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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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2022年, 第43卷, 第1期 刊出日期:2022-01-10
基础理论与实验研究
水汽补给下砂土水分迁移规律及冻胀特性研究
雷华阳, 张文振, 冯双喜, 霍海峰,
岩土力学. 2022 (1):  1-14.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1009
摘要 ( 829 )   PDF(12061KB) ( 561 )   PDF(English)(10265KB) ( 29 )  
利用自主研发的水分迁移和冻胀试验装备,研究了不同初始含水率、冷端温度、干密度对砂土水分迁移规律的影响,分析了三因素作用下砂土水平冻胀力和冻胀量的变化规律,确定了冻结锋面位置。研究表明:初始含水率和冷端温度对砂土的水分迁移和冻胀效果影响明显;初始含水率从0%增加至10%,试样含水率峰值增大了5.00倍,水平冻胀力和冻胀量不断增大,冻结锋面位置上移至2.5 cm高度处。冷端温度从?5 ℃降低至?15 ℃,试样含水率峰值增大了4.38倍,水平冻胀力和冻胀量不断增大,冻结锋面位置上移至2.6 cm高度处。干密度对试样水分迁移和冻胀特性影响相对不明显,整体呈现出在较小干密度下,试样含水率、水平冻胀力和冻胀量增幅稍大的趋势,冻结锋面集中在2.2~2.5 cm高度处。针对不同影响因素提出了水平冻胀力和冻胀量预测公式,为认识水汽补给下砂土水分迁移规律及合理预防冻胀提供参考。
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真三轴单面临空下煤岩组合体冲击 破坏特征试验研究
杨 科, 刘文杰, 马衍坤, 许日杰, 池小楼,
岩土力学. 2022 (1):  15-27.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1101
摘要 ( 476 )   PDF(15756KB) ( 376 )  
煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学特征和强度条件,探究了不同应力边界下煤岩组合体的破坏形态、动力显现特征和声发射信号的演变规律。研究结果表明:(1)受煤岩变形相互制约的影响,交界面处砂岩强度被“弱化”。当界面处煤体裂隙尖端的应力大于“弱化”后砂岩强度时,裂隙将穿过煤岩界面发育至砂岩中,砂岩呈现出屈曲层裂、劈裂成板的破坏形态。(2)高静载作用下,煤岩组合体变形破坏特征和声发射信号具有明显的前兆规律,组合体发生承载失效前煤体局部颗粒弹射动能增大、弹射颗粒块度降低,声发射信号由“高频低能”向“高频高能”转变,组合体的破坏形态以剪切?张拉复合破坏为主。(3)受冲击动载影响,顶底板砂岩夹持作用减弱,煤体裂纹尖端应力得不到有效积聚,裂纹扩展到煤岩交界面时被阻隔,组合体以煤样的张拉破坏为主,声发射信号呈现出“高频高能”的特点,但大多集中在冲击破坏之后,导致组合体动力破坏难以预测。(4)与纯静载作用相比,虽然动静载耦合作用下静载水平较低,但煤岩组合体的抛射质量和抛射碎块的分形维数较大、平均破碎块度较小,说明动载对煤岩组合体的破坏起到了正向激励的作用,静载为煤岩体动力破坏提供了应力和能量条件。
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干湿循环效应下玄武岩纤维加筋黄土 三轴剪切力学行为研究
许健, 武智鹏, 陈辉,
岩土力学. 2022 (1):  28-36.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0805
摘要 ( 422 )   PDF(12381KB) ( 386 )   PDF(English)(637KB) ( 31 )  
通过干湿循环效应下的数字图像三轴剪切试验、CT扫描试验及扫描电镜SEM(scanning electron microscopy)试验,研究了玄武岩纤维加筋黄土干湿循环过程的三轴剪切力学行为及微细观结构演化机制。结果表明:随干湿循环次数增加,纤维含量较高试样的三轴剪切鼓胀破坏形态转变为剪切带破坏;干湿循环早期阶段,剪切破坏形态随纤维含量增加,由剪切带破坏转变为鼓胀破坏。干湿循环作用和纤维含量对应力?应变曲线的类型及特征无明显影响,均表现为应变硬化型。破坏偏应力随干湿循环次数增加而逐渐减小,但衰减速率逐渐减小;破坏偏应力随纤维含量增大先增加而后减小,呈抛物线变化特征,存在一个最佳纤维含量为0.6%。CT数均值ME值呈现与破坏偏应力相似的变化规律。干湿循环作用下筋-土界面产生一定的开裂和松弛现象,弱化了纤维的加筋效应,但与素黄土相比,纤维加筋黄土的微观结构表现出显著的整体稳定性。构建了干湿循环效应下玄武岩纤维加筋黄土的宏细观损伤变量,其表现出一致的变化规律。
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走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞 破坏机制模型试验
周光新, 盛谦, 崔臻, 王天强, 马亚丽娜, 付兴伟,
岩土力学. 2022 (1):  37-50.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0765
摘要 ( 451 )   PDF(885KB) ( 397 )   PDF(English)(844KB) ( 35 )  
以滇中引水香炉山隧洞为背景工程,通过小尺度物理模型试验,对断层错动模拟过程中的隧洞上覆围岩破裂形态、衬砌破坏形态和裂纹发展、应变分布特征等关键响应特征开展试验分析,深入地研究了走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞的破坏形式及破坏机制。在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,详细研究了衬砌节段长度、衬砌厚度、隧洞直径、隧洞轴线与断层带夹角、隧洞断面形式,衬砌材料力学特性等因素对铰接设计隧洞抗断性能的影响。研究结果表明:(1)当跨活断层隧洞不采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞破坏模式为剪切和弯曲组合破坏,衬砌破坏程度严重,存在剥离脱落现象。隧洞截面呈现椭圆化变形,整体坍塌趋势明显;在当前试验中,无铰接隧洞破坏范围达4Wf (Wf为断层带的宽度)。 (2)当跨活断层隧洞采用铰接设计时,在断层错动作用下隧洞整体变形呈现S形,衬砌结构破坏形式为节段间的转动和错台,衬砌节段相对完整,破坏程度较轻;当前试验中,铰接隧洞破坏范围为2.14Wf,相较于无铰接隧洞减少48%,表明铰接设计可改变活断层错断作用下隧洞的变形破坏模式,并减小隧洞结构的损伤范围。(3)铰接设计条件下,隧洞衬砌结构应变峰值主要分布在断层带内,隧洞易发生屈服破坏;与无铰接隧洞相比,铰接隧洞左右边墙纵向最大拉应变减少了56%,纵向最大压应变减少了68%,进一步表明铰接设计可以有效提高隧洞的抗错断性能。(4)在铰接隧洞抗错断设计参数作用机制方面,研究表明增加衬砌厚度、增加衬砌混凝土强度等级、减小节段长度、减小隧洞直径均可提高铰接隧洞的抗错断性能,隧洞穿越断层带的最佳角度为正交,圆形断面相较于三心圆断面可提升铰接隧洞的抗断能力。综上所述,研究成果可以为跨活断裂隧洞工程抗错断措施提供必要的理论参考和技术支持。
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非规则砂岩节理剪切变形本构关系试验研究
程坦, 郭保华, 孙杰豪, 田世轩, 孙崇轩, 陈岩,
岩土力学. 2022 (1):  51-64.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0832
摘要 ( 335 )   PDF(11710KB) ( 229 )   PDF(English)(9550KB) ( 14 )  
岩石节理剪切变形对岩体工程的安全性和稳定性具有重要影响。为研究常法向应力下岩石节理剪切变形本构关系,采用RDS-200型岩石直剪仪对非规则砂岩节理进行了不同法向应力下的直剪试验。根据岩石节理剪切应力?位移全程曲线形状特征,将其依次划分为峰前压密阶段、线性阶段、屈服阶段和峰后软化阶段;根据剪切应力在峰后软化阶段降低幅度和速率大小,将岩石节理剪切应力?位移曲线划分为3种类型:峰后平台型、峰后缓降型和峰后跌落型。基于岩石节理剪切应力?位移曲线各阶段剪切变形特征,采用分段函数建立了岩石节理剪切变形本构模型。与其他模型相比,新提出的岩石节理剪切变形本构模型对试验数据拟合精度更高,更好地描述了岩石节理剪切应力?位移全程曲线。另外,在通过岩石节理直剪试验由经验公式确定模型参数之后,所提出本构模型可在不同法向应力下实现对不同粗糙度岩石节理剪切应力?位移曲线的预测。研究结果对岩石节理剪切变形的数值模拟和工程估计具有一定的实用价值。
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中密风积沙地层金属装配式基础抗拔模型试 验与承载力改进计算方法
肖飞, 孔令伟, 刘观仕, 冯衡, 董义义, 曾二贤,
岩土力学. 2022 (1):  65-75.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1340
摘要 ( 439 )   PDF(14846KB) ( 268 )  
金属装配式基础因施工方便与综合造价低而被越来越多地应用于风积沙地区输电线路基础工程。针对中密风积沙开展全模和半模抗拔模型试验,研究了不同深宽比下基础的上拔荷载?位移特性和抗拔破坏模式。结果表明,抗拔荷载?位移关系曲线随着基础深宽比? 变化而改变。当? =1.0时,曲线呈缓变型;当? =2.0~5.0时,曲线呈软化型。随着? 的增大,抗拔拔承载力随之增大。在加载过程中,地表以基础顶部为中心逐渐形成近似为圆形的隆起区域,隆起程度随着上拔位移增大而不断增加,最终形成整体破坏,此时滑动面贯穿地表;通过半模试验观测的上拔土体滑动面子午线可用直线方程近似描述,且抗拔角随着? 的增大而减小。根据上述试验结果,基于Veesaert滑动面摩擦强度理论和极限平衡原理,提出了金属装配式基础的抗拔承载力改进计算方法,计算结果相较于土重法和剪切法更接近试验值,且离散程度更小。
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多夹层盐矿水采沉渣空隙特征与储气能力评价
李朋, 李银平, 施锡林, 梁孝鹏,
岩土力学. 2022 (1):  76-86.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0847
摘要 ( 397 )   PDF(11134KB) ( 191 )  
在低品位、多夹层盐矿地层中建设地下储库,利用水采溶腔(盐穴)底部不溶物沉渣空隙储气有望较大幅度扩大储气库库容,但需要开展沉渣空隙储气可行性和适用性评估。首先,采用不溶物沉渣制备大尺寸CT扫描试样,构建了沉渣空隙三维重构模型,定性分析了沉渣空隙尺寸和空隙连通性,发现沉渣空隙尺寸大且连通性好;其次,采用自主研制的盐矿水采沉渣储气试验装置,利用不溶物小颗粒和夹层垮塌大尺寸块体混合堆积样品进行注气排卤试验,测定注气排卤前后沉渣空隙率,分析了沉渣空隙率变化的原因;最后,建立沉渣空隙体积预测模型,提出了盐腔采动空间和沉渣可排卤水体积的计算公式。通过考虑盐层不溶物小颗粒连续堆积,又考虑夹层垮塌大尺寸块体无序堆积,计算了沉渣堆积体积及可排卤储气体积,计算结果与现场采卤数据吻合较好。该研究可为评价低品位、多夹层盐矿沉渣空隙储气能力提供参考。
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激光辅助TBM盘形滚刀压头侵岩缩尺试验研究
张魁, 杨长, 陈春雷, 彭赐彩, 刘杰,
岩土力学. 2022 (1):  87-96.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0770
摘要 ( 391 )   PDF(10242KB) ( 201 )  
为了验证高能激光技术能够辅助隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)盘形滚刀(以下简称滚刀)实现高效破岩,以滚刀破岩过程中基本的运动形式——侵岩为研究对象,参照17 inch(432 mm)工程用滚刀,按1:8的比例制备了缩尺比例滚刀压头(以下引述为滚刀压头),开展了以孔孔距(2、3、4、5 mm)、刀孔距(3、4、5、6、7 mm)为变量的激光辅助滚刀压头侵岩L20(4×5)正交试验以及无激光作用的对照组试验。试验研究结果表明:随着刀孔距的增加,滚刀压头的破岩量与岩石破碎块度均增加,而垂直力和比能耗均降低,最优刀孔距为6 mm;随着孔孔距的增加,破岩量、垂直力和岩石侵入难度系数均降低,而岩石破碎块度和比能耗均增加,最优孔孔距为3 mm。与传统滚刀回转滚压破岩方式相比,在激光辅助作用下,可促进岩石张拉裂纹的产生,提高了滚刀侵岩效率。所提出的激光辅助滚刀耦合破岩模式在未来TBM极硬岩层隧道掘进中具有一定的应用前景。
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高地应力卸荷条件下错动带塑性变形 规律与硬化特征
段淑倩, 高坡, 江权, 周扬一, 徐鼎平
岩土力学. 2022 (1):  97-109.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0612
摘要 ( 489 )   PDF(12871KB) ( 379 )   PDF(English)(4440KB) ( 138 )  
为阐明高地应力地下工程开挖卸荷条件下错动带变形破坏的塑性规律与硬化特征,通过一系列不同围压、不同加卸荷应力路径下的三轴试验,着重研究了不同加卸荷应力路径下的错动带塑性变形规律;基于试验结果,在应力空间进一步探究了等效塑性功、等效塑性应变、塑性体应变等内变量作为硬化参数的应力路径相关性,并提出应力路径无关的硬化参量修正公式。研究结果表明:(1)高地应力下错动带的变形力学特性存在着明显的应力路径效应,在相同卸荷应力路径下,高围压会抑制错动带试样环向塑性变形的发展;在相同初始围压下,卸轴压卸围压应力路径下错动带试样的塑性体积残余应变(6%)明显大于其余卸荷应力路径(2%~4%);不同应力路径对错动带塑性体积变形的促进作用为卸轴压卸围压应力路径>恒轴压卸围压应力路径>增轴压卸围压应力路径;(2)错动带在不同卸荷路径变形破坏过程中,其塑性体应变、等效塑性应变、等效塑性功等内变量均存在一定的应力路径相关性,因而在错动带的弹塑性分析中,直接将以上任何一个状态参量作为其硬化参数并假定其与应力路径无关是不准确的。为此,提出等效塑性功修正方法,发现当修正等效塑性功公式中反映错动带材料特性的参数ns = ?0.4时,修正等效塑性功具有明显的应力路径无关性,更适宜作为高地应力卸荷条件下错动带的硬化参数来描述其卸荷塑性应变硬化特征。揭示的错动带塑性力学特性可进一步深化高地应力卸荷条件下错动带的变形破坏认识,为实际工程中错动带的破坏机制分析和支护控制提供理论依据。
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周期性四组元局域共振桩带隙特征及隔振性能研究
陈晓斌, 王业顺, 唐孟雄, 谢康, 唐豪, 吕金,
岩土力学. 2022 (1):  110-118.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0727
摘要 ( 286 )   PDF(9808KB) ( 169 )  
基于既有的三组元局域共振结构,考虑到岩土材料流塑性及弹塑性特征,提出一种由管桩、软体层、桩芯和基体组成的四组元局域共振桩结构,并基于周期性理论,利用频散曲线分析了管桩密度、弹性模量、厚度对四组元结构带隙特征影响。研究发现:相比于无管桩的三组元结构,带管桩的四组元结构更加容易出现完全带隙,且管桩只对带隙上边界产生影响;相比于管桩密度,管桩弹性模量可对四组元结构带隙产生质变影响,影响程度更大;通过四组元结构带隙边界点模态分析,确立了四组元结构带隙计算公式。通过时域分析发现,相比于三组元结构,四组元结构在带隙内振动衰减效果可提升近30%,其内在原因是四组元结构中管桩提高了基体整体刚度,从而有效地预防了基体“击穿”带及泄露波的出现。相关研究可为新型局域共振结构设计及隔振效果改善提供新思路。
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基于最小作用原理的Richards方程变分解
朱悦璐, 陈磊,
岩土力学. 2022 (1):  119-126.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0685
摘要 ( 647 )   PDF(6544KB) ( 297 )  
经典的Richards入渗控制方程属于偏微分方程,具有强烈的非线性,难以求得解析解。以入渗时间为最小作用量,基于Richards方程建立关于入渗路径的时间泛函,将考虑重力项的非饱和土垂直入渗问题转化为泛函极值问题,并构造等价的Euler-Lagrange方程进行求解。计算结果表明,扩散系数D(?)与概化湿润锋距离具有函数关系,当扩散系数D(?)形式已知时,可求得最优路径下湿润锋处含水率、较远处湿润锋最小含水率、土壤含水率最大熵分布3个问题,并基于最优路径检验了本研究条件下,Boltzmann变换和线性变换求解Richards方程的精度。求解过程未引进新变量化简Richards方程,不改变原方程结构,因此其解具有普遍性,可作为非饱和土力学计算的一个补充。
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基于边界位移法的地下结构推覆试验可行性研究
徐琨鹏, 景立平, 程新俊, 梁海安, 宾佳
岩土力学. 2022 (1):  127-138.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0711
摘要 ( 317 )   PDF(9886KB) ( 134 )  
地震过程中地下结构变形主要受周边土体变形控制。基于该思想,现已提出一种在土?结构有限元模型侧边施加土体变形的地下结构抗震简化分析方法——边界位移法,但缺乏相关试验研究。为探索土体侧边施加推覆位移的试验方法可行性,以自行研制的岩土综合试验模型箱为试验平台,以1:10缩尺的大开车站区间隧道为研究对象,开展了大型土?地下结构系统推覆试验。通过应变、位移和应力的分析,揭示了试验过程中地下结构及周边土体的反应特性。结果表明:由于土体材料的强非线性特征,土体侧边施加的倒三角形变形在传递过程中会产生衰减,地下结构受到剪切变形和挤压变形的耦合作用;中柱与底板交接处是整体结构中的抗震薄弱位置;水平基床系数与土层位移水平及结构侧壁的破坏阶段相关;结构整体刚度大于等代土体,两者的侧向变形比值小于1。随着推覆水平增加比值逐渐增大,通过变形特征能够量化土?结构相互作用,有效填补了土?结构相互作用系数试验研究的空白。试验方法与结论,对地下结构抗震分析及推覆试验可行性研究具有重要指导意义。
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基于Hoek-Brown的岩石横观各向同性 屈服准则研究
郑艳妮, 张强, 张升, 贾朝军, 雷明锋,
岩土力学. 2022 (1):  139-150.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0821
摘要 ( 382 )   PDF(18430KB) ( 239 )  
为了描述岩石强度的各向异性特征,通过引入材料的微结构张量,考虑单轴抗压强度 随层理倾角? 而变化,提出了基于微结构张量的修正Hoek-Brown屈服准则。开展不同层理倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)的页岩试样不同围压(0、5、10、15和20 MPa)下的三轴压缩试验,结果显示,页岩峰值强度与层理倾角? 呈“U”形曲线关系,在围压较低时呈“肩”形曲线关系,弹性模量Et和泊松比ν对围压不敏感,其平均值随层理倾角? 的变化关系分别呈倒“U”形、“肩”形。页岩的微观和宏观破坏图像表明,其破坏模式受围压和层理倾角双重控制。试验值与模型预测值的对比表明,修正的Hoek-Brown屈服准则可较好地对页岩强度的各向异性进行模拟。同时,采用Koteshwar千枚岩、Koteshwar板岩、绿泥石片岩等层状结构岩石的单轴和三轴压缩试验数据,进一步验证了提出的修正Hoek-Brown屈服准则对多数具有层理结构的横观各向同性岩石峰值强度模拟具有普遍适用性,并对屈服准则在试验数据较多和较少情况下的峰值强度模拟效果进行了评价。
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悬臂式刚性墙动力响应解析研究
赵爽, 余俊, 刘新源, 胡钟伟
岩土力学. 2022 (1):  152-159.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0690
摘要 ( 331 )   PDF(7068KB) ( 215 )  
从水平简谐振动作用下二维土?悬臂式刚性墙计算模型出发,基于波动力学理论,同时考虑土层的竖向应力和竖向位移,对二维场地中悬臂式刚性墙的动力响应特性进行了解析研究。首先对土层振动方程进行变换,得到关于体积应变? 的方程,通过分离变量法进行求解,再回代振动方程得到关于位移运动方程的非齐次方程,结合墙与土层的相互作用条件及远场边界条件得到振动方程定解,进而得到地下刚性墙墙上土压力、墙底剪力及弯矩的更为严格的解析解。将所得解与忽略竖向应力解、忽略竖向位移解进行了对比。研究表明,所得解能多反映出一个共振频率,且当土体泊松比大于0.45时,忽略竖向位移解失去意义。通过参数分析,表明激励频率与土体阻尼因子对墙体动力响应影响较大,考虑的振动模态阶数对墙体动力响应影响较小。
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超固结粉质黏土水平应力释放特征与 静止侧压力系数计算方法
陈树峰, 孔令伟, 罗滔,
岩土力学. 2022 (1):  160-168.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0620
摘要 ( 427 )   PDF(7324KB) ( 301 )  
如何合理地描述超固结地层静止侧压力系数 分布规律对岩土工程有重要的理论意义和应用价值。通过超固结地层形成过程的应力发展分析,开展了侧应力松弛试验,研究了超固结粉质黏土水平应力释放规律,建立了残余超固结水平应力 与超固结比OCR的联系,提出了基于水平应力释放的超固结土 计算方法,并用原位土体水平应力KSB试验和室内试验进行了验证。提出的超固结土 计算方法物理意义清晰,并在中高OCR条件下实现了与前人归纳经验公式的统一。结果表明:超固结水平应力 经历回弹与松弛2个释放阶段后稳定于残余值 ,粉质黏土 释放主要发生在回弹阶段;超固结水平应力残余值与初始值之比 随OCR增大而增大,但在OCR达到一定值OCRr后趋于稳定。研究成果可供超固结地层中的挡土结构物土压力计算和数值分析提供参考和借鉴。
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岩土工程研究
地震作用下南黄海海上风电场水 平场地液化特性分析
赵留园, 单治钢, 汪明元,
岩土力学. 2022 (1):  169-180.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0336
摘要 ( 449 )   PDF(12056KB) ( 317 )  
江苏近海属南黄海海域,是我国海上风电场最集中的地区,目前约占全国总装机容量的70%~75%,该区覆盖层厚度大,桩长深度范围(一般40~60 m)多为粉砂、粉土、粉质黏土地层,尤其是泥面以下20 m深度为易液化粉砂?粉土地层。而南黄海地区亦是我国的地震多发区,因此,研究了该区海上风电场水平场地的地震液化特性。首先基于南黄海某海上风电场50个机位的钻探资料统计特征建立了地层概化模型;随后通过动三轴试验和共振柱试验标定了土体动力分析参数;然后反演了3条地震波(EL-Centro波、Northridge波、Kobe波),将地表附近地震动峰值加速度PGA分别调整为0.05g、0.10g、0.20g、0.40g并进行场地液化分析,重点分析了地震作用下地层的超孔压比、总沉降、分层沉降等特性。研究发现,该区地层为可液化地层。当PGA=0.05g时,各层监测点的超孔压比均小于1.0,地层总沉降为1 cm左右;当PGA为0.10g和0.20g时,仅表层(12 m内)地层完全液化,地层总沉降分别为10 cm和17 cm;PGA=0.40g输入时,泥面下20 m地层均完全液化,地层总沉降为30 cm左右。不同地震作用下,表层土体沉降占比最大,当PGA为0.10g及0.20g时,表层土体沉降约占总沉降的95%以上。因此,该区海上风机桩基础设计应考虑地震作用下场地的上述液化特性。
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基于坐标投影法岩质边坡块体稳定性 分析及其可视化研究
高丙丽, 李铎, 李朗, 陈立成, 杨志法,
岩土力学. 2022 (1):  181-194.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1059
摘要 ( 383 )   PDF(12329KB) ( 269 )   PDF(English)(20764KB) ( 18 )  
块体塌落或滑动是岩质边坡工程的重要破坏形式之一,因此块体稳定性分析是岩质边坡工程中一项极为重要的内容。以浙江仙居县神仙居岩质边坡为研究背景,对块体稳定性分析及可视化进行研究。基于线性回归法和非均匀有理B样条法提出拟合结构面和临空面的新方法。基于坐标投影法提出单滑面和双滑面型块体的稳定系数计算方法,将无人机与坐标投影法结合,并基于Matlab开发出适于岩质边坡工程中平面多面体块体和曲面块体稳定性分析的CPG程序。该程序可实现结构面、临空面及不稳定块体的空间表示及可视化。工程实践表明,该研究可高效、准确地处理落石、崩塌等工程地质灾害问题。程序计算结果与坐标投影块体理论计算结果基本一致,块体稳定性分析方法可靠,开发的CPG程序可行,可大幅提高块体稳定性分析效率,具有实际工程意义。
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隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析
江帅, 朱勇, 栗青, 周辉, 涂洪亮, 杨凡杰,
岩土力学. 2022 (1):  195-204.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1201
摘要 ( 761 )   PDF(9670KB) ( 386 )   PDF(English)(2647KB) ( 25 )  
城市地铁隧道施工不可避免地对围岩产生扰动引起地表沉降,动态预测隧道开挖引起的地表沉降是确保地表建构筑物与隧道施工安全的重要基础。针对隧道施工过程中地表沉降难以准确动态预测的问题,在定义纵向开挖度系数? 的基础上,建立横向地表沉降动态预测模型。该模型能够描述同一监测位置沉降曲线随掌子面推进而不断变化的规律,实现施工现场沉降动态预测。结果表明:在特定约束条件下,该模型能够退化为Peck模型以及随机介质理论预测模型;通过现场施工验证了该动态预测模型的准确性与适用性;基于纵向开挖度系数? 将隧道沿纵向分为强烈、中度和轻度共3个影响段,较好地反映了开挖掌子面在不同位置对同一监测截面的影响程度;通过分析建筑物和隔离桩对地表沉降曲线的影响可知,建筑物与其附近地层呈现出协同变形、共同承载的特征,在隧道一侧添加地质钻隔离桩对该侧地表沉降值的减小程度可达71.9%。研究成果对滇中引水工程现场施工与类似工程具有一定指导和借鉴意义。
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重复采动巷道塑性区调控原理与稳定控制
吴祥业, 王婧雅, 陈世江, 张玉江, 卜庆为,
岩土力学. 2022 (1):  205-217.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0798
摘要 ( 307 )   PDF(21683KB) ( 337 )  
为研究双巷布置工作面留巷受重复采动影响围岩的变形破坏规律及稳定控制问题,综合运用数值模拟、理论分析和现场观测等方法,研究双巷间距对重复采动下留巷围岩塑性区空间分布特征及偏应力的影响规律,揭示二次采动对留巷塑性区的诱导扩展机制,提出围岩塑性区二次扩展抑制方法。结果表明:重复采动巷道围岩塑性区在巷道轴向上均可划分为6个区域,整体表现为双巷间距越大,则塑性区破坏深度越小的特征,且其形态由非对称分布向对称分布状态转化,双巷距离增加造成的应力旋转程度和偏应力峰值低是主要原因。一次采动滞后影响稳定区维护距离及周期最长,且为二次采动塑性区叠加扩展的基础,是重复采动巷道围岩稳定的关键控制区域。据此提出通过调整巷道空间位置,达到改善应力环境、调整巷道围岩破坏状态的目的,并建立了分区补强支护相结合的调控方法和控制技术体系。现场实测结果表明,该技术体系能够达到巷道安全稳定目的,效果良好。
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高填方地基不排水稳定性分析强度指标研究
杨洲, 程晓辉, 麻强, 刘伟, 谢庄子,
岩土力学. 2022 (1):  218-226.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0686
摘要 ( 327 )   PDF(7785KB) ( 251 )  
目前国内工程界对高填方地基的排水稳定性关注较多,然而针对地下水位较高、排水性能较差的原状地基,由快速填筑引起的不排水稳定性问题更为突出。综述了现行规范中关于边坡不排水稳定性分析的相关条文及国内外常用方法。通过分析总应力摩擦角的应力路径相关性以及计算原状地基典型点位的总应力加载路径,解释了采用三轴固结不排水(consolidated-undrained,简称CU)总应力强度指标进行不排水分析,会高估高填方地基的不排水稳定性,该方法存在理论缺陷和工程隐患。以简单假想边坡模型和某高填方机场实际工程为算例,利用简化Bishop法,选用5种不排水分析指标或模型,分别计算其不排水稳定性安全系数。结果表明:CU总应力法会高估高填方地基的不排水稳定性;其余4种方法计算得到的不排水稳定性安全系数比较接近,相对适用。
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基于孔压静力触探的修正土类指数土体 分类方法与实例应用
邓煜晨, 陈志波, 郑有强, 潘生贵,
岩土力学. 2022 (1):  227-234.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0713
摘要 ( 414 )   PDF(7286KB) ( 242 )  
孔压静力触探(piezocone penetration test,简称CPTU)常被应用于土层划分、土体分类,其各种土体分类方法有一定的适用性和局限性。引用两组实际工程案例,对5种常用的基于CPTU的土体分类图进行了分析比较。分析表明,已有分类图虽然能够区分黏性土和无黏性土,但对于粉质黏土、粉土和粉砂之间的判别均存在较大误差,且多数分类图采用过渡带分类,导致分类结果的准确性偏低。基于Robertson土类指数分类图,根据实际CPTU测试数据分类结果,对土类指数Ic进行了修正,将其同心圆模型修正为平行线模型,由此提出一种基于CPTU的修正土类指数土体分类方法。根据对实测数据的应用表明,提出的修正土类指数土体分类方法可以更好地满足土体分类,且能够满足粉质黏土、粉土和粉砂之间的判别。
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数值分析
花岗岩巴西劈裂试验的矩张量反演研究
任义, 高永涛, 吴顺川, 李栋栋, 甘一雄,
岩土力学. 2022 (1):  235-245.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0856
摘要 ( 440 )   PDF(10062KB) ( 199 )  
为了研究岩石张拉破坏的过程和机制,首先通过模拟计算,验证了加权反演法在进行巴西劈裂试验矩张量求解方面的优越性;其次基于花岗岩的巴西劈裂试验,进行声发射监测、事件定位及矩张量反演,并分析标准反演法和加权反演法对应矩张量结果的差别;使用聚类分析K均值算法对矩张量结果进行分簇研究。研究结果表明:模拟计算中加权反演法可以降低巴西劈裂试验矩张量反演误差;室内花岗岩巴西劈裂试验中,加权反演法较大程度地优化了声发射事件的剪切成分以及压/拉应力轴的分布,使得反演结果更加合理。针对加权反演结果,所有事件可分成3簇,同簇内事件的破裂类型、应力状态、破裂机制、辐射模式等均相近;不同簇中的事件在时空上交叉分布,试验后期在圆盘东?西方向上具有较为明显张拉特性的事件骤增,于圆盘中心附近聚集并占据主导,最终导致试样的宏观破裂。研究结果解释了花岗岩巴西劈裂试验的破裂过程和破裂机制,为岩石力学行为研究提供进一步指导。
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基于三维非连续变形分析的巨石崩塌运动研究
刘国阳, 孟海怡, 宁宝宽, 李石宝,
岩土力学. 2022 (1):  246-256.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0663
摘要 ( 389 )   PDF(12029KB) ( 269 )   PDF(English)(48438KB) ( 17 )  
巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难。以西藏自治区G318国道K4580典型滑坡为工程背景,基于三维非连续变形分析(three-dimensional discontinuous deformation analysis,简称3D-DDA)方法研究巨石崩塌失稳及运动全过程的特征与现象。分别建立该边坡未滑坡、浅层滑坡后和深层滑坡后3种坡形的巨石崩塌3D-DDA数值模型。采用滚石运动横向偏移经验模型,验证3D-DDA巨石运动模拟的准确性。在此基础上,分析巨石崩塌失稳机制及破坏后沿3种不同坡形边坡的运动轨迹和动能演进等运动特征。结果表明,3D-DDA能够有效模拟巨石崩塌失稳、运动发展、剧烈冲击碰撞直至最终静止等整个动力学过程。巨石崩塌表现为滑动→倾倒?滑动→倾倒→翻转?下落的失稳模式转换;巨石运动表现为碰撞、弹跳、飞跃、滚动、滑动等多种运动形式以及横向偏移、侧向偏转等三维空间运动特征,经过道路并与高架桥发生碰撞,引发巨石灾害。不同坡面几何特征下的巨石运动偏移量、弹跳高度、运动至坡底碰撞时间、最终稳定时间等均随着未滑坡、浅层滑坡后、深层滑坡后3种坡形变化而减小。通过3D-DDA巨石崩塌运动分析,预测巨石运动全过程、影响范围、冲击能量、停积位置等,可为巨石防灾减灾对策或措施制定提供依据。
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基于离散元方法的不同挡墙变位模式下有 限土体主动土压力研究
张恒志, 徐长节, 何寨兵, 黄展军, 何小辉,
岩土力学. 2022 (1):  257-267.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0708
摘要 ( 338 )   PDF(18280KB) ( 286 )  
为研究挡墙变位模式以及墙后填土宽度对无黏性有限土体主动土压力的影响,在不同墙后填土宽度条件下分别开展了挡墙平动(T)模式、绕墙底转动(RB)模式以及绕墙顶转动(RT)模式的离散元模拟。根据离散元模拟结果对主动土压力、墙后土体破坏模式以及应力状态进行了分析。研究结果表明:挡墙变位模式和墙后填土宽度的变化使得土体破坏模式和应力状态发生变化,引起主动土压力大小及分布的差异。T与RB模式滑动土楔中内摩擦角调动值会相对初始值增加,且T模式滑动土楔中会出现小主应力拱。RT模式较为特殊,在填土宽度较小时,其应力状态与T模式相似;在填土宽度较大时,滑动土楔上部会出现内摩擦角调动值相对初始值减小的区域,并出现大主应力拱。
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基于改进Green-Ampt模型的滑坡 稳定时变可靠度分析
蔡征龙, 孟永东, 秦毅, 陈博夫, 田斌,
岩土力学. 2022 (1):  268-276.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0627
摘要 ( 430 )   PDF(7748KB) ( 223 )  
降雨入渗滑坡稳定可靠度分析往往仅考虑了土体参数的空间变异性,而忽略土体初始含水率非均匀性空间分布的影响。基于此,推导了不同降雨工况条件下初始含水率任一分布的Green-Ampt入渗模型,利用变步长复化Simpson法求解初始含水率不同空间分布条件下湿润锋深度与降雨历时的函数关系。结合多维正态累计分布函数Mvncdf,计算整个降雨评估基准期滑坡稳定的时变可靠度,并利用某一滑坡实例进行对比验证。计算结果表明,初始含水率空间分布的不同对降雨条件下滑坡稳定时变可靠度的影响十分明显,且相较于初始含水率为均匀和梯形分布;相同降雨条件下,指数分布时滑坡稳定时变可靠度的下降幅度最小。该改进模型适用于土体初始含水率的任意分布,有利于Green-Ampt模型在滑坡稳定性评价的普适性推广应用。
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落石冲击混凝土棚洞力学特性研究
陈泰江, 章广成, 向欣,
岩土力学. 2022 (1):  277-285.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0890
摘要 ( 420 )   PDF(7695KB) ( 237 )  
落石冲击棚洞结构作用过程复杂,缺乏统一的落石冲击力表达式。首先,将落石简化为刚性球体,基于Hertz接触理论,推导得到落石冲击力半正弦算法的理论表达式,考虑落石冲击下棚洞的非弹性特征,根据落石与材料碰撞过程中落石加速度曲线特征,采用函数拟合法推导得到落石法向冲击下其冲击力的理论计算方法;然后,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立落石冲击棚洞数值计算模型,研究不同冲击速度下落石冲击棚洞动力特征;最后,与现存常见的多种方法进行对比,得出以下结论:Hertz半正弦法得到的落石冲击力远大于函数拟合法和数值法,而函数拟合法和数值法得到的落石冲击力时程曲线相接近,表明函数拟合法更能反映落石与棚洞接触碰撞动力关系;对比其他计算方法可以得到,Hertz算法适用于分析无能量损失下的弹性碰撞问题,而Logistic算法适用于材料大塑性变形的情况,弹塑性接触理论结果和动力有限元结果存在差异,而采用函数拟合推导的计算方法得到的落石最大冲击力和落石冲击作用时间与动力有限元法更接近,更能反映落石冲击棚洞动力响应特征,推导的落石冲击力计算方法可为工程实践中棚洞防护设计提供理论参考。
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测试技术
多维天然气水合物开采模拟试验 系统的研制与初步应用
蒋宇静, 颜鹏, 栾恒杰, 陈连军, 丁根荣,
岩土力学. 2022 (1):  286-298.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0695
摘要 ( 473 )   PDF(19739KB) ( 441 )   PDF(English)(2107KB) ( 10 )  
为研究天然气水合物的合成及分解特性、储层的开采特性以及开采过程中的出砂防砂等问题,自主研制了一套多维天然气水合物开采模拟试验系统。该试验系统主要由气体注入系统、稳压供液系统、蒸汽或热水注入系统、一维/二维/三维模型、回压控制系统、出口计量系统、数据采集控制处理系统等组成。该试验系统的主要特色如下:(1)将高压玻璃做成的一维反应釜外壁和高清摄像头结合达到可视化的目的,监测中低压力下水合物的合成、分解情况以及开采过程中砂粒的运移情况;(2)采用自主研发的双缸恒速恒压泵控制回压阀,使得整个降压开采过程中反应釜中的压力能够实现高精度的均匀减小,达到分段缓慢降压的目的,避免水合物的二次生成,使产气速度更加均匀。以不同粒径的石英砂、去离子水和纯度为99.9%的甲烷气为原材料,开展了一维相平衡试验和二维降压开采试验,通过以上初步应用验证了该试验系统的可靠性。
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