程进行解释和描述。此外,结合土体的初始缺陷、裂隙边缘的应力集中等特征,对裂隙发育过程进行了深入地分析讨论。
相关文章 | 计量指标
风电空心锥形基础水平承载特性 及土压力分布规律模型试验研究
张玉, 李大勇, 梁昊, 张雨坤,
岩土力学. 2021 (5):  1404-1412.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1105
摘要 ( 447 )   PDF(7832KB) ( 161 )  
空心锥形基础是一种新型陆地风电基础形式。开展粗砂中空心锥形基础的水平单调加载模型试验,研究基础尺寸、加载高度对水平承载力、基础周围土压力分布规律的影响。研究表明锥形基础水平承载力随底板直径增加而显著提高,随加载高度增加而降低。当无量纲化加载高度 (H为加载高度, 为基础顶板直径)由0.5增至1.0时,锥形基础水平承载力减小约43%。相同顶板直径和基础高度条件下,基础底板与顶板直径之比大于0.28时,锥形基础水平承载力高于圆型基础。水平荷载作用下,空心锥形基础绕一点发生转动,转动点沿加载方向基础前侧移动。加载过程中,沿加载方向基础前侧土体处于被动土压力区,土压力延基础埋深近似呈倒三角形分布,被动土压力区范围值随水平荷载增加而逐渐减小。基于极限平衡法,提出了水平荷载下基础与土体脱空面积的计算方法,采用模型试验数据验证了其准确性,模型试验与计算结果误差为4.5%。
相关文章 | 计量指标
岩土工程研究
岩脉型岩爆的形成机制及控制技术—— 以乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道为例
刘成禹, 罗洪林, 李红军, 张向向,
岩土力学. 2021 (5):  1413-1423.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1030
摘要 ( 549 )   PDF(12535KB) ( 477 )  
在乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道岩脉型岩爆特点总结的基础上,分析了岩脉型岩爆的形成机制,建立了该隧道危害最大的边墙岩脉型岩爆的力学模型,提出了相应的岩爆控制技术。研究表明:岩脉型岩爆的特点及危害与岩脉在隧道中的出露位置、厚度等密切相关,这类岩爆的形成机制与单一岩性并不一致;卡姆奇克隧道拱部岩脉型岩爆是由于隧道开挖后拱顶切向应力最大造成的;边墙出露岩脉型岩爆是由于隧道开挖卸荷和边墙竖向应力集中造成的,力学模型可简化为被卸荷裂隙切割的岩脉薄板在竖向应力集中后的压溃失稳;边墙内藏岩脉型岩爆是由于边墙出露的花岗岩受到其后岩脉的水平挤压以及隧道开挖后边墙竖向应力集中造成的,力学模型可简化为边墙临空花岗岩岩板(柱)在竖向压力和岩脉水平挤压应力共同作用下的压弯折断;岩脉对边墙花岗岩岩板(柱)的水平挤压是促使边墙内藏岩脉型岩爆发生的重要因素,它主要来源于两方面:一是岩脉侵入产生的“楔体挤压”,二是岩脉与花岗岩的水平差异变形受到花岗岩的抑制导致的水平挤压。隧道开挖后,在边墙及时施作预应力锚杆是防止边墙岩脉型岩爆的有效措施。
相关文章 | 计量指标
基于非线性模糊层次分析法的TBM 施工风险评价模型研究
宋战平, 郭德赛, 徐甜, 华伟雄,
岩土力学. 2021 (5):  1424-1433.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.0973
摘要 ( 446 )   PDF(8866KB) ( 204 )  
隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)施工风险评价受到众多不确定因素影响,传统的模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process,简称FAHP)使用线性算子计算风险等级,易造成某些突出风险因素的影响被弱化,引起最终评价结果的准确性降低。将非线性算子引入到传统FAHP的综合计算中,建立了基于非线性FAHP的TBM施工风险评价新模型。基于作业分解结构法(WBS)和风险分解结构法(RBS),构建了TBM施工风险指标体系;采用层次分析法计算风险评价指标体系中所有风险因素的权重,结合专家评价法得到的隶属度向量构造模糊关系矩阵;引入非线性算子对风险权重和模糊关系矩阵进行综合分析;在此基础上根据最大隶属度原则,得到TBM施工的最终风险等级。将构建的新模型应用到在建深圳地铁羊台山隧道TBM穿越F2-2次生断层施工的风险分析中,得出TBM穿越该断层洞段施工风险等级为4级,属较高风险。基于羊台山隧道工程实例,讨论了新模型和传统FAHP评价方法的区别,进一步验证了新模型的可靠性。
相关文章 | 计量指标
越冬基坑水平冻胀的防治措施效果分析
沈宇鹏, 王笃礼, 林园榕, 汤天笑, 刘欣,
岩土力学. 2021 (5):  1434-1442.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1104
摘要 ( 370 )   PDF(7531KB) ( 219 )  
近年来,季节性冻土区越冬基坑工程因水平冻胀引起的事故频发,但相关防冻胀措施的研究成果较少。开展了北京昌平区桩锚支护结构越冬基坑现场监测,分析了越冬基坑的土体水分迁移、支护结构受力状态、护坡桩水平位移等冻胀特性的演化规律;建立了水热力耦合模型,通过与监测数据对比,验证了模型的正确性;以温度场分布、护坡桩水平位移和支护结构水平冻胀力为指标,利用数值计算结果,对比了保温层和换填非冻胀土两种措施及设置参数对水平冻胀的抑制效果,提出了有效的防冻胀措施。研究表明:基坑土体冻结由竖向水分迁移和侧向水分迁移共同作用引起;铺设保温层对冻胀的抑制效果明显好于换填非冻胀土,且更加经济可行,容易操作,因此推荐在实际工程中使用。研究成果可为今后寒区工程的支挡结构设计施工提供理论支持。
相关文章 | 计量指标
受周边地上建筑影响地铁车站的抗震设计方法
邱滟佳, 张鸿儒, 于仲洋
岩土力学. 2021 (5):  1443-1452.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1382
摘要 ( 360 )   PDF(7529KB) ( 141 )  
基于地上建筑-土-地铁车站整体模型的动态平衡特性,分析得到地上建筑对地铁车站地震响应影响的机制,并以此为依据进一步推导出受周边建筑影响地铁车站的简化抗震设计方法。取包含地铁车站和地上建筑的近场进行动态平衡分析,并将其与仅有车站的情况进行对比,得到地上建筑的地震作用力通过基础和场地的传递最终作用在地铁车站上,从而引起车站地震响应的变化。由于地上建筑的地震作用力主要为惯性力,且该作用力可由反应谱法进行计算,以此为基础可简化地铁车站的地震响应分析,得到一种简化抗震设计方法。该方法采用拟静力建模计算地铁车站动力响应,能大幅度地减少分析时间。与此同时,为了验证该方法的正确性并分析其计算精度,建立了一系列数值模型试验进行分析。计算结果表明:以动力时程的结果为基准,简化方法在计算结构内力响应时误差能控制在7%以内;而计算结构顶底相对变形的误差均在5%以内,由此得到简化方法是一种计算精度较高的方法。
相关文章 | 计量指标
数值分析
基于增量分析的堆石坝瞬变-流变参数联合反演
朱晟, 张远, 加力别克·阿哈力别克, 喻建清, 何兆升,
岩土力学. 2021 (5):  1453-1461.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1505
摘要 ( 327 )   PDF(8544KB) ( 183 )  
结合南欧江7级面板坝的原型监测资料,提出了基于增量分析的堆石坝瞬变-流变参数联合反演方法。利用停工期或相对停工期堆石体的变形,对流变与瞬变本构模型参数的解耦,在免疫遗传算法的基础上反演了堆石的增量流变模型和E-B模型参数,并分析了当前广泛使用的水管式沉降仪测量结果可靠性和反演分析的精度。结果表明:(1)依据现行规范得到的堆石料室内试验结果,高估了现场填筑体的力学参数,计算沉降比大坝实际值减小了28%;(2)由于埋设时间滞后于大坝填筑过程以及土拱效应的存在,使得水管式沉降仪的实测沉降量比大坝实际沉降量减小45%,水管式沉降仪的实测变形不能直接应用于反演分析;(3)根据现场仪器埋设情况,建立了漏测量与沟槽内外土压力比的函数关系式,可修正水管式沉降仪测值;(4)分时段的增量反演方法可避免水管式沉降仪测量过程存在的“漏测与少测”等系统误差,得到计算值与实际变形吻合较好,更适用于土石坝力学参数反演分析。
相关文章 | 计量指标
岩体空间变异性对隧道拱顶失效概率的影响
仉文岗, 王琦, 刘汉龙, 陈福勇,
岩土力学. 2021 (5):  1462-1472.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1153
摘要 ( 434 )   PDF(9446KB) ( 269 )   PDF(English)(329KB) ( 13 )  
在隧道的设计和施工中,通常采用确定性分析方法计算安全系数,从而衡量隧道拱顶楔形体的稳定性,而传统的确定性方法无法考虑和描述岩体天然存在的空间变异性。基于极限平衡法推导了考虑岩体节理摩擦角空间变异性的隧道拱顶楔形体安全系数积分表达式,并通过通用离散元程序(universal distinct element code,简称UDEC)对该表达式进行了验证。基于随机场理论和蒙特卡罗模拟(Monte Carlo Simulation,简称MCS)方法,将生成的岩体节理摩擦角随机场代入推导的隧道拱顶楔形体安全系数积分表达式中,计算了考虑隧道地质力学参数和几何参数不确定性的隧道拱顶楔形体失效概率。结果表明:岩体节理摩擦角的空间变异性对隧道拱顶楔形体失效概率有显著影响,忽略岩体力学参数的空间变异性会明显高估隧道楔形体的失效概率。
相关文章 | 计量指标
基于光滑粒子流体动力学方法的 泥石流冲击桥墩试验模拟
梁恒, 李吉林, 刘发明, 张伦, 付刚, 李明清, 何思明,
岩土力学. 2021 (5):  1473-1484.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1107
摘要 ( 715 )   PDF(15579KB) ( 277 )   PDF(English)(2673KB) ( 144 )  
采用Bingham流体模型描述泥石流的动力学行为,将桥墩视为地形条件,在光滑粒子流体动力学(smooth particle hydromechanics,简称SPH)方法的框架上引入边界斥力改进边界条件,构建了泥石流冲击桥墩的三维数值计算模型。基于水槽试验对不同黏性的泥石流冲击桥墩的堆积过程及冲击力时程曲线特性进行了分析,根据水槽试验建立物理模型,实现了不同流变参数和重度的泥石流冲击桥墩的三维动力演化过程模拟,并对不同流变参数的泥石流堆积过程及冲击力时程曲线模拟结果进行了分析。从流体力学的角度对模拟结果进行分析,指出忽略湍流形成的能量耗散是导致稀性泥石流运动过程模拟与试验结果差异的主要原因,并讨论了不同黏性条件下泥石流冲击桥墩的防护措施。研究成果为泥石流冲击桥墩三维数值计算模型的进一步优化提供了理论支撑。
相关文章 | 计量指标