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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S2期 刊出日期:2022-10-10
基础理论与实验研究
孔隙溶液对循环荷载作用下膨胀土 累积变形及阻尼比影响研究
庄心善, 周荣, 周睦凯, 陶高梁, 金合意
岩土力学. 2022 (S2):  1-10.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1141
摘要 ( 306 )   PDF(8529KB) ( 200 )  
膨胀土是一种特殊土体,其不可避免地涉及公路、铁路等基础建设,而孔隙溶液环境变化对膨胀土影响较大。采用GDS真/动三轴仪对NaCl溶液下的膨胀土进行循环荷载试验,研究了孔隙溶液浓度变化下膨胀土动力特性,重点分析了不同浓度、动应力幅值对NaCl溶液下膨胀土累积变形与阻尼比的影响。结果表明,随NaCl溶液浓度增大,膨胀土累积变形量减小;而随幅值增加,累积变形量逐渐增大。根据不同浓度、幅值下膨胀土振次−累积变形曲线,利用单指数函数对其进行拟合和判别。不同NaCl溶液浓度下,膨胀土的阻尼比曲线随幅值增加逐渐分离;其阻尼比随浓度增加逐渐减小,随幅值增加逐渐增大。建立了浓度与平均阻尼比关系模型,为实际工程提供参考依据。
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统一硬化模型与下加载面模型的理论关系
何冠, 姚仰平
岩土力学. 2022 (S2):  11-22.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0228
摘要 ( 217 )   PDF(13366KB) ( 392 )  
Hashiguchi下加载面本构模型是国际上具有较大影响力的超固结土本构模型之一。因此,选取该模型进行理论和构建方法分析,并与UH模型进行对比。对比结果表明,Hashiguchi下加载面模型通过定义单一的数学公式来拟合超固结土内变量的变化规律,从而得到了超固结土应力−应变关系的公式;而统一硬化(unified hardening,简称UH)模型掌握了超固结土体的强度特性,因而能够更准确、合理地描述超固结土的应力−应变关系。相较于Hashiguchi下加载面本构模型,UH模型在理论上更为先进。同时,两个模型的试验预测与试验数据的对比也验证了UH模型在数值计算上的正确性与优越性。
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基于数据挖掘的土−水特征曲线演化规律研究
陈勇, 苏剑, 曹玲, 王力, 王世梅,
岩土力学. 2022 (S2):  23-34.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1032
摘要 ( 310 )   PDF(11956KB) ( 237 )  
土−水特征曲线是非饱和土持水性能和水气运移规律的重要表征,由于其测试过程繁杂、影响因素众多,很难通过系列试验和数学模型全面表达。为探索土的类型和物理状态对土−水特征曲线的影响,以国内外大量试验数据为基础,以反映其形态的3个特征值(进气值、减湿率、残余含水率)为对象,采用数据分析统计方法揭示不同赋存条件对特征值的作用规律,采用机器学习方法探究影响因素的敏感性。研究结果表明:土体的物质组成(颗粒级配、粒径尺度、塑性指数)及赋存状态(密实程度、饱和含水率、干湿循环作用、环境温度)是影响其持水性能的常见分析指标,各影响因素对3个特征值的影响特征既有巨大差异也有相互联系,敏感性成果表明代表黏粒含量的塑性指数和反映密实程度的干密度是影响土体持水性能的最主导因素,给出的特征值分布范围考虑了两个主导因素的影响,具有较强的代表性和借鉴意义。
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土工袋加固膨胀土边坡降雨−日晒循环试验研究
刘斯宏, 沈超敏, 程德虎, 张呈斌, 毛航宇,
岩土力学. 2022 (S2):  35-42.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2185
摘要 ( 133 )   PDF(7887KB) ( 143 )  
为了解复杂气候条件下土工袋加固膨胀土边坡的效果与机制,开展袋装膨胀土边坡降雨−日晒循环试验,观察并分析边坡位移变形、坡面冲刷、降雨入渗等情况,并与素膨胀土边坡进行对比。试验结果表明:素膨胀土边坡在降雨−日晒循环作用下,边坡表面产生的裂隙较多,容易出现土体流失,土工袋则具有良好的反滤和抗冲刷作用,可以减少袋内和下卧层土体的流失,保持边坡的稳定性;土工袋对膨胀土有较好的约束作用,可以有效地抑制其膨胀变形,减小因变形引发边坡失稳的可能性;土工袋有良好的排水效果,雨水能通过土工袋袋间间隙快速地排出,边坡内含水率的增加幅度较小。
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饱和度对玄武岩微波响应的影响试验研究
高峰, 熊鑫, 熊信, 周科平,
岩土力学. 2022 (S2):  43-51.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1329
摘要 ( 126 )   PDF(8993KB) ( 151 )  
岩石的微波处理效果受诸多因素影响,其中水是一种良好的吸波介质,能提高岩石的微波吸收能力。为探索饱和度对微波照射后岩石响应特征的影响效果,以不同饱和度的玄武岩试样为研究对象,以升温特性、波速与孔隙度变化以及动态抗拉强度等为参考指标,开展了3 kW功率微波照射的破岩试验。从细观与宏观角度的分析结果表明:(1)水的存在影响了微波照射过程中岩样的升温特性,照射的前15 s内,饱和度低于75%组明显促进了升温速率,而饱和度达到100%则作用相反,升温速率低于干燥组;15~30 s随着含水率的减少与蒸发吸热,含水试样升温速率降低;30~45 s内水分蒸发完毕,含水试样的升温速率接近干燥试样。(2)饱和度差异导致玄武岩在微波照射后发生不同程度的波速与孔隙率的变化,波速降幅范围为8.18%~17%,孔隙率增长范围为18.71%~43.65%,损伤效果并未随饱和度升高而增强。(3)同样照射条件下,50%饱和度组在蒸汽压力和热应力共同作用下快速达到强度极限,试样直接发生破坏。其余组试样大多未发生明显细观损伤,最终动态抗拉强度差距不明显。
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峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性
孙杰豪, 郭保华, 田世轩, 程坦,
岩土力学. 2022 (S2):  52-62.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1660
摘要 ( 169 )   PDF(10464KB) ( 162 )  
微震、工程爆破等低应力循环剪切荷载作用对节理岩体工程失稳破坏具有重要影响。为研究峰前循环剪切加卸载作用下岩石节理剪切力学特性,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工劈裂黄砂岩节理进行了峰前循环剪切下的直剪试验。通过与未进行峰前循环剪切加卸载时岩石节理力学参数预测值对比,得到峰前循环剪切加卸载作用对峰前剪切刚度、峰值剪切强度、峰值剪切位移与残余剪切强度的影响。结果表明:(1)峰前循环剪切加卸载后,当法向应力为2 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度增大,当法向应力为4~10 MPa时,岩石节理峰前剪切刚度在循环剪切应力幅值范围内增大,在超出循环剪切应力幅值时减小;(2)峰前循环剪切加卸载后,峰值剪切强度降低了10%~20%,降低百分比随法向应力增大整体呈对数函数增大;峰值剪切位移增加了2%~40%,增加百分比随法向应力增大整体呈对数函数减小;(3)峰前循环剪切加卸载后,岩石节理残余剪切强度无明显变化,峰值剪切强度与残余剪切强度差值减小,峰后剪切应力做功损失百分比降低。
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高温下岩石损伤本构模型及其验证
贾宝新, 陈国栋, 刘丰溥,
岩土力学. 2022 (S2):  63-73.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1973
摘要 ( 337 )   PDF(8255KB) ( 245 )  
为完善高温条件下的岩石损伤本构模型及参数确定方法,基于有效应力理论,引入Weibull分布函数,在微元体强度服从Hoek-brown准则的条件下,考虑残存强度影响,对损伤变量修正,引入损伤修正系数,建立了能够反映高温作用下的岩石损伤特征统计本构模型。考虑岩石损伤过程中的损伤阈值因素,对本构模型采用分段函数的形式。通过试验,获取常规力学参数,依据本构模型参数求解过程,确定本构模型参数值,并拟合模型参数值与温度之间的关系。对模型理论曲线进行验证。结果表明:提出的高温岩石统计损伤本构模型理论曲线与试验曲线具有较好地相似性,更加贴近试验曲线,体现了本构模型的合理性。同时模型理论曲线与岩石三轴试验曲线具有较高的吻合度,说明本构模型能够反映出岩石的全应力− 应变曲线特征,能够体现出模型的适用性。模型为岩石强度的估算和岩石热损伤软化问题提供了参考。
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温度循环下压实粗粒盐渍土水盐迁移与变形响应
陈伟志, 张莎莎, 李安洪,
岩土力学. 2022 (S2):  74-84.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1838
摘要 ( 243 )   PDF(14140KB) ( 209 )  
“一带一路”规划的高速铁路频繁穿梭于盐质荒漠区,沿线优质不含盐路基填料极其匮乏。为解决粗粒盐渍土填筑高速铁路路基面临的技术难题,结合伊朗德伊高铁建设,以现场粗粒盐渍土路基填料为对象,开展了温度循环下压实粗粒盐渍土水盐迁移与变形响应试验研究。结果表明,每次温度循环后温度波幅值由土层浅表向深层土体衰减传递,土体埋深越浅、恒温时间越长,温度波幅值越大;水盐均匀分布的压实粗粒盐渍土经历多次温度循环后逐渐演化成非均匀分布,水盐向土体表面迁移聚集,越靠近土体表面水盐增量越大;前5次温度循环中压实粗粒盐渍土产生了塑性盐胀或塑性融沉,随着温度循环次数增加,盐渍土塑性盐胀或塑性融沉显著减小甚至消失;盐渍土层上设置非盐渍土层具有迟滞盐分向上迁移和消能减胀作用,粗粒盐渍土构筑高速铁路路基宜采用结构分层技术,非盐渍土层设置厚度一般不宜小于当地温度辐射影响显著深度;粗粒盐渍土路基设计宜考虑多次温度循环后形成的水盐非均质分布及其可能诱发的盐胀与融沉增大效应,路基压实度不宜过高。研究成果将为盐渍土地区高速铁路路基工程建造起到示范参考作用。
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对欠固结土的超固结比的探讨
袁俊平, 陈龙, 梁艳, 丁国权, 殷宗泽,
岩土力学. 2022 (S2):  85-94.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1940
摘要 ( 288 )   PDF(9374KB) ( 191 )  

欠固结土是在自重作用下尚未固结完成的土,欠固结土的超固结比(overconsolidation ratio,简称OCR)取值在现有文献中可见两种不同的表述,分别是等于1和小于1,这容易导致概念混淆和超固结比取值误用等问题。对国内外使用较为广泛的土力学教材中超固结比相关内容进行了整理,发现超固结比有两种不同的定义表达式,这两种表达式中分母的不同是导致欠固结土超固结比取值差异的根源。采用知识图谱法,对超固结比和欠固结土的概念内涵、历史源头和研究应用等进行了综合分析,结果表明:研究欠固结土相关问题时,采用固结度或固结状态参数作为分析变量可完全替代超固结比的作用;将超固结比定义为前期固结应力与现有有效应力的比值(即OCR = pc /p0pc为前期有效固结压力,p0为竖直有效应力),契合应力历史对土体工程特性影响的内在机制,也符合概念的历史渊源。

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浅埋管道水平横向作用下砂土极限承载力研究
钟紫蓝, 韩春堂, 李锦强, 赵鑫, 缪惠全
岩土力学. 2022 (S2):  95-103.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2135
摘要 ( 144 )   PDF(18219KB) ( 135 )  
断层、滑坡、液化等地质灾害引起的场地大变形对埋地管道结构安全产生严重的威胁。开展了中密砂中埋地管道−砂土水平横向相互作用的系列三维数值模拟,根据数值模拟的结果探讨了不同深径比下管−砂土横向相互作用时土体的破坏模式,研究了深径比对砂土极限承载力的影响。基于管周土体的破坏模式建立了简化计算模型,根据极限平衡理论推导了管道水平横向运动时砂土极限承载力计算公式。研究结果表明:极限状态下,浅埋管道周围土体形成延伸到地表的破裂面,轮廓线近似对数螺线;砂土的极限承载力随着深径比增加,最终在临界深径比处达到稳定;随着深径比的增加,土体发生剪切滑动破坏所需的管道位移也逐渐增大;由于横向承载力系数取值依据不同,国内外规范计算所得土体极限承载力差异较大;得到的解析解能够较好地预测中密砂土中浅埋管道水平横向运动时土体的极限承载力。
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三向地震作用下叠交隧道地震响应振动台试验研究
胡垚, 雷华阳, 雷峥, 刘英男,
岩土力学. 2022 (S2):  104-116.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0849
摘要 ( 162 )   PDF(17204KB) ( 164 )  
叠交隧道是涉及隧道之间、隧道与土体相互作用的复杂体系,其安全性将严重影响城市轨道交通建设。目前,对于叠交隧道振动台试验的研究集中在水平平行和交叉叠交隧道、单向和双向地震动输入。鉴于此,利用自行设计的层状三向剪切模型箱,对竖直平行叠交隧道开展三向地震作用下的振动台模型试验,研究地基土−叠交隧道模型体系动力特性、地基土加速度、叠交隧道加速度、地表沉降、地基土孔压、叠交隧道动土压力及叠交隧道应变等地震响应。结果表明:随着震波峰值加速度(peak ground acceleration,简称PGA)依次增加,地基土−叠交隧道模型体系的自振频率随之减小,而阻尼比随之增大;叠交隧道周围地基土加速度和孔压的梯度差随着地震波PGA的增大而增大,且上隧道周围梯度差比下隧道更大;地基土对加速度的放大效应随着地震波PGA的增大而减弱;相同地震波作用下,相同位置处的叠交隧道加速度傅里叶谱形状相似,但幅值随着地震波PGA的增大而增大。此外,与顶部和底部位置相比,腰部位置加速度傅里叶谱频段范围变宽,幅值峰值有所降低;地表沉降峰值随着地震波PGA的增大而减小,相比地基土两侧位置,中心位置的沉降峰值明显较小;地震波的类型对叠交隧道动土压力峰值和应变峰值影响较小;对于动土压力峰值,两隧道的最大值均为腰部,而上、下隧道的最小值分别为底部、顶部;对于应变峰值,上隧道在腰部明显大于顶部和底部,而下隧道在4个位置相差不大。
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基于改进颗粒流声发射片的地下厂房洞室围岩局部损伤细观机制研究
李冬冬, 盛谦, 肖明, 王小毛,
岩土力学. 2022 (S2):  117-129.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0751
摘要 ( 155 )   PDF(20940KB) ( 248 )  
通过改进的PFC-FLAC离散−连续耦合计算方法,提出了一种基于FLAC连续模型耦合区域节点速率双线性插值的PFC颗粒流声发射片模拟方法以及基于声发射强度的围岩破坏区深度细观角度判别方法,并将其应用于地下厂房洞室开挖面、岩锚吊车梁与岩壁接触面等局部围岩损伤细观机制与破化特性研究。研究结果表明:浅层围岩接触力链逐渐稀疏,大量微裂纹发育并汇集成宏观裂隙,最终出现浅层破裂区,呈拉裂破坏;随着距离开挖面的增大,围岩从开挖前期受力较大产生破坏、到开挖后期只有少量微裂纹产生,对应了围岩回弹卸荷区深度。在岩壁围岩劣化和吊车梁超载的情况下,吊车梁与岩壁竖直接触面和倾斜接触面分别发育大量拉裂纹和剪裂纹,宏观表现为拉裂破坏与滑移破坏。上述分析结果与三维有限元方法相一致,并弥补了后者围岩破坏显示方法单一、难以描述围岩损伤程度变化的缺点,为研究地下厂房洞室大变形与应力集中部位的宏细观特性与损伤机制提供参考。
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煤岩组合体峰前能量分布公式推导及试验
陈光波, 张俊文, 贺永亮, 张国华, 李谭,
岩土力学. 2022 (S2):  130-143.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0704
摘要 ( 114 )   PDF(15334KB) ( 156 )  
冲击地压一定是在能量驱使下发生的,为探索引发冲击地压的能量在煤岩系统中的积聚层位,构建了煤岩组合体力学模型,推导了煤岩组合体峰前能量分布公式,对细砂岩−煤(fine sandstone-coal,简称FC)、粗砂岩−煤(gritstone-coal,简称GC)、细砂岩−煤−粗砂岩(fine sandstone-coal-gritstone,简称FCG)3种组合体开展5种加载速率下的能量积聚规律试验,分析了组合体破坏特征、力学特性及能量积聚规律。试验表明:(1)在0.001 mm/s加载速率下,组合体峰前能量主要以原生裂纹的扩展、贯通的形式缓慢耗散,属于塑性完全破坏;在0.1 mm/s加载速率下,组合体峰前能量主要以局部弹射破坏的形式快速释放,属于脆性不完全破坏。(2)组合体的抗压强度、弹性模量、峰前能量、冲击能量指数与加载速率呈对数关系。随着加载速率增大,组合体抗压强度、弹性模量、冲击能量指数增幅逐渐减小,峰前能量增长率呈现低-高-低的趋势。(3)随着加载速率增加,煤组分储能增多,能量占比增大。在0.001~0.010 mm/s加载速率下,煤组分积聚能量增加较快;在0.010~0.100 mm/s加载速率下,煤组分积聚能量增加较慢。(4)相同加载速率下,煤组分能量占比顺序:FC组合体>FCG组合体>GC组合体。(5)组合体中煤组分能量占比均大于50%,煤组分是能量积聚的主要载体。相同应力条件下,软弱岩层能量积聚能力强于坚硬岩层,更易积聚能量。研究结果可为确定冲击地压能量积聚层位和释能减冲工作提供参考。
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基于物化特性的煤层注水难易程度模型
王刚, 冯净, 陈雪畅, 闫松, 李胜鹏,
岩土力学. 2022 (S2):  144-154.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0565
摘要 ( 179 )   PDF(12734KB) ( 97 )  
增强煤层注水能力是目前需要亟待解决的问题,而煤层注水难易程度缺乏准确的判别标准。通过考虑煤体孔裂隙渗流分形结构特征和毛细作用下化学润湿特性,建立了煤层注水渗流量模型;基于概率论与数理统计方法基础,构建了集对联系度区间评价体系,划分了煤层注水的难易程度。结果显示:(1)注水效果受孔隙率、孔隙半径、接触角、液体的密度、表面张力、黏滞性系数、重力加速度等渗流结构参数和化学润湿特性等最简参数的影响,体系模型表征了煤体渗流结构和化学润湿特性与渗流量的关系。(2)在组合赋权下,孔隙率权重为0.32,对注水效果贡献较大,最大孔喉半径和接触角的贡献度次之;最小孔喉半径权重为0.17,对注水效果影响最小。(3)煤样X1、X2、X5评价指标值介于(0,0.25),属于难注水煤层;煤样X3、X4评价指标值介于(0.25,0.50),属于较难注水煤层。
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碱−热环境下MX80膨润土导热性能试验研究
曾召田, 梁珍, 邵捷昇, 徐云山, 吕海波, 潘斌,
岩土力学. 2022 (S2):  155-162.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0589
摘要 ( 161 )   PDF(11069KB) ( 340 )  
以美国怀俄明州钠基(MX80)膨润土为研究对象,采用热探针法测定碱热环境下MX80 膨润土的导热系数,探讨了温度、碱液强度和干密度对试样导热系数λ的影响规律,并选择部分试样进行了X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)和扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验,揭示了碱热环境下 MX80 膨润土导热性能演变的微观机制。试验结果表明:MX80 膨润土的导热系数λ随碱液含量和干密度的递增而增大;在不同碱液含量条件下,膨润土的导热系数均随温度升高而增大,且碱液含量越高,导热系数的温度效应越显著;干密度较小时,膨润土导热系数λ随温度升高而增大的影响越明显,主要原因是温度促进了试样内部的水汽潜热传输;同一温度和干密度条件下,热传导系数λ随着碱液pH值的升高而降低 6,且 pH值越高,则λ 降幅越明显,主要原因是强碱溶液腐蚀了膨润土的蒙脱石成分,减少了试样内石英含量,增大了膨润土试样的孔隙率,进而降低了膨润土导热系数,这与测试试样的 XRD 和 SEM 结果相吻合。
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以扫描电镜与核磁共振指标评价冻融纤维 加筋土的抗压强度
魏丽, 柴寿喜, 刘著, 王沛, 李芳,
岩土力学. 2022 (S2):  163-170.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1739
摘要 ( 170 )   PDF(8397KB) ( 168 )  
冻融循环破坏了土的结构,降低了土的力学性能。完成了石灰固化土与纤维加筋固化土的冻融试验、无侧限抗压试验、扫描电镜(scanning election microscopy,简称SEM)观察与核磁共振(nuclear magnetic resonance,简称NMR)测试,探讨冻融循环对土的强度与微结构的破坏作用,以微结构指标评价土的抗压强度变化。结果表明:石灰固化土与纤维加筋固化土的抗压强度均随冻融次数的增加而降低,土的冻融破坏过程经历了降幅较大、降幅较小、降幅平缓与强度稳定4个阶段;含水率越大,冻融次数越多,纤维对土的增强效果越明显;掺加纤维延缓了微裂隙的形成与发展,降低了裂隙的贯通率;随着冻融次数的增加,孔隙率与孔径均增大,冻胀使得部分小孔隙联通为中孔隙和大孔隙。纤维对土的空间约束作用与筋土摩擦作用使得土的孔隙率与孔隙分布特征变化较小,纤维加筋固化土的强度与抗冻融性能优于固化土。
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砷、镉复合污染土击实特性及微观结构试验研究
冯晨, 李江山, 刘金都, 薛强,
岩土力学. 2022 (S2):  171-182.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1594
摘要 ( 153 )   PDF(12379KB) ( 181 )  
重金属污染土不仅破坏环境健康,同时威胁岩土工程安全。通过控制变量法对砷(As)、镉(Cd)单一污染土和复合污染土的土壤化学、土体微观结构和击实特性对比分析,研究了不同重金属污染源、不同重金属浓度对污染土的击实特性影响规律及作用机制。结果表明:单一污染土中,As使土壤扩散双电层变厚,土颗粒呈絮凝状,小孔隙增加,小颗粒含量先增后减,最优含水率升高5.90%,最大干密度降低1.02%;Cd的作用效应截然相反,Cd压缩土壤扩散双电层,土体呈堆积状,小孔隙减少,小颗粒含量减少,最优含水率降低8.03%,最大干密度增加1.00%。Cd对土体击实特性影响大于As。复合污染土中,As、Cd对土体最优含水率的影响呈协同作用,而对最大干密度无明显相互作用关系。污染土宏微观联系桥梁可以通过分形维数与最大干密度建立,二者拟合结果为二次函数关系。研究成果可为重金属污染土环境与工程灾害防控提供关键参数和理论支撑。
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土工袋垫层抗液化性能振动台试验研究
刘斯宏, 李博文, 鲁洋, 沈超敏, 方斌昕, 杭丹,
岩土力学. 2022 (S2):  183-192.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1961
摘要 ( 248 )   PDF(17984KB) ( 141 )  
土工袋能够有效地约束袋内土体,具有良好的滤水保土作用,可以用于地基抗液化,但土工袋抗液化性能尚未有系统及深入的研究。开展了一系列小振动台试验,验证土工袋垫层的抗液化效果,研究了振动加速度、土工袋层数和排列方式对抗液化性能的影响。结果表明:土工袋具有良好的抗液化效果,袋内土体的超静孔压比小于同深度处周围的土体;土工袋垫层的排水性能是在土工袋本身具有良好透水性的基础上,孔隙水会沿着土工袋与土体的界面以及袋间的空隙排出;相较于不透水刚性垫层,振动过程中土工袋垫层表面基本保持水平,发挥出较好的变形协调性;土工袋层数增加及交错式排列对抗液化效果有利。
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考虑粒组分类影响的最小孔隙比分布及模型验证
李识博, 代俊芳, 吴江伟, 肖乐乐,
岩土力学. 2022 (S2):  193-204.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2079
摘要 ( 187 )   PDF(10493KB) ( 175 )  
最小孔隙比是确定岩土体的密实程度与孔隙特征的有效物理指标,如何快速有效地确定岩土体的最小孔隙比,可为岩土体的固结与稳定提供可靠参数。多数估算细粗混合材料最小孔隙比的模型参数与细粗粒径比一一对应,导致估算困难。在分析尾矿粒度组成、沉积规律和固结稳定的基础上,以8种不同粗细粒径,7~9种不同细粒含量尾矿为试验对象,拟合得到不同粒组尾矿最小孔隙比分布模型参数的函数关系;基于混合尾矿颗粒的粒组特征,给出了确定参数幂函数关系的指数值。分别采用模型参数要求粒组范围内的其他6组岩土材料和非粒组范围内的3组岩土材料进行验证。结果表明,考虑粒组分类影响下的模型,参数简单,对不同材料的最小孔隙比估算准确率较高,给出的最小孔隙比的分布规律合理,可为岩土工程领域最小孔隙比估算提供可靠的计算方法。
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混凝土含水裂隙中爆炸压力传播的模型试验研究
李桐, 陈明, 叶志伟, 卢文波, 魏东, 郑祥,
岩土力学. 2022 (S2):  205-213.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0092
摘要 ( 146 )   PDF(9073KB) ( 134 )  

爆炸作用下含水裂隙中水压力的分布及传播特征对分析含水裂隙岩体初始裂纹扩展机制具有重要意义。通过含水裂隙的混凝土室内爆炸试验,测量了爆炸时含水裂隙中的水压力,分析了含水裂隙中水压力的荷载特性及传播特征,并研究了裂隙张开宽度及爆炸药量对水压力荷载的影响。试验研究结果表明:爆炸作用下含水裂隙中水压力时程分布呈多峰波动分布,水压力来源包括爆源通过水介质直接传递的荷载及通过混凝土间接传递的荷载,且在不同裂隙长度,荷载峰值主要来源不同;相同装药条件下,含水裂隙中水压力随距爆源距离增大而迅速衰减,裂隙中同一位置水压力大小与裂隙张开宽度呈负相关;混凝土室内爆炸试验含水裂隙中水击波所带能量频谱主要集中在7.8~62.5 kHz,是一种高频信号。随距爆源距离的增加,能量分布向低频集中;水击波频带能量分布特征受爆炸药量及裂隙张开宽度的影响。当量为4.5 g TNT(三硝基苯)乳化炸药装药相比 8.1 g TNT乳化炸药装药爆炸时水击波高频信息更丰富;相同爆炸药量时,随混凝土中含水裂隙张开宽度的增加,水击波频带能量分布峰值呈现向中间频带移动的趋势。

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生石灰对理化复合法处理淤泥浆效率的影响研究
肖涵, 董超强, 章荣军, 陆展, 郑俊杰
岩土力学. 2022 (S2):  214-222.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1384
摘要 ( 197 )   PDF(10590KB) ( 155 )  
改性淤泥固化土应用于填方工程既能弥补砂石填料供应短缺的困境,还能解决大宗疏浚淤泥的弃置难题。但当淤泥含水率超高(>300%)时,纯水泥固化法处理效果极差,而采用絮凝调理联合化学固化的理化复合法可有效解决此类问题。鉴于生石灰具有絮凝和固化双重功效,采用生石灰替代部分水泥可能会进一步提高淤泥浆的理化复合法处理效率。通过十字板剪切试验研究了生石灰替代比对高含水率淤泥浆理化复合法处理效率的影响规律,并通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)试验从微观层面揭示了其固化机制。结果表明:生石灰对淤泥浆理化复合法处理效率会产生较大影响,且存在一个最优生石灰替代比,在最优替代比条件下生石灰能显著发挥絮凝和固化双重功效,并有效提高处理后淤泥的早期和晚期强度;从微观试验分析,最优替代比下处理后的淤泥样生成的CSH/CAH/CASH凝胶和钙矾石等水化产物数量最多,孔隙间隙也最小。因此,实际工程中运用理化复合法处理高含水率淤泥浆时,可采用生石灰替代部分水泥以提高处理效率。
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珊瑚颗粒孔隙结构及渗流特性分析
马登辉, 韩迅, 关云飞, 唐译,
岩土力学. 2022 (S2):  223-230.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0889
摘要 ( 227 )   PDF(13127KB) ( 183 )  
珊瑚砂的孔隙结构对珊瑚砂的力学性质和渗透特性影响显著,采用高分辨率计算机断层扫描仪(computed tomography,简称CT)对珊瑚砂颗粒进行了扫描,建立了珊瑚砂颗粒的三维孔隙结构模型,并对孔隙的直径、体积、紧密度、球度进行了定量分析,采用数值模拟方法探究了松散堆积珊瑚砂及单颗粒珊瑚砂内孔隙结构的渗透特性。试验结果表明:孔隙数量随着孔隙直径的增加显著减少,且微孔数量较多,大孔数量较少;孔隙的直径与紧密度之间为幂函数关系,与球度之间则表现为线性关系。渗流分析结果显示,松散堆积珊瑚砂的渗透能力显示出各向异性,Z方向的绝对渗透率小于X、Y方向。珊瑚砂颗粒内的孔隙渗流速度较慢,不同颗粒之间渗流能力差距较大,部分颗粒不能发生渗流,且颗粒内孔隙的绝对渗透率仅占总绝对渗透率的1.26%。
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岩石I型裂纹定向扩展规律试验研究
张东晓, 郭伟耀, 赵同彬, 谷雪斌, 陈玏昕,
岩土力学. 2022 (S2):  231-244.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2188
摘要 ( 256 )   PDF(15188KB) ( 185 )  
为精准获得岩石I型裂纹扩展演化全过程,采用一种简易裂纹定向扩展装置开展了不同岩性试样裂纹扩展试验研究,借助声发射及数字散斑技术对裂纹扩展全过程进行了监测,建立了裂纹定向扩展力学模型,分析了裂纹扩展过程中声发射及变形场的演化规律,提出了评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,探讨了I型裂纹定向起裂扩展机制。结果表明:该简易裂纹定向扩展装置能够有效实现I型裂纹沿预定方向稳定扩展,其起裂角均小于10º,同时通过简化力学模型计算得到白砂岩、灰砂岩的裂纹扩展峰值强度与巴西劈裂抗拉强度相比偏差分别为22.76%、7.53%;根据变形场演化规律,可将裂纹扩展分为微裂隙发育(散斑变形场分区不明显)、主控裂纹孕育(散斑变形场出现分区现象)和主控裂纹扩展3个阶段;声发射演化过程可分为平静期、缓增期、急增期和降低期4个阶段,由于灰砂岩相较于白砂岩质地更致密、更坚硬,导致其声发射平静期长,而后3个阶段持续时间短;将载荷−位移曲线峰前与峰后的面积之比定义为评价岩石I型裂纹扩展难易程度的能量指标CE,计算得到灰砂岩、白砂岩的CE分别为13~16、1~2,表明CE可有效评价岩石I型裂纹扩展难易程度;岩石I型裂纹起裂扩展机制可概况为:在加载峰值前裂隙尖端受最大拉应力作用,存储的弹性能快速增加、耗散能缓慢增加,但在加载峰值后裂隙尖端存储弹性能超过其储能极限迅速释放,此时输入能大部分转化为耗散能促进主控裂纹快速扩展。后续将对裂纹定向扩展试验装置进一步优化改进,以期为裂纹扩展机制、岩石破坏前兆信息、裂纹止裂原理等研究提供一种新方法,同时为工程现场煤岩层定向爆破、压裂、止裂等相关技术优化提供理论指导。
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基于3D打印技术的柱状节理岩体试样 力学特性试验研究
张涛, 徐卫亚, 孟庆祥, 王环玲, 闫龙, 钱坤,
岩土力学. 2022 (S2):  245-254.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0736
摘要 ( 320 )   PDF(24022KB) ( 299 )  
为了研究柱状节理岩体各向异性力学特征,基于白鹤滩水电站坝基柱状节理岩体的几何形态,引入一种可溶于水的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,简称PVA)材料,通过3D打印技术建立具有不同倾角的柱状节理网络结构,采用水泥砂浆作为类岩石材料制备柱状节理岩体试样。通过开展室内单轴压缩试验,分析了柱状节理岩体试样在单轴压缩应力下的各向异性力学特征。结果表明:柱状节理岩体的各向异性特征依赖于节理的倾角。柱状节理岩体的峰值强度和模量随着节理倾角的增加均呈现出近似U型曲线;试样主要产生垂直于柱体轴向的张拉裂隙、沿节理面的剪切裂隙和平行于柱体轴向的拉伸裂隙。通过力学各向异性评估发现峰值强度和残余强度各向异性程度为0.68和0.52,弹性模量和变形模量的各向异性程度为0.61和0.63。研究成果为柱状节理岩体的各向异性力学特性研究提供参考。
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脲酶矿化作用机制及其提升仿古黏土砖瓦 阻水性能研究
郑文杰, 胡文乐, 袁可, 文少杰,
岩土力学. 2022 (S2):  255-264.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1011
摘要 ( 131 )   PDF(12717KB) ( 109 )  
脲酶诱导碳酸钙沉淀(EICP)是岩土工程古迹和土遗址加固领域具有广阔发展前景的前沿技术。然而,关于脲酶矿化作用机制的研究鲜有报道。以试管试验模拟脲酶矿化过程,研究不同底物浓度、不同镁离子浓度、不同铵根离子浓度对脲酶矿化过程中电导率、酸碱度、碳酸钙沉淀量及沉淀率变化的影响规律,从而揭示脲酶矿化强化及劣化机制,并对个别机制作用下的砖瓦试件进行吸水率、透气率及风蚀试验。结果表明:随着底物浓度的升高,电导率逐渐升高但曲线演变趋势基本不变,pH值变化不显著,沉淀量先升高再降低,沉淀率逐渐降低,其中脲素水解速率和脲酶活性是碳酸根的转化及提高沉淀量和沉淀率的关键;随着氯化镁浓度的升高,沉淀量先增加后降低,沉淀效率逐渐升高,除了生成碳酸钙外,还生成碳酸镁,镁离子在提高脲酶活性从而形成最优矿化效果上具有积极作用;随着氯化铵浓度的增加,电导率逐渐升高,pH值逐渐降低,铵根是导致脲酶活性、沉淀量及沉淀效率劣化的主要原因。吸水率、透气率及抗风蚀性能试验结果突出脲酶诱导碳酸钙沉淀技术用于古迹建筑保护的可行性,为将来实际应用和技术拓展提供数据和理论支持。
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三轴多级循环加卸载下千枚岩的力学特性及 能量耗散特征研究
刘汉香, 别鹏飞, 李欣, 魏应松, 王铭萱,
岩土力学. 2022 (S2):  265-274.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1352
摘要 ( 199 )   PDF(10419KB) ( 212 )  
在地震中,岩质滑坡的发生强烈依赖于边坡岩石材料的动力特性。为了更好地理解这些岩石材料在动荷载作用下的特性,以2008年汶川地震触发的东河口滑坡区发育的代表性岩体千枚岩作为研究对象,开展了三轴压缩条件下的多级循环加卸载试验。试验过程中所采用围压为10 MPa,加载波形采用振动频率为2 Hz的正弦波,在每级应力水平下进行了60次加卸载循环。根据轴向应力−应变曲线,重点分析了循环周次和上限应力对千枚岩试样的弹性模量、阻尼参数及残余应变的影响,同时对其耗散能演化规律进行了研究。结果表明:(1)随着循环周次的增大,试样的弹性模量、阻尼比和阻尼系数总体呈递减趋势。当上限应力较低时,试样处于整个加载过程的初期,岩石内部结构由于初始裂隙、孔洞等的闭合和细小裂纹的产生将发生较大的改变,导致三参数随循环周次的增加而增加,且数值波动性较大;当上限应力较高时,三参数值变化微小。(2)累积残余应变随循环周次和应力水平增加而总体上呈现出增加趋势,尤其是在轴向应力增加过程中(坡形加载阶段)。然而,在同一级应力水平下(循环段),岩样的累积残余应变与上限应力的关系曲线则呈现出W型变化。(3)单位体积耗散能随循环周次和应力水平的增加也呈现出总体增加的趋势。然而,在较低上限应力下,单位体积耗散能随循环周次的增加变化比较微小;在较高上限应力下,其变化曲线呈L型;在临近破坏时,其变化曲线呈U型。该研究成果有助于更好地理解岩石在动态循环荷载下的力学响应行为,也可为后续从岩石力学角度分析地震作用下大型岩质滑坡的形成机制提供理论支撑。
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无纺土工织物过滤黏土的反滤特性试验研究
杜春雪, 徐超, 杨阳, 彭善涛, 张鹏程,
岩土力学. 2022 (S2):  275-281.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1045
摘要 ( 333 )   PDF(6867KB) ( 115 )  
在土工织物反滤排水工程中,织物滤层在应力、渗流实际工况下的反滤特性是保证工程安全的关键问题。为揭示无纺土工织物过滤黏土的反滤机制,采用自主研制的可施加法向压应力的梯度比渗透仪试验装置测定黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT、各分层土的渗透系数kj、梯度比RG和试验前后土工织物试样的质量变化情况,研究在不同水力梯度、应力水平下无纺土工织物过滤黏土的反滤特性。结果表明:黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT和梯度比RG随着时间的增加而减小,并最终趋于一个稳定值;增大水力梯度可以改善黏土−无纺土工织物滤层的透水性,增加应力水平会降低土工织物滤层的透水性且提高其保土性;渗流作用下,被保护土层表现为靠近无纺土工织物的底层土渗透系数最小,远离无纺土工织物的最上层土的渗透系数最大;堵塞系数与黏土−无纺土工织物滤层体系的渗透系数kT、梯度比RG存在内在的关系,在特定的应力−渗流作用下可能存在一个临界堵塞系数,大于该值时将造成无纺土工织物滤层的反滤失效。
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饱和粉土中相变能源桩热力响应模型试验研究
汤炀, 刘干斌, 郑明飞, 史世雍,
岩土力学. 2022 (S2):  282-290.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1872
摘要 ( 158 )   PDF(8161KB) ( 125 )  
长期非稳态的桩土热交换使得桩周土温度不断上升,产生热堆积效应,影响桩土换热效率,甚至也可使能源桩系统失效。为此,利用复合相变材料制备了相变混凝土能源桩,并在饱和粉土中开展了相变桩和普通桩热力响应模型试验,对比研究了相变桩的桩周温度分布、桩身应力−应变、桩顶位移和桩身换热效率的变化规律。结果表明:相变桩土热交换方向以径向交换为主,影响区域在2D范围以内,土体温度变化表现出滞后效应;相变桩的桩土温度变化幅度小于普通桩,具有缓解桩周土体热堆积效应的作用;在温度循环过程中,相变桩体累积了不可恢复的塑性应变。经过多次温度循环后,相变桩比普通桩的塑性累积位移更小;在夏季工况相变桩换热功率比普通桩增长约20%,冬季工况两者换热功率基本一致,随着运行时间增加,两者换热效率趋同。
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双向循环荷载作用下砾石−格栅界面动力剪切特性
李水江, 童艳光, 王军, 应梦杰, 刘飞禹,
岩土力学. 2022 (S2):  291-298.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0357
摘要 ( 123 )   PDF(10741KB) ( 152 )  
在动荷载作用下,加筋土结构中筋土界面不仅会受到水平循环剪切作用,还会受到循环荷载的压缩作用。采用大型直剪仪对双向循环作用筋土界面动力剪切特性进行研究,探究不同循环法向荷载频率、水平循环剪切频率和法向荷载波形对界面剪切强度的影响。结果表明:当循环法向荷载频率和水平循环剪切频率一致时,峰值剪切应力和最大竖向位移随着频率的增加而增加,前后半周期剪切应力和位移曲线时间差均相同;反之,滞回圈应力−位移关系和竖向位移会由于双向循环荷载频率的不同呈现两种不同形态特性;正弦波法向荷载作用下剪切应力和竖向位移最大,而斜波和方波荷载作用下,滞回圈和竖向位移变化曲线较三角波和正弦波差别较明显;剪切刚度随着双向循环荷载频率的增大而增大,正弦波作用下界面剪切刚度最大,斜波作用下界面剪切刚度最小。
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薄互层水力裂缝垂向扩展控制因素试验研究
周培尧, 潘丽燕, 陈华生, 王斌, 邹志坤, 张敏,
岩土力学. 2022 (S2):  299-306.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1100
摘要 ( 120 )   PDF(10584KB) ( 181 )  
新疆油田某地区油藏的储隔层岩性组合复杂,呈现突出的薄互层产状特征,研究合、分压判断条件有利于提高压裂效率,增强储层动用程度与压后改造效果。水力裂缝在薄互层中的穿层与裂缝扩展行为受薄互层地质特征与压裂施工参数的影响。基于此,开展了薄互层物理模型压裂试验,研究界面胶结、岩层分布、岩层厚度、压裂液黏度与注液排量对薄互层中水力裂缝垂向扩展的影响分析。试验结果表明:薄互层的地层特征界面胶结与岩层分布是水力裂缝垂向扩展的主要控制因素,界面胶结强度对裂缝垂向扩展行为的影响强于岩层分布;由于弱胶结界面的存在,水力裂缝垂向扩展穿层时可发生方向偏转,抑制裂缝垂向扩展;提高压裂液黏度与注液排量有利于薄互层中水力裂缝的穿层垂向扩展。
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一株本源产脲酶细菌的分离培养及其在裂隙 岩体加固中的应用
程雷, 肖瑶, 邓华锋, 熊雨, 彭萌, 支永艳, 李文华,
岩土力学. 2022 (S2):  307-314.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1206
摘要 ( 101 )   PDF(9095KB) ( 86 )  
微生物诱导碳酸盐沉淀是岩土工程领域一种新型绿色环保加固技术,为了研究工程环境中原位提取产脲酶细菌的加固效果,从三峡库区典型岸坡土体中分离提取了一种高效产脲酶菌种,经鉴定为蜡样芽孢杆菌。为了分析其加固效果,首先通过正交优化确定了蜡样芽孢杆菌的最佳培养条件,然后采用蜡样芽孢杆菌和巴氏芽孢杆菌进行了砂柱和裂隙岩体固化试验。结果表明:(1)相比于巴氏芽孢杆菌,蜡样芽孢杆菌固化的砂柱孔隙的填充更为密实,抗渗性更好,碳酸钙生成量更高,说明蜡样芽孢杆菌具有较好的成矿作用;(2)蜡样芽孢杆菌加固后裂隙岩样的渗透系数降低了3个数量级,内摩擦角和黏聚力分别增加了48.09%、85.10%,说明蜡样芽孢杆菌可有效改善裂隙岩体的渗透性能和抗剪性能,而且相比巴氏芽孢杆菌具有更好的加固效果。相关研究思路和结果可为工程岩体绿色加固提供较好参考。
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基于相对变形方法的桩后土拱模型试验研究
钟卫, 张 帅, 贺拿
岩土力学. 2022 (S2):  315-326.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1028
摘要 ( 91 )   PDF(11529KB) ( 177 )  
为分析桩后土拱在滑动过程中的动态演化过程,设计了一种新型的土体相对变形监测系统,开展了物理模型试验和滑体强度参数分析试验,基于试验监测数据,引入了两个无量纲参数表征滑体相对变形程度和不均匀变形程度。试验结果表明:(1)基于桩后土拱变形与传递侧向力曲线特征,土拱演化可分为弹性形成阶段、塑性发展阶段和破坏阶段3个阶段。在破坏阶段观察到显著的三维破坏特征,在水平面上,土拱表现出成层的拱圈挤出破坏;在竖直面上,表现出中下部的滑体土率先开裂并塌落,然后在顶部出现悬链形状的裂缝。(2)随相对变形变化,桩后滑体强度参数在滑动过程中是处于一个动态的强化过程,就强化程度而言,黏聚力较内摩擦角更敏感。(3)前期相对靠后的滑体的相对变形程度与参数强化程度分别高于相对靠前的滑体和桩间滑体,因此,桩周滑体裂缝在向后发展过程中逐渐向桩间中心线发生偏转,在裂缝贯通后形成稳定支撑的拱形结构。
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钙质砂注浆加固材料制备及固结体性能试验研究
张涛麟, 耿汉生, 许宏发, 莫家权, 林一帆, 马林建
岩土力学. 2022 (S2):  327-336.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0036
摘要 ( 126 )   PDF(11531KB) ( 331 )  
注浆加固是解决岛礁钙质砂地基不均匀沉降问题的有效措施之一。根据钙质砂特性,选用超细硅酸盐水泥作为主体胶凝成分,纳米硅溶胶、粉煤灰和硫酸钙晶须作为辅料,依据单因素试验和正交试验的要求,制备了不同配比的注浆材料,测试了其凝结时间和相应固结体的力学性能。采用响应曲面法对试验结果进行模拟,探究各组分对各性能指标的影响,确定注浆材料最优配比。结果表明:将3种辅料按适当比例单独加入浆材中,均可提高不同龄期钙质砂固结体的抗压强度;当水泥掺量固定时,水灰比是影响浆液凝结时间和固结体强度的最主要因素;与水泥浆液相比,以最佳配比掺入辅料配制的注浆浆液能够更好地填充在钙质砂颗粒间,从而改变固结体的密实性,使其抗压强度明显增长。研究成果可为增强钙质砂地基注浆加固效果提供参考。
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石灰粉煤灰固化对盐渍土中石油污染物迁移的 控制性研究
李敏, 于禾苗, 马国伟, 柴寿喜,
岩土力学. 2022 (S2):  337-344.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1284
摘要 ( 108 )   PDF(8238KB) ( 143 )  
提高石油污染物被土吸附的稳定性是实现污染土工程再利用的前提和关键。依托滨海地区石油污染盐渍土的处置需求,优选兼具固化和吸附作用的石灰和粉煤灰为固化材料,以固化作用、污染强度、土体密度为变量参数,搭建加压淋滤平台模拟外界环境,借助滤后含油量和渗出石油量为指标评价固化作用对盐渍土中石油污染物迁移的控制性。研究结果表明:固化作用可提高石油污染物的吸附稳定性,有效控制土中石油污染物的迁出。加压淋滤作用下,固化污染土含油量变化率仅为1.52%~2.27%,渗出含油量为7.15~14.92 mg/L,满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)三级标准。固化作用可解决未固化污染土中因土体密度、污染强度变化而引起的污染物大幅度迁移问题,滤后含油量均接近于初始含油量。石灰粉煤灰的固化作用对污染物迁移的控制效果稳定,在石油污染土处置方面具有普遍适用性。
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富水砂层盾构开挖面支护压力与地层变形关系 离心模型试验研究
罗维平, 袁大军, 金大龙, 陆平, 陈健, 郭海鹏,
岩土力学. 2022 (S2):  345-354.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1104
摘要 ( 195 )   PDF(10937KB) ( 137 )  
为探究富水砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地层变形特征的关系,通过自主研发的离心模型试验系统,依托武汉地铁8号线大盾构越江隧道工程,研究了不同埋深情况下的开挖面支护压力对开挖面稳定及地层变形特征的影响,得到了开挖面支护压力与地表变形之间的关系曲线。研究结果显示:(1)当隧道埋深较浅(<1.5D,D为盾构直径)时,支护压力对地表变形的大小及扰动范围的影响均随着埋深的增加而减小;当隧道埋深较深(>1.5D)时,不管支护压力过小还是过大,开挖面支护压力对地层变形的影响很难延伸到地表。(2)当支护压力过大时,对地层的扰动呈现为鱼尾型,主要可分为挤密区、顶隆区、顶沉区以及沉降区,其中地表距离开挖面约1D范围内为沉降区,1D~2D范围内为隆起区。(3)当支护压力过小时,对地层的扰动主要为沉降,影响范围为开挖面前方1D左右,且随着埋深的减小,影响范围会增大。该研究通过离心模型试验得到了不同埋深条件下基于变形控制的支护压力设定范围的建议值,旨在为实际工程中支护压力的控制提供指导。
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海洋钢管桩发生溜桩的地层条件及 桩侧动摩阻力计算方法
张驰, 赖俊荣, 阮芳伟, 徐永华, 王勇, 刘观仕, 徐国方,
岩土力学. 2022 (S2):  355-360.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1320
摘要 ( 187 )   PDF(6515KB) ( 189 )  
海洋钢管桩在动力沉桩过程中常会出现溜桩现象,溜桩可能会给工程带来巨大的安全隐患或财产损失。探讨溜桩发生的规律对钢管桩的安全顺利施工有着重要意义。结合多个实际工程案例深入分析了溜桩发生的地层条件及其土力学机制,总结了溜桩过程中桩侧动摩阻力的计算方法。研究结果表明:溜桩基本上都发生在软黏土层中,其类型可分为两类,第1类是穿刺硬土层溜桩,此类溜桩发生前一般有较大的锤击数及沉桩进尺;第2类是不稳定平衡溜桩,此类溜桩发生前一般锤击数及沉桩进尺都较小。无论是哪种溜桩,都伴随着因动力沉桩作用而引起的黏土层中孔隙水压力增大、抗剪强度减小以及结构强度丧失,进而无法继续提供足够的摩阻力而引发溜桩。沉桩过程中,桩侧动摩阻力的大小很大程度上决定了溜桩是否发生。桩侧动摩阻力一般是在桩侧静摩阻力基础上乘以一个折减系数而得到的,此折减系数与场地土层的力学特性及打桩过程有关,一般在[0.05, 0.5]范围内。
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侧限条件下充填散体压缩承载和传力特性
勒治华, 于庆磊, 杨天鸿, 曹永胜, 郑浩田, 邓文学
岩土力学. 2022 (S2):  362-372.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1118
摘要 ( 178 )   PDF(15192KB) ( 192 )  
充填散体的压缩承载和传力特性对防控充填开采矿山的地表变形具有重要意义。通过河卵石、碎石、尾矿、河砂、尾砂5种散体材料和7组不同粒径河卵石的侧限压缩试验,以及河卵石数值模拟压缩试验,分析了其压实过程和粒径对其变形、承载的影响,揭示了散体压缩过程中的传力特性。结果表明:散体压缩过程可分为空隙压密、颗粒破碎压密和压实固结3个阶段,且散体类型和粒径对其非线性压实过程基本没有影响,但对其内部结构重组过程有较大影响;压缩过程中,存在一个临界密实度使不同粒径河卵石的承载能力次序发生反转,且河卵石散体平均变形模量与颗粒特征因子呈负指数关系;基于河卵石数值模拟压缩试验得到的散体内部力链强度分布和“压力拱”,很好地证实了室内压缩试验中散体垂直应力沿加载方向呈递减的趋势,以及侧向应力在整个散体高度上先增后减这一试验结果。
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不同粒径黄砂岩微观−宏观裂纹演化机制研究
王立, 倪彬, 谢伟, 王书昭, 寇坤, 赵奎,
岩土力学. 2022 (S2):  373-381.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1475
摘要 ( 133 )   PDF(11093KB) ( 155 )  
为了探讨粒径对黄砂岩微观-宏观裂纹演化机制的影响,系统地开展了不同粒径黄砂岩单轴压缩声发射试验。基于声发射监测技术以及震源机制反演方法,对岩石变形破坏过程中微裂纹演化机制进行了研究,同时利用电镜扫描技术与几何分形理论,对破坏后的砂岩表面裂隙宏观形态及试件断口的微观形貌特征进行了分析。试验结果表明:粒径的大小、胶结物类型的不同均可影响岩石强度,通过室内试验得出随着黄砂岩粒径的逐渐增大,其峰值应力呈逐渐下降的变化趋势;对比不同粒径黄砂岩试件变形破坏过程中的声发射改进 b 值( bI 值)与平均声发射能率,所有试件峰值破坏前平均声发射能率均存在“激增”与“激降”现象,且声发射 bI 值在砂岩试件达到峰值破坏时下降到最小值,该现象可以作为岩石的失稳破坏前兆特征;随着构岩矿物颗粒粒径的增大,岩石内部微裂纹的破坏模式由张拉型为主导向剪切型为主导进行转变;破坏后岩样表面宏观裂隙的分形维数随着岩石粒径的增加呈现下降的变化趋势,即粒径大小对岩石表面宏观裂隙演化过程具有一定控制作用。
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岩土工程研究
煤巷弱胶结顶板稳定性分析与变形控制技术
余伟健, 李可, 刘泽, 郭涵潇, 安百富, 王平,
岩土力学. 2022 (S2):  382-391.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0286
摘要 ( 379 )   PDF(14911KB) ( 163 )  
煤层顶板为弱胶结岩体时稳定性差,常在煤炭回采过程中或巷道掘进时发生大变形或失稳等现象,维护难度较大。针对煤巷弱胶结粉砂岩顶板力学特征与变形控制等问题,以广西林场煤矿煤巷弱胶结粉砂岩顶板支护工程为工程背景,采用现场调研、实验室试验、理论分析等方法进行研究。通过现场调研,发现研究巷道有顶板岩层自承能力差、受水环境影响、支护结构失效率高、底板受水影响底鼓量大、受采动影响等特征;顶板岩石点荷载试验表明,其单轴抗压强度仅为1.9~ 2.3 MPa,采用电镜扫描发现,弱胶结粉砂岩以粗粒矿物为骨架;在普氏理论的基础上,推导了巷道顶板和两帮承压极限表达式,提出了提高巷道围岩整体强度和承载能力、确定合理的锚杆支护参数、顶板设计锚索加强支护等弱胶结巷道围岩控制要点。依据试验分析与理论研究成果,提出了以注浆加固为基础,锚杆和锚索联合支护的控制方案,并在林场煤矿进行了工业性试验。现场监测数据表明,设计的支护方案可以有效地控制煤巷弱胶结粉砂岩顶板变形。
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西昌太和矿北采场滑坡变形演化规律 及成因机制研究
朱涛, 尹翔, 王成汤, 闵弘, 王浩, 陈娱, 何俊霖,
岩土力学. 2022 (S2):  392-400.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1861
摘要 ( 127 )   PDF(27974KB) ( 507 )  
以四川省西昌市的太和矿北采场边坡为研究对象,结合了现场地质调查与测绘、原位试验、室内试验以及数值模拟等多种研究方法,详细分析了滑坡的变形演化特征、成因机制以及降雨入渗条件下边坡的稳定性。研究表明:(1)2018年和2019年两次滑坡均发生在雨季,且随着雨季结束而再次稳定。(2)该滑坡的形成是多因素综合作用的结果,断层为滑坡形成提供了边界,是外在条件;辉绿岩绿泥石、蒙脱石含量高,遇水易软化崩解,是内在条件;矿山开采与降雨是诱发因素,开采形成超高边坡,并揭露了辉绿岩层,而雨水从坡表及断层入渗,对整个辉绿岩层侵蚀软化,在高势能作用下发生局部滑移,继而牵引至整体滑动。(3)降雨对边坡安全系数及破坏模式均产生较大影响,降雨前边坡稳定,潜在破坏模式为整体滑动;降雨5 d后边坡安全系数下降至0.842,在辉绿岩层发生两个台阶局部滑动;之后边坡安全系数继续降低,破坏范围进一步扩大,与实际情况相互印证。
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高速铁路采空区地基“活化”分级方法及工程应用
任连伟, 宁浩, 顿志林, 刘德华, 杨文府,
岩土力学. 2022 (S2):  401-413.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0258
摘要 ( 129 )   PDF(12502KB) ( 162 )  
随着我国高速铁路的快速发展,一些关键线路难免会穿越采空区场地,因此对于高速铁路选线等系列问题,采空区地基“活化”分级需要率先解决。以太焦高速铁路 DK259+135.95−DK259+710.00 线路段的下伏采空区为例,运用层次分析法和模糊数学的基本原理建立了高速铁路采空区地基“活化”分级评判模型。首先确定了影响高速铁路采空区地基“活化”分级的5个大因素、19个因子,在此基础上提出了高速铁路采空区地基“活化”分级因素影响度的划分标准,并组合各因素影响度,提出了相对应的高速铁路采空区地基“活化”分级标准;采用层次分析法确定了影响因素及评价因子的权重,并通过德菲尔法、模糊统计和隶属函数相结合得出了评价因子的隶属度;同时初步分析了高速铁路采空区地基“活化”分级的典型特征;最后运用模糊综合评价法对该段采空区地基进行了“活化”分级,并确定了该段采空区地基为“必活化”。该模型的分级结论符合现场的实际工况,并为后期该段采空区地基采用注浆法治理提供了理论依据。该段采空区地基注浆治理后,又对其进行了二次“活化”分级,确定了注浆治理后的高速铁路采空区地基为“不活化”,这为太焦高速铁路安全运营提供了一种科学、合理的新论证。
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超大矩形顶管盾构隧道近接下穿高铁施工 加固方案对比分析
崔光耀, 麻建飞, 宁茂权, 唐再兴, 刘顺水, 田宇航,
岩土力学. 2022 (S2):  414-424.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1682
摘要 ( 261 )   PDF(10918KB) ( 141 )  
为保证超大矩形顶管盾构隧道近接下穿高铁的施工安全,以某矩形顶管盾构涉铁工程为背景,研究软弱地层中超大矩形顶管盾构近接高铁施工的安全性。结果表明:软弱地层中超大矩形顶管盾构近接高铁施工时轨道沉降和管节安全系数远超控制阈值,必须采取施工加固方案;采取超前注浆可使轨道沉降减小 58.20%,管节最小安全系数提高至 1.35;采用人工挖孔桩+D型钢便梁可使轨道沉降减小 63.05%,最小安全系数增至 9.49;采用桩板结构加固可使轨道沉降减小 70.90%,最小安全系数增至9.00;人工挖孔桩+D型钢便梁加固方案和桩板结构加固方案的效果明显优于超前注浆的加固效果,推荐在下穿待建高铁段采用桩板结构加固方案,在下穿既有高铁段采用人工挖孔桩+D型钢便梁加固方案。现场监测结果表明:超大矩形顶管盾构在近接下穿待建福厦高铁段采用桩板结构后,顶管掘进导致的地表沉降最大值为 3.25 mm,在近接下穿既有杭深线段采用人工挖孔桩+D型钢便梁后,高铁轨道最大沉降仅为1.65 mm,均远小于沉降阈值,超大矩形顶管盾构顺利近接下穿待建福厦线和既有杭深线。研究结论可为类似大尺寸隧道的近接工程提供参考。
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沉井下沉过程的运动学特性与下沉控制研究
陈保国, 贺洁星, 骆瑞萍, 张光辉, 高琦,
岩土力学. 2022 (S2):  425-430.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1858
摘要 ( 203 )   PDF(5060KB) ( 137 )  
软土地层中沉井下沉影响机制复杂,现有的理论研究主要基于沉井的受力特性开展下沉分析,沉井下沉过程中的运动学特性缺乏科学系统的阐释。对沉井下沉运动过程进行分析,建立沉井下沉力学模型,推得沉井下沉过程的运动学方程,揭示了沉井下沉的运动学特性和影响机制。并结合实际工程案例验证了该方法的合理性和正确性。研究结果表明,沉井下沉具有典型的下沉加速及下沉减速阶段;沉井下沉施工引起的初始下沉不平衡力F1是影响下沉运动特征的重要因素,也是下沉运动控制的首要因素;调整反映土层及沉井结构特征的参数b1是预防沉井突沉的有效手段。
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超大沉井基础取土下沉刃脚土压力变化规律研究
蒋凡, 刘华, 岳青, 杨文爽
岩土力学. 2022 (S2):  431-442.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1820
摘要 ( 134 )   PDF(25958KB) ( 266 )  
依托常泰长江大桥主塔沉井基础工程,采用三维有限元方法,模拟了大型沉井首次取土下沉阶段刃脚土压力的变化过程,并结合现场刃脚土压力实测数据,分析了沉井下沉工序对刃脚土压力分布的影响以及取土过程中刃脚土压力的变化规律。现场监测结果表明:刃脚实际土压力变化规律基本上佐证了数值模拟结果。井孔内取土导致取土区域沉井刃脚处土压力下降,取土区域刃脚土压力随取土厚度的增大而逐渐降低,土体压应力转移至尚未取土区域的刃脚处。在由内井孔向外井孔区域取土的过程中,刃脚土压力向外井孔刃脚区域转移,导致外井壁和外隔墙区域刃脚土压力逐渐增大,直至达到其极限承载力,外井壁区域土体进入塑性状态,沉井出现明显下沉。给出的沉井刃脚处土压力的变化规律可为同类大型沉井可控下沉提供指导。
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岩土工程建筑信息模型集成与仿真关键技术研究
周昊, 陈国良, 何翔, 吴佳明, 张荣堂, 殷大伟, 袁坤彬, 武哲,
岩土力学. 2022 (S2):  443-453.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0123
摘要 ( 279 )   PDF(11033KB) ( 211 )  
岩土工程;建筑信息模型(BIM);一体化集成;施工模拟;数值模拟
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深部硬岩矿山岩爆风险防控技术研究进展
梁伟章, 赵国彦
岩土力学. 2022 (S2):  454-468.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1454
摘要 ( 251 )   PDF(16460KB) ( 186 )  
为了解深部硬岩矿山岩爆风险防控技术研究进展,对国内外相关文献进行了归纳总结。首先,从事前避免岩爆产生、事中降低岩爆危害及事后规避岩爆伤害等3个角度提出了岩爆风险防控的总体思路。然后,根据该思路归纳了岩爆防控的技术类型,并详细分析了各技术的内涵及其防控岩爆的机制。最后,对岩爆风险防控技术的未来发展方向进行了展望。结果表明:现有深部硬岩矿山岩爆风险防控技术可归纳为采矿设计、卸压技术、岩层改性、岩体支护及人员暴露等5个方面。其中,采矿设计包括采矿方法、采场参数、矿柱留设、回采顺序、回采速率及空区处理;卸压技术包括卸压爆破、卸压槽、卸压巷、卸压孔及卸压缝;岩层改性包括水压致裂、约束爆破及注水软化;岩体支护包括表面支护、内部支护及组合支护;人员暴露包括再进入协议、远程设备及人员防护。未来可从不同类型及不同风险等级岩爆防控体系构建、新技术研发、防控时机及效果评估等方面建立深部硬岩矿山岩爆风险防控指南。
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山区公路弃渣颗粒组成与休止角的统计分组特征及工程应用
田明, 邹云丽, 肖羚, 谷梅花, 尹小涛,
岩土力学. 2022 (S2):  469-476.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0432
摘要 ( 234 )   PDF(20231KB) ( 274 )  
山区公路土石混合弃渣颗粒组成的复杂性和人工堆积特征造成其工程特性难以准确测定和量化分类。利用工程大数据统计分析为量化分类提供标准和界限依据,细化弃渣分类为弃渣工程科学设计及安全防护提供支撑。依托山区高速公路多个核心弃渣场多部位多阶段土石混合弃渣的颗粒组成和天然休止角测量,形成土石混合弃渣基本特征大数据;利用工程数据统计分析山区公路弃渣的颗粒组成与休止角的分组特征,所得主要结论如下:(1)山区公路弃渣具有显著的分组特征,利用粗细比k将弃渣分为土类弃渣(k<0.3)、土石混合弃渣( k为 0.3~1.4)和石类弃渣(k>1.4)。(2)山区公路土石混合弃渣细粒占比较低,以粗粒为主。弃渣粗细比为N(0.85,0.338 9)正态分布,休止角为N(37.64,3.057 8)正态分布,土类弃渣休止角<32.6º,土石混合弃渣休止角为 32.6º~42.7º,石类弃渣休止角>42.7º,分类及参数建议解决了取样代表性难题和结果离散性问题。(3)根据无黏性土边坡稳定性系数计算公式,结合弃渣分类和不同等级弃渣场安全系数标准,计算得到不同类弃渣控制坡率,土类弃渣控制坡率 ≤1:2,土石混合弃渣控制坡率 ≤1:1.75,石类弃渣控制坡率 ≤1:1.5,经跟踪检验,发现建议坡率下弃渣边坡中长期稳定可以得到有效保障。上述研究可以为山区公路弃渣场动态设计提供基础数据,具有较强的工程类比价值,有利于形成地区经验值。
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基于多头自注意力机制的LSTM-MH-SA滑坡 位移预测模型研究
张振坤, 张冬梅, 李江, 吴益平,
岩土力学. 2022 (S2):  477-486.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2091
摘要 ( 238 )   PDF(10962KB) ( 229 )  
受自身地质条件及外界周期、随机等因素影响,滑坡演变过程具有典型跃变特征。传统基于门控机制的深度学习模型对阶跃型滑坡预测能力不足,多头自注意力通过关注不同尺度时序数据的隐含信息能自适应挖掘序列的变化程度特征,有效学习数据潜在变化趋势,提升序列的预测能力。研究基于变分模态分解技术将滑坡累积位移量分解成趋势项、周期项和随机项,对各位移分量和影响因子开展动态时间规整相关性分析。结合多头自注意力机制和长短时记忆网络模型对各位移分量进行动态预测,各位移分量预测值相加得到实际预测结果。以三峡库区白水河滑坡作为研究区,对监测点ZG118开展累积位移预测,采用监测点ZG93、XD01进行模型适应性验证,试验结果表明对于降雨、库水位变化导致的阶跃数据段,新模型能大大提升预测的精度,为三峡库区滑坡位移预测研究提供新的思路。
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启东某场地自升式平台插桩可行性试验研究
易明星, 朱长歧, 王天民, 刘海峰, 马成昊, 王星, 张珀瑜, 瞿茹,
岩土力学. 2022 (S2):  487-496.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1706
摘要 ( 247 )   PDF(16864KB) ( 119 )  
桩靴接触应力是影响插桩深度的主要因素之一,桩靴的锥尖型式可能会影响接触应力的大小及分布。以江苏省启东市某插桩试验项目为例,针对不同的桩靴端部型式基于桩靴接触应力现场实测数据,分别采用国内外规范方法及数值计算方法对插桩深度开展预测分析,揭示桩靴端部型式对插桩深度的影响规律。结果表明:在插桩过程中不同锥端类型桩靴的接触应力呈现出中央大周边小的分布特征,表明现场桩靴为柔性结构类型;采用不考虑桩靴端部形状的规范方法进行桩靴插深预测,得出的预测结果同现场实测结果基本吻合;采用小变形有限元数值方法进行插深预测也可以得出令人满意的结果,研究结果可为类似工程实践提供参考。
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考虑弹性软化的膨胀岩地铁隧道 湿温等效模拟方法
李兆琛, 朱勇, 周辉, 李静,
岩土力学. 2022 (S2):  497-507.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1982
摘要 ( 97 )   PDF(11148KB) ( 189 )  
膨胀岩遇水产生的膨胀应力对地铁隧道结构的长期安全存在不利影响,前人的研究主要考虑膨胀岩的体积膨胀作用,而对膨胀过程中的软化效应考虑不足。为此,通过室内试验,获取膨胀岩的物质组分、软化特性、膨胀参数,揭示了膨胀岩在膨胀过程中的弹性软化效应。基于湿−温体积膨胀等效的认识,提出了考虑弹性软化的湿温等效模拟方法,给出了弹性软化参数、膨胀等效温度边界条件、膨胀圈的确定方法,建立了湿温软化等效膨胀模拟流程。将上述方法应用于重庆地铁18号线区间隧道砂质泥岩洞段的长期安全评价,结果表明,考虑弹性软化的湿温等效模拟计算得到的膨胀应力比不考虑弹性软化的湿温等效模拟结果更接近于实际。对影响计算结果的膨胀圈厚度、弹性软化程度等进行了讨论,给出了膨胀岩洞段的处置建议。研究结果可供膨胀岩隧道长期安全评价参考,对于防治地下工程膨胀灾害有一定指导作用。
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数值分析
水平层状软弱围岩破裂碎胀大变形机制 有限元−离散元耦合数值模拟研究
邓鹏海, 刘泉声, 黄兴, 潘玉丛, 伯音,
岩土力学. 2022 (S2):  508-523.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0701
摘要 ( 145 )   PDF(26425KB) ( 378 )  
在层状岩体中掘进隧洞后,围岩破裂碎胀大变形机制与各向同性围岩存在很大差异。对于无支护隧洞而言,其破裂模式可归结为复合破裂、V型凹槽破裂和层间剥落,不同破裂模式受控于岩体自身物理力学特性、地应力和隧洞断面形状等因素。采用有限元−离散元法(finite-discrete element method,简称 FDEM)耦合数值模拟研究了水平层状围岩破裂碎胀大变形机制,并研究了岩体强度参数(如黏聚力、内摩擦系数和抗拉强度)、变形参数(如弹性模量)、地应力和隧洞跨度对水平层状围岩破裂模式的影响。研究结果表明,复合破裂为层状岩体基本破裂模式,其机制为水平集中应力产生的共轭剪切裂隙 F3 在隧洞中心线附近不断向围岩深处扩展,同时产生平行于层理面的剪切滑移裂隙F1,由此产生中央破碎、两端相对完整的板块岩块;左右两侧板状岩块相互挤压向隧洞内翻转运动产生垂直层理面的拉伸裂隙 F2。随着岩体强度的升高、侧压系数的增大或隧洞跨度的减小,F1裂隙消失、F2 裂隙与层理面斜交,从而产生 V 型凹槽破裂。当岩体强度进一步升高或侧压系数进一步增大时,F3 裂隙在层理面交界处受阻,进而产生了层间剥落破裂。
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基于MATLAB GUI的本构模型模拟器开发
尹振宇, 陈佳莹, 吴则祥, 金银富,
岩土力学. 2022 (S2):  524-532.  DOI: 10.16285/j.rsm.2020.1380
摘要 ( 241 )   PDF(7291KB) ( 217 )  
大多数工程师乃至学者未能完全理解高级本构模型,给理论联系实践带来了极大的困难。以粒状材料弹塑性本构模型SIMSAND为例,开发了一个基于本构模型的土工试验模拟工具。首先简要介绍MATLAB GUI的开发环境,接着按界面开发的步骤做循序渐进的描述:总体版面设计、控制参数输入的设计、勾选框的设计、结果显示设计、控制按钮设计、错误或警告提示设计等。为了便于理解,特选定了3个案例来研究模拟粒状材料的常规三轴不排水试验、常规三轴排水试验以及常平均应力条件下的三轴排水试验,并从塑性乘子出发推导了3个关键公式、伪代码编写及巧妙的修正。此工具平台的详细开发过程以及关键源程序将有助于读者模仿和训练,为岩土力学和岩土工程领域的本构模型实践提供研究和教学的范例及支持。
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基于罚函数偶应力理论的土体应变局部化研究
王冬勇, 陈曦, 王方宇, 彭丽云, 齐吉琳,
岩土力学. 2022 (S2):  533-540.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2089
摘要 ( 94 )   PDF(7332KB) ( 140 )  
与 Cosserat 理论相比,偶应力理论在一定程度上可以降低数值框架的复杂度,已逐渐应用于岩土体应变局部化分析中。然而,一般的偶应力有限元法需要满足 C连续性,即单元内部和单元交界面上的应变都需要具有连续性。为了避免开发较为复杂的C型偶应力单元,在 Cosserat 连续体理论框架下,通过借助罚函数方法对 C连续性进行松弛来获得偶应力理论的逼近解,建立了基于罚函数的偶应力有限元方法 PCS-FEM。通过平面应变条件下的弹性圆孔应力集中问题对 PCS-FEM 方法的有效性进行了验证,并应用于土体应变局部化分析中。通过对Ottawa砂的平面应变试验进行数值模拟,发现 PCS-FEM 方法获得的应力−应变曲线及剪切带破坏形态与试验结果基本一致,且能够克服经典连续体理论病态的网格敏感性问题,保证应变局部化问题的适定性;通过对承受偏心荷载作用下的土坡应变局部化经典算例进行分析,发现 PCS-FEM 方法同样可以克服土坡应变软化阶段的网格敏感性问题,展现土体的渐进破坏过程。
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波浪作用下近海滑坡机制模型试验与 数值模拟研究
单治钢, 高上, 孙淼军, 陈雨雪, 李利平, 成帅, 周宗青,
岩土力学. 2022 (S2):  541-552.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1835
摘要 ( 185 )   PDF(12012KB) ( 230 )  
以舟山群岛朱家尖滑坡为工程依托,针对波浪对近海海底边坡失稳破坏的影响问题,研发了大型水槽类近海海底滑坡物理模型试验装置,搭建了以波分复用技术为基础的光纤监测系统,开展了波浪作用下近海海底滑坡模型试验,揭示了波浪引起边坡模型内部孔隙水压力、位移变化规律以及边坡模型表面流速变化规律,分析了波浪作用下近海海底滑坡触发机制以及灾变过程。同时基于 SPH 数值模拟,针对海底滑坡灾变演化过程,开展了波浪作用下海底边坡的滑动堆积特性研究。试验结果表明:海底边坡在波浪的持续作用下,边坡底部最先发生破坏,伴随着时间的推移,边坡发生失稳破坏,海底滑坡发生时,边坡中部及以下的位置位移发生突变,边坡顶部滑移距离相对较小;波浪对海底边坡的位移和孔隙水压力同时产生影响。边坡失稳破坏时,边坡位移与孔隙水压力均出现突变现象,但孔隙水压力突变时间略早于位移突变时间。同时基于朱家尖地质剖面I的滑坡模拟,初步得到了朱家尖近海海底滑坡的滑动堆积特征,形成了一套适用于波浪作用下近海海底滑坡的试验技术与方法,对近海海底滑坡现场研究有重要的指导意义及参考价值。
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基于改进比例边界有限元法的成层场地中峡 谷−地下孔洞体系的散射分析
李艳朋, 李志远, 胡志强, 林皋,
岩土力学. 2022 (S2):  553-562.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0027
摘要 ( 124 )   PDF(8891KB) ( 118 )  
基于相似拼接线的比例坐标变换,提出了能精确模拟成层半空间的改进比例边界有限元法,在频域中建立了复杂成层场地散射场分析的高精度模型。该方法采用相似拼接线作为比例缩放中心,克服了比例边界有限元法(scaled boundary finite element method,简称 SBFEM)由相似性导致求解范围受限的困难,成功地将比例边界有限元法的求解范围扩展到水平及倾斜成层半空间。基于改进比例边界有限元法,建立了复杂成层半空间散射场的求解模型,其中采用子结构法将复杂边界条件的散射问题转化为土−结构相互作用问题,降低了地震波散射问题的计算复杂度,这种转化在线弹性框架内严格成立。通过计算典型算例,验证了提出模型的准确性。采用提出的新模型,分析了水平成层场地中峡谷−地下孔洞耦合体系的散射问题。数值算例表明:与峡谷下无孔洞的情况相比,地下孔洞的存在会放大峡谷表面散射位移幅值,并且对于方形截面孔洞这种放大作用更明显。
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砂土层中盾构掘进实测数据及数值模拟分析
骆冠勇, 钟淼, 曹洪, 潘泓,
岩土力学. 2022 (S2):  563-574.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1606
摘要 ( 132 )   PDF(13197KB) ( 356 )  
相对于其他土层,盾构在富水砂层中掘进的风险更大,但目前盾构掘进引起砂层变形的机制并不清楚。依托广州某电力隧道项目,选取一典型富水砂性地层断面对盾构隧道施工引起的地层变形进行高频率、近距离的监测,得到以下几点认识可供类似的工程参考:(1)富水环境下,相对于均质砂层,隧道处于粉砂+粗砂地层组合更容易发生渗透破坏。此情况下,粉砂层在承受更大渗透力同时,又受粗砂层强烈补给供水,非常容易被侵蚀甚至掏空。(2)地层均匀损失与局部集中损失引起地层扰动规律有较大的不同。地层均匀损失时由于拱效应没集中局部损失的强,其扰动范围、地表沉降及水平位移均更大。水平位移最大值的位置与地层损失的非均匀化也密切相关。地层均匀损失时,隧道两边最大水平位移发生在隧道高程范围内;但地层非均匀损失(隧道顶部局部塌落)时,发生最大的水平位移的位置会明显上移。(3)渗透力的作用使得地层扰动范围扩大。(4)地层损失率受注浆影响严重,隧道附近大,地表最小,隧道上方土体呈松散化趋势。
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基于数据融合的边坡临滑状态确定方法
袁维, 钟辉亚, 朱屹, 唐佳, 洪建飞, 王亚雄, 林杭, 万宁, 王安礼,
岩土力学. 2022 (S2):  575-587.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1692
摘要 ( 183 )   PDF(12688KB) ( 165 )  
安全监测及数值模拟是评估边坡稳定性状态的两种重要手段,但是,如何根据监测信息及数值模拟成果确定边坡的临界失稳状态一直是边坡工程领域关注的重点问题。首先基于层次聚类方法计算边坡不同类型状态变量监测点的欧式距离,根据距离大小筛选出边坡的有效监测点;然后,计算同种类型状态变量有效监测点的熵权值,采用熵权融合方法对有效监测点进行数据层融合,得到不同类型状态变量对应的融合监测指标曲线;其次,采用主成分分析法对多种数据层融合监测指标曲线进行特征层融合,得到可反映全部状态变量信息特征的综合监测信息曲线,进而构建了边坡渐进失稳过程中不同监测变量的信息挖掘融合框架;最后,提出了一种缓变曲线的变点搜索方法,采用该方法对综合监测信息曲线开展变点分析,搜索边坡状态渐进演化的突变点(即边坡临滑状态点)。将所提出的方法应用到某公路边坡临界失稳状态的确定中,结果表明,单个监测点或单个融合指标的累积值、变化速率作为边坡失稳判据存在不唯一性,融合多种监测数据建立的综合监测信息序列可以较好地反映边坡状态演化特征,可避免单一状态变量的单一监测点数据对边坡状态的误判,验证了所提方法的可行性和适用性。
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热处理砂岩不同接触角巴西劈裂数值模拟研究
徐浩淳, 金爱兵, 赵怡晴, 陈哲,
岩土力学. 2022 (S2):  588-597.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.1778
摘要 ( 125 )   PDF(10293KB) ( 176 )  

基于颗粒流程序(particle flow code,PFC),对不同接触角(2a = 6º~30º)条件下25~1 000 ℃砂岩进行巴西劈裂模拟试验,研究其应力分布和破裂模式,并将巴西劈裂与直接拉伸进行对比。研究表明:(1)巴西劈裂中,面接触加载可以降低端部效应,加载过程中首先在圆盘中部产生拉裂纹,随着荷载的升高,拉裂纹汇集、扩展、贯通。(2)平板点接触巴西劈裂测得的抗拉强度小于直接拉伸强度,其抗拉强度计算公式的修正系数k随温度T的升高线性减小,满足k = −3.303×10−4T+1.468。随着接触角的增大,不同温度处理后巴西圆盘的抗拉强度均呈现出增大的趋势。(3)在2a≥18º时,巴西圆盘可以保证中心起裂;2a = 18º~24º时,圆盘在不同温度下破裂模式稳定;在接触角过大(2a = 30º)时,圆盘在较低温度(≤600 ℃)下会形成倾斜裂纹。(4)结合修正系数和破裂模式分析,推荐接触角为18º~24º时,修正系数在0.802 6~ 0.856 0之间,可以保证所有温度试样中心起裂且破裂模式稳定。

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高频纵向导波在钢杆中传播的数值模拟
张玥, 张昌锁, 牛潘宇
岩土力学. 2022 (S2):  598-606.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0382
摘要 ( 136 )   PDF(10439KB) ( 93 )  
锚固锚杆中高频导波(大于1 MHz)的低衰减使其具有巨大的潜在应用价值,但高频导波数值计算的复杂性使得确定其传播特征非常困难,只依赖试验确定不同锚固锚杆中的最优激发波并不现实,因此建立高频导波传播的数值模型具有重要意义。应用有限元软件构建钢杆的数值模型,分别研究径向和轴向的单元网格密度和材料阻尼对高频导波传播过程的影响情况,采用所有截面节点幅值叠加和经验模态分解(empirical mode decomposition,简称 EMD 分解)的方法进行数据处理,获得了与文献理论结果及试验测试结果相吻合的高频导波在钢杆中的基本传播特征。研究结果表明,单元网格密度、材料阻尼值设置及不同位置质点的振动叠加是再现高频导波基本传播特征的关键。
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基于岩体抗压强度折减的边坡稳定性分析方法
张文莲, 孙晓云, 陈勇, 金申熠,
岩土力学. 2022 (S2):  607-615.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0170
摘要 ( 231 )   PDF(11623KB) ( 265 )  

在岩体边坡稳定性分析方法中,基于非线性Hoek-Brown准则的强度折减法,存在折减方案不统一或计算太复杂等问题。针对这一问题,提出了一种基于岩体抗压强度的广义Hoek-Brown准则强度折减法,比直接折减材料参数,更能体现强度衰减的物理意义。方案以岩体单轴抗压强度作为折减依据,对岩石单轴抗压强度sci和反映岩体结构特征的参数组合sasa 均为模型参数)进行同比折减,分析该方案下抗剪切强度和抗拉强度的折减比例,并基于平均抗剪强度定义安全系数。应用该方案,对两个经典边坡算例进行稳定性分析,将所得安全系数、临界滑动面与局部线性化强度折减法、极限平衡法进行对比。结果表明,对于两算例,本方法所得安全系数与其他两种方法结果接近,相对误差低于2%;在算例1中,本方法得到的临界滑动面位置与其他两种方法结果一致性很高;在算例2中,本方案滑动面位置更接近于局部线性化法,且能同时反映剪切和拉伸破坏。以上结果验证了本强度折减方案和安全系数定义法的可靠性和合理性。

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刚度可调层状多向剪切模型箱的研制及性能测试
郑森, 李伟华, 崔杰, 李亚东,
岩土力学. 2022 (S2):  616-625.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0392
摘要 ( 196 )   PDF(13420KB) ( 154 )  
为满足不同场地条件下岩土工程振动台试验的需求,在总结国内外振动台试验土箱经验的基础上,研制了刚度可调的层状多向剪切模型箱。该剪切箱由系列空心环形钢框架堆叠而成,层间由滚珠和螺杆相连,高度可根据试验工况改变,通过调节螺杆的刚度、数量和排列方式等,实现其刚度变化。利用ABAQUS软件分析得出各种组合模型箱的特征频率,验证了箱体刚度可调的特性。运用该模型箱开展了自由场振动台试验,分析了不同高度、距箱侧壁不同距离处观测点的加速度时程及其相应反应谱,并采用2-范数偏差指数对边界效应进行量化。结果表明,新研制的层状剪切箱无明显的边界效应,能较好地实现自由场地在平面内的动力响应。
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软弱泥质砂岩地层中输水隧洞稳定性研究
Muhammad Usman Azhar, 周 辉, 杨凡杰, 高阳, 朱勇, 路新景, 房后国, 耿轶君,
岩土力学. 2022 (S2):  626-639.  DOI: 10.16285/j.rsm.2019.0719
摘要 ( 209 )   PDF(17459KB) ( 302 )  
泥质砂岩属于黏土岩,具有典型的遇水软化特征。在泥质砂岩富水地层中进行隧道开挖是地下工程的一个挑战性问题。研究了围岩软化与未软化条件下泥质砂岩地层中输水隧洞的稳定性和支护时间。首先,介绍了泥质砂岩遇水软化的力学试验结果;然后,采用基于Hoek-Brown强度准则的岩体参数评价方法,评估泥质砂岩在围岩软化与未软化条件下的力学参数;再后,以兰州水源地引水隧洞为依托工程,采用数值模拟方法对泥质砂岩隧洞软化与未软化工况的围岩稳定性进行了计算分析,得出泥质砂岩遇水软化对隧洞安全性存在显著影响;最后,采用位移收敛法,研究了泥质砂岩软化与未软化工况中,保障隧洞施工安全的合理支护时机。研究表明,泥质砂岩未软化工况中,可考虑隧道围岩初期支护在距掌子面4~5 m位置实施;而在泥质砂岩遇水软化工况中,初期支护建议在掌子面开挖后立刻支护。研究成果可为泥质砂岩地层隧洞的安全施工提供依据。
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灌注桩动力特性试验与数值模拟研究
丁扬, 熊晔, 陈孜孜, 吴晓寒, 王小波,
岩土力学. 2022 (S2):  640-646.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.2198
摘要 ( 130 )   PDF(6995KB) ( 194 )  
结合某风洞建设项目现场桩基动力特性试验,采用三维有限差分模拟软件FLAC3D建立双桩模型基础进行计算机仿真,分析结果与试验数据吻合良好,验证了基于桩−土−结构共同作用开展数值模拟求解设备荷载作用下桩基础动力响应方法的合理性。进一步建立灌注桩后注浆模型,探讨采取不同桩侧阻力和桩端阻力增强系数对桩基动力特性的影响。结果表明:灌注桩后注浆对竖向振动的共振频率没有影响,对水平回转振动的共振频率、最大振幅、地基抗剪刚度系数和地基水平转向第1振型阻尼比的影响均很小;灌注桩后注浆能起到提高桩基抗压刚度、减少桩基最大振幅的效果,但相对于未注浆其效果有限。
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