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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4期 刊出日期:2022-04-15
基础理论与实验研究
非饱和透明土优先流迁移规律分析
阙云, 翁斌, 蔡松林, LIU Jin-yuan,
岩土力学. 2022 (4):  857-867.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1087
摘要 ( 403 )   PDF(11255KB) ( 544 )   PDF(English)(11050KB) ( 46 )  
为实现土的非饱和优先流迁移可视化,设计立柱装置进行非饱和渗流试验,采用透明土与数字图像处理技术,建立归一化像素强度与透明土饱和度的关系,在此基础上,通过室内模型试验,研究优先流路径连通性与相邻优先流路径旋转角对非饱和土优先流迁移的影响。试验结果表明:基于图像灰度像素强度表征非饱和透明土饱和度方法是可行的;全连通优先流(O-O型)与上连通优先流(O-C型)剖面呈现T型,中心轴剖面饱和度与边缘差异明显,下连通优先流路径(C-O型)中土体油压与基质势不足以使流体进入优先流路径形成优先流,入渗趋势与均匀流一致,O-C型优先流的稳定入渗率和湿润锋推移速度分别为C-O型的1.5倍和1.4倍;相邻O-C型优先流之间区域形成新的优先流,土体达到较高饱和度,增长速率随旋转角的增加而减小,优先流转角为90?、60?、30?时稳定入渗速率分别为均匀流的1.5、1.3、1.2倍;流体受重力影响,转角小的优先流仅沿路径一侧水平渗透,但湿润锋推移速度分别为均匀流的1.3、1.4、1.5倍,相邻优先流相互作用减弱,难以形成新的优先流。
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红层泥质胶结物干缩裂缝深度与间距预测模型
陈晓斌, 喻昭晟, 周雨晴, 张家生, 钱于,
岩土力学. 2022 (4):  868-878.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1084
摘要 ( 206 )   PDF(9906KB) ( 219 )  
红层泥质胶结物在干燥条件下会因含水率变化产生开裂,裂缝进一步发展贯通最终导致红层泥岩崩解破坏。目前对红层泥岩崩解机制的研究多为定性描述,缺乏定量分析方法。因此,定量研究红层泥质胶结物开裂的产生及扩展对深化红层泥岩崩解理论研究具有重要意义。基于线弹性断裂力学及非饱和土力学,建立了考虑含水率变化的红层泥质胶结物裂缝深度及间距计算公式,并对公式参数敏感性进行了分析。应用CT试验数据对PFC2D数值模型进行了校准,并基于干缩开裂数值试验结果,对裂缝深度及间距计算公式进行了对比验证。结果表明:提出的计算公式能较好地预测红层泥质胶结物的开裂深度及间距,裂缝深度随含水率减小呈先快速增加再缓慢增长的特点。研究成果有助于加深对红层泥岩崩解的量化理论分析,并为预测工程中红层泥岩的开裂程度提供参考。
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多年冻土区L型挡墙水平冻胀效应计算方法与分析
董建华, 吴晓磊, 师利君, 于小燕, 何鹏飞,
岩土力学. 2022 (4):  879-890.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0894
摘要 ( 372 )   PDF(9088KB) ( 357 )   PDF(English)(11804KB) ( 14 )  
针对多年冻土区L型挡墙设计中水平冻胀力计算方法不完善的问题,基于利夫金地基模型及挡墙?土体之间的协同变形原理,分别建立了墙后有无换填土两种情况下的L型挡墙水平冻胀效应计算模型,利用叠加原理及有限差分法对所提出的计算模型进行了求解,并依托MATLAB自行编制了水?热?力耦合分析软件。结合工程实例,应用提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值分别与现场实测值、修正土压力值、规范经验值及水?热?力耦合软件模拟值进行对比分析,结果表明:提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力值与现场实测值及数值模拟值在大体趋势上吻合较好,修正土压力值、规范经验值低估了水平冻胀力对挡墙的作用;相比规范经验值及现场实测值,提出的L型挡墙水平冻胀效应计算方法得到的水平冻胀力沿墙高呈抛物线和梯形两种分布模式,更具有普遍性;通过多场耦合分析可知,所提出L型挡墙水平冻胀效应计算方法与水?热?力耦合方法得到冻胀力趋势相似,表明了计算方法的可行性,可为多年冻土区L型挡墙设计提供一定的理论支持和指导。
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化学改性联合真空预压法加固吹填土试验分析
雷华阳, 王磊, 刘景锦, 王鹏, 章纬地, 薄钰,
岩土力学. 2022 (4):  891-900.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0843
摘要 ( 246 )   PDF(8823KB) ( 221 )  
通过开展室内真空预压模型试验和微观测试,针对黏粒含量较高的吹填土,探讨分析了化学改性联合真空预压法的加固效果及其机制。结果显示:经过化学改性后,吹填土的液限及塑性指数显著降低,渗透系数明显增大;此外,微观测试结果显示,经过化学改性后,改性外掺剂与吹填土颗粒间发生复杂的化学反应,吹填土颗粒表面附着大量的难溶物,使其表现为典型的团粒结构,孔隙直径明显增大,土体的渗透性显著提高;与常规真空预压法相比,化学改性联合真空预压法处理吹填土的加固效果得到大幅度的提升,其中排水量最大提升幅度达17.6%,表层沉降量明显增大,加固后土体十字板剪切强度最大提高69.0%。该研究为改进真空预压法的技术发展提供了理论依据。
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孔隙水压力作用下砂岩裂纹扩展行为的试验研究
张黎明, 王在泉, 赵天阳, 丛宇,
岩土力学. 2022 (4):  901-908.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0667
摘要 ( 229 )   PDF(6926KB) ( 282 )   PDF(English)(544KB) ( 25 )  
为研究水力耦合作用下砂岩裂纹扩展特征,开展了不同孔隙水压和围压条件的砂岩破坏试验。结果表明:有效围压相同,随着孔隙水压力增大,脆性指标数增大,起裂应力、损伤应力和峰值应力都变小;裂纹初始体积应变变小,裂纹扩展体积应变先减小后增大,损伤应力与峰值应力对应的裂纹轴向应变扩展速率、裂纹环向应变扩展速率增加,裂纹体积应变扩展速率与孔隙水压力关系不明显。孔隙水压力相同,随着有效围压增加,起裂应力、损伤应力和峰值应力增大。起裂应力、损伤应力、峰值应力对应的裂纹轴向应变扩展速率、裂纹环向应变扩展速率和裂纹体积应变扩展速率增大。同一块砂岩特征应力点的裂纹应变扩展速率比较,裂纹轴向应变扩展速率最大,裂纹环向应变扩展速率次之,裂纹体积应变扩展速率最小。
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基于块体剪流组合机构的黏土基坑抗隆起 稳定性分析
谭廷震, 黄茂松, 刘奕晖, 王浩然, 张中杰,
岩土力学. 2022 (4):  909-917.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1186
摘要 ( 269 )   PDF(8229KB) ( 358 )  
现行规范中基坑抗隆起稳定性计算方法主要为基于极限平衡理论的圆弧滑动法,这种方法没有严格的理论基础,得到的安全系数普遍偏高,且当挡墙插入比较小时,安全系数明显不合理。极限分析法拥有严格的理论基础,已经建立了一些基坑抗隆起稳定分析上限机构,但是这些机构的适用性缺乏一定的研究。针对上述问题,首先介绍了基坑抗隆起稳定上限分析的理论框架,对机构优化概念与块体剪流组合机构的构造做了比较全面的探讨;随后在均质地基下利用弹塑性有限元的模拟结果进行了讨论,并在非均质地基条件下利用圆弧滑动法的计算结果进行了讨论;最后总结了不同块体剪流组合上限机构的适用条件。分析表明,挡墙刚度较大且插入比较小时,应该将挡墙刚度按无穷大处理;挡墙刚度较小且插入比较大时,应该考虑挡墙刚度的影响。通过工程案例分析,验证了提出的圆弧机构上限法的合理性。
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花岗岩质边坡地震动力响应及破坏特征 大型振动台试验研究
周泽华, 吕艳, 苏生瑞, 刁钰恒, 王祚鹏, 王剑昆, 赵辉,
岩土力学. 2022 (4):  918-931.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1176
摘要 ( 237 )   PDF(19077KB) ( 264 )   PDF(English)(1351KB) ( 19 )  
地震触发的岩质边坡崩塌常造成巨大的灾害,特定地质条件下边坡地震动力响应及破坏机制是工程中的重要难题。以翠华山水湫池崩塌为研究对象,开展振动台试验,研究地震作用下受断层控制的岩质边坡动力响应及破坏机制。试验发现,当断层倾角大于临界角时,不连续界面处的部分反射波与透射波转变为滑行波,使得断层处加速度响应出现突变;模型边坡内部加速度峰值放大系数变化特征表现出显著的三阶段变化趋势;水平加速度响应呈现出随高程增加不断增大的特征,而竖直加速度峰值放大系数增加幅度较小;模型边坡的固有频率变化曲线可以分为3个阶段,整体呈现下降的趋势,表明模型动力特性发生变化。通过对比振动台试验与水湫池崩塌原型,发现含断层结构岩质边坡的主要破坏模式为边坡顶部在地震荷载作用下首先出现贯通的竖直拉裂缝,随后断层上盘破碎岩体裂解破坏,最终沿断层面发生剪切滑动。研究工作将为秦岭花岗岩地震山崩的风险预警提供研究示范,并为开发秦岭山崩遗迹提供科技支撑。
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空心圆柱砂岩真三轴试验研究
姜玥, 周辉, 卢景景, 高阳,
岩土力学. 2022 (4):  932-944.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1068
摘要 ( 286 )   PDF(11950KB) ( 325 )  
利用岩石空心圆柱扭剪试验系统针对灰砂岩进行真三轴试验研究,分别开展控制(?2??3)(?2为中间主应力,?3为最小主应力)条件压缩试验和恒?3、变?2条件压缩试验,对灰砂岩的应力?应变规律、强度特性及破坏特征进行详细分析,并进一步探讨了中间主应力效应,最小主应力效应,应力洛德角效应以及强度准则的适用性。研究结果表明:岩石空心圆柱扭剪试验系统能够实现真三轴应力状态的模拟,相较于常规的实现方式,该方法可避免端部摩擦的影响;内外围压的压差对岩石强度有很大影响,尤其是在高围压下,较大的压差使得岩石强度迅速弱化导致剧烈破坏;中间主应力对岩石强度影响显著且具有区间效应,最小主应力对岩石强度有强化作用,该特点对于实际工程开挖岩体的高效及时支护具有重要的指导意义;进一步地,根据所获试验结果对现阶段用于描述岩石力学特性的强度准则进行分析,认为采用指数强度准则能合理反映岩石真三轴应力状态,具有较好的适用性,可用来评价实际工程中岩石的强度特征。
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基于抗转模型的颗粒材料宏−细观关系研究
王一伟, 刘 润, 孙若晗, 许泽伟
岩土力学. 2022 (4):  945-956.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0918
摘要 ( 250 )   PDF(13654KB) ( 285 )  
接触模型的宏?细观参数标定是成功使用离散元方法的关键。在离散元的接触模型中线性接触模型与抗转线性接触模型均可用于模拟砂性土的力学行为,其中抗转线性接触模型在模拟密砂的剪胀性方面具备优势。采用抗转线性接触模型对室内密实砂土三轴试验进行了离散元模拟,验证了抗转线性接触模型的可靠性;进而系统分析了颗粒间摩擦系数、刚度比和抗转动系数等细观参数与砂土峰值内摩擦角、残余内摩擦角、峰值剪胀角等宏观参数的相关关系并进行了验证;揭示了偏应力作用下,细观参数对密实砂土试样内部剪切带宽度与倾角变化的影响规律,提出了考虑剪胀角的剪切带倾角经验公式。通过研究建立了抗转线性接触模型宏?细观参数的量化关系并给出了标定参数的具体流程图,提出了快速标定宏观参数的方法并应用实例进行了验证,为采用抗转线性接触模型精准模拟密实砂土的力学特性提供依据。
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组构对自然休止角影响的试验研究
戴北冰, 李天齐, 杨峻, 刘锋涛,
岩土力学. 2022 (4):  957-968.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0824
摘要 ( 242 )   PDF(11891KB) ( 360 )  
利用自制的模型试验装置,通过在不同方位沉积散体颗粒生成堆积体,研究不同沉积组构特征对自然休止角的影响,以及通过在母堆积体底部设置漏孔以生成子堆积体,研究堆积体内部结构对自然休止角的影响。研究发现,母堆积体休止角? 和子堆积体休止角? 随着沉积面倾角? 的增大(0° → 90°)呈现先减小后增大的趋势,子堆积体休止角? 则先增大后减小,且最小和最大值的分布区间正好互余,分别为? = 30°~45°和? = 45°~60°。当漏孔位置从左至右靠近母堆坡脚时,? 先增大后减小,? 则单调增大。基于模型的分析和推导,发现当沉积面与潜在滑动面越接近平行,休止角越小,越偏离,休止角则越大,并从细观上合理解释了?、? 和? 在特殊角度区间出现最大或最小值的原因。最后,提出了散粒堆积体的扰动分区模型,并以此为基础阐释了漏孔位置(堆积体内部结构)对休止角? 和? 的影响机制。
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考虑软弱夹层厚度的岩体力学响应及破坏特征研究
赵宏刚, 张东明, 蒋长宝, 余北辰,
岩土力学. 2022 (4):  969-980.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1123
摘要 ( 260 )   PDF(24198KB) ( 662 )  
作为一种典型的地质结构,软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构,进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴,对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏特征缺乏分析讨论。通过制作的含不同厚度的软弱夹层复合岩样,探讨了软弱夹层厚度对隧洞临空面围岩力学响应和破坏特征的影响。研究表明:软弱夹层厚度显著影响着复合岩样峰值应力和应变,随着厚度的增大,软弱夹层上方岩块向临空面方向的滑移变形逐渐增大,软弱夹层压缩变形逐渐减小;复合岩样靠近临空面的岩石单元破坏模式随着软弱夹层厚度的增大逐渐由拉剪混合破坏转变为张拉破坏,且宏观裂隙数量和破坏范围均逐渐减小,而远离临空面的岩石单元则由剪切破坏逐渐转变为基本无损伤断裂;不同厚度的隧洞侧帮复合围岩的破坏区域均集中在软弱夹层及其上方围岩处,软弱夹层下方围岩则基本保持稳定;在应力分布方面,软弱夹层厚度越大,最大压应力越向深部软弱夹层处转移,而拉应力区分布范围越小,但拉应力区深度越大。
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双轮铣槽机铣削过程及截齿入岩顺序优化研究
肖建成, 周辉, 卢景景, 冯春, 徐福通,
岩土力学. 2022 (4):  981-994.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1025
摘要 ( 394 )   PDF(23802KB) ( 345 )   PDF(English)(720KB) ( 23 )  
双轮铣槽机(简称“双轮铣”)是地下连续墙的专业施工装备,布齿系统是其核心部件,其参数设计与破岩性能密切相关。基于连续?非连续单元法(CDEM),建立了铣轮铣削岩土体过程的三维仿真模拟方法。在此基础上,考虑自由面与铣削关联性等因素,对布齿系统截齿入岩顺序影响破岩性能机制进行了研究,建立了关联铣削条件下以预置相邻自由面数目为主要影响因素的入岩顺序数值概化模型。结果表明:(1)获得的铣轮铣削岩土体的铣削力与铣削深度曲线,验证了此数值模拟方法的正确性;(2)相比于完整岩体,具有单相邻预设自由面与双相邻预设自由面岩样的峰值荷载分别下降了32.5%与68.2%,破岩能耗分别下降了19.8%与56.6%;(3)布齿系统中双相邻预设自由面的截齿占总体截齿数目比值越大,布齿系统整体能耗越低,异构式布齿系统能耗低于顺序式。研究成果为完善双轮铣槽机破岩过程与布齿系统优化提供了基础。
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循环荷载作用下盐岩微观结构变化及经验疲劳模型
张强, 王军保, 宋战平, 冯世进, 张玉伟, 曾涛,
岩土力学. 2022 (4):  995-1008.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1356
摘要 ( 208 )   PDF(14199KB) ( 256 )   PDF(English)(33813KB) ( 17 )  
为研究盐岩在循环荷载作用下的疲劳特性和微观结构变化,对盐岩试件展开了不同上限应力下的单轴疲劳试验;同时,利用SEM和NMR设备观测了盐岩试验前后的微观结构。结果表明:循环荷载作用下,盐岩内部裂纹发育以晶间裂纹的生成为主,且裂纹数量随上限应力比(上限应力与单轴抗压强度的比值)增大而增加。循环荷载作用后(12 000次循环),盐岩内部大孔隙和总孔隙数量增加,小孔隙数量减少,且大孔隙和总孔隙增加的数量及小孔隙减少的数量均随上限应力比增大而增加。上限应力比为0.40且荷载循环次数N≤2 000次时,盐岩内部小孔隙、大孔隙和总孔隙数量均随荷载循环次数增加而增加;但小孔隙数量的增长速率大于大孔隙,此时盐岩孔隙结构变化以小孔隙萌生为主。上限应力比为0.40且荷载循环次数N >2 000次时,盐岩内部大孔隙和总孔隙数量仍随荷载循环次数增加而增加,而小孔隙数量不断减少,此时盐岩孔隙结构变化以大孔隙生成为主。通过求解S形函数反函数的方法,建立了一个形式简单、参数少,且能够描述盐岩累计不可逆变形发展全过程的经验疲劳模型,并利用盐岩疲劳试验结果验证了模型的合理性。
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基于3D-DIC的砂岩裂纹扩展及损伤监测试验研究
范杰, 朱星, 胡桔维, 唐垚, 贺春蕾,
岩土力学. 2022 (4):  1009-1019.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1132
摘要 ( 571 )   PDF(27023KB) ( 475 )  
裂纹监测对岩石损伤演化的认识至关重要。为研究岩石裂纹扩展及损伤变形特性,开展了含不同倾角(0°~90°)预制裂隙的标准细黄砂岩样的单轴压缩试验。利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)获取岩样三维空间坐标下的应变分布,并结合声发射从光学与声学的角度监测了裂纹的扩展演化。由此提出了一种裂纹主应变的计算方法,定量表征岩石劣化的损伤变量D值。最后,探讨了由声发射与损伤变量D值确定岩样特征强度的影响因素。结论如下:(1)裂纹主应变反映了岩样受荷过程中同源裂纹在时间上的变化速率与空间上的扩展趋势,能较好地表征岩石的开裂行为;(2)声发射适用于确定岩样的起裂应力,不适用于损伤应力的确定,损伤变量D值所确定的起裂应力滞后于声发射,但适用于损伤应力特征值的确定;(3)结合声发射与DIC技术确定的归一化起裂应力范围为0.63~0.94、归一化损伤应力的范围为0.83~0.99;(4)预有裂隙会影响岩石的材料力学性能。随着倾角的增加,岩石的起裂应力、损伤应力及峰值应力呈增长的趋势,由于难以形成局部应变场聚集,裂纹的萌生与起裂更加困难。结果表明,3D-DIC技术的利用可以提高对岩石开裂行为的理解,对岩石的损伤监测与判识更有重要的意义。
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CSFG-FR协同作用改良淤泥固化土性能试验研究
陈瑞敏, 简文彬, 张小芳, 方泽化,
岩土力学. 2022 (4):  1020-1030.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1017
摘要 ( 343 )   PDF(10211KB) ( 200 )  
为改良淤泥固化土力学特性,提高其变形稳定性,提出采用以水泥?矿渣?粉煤灰?石膏(CSFG, cement-slag-flyash-gypsum)为材料的新型环保固化剂,协同纤维加筋(FR)作用改良淤泥固化土。通过开展无侧限抗压试验和渗透试验,对比分析了不同CSFG掺量(10%、20%、30%)、不同纤维长度(0、3、6、12 mm)和纤维掺量(0%、0.2%、0.4%、0.8%)对试样力学性能和渗透性能的影响。此外,通过X射线衍射(XRD)、电镜扫描(SEM)和核磁共振试验(NMR)分析了CSFG-FR协同作用的微观机制,讨论了其协同作用机制。得到如下主要结论:CSFG-FR试样的力学性能有较为显著的提升,破坏模式从脆性破坏转变为韧性破坏,变形性能也得到改善,但渗透性能改良效果不明显;CSFG-FR中的纤维存在临界掺量(0.4%),当纤维小于临界掺量时发挥积极作用,超过时则会产生反作用;纤维通过形成三维纤维网络,促进水化物分布,引导水化物在其表面附着生长而发挥CSFG-FR协同作用,最佳纤维掺量为0.4%,最佳纤维长度为12 mm。
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静力压缩下煤岩组合体的裂前宏观弹性模型
汪铁楠, 翟越, 高欢, 李宇白, 李艳, 孙维振, 颜廷韵,
岩土力学. 2022 (4):  1031-1040.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1075
摘要 ( 225 )   PDF(7333KB) ( 166 )  
煤岩组合体在静力压缩下的宏观变形受界面效应影响,与煤、岩单体存在显著差异。在岩石单体材料的有效介质模型基础上进行改进,考虑了煤岩组合体的构成特征,提出一种适用于不同类型的煤岩组合体的裂前宏观弹性模型。模型参数基于轴向裂纹应变确定,均可从试验曲线获得,方法简单方便。通过现有文献的数据验证,表明了模型的合理性、有效性和普适性。对模型参数进行讨论,结果表明:(1)在煤岩组合体的裂前阶段,煤岩组合体裂纹差异可以忽略;(2)模型通过对煤岩组合体基质进行解耦,反映了界面效应对煤岩组合体弹性性能的影响;(3)模型中岩体基质的有效占比随着煤体比例的提高显著下降;(4)存在岩体与煤体弹性模量的最佳比值,使岩体基质的有效占比最大。模型可为矿井支护方案设计与材料选择提供一种新的思路。
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岩土工程研究
基于裂隙渗流效应的水封油库涌水量预测分析
蒋中明, 肖喆臻, 唐栋, 何国富, 许卫,
岩土力学. 2022 (4):  1041-1047.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1217
摘要 ( 192 )   PDF(6332KB) ( 200 )   PDF(English)(24521KB) ( 16 )  
准确预测洞室涌水量和库区渗流场的空间分布特征是确保地下水封油库施工期安全性和运行期经济性的基础性工作之一。为真实地反映地下水封油库围岩随机分布裂隙的渗流效应对涌水量预测和渗流场空间分布特性的影响,提出了一种基于嵌入裂隙单元模型(EFE模型)的裂隙岩体渗流分析方法,并采用该方法对湛江水封油库的三维渗流场进行了计算分析,通过对比工程实测资料,验证了所提出方法的可靠性,进而预测了实例工程在运行期的涌水量。计算结果表明,EFE模型能够较好地模拟裂隙对洞室岩体局部渗流场的影响,反映库区渗流场及洞室涌水量空间分布不均匀的特性。研究成果可为水封洞库渗控措施的精准设计以及运行期污水处理设施配套设计工作提供参考。
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九寨沟震后核心景区崩滑堆积体冲刷启动机制研究
王彦东, 梁靖, 裴向军,
岩土力学. 2022 (4):  1048-1060.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1154
摘要 ( 269 )   PDF(13549KB) ( 418 )  
2017年九寨沟震后核心景区广泛发育崩滑堆积体,震后3年间受降雨影响下坡面泥石流频发,严重威胁景区恢复重建。为了研究坡面径流冲刷对崩滑堆积体启动的影响,基于2017-2020年的持续跟踪调查与高分辨率遥感影像解译,利用现场冲刷试验及原位监测,分析了径流冲刷条件下堆积体的渗流响应特征、侵蚀运移过程及冲刷启动机制。结果表明:(1)冲刷过程中坡面物质以下蚀、面蚀、溯源侵蚀及侧蚀为主,湿润锋下移致使坡体内体积含水率与孔隙水压力增大,达到峰值后处于动态稳定状态,而基质吸力则先小幅度波动后不断减小。(2)崩滑堆积体具有坡度陡、土体孔隙间细粒含量多、渗透性良好且抗冲刷能力弱等特征,在强烈的水动力条件下启动演化过程为先期渗透→铲刮滑流→快速堆积→局部饱和侵蚀?稳定。(3)不同饱和状态下堆积体启动的力学分析与现场试验监测结果较为一致,并结合冲刷试验成果认为,土体含水率升高、孔隙水压力急剧增大、基质吸力快速减小与高强度径流冲刷是堆积体启动之机制所在。该研究结果对于震后泥石流活动的长期效应预测与生态治理具有重要意义。
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花岗岩残积土硬化土模型参数反演及工程应用
朱旻, 陈湘生, 张国涛, 庞小朝, 苏栋, 刘继强,
岩土力学. 2022 (4):  1061-1072.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1062
摘要 ( 346 )   PDF(11417KB) ( 417 )   PDF(English)(13043KB) ( 45 )  
近年来在花岗岩残积土层运营地铁线路周边进行的工程建设逐渐增多,对盾构隧道安全的影响不容忽视。有限元法是评估临近施工对隧道影响的有效手段,但其可靠程度取决于土体本构模型和参数的合理选取。首先对花岗岩残积土硬化土模型参数取值现状进行评述,随后提出一种基于自钻式旁压试验的残积土硬化土模型参数反演方法,最后将反演的参数应用于深圳典型基坑上跨隧道施工的工程案例中进行验证分析,确定较为合理的残积土硬化土模型参数取值范围。研究结果表明,花岗岩残积土硬化土模型的强度参数可根据室内试验确定,刚度参数 、 和 是反演的关键参数,适用于工程实际的 : : 可取为1:1:3~1:1:5,根据比例不同, 取值范围在36~43 MPa之间。
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废弃采空区裂隙带高度预测模型及应用
王泓博, 张勇, 庞义辉, 贾伟,
岩土力学. 2022 (4):  1073-1082.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1183
摘要 ( 291 )   PDF(10223KB) ( 230 )  
煤炭开采引起覆岩破断及地表下沉,覆岩及地表运移规律可反映裂隙带高度的动态演化过程。因地表下沉滞后于煤炭开采,对于废弃采空区,长期压实作用导致裂隙带高度较采动期间有所降低。基于地表点下沉速度的阶段特征将裂隙带高度的演化过程分为2个阶段,第1阶段裂隙带发育对应岩层破断逐步向上传递的过程,第2阶段裂隙带高度降低对应离层及裂隙闭合、断裂岩层受压后变形回弹及破碎岩体自然压实的过程。着眼于压实作用对裂隙带高度的影响,根据煤层采厚、垮落带和裂隙带岩层变形量及地表下沉值之间的定量关系,建立了第2阶段裂隙带高度预测模型,并结合太平煤矿实测结果进行验证,采用控制变量法分析了单一因素影响下废弃采空区裂隙带高度的演化特征。结果表明:废弃采空区裂隙带高度受控于垮落带块体强度、垮落带初始碎胀系数、采动期间裂隙带高度最大值及对应的垮落带高度、煤层埋深、地表最终下沉量等因素,太平煤矿采后15 a的裂隙带高度实测值11.36~13.00 m与理论预测值12.75 m吻合度较高,模型的可靠性得到验证。最后,应用此预测模型对武安煤矿(关停矿井)2002-2003年采空区裂隙带高度开展理论计算,结合地空瞬变电磁探测确定了地面瓦斯抽采钻孔理想的终孔位置并成功开展了地面钻孔瓦斯抽采试验。
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超深地连墙槽壁侧压力演变模式 及其施工扰动分析
乔亚飞, 唐洁, 顾贇, 丁文其,
岩土力学. 2022 (4):  1083-1092.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1138
摘要 ( 152 )   PDF(8106KB) ( 343 )  
地连墙施工扰动的精细分析对预测基坑开挖的环境影响十分重要,尤其是超深基坑。因此,收集分析了某102 m超深地连墙施工过程中的泥浆压力和混凝土压力现场实测数据,总结了槽壁侧压力的演变规律和竖向分布模式,提出了混凝土浇筑过程中槽壁侧压力的三折线模型并验证。三折线模型可以再现槽壁侧压力先增大后减小的趋势,并可退化为双折线模型。最后采用三折线模型建立了精细化数值模型,模拟了百米地连墙的成槽开挖及混凝土浇筑过程,分析了连续墙施工对槽段周围土体应力与变形的影响,并将计算结果与双折线模型结果进行了对比。结果表明:超深地下连续墙施工会引起周围土体的应力重分布,其影响范围在沿槽段方向为1.6倍槽段长度,在垂直槽段方向为4.3倍槽段长度;土体应力重分布有沿竖向和水平向传递两种机制,且以水平向传递为主。在上海软土地区,地下连续墙混凝土的浇筑会对槽壁产生挤压作用,引起槽段体积增大,进而导致混凝土浇筑量的增大。
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不同地应力测试方法在三山岛金矿2 005 m 竖井建井区域的应用及其地应力分布规律研究
侯奎奎, 吴钦正, 张凤鹏, 彭超, 刘焕新, 刘兴全,
岩土力学. 2022 (4):  1093-1104.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1172
摘要 ( 184 )   PDF(8593KB) ( 174 )  
地应力对地下工程安全施工及长期稳定性是极其重要的。运用声发射法、非弹性恢复(ASR)法、水压致裂法对三山岛金矿西岭矿区2 005 m竖井工程勘察区域进行地应力测量,获取了其地应力分布规律及其异常区域,并分析了不同地应力测试方法的测试原理、适用条件及测试结果的差异性。结果表明:不同埋深水平最大主应力始终为第一主应力;当埋深增加到一定程度后,第二主应力发生转换,由最小水平主应力转变为垂直主应力;声发射法测量结果表明,第三主应力Kaiser效应点与ASR法、水压致裂法测试结果存在较大差异;分析了?H/?v、?h /?v、?H /?h随埋深的变化趋势(?H为水平最大主应力,?h为水平最小主应力,?v为垂直主应力),并对测试区域地应力异常区域进行了圈定。上述分析为竖井的设计、施工及长期稳定性提供了有效的数据支撑。
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深部硬岩剪切边界下应力诱发片帮的机制研究
高要辉, 张春生, 苏方声, 邱士利,
岩土力学. 2022 (4):  1103-1111.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1220
摘要 ( 268 )   PDF(13647KB) ( 228 )  
深部工程开挖现场发现硬岩的剪切破坏过程对地下工程稳定性具有重要影响。深埋硬岩隧洞边墙处片帮或板裂主要为压致拉裂的结果,可通过室内单轴压缩试验来模拟;而拱肩和底角处的片帮或板裂多数是在剪切边界下形成的,需通过室内完整硬岩直剪试验来再现。针对不同类型硬岩压致拉裂型片帮,已进行了相当深入的研究,但对完整硬岩剪切边界下应力诱发型片帮的直接研究还存在着不足。为了深入研究深埋硬岩隧洞片帮或板裂的形成机制,采用FLAC3D软件模拟隧洞不同位置处围岩受开挖扰动的应力调整过程,根据中国锦屏地下实验室二期工程区域的片帮统计结果,将深埋硬岩隧洞片帮划分为压致拉裂型和剪切边界应力诱发型两类,提出剪切边界应力诱发型片帮形成过程的概念模型;利用完整大理岩设计了不同正应力下压剪破裂到剪切滑移的连续性直剪试验,试样典型片帮破坏结果验证了概念模型的合理性。
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数值分析
基于贝叶斯更新的非饱和土坡参数概率 反演及变形预测
仉文岗, 顾鑫, 刘汉龙, 张青, 王林, 王鲁琦,
岩土力学. 2022 (4):  1112-1122.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1150
摘要 ( 452 )   PDF(10447KB) ( 427 )  
滑坡变形预测一直是实现滑坡灾害预报与防控的有效手段。岩土体参数是开展滑坡变形计算的关键输入信息,然而目前研究鲜有考虑岩土体参数不确定性对滑坡变形的影响,如何融合有限监测数据实现岩土体参数不确定性定量表征及滑坡变形概率预测仍然是一大难点。以降雨入渗非饱和土坡为例,开展流固耦合分析,基于有限的孔压监测数据,利用DREAM_zs算法实现对岩土体参数的高效概率反演。根据岩土体参数的先验分布,采用拉丁超立方抽样法生成随机样本,将其导入ABAQUS中计算相应的坡脚变形作为数据集,分别采用多元自适应回归样条曲线(MARS)和LightGBM模型构建基于数理?机制双驱动的边坡坡脚变形预测模型,计算贝叶斯更新后的后验稳态样本对应的边坡坡脚变形值,并对边坡变形值开展统计分析。结果表明:DREAM_zs算法仅需少量的孔压监测数据,即可完成对岩土体参数的更新,并且计算效率高、收敛速度快。此外,提出的边坡坡脚变形预测模型不仅突破了由孔压等间接监测数据来预测边坡变形的局限,同时还实现了对边坡变形发生概率的预测,为滑坡变形预测提供了新的思路和探索。
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基于多钻进参数和概率分类方法的地层识别研究
梁栋才, 汤华, 吴振君, 张勇慧, 房昱纬,
岩土力学. 2022 (4):  1123-1134.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0528
摘要 ( 255 )   PDF(12563KB) ( 227 )   PDF(English)(11771KB) ( 12 )  
传统的超前钻探地质预报常以某个钻进参数的变化率作为地层识别的主要依据。钻头破岩是一个复杂的力学过程,应考虑多个参数的协同作用,仅采用单钻进参数识别地层的不确定性较大。首先,对超前钻探数据进行预处理,包括标准化、频数分布分析和敏感性分析,筛选出对地层变化敏感的关键钻进参数;其次,基于能量守恒、二元无序逻辑回归分析和多参数变异性分析原理分别建立了破岩能量、逻辑回归概率和地层硬度3种地层识别综合指标;最后,采用基于贝叶斯原理的概率分类方法建立地层识别模型,利用ROC分析方法得到模型参数,实现基于多钻进参数和概率分类方法的地层识别。以地质条件复杂的隧道工程为例,介绍了该地层识别方法的应用,结果表明:3种地层识别综合指标均具有较好的跨孔地层识别能力,识别准确率超过80%;破岩能量和逻辑回归概率指标适用于较近距离的跨孔地层识别,平均识别准确率分别为86.3%和84.1%;逻辑回归概率指标对软弱夹层识别能力较强,准确率达到94.2%;地层硬度指标适用于较远距离的跨孔地层识别;灰岩识别准确率最大达到93.2%。
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非饱和土地基中P1波通过波阻板的传播特性研究
舒进辉, 马强, 周凤玺, 李强,
岩土力学. 2022 (4):  1135-1146.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1029
摘要 ( 327 )   PDF(9309KB) ( 155 )  
基于单相弹性介质与非饱和多孔介质中波的传播理论和Snell定律,研究了P1波从非饱和土介质中入射到波阻板(wave impeding block,WIB)时的传播特性。推导了P1波在非饱和土地基中通过波阻板后反射波和透射波振幅比的解析解,分析了反射波振幅比和透射波振幅比与波阻板的剪切模量、密度以及入射角、入射频率、饱和度等各种参数的关系曲线,从而得到这些参数对非饱和土地基中波阻板隔振效果的影响规律。数值结果表明:波阻板隔振屏障的剪切模量和密度对其隔振性能影响较为显著,当波阻板剪切模量和密度在一定范围内时波阻板隔振屏障可获得较好的隔振性能;入射角对波阻板隔振性能影响较大,而入射频率对其隔振效果影响很小。
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周期排列水平管对地铁振动的隔振性能研究
王明瑶, 高盟
岩土力学. 2022 (4):  1147-1156.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1034
摘要 ( 200 )   PDF(7227KB) ( 190 )  
根据声子晶体理论,提出了一种周期性排列的水平管隔振方法并探讨了其对地铁振动的隔振性能。利用平面波展开法与Bloch定理结合,得到水平管的能带结构。建立轨道?隧道?土体相互作用的三维ABAQUS精细化模型,进一步验证了周期性水平管对地铁振动的减振效果,并探究了水平管材料及其相关参数对隔振带隙的影响。结果显示:数值计算所得的衰减域与理论分析的带隙结果相吻合,周期性排列的水平管对特定频带的振动隔离效果明显且其隔振频带较宽。衰减域随填充材料弹性模量的减小逐渐下移;隔振频带的起始值随桩径的增大而提高;随着轴心间距的增大,衰减域上下限同时减小,同时也在一定程度上降低了整个隔振结构的带隙宽度。计算表明周期性水平管在不同参数条件下的频带范围在40~900 Hz之内。
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