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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8期 刊出日期:2023-08-21
基础理论与实验研究
南宁膨胀土持水性能的温度效应及微观机制
曾召田, 崔哲旗, 孙德安, 姚志, 潘斌,
岩土力学. 2023 (8):  2177-2185.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1385
摘要 ( 265 )   PDF(741KB) ( 274 )   PDF(English)(302KB) ( 8 )  

采用蒸汽平衡法测定了4种温度(T=5、25、40、60 ℃)条件下Whatman No.42滤纸的率定曲线,建立了考虑温度影响的双线性率定曲线方程,发现滤纸的持水性能随温度升高而降低,且温度对率定曲线高吸力段滤纸持水性能的影响要弱于低吸力段。在此基础上,以南宁膨胀土为研究对象,使用滤纸法测定了不同温度作用下膨胀土试样的土-水特征曲线。试验结果表明,随着温度的升高,膨胀土持水性能下降,但温度的影响幅度会随着吸力的增大而减弱,当基质吸力达到40 MPa时,不同温度下试样的体积含水率并没有明显变化,即此时温度对膨胀土的持水性能变化几乎无影响。为解释上述宏观现象,选取部分试样进行了压汞试验和吸附结合水试验,并根据试验结果从土体中各相及各相界面相互耦合作用的物理机制角度阐述了南宁膨胀土持水性能的温度效应及微观机制。

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骨架孔隙比对粗粒土强度变形特性的影响研究
潘家军, 孙向军, 左永振, 王俊鹏, 卢一为, 韩冰
岩土力学. 2023 (8):  2186-2194.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1408
摘要 ( 169 )   PDF(517KB) ( 176 )   PDF(English)(312KB) ( 11 )  
粗粒土强度变形特性与初始级配和制样干密度密切相关。为研究不同级配和密度组合的粗粒料强度变形特性,提出了一种计算简便、易于推广的粗粒土骨架孔隙比计算方法。开展的室内试验结果表明,该计算方法所得的骨架孔隙比与粗粒土力学特性之间存在较为明显的单调性变化规律。当试样尺寸一致时,随着骨架孔隙比减小,破坏剪应力增大,破坏摩擦角增大,黏聚力减小;平均初始切线弹性模量增大,平均初始切线泊松比减小。整体而言,骨架孔隙比越小,粗粒土强度、刚度越大。基于该结论,笔者提出了一种等骨架孔隙比粗粒土缩尺方法。
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波浪荷载作用下饱和钙质砂孔压特性及累积损失能量试验研究
沈扬, 马英豪, 芮笑曦
岩土力学. 2023 (8):  2195-2204.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1359
摘要 ( 131 )   PDF(2047KB) ( 151 )  
钙质砂是一种海洋生物成因土,为我国南海岛礁吹填的主要材料。研究其动力特性对开发南海资源意义重大。实际工程中,钙质砂主要受到幅值和主应力方向均变化的波浪荷载作用,其作用效果与一般定轴剪切试验有较大不同。因此,利用空心圆柱扭剪仪模拟波浪荷载,开展一系列饱和钙质砂的不排水试验,重点研究循环应力比CSR和相对密实度Dr对钙质砂孔压特性的影响,并与石英砂对比分析,发现颗粒形态差异导致了两类砂土不同的孔压发展模式。同时,引入能量法,初步探究钙质砂累积损失能量变化规律。在此基础上,建立了考虑不同相对密实度的钙质砂孔压-累积损失能量模式。
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盐穴能源储库氮气阻溶造腔气垫控制理论研究
刘伟, 李德鹏, 高丽, 万继方, 李林, 唐海军, 徐贵春, 姜德义,
岩土力学. 2023 (8):  2205-2220.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0120
摘要 ( 132 )   PDF(8614KB) ( 175 )  
盐穴具有良好的稳定性和密闭性,是储存天然气、石油、氢气等的理想场所。传统水溶造腔采用的油垫阻溶存在阻溶效果差、卤水油污重等问题,无法满足绿色矿山建设要求。气垫作为一种替代品备受关注,但因其起步较晚、控制难度大,加之我国复杂的盐层地质条件,阻碍着其推广应用。为此,首先分析了不同造腔阶段气垫控制特点,然后在对气-液界面处压力平衡分析的基础上提出了不同阶段气垫厚度预测及注气量计算方法,结合某井建槽期实例给出了建议气垫厚度及其波动范围,探明了气垫厚度和注气量随造腔推进的变化规律,最后探讨了气垫阻溶应用相关的关键问题。研究结果表明:建槽期及收顶期以气垫厚度控制为主,建腔期及腔体修复阶段则以气-液界面位置控制为主。建议建槽期平均气垫厚度不低于0.3 m,建槽期初期气垫厚度波动迅速,应设置较大的气垫厚度并及时补注氮气,随后气垫厚度波动趋于稳定,补气时间间隔可逐渐拉长。随造腔时间增加,单次补气量越来越大,累计补气量整体呈线性增长。造腔过程中井口气压及气-液界面处气垫压力先增加后线性减小,应实时监测井口气压变化。气垫阻溶与油垫阻溶成本相近但环境效益显著,可重复利用排出氮气及井口注气设施以节约成本。现场应加强气-液界面位置监测,可采取光纤监测和中子测井相结合的方式实时准确监测界面位置信息。
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微纳米Ca(OH)2加固遗址土室内试验研究
郭青林, 李平, 张博, 裴强强, 王彦武, 水碧纹, 孙满利,
岩土力学. 2023 (8):  2221-2228.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1417
摘要 ( 138 )   PDF(11610KB) ( 147 )  
无机材料以兼容性强、耐久性好等特点被广泛应用于土遗址加固,特别疏松结构土遗址加固一直是学界关注的焦点,微纳米Ca(OH)2具有分子结构小、加固效果显著和耐久性好等特点。以世界文化遗产锁阳城为代表,制备密度为1.5 g/cm3的疏松土样,采用浓度为5%、7.5%和10%微纳米Ca(OH)2的悬浊液滴渗加固,通过透气性、色差、无侧限抗压强度和抗剪强度测试发现,透气性下降值均在2%以内,5%和7.5%微纳米Ca(OH)2加固后色差ΔEab*均小于4,在一定范围内可接受;其中用浓度为7.5%微纳米Ca(OH)2加固3次后抗压强度和抗剪强度均有提高,无侧限抗压强度增长率为9.8%,土的黏聚力增加了34%,内摩擦角提高了9°;土-水特征曲线表明,微纳米Ca(OH)2对土的体积收缩率具有较好的抑制作用。扫描电镜、X射线衍射和热重分析发现,微纳米Ca(OH)2渗透加固后,在碱性环境下发生了的物理化学反应,在物理层面主要通过填充、包裹和镶嵌等使得疏松体更加密实,化学层面主要通过氢氧化钙的碳酸化反应形成新的钙质胶结物,这是其强度提高的主要原因。研究表明,微纳米Ca(OH)2在土遗址防风化加固方面具有潜在应用价值。
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非饱和黄土高吸力下的水力力学特性及微观结构分析
张俊然, 宋陈雨, 姜彤, 王俪锦, 赵金玓, 熊潭清
岩土力学. 2023 (8):  2229-2237.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1298
摘要 ( 186 )   PDF(5511KB) ( 139 )  
联合压力板仪和蒸汽平衡法在全吸力范围内对原状与重塑黄土进行持水特性试验,使用非饱和三轴仪对高吸力下的原状与重塑黄土进行剪切试验,同时采用扫描电镜仪(scanning electron microscope,SEM)和压汞仪(mercury injection apparatus,MIP)进行微观试验,探讨了非饱和黄土结构性差异对其水力力学特性的影响。试验结果表明:随着吸力的增大,原状和重塑土的饱和度、含水率均减小,孔隙比稍有减小。由于原状及重塑黄土的初始孔隙比基本一致,因此两者压汞试验总进汞量接近。由扫描电镜和压汞试验得到的原状及重塑黄土的孔隙结构形态及优势孔径范围不一样,结构性有所差异,导致土-水特征曲线在不同吸力范围内呈现不一样的规律。原状和重塑土的应力-应变关系多呈软化现象,吸力为3.29 MPa的重塑土呈硬化现象。且随着吸力的增大,原状和重塑土的黏聚力和峰值强度均明显增加,体变由剪缩趋向剪胀现象。由于原状土具备一定结构性,胶结作用较强,其黏聚力的增幅会大于重塑土,峰值强度也高于重塑土,而两者的内摩擦角基本一致。
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基于耗散能量的饱和黄土动孔压模型
简涛, 孔令伟, 柏巍, 舒荣军,
岩土力学. 2023 (8):  2238-2248.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1306
摘要 ( 105 )   PDF(521KB) ( 159 )  
通过一系列不排水动三轴试验探究了饱和黄土振动液化过程中孔隙水压力和累积耗散能量的演化模式,并讨论了围压、动应力幅值和固结应力比对其演化过程的影响。结果表明:饱和黄土的孔隙水压力和耗散能量随着循环荷载作用逐渐累积。固结围压抑制孔隙水压力增长而消耗更多能量;更大的动应力幅值使得孔隙水压力增长更快而消耗能量更少;等压固结下,孔隙水压力增长至围压从而触发初始液化,而偏压固结下,通常先达到振动液化应变标准而孔隙水压力并没有增长至围压水平,并且固结应力比越大,液化时孔隙水压力越小,消耗能量也更少。归一化孔隙水压力 u/σ0 与累积耗散能量W/Wf之间关系受围压、循环应力比和固结应力比影响较小,可统一用双曲线模型表示。
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基于单轴压缩试验的不同风化程度花岗岩分形特征分析
王洪建, 崔炎宗, 袁广祥, 赵菲, 张翼宇, 黄志全
岩土力学. 2023 (8):  2249-2265.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1807
摘要 ( 316 )   PDF(5343KB) ( 239 )  
风化花岗岩物理力学性质的弱化给工程稳定性带来很大影响,因此,研究不同风化程度花岗岩的破坏特性具有重要意义。利用河南五岳抽水蓄能电站库区采集的风化花岗岩,结合现场岩芯特征的定性描述及波速比定量评价指标,划分出了微、弱、强3种不同风化程度的花岗岩;对单轴压缩破坏后产生的碎屑进行质量和尺度的特征分析,在此基础上建立了碎屑分形维数值与波速比之间的对应关系,并利用MATLAB对花岗岩破坏后主破裂表面裂缝进行分形维数计算。结果表明:风化试样产生的碎屑以粗粒组为主,且随风化程度增强,粗粒组碎屑质量占比逐渐增大;强风化岩石碎屑长厚比分布范围小,块状碎屑占比低,破坏动力学特性不明显,其形状更单一,主要以板状为主;随着风化程度的降低,块状碎屑含量增多,岩石动力学破坏特征增强,碎屑分形维数随着表征风化程度波速比的增大而呈增大趋势;相较于碎屑质量、宽度和厚度,碎屑数量和长度是影响碎屑分形维数的主控因素,是反映不同风化程度花岗岩破碎分形特征的主要参量;强风化类组花岗岩表面裂缝分形随波速比变化不明显,而弱风化、微风化花岗岩的裂缝分形维数随波速比增大而呈显著增大趋势,说明其自相似程度更高,形状更复杂,而在裂缝形成过程中所需要的能量也更多。
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节理粗糙度对岩块体积的影响规律研究
刘铁新, 李嘉琪, 邓建辉, 张正虎, 郑俊
岩土力学. 2023 (8):  2266-2275.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1535
摘要 ( 148 )   PDF(12683KB) ( 135 )   PDF(English)(633KB) ( 3 )  
岩体结构直接控制着岩体力学、水力学特性,岩块体积分布规律可直接反映岩体结构特征。目前研究多将节理面简化为平面,忽略了粗糙度对岩块体积的影响。利用Hurst指数H和高度均方根Rq表征节理粗糙度,研究了节理粗糙度对岩块数量和体积分布规律的影响。结果表明:(1)H、Rq控制节理的粗糙起伏形态,粗糙度随着Rq的增大而增大、随着H的增大而减小;(2)块体的数量总体上与节理粗糙度正相关,即随着粗糙度的增大而增加;(3)Rq和H对岩块体积分布的影响,主要通过改变小体积块体所占比例实现,块体的平均体积和中位体积随着粗糙度的增大而减小;(4)当节理正交且间距相近时,块体数量随粗糙度的变化可以分为3个阶段,即稳定阶段、初始增长阶段和快速增长阶段,Rq和H共同控制着各区间的相对分布范围。最后,基于摄影测量采集的数据建立了岩体节理模型,对大连某公路边坡的岩块体积分布进行了研究,验证了上述结论的准确性。
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岩石中平面装药爆炸作用下不同高跨比结构抗爆性能试验研究
姬楠, 吴祥云, 任辉启, 翟超辰, 张跃飞, 赵荣国, 聂晓东,
岩土力学. 2023 (8):  2276-2286.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1414
摘要 ( 171 )   PDF(13274KB) ( 86 )  
通过平面装药加载试验,研究了平面装药爆炸荷载作用下不同高跨比结构的抗爆性能。结合历次强爆炸结构效应试验,分析了强爆炸作用下硬岩中支护结构不同破坏等级对应的破坏特征。详细描述了不同高跨比结构的宏观破坏形态,揭示了结构的破坏机制。试验表明:3种不同高跨比结构在荷载环境相同情况下,结构的破坏特征和破坏等级不同,高跨比为1.17的结构试验段,拱部产生挤压、压剪破坏,坑道内呈现中等堵塞,属于严重破坏;高跨比为1.50的结构试验段,拱脚产生贯穿压剪破坏带,直墙受拉伸剥离破坏,坑道内呈现中等剥离,剥落混凝土在底板形成大量堆积,属于中等破坏;高跨比为1.00的结构试验段,主要受劈裂剥离破坏,坑道内呈现轻微剥离,剥落混凝土在底板形成局部堆积,属于中等破坏。综合分析可知,高跨比为1.00的结构型式整体抗爆性能最佳。
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基于修正阻尼的土体非线性模型及其在Abaqus中的实现
王永光, 梁建文, 巴振宁,
岩土力学. 2023 (8):  2287-2296.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1413
摘要 ( 188 )   PDF(20251KB) ( 255 )  
地震等随机循环荷载作用时,常需定义较为复杂的加卸载准则(如扩展Masing准则)来描述土体应力-应变滞回曲线,导致求解过程中需预留大量的状态变量,不便于编程实现;同时,现有Masing模型及其改进模型大多仅对动剪切模量曲线进行拟合,还鲜有考虑对阻尼比曲线的拟合。针对以上两个问题,构建了基于修正阻尼的不规则加卸载准则。该准则克服了上大圈准则需要记忆所有转向点的问题,只需要记忆当前转向点和历史最值,记忆量大大减小;同时该准则能同时考虑动剪切模量和阻尼比曲线,达到了修正阻尼比的目的。基于Matasovic骨架曲线,结合提出的加卸载准则,提出了土体非线性模型并将其开发于Abaqus软件中,通过求解Mississippi湾场地地震反应,并与Deepsoil软件和Davidenkov-Chen-Zhao(DCZ)模型计算得到的场地地震反应结果进行对比分析,验证了所提不规则加卸载准则的正确性。同时,对日本KiK-net强震台网的KSRH10场地进行了地震反应分析,并与加速度时程记录及其谱加速度进行比较,验证了所提模型的适用性。
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冲击碾压加固松散堰塞坝料的细观机制研究
李文炜, 占鑫杰, 王保田, 朱群峰, 许小龙, 左晋宇, 王家辉,
岩土力学. 2023 (8):  2297-2307.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1373
摘要 ( 137 )   PDF(14715KB) ( 98 )  
为系统研究冲击碾压过程中松散堰塞坝料的细观密实机制,基于自行设计的可视化冲击碾压模型装置及粒子图像测速技术,研究了不同冲击碾压参数对堰塞坝料地基的表面变形、内部变形及颗粒位移规律的影响。试验结果表明,冲击碾压加固过程是冲击和碾压两者共同作用,由于水平冲击作用,冲击点下方地基的变形具有非对称性。“高速轻轮”的施工参数会强化冲击效果,弱化碾压效果,造成地基表面平整性差。堰塞坝料冲击轮加固过程中的最大位移发生在三边形冲击轮圆弧面较平滑处与土体接触时,随后由于模型冲击轮重心上升,地基出现部分弹性回弹。提高冲击轮的牵引速度能够促进冲击能量向深层传递,但水平影响宽度有限;提高冲击轮的质量则能促进能量向两侧水平方向传递,但影响深度有限。对于模型试验的易贡堰塞坝料地基,冲击碾压最佳牵引速度约为0.75 m/s。结果可为堰塞坝料地基的冲击碾压浅层加固提供理论依据。
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无砟轨道聚氨酯碎石防水联结层单元模型试验研究
谢康, 苏谦, 陈晓斌, 刘宝, 王武斌, 王迅, 邓志兴,
岩土力学. 2023 (8):  2308-2317.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1387
摘要 ( 90 )   PDF(11309KB) ( 79 )  
基于无砟轨道基床表层水力损伤病害产生机制,提出一种在基床表层上设置聚氨酯碎石防水联结层的水力损伤控制措施。通过建立级配碎石组(J-0)、透水型聚氨酯碎石组(J-5)及致密型聚氨酯碎石组(J-10)3组试验模型,研究聚氨酯碎石防水联结层的静动力特性、疲劳特性与防水特性。结果表明:静力加卸载作用下,J-10残余应变为2.6×10–6,最大位移约为1.0 mm,与下部基床表层级配碎石层变形适应性良好,耗能效果明显,在列车动力荷载水平作用下,可减小基床表层动变形与动应力幅值,增大动应力扩散范围;在长期动力循环荷载作用下,J-0与J-5在注水后结构层动力响应显著增大,而J-10动力响应在加载次数1~2万次后基本保持稳定;试验过程中J-10能够有效防止水分进入基床表层级配碎石层,而J-0与J-5水分不断下渗,引起级配碎石细颗粒损失。研究成果对整治多雨地区无砟轨道基床表层水力损伤病害具有重要的应用价值。
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基于静力推覆试验的山岭隧道衬砌-地层相互作用机制研究
卢钦武, 关振长, 林林, 吴淑婧, 宋德杰
岩土力学. 2023 (8):  2318-2326.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1300
摘要 ( 99 )   PDF(1576KB) ( 142 )   PDF(English)(481KB) ( 8 )  
随着我国交通强国建设向西部丘陵重山地区推进,地震作用下山岭隧道衬砌与地层的相互作用机制愈发受到关注。以常规二车道公路隧道(V级围岩段)为原型,开展山岭隧道静力推覆模型试验,重点分析地层位移、地层应变、围岩压力随推覆距离的变化规律,探讨了衬砌-地层相互作用机制。试验结果表明:衬砌-地层相互作用可分为挤密、倾覆、裹挟3个阶段。倾覆阶段地层以起拱线为支点环向绕流,裹挟阶段地层带动衬砌发生整体位移。起拱附近线地层以径向挤压为主,形成挤压变形区,拱肩附近地层则以环向挤压为主,形成滑移变形区。左右两侧围岩压力的响应规律恰好相反,即右侧挤压区的围岩压力较左侧大,而右侧滑移区的围岩压力较左侧小。研究成果可为基于反应位移法的山岭隧道抗震计算提供试验依据与技术支撑。
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珊瑚砂振冲密实加固响应室内模型试验研究
赵津桥, 丁选明, 刘汉龙, 欧强, 蒋春勇,
岩土力学. 2023 (8):  2327-2336.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1354
摘要 ( 153 )   PDF(48139KB) ( 205 )  
随着海洋岛礁工程的大力推进,吹填珊瑚砂地基的密实加固问题开始备受关注。利用自主研发的室内振冲器开展了珊瑚砂饱和砂土地基的室内振冲模型试验研究,深入分析了振冲过程中动孔隙水压力、水平动土压力等动参量的响应规律,探讨了振冲后沉降变形、相对密实度的变化特征。结果表明:松散珊瑚砂地基的密实度在经过两次双点振冲反复加固后均提升至中密。其中相对密实度在振冲点位处的提升效果较其余位置更为明显,并且中层或深层区域的加固效果优于表层区域。在超孔隙水压力方面,其最大值出现在振冲珊瑚砂地基过程中的贯入阶段,并且在留振开始时出现衰减现象。珊瑚砂地基在振冲器上拔过程中超孔隙水压力发生断崖式下跌。在第2次贯入时,超孔隙水压力比的峰值较首次出现显著下降。超孔隙水压力比等值线云图表明,振冲过程中的超孔隙水压力比等值线呈现平行分布。珊瑚砂浅层水平土压力随振冲器的贯入与拔出均呈现增加态势,深层水平土压力则呈现减少态势。
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微生物-膨润土联合矿化防渗模型试验研究
张宇, 何想, 路桦铭, 马国梁, 刘汉龙, 肖杨,
岩土力学. 2023 (8):  2337-2349.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1325
摘要 ( 126 )   PDF(40606KB) ( 236 )   PDF(English)(40571KB) ( 6 )  
砂土地基发生渗漏时容易引发地基塌陷和工程结构破坏等工程安全问题。利用微生物-膨润土联合矿化的方法开展了大尺寸砂柱的防渗模型试验,研究了砂土的颗粒粒径、浆液的液固比与注浆次数等因素对砂柱的渗透特性、内部侵蚀特性及膨润土与碳酸钙沉淀分布的影响,分析了处理后试样的封堵稳定性和微观结构,进一步评估了微生物-膨润土联合矿化方法的处理效果。结果表明,通过微生物-膨润土联合矿化方法可以有效地提高砂土的防渗效果与封堵稳定性。经过1~3次注浆后,试样的渗透系数最大可以降低4个数量级,并且渗透过程中的侵蚀速率也得到了成倍的降低,最低达到了0.51 g/(s·m2)。针对膨润土与碳酸钙沉淀在砂土封堵中起到的作用,分析了微生物-膨润土联合矿化方法的防渗机制。该研究成果证实了微生物-膨润土联合矿化方法应用于砂土防渗工程的可行性,为微生物注浆技术解决砂土地基渗漏问题提供了重要参考。
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考虑变形影响的黄土土-水特征及其滞后效应
高旭龙, 张豫川, 黄鸿伟, 刘东发, 刘智璠,
岩土力学. 2023 (8):  2350-2359.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1380
摘要 ( 177 )   PDF(33154KB) ( 227 )  
为了研究变形对非饱和黄土土-水特征和滞后效应的影响,通过先构建恒定吸力条件下土体含水率与孔隙比的关系,再引入吸力的影响,建立了一个能够考虑变形的三维土-水特征曲面模型,模型能够很好地描述不同初始孔隙比黄土吸脱湿过程中含水率随孔隙比和吸力的变化规律。为了证实所提出模型的可靠性,对压实黄土进行一系列吸脱湿过程的土-水特征试验。试验结果表明,恒定吸力条件下土体含水率与孔隙比成线性关系,验证了模型的理论假设。另外由模型可以确定恒定孔隙比状态的土-水特征,将其与试验结果对比发现,脱湿路径由吸力引起的变形对土-水特征影响较大,会使特征参数减小,并抑制滞后效应。
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考虑桩体刺入变形的透水混凝土桩复合地基固结理论研究
韩柏林, 卢萌盟
岩土力学. 2023 (8):  2360-2368.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1364
摘要 ( 122 )   PDF(346KB) ( 167 )  
现有的多元复合地基利用两种或者两种以上的桩型对地基土进行加固,以期提高地基承载力、加速地基固结。提出了一种兼具散体材料桩和刚性不排水桩自身优点的透水混凝土桩复合地基固结模型。工程中刚性桩与土体的压缩量并不相等,这与等应变条件存在着不一致的地方。为此,抛弃传统等应变假设,考虑桩体向垫层和下卧层的刺入变形,对传统等应变假定进行修正,同时考虑了扰动区土体水平渗透系数的抛物线变化和水在桩体内的径向、竖向渗流,给出了此类固结问题的控制方程和解答以及复合地基固结度的表达式,并对复合地基固结度的解进行了讨论。最后与其他复合地基解做了比较并对固结性状进行了分析,并针对透水混凝土桩孔隙引起的桩阻作用对地基固结速度的影响进行了验证。
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砂质泥岩峰后破裂承载特征与块体分布规律研究
辛子朋, 柴肇云, 孙浩程, 李天宇, 刘新雨, 段碧英
岩土力学. 2023 (8):  2369-2380.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1366
摘要 ( 152 )   PDF(24925KB) ( 195 )  
岩石峰后阶段的变形承载规律对巷道破碎区围岩的稳定性控制具有重要意义。为研究岩石峰后阶段的破裂演化规律与承载特征,以砂质泥岩为试验对象,开展了控制应变量为峰值应变不同倍数的单轴压缩试验,并应用非线性分形理论阐明了峰后破裂块体的分布规律。基于试验结果,构建了峰后含贯通破裂面岩样的力学分析模型。结果表明:(1)砂质泥岩全应力-应变曲线呈现出单峰状与多峰状两种形态的峰后应力跌落方式;(2)峰后阶段,试样破坏模式由低倍峰值应变下的张性破坏逐渐转变为高倍峰值应变下的剪切滑移破坏;(3)同应变量下试样破裂块体的分形维数内部大于外部,且二者与试样的峰后应变倍数值均具有显著的正相关性;(4)岩石在峰后阶段的持续破坏方式与块体间接触破裂面特性有关,破裂块体仅会在一定的倾角范围内沿破裂面滑动,依据所建立的分析模型可准确解释砂质泥岩峰后阶段破裂承载特性与块体分布规律。
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带有两端防渗墙坝基的各向异性渗流解析解
余俊, 李东凯, 和振, 张志中
岩土力学. 2023 (8):  2381-2388.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1374
摘要 ( 113 )   PDF(1657KB) ( 100 )  
由于目前在坝基设计中通常需要设置两个或两个以上防渗墙,对带有两端防渗墙的坝基各向异性稳态渗流进行了解析研究,将土体分为4个规则的区域,采用坐标变换将各向异性土层转换成等效各向同性土层,利用分离变量法将4个区域内的水头分布表示为级数解的形式,结合区域间的连续条件得出带有两端防渗墙的坝基各向异性渗流场显式解析解。将解析解退化到各向同性情况下的渗流量、坝底扬压力与保角变换解析解和数值计算结果进行对比,各向异性情况下的水头值与有限元软件计算结果进行对比,结果均吻合较好,验证了解析解的正确性,且相比于保角变换解析解具有更高精度。最后对坝基渗流场进行了参数分析,发现土体各向异性对坝基渗流有着不可忽略的影响,其他条件相同的情况下,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大土体的渗流量和出口梯度会小于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大的土体的最大扬压力会大于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体。
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岩土工程研究
考虑时空效应的软土狭长型深基坑地连墙变形计算方法
张坤勇, 张梦, 孙斌, 李福东, 简永洲,
岩土力学. 2023 (8):  2389-2399.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1114
摘要 ( 141 )   PDF(4115KB) ( 232 )   PDF(English)(497KB) ( 6 )  
为准确评估软土地区基坑施工安全以及对周围环境的影响,开挖过程中的时间和空间影响因素不可忽视。以长江漫滩软土地区某深基坑开挖工程为依托,首先建立考虑顺逆结合施工过程的有限元模型,将地连墙水平位移的计算值与实测值进行对比,验证有限元计算的可靠性;基于理论分析、数值计算和实测数据,采用坑角效应影响系数和等效水平抗力系数来衡量时空效应对支护变形的影响,提出考虑时空效应的地连墙变形计算方法;通过工程实例验证了在软土地区基坑设计计算中考虑时空效应的必要性以及所提计算方法的合理性。该研究成果可为软土地区深基坑变形计算提供有益借鉴。
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近接建筑荷载作用下阳角型深基坑最佳支撑位置
陈保国, 贾曾潘
岩土力学. 2023 (8):  2400-2408.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.00112
摘要 ( 278 )   PDF(4263KB) ( 145 )   PDF(English)(291KB) ( 6 )  
近接荷载作用下基坑阳角区的受力机制复杂,因此,研究支撑位置变化对基坑阳角区的影响具有重要意义。采用现场监测和数值模拟方法研究了支撑位置变化下基坑阳角区的受力特性和变形规律,主要包括内支撑轴力、桩身侧向土压力、支护桩水平位移、近接建筑沉降和支护桩弯矩等。研究结果表明,支撑位置深度太大或太小均对基坑支护系统的受力和协调变形规律不利,最佳支撑位置的深度在基坑深度的0.33~0.50倍之间(支护桩深度的0.10~0.33倍)。
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多失效模式下基于区间非概率的岩质隧道稳定可靠度分析
李翔, 王靖童, 魏恒
岩土力学. 2023 (8):  2409-2418.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0950
摘要 ( 160 )   PDF(383KB) ( 173 )   PDF(English)(292KB) ( 5 )  
对于岩质隧道工程的稳定可靠度分析,一方面由于岩体参数的统计数据获取困难使得概率可靠度方法难以适用,另一方面其工程稳定与多种失效模式密切相关,须考虑隧道结构体系的可靠度问题。首先,基于区间理论,通过区间变量形式表征不确定性参数;然后,针对岩质隧道工程中多种失效模式并存的情况,引入结构体系可靠度理念,建立基于区间非概率的岩质隧道结构体系可靠度指标计算及其稳定性评价方法;在此基础上,通过工程实例验证了该方法的合理性;最后,定义不确定性参数的波动幅度,进一步分析各失效模式中不同参数对相应可靠度指标以及结构体系可靠度指标的影响。分析结果表明,各失效模式相应的非概率可靠度指标均随区间变量范围的增大而降低,且同一参数在不同失效模式中表现出不同的影响;另外,不确定性参数的变化还将导致影响岩质隧道结构体系稳定的主要失效模式发生相应的变化。
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数值分析
考虑贯通型结构面强度震动退化的岩质边坡动力稳定性研究
许彬, 刘新荣, 周小涵, 梁越, 钟祖良, 刘俊, 邓志云
岩土力学. 2023 (8):  2419-2431.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1356
摘要 ( 149 )   PDF(15565KB) ( 140 )  
考虑结构面抗剪强度震动退化效应对分析与评价岩质边坡动力稳定性具有重要意义。基于岩石动力试验获取了多因素影响的结构面强度震动退化系数方程,结合极限平衡理论和动态矢量法原理,以UDEC程序作为计算引擎,采用其内置Fish语言编程实时刷新结构面强度特性参数和捕获任意地震历时时刻边坡地震惯性力,并以最小平均安全系数法求解边坡最终动力稳定性评价指标值,从而提出了一种考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数动态算法。研究表明:结构面强度震动退化系数是取决于岩块间循环剪切次数、循环剪切幅度及相对运动速度响应值的动态变量;将该算法应用于含贯通型平直状结构面边坡动力稳定性算例中,其分析结果表明,动力作用时程内考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数较未考虑该效应时的系数衰减更为明显,即前者计算结果更符合一般性自然规律,亦即验证了该算法的可行性;结构面最小强度震动退化系数随动力激励时程变化近似呈负指数函数形式逐渐衰减,且当结构面初始黏聚力(内摩擦角)越大、而坡角(层面倾角)或动荷载幅值(频率)越小时,地震历时过程中边坡最小动力稳定性系数越大,此时边坡最终动力稳定性相对越强。
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锥形聚晶金刚石复合片齿破岩特征与机制研究
熊超, 黄中伟, 王立超, 史怀忠, 赫文豪, 陈振良, 李根生,
岩土力学. 2023 (8):  2432-2444.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1391
摘要 ( 118 )   PDF(24844KB) ( 234 )  
锥形聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿是一种具有较强抗冲击性和耐磨性的新型PDC齿,在坚硬、强研磨性和软硬交错地层中取得了非常好的钻井提速效果。为了揭示锥形齿破碎硬岩机制,开展锥形齿破碎花岗岩试验与数值模拟研究,分析了切削深度和前倾角对锥形齿切削力和破岩比能的影响规律,采用高速摄像机和透明K9玻璃观测了锥形齿作用下岩屑形成过程及微裂纹萌生与扩展过程,通过数值模拟分析了破岩过程中岩石应力响应与损伤演化特性,结合对切削槽和大尺寸块体岩屑表面形貌及断口微观特征分析,建立了锥形齿破碎花岗岩机制模型。结果表明,锥形齿破碎花岗岩的过程可以分为挤压成核和块体崩裂两个阶段,前倾角对岩石破碎过程影响较小,切削深度的影响显著;锥形齿周围的裂纹主要由压实核、纵向裂纹和横向裂纹组成,纵向裂纹和横向裂纹扩展的最大深度分别为切削深度的6.69倍和4.53倍;齿尖周围压应力集中,岩石发生压剪破坏,压应力区外围形成弧形条带状拉应力区,并在齿尖及压应力区边界处诱导出拉伸微裂纹;微裂纹向齿前扩展形成弧形拉伸主裂纹,发生块体岩屑崩裂,提高破岩效率,向岩石内部扩展劣化岩石强度,形成底部损伤区,提高后续破岩效率。
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基于平行黏结模型的水-岩作用下砂岩蠕变模拟及损伤机制研究
骆祚森, 朱作祥, 苏卿, 李建林, 邓华锋, 杨超,
岩土力学. 2023 (8):  2445-2457.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1330
摘要 ( 157 )   PDF(19845KB) ( 228 )  
为探明库水位周期性升降作用下消落带岩体蠕变损伤机制,基于PFC中的平行黏结模型(parallel bond model, PBM),考虑水-岩作用对黏结的弱化和材料特性随时间的变化,提出水-岩作用下砂岩蠕变的离散元模拟方法,并在室内试验基础上开展水-岩作用下砂岩蠕变模拟。研究结果表明:在破坏应力水平下,试样微裂纹扩展与蠕变应变规律相似,可分为衰减扩展阶段、稳定扩展阶段、加速扩展阶段,且随水-岩作用周期增加,加速扩展阶段的耗时占总耗时的比例增大;试样蠕变破坏时,随水-岩作用周期增加,剪切裂纹占比逐渐增加,微裂纹倾角分布逐渐分散,倾角分布在65°和115°附近的微裂纹逐渐增加,试样的张性破坏减弱,剪性破坏增强;水-岩作用下,试样能储存的最大胶结能不断降低,且储存相同胶结能时对应的应变不断增大,与实际岸坡在水-岩作用下岩体整体承载能力降低、变形增大的规律一致。提出的水-岩作用下砂岩蠕变模拟方法具有较好的可行性,为库岸边坡岩石在库水位升降影响下的模型研究提供理论基础。
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测试技术
基于频域反射的细粒土压实度检测方法与误差评估
冉宇玲, 柏巍, 孔令伟, 李雪梅, 樊恒辉, 杨秀娟,
岩土力学. 2023 (8):  2458-2470.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1347
摘要 ( 132 )   PDF(45555KB) ( 191 )  
压实度是道路、房建、水利等工程领域评价土体压实质量的重要参数,与土体含水率和电导率密切相关。而频域反射技术(frequency domain reflectometry,FDR)可用于快速测定土体含水率和电导率。首先利用频域反射技术分别对多种压实状态下红黏土、膨胀土和黄土的含水率、电导率进行测量;然后对含水率测值进行室内标定,得到3种土的含水率标定曲线;通过偏最小二乘回归分析方法(partial least squares regression,PLSR)建立了3种土体的压实度-含水率-电导率之间的经验关系,并与实测值进行了对比分析;再根据扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和压汞法(mercury intrusion porosimetry,MIP)试验结果分析了其微观机制;最后对拟合公式得到的压实度预测值进行随机试样验证,建立与实测值的误差评估体系,结果表明基于压实度-含水率-电导率之间的关系而提出的拟合公式预测压实度的精度较高。相关研究可为道路、房建、水利等工程中土体压实度的快速检测提供参考。
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