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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11期 刊出日期:2021-11-11
基础理论与实验研究
饱和黏性土地基不排水条件下承载力计算方法
宋二祥, 付浩, 李贤杰,
岩土力学. 2021 (11):  2919-2924.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0725
摘要 ( 558 )   PDF(5025KB) ( 631 )   PDF(English)(271KB) ( 23 )  
针对饱和黏性土地基在相对快速加载亦即不排水条件下的极限承载力问题,指出应采用不固结不排水强度进行计算,如采用固结不排水强度指标直接计算将给出严重偏大的结果。接着给出由中国一般地勘报告中所提供固结不排水强度指标计算不固结不排水强度的公式,由此给出近似随深度线性增大的不固结不排水强度 。进而提出此种地基极限承载力的计算方法,其基本思路是采用滑移面平均深度处的 进行计算,关键技术是构建了确定滑移面最大深度的无量纲参数,通过理论分析与数值计算拟合给出简便实用的计算公式。与有限元极限分析方法的大量计算对比表明了所给无量纲参数及承载力计算方法的正确性和高精度。
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压实膨润土-砂混合物最佳养护湿度研究
张虎元, 丁志南, 谭煜, 朱江鸿, 曹志伟,
岩土力学. 2021 (11):  2925-2933.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0507
摘要 ( 343 )   PDF(8686KB) ( 283 )   PDF(English)(940KB) ( 8 )  
高放废物缓冲材料压实成砌块之后需要进行养护保存,防止砌块发生干缩开裂等劣化现象。以压实膨润土-砂混合物室内小试样为研究对象,模拟砌块在不同初始含水率(11.23%~21.63%)和环境相对湿度(33%、75%、85%和100%)条件下的劣化情况,寻求最佳养护湿度。试样养护过程中,用天平称量质量变化,用游标卡尺测量尺寸变化,养护平衡后测试导热性能。试验结果表明:试样养护过程中的水分演化规律符合土-水特征曲线。养护湿度为33%、75%和85%时,试样均干燥失水,体积收缩,产生干缩裂隙;养护湿度为100%时,较低初始含水率(11.23%~14.99%)试样发生吸湿膨胀,较高初始含水率(17.22%~21.63%)试样发生失水收缩,但是试样表面均没有观察到明显裂隙产生。初始含水率为17.22%的试样在100%相对湿度养护条件下,含水率以及体积变化为最小,为最优的砌块养护条件。并且,处置库所使用的工业尺度砌块的最优养护条件可以通过小试样的土-水特征曲线进行预测,其裂隙发育情况可以通过导热系数进行定量评价。
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变幅循环加卸载作用下大理岩扩容特性试验研究
俞缙, 刘泽瀚, 林立华, 黄建国, 任文斌, 周垒,
岩土力学. 2021 (11):  2934-2942.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0256
摘要 ( 300 )   PDF(12491KB) ( 298 )  
通过不同围压下变幅值循环加卸载试验,对大理岩的损伤演化与变形特性进行了研究,并着重分析其裂隙体积应变和扩容特性。结果表明:随着循环加卸载次数的增加,大理岩的弹性模量先增大后减小,广义泊松比先稳定而后迅速增加;综合分析第3~6次加载时裂隙体积应变曲线,随着加载次数增加,大理岩的初始裂隙体积应变增加,弹性变形阶段的起始位置延迟,扩容点逐渐提前,且单次循环所造成的裂隙体积应变增量与应力幅值呈指数变化关系;围压较大时,变幅值循环加卸载与单调加载作用下的扩容指数相差较大。随着围压的增加,裂隙体积应变占比逐渐增加,且变幅值循环加卸载作用下裂隙体积应变占比大于单调加载作用下裂隙体积应变占比。大理岩的破坏模式由单调加载作用下的剪切破坏变化为变幅值循环加卸载作用下的鼓胀破坏。
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刚性墙后有限宽度土体主动滑裂面特征试验研究
王崇宇, 刘晓平, 曹周红, 江旭, 张家强,
岩土力学. 2021 (11):  2943-2952.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0752
摘要 ( 303 )   PDF(12000KB) ( 324 )  
墙后土体滑裂面特征是土压力计算的重要依据,为了研究刚性墙后有限宽度土体主动滑裂面特征,利用无黏性砂开展室内模型试验,采集了试验过程中的土体图像,并采用数字图像相关法进行了分析,得到了土体的剪切应变、位移等,对平动(T模式)、绕墙底转动(RB模式)、绕墙顶转动(RT模式)变位模式进行了研究。研究结果表明:T模式、RB模式下有限宽度主动土体临界宽高比相近,RT模式宽临界高比相对较小;T模式有限宽度土体主动滑裂面呈现为“多折线”特征,根据滑裂角相似性可分为以移动挡墙、固定挡墙为起点发展的滑裂面;RB模式有限宽度主动滑裂面起点为墙踵上部,RT模式起点为墙踵,均延伸至固定挡墙中部;T模式、RT模式有限宽度土体水平和垂直位移可观察到明显的土拱特征,土拱边缘即为滑裂面。
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基于残余剪切强度的全长黏结锚杆拉拔模拟
郭金刚, 李耀晖, 何富连, 陈见行, 赵光明, 张俊文,
岩土力学. 2021 (11):  2953-2960.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0544
摘要 ( 307 )   PDF(7411KB) ( 276 )  
采用数值模拟方法,研究了全长黏结锚杆支护的力学传递机制。基于锚杆与锚固剂接触面剪切失效行为,提出了一种考虑接触面残余剪切强度的黏结滑移模型,并将其嵌入到桩单元中。利用锚杆拉拔试验,验证了该黏结滑移模型及对应的数值模拟结果的准确性。基于验证后的数值模拟模型,研究了锚杆与锚固剂接触面残余剪切强度、剪切刚度系数和黏结长度对锚杆支护效果的影响。结果表明,接触面残余剪切强度对锚杆最大支护阻力及残余支护阻力有显著影响,是锚杆支护分析中不可忽略的因素。此外,随接触面剪切刚度系数增加,锚杆最大支护阻力明显增大,但其对锚杆残余支护阻力没有明显影响。
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应变状态的广义角应变表示方法
李顺群, 周亚东, 李琳, 肖成志,
岩土力学. 2021 (11):  2961-2966.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0005
摘要 ( 545 )   PDF(4763KB) ( 214 )  
变形和应变是材料在受力或外界环境改变时的客观力学反应,而对该属性的描述是主观的。常规的应变状态表示方法由3个正应变和3个剪应变组成,这种表示方法在测试和表述方面存在诸多不便。为寻求新的应变状态表示方法,在常规剪应变定义基础上提出了一种更具普遍意义的剪应变-广义角应变。提出的广义角应变定义为任意角度的弧度改变量而不再局限于直角。在此基础上,基于应变理论中任意角度改变量的表达式,建立了广义角应变与常规应变状态表示方法之间的关系,并给出了由广义角应变返算常规应变状态的条件和具体方法。在考虑方向均匀分布基础上,着重研究了基于正四面体的广义角应变表示方法和基于等直角四面体的广义角应变表示方法。依据给出的方法,常规应变状态可以表示为这两种广义角应变;由这两种广义角应变也可以得到对应的常规应变状态。从而实现了应变状态的单一表示,即仅用6个广义角应变就可以表示三维应变状态而不必用3个正应变和3个剪应变的联合形式。研究成果为应变状态测试手段的研制开发和本构模型研究提供了新的思路。
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考虑位移释放的横观各向同性冻胀 寒区隧道冻胀力弹塑性解答
张常光, 高本贤, 李天斌, 单冶鹏,
岩土力学. 2021 (11):  2967-2976.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0635
摘要 ( 213 )   PDF(7792KB) ( 309 )  
综合考虑中间主应力、横观各向同性冻胀和围岩位移释放的影响,基于冻融圈整体冻胀模型建立了寒区隧道冻胀力的弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式计算方程,给出冻结围岩弹-塑性状态的判定方法,对所得结果进行可比性分析和对比验证,并探究各因素对冻胀力和塑性区半径的影响特性,借助支护施作时机量化了围岩位移释放的距离描述。研究表明:解答具有很好的可比性且被文献模型试验所验证;统一强度理论作为屈服准则可充分发挥冻结围岩的承载潜能,所得冻胀力和塑性区半径明显减小;不均匀冻胀系数和体积冻胀率对冻胀力和塑性区半径的影响显著,应考虑围岩横观各向同性冻胀特性并采取有效的防排水和保温抗冻措施;位移释放系数较小时冻胀力偏大、位移释放系数为1时塑性区半径最大,恰当的支护施作时机有利于隧道施工及运营安全。所得结果可为寒区隧道设计提供一定的理论指导。
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考虑干湿循环影响的压实黄土结构性本构关系
郝延周, 王铁行, 程磊, 金鑫,
岩土力学. 2021 (11):  2977-2986.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0551
摘要 ( 290 )   PDF(8846KB) ( 296 )  
为研究不同干湿循环条件下压实黄土的结构性本构关系,对不同干湿循环条件下压实黄土试样进行固结排水三轴剪切试验。结果表明:不同结构状态压实黄土的三轴剪切力学特性差异明显,表现出明显的结构性。在分析干湿循环作用下压实黄土三轴剪切应力-应变关系曲线的基础上,根据综合结构势理论定义了干湿循环三轴剪切结构性参数,并验证了其合理性;将该结构性参数进行变换并将其引入Duncan-Chang模型,建立了能够反映干湿循环影响的三轴剪切结构性本构关系。利用该结构性本构关系式计算得到的应力-应变值与试验值进行对比分析,其结果较为一致,验证了干湿循环压实黄土结构性本构关系的正确性和合理性。进一步利用结构性本构关系,对某黄土填方工程实例进行了数值计算初步分析,揭示出干湿循环对填方地基的变形影响较大。
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分布载荷加载下中心直裂纹巴西圆盘的 断裂参数研究
刘建, 乔兰, 李庆文, 李远, 赵国彦,
岩土力学. 2021 (11):  2987-2996.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0490
摘要 ( 217 )   PDF(7307KB) ( 196 )  
为研究分布载荷加载对中心直裂纹巴西圆盘试样断裂参数的影响,综合运用复变函数理论及权函数方法,在推导出5种形式分布载荷加载下中心直裂纹巴西圆盘(简称CCBD)试样的任意I-II型断裂参数解析解的基础上探究接触载荷分布形式及分布角度对I、II型应力强度因子及T应力的影响。研究结果表明:当接触载荷的分布角度及裂纹相对长度较大时,接触载荷的分布形式对几何参数YI、YII及T*的影响较显著;纯I型断裂的YI、T*及纯II型断裂的YII均随接触载荷分布角度的增大而减小,而纯II型断裂的T*却随接触角度的增大而增大;当接触载荷形式为常数函数时,载荷分布角度对几何参数的影响最大,而四次函数下,载荷分布角度对几何参数的影响相对最小;纯II型断裂角度受接触载荷分布形式及分布角度影响较小,而中心裂纹相对长度对其影响较显著。
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基于点荷载试验的新生代红砂岩 强度软化规律研究
周哲, 陈善雄, 戴张俊, 黄康, 余飞,
岩土力学. 2021 (11):  2997-3007.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0300
摘要 ( 329 )   PDF(13013KB) ( 291 )  
水岩相互作用对于软岩的强度特性具有很大的影响。以安徽池州市典型的新生代红砂岩为研究对象,通过单轴试验以及点荷载试验,研究了新生代红砂岩点荷载强度与单轴强度之间的换算系数以及含水率对点荷载强度软化规律的影响;同时结合矿物组分与微观结构分析以及吸水试验结果,对新生代红砂岩的软化机制进行了探讨。研究结果表明:天然状态下,新生代红砂岩点荷载强度换算单轴抗压强度的经验系数应该适当降低,建议取9.0;红砂岩点荷载强度以及贯入比指标均随着含水率的增大而降低,呈负对数衰减的变化趋势;提出了吸水软化的饱和度特征值,该特征值将吸水软化区域分为含水率敏感区与非敏感区,敏感区内强度随含水率改变剧烈变化。黏土矿物的湿胀软化效应是其出现强度软化特征值的微观机制,因此,饱和度特征值应普适于含较多亲水性黏土矿物的软岩吸水软化规律中;新生代红砂岩黏土矿物含量高,内部存在较多的微裂隙,由于黏土矿物吸水膨胀、裂隙扩展与发育导致岩石整体胶结能力减弱以及结构体系的破坏,从而使得岩石的整体强度降低。研究结果为红砂岩地区岩石强度软化机制的分析以及强度软化参数的选取提供了参考和依据。
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变荷载下考虑半透水边界和起始水力坡降的 软土一维固结解析解
陈余, 李传勋, 冯翠霞,
岩土力学. 2021 (11):  3008-3016.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0378
摘要 ( 188 )   PDF(7143KB) ( 267 )  
在软土地基顶面铺设的不可压缩垫层对边界排水性能具有一定影响,同时软黏土中渗流偏离Darcy定律的现象对超静孔隙水压力消散的影响已逐渐被人们所熟知。但同时考虑不可压缩垫层与地基土体接触面处形成的半透水边界和起始水力坡降的固结理论却少有报道。建立了变荷载下同时考虑半透水边界和起始水力坡降的一维固结模型,采用特征值法、Laplace变换对所建立的固结模型开展解析求解,分析了固结模型在不同边界条件、起始水力坡降以及加载速率下的固结特性。结果表明:考虑起始水力坡降后,半透水界面参数?(不可压缩层渗透系数和黏土层厚度之积与黏土层渗透系数和不可压缩层厚度之积的比值,其值大小代表排水面透水能力强弱)值越小,孔压消散速率越慢,固结完成所需时间越长;? 值越大,孔压消散速率越快,固结完成时间越短。半透水边界条件下起始水力坡降的无量纲变量R(起始水力坡降、水的重度与土层厚度三者之积除以外荷载)值越大,渗流前锋(移动边界)到达土层底部的时间越长,固结完成时土中超静孔压残留值越大。相同时刻下,按变形定义的土层平均固结度随R值增大而增大,但按孔压定义的土层平均固结度随R值增大而变小。加载速率对考虑起始水力坡降和半透水边界的土层固结性状具有明显影响,加载速率越慢,超静孔隙水压力峰值越小,且达到峰值所需时间越长,但加载速率对最终超静孔压残留值几乎无影响。
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含孔双裂隙3D打印类岩石试件破裂行为定量识别
刘享华, 张科, 李娜, 齐飞飞, 叶锦明,
岩土力学. 2021 (11):  3017-3028.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0521
摘要 ( 338 )   PDF(20933KB) ( 391 )   PDF(English)(678KB) ( 3 )  
为研究含孔双裂隙岩石的力学特性及破裂机制,采用3D砂型打印技术制作含孔双裂隙类岩石试件,结合数字图像相关方法(digital image correlation,DIC)对压缩过程中的试件进行非接触式、全场观测。计算水平应变、垂直应变和剪切应变3个分量的协方差矩阵,引入应变场有效方差量化分析和识别试件破裂行为。研究结果表明:3D砂型打印标准试件的力学性能与真实砂岩相似,且试验结果离散性低,可归结为类岩石材料。预制裂隙劣化了试件的力学性能,相比于含孔无裂隙试件,含孔双裂隙试件的抗压强度和弹性模量分别降低了8.04%~38.91%和14.44%~27.78%。结合DIC计算结果,成功识别出3种基本裂纹,即张拉裂纹(I型)、剪切裂纹(II型)和拉剪混合裂纹(I-II复合型)。含孔双裂隙试件均表现为拉剪混合破坏;孔洞和裂隙之间的贯通模式受两者之间水平距离的影响,可分为张拉贯通、转动贯通以及拉剪混合贯通。应变场有效方差能够全面、深入地反映应变数据的离散程度,初始压密和弹性阶段的应变场有效方差接近于0,裂纹萌生后表现出不同的演化规律。在此基础上,提出一种基于应变场有效方差的裂纹类型定量识别方法。有效方差的增长速率介于0.72×10–2~1.89×10–2,可识别为张拉裂纹;介于2.34×10–2~3.59×10–2,可识别为拉剪混合裂纹;介于9.63×10–2~32.40×10–2,可识别为剪切裂纹。
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真空预压作用下初始含水率 对疏浚淤泥固结影响研究
孙宏磊, 陆逸, 潘晓东, 史吏, 蔡袁强,
岩土力学. 2021 (11):  3029-3040.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0180
摘要 ( 300 )   PDF(11072KB) ( 318 )   PDF(English)(426KB) ( 12 )  
采用真空预压联合排水板(PVDs)法加固疏浚淤泥地基的过程中,排水板四周会形成密实且渗透系数低的“土柱”,导致排水不畅,加固效果不理想。为探究真空预压下不同初始含水率疏浚淤泥固结规律以及预测真空预压下疏浚淤泥固结过程,研究了不同初始含水率疏浚淤泥的压缩性和渗透性。基于试验获得的压缩曲线和渗透曲线,推导了考虑“土柱”效应及初始含水率对土体初始有效应力影响的真空预压固结解析解,通过一系列不同初始含水率疏浚淤泥真空预压模型试验进行验证。结果表明:当施加的真空预压相同时,初始含水率越高的土体孔隙水压力消散越缓慢。提出的方法能有效地预测真空预压下不同初始含水率疏浚淤泥的土体沉降及固结度变化。
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不同应力水平下砂岩时滞性单轴压缩破坏特性研究
徐鹏飞, 邓华锋, 张恒宾, 彭萌, 李冠野, 姜桥, 陈兴周,
岩土力学. 2021 (11):  3041-3050.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0275
摘要 ( 260 )   PDF(15697KB) ( 311 )  
地下工程开挖导致的岩爆具有明显的滞后效应,研究显示,滞后型岩爆的发生与岩石的时滞性破坏密切相关,基于此,考虑开挖后围岩处于不同的应力水平,进行了时滞性单轴压缩试验,详细分析不同应力水平下岩石的时滞性变形破坏特征。研究结果表明:应力水平对岩石的时滞性变形破坏影响显著,随着应力水平的提高,破坏孕育时间呈指数衰减,但远超过常规单轴压缩破坏的孕育时间;时滞性单轴压缩破坏时,岩样的环向应变和体积应变明显大于常规单轴压缩试验,而且应力水平低于90%时,破坏时的环向应变迅速增长并超过了轴向应变,这也是时滞性破坏区别与常规单轴压缩破坏的显著特征;时滞性单轴压缩破坏时的总能量与常规单轴压缩总体相当,但时滞性加载过程中,耗散能所占的比重明显增加,说明时滞性加载阶段会导致岩石内部的损伤显著发育;时滞性加载阶段岩样环向应变的快速增长导致近轴向劈裂张拉破坏裂纹显著增加,这也导致岩样破坏的碎裂程度更加严重。相关研究成果可为岩石在高应力水平下损伤破坏的时效性及时滞性岩爆分析解释提供较好的参考。
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三角形布桩下桩承式加筋路堤荷载传递效率研究
宫跃航, 李明宝, 郑俊杰,
岩土力学. 2021 (11):  3051-3058.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0385
摘要 ( 305 )   PDF(7016KB) ( 239 )  
在同心圆土拱模型的基础上,引入等效桩帽的概念,对正三角形布桩下的桩承式加筋路堤的荷载传递效率进行研究。假设土拱是由三桩之间形成的同心半球土拱以及相邻桩间形成的同心半圆土拱组成,并考虑3D同心球土拱与2D同心圆土拱的荷载传递,以此对土拱效应进行分析。在上覆填土作用下,加筋体的弯沉假设呈抛物线状,并将每个桩帽分成6个拉膜区域,以此分析加筋体所传递的荷载。最后将土拱效应和拉膜效应共同考虑,引入待定系数 满足整体竖向应力平衡,推导三角形布桩下的桩承式加筋路堤荷载传递效率计算方法,并与已有文献数据对比分析验证所提出方法的有效性。研究结果表明:所提出方法的计算结果与实际工程数据相接近,可为工程实践提供理论参考。
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砂土中平板圆锚倾斜拉拔承载特性模型试验研究
林志, 胡伟, 赵璞, 陈秋南, 贺建清, 陈洁, 史旦达,
岩土力学. 2021 (11):  3059-3068.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0641
摘要 ( 188 )   PDF(10326KB) ( 371 )  
螺旋锚倾斜拉拔时水平和竖向之间存在较强的耦合效应,但其耦合机制尚不甚明晰,缺乏定量评价依据。采用平板圆锚模拟单叶片螺旋锚在中密砂中开展倾斜拉拔模型试验,通过自制透明试验箱结合数字照相测量技术深入揭示平板圆锚倾斜拉拔承载机制及各因素影响规律。主要结论如下:锚周土体位移场和剪应变场的对称性随荷载角度的变化可分为两个发展阶段。埋深比对位移场对称形态的影响较之对剪应变场的影响更为显著。随着荷载角度的减小,锚周土体运动模式由竖向拉拔时的竖向运动模式向水平拉拔时的旋转运动模式逐步转化,倾斜拉拔时,两种模式共存。随着荷载角度减小,拉拔承载荷载位移曲线表现为由软化型向硬化型转化。荷载角度、埋深比越大,荷载位移曲线震荡性越显著。不同埋深比下,承载力增长曲线三区间特征鲜明,可用3段式一次函数进行拟合。控制程度参数Cd可反映控制方向随荷载角度的演化过程。荷载角度在[0°, 80°]区间时,水平方向对倾斜拉拔承载特性起控制作用,[80°, 90°]区间则由竖向拉拔起控制作用;竖向拉拔作用可显著提高平板锚的水平承载能力。对倾斜拉拔平板锚或螺旋锚承载极限状态进行判别时,应首先明确承载特性的控制方向。
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高温层理砂岩劈裂力学特性及裂隙演化研究
徐浩淳, 金爱兵, 赵怡晴, 王本鑫, 韦立昌,
岩土力学. 2021 (11):  3069-3078.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0261
摘要 ( 248 )   PDF(18819KB) ( 481 )  
对25~1 000 ℃处理后含垂直和水平层理砂岩开展巴西劈裂试验,采用数字图像相关技术(digital imagine correlation,DIC)记录劈裂过程高温层理砂岩水平应变场演化规律,同时通过电镜扫描(scanning electron microscopy,SEM)研究不同温度下砂岩微观结构损伤。研究结果表明:层理砂岩劈裂破坏前应变集中可以分为两种类型:圆盘两端应变集中型(≤400 ℃)和圆盘中央应变集中型(>400 ℃)。随着温度升高,垂直和水平层理砂岩的抗拉强度均呈现出先增大后减小的趋势,200 ℃时达到最大值;600~1 000 ℃时,层理对砂岩抗拉强度的影响随温度升高逐渐降低,800~1 000 ℃存在使得温度成为影响抗拉强度主要因素的阈值温度。微观结构损伤分析表明,热处理温度较低时,基质主要表现为裂纹增多、长度延展,但晶体仍相对完整;层理面表现为孔隙数量增多和尺度增大;温度对层理破坏更大。温度较高时,基质和层理破坏程度相近,这也是热处理后,砂岩应变演化和强度变化的主因。
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台阶式加筋挡墙稳定所需加筋力计算方法 与影响规律
张飞, 贾世林, 朱玉明, 陆晓义, 舒爽,
岩土力学. 2021 (11):  3079-3089.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0421
摘要 ( 391 )   PDF(8979KB) ( 262 )  
基于极限平衡法提出了一种台阶式加筋挡墙稳定所需加筋力的计算方法,结合筋材的前、后端抗拔强度确定了各层加筋力分布和面板-筋材连接强度,与已有文献中的试验和数值结果对比,验证了该方法的有效性。通过开展参数敏感性分析,揭示了相关设计参数对台阶式加筋挡墙稳定性与滑裂面的影响规律。分析结果表明:美国联邦公路局所采用的土压力理论会保守地估计台阶式加筋挡墙稳定性;增加台阶宽度和挡墙级数,可以避免加筋挡墙因上部筋材长度不足引起的复合破坏;高挡墙台阶处面板连接强度陡增,墙趾应设置一定埋深防止面板连接破坏;台阶临界宽度以滑裂面位置判别为0.7~0.8倍的下级墙高,以加筋力分布判别则与FHWA保持一致。
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湛江结构性黏土在三维应力下的 力学特性与强度准则
刘炳恒, 孔令伟, 舒荣军, 李甜果,
岩土力学. 2021 (11):  3090-3100.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0396
摘要 ( 282 )   PDF(9516KB) ( 258 )   PDF(English)(388KB) ( 10 )  
为了探究湛江结构性黏土在三维应力状态下的力学特性以及结构性对其强度准则的影响,开展了一系列不排水条件下不同中主应力比b值等平均主应力p真三轴试验和平面应变试验。结果表明:p小于与大于结构屈服应力,整体上广义剪应力q-大主应变 曲线分别呈现为应变软化型与轻度应变硬化型;不同b值下的q- 曲线形态相近,但随b值增加,峰值点q对应的大主应变呈现减小的规律;且有效黏聚力随着b值增大而减小,有效摩擦角随b值增大而增大,平面应变试验有效黏聚力和摩擦角的值则介于b=0.25和b=0.50对应的有效黏聚力和摩擦角之间;受结构性的影响,湛江黏土在π面上的强度准则在p值小于结构屈服应力时接近于Lade-Duncan准则,而在p值大于结构屈服应力时更加接近基于Mises准则和Lade-Duncan准则的广义非线性强度理论;平面应变试验结果表明,湛江黏土在平面应变加卸载条件下破坏时的b值在0.18~0.29之间,破坏时的强度可以用基于广义Mises与Lade-Duncan平面应变强度准则的广义平面应变强度准则近似估计。
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岩土工程研究
隧道-滑坡相互作用影响及控制防护技术 研究现状与展望
张治国, 毛敏东, PAN Y. T., 赵其华, 吴钟腾,
岩土力学. 2021 (11):  3101-3125.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0462
摘要 ( 447 )   PDF(25733KB) ( 589 )  
随着国家山区高速公路与高速铁路建设的快速发展,新建隧道开挖诱发滑坡的地质灾害时有发生,同时既有隧道在滑坡作用下产生的病害也越来越严重,对隧道的施工和运营均造成了较大危害。为了促进高速公路与高速铁路隧道-滑坡体系研究的发展,归纳总结了国内外隧道-滑坡工程领域的学术研究现状、存在问题及发展前景。对隧道-滑坡相对位置关系及变形特征进行系统梳理;从地质调查分析、理论解析、模型试验、数值模拟和监测分析5个方面详尽剖析了隧道-滑坡相互作用影响的研究现状;从滑坡体加固、隧道加固和监控预测技术3个方面对隧道-滑坡相互作用影响的控制防护技术研究进行了全面阐述;指出现有研究中存在的不足和尚需讨论的方面,建议深入开展滑坡土体塑性、非线性接触、地震与降雨多因素耦合作用、离心模型试验的开发与利用、本构模型的适用性及隧道精细化建模等方面的研究,积极优化和创新防护控制措施技术,建立隧道-滑坡之间联动共享的新型监控成套技术体系,以期为隧道-滑坡体系工程领域的学术研究提供新的视角和基础资料。
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层状半无限体浅部洞穴对表面响应谱扰动
柴华友, 柯文汇, 朱红西, 柴扬斐, 王贤达,
岩土力学. 2021 (11):  3126-3136.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0310
摘要 ( 250 )   PDF(10103KB) ( 210 )  
层状半无限体中瑞利波具有频散特性,不同频率成分瑞利波具有不同可激性。当层状介质下覆半无限体出现充气洞穴时,入射瑞利波遇洞穴发生散射。以层特性参数及厚度与洞穴上方层状介质相同的层状板研究板波传播特性,分析埋深(板厚)/波长比值对板波与入射瑞利波传播特性差异影响。由频率-相速度域洞穴上方数值模拟响应谱得到绕射波频散,与层状板中波频散曲线比较,分析主导绕射波。结果表明:主导绕射波传播特性类似于基阶板波,当入射瑞利波波长大于埋深,洞穴绕射波相速度低于瑞利波速,随着波长减小,逐渐趋于瑞利波速。与基阶瑞利波位移结构相比,绕射波位移随深度变化平缓,变化与分层结构及频率有关。绕射波位移结构导致表面振动能量减弱,不同频率成分,能量减弱程度不同。这种现象是洞穴对表面响应谱扰动主要特征,由偏移距-频率域表面响应谱扰动特征可以预测洞穴在传播方向位置。
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数值分析
有限单元内部场量的高精度求解
次惠岭, 白冰, 雷宏武, 崔银祥,
岩土力学. 2021 (11):  3137-3146.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0559
摘要 ( 295 )   PDF(9278KB) ( 274 )  
有限单元法是目前最为广泛使用的数值分析方法,能够有效求解各类工程和科学问题。但在一些需要求单元内部场变量的情况下,传统形函数插值方法往往不能保证其结果精度。针对此问题,提出了一种高精度求解方案,基本思路是将有限单元与Taylor展开相结合,建立并求解单元内部未知场量关于已知单元结点场量的线性方程组,各方程中系数取决于点的相对位置关系。研究发现:所提方案算法简单,可适用于多维度、多阶次单元,在非线性场和高阶场中性能卓越,是一种高效高精度的新型求解算法,可服务于非线性计算的中间步骤,及满足高精度后处理的需求。该方法并不局限于有限元方法,可推广用于包括无网格方法在内的各类离散数值方法。
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多孔介质渗流过程的非局部近场动力学模拟方法
马鹏飞, 李树忱, 王修伟, 周慧颖, 王曼灵, 赵一民
岩土力学. 2021 (11):  3147-3156.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0340
摘要 ( 396 )   PDF(8191KB) ( 457 )   PDF(English)(418KB) ( 10 )  
在建立近场动力学非局部多孔介质渗透模型的基础上,引入多个可反映非局部作用程度的核函数以提高计算收敛精度,推导不同核函数情况下对应的近场动力学渗透系数,并在二维渗透模型中建立服从威布尔分布的渗透系数及裂隙网络区域渗流来分别实现多孔介质基质及裂隙非均匀渗流的模型,弥补了经典近场动力学模型无法较好地模拟岩石、土壤等多孔介质非均匀渗流的不足。运用不同的核函数模型对一维渗流问题模拟,分析核函数对结果的影响,结果显示:改进后的模型可以较好地收敛于理论解,且相比其他核函数多项式型核函数收敛精度最高。随后在二维模型中引入多项式型核函数并推导对应二维渗透系数,利用提出的非均质渗流方法对二维不含裂隙及含裂隙渗流过程进行模拟,模拟结果表明:所提出的新模型能够较好地模拟岩石材料非均匀渗流过程,在多孔介质渗流数值模拟方面有较广泛的应用前景。
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考虑岩体空间变异性的边坡可靠度分析 及抗滑桩随机响应研究
仉文岗, 王琦, 陈福勇, 陈龙龙, 王鲁琦, 王林, 张艳梅, 王玉琦, 朱星,
岩土力学. 2021 (11):  3157-3168.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0464
摘要 ( 417 )   PDF(10504KB) ( 554 )   PDF(English)(414KB) ( 12 )  
在边坡稳定可靠度分析中,通常采用确定性分析方法计算安全系数从而衡量边坡的稳定性,但传统的确定性分析方法无法充分考虑以及描述岩体天然存在的空间变异性,而导致对边坡的失效概率计算不够准确。基于Hoek-Brown准则和随机有限差分法(RFDM),将单轴抗压强度 和完整岩石材料常数 视为随机场变量,地质强度指标GSI视为随机变量,开展考虑岩体参数空间变异性的抗滑桩加固前后边坡可靠度分析和桩体随机响应研究。结果表明,岩体参数的空间变异性对边坡的失效概率及抗滑桩响应有显著影响,忽略岩体参数的空间变异性将高估边坡的失效概率和抗滑桩体的最大弯矩均值,同时将低估桩顶位移均值。研究结果可为抗滑桩加固边坡工程的可靠度分析与优化设计提供技术参考。
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高速列车荷载作用下饱和软土地基动力响应研究
胡静, 唐跃, 张家康, 邓涛
岩土力学. 2021 (11):  3169-3181.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0572
摘要 ( 425 )   PDF(12073KB) ( 271 )   PDF(English)(1529KB) ( 25 )  
基于Biot多孔介质理论,建立了车辆-轨道-饱和地基耦合系统的2.5维有限元分析模型,研究了高速列车荷载作用下饱和软土地基动力响应的发展规律。研究结果表明:当列车速度小于系统临界速度时,列车荷载在饱和软土中引起的最大超静孔压值由列车运行速度c和饱和土渗透系数 的比值 决定。对于本模型中的饱和软土,当 ≤3 104时,饱和土中几乎不会产生超静孔压,此时饱和地基可以被当作弹性地基处理。饱和软土地基中的超静孔压随 单调增长,并且存在一个临界 值,对应超静孔压能够达到的最大值;超过临界 值后,超静孔压不再随 的变化而变化。饱和软土地基中,有效应力的响应强度和作用范围主要由列车速度和饱和土渗透系数共同控制;但位移响应与渗透系数无关,主要受列车速度控制。特别地,当列车速度达到或超过系统临界速度时,饱和软土地基中会出现显著的马赫效应。
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饱和-非饱和土双层地基在振动压路机 作用下的振动响应
王立安, 张家玮, 李奎奎, 刘生纬,
岩土力学. 2021 (11):  3182-3190.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1824
摘要 ( 236 )   PDF(7459KB) ( 160 )  
利用Shah和Heaviside阶跃函数描述振动压路机的动态激振作用,对上层为非饱和土,下层为饱和土的双层地基进行动力响应分析。采用三重Fourier变换求解饱和土与非饱和土的动力控制方程,推导出双层地基在变换域中的动力响应解。通过算例分析,研究了双层地基在振动压路机作用下的动力响应和参数影响规律。结果表明,压路机激振频率和名义振幅升高,地基的振动峰值将随之增大;当压路机行驶速度超过5 km/h时,地基的振动峰值逐渐增大并出现波动现象,其波动幅度取决于压路机的激振频率。此外,还考虑了饱和度对土体剪切模量和渗透系数的影响。研究发现,饱和度处于Sw0 ~1-Sw0区间时,土体具有较大的动刚度,地基振动位移减小。
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间断级配砂土渗流侵蚀现象的计算 流体力学-离散元耦合模拟
李伟一, 钱建固, 尹振宇, 周闯,
岩土力学. 2021 (11):  3191-3201.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0123
摘要 ( 556 )   PDF(13207KB) ( 511 )  
渗流侵蚀会导致土体中土颗粒的随水流流失,改变土体力学和水力特性,工程中常引起土石坝的变形甚至破坏。利用流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM),针对广泛存在于坝基、土石坝滤芯以及油气井反滤层中的间断级配砂土,对其级配进行合理简化后研究其在水力作用下的渗流侵蚀特性。通过8组模拟向上渗流试验研究了水力梯度、试样所受围压以及细粒含量对间断级配砂土渗流侵蚀过程的影响。试验中监测了细粒流失质量、细粒流失率、土表位移、微观组构变化等宏微观现象,并与既往室内试验进行了对照验证。同时,对渗流前后土体进行了排水剪切试验,研究渗流侵蚀对土体抗剪强度的影响。试验结果表明,在数值模拟试验条件下初始细粒含量变化对于细粒流失质量、峰值细粒流失率、土表位移及渗流前后的力学特性影响较试验中围压与水力梯度的影响更为显著。通过对微观组构的分析,发现不同细粒含量的试样在渗流过程中接触网络的构成与变动差异较大,细粒含量在35%的阈值附近,会发生土体力链传递结构的转换。三轴结果表明,细粒流失还会导致土体峰值强度降低、50%强度处的割线模量E50减小。
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