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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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2023年, 第44卷, 第2期 刊出日期:2023-02-10
基础理论与实验研究
竖向入射S波作用下单桩水平地震响应简化解析方法
郑长杰, 崔亦秦, 吴琛, 罗通, 栾鲁宝,
岩土力学. 2023 (2):  327-336.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0403
摘要 ( 608 )   PDF(349KB) ( 511 )   PDF(English)(330KB) ( 20 )  
基于连续介质模型并考虑桩-土运动相互作用,将单桩视为一维线弹性梁,研究了竖向入射S波作用下的单桩水平地震响应问题。将竖向入射S波模拟为基岩水平位移,基于平面应变模型建立的土体控制方程,推导出地震作用下土体水平动力阻抗函数表达式。将土体阻抗代入单桩控制方程并联立桩-土接触条件及桩顶和桩底的边界条件,得出了竖向入射S波作用下单桩的地震响应解析解。通过将所得解与已有文献理论解和有限元结果进行对比,验证了该方法的合理性。基于所得理论解进行参数分析得出:桩-土模量比的增加可以明显降低桩-土运动相互作用因子的最小值,而较大桩身长径比以及土体滞回阻尼对桩-土运动相互作用因子的影响较小;对于桩顶水平地震放大因子来说,桩-土模量比的增加仅在高共振频率处抑制其幅值,较大桩身长径比对其影响较小,而滞回阻尼比的增加会显著抑制共振频率处的幅值;桩身地震响应仅在较小桩径比时受桩-土模量比的影响明显,并随桩-土模量比的增加而降低。
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含细粒珊瑚土抗液化特性试验研究
陈平山, 吕卫清, 梁小丛, 周红星, 王婧, 马佳钧,
岩土力学. 2023 (2):  337-344.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0181
摘要 ( 420 )   PDF(437KB) ( 358 )   PDF(English)(385KB) ( 19 )  
珊瑚土作为新兴的热带地区岛礁与港口工程的首选土工材料,宽级配是其结构组成的主要特征。由于相关工程面临较高的地震风险,珊瑚土的抗液化能力正逐渐引起重视。为探究含细粒珊瑚土的抗液化能力,以东太平洋某热带港口工程的实际珊瑚土场地为背景,通过大粒径循环三轴液化试验测试了设计相对密实度为0.4~0.8的3组代表性级配试样及剔除细粒的两组试样的饱和不排水动强度。试验结果表明:幂函数可以模拟含细粒珊瑚土的循环应力比与液化所需振次关系;细粒的存在与相对密实度的提高不会显著提高珊瑚土抗液化能力;珊瑚土液化过程的超静孔压发展模式与砂土相近,两参数或三参数的反正弦模型可以较好地模拟含细粒珊瑚土的液化超孔压发展过程。研究表明,含细粒珊瑚土仍然属于可液化土类。以背景工程为例,同类型工程在设计施工及使用阶段都需要考虑对地震液化灾害的设防,该研究为珊瑚土液化防治工作提供了技术支持。
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饱水裂隙岩石冻融变形特性研究
贾蓬, 王晓帅, 王德超
岩土力学. 2023 (2):  345-354.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0554
摘要 ( 388 )   PDF(666KB) ( 432 )  
寒区岩体在裂隙水冻胀作用的影响下发生损伤劣化,严重威胁寒区工程建设安全。针对孔隙率不同的绿砂岩、红砂岩和花岗岩开展了饱水裂隙岩石的冻融循环试验,分析了不同裂隙长度、裂隙宽度和岩性的岩石在冻融循环过程中随时间和温度变化的变形规律,得到了饱水裂隙岩石冻融变形特征值的变化特征,探究裂隙长度、裂隙宽度及岩性对冻融应变特征值的影响,分析了裂隙岩石冻融变形特性和破坏机制。试验结果表明:(1)不同裂隙几何参数岩石冻融应变变化过程可分为7个阶段:冷缩阶段、冻胀阶段、冻胀趋稳阶段、热胀阶段、融缩阶段、融缩回弹阶段和融缩趋稳阶段;(2)饱水裂隙岩石冻融应变随温度变化的曲线为不能闭合的滞回环,出现“冻融滞回”现象,且随冻融次数增加,滞回环逐渐上移,残余应变逐渐增加;(3)饱水裂隙岩石冻融应变特征值包括最大应变、残余应变、冻胀幅值和融缩幅值,且应变特征值与裂隙长度、裂隙宽度和岩体岩性相关,裂隙岩石冻融破坏是残余应变逐渐累积的过程。
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褶皱土工膜+针刺钠基膨润土防水毯复合衬里的剪切试验研究
林海, 曾一帆, 周创兵, 董平霄, 施建勇,
岩土力学. 2023 (2):  355-361.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0357
摘要 ( 390 )   PDF(327KB) ( 195 )   PDF(English)(312KB) ( 13 )  
防渗工程中土工膜的褶皱现象普遍存在,然而目前关于土工膜界面剪切特性的研究大都忽略了褶皱的影响。以糙面土工膜(GM)和针刺钠基膨润土防水毯(GCL)组成的复合衬里为研究对象,利用水化变形试验证实两步水化法能有效地加速含褶皱GM+GCL复合衬里的水化步骤,使用大尺寸温控水浴直剪仪对含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性进行了试验研究。通过将含褶皱GM+GCL复合衬里的剪切特性与无褶皱复合衬里进行对比分析,揭露了GM褶皱对复合衬里剪切特性的影响机制。GM褶皱的存在使得GM+GCL复合衬里的剪切应力-位移曲线产生较大差异,并使得低压下复合衬里的抗剪强度明显降低。GM褶皱使复合衬里产生明显的渐进破坏效应,复合衬里内部能出现多种破坏模式共存的现象。
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顺倾层状碎裂结构岩质边坡地震动力响应及破坏模式分析
许明, 余小越, 赵元平, 胡家驹, 张潇婷,
岩土力学. 2023 (2):  362-372.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0438
摘要 ( 473 )   PDF(459KB) ( 391 )  
顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明:斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素;斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应,高程对斜坡的垂直动力响应影响较小,地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系,正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著;坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展,并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段,节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化,使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化,滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。
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偏压固结下碱渣土循环累积孔压及强度弱化规律研究
王元战, 龚晓龙, 王轩, 陈艳萍, 谢涛,
岩土力学. 2023 (2):  373-380.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0417
摘要 ( 257 )   PDF(240KB) ( 169 )  
碱渣是氨碱法制纯碱时排出的固体废弃物,经适当的加固处理后作为工程填垫土可以有效解决占地和污染问题。碱渣土的力学性质不稳定,在循环荷载作用下强度会发生明显弱化,导致承载力大幅降低。以天津港地区回填碱渣土为研究对象,开展了系列动三轴试验,以固结围压、动应力比和偏压固结比为试验变量,研究了不同应力组合下碱渣土中循环累积孔压发展规律以及循环后碱渣土不排水强度演化规律。基于等效超固结模型,引入强度弱化系数β,建立了考虑偏压固结比和动应力比影响的碱渣土循环强度弱化模型;引入强度提升系数a,建立了考虑偏压固结过程和循环加载过程耦合影响的碱渣土强度演化模型,并通过试验数据验证了模型的正确性。
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斜坡桩水平循环特性模型试验及有限杆单元解
彭文哲, 赵明华, 杨超炜, 赵衡,
岩土力学. 2023 (2):  381-391.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0186
摘要 ( 246 )   PDF(440KB) ( 212 )   PDF(English)(422KB) ( 14 )  
为了揭示斜坡效应和循环弱化效应共同影响下的斜坡桩水平循环特性,进行了不同循环次数、荷载幅值及坡度下的单向水平循环加载试验,并将水平静载试验作为对照,揭示了桩顶位移、桩身弯矩及地基反力等变化规律。综合考虑二阶效应及桩-土相互作用的影响,对单元刚度矩阵进行了改进,提出了有限杆单元解。将理论预测曲线等与实测曲线及幂级数法计算结果进行了对比,验证了有限杆单元解的合理性。结果表明:桩身弯矩及位移均随循环次数非线性增加,最大弯矩位置逐渐从无量纲深度za=1.25下移到za=1.75;桩顶无量纲位移0,a与循环次数n之间的关系符合幂函数y0,a=An0.11;当荷载幅值由20 N增加到40 N时,最大无量纲弯矩由0.010增加到0.029,位置均保持在za=1.7附近;当坡度由30°增加到60°时,最大无量纲弯矩由0.011(za=1)增加到0.025(za=2.5)
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基于高密度电阻率法的土体干缩裂隙动态发育过程精细监测研究
章君政, 唐朝生, 巩学鹏, 周启友, 程青, 吕超, 施斌
岩土力学. 2023 (2):  392-402.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0409
摘要 ( 284 )   PDF(1171KB) ( 297 )   PDF(English)(1129KB) ( 18 )  
土体在气候作用下发育干缩裂隙是一种常见的自然现象,裂隙的存在会极大弱化土体的工程性质,诱发许多岩土与地质工程问题。为了实时掌握黏性土中干缩裂隙网络的发展状态,提出了一套基于高密度电阻率层析成像技术(ERT)的土体干缩裂隙动态发展过程精细监测方法。分别开展模型试验及原位试验,利用自行研制的测定系统持续采集电流-电位差数据,随后利用自行开发的有限元法电阻率层析成像(FemERT)系统进行数据处理,获取了裂隙网络在不同发育阶段的空间分布特征。结果表明:(1)ERT可以实现土体裂隙发育过程的精细监测,具备监测三维裂隙网络几何形态的能力,裂隙宽度的识别精度达到毫米级,裂隙深度的识别精度达到厘米级;(2)ERT的感度分布特征解释了裂隙发育对于土体电阻率的影响规律,测定电阻值时程曲线因裂隙产生位置的不同而呈现不同的变化规律;(3)反演电阻率及其相对变化率(Rev)可以直观表征裂隙网络在不同阶段的空间几何形态,凸显裂隙动态发育过程对于土体导电性的影响。
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盐岩循环加卸载过程中的速率效应试验研究
姜德义, 杨镇宇, 范金洋, 李宗泽, 锁进杰, 陈结
岩土力学. 2023 (2):  403-414.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0312
摘要 ( 217 )   PDF(478KB) ( 257 )  
作为一种典型软岩,盐岩力学特性的时间相关性显著,准确预测和评估盐穴储气库加卸载过程中的变形损伤能力,关系到能源储备库的长期安全稳定运行。为研究盐岩的速率效应,进行了不同加卸载速率的疲劳试验。基于现有蠕变本构模型,构建了速率效应方程,区分了加卸载过程中的蠕变塑性变形与加载塑性变形。研究结果表明:(1)盐岩的整体疲劳寿命、稳定变形阶段(即第2阶段)疲劳寿命占比基本随加卸载速率的增大而增大。(2)减速变形阶段(即第1阶段)疲劳寿命占比、稳定变形阶段平均残余应变基本随加卸载速率增大而减小。(3)速率耦合疲劳试验中,加卸载速率越大,残余应变越小,蠕变塑性变形随加卸载速率的增大而减小,当加卸载速率由0.04 kN/s增加至5 kN/s时,蠕变塑性变形在循环中的占比由85%下降至36%,呈现出负指数的关系。(4)整个循环加卸载过程中,加载塑性变形、蠕变塑性变形均呈现U型发展趋势,与盐岩疲劳过程的三阶段相对应。该研究结果可以为进一步分析盐岩蠕变塑性与加载塑性奠定基础。
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尾矿渗透破坏及其导波监测试验研究
何文, 陈豪, 郑场松, 卢博凯, 王慢慢,
岩土力学. 2023 (2):  415-424.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1024
摘要 ( 223 )   PDF(660KB) ( 195 )  

采用自主设计的尾矿渗透破坏仪,模拟上游水位不断升高,水力梯度持续增加的情况下尾矿发生渗透破坏的全过程。总结了尾矿渗透破坏现象和演化过程,分析了尾矿中的孔隙水压力和弯曲导波参数随时间的变化规律,研究了尾矿渗透破坏过程中弯曲导波信号 值和分形维数的演化规律。根据孔隙水压力和弯曲导波特征参数的变化特征,提出尾矿渗透破坏等级的评价标准。结果表明:(1)在尾矿渗透破坏过程中,孔隙水压力随着水力梯度的增加而增加,但当水力梯度增加到一定程度时,孔隙水压力会出现突降现象。(2)尾矿渗透破坏是一个循序渐进的过程,在这一过程中的弯曲导波参数表现为基本无信号、微弱信号、强信号和剧烈信号,分别对应尾矿正常运行阶段、发展阶段、破坏前期和最终渗透破坏阶段。(3)导波的 值和分形维数在尾矿最终渗透破坏前一直处于低水平状态,在临近渗透破坏时剧烈震荡。(4)通过对弯曲导波参数分析,提出了尾矿渗透破坏程度的量化指标,将尾矿渗透破坏分为4个预警级别,并用蓝、黄、橙、红4种警报颜色对应相应级别的预警。

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改进的岩质凸块的超载储备极限平衡法
肖国峰
岩土力学. 2023 (2):  425-432.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0371
摘要 ( 194 )   PDF(413KB) ( 149 )   PDF(English)(390KB) ( 13 )  
脱离模式是块体理论提出的有限可动块体的失稳模式之一。虽然直接塌落是地下工程中最常见的失稳现象,但是目前依然缺少适用的定量分析方法,这使得地下工程的开挖和加固设计缺乏必要的理论支撑。为此,提出了一种改进的考虑渐进破坏的岩块稳定分析方法。主要改进了3处:①引入超载基数和超载方向两个参数来量化描述储备荷载;②提出了Tan和Scal两种超载基数设定方式;③超载方向设定在节理锥的边界扇面上。算例验证结果表明,改进方法完全兼容现有双面滑模式的安全系数算法,实现了脱离模式的定量稳定性分析。最后,讨论了改进方法的刚度参数取值方法及其敏感性。
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平面应变下原状黄土的剪切带研究
赵凯, 邵帅, 邵生俊, 魏军政, 张少英, 张玉
岩土力学. 2023 (2):  433-441.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0447
摘要 ( 262 )   PDF(392KB) ( 199 )  
针对黄土地区工程建设中的平面应变问题,使用改进的西安理工大学真三轴仪进行了不同侧向固结压力、不同含水率下原状黄土的平面应变剪切试验,得出了剪切破坏时剪切带倾角试验值,根据应力-应变关系曲线求出了剪切带倾角的Mohr-Coulomb、Roscoe理论解,分析了相应控制因素下原状黄土强度、剪切带破坏模式与倾角的变化。结果表明:应力-应变曲线随含水率、侧向固结压力的增大从原生软化型向次生硬化型转变;剪切带破坏模式随侧向固结压力的增大依次呈现单一剪切带、锥型剪切带和X型剪切带;随着含水率的增大,黏聚力、内摩擦角减小导致Mohr-Coulomb剪切带倾角减小,剪胀作用增强导致Roscoe剪切带倾角增大;随侧向固结压力增大,动内摩擦角增大及剪胀作用增强,导致Mohr-Coulomb、Roscoe剪切带倾角增大。
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干燥失水条件下膨胀土的细观裂隙演化特征研究
高浩东, 安然, 孔令伟, 张先伟, 雷学文,
岩土力学. 2023 (2):  442-450.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0316
摘要 ( 310 )   PDF(2410KB) ( 324 )   PDF(English)(2378KB) ( 9 )  
干燥失水现象是引起膨胀土裂隙萌生和扩展的关键性因素,裂隙的演化过程对土体结构完整性和地基的长期稳定与安全具有重要影响。为了研究膨胀土干缩裂隙的演化特点,对原状土试样开展显微CT扫描试验,结合图像分析技术获取了土体细观裂隙的二维/三维图像与特征参数,从定性和定量角度分析了干缩裂隙的演化规律。结果表明:三维重构后的数字模型还原了膨胀土在干燥过程中的体积收缩特征,与试样实测的体积有较好的一致性;从显微CT图像中可以提取细观裂隙的量化指标,如裂隙率、裂隙数量、裂隙体积与裂隙结构特征参数等;随着含水率从24.0%下降至12.0%,膨胀土的裂隙率、裂隙体积呈增大趋势,裂隙数量呈减小趋势;根据裂隙的体积和几何形态特征将其分为连通裂隙和独立裂隙,干燥过程中连通裂隙的体积占比显著提高,独立裂隙数量不断减少;球棒模型有效地模拟了膨胀土裂隙的几何形态特征,在干燥失水过程中等效孔隙半径、喉道半径、喉道长度与孔喉配位数均有增大趋势,裂隙连通性显著增强;SEM图像表明细观裂隙的连通与黏土颗粒排列形式、粒间孔隙发育程度等存在重要关联。
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铅污染对黄土宏观持水性能和微观结构演化的影响研究
文少杰, 郑文杰, 胡文乐,
岩土力学. 2023 (2):  451-460.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0239
摘要 ( 211 )   PDF(641KB) ( 199 )   PDF(English)(607KB) ( 13 )  
垃圾填埋场渗滤液中的重金属与土体发生物理化学反应,可能导致土体微观结构的改变,重金属等有毒物质得以扩散、运移,威胁人体健康和周边环境。为探究重金属污染对黄土宏观持水性及微观结构的影响,采用轴平移技术测得铅污染黄土的土-水特征曲线。通过扫描电子显微镜(SEM)、压汞(MIP)、X射线衍射(XRD)和Zeta电位试验,阐明细观结构变化特征。结果表明:铅污染黄土的进气值随铅离子浓度的增加而减小,当铅污染浓度由0 mg/kg增加至2 000 mg/kg时,进气值从19.18 kPa下降至12.12 kPa;铅污染导致持水性能降低,渗透系数随铅离子浓度的增加而增加,饱和渗透系数从7.92× 10–8 m/s增加到3.73×10–7 m/s;铅污染引起的物理化学反应及Zeta电位的降低导致絮凝结构形成,小孔隙占比减小,中孔隙占比增加;铅污染引起的微观结构演化与宏观持水性和渗透性具有良好的对应关系。该研究结果可为重金属污染场地非饱和渗流及溶质运移等问题的研究提供重要参数。
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考虑页岩层理剪切滑移的水力裂缝几何参数计算方法
杨焕强, 刘杨, 张晴晴, 熊冬,
岩土力学. 2023 (2):  461-472.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0450
摘要 ( 223 )   PDF(678KB) ( 215 )  

针对现有页岩气体积压裂层理裂缝扩展模型及其计算方法研究的不足,基于三点弯曲试验,结合数字图像法获取了页岩层理关键力学参数;利用弹性力学理论和线弹簧模型建立了页岩气体积压裂层理裂缝扩展拟三维数学模型,并得到了试验验证;开发了裂缝几何参数计算程序,计算分析了层理参数与压裂施工参数对水力裂缝扩展的影响规律。结果表明:当层理刚度小于10 GPa/m 及大于30 GPa/m 时,剪切滑移量达到极大值及极小值,且基本保持不变,当层理刚度在 10~30 GPa/m之间时,层理刚度与剪切滑移量呈线性负相关关系;当层理密度为 5~7条时,主裂缝会沟通更多的层理;当层理强度为 5~8 MPa时,水力裂缝易穿层扩展,且能使层理产生剪切滑移,从而生成复杂裂缝;当压裂液排量和压裂液黏度分别在 9~12 m3/ min和 2.5~5 mPa·s 范围内时,水力裂缝易穿层扩展,最终形成十字型裂缝,有助于复杂裂缝的形成。该研究对认识页岩层理力学性能及其对层理裂缝扩展规律的影响有一定的指导意义。

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卸荷-增孔压条件下花岗岩残积土的力学特性
舒荣军, 孔令伟, 周振华, 简涛, 李甜果,
岩土力学. 2023 (2):  473-482.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0616
摘要 ( 361 )   PDF(711KB) ( 188 )  
建(构)筑物因土中孔隙水压力升高而失稳破坏的情形屡见不鲜,常剪应力增孔压试验是相关研究的常用手段,但迄今鲜见考虑施工期开挖卸荷影响的试验研究。为探究初始卸荷对花岗岩残积土增孔压过程力学行为的影响,在常规增孔压试验中增加了初始卸荷阶段,开展了一系列考虑初始卸荷程度和卸荷滞时影响的卸荷-增孔压试验,分析土体变形、屈服和强度特性的初始卸荷效应与卸荷滞时效应,并与常规增孔压试验结果对比以揭示初始应力路径的影响。试验结果表明:增孔压过程的变形发展具有明显的阶段性,土体屈服后因其剪胀潜势和变形迅速而产生负超静孔压增量,有效平均应力转而增大;初始卸荷对增孔压过程土体力学性能具有明显的劣化作用,表现为刚度与屈服强度均随初始卸荷程度的增大而衰减;与被动压缩这种“加荷”式应力路径相比,初始卸荷的不利影响更为显著;土体力学性能的劣化随卸荷滞时的增长而加剧;屈服摩擦角随初始卸荷程度的增大逐渐减小,但始终大于临界状态摩擦角。
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砂岩单轴压缩试验P波速度层析成像及声发射特性研究
张光, 吴顺川, 张诗淮, 郭沛,
岩土力学. 2023 (2):  483-496.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1106
摘要 ( 285 )   PDF(772KB) ( 319 )   PDF(English)(731KB) ( 16 )  

深部矿井开采极易诱发矿柱型岩爆,矿柱型岩爆严重威胁着矿山的安全高效开采,为探究矿柱型岩爆破坏机制和前兆信息,选用自贡红砂岩进行单轴压缩试验,并采用主动超声和被动声发射对破裂过程进行监测,联合主动超声与被动声发射监测数据对波速进行层析成像反演,分析试样破裂过程中波速演化规律。研究结果表明:砂岩试样在加载过程中速度模型呈现高度非均质性,在加载过程中会出现低速区,且声发射事件集中出现在低速区内部;P 波速度离散度可反映全局波速变化特征,在峰值附近变化剧烈,随荷载增加 P 波速度离散度持续增大;声发射事件在峰前、峰后定位结果相差较大,峰前阶段声发射事件随机分布,峰后阶段声发射事件定位结果集中。此外,研究发现选用均质速度模型进行声发射事件定位会增大定位误差,试样最终失稳前 值的降低表明试样大尺度裂纹活动加剧,导致岩石非均质性增大,也间接证明了采用非均质速度模型进行声发射震源定位的必要性。该研究结果可用于现场矿柱稳定性监测,定期反演获得矿柱波速变化为矿柱型岩爆提供先兆预警信息。

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重金属作用下改性水泥系隔离墙化学相容性研究
刘宜昭, 陆阳, 刘松玉,
岩土力学. 2023 (2):  497-506.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0309
摘要 ( 211 )   PDF(252KB) ( 182 )  
水泥系隔离墙被广泛应用于工业污染场地修复工程,但其防渗性能有待改善,且在高浓度、毒理性重金属污染作用下的化学相容性有待研究。通过室内试验研究了不同粒化高炉矿渣(GGBS)掺量、膨润土掺量和固化剂总掺量对水泥系隔离墙的强度和渗透特性的影响;综合考虑成墙效果和成本,选出固化剂掺量为20%(水泥、粒化高炉矿渣和膨润土掺量分别为8%、8%和4%)作为改性水泥系竖向隔离墙的最优配比。通过柔性壁渗透试验研究了重金属锌、铅污染作用下改性水泥系隔离墙试样的化学相容性。结果表明,重金属溶液作用下试样防渗性能的下降由重金属种类、重金属浓度以及试样孔隙液pH值三者共同决定。重金属种类对防渗性能的不利影响为:硝酸锌-硝酸铅>硝酸锌>硝酸铅。锌、铅溶液作用下试样的渗透系数为自来水作用下渗透系数的1.49~10.10倍,且重金属溶液的浓度越高渗透系数越大。在满足防渗要求前提下,该配比墙体材料能阻挡50 mmol/L的硝酸锌污染液、100 mmol/L的硝酸铅污染液和10 mmol/L硝酸锌-硝酸铅污染液。
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估算异性岩石不连续面峰值剪切强度的经验公式
张志飞, 黄曼, 唐志成,
岩土力学. 2023 (2):  507-519.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0410
摘要 ( 233 )   PDF(485KB) ( 165 )  
长江三峡库区广泛发育着两侧岩性不同的不连续面(称为异性不连续面),研究其峰值剪切强度可为相关岩体的稳定性分析和评价提供理论依据。采用高强石膏浇注3组不同形貌且上、下壁面强度不同的不连续面试件,并在不同常法向应力下进行剪切试验。引入不连续面壁组合系数 λ 来综合量化不连续面壁的抗压强度和基本摩擦角对异性不连续面峰值剪切强度的影响,λ 越小,上、下不连续面壁强度差异越大。异性不连续面的峰值剪切强度随λ 的增加呈非线性增加,且在高法向应力下更为显著。在Barton公式的基础上,通过多元回归分析建立了估算异性不连续面峰值剪切强度的经验公式。采用天然和人工锯齿形异性不连续面的直剪试验结果对新公式做了进一步验证,试验剪切强度与新公式预测值吻合较好。简要分析了新公式在软硬互层岩质边坡稳定性评价中的应用。最后,讨论了Wu公式的适用性以及新公式的优点和不足。
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多支盘锚杆的原型试验与荷载传递特征分析
黄炜, 简文彬, 杨坚, 豆红强, 罗金妹,
岩土力学. 2023 (2):  520-530.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0198
摘要 ( 248 )   PDF(524KB) ( 155 )  
多支盘锚杆是新近研发的新型锚固结构,与普通锚杆相比具有优良的工程特性。在多支盘锚杆室内模型试验研究的基础上,通过极限平衡理论推导出多支盘锚杆极限承载力理论计算公式,计算模型结果与室内实测数据基本一致,验证了计算公式的有效性。为了进一步掌握多支盘锚杆的荷载传递特性,开展了现场边坡锚固原型试验,利用现场多支盘锚杆拉拔测试所得数据研究了多支盘锚杆的支盘直径、支盘间距和支盘个数对多支盘锚杆极限承载力和变形控制能力的影响。试验结果表明:在粉质黏土中,当支盘间距大于等于4倍支盘直径时,可认为各支盘能独立工作,充分发挥多支盘锚杆的承载力;在相同条件下,与普通锚杆相比,随着多支盘锚杆的支盘直径从300 mm增大到500 mm以及支盘个数从1个增加到3个,多支盘锚杆的抗拔承载力提高非常明显,其变形控制能力也大幅度增强;多支盘锚杆的轴力传递曲线在支盘位置发生突变,呈陡降型,充分体现支盘在抗拔方面的贡献作用。该研究成果为多支盘锚杆的工程应用奠定了良好的理论基础。
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物质组成特征对碎石土斜坡变形破坏影响研究
周翔, 蔡静森, 马伟成, 肖皓文,
岩土力学. 2023 (2):  531-540.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0362
摘要 ( 297 )   PDF(290KB) ( 153 )  
为研究物质组成空间分布特征对降雨下碎石土斜坡变形破坏的影响,以不同成因碎石土斜坡的特点为依照,进行了4种物质组成空间分布的碎石土斜坡模型及1种均质斜坡模型试验。结果表明,物质组成空间分布特征对降雨下碎石土斜坡变形破坏所发挥的作用与降雨入渗方向和应力调整方向有重要关系。当土料变化方向与入渗方向大角度相交且与应力调整方向相同时,斜坡渗透性为土料各自的渗透性,斜坡力学性质偏向于组成土料力学性质的最大值。当土料变化方向与入渗方向相同且与应力调整方向大角度相交时,斜坡渗透性接近组成土料渗透性的最小值,斜坡变形破坏受控于其中的软弱土料。降雨下斜坡各处均发生变形,且变形向周围调整并产生影响。破裂面更易发于软弱土料中。该研究有助于斜坡灾害勘察、预测评价及防治向精细化方向发展。
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不同边界条件下剪切速率对类岩石节理剪切力学特性的影响
田世轩, 郭保华, 孙杰豪, 程坦,
岩土力学. 2023 (2):  541-551.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0102
摘要 ( 273 )   PDF(1344KB) ( 208 )  
为研究不同边界条件下剪切速率对岩石节理剪切力学特性的影响,采用RDS-200型岩石节理剪切试验系统对人工浇筑的具有相同节理形貌的不规则水泥节理试样进行了常法向应力和常法向刚度2种边界条件下5种剪切速率的直剪试验。结果表明:(1)常法向应力边界条件下,随剪切速率增大,相同法向应力下的类岩石节理峰前剪切刚度减速增大,峰值剪切强度和残余剪切强度呈对数降低;随剪切速率增大,类岩石节理黏聚力减速增大,内摩擦角呈对数降低。(2)常法向刚度边界条件下,随剪切速率增大,相同法向应力的类岩石节理峰前剪切刚度减速增大,峰值剪切强度呈对数降低,较高法向应力下的残余剪切强度先增大后减小;随剪切速率增大,类岩石节理黏聚力呈对数降低,内摩擦角减速增大。(3)与常法向应力边界条件相比,常法向刚度条件下,节理黏聚力平均增加了115.85%,内摩擦角平均降低了8.44%;相同初始法向应力和剪切速率下,峰前剪切刚度、峰值剪切强度和残余剪切强度分别平均增加了11.96%、19.47%和32.32%,峰值法向位移平均降低了40.12%。该研究结论可为不同剪切速率下地表和地下工程岩体节理的剪切失稳评价提供一定参考。
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岩土工程研究
基于C-V-T模型的盾构穿越既有桥梁施工风险评估
阮永芬, 张虔, 乔文件, 裴利华, 闫明, 郭宇航,
岩土力学. 2023 (2):  552-562.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0437
摘要 ( 273 )   PDF(439KB) ( 147 )  
由于城市轨道交通建设逐年增多,新建隧道与既有桥梁间冲突愈发明显。针对盾构隧道穿越既有桥梁施工风险问题,基于系统思想引入C-V-T模型将待评工程风险划为后果严重性(C)、既有桥梁系统脆弱性(V)与新建隧道系统威胁性(T),构建致灾-承灾-灾后三系统风险评估流程。引入双因素突变理论并建立三级指标体系,得出既有桥梁突变级数,以定量表达脆弱性。采用交互矩阵衡量新建隧道指标间交叉影响,给出指标-系统权法,并利用多维云及正向发生器优化算法,客观表达多定量指标与定性概念间复杂映射关系及转换态势,以提升T值准确性。明确了后果严重性分级标准,给出三系统风险评估结果耦合方法,由此构建盾构穿越既有桥梁施工风险综合评估模型。将该模型应用于昆明地铁5号线穿越怡心桥工程风险评估中,评估结果与工程实际情况吻合,施工监测数据验证了评估模型的合理性、规范性与适用性。该研究成果有效保证了施工期间桥梁安全与正常使用,可为近似工程提供借鉴与参考。
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崩落法开采引起的岩层移动时效性研究
刘轩廷, 陈从新, 夏开宗, 郑先伟, 王田龙, 袁家好,
岩土力学. 2023 (2):  563-576.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1348
摘要 ( 203 )   PDF(1232KB) ( 191 )  
崩落法开采的金属矿山往往会伴随着一系列的地质灾害现象。为保证矿区安全生产,开展崩落法开采引起的岩层移动的时效性研究具有重要意义。以程潮铁矿西区下盘为研究对象,通过将地表10多年GPS监测数据的整理分析,并与现场破坏调查结果和工程地质条件相结合,进而探究不同分区下岩层移动的时效行为。研究结果表明:岩层移动的时效行为与其破坏过程有着密切的关系,不同分区下的岩层移动的时效行为是不同的,可分为初始变形、渐进变形、加速变形和残余变形共4个阶段,分别对应着稳定状态、临界状态、失稳状态以及采矿结束后的蠕变状态;初始变形阶段对应着岩体的初始蠕变过程,渐进变形阶段反映了岩体抵抗自身变形的过程,加速变形阶段与深部破坏面的形成和强烈的应力释放有关;崩落碎石在采矿作业停止后失去了流动空间,在岩体变形挤压下会对围岩提供支撑力进而限制了岩层移动的进一步发展;残余变形时间由岩体的蠕变特性和崩落碎石的压密过程所控制,倾倒滑移区因需要经历一个额外的碎石压密过程而导致残余变形时间更长。
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基于控制区间牵引算法的地下施工变形预测
马恩临, 赖金星, 王立新, 汪珂, 雷升祥, 李储军, 邱军领
岩土力学. 2023 (2):  577-594.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0365
摘要 ( 255 )   PDF(504KB) ( 201 )  
变形是地下结构施工安全状态的重要评价指标。针对数据驱动变形预测方法中地下施工动态影响因素难以量化这一问题,提出了基于控制区间牵引算法的地下施工变形预测模型。以双向长短时记忆网络(Bi-LSTM)对变形监测时间序列进行预测,以数值模拟在关键施工阶段处的结果为牵引点。根据实测值随阶段更新牵引点,并基于注意力机制双向长短时记忆网络(Bi-LSTM-AM)以牵引点修正数据驱动模型在控制区间的预测结果,实现更准确、更智能的地下施工变形预测。设置牵引相对权重,使模型可自适应判断当前合理牵引程度,准确融合了Bi-LSTM与数值模拟的结果。通过相关历史案例与数据,验证了牵引预测模型的有效性。依托西安市西咸新区丰镐三路地下通道上跨地铁1号线自动化监测实例,采用牵引算法预测了地下结构变形。结果表明:在关键施工阶段处,牵引作用改善了数据驱动预测方法存在的滞后问题,各阶段误差平均降低了24.34%;不断优化的牵引点逐渐趋近真值,降低了数值模拟出现偏差时造成的影响。该方法可为地下施工变形预测问题提供新途径。
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基于致溃程度的堤防管涌分类方法及应用
吴庆华, 汪啸, 张家发, 张伟
岩土力学. 2023 (2):  595-602.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0352
摘要 ( 296 )   PDF(220KB) ( 241 )  
管涌险情是我国堤防工程的主要险情之一,是防汛抢险一线重点关注的对象,一旦致灾,损失重大。在防汛抢险实践中发现,不同管涌险情对堤防工程的危害程度不同,但难以采取不同的措施进行处置,导致对管涌险情的抢险存在夸大或轻视的现象,其主要原因是对管涌险情的危害程度认识不足。为此,从管涌险情对堤防工程的危害程度角度出发,从管涌险情特征、作用水头差和堤防工程自身条件等方面识别了8个影响堤防险情致溃性的因子,并采用层次分析法建立了管涌险情的致溃程度评价方法。结果表明,管涌距堤脚的距离对堤防工程的危害影响最大,其次为堤外水头和管涌规模,其权重分别为0.375 5、0.202 1和0.172 3。以长江流域33个典型管涌险情案例进行管涌分类评价,分析了湖北省嘉鱼县簰洲湾和湖北省武汉市青山倒口湖管涌险情处置情况,验证了该方法的科学性和实用性。该研究成果可为管涌险情分级抢险提供技术支撑,为制定堤防险情抢险方案提供借鉴。
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数值分析
RB模式下砂土非极限主动土压力的 离散元模拟与理论研究
孙佳政, 傅翼, 仇雅诗, 徐长节, 张恒志, 冯国辉,
岩土力学. 2023 (2):  603-614.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0406
摘要 ( 227 )   PDF(547KB) ( 231 )  
针对刚性挡土墙绕墙底向外位移(RB)模式下砂土非极限主动土压力分布问题,采用离散元数值模拟对砂土的主动破坏过程进行分析。研究结果表明,非极限主动状态下,不同深度处土体内摩擦角变成极限值时,该点所需的水平位移近似相同,约为0.03%H,墙-土摩擦角至极限值时该点所需的水平位移Sδ 近似与深度z呈线性关系,即Sδ =0.12%z;挡墙位移过程中,墙后土体中存在多个相互平行的“准滑动面。根据模拟结果,在Liu提出的摩擦角调动值计算公式基础上进行了修正,并利用斜微分单元法,取墙后土楔体中平行于滑动面的薄层作为斜微分单元,建立了非极限主动状态下单元体静力平衡方程,得到了 RB 模式下挡墙不同位移量时非极限主动土压力计算公式。将计算结果与模拟结果和模型试验实测数据进行对比,验证了理论公式的合理性。
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