Please wait a minute...
在线办公
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
访问统计
  • 总访问量
    今日访问
    在线人数
目录列表
2023年, 第44卷, 第S1期 刊出日期:2023-11-16
基础理论与实验研究
多因素影响下黏土比热容变化规律及预测模型
雷华阳, 薄钰, 马长远, 王磊, 章纬地,
岩土力学. 2023 (S1):  1-11.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1967
摘要 ( 340 )   PDF(4385KB) ( 213 )  
在“双碳”目标背景下,土体比热容作为重要的热物理性质参数之一,在能源地下结构、地铁通风计算、地埋管线、核废料处置、冻结法施工、农耕灌溉等众多领域有着重要的意义。对不同初始干密度、初始含水率的黏土试样,在不同温度条件下开展了比热容测试分析,探讨了其变化规律及机制。试验结果表明:黏土比热容随初始干密度、初始含水率的增加而线性增加,且与温度的三次方呈正比。比热容变化机制与黏土三相比例变化、固相晶格振动、水冰相变等因素有关。建立了考虑多因素的黏土比热容预测模型,与反向传播神经网络(BP-ANN)预测模型、简化理论预测模型、其他经验预测模型的交叉验证结果显示,该模型在适用范围、预测性能等方面都具有较优的表现,可为理论计算、数值仿真、工程实践中黏土比热容的取值和计算提供可靠参考。
相关文章 | 计量指标
裂隙砂岩注浆前后渗流特性及注浆后 力学特性试验研究
张培森, 许大强, 李腾辉, 胡昕, 赵成业, 侯季群, 牛辉,
岩土力学. 2023 (S1):  12-26.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0670
摘要 ( 149 )   PDF(38759KB) ( 309 )  
为探究裂隙砂岩注浆前后渗流特性及注浆后力学特性变化规律,利用Rock Top多场耦合试验仪在不同围压下以0.02 mm/min的恒定速率对砂岩进行三轴压缩试验得到裂隙砂岩并进行渗流试验,进而采用自主研制的注浆加固系统对裂隙砂岩进行注浆加固,再利用Rock Top多场耦合试验仪对注浆后的裂隙砂岩在不同围压下进行三轴压缩渗流试验。结果表明:(1)裂隙砂岩注浆后的渗透率相对于注浆前显著降低,下降幅度在24.26%~96.55%之间,但均大于原岩渗透率;(2)裂隙砂岩注浆前、后的渗透率随静水压等梯度增加呈现出不同的阶段性变化规律,并且当静水压达40 MPa及以上时,5 MPa以内的渗透压差对渗透率影响较小,渗透率曲线趋于水平;(3)裂隙砂岩注浆后仅在10 MPa围压下表现出同原岩类似的脆性破坏特征,在20~60 MPa围压下则失去了原岩的脆性破坏特征,表现出很强的延性破坏,并在峰后出现塑性流动现象;(4)裂隙砂岩注浆后的峰值强度、峰值应变皆随围压的增大而增大,并呈现出满足二次函数关系的非线性变化特征,其峰值强度介于原岩峰值强度的44%~59%之间;(5)裂隙砂岩注浆后的破坏形式以滑移剪切破坏为主,低围压下会伴随有新破坏形式产生,随着围压增大,破坏程度减弱;(6)岩-浆界面电镜扫描试验表明,钙矾石与C-S-H(水化硅酸钙)凝胶相互搭接形成了稳定的水化产物,从而提升了岩石承载力。
相关文章 | 计量指标
降雨影响下基坑开挖施工对邻近基桩变形响应分析
张治国, 毛敏东, 王卫东, PAN Y T, 吴钟腾,
岩土力学. 2023 (S1):  27-49.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0030
摘要 ( 124 )   PDF(15920KB) ( 175 )  

目前关于基坑开挖对邻近基桩变形响应的简化理论解研究,还较少考虑基坑开挖中支护作用的影响,尤其是没有考虑降雨环境带来的土工影响。基于一种适用于不同降雨工况的分层假定Green-Ampt模型来模拟降雨入渗过程,采用两阶段分析方法,研究了降雨影响下基坑开挖与邻近基桩相互作用的问题。首先,考虑基坑开挖土体卸荷、围护结构及支撑结构的影响,采用Mindlin基本解,分析降雨影响下基坑开挖施工导致邻近基桩位置的土体附加应力;然后,基于Pasternak双参数地基模型,探讨基桩与土体之间的相互作用,求得降雨影响下单桩和群桩随降雨历时变化的水平变形响应。通过工程监测数据与理论计算结果进行对比,获得了较好的一致性。此外,也针对降雨敏感参数(降雨强度、饱和渗透系数、初始含水率、基质吸力)与基桩敏感参数(边界条件、支撑刚度、桩径、开挖深度、桩与基坑间距)进行了影响因素分析。分析结果表明,所提出的理论方法可较好地反映降雨影响下基坑开挖施工对邻近基桩的变形响应;降雨对邻近基桩变形影响显著,降雨参数敏感程度依次为:降雨强度>初始含水率>饱和渗透系数>基质吸力;随着降雨历时的增长,湿润层发展深度不断增大,其发展速率呈现出逐渐衰弱并趋近于土体饱和渗透系数的规律,基坑开挖引起的邻近基桩位移也随之越来越大,其顶部位移变化速率逐渐减小后收敛至某一特定值;支撑刚度和基桩与基坑距离越小,基桩受到降雨历时的影响程度就越大;不同桩径的基桩受到降雨历时的影响程度基本相同;开挖深度越大,基桩受到降雨历时的影响程度就越大。

相关文章 | 计量指标
预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究
冯海洲, 蒋关鲁, 何梓雷, 郭玉丰, 胡金山, 李杰, 袁胜洋,
岩土力学. 2023 (S1):  50-62.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1352
摘要 ( 84 )   PDF(1888KB) ( 78 )  
降雨、地震作用下,隧道洞口边坡易产生严重破坏,有必要研究隧道洞口边坡及支挡结构的动力响应特性。以中国西南某隧道洞口边坡为例,通过振动台模型试验,分析降雨、地震作用下预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应与破坏模式。研究结果表明:(1)隧道洞口边坡破坏过程为坡顶张拉裂缝―坡脚剪切溃裂―边坡整体滑移破坏。由于雨水入渗,坡表土体在地震作用下易产生局部浅层破坏。边坡破坏模式为张拉-剪切型。(2)随峰值加速度增加,桩身PGA放大系数显著增大,应重视该类支护结构在地震作用下的惯性放大效应。(3)桩后峰值土压力随峰值加速度增加而增大,由“S型”分布逐渐转变为倒三角形分布。峰值加速度大于0.4g时,锚索轴力逐渐增加,充分发挥张拉作用。(4)桩土压力与加速度傅里叶谱幅值集中于低频段,地震波沿高程传播存在“高频滤波效应”。(5)桩身位移谱幅值随峰值加速度增加而逐渐增大,沿桩身向上呈增加趋势;位移谱主频分布于1~4 Hz,卓越频率为2.5 Hz,与地震荷载的主频较接近。(6)桩体加速度间的关联性较好,桩体加速度、动土压力、桩体应变、锚索轴力相关性随输入峰值加速度增加而逐渐降低。
相关文章 | 计量指标
基于光照技术的配称结构面有效受剪区域量化研究
邓华锋, 冯云杰, 李建林, 王文东, 李冠野, 齐豫,
岩土力学. 2023 (S1):  63-72.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1601
摘要 ( 65 )   PDF(16345KB) ( 105 )  
结构面的有效受剪区域直接影响其抗剪性能,在以往结构面粗糙度和接触状态分析的基础上,结合结构面的形貌特征扫描和光照技术,对配称结构面有效受剪区域的量化分析方法进行了研究。结果表明:(1)在光源照射下,结构面上的光亮部分较好地反映了剪切过程中的有效受剪区域,对不同入射角下三维光亮面积百分比(BAP3D)的值进行了统计,随着入射角度的增大,结构面三维光亮面积百分比(BAP3D)整体呈近似S型的增长趋势;(2)将结构面有效受剪区域面积与结构面总面积的比值定义为有效受剪系数(JEC),结合Patton模型,从理论上分析确定了光源最佳入射角度φB=90°–(φb+i)(φb为结构面基本摩擦角,i为结构面平均起伏角),此时,光亮区域面积和实际有效受剪面积一致,对应BAP3D即为所求的结构面有效受剪系数;(3)考虑有效受剪系数,对Barton剪切力学模型进行修正,建立了修正的结构面剪切力学模型,验证分析表明该模型能较准确地估算结构面的抗剪强度。
相关文章 | 计量指标
水蒸汽增湿重塑非饱和黄土地基现场应用参数研究
刘德仁, 张转军, 王旭, 张艳丰, 安政山, 金芯,
岩土力学. 2023 (S1):  73-82.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1939
摘要 ( 61 )   PDF(8296KB) ( 56 )  
天然状态下,非饱和黄土地基中土体含水率较低,导致强夯法处理黄土地基时夯实效果较差,无法满足地基承载特性,因此,如何对黄土地基进行增湿成为研究的重点。为了研究非饱和黄土在水蒸汽作用下的增湿效果,以重塑非饱和黄土为研究对象,开展水蒸汽增湿模型试验,分析了不同水蒸汽压力梯度、花管开孔数量及开孔间距条件下,水蒸汽扩散速率、温度及气体运移随时间的变化规律。结果表明:水蒸汽增湿是含水率梯度、压力梯度和温度梯度三者耦合且相互影响的动态变化过程,其中,温度梯度是影响水蒸汽运移的主要因素。水蒸汽通入土体后,体积含水率、气压和温度在各个测点处随通气时间的推移,均呈现快速上升−逐渐稳定的两个阶段。试验中,增大水蒸汽压力,增湿程度和增湿范围变化明显;增加开孔数量,土体增湿的均匀程度提高;减小开孔间距,土体增湿程度变化不大。研究成果可为水蒸汽增湿非饱和黄土地基相关工程提供一定的经验。
相关文章 | 计量指标
水力耦合作用下玄武岩启裂机制与临界水压研究
朱泽奇, 田铠玮, 徐启钟, 崔岚, 盛谦,
岩土力学. 2023 (S1):  83-90.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0672
摘要 ( 90 )   PDF(43769KB) ( 226 )  
为了研究岩石在水力耦合作用下的启裂机制,针对溪洛渡玄武岩开展了水力耦合三轴试验与声发射测试。试验结果表明:玄武岩峰值强度随着围压的增大而增大,表现出典型的硬脆性行为;当围压保持不变时,其峰值强度随初始水压增大而逐渐降低,同时硬脆性减弱。声发射测试结果表明:玄武岩在水力耦合作用下的裂纹启裂为张拉破坏,在裂纹稳定扩展阶段以张拉破坏为主,以剪切破坏为辅,且这些破坏均主要发生在岩石中部;在裂纹非稳定扩展的峰后阶段,岩石破裂以剪切破坏为主。在玄武岩启裂机制认识的基础上,基于单一圆孔理论推导得到水力耦合条件下岩石裂纹启裂的临界水压破坏准则,并将其引入玄武岩水力耦合三轴试验数值仿真,分析了玄武岩水力耦合破坏过程与水压分布规律,验证了临界水压破坏准则的合理性,对于水力耦合作用下岩石破坏过程研究具有较好的参考价值。
相关文章 | 计量指标
孔隙型地热储层热固结变形特性试验研究
贾超, 董啸, 丁朋朋, 冯克印, 王辉, 王明珠,
岩土力学. 2023 (S1):  91-98.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1541
摘要 ( 63 )   PDF(6101KB) ( 85 )  
地热资源的开采会导致热储温度、压力改变,影响其固结变形特性,引发环境地质问题。以鲁西北砂岩热储开采区孔隙型地热储层为研究对象,开展不同应力、温度条件下的固结变形试验,分析固结变形特性,并对卡萨格兰德法与能量法所计算出的先期固结压力进行比较,结果表明:地热储层固结变形量与含水率、温度均呈负相关关系;地热储层自重压缩系数约为标准压缩系数的10%;计算先期固结压力时,低压缩性土可采用能量法,中、高压缩性土可采用卡萨格兰德法Harris模型、Gaussian模型与能量法;先期固结压力与温度呈负相关关系;在25~80 ℃范围内,初始温度越高,升温使先期固结压力降低越快。
相关文章 | 计量指标
甘肃红层泥岩耐崩解试验与矿物夹杂效应研究
程树范, 曾亚武, 叶阳, 高睿,
岩土力学. 2023 (S1):  99-106.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0419
摘要 ( 63 )   PDF(15157KB) ( 88 )  
为探究干湿作用下甘肃红层质泥岩加速崩解机制,针对典型的石膏质泥岩,开展浸水及快速崩解试验,并通过与泥质砂岩、页岩和石膏岩的对比,分析了影响岩石耐久性的主要因素,对崩解过程中的矿物夹杂效应进行了讨论。研究结果表明:原状石膏质泥岩浸水自然崩解速度较慢,3 h崩解量为0.11,但高温(>163 ℃)干燥后夹杂的石膏矿物将完全脱水硬化,体积收缩,再次遇水后岩块于2 h内完全崩解。石膏质泥岩的二次循环耐崩解指数Id2为0.80,属于高耐久性岩石,但在干湿过程中有加速崩解的趋势,第5次循环时的相对崩解指数I5达到了0.56。岩石的耐久性受矿物成分和胶结强度影响较大,矿物膨胀驱使岩块崩解的过程中,泥质岩块易发生均匀破碎而砂质岩块易出现非均匀破碎。石膏质泥岩中黏土矿物夹杂密实,干湿作用下易崩解,所夹杂的石膏矿物具有溶蚀性,且溶蚀后崩解液显弱酸性,石膏溶蚀产生的微裂隙和酸性环境下钙质结核的脱落是导致石膏质泥岩加速崩解的主要原因。
相关文章 | 计量指标
基于3D打印的裂隙岩体力学特性尺寸效应及各向异性初探
罗国立, 张科, 齐飞飞, 朱辉, 张凯, 刘享华,
岩土力学. 2023 (S1):  107-116.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0757
摘要 ( 77 )   PDF(28016KB) ( 185 )  
裂隙岩体力学参数的尺寸效应和各向异性是岩石力学与工程领域亟待解决的难点问题。充分利用3D砂型打印技术快速成型、可批量制备复杂内部结构岩体模型的优势,以石英砂和呋喃树脂为打印基材,制备不同尺寸和旋转角的裂隙网络类岩石试件。通过单轴压缩试验研究裂隙网络岩体力学特性的尺寸效应,揭示裂隙密度与强度之间的相关性,分析表征单元体尺度岩体力学特性的各向异性。结果表明:3D砂型打印试件的力学性能与真实岩体相似,应力-应变曲线可划分为初始压密、弹性变形、裂纹萌生与扩展和峰后破坏4个阶段。试件抗压强度与试件边长之间呈指数衰减关系,存在显著尺寸效应性质。裂隙密度与抗压强度之间呈显著的负指数关系,基于裂隙密度与抗压强度确定的岩体表征单元体尺度具有良好的一致性。裂隙岩体的破坏模式和抗压强度具有显著的各向异性特征。研究方法从3D打印角度为复杂裂隙岩体尺寸效应及各向异性的室内试验研究提供了可靠途径。
相关文章 | 计量指标
中国南海珊瑚砂的多尺度颗粒形貌特征分析
马成昊, 朱长歧, 瞿茹, 刘海峰, 王天民, 胡涛,
岩土力学. 2023 (S1):  117-126.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0250
摘要 ( 155 )   PDF(3908KB) ( 111 )  
颗粒形貌是影响珊瑚砂力学性质的重要参数,研究珊瑚砂多尺度形貌特征有助于从细观角度阐释其力学特性。基于颗粒动态图像分析技术对不同粒径范围内超过20万个珊瑚砂和陆源石英砂(包括人工破碎石英砂和天然石英砂)颗粒开展颗粒形貌扫描和对比分析,提出了适用于珊瑚砂的颗粒形状分类标准,并从颗粒形状、磨圆度和凸度3个尺度上揭示了海相珊瑚砂与陆源石英砂颗粒形貌的差异性。结果表明:(1)珊瑚砂主要由块状、片状及棒状3种类型的颗粒组成,以伸长率和扁平率为0.5作为珊瑚砂颗粒形状的划分阈值进行颗粒形状分类,该分类方法的准确率可达90%。(2)珊瑚砂中块状颗粒占比最大,且含量大于50%。随着粒径增加,块状颗粒占比增加,片状颗粒占比下降,而棒状颗粒基本维持不变;随着粒径的增加,石英砂中的块状颗粒占比高于珊瑚砂,这是由颗粒的矿物性质决定的,而与颗粒的风化破碎方式无关。(3)人工破碎石英砂的磨圆度与珊瑚砂的较为接近,且略小于天然石英砂。块状颗粒的磨圆度大于片状颗粒,更大于棒状颗粒,因此块状颗粒占比越高,集合体的磨圆度越大。(4)珊瑚砂的颗粒凸度介于0.85~1.00间,石英砂的凸度大于珊瑚砂。随着粒径的增加,珊瑚砂的凸度减小明显,而石英砂的凸度变化不大。
相关文章 | 计量指标
重金属Cu2+驱动下红黏土土体压缩变形机制
张达锦, 肖桂元, 武岳, 徐光黎, 刘伟,
岩土力学. 2023 (S1):  127-133.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0536
摘要 ( 55 )   PDF(4678KB) ( 92 )  
采用浓度为0、2.5、5.0、10.0 g/L的CuSO4溶液配制污染土,开展固结试验、热分析试验和扫描电镜(scanning electron microscopy,简称SEM)试验,分析红黏土受重金属Cu2+污染后的压缩变形特性机制。结果表明:红黏土的压缩系数和总压缩变形量的变化与土中孔隙水(自由水、弱结合水、强结合水)含量的变化趋势相同,都随着Cu2+浓度的增加呈现先降低后升高的趋势。黏土中土颗粒之间的结构连结主要以吸附水膜接触为主,Cu2+改变了土中孔隙水的水膜厚度,导致孔隙水的含量发生变化;水膜变薄,土颗粒间的距离缩短,土体的结构强度越高,土体抵抗压缩变形的能力就越大。随着Cu2+浓度的增加,土体微观结构由松散的块状、片状单元体逐渐演化为面-面接触的叠聚体;当Cu2+浓度增至10.0 g/L,开始出现鳞片状的单元体,单元体间的接触方式以点-点接触和边-面接触为主,土颗粒间的凝聚力变差,土体结构稳定性降低。
相关文章 | 计量指标
基于CT扫描和数字体相关法的页岩 各向异性三维变形场特征研究
李英杰, 张亮, 王炳乾, 刘圣鑫
岩土力学. 2023 (S1):  134-144.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1988
摘要 ( 87 )   PDF(886KB) ( 133 )  
为了获得层状页岩各向异性三维变形场特征,对四川盆地龙马溪组层状页岩开展单轴压缩试验,并利用Micro-CT原位扫描,以原位扫描获得的数字图像作为变形信息载体,基于局部数字体积相关法(digital volume correlation,简称DVC)和全局DVC方法计算单轴压缩条件下层理页岩变形场,研究页岩变形演化的层理效应。结果表明:随着载荷增加,页岩试件整体位移场梯度逐渐向层理方向演化。不同层理页岩试件的高应变集中区呈现出不同的模式,0°试件受张拉和剪切作用共同影响,在中部区域应变集中明显,裂缝集中于中部发育;45°试件在加载后期张拉应变和剪应变集中区同时出现,裂缝发育遇层理面出现明显拐折,裂缝的演化由张拉和剪切作用共同控制;90°试件在整个加载过程中张拉应变集中显著,裂缝沿垂直层理面平行发育,试件破坏受控于张拉作用。Micro-CT的高分辨率原位扫描图像结合局部DVC和全局DVC获取的变形场和应变场能够反映各向异性页岩的变形破坏规律,为页岩变形演化的层理效应研究提供了方法。
相关文章 | 计量指标
MX-80膨润土高温老化时间效应的细微观分析
曾召田, 张瀚彬, 邵捷昇, 车东泽, 吕海波, 梁珍,
岩土力学. 2023 (S1):  145-153.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0687
摘要 ( 68 )   PDF(8582KB) ( 71 )  
在200 ℃高温条件下,对MX-80膨润土粉末进行了不同时长(0、15、30、60、90、120 d)的热老化预处理;通过热重分析(thermogravimetric analysis,简称TGA)、X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)和电镜扫描(electron microscope scanning,简称SEM)等试验探讨了MX-80膨润土中结合水、矿物成分、微观形貌等随热老化时间t的变化规律;基于蒙脱石矿物晶体结构学理论揭示了MX-80膨润土高温老化时间效应的细微观机制。试验结果表明:(1)膨润土中自由水、弱结合水和强结合水随热老化时间t的递增均发生不同程度的脱附现象,0~15 d变化显著,15 d后趋于稳定,120 d后三者降幅分别为82.6%、68.8%和96.5%;(2)随着热老化时间t的增加,膨润土主要矿物成分蒙脱石部分转化为稳定性较好的钠云母,0~15 d变化显著,15 d后趋向稳定,120 d后二者的变化量分别为–12.57%和+12.47%;(3)高温热老化过程中,蒙脱石矿物的晶层间距减小,引起片层状矿物之间收缩变形,导致膨润土的微观形貌随着热老化时间t的递增发生不同程度的变化;(4)高温热老化状态下,膨润土的矿物成分转化、结合水脱附、微观形貌改变等三者之间相互作用和彼此影响,是引起膨润土宏观物理力学性能发生变化的根本原因。
相关文章 | 计量指标
有机质对黏性土热传导系数的影响与机制
桂跃, 谢正鹏, 高玉峰,
岩土力学. 2023 (S1):  154-162.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0288
摘要 ( 72 )   PDF(2116KB) ( 133 )  

有机质是土中常见组分,对土体热性质有显著影响。为明确有机质对黏性土热传导系数影响与机制,以膨润土为基质,通过添加腐殖质制备不同有机质含量土样。利用热探针法测定其热传导系数λ ,分析l随干密度ρd、含水率w(饱和度Sr)和有机质含量wu的变化规律;并通过分析膨润土对有机质的吸附特征,探讨了有机质对土热传导系数影响机制。试验结果表明:有机质含量wu相同时,热传导系数λ 随干密度ρd、含水率w、饱和度Sr增大而增大。在土体饱和、ρd相同条件下,λwu增大而减小,但并非单调线性递减关系;可分为急剧下降段、过渡段和平缓下降段3个阶段。过渡段对应的wu大致范围为7.5%~15.0%。通过傅积平法测试得出膨润土对紧结态有机质饱和吸附量wu,1大致为8.0%,对紧结态+稳结态有机质的饱和吸附量wu,2约为14.0%;即有机质赋存形态变化的两个阈值(wu,1wu,2)和λ-wu关系曲线过渡段对应的wu基本吻合。机制分析表明:除有机质含量外,土中有机质赋存形态变化也是影响土热导系数的重要因素。分析了几种热导系数理论预测模型对含有机质黏性土的适用性。

相关文章 | 计量指标
徐州城区黏性土与粉土的动剪切模量与阻尼比特性
陈国兴, 韩勇, 梁珂,
岩土力学. 2023 (S1):  163-172.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0124
摘要 ( 74 )   PDF(38128KB) ( 196 )  

利用自振柱试验仪,研究了徐州城区41个钻孔、165个黏性土和粉土原状土样的动剪切模量比G/G0和阻尼比λ 随剪应变幅值γa的变化特征,探讨了有效围压、塑性指数和地质年代对徐州城区Q3和Q4黏土、Q4粉质黏土与Q4粉土G/G0-γa λ-γa 关系的影响。结果表明:有效围压越大,塑性指数越大,相近深度土样的地质年代越新,土体的非线性越弱;给出了3类土的G/G0-γaλ-γa关系的上、下包络线,定量地分析了土类、有效围压、塑性指数和地质年代等因素对各类土G/G0-γa  λ-γa 经验关系的影响规律,并建立了预测G/G0-γa λ-γa 的经验公式。该成果有利于对徐州城区土动力特性的认知,并对该地区工程场地地震效应的评价具有借鉴和参考价值。

相关文章 | 计量指标
常法向应力下非连续结构面剪切破坏特征研究
刘畅, 江权, 阮航, 李超毅, 杜三林
岩土力学. 2023 (S1):  173-185.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0919
摘要 ( 49 )   PDF(44452KB) ( 201 )  
为揭示不同倾角硬岩非连续结构面剪切破裂机制,开展了常法向应力下8种不同节理角度的非连续结构面剪切试验及同步声发射监测,并基于声发射信号主频实现了破坏过程中破裂程度的定量分析,结合剪切破坏强度、剪切破坏结构和破裂程度演化过程,研究了硬岩非连续结构面剪切破坏特征。结果表明:非连续结构面破坏阶段Ⅰ的荷载峰值SR1整体变化趋势呈现水平横置S型,阶段Ⅱ的峰值荷载SR2呈现节理角度对称分布,当节理角度为正向小角度时,SR1>SR2,而负向角度和正向大角度时,均为SR2>SR1;其破坏结构可以分为平面破坏结构、锯齿型破坏结构和块体破坏结构3种,3种破坏结构实际由4种裂纹扩展方式决定;节理角度对非连续结构面剪切过程中大尺度破坏的出现具有控制作用,在节理角度较大下非连续结构面在破坏阶段Ⅰ和破坏阶段Ⅱ均发生较大尺度的破坏,而节理角度较小时非连续结构面仅在破坏阶段Ⅰ发生大尺度破坏;非连续结构面的破坏过程可以划分为4类,随着节理角度的增加,破坏过程由单峰−突发型发展为双峰平稳−平稳型,进而为双峰突发−平稳型,最终为双峰突发−突发型。
相关文章 | 计量指标
冲击荷载下全尾砂胶结充填体断裂特性与能耗特征分析
姜明归, 孙伟, 李金鑫, 樊锴, 刘增,
岩土力学. 2023 (S1):  186-196.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0926
摘要 ( 71 )   PDF(9990KB) ( 59 )  
为研究冲击荷载作用下全尾砂胶结充填体断裂特性及能耗特征,借助分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统,开展中等应变率下不同灰砂比充填体的单轴冲击试验。结果表明:灰砂比相同时,充填体的峰前应变能、吸收能、峰前应变能密度及吸能密度均随入射能的增加呈指数函数递增规律;当入射能小于16 J时,灰砂比为1︰6的充填体的吸能密度、峰前应变能密度、吸收能及峰前应变能比灰砂比1︰4与1︰8的更大;相同峰值强度、入射能、峰前应变能及吸收能下,充填体的断裂韧度均随灰砂比的增大而逐渐增大;充填体的断裂韧度随着动态峰值强度、吸能密度及峰前应变能密度的增加呈线性增长,而随着入射能、峰前应变能及吸收能的增加呈指数函数递增规律,灰砂比为1︰4的充填体断裂韧度随吸能密度、峰前应变能密度的增幅是灰砂比为1︰6和1︰8的2~3倍;基于应变能密度、能耗与应变的增长规律,可将充填体的损伤破坏演化过程划分为非线性压密、线弹性变形、弹塑性变形、峰后破坏4个阶段;通过对充填体试验结果回归分析,从能耗角度得出充填体断裂韧度的计算公式,可为井下充填体的稳定性分析提供参考。
相关文章 | 计量指标
湛江组结构性黏土触变性正交试验及其触变强度预测模型
赵盛男, 霍玉龙, 汤斌
岩土力学. 2023 (S1):  197-205.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1350
摘要 ( 76 )   PDF(528KB) ( 68 )  
触变性是分散体系流变学研究的一个热点,黏土的触变性是指黏土受扰动后强度降低,静置之后强度逐渐恢复的现象。为研究黏土的黏粒含量、含水率、孔隙比及灵敏度对黏土触变性的影响程度及规律,选取强、中、弱3种灵敏度的湛江组结构性黏土为研究对象,设计正交试验方案,开展不同养护时间的无侧限抗压强度试验。结果表明:触变强度随黏粒含量、含水率、孔隙比的增大而减小,存在幂函数关系,随灵敏度的增大而增大,存在对数关系,R2均大于0.95,具有良好的相关性;触变强度比率随黏粒含量、含水率、灵敏度的增大而增大,随孔隙比的增大而减小;对灵敏度相同的试样,影响因素对触变性作用强度为孔隙比>含水率>黏粒含量;采用最小二乘法开展多元回归拟合,建立了各因素与触变强度的多元回归预测模型。
相关文章 | 计量指标
渗流条件下隧道锚注复合围岩体的解析方法
周晓敏, 马文著, 张松, 宋宜祥, 刘勇, 和晓楠,
岩土力学. 2023 (S1):  206-220.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0980
摘要 ( 66 )   PDF(792KB) ( 63 )  
锚注法是富水隧道工程中常见的地层加固和止水工法,目前仍缺乏可以同时考虑锚杆−围岩力学相互作用和注浆防水抗渗作用的解析理论。以径向锚注复合围岩体为研究对象,基于达西定律和应力均布法将注浆加固后围岩内的孔隙水压力以及锚杆对围岩的相互作用力代入被加固围岩的应力平衡方程,构建出锚注复合围岩体微分方程,求解出复合围岩体及原岩的渗流场、位移场、有效应力场及锚杆轴向应力场的解析解并进行有限元验证和对比。对比结果表明:解析结果与有限解结果一致;与仅注浆的工况相比,锚注加固可改善围岩的应力状态。然后,基于所得解析解,揭示并讨论了锚注加固参数、支护力、二衬抗渗压力等参数和条件对隧道锚注复合围岩体安全系数的影响规律。规律指出:锚注范围、锚杆密度因子及支护力的增加使安全系数分别以先快后慢、准线性及先慢后快的趋势提高;二衬抗渗压力的增加虽然可减小涌水量,但不利于隧道的稳定。最后,基于所提出的解析解给出了锚杆的参数优化设计方法并给出算例。上述研究成果可为渗流隧道的锚注加固设计提供解析理论参考。
相关文章 | 计量指标
冻融粉质黏土的剪切波速与动态回弹模量及其转换关系
张锋, 唐康为, 尹思琪, 冯德成, 陈志国,
岩土力学. 2023 (S1):  221-233.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1848
摘要 ( 152 )   PDF(9097KB) ( 52 )  
动态回弹模量作为评定路基性能及进行路面设计的重要参数,受土体自身物理力学状态及外部环境的显著影响而复杂多变,亟需一种高效简便的针对性监测方法。以压实粉质黏土为研究对象,开展了不同含水率、压实度和冻融循环次数下粉质黏土动态回弹模量和剪切波速试验,获得了冻融黏土的动态回弹模量、剪切波速及两者之间的转换关系。结果表明:土体动态回弹模量和剪切波速均与其物理状态紧密相关,二者都随含水率和冻融循环的增加而急剧下降,随压实度的增加而有所提升;土体的动态回弹模量还受到应力状况的影响,随围压增大而增大,随循环偏应力增大而减小,应结合实际受力状况选取相应动态回弹模量代表值反映路基的性能;采用三参数复合模型回归确定了冻融粉质黏土动态回弹模量预估模型,并建立了冻融粉质黏土剪切波速预估模型;据此构建了冻融粉质黏土动态回弹模量与剪切波速的转换关系,为实现基于剪切波速确定路基土动态回弹模量提供了理论支持。
相关文章 | 计量指标
强降雨诱发堆积体滑坡模型试验研究
王斌, 李洁涛, 王佳俊, 陈鹏林,
岩土力学. 2023 (S1):  234-248.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1458
摘要 ( 101 )   PDF(624KB) ( 144 )  

降雨诱发堆积体边坡失稳破坏是一种较为突出的滑坡灾害形式,近些年随着强降雨天气频率增大,诱发的堆积体滑坡问题尤为突出。围绕堆积体边坡在强降雨下的破坏机制,开展相关研究,探究了不同基质含量以及含石量分布对于堆积体边坡破坏模式的影响规律。首先,通过室内大三轴试验确定堆积体边坡试样在固定黏土含量10%,碎石含量分别为30%、50%、70%下的应力-应变关系;随后,开展降雨诱发堆积体滑坡的模型试验,研究强降雨条件下不同级配堆积体边坡的失稳破坏模式,分析坡顶位移以及堆积体内部含水率、土压力、孔隙水压力的变化规律,阐明堆积体不同部位细粒含量变化及细颗粒竖向迁徙过程;最终,揭示降雨诱发不同含石量堆积体边坡的失稳与破坏机制,相关成果能为堆积体滑坡的预警提供科学的理论依据。

相关文章 | 计量指标
基于有效受剪面积的节理面吻合度量化方法研究
王文东, 邓华锋, 李建林, 冯云杰, 李冠野, 齐豫,
岩土力学. 2023 (S1):  249-258.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0092
摘要 ( 68 )   PDF(28885KB) ( 157 )  
节理粗糙度系数-节理抗压强度(JRC-JCS)模型为岩体节理面抗剪强度估算提供了很好的思路,但对于吻合度较差的节理岩体,该模型往往过高地估算其抗剪强度。节理粗糙度系数-节理吻合系数(JRC-JMC)模型进一步考虑节理吻合度对抗剪强度的影响,为吻合程度较差的节理面的抗剪强度估算提供了很好的思路,但目前节理吻合度的量化分析还存在困难。在以往研究基础上,采用重复剪切试验的方法制备了不同吻合度的节理岩体试样,综合节理面形貌特征和节理面抗剪性能变化规律分析,提出了节理吻合度的量化计算方法。研究结果表明:(1)在重复剪切作用下,岩体节理面的抗剪强度和节理面形貌参数呈现先陡后缓的降低趋势,节理面上下盘的吻合程度逐渐降低;(2)根据剪切前后节理面形貌特征的对比分析,确定了剪切过程节理面的有效接触区域,提出了节理吻合系数JMC的量化计算方法;(3)对比分析表明,与单独考虑JRC相比,将JRC和JMC综合在一起可以更好地反映节理形貌特征对其剪切性能的影响。相关研究方法和分析结果可为岩体节理面抗剪性能分析提供较好的参考。
相关文章 | 计量指标
纳米SiO2和石灰固化滨海石油污染土试验研究
张艳美, 张建, 袁彦昊, 孙文秀,
岩土力学. 2023 (S1):  259-267.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1335
摘要 ( 82 )   PDF(1396KB) ( 78 )  
利用纳米SiO2(nano-SiO2,简称NS)和石灰固化滨海石油污染土,通过一系列界限含水率试验、无侧限抗压强度试验和pH试验研究了NS和石灰对滨海石油污染土固化效果的影响;通过扫描电镜试验和X射线衍射试验进行了典型改良石油污染土的微观结构和矿物学分析。结果表明:对于5%含油率的滨海石油污染土,NS-石灰联合能够显著提高石油污染土的强度,在3%石灰改良石油污染土中分别掺入1%和2% NS,石灰改良石油污染土的7 d饱和无侧限抗压强度分别达到421、727 kPa,为不掺NS的3倍和5倍多。同时,NS的加入降低了单独采用石灰改良石油污染土的pH值,减小了石灰对环境的危害。扫描电镜试验和X射线衍射试验也证明,与单独掺入石灰相比,NS-石灰联合时,NS加速了石灰的水化反应,促进了水化硅酸钙的生成,使得滨海石油污染土的强度大幅提高。
相关文章 | 计量指标
深海硅藻土微观结构及一维压缩特性研究
洪义, 郑博文, 姚梦浩, 王立忠, 孙海泉, 许冬,
岩土力学. 2023 (S1):  268-276.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0405
摘要 ( 139 )   PDF(1033KB) ( 85 )  
目前陆上及浅海海相软土的微观结构和压缩特性研究较为广泛,而深海软土的微观结构和压缩特性研究较少,但随着海洋工程向深水发展,深海软土的特性值得关注。硅藻土广泛分布于深海海底,是深海软土的一种,其具有多样性,不遵循软土经典规律的特点,目前国内外对原位未扰动样品研究很少。针对西太平洋(水深为4 423~4 674 m)原位硅藻土样,通过电镜扫描(scanning electron microscope,简称SEM)、压汞试验(mercury intrusion porosimety,简称MIP)、常规一维压缩固结试验及多级荷载下(单级加载维持7 d)一维压缩固结试验,开展深海硅藻土微观结构、压缩特性及次固结特性的试验研究。试验结果表明:深海硅藻土的压缩指数分布在1.70~1.95之间,较其他陆上及浅海海相软土大0.6~1.2左右;且在固结完成后的蠕变阶段,硅藻土仍长时间发生体积变形,且并未出现变形收敛趋于稳定的态势,可能是由于硅藻颗粒外壳的持续破碎所导致,这一假设已被加载阶段的SEM和MIP试验观测结果所证实。
相关文章 | 计量指标
钙质沉积物天然胶结结构的室内模拟方法研究
吕亚茹, 张一珂, 王媛, 苏宇宸,
岩土力学. 2023 (S1):  277-288.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1687
摘要 ( 85 )   PDF(8480KB) ( 120 )  
海洋钙质沉积物存在天然胶结作用,胶结程度对其力学性质具有重要影响。因天然钙质沉积物的胶结结构具有极大的不均匀性及胶结强度低等特点,使得获取原状试样难度大,加之距大陆遥远,取样成本高,从而限制了对其物理力学特性的研究进程。因此实验室快速制备胶结试样成为有效的解决办法,分别采用物理、化学及生物主导的试验方法开展胶结试样的制备研究,发现微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced carbonate precipitation,简称MICP)和脲酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme induced carbonate precipitation,简称EICP)可以促进碳酸钙晶体产生,从而生成类似天然胶结的人工胶结试样。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,简称SEM)、X射线计算机断层扫描(computed tomography scanned by X-ray,简称X-CT)和无侧限抗压试验,发现生物主导法得到的人工胶结物的矿物成分和晶体形貌均与天然胶结钙质沉积物相同,胶结试样峰值无侧限抗压强度能够达到天然弱胶结钙质沉积物的水平,通过X-CT分析建立了胶结时间-孔隙率-胶结度-力学特性之间的定量关系,从而将上千万年的天然胶结过程缩短到实验室可重现的时间尺度,该方法将对深入研究天然胶结钙质砂及礁灰岩等的形成机制具有重要的科学价值。然而,人工胶结试样目前还存在胶结度不均匀性、无法模拟白云岩化过程等不足。
相关文章 | 计量指标
考虑多因素耦合效应的冻结兰州黄土动力学参数研究
张熙胤, 孙斌洁, 徐振江, 管嘉达, 罗滔, 于生生
岩土力学. 2023 (S1):  289-299.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0334
摘要 ( 40 )   PDF(541KB) ( 75 )  
为了探究多因素耦合效应对冻结兰州黄土动力参数的影响,以分布在我国西部季节冻土区的兰州黄土为研究对象,通过动三轴试验研究了不同围压(0.1、0.2、0.3 MPa)、温度(−1、−3、−5 ℃)、含水率(14%、16%、18%)及加载频率(1、2、4 Hz)影响下冻结兰州黄土的动力参数变化特征。基于试验结果,分析了冻结兰州黄土最大动弹性模量、等效黏滞阻尼系数、参考应变幅值在温度、围压、含水率、加载频率等多因素耦合影响下的变化规律。结果表明,温度、含水率、加载频率和围压等耦合因素对冻结兰州黄土动弹性模量、参考应变幅值和等效黏滞阻尼系数的影响程度有差异。可以发现,冻结兰州黄土动弹性模量和参考应变幅值随温度变化的影响最显著,等效黏滞阻尼系数随加载频率变化表现最敏感。基于试验数据,对影响冻结兰州黄土的4种因素进行归一化和无量纲化处理,采用多元回归分析方法提出了冻结兰州黄土动力学参数的预测公式,有助于快速预测冻结兰州黄土在多因素耦合效应影响下的动力学参数变化特征。
相关文章 | 计量指标
单轴加载过程中钢渣稳定土细观裂隙的动态演化特征
安然, 陈欣, 张先伟, 王港, 高浩东,
岩土力学. 2023 (S1):  300-308.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1918
摘要 ( 55 )   PDF(30211KB) ( 166 )  
钢渣稳定土是一种新型路基填土,具有非均质、非连续的特点,传统的力学测试方法难以直接研究其细观结构的破坏机制。为了揭示钢渣稳定土的细观损伤特征,开展单轴压缩与X射线计算机断层(computed tomography,简称CT)实时扫描试验,结合图像处理和三维可视化技术,分析了4种应变水平下细观裂隙的动态演化特征。结果表明:在单轴压缩过程中,钢渣稳定土经历了初始压密、弹性变形、塑性屈服和残余变形4个阶段,并在试样中部形成局部剪切带;随着轴向应变的增加,二维裂隙率和裂隙分布的离散程度不断提高;三维重构模型动态地展现了细观裂隙的演化过程,研究发现试样的破坏伴随裂隙的萌发、快速扩展与基本稳定3个发展阶段;三维裂隙率、裂隙连通度与应变分别呈指数函数和线性函数关系;孔径分布结果表明荷载引起原生裂隙的扩张,并逐渐形成主裂隙面,裂隙的扩张和连通是试样发生强度软化和失稳破坏内在原因。单轴压缩−实时CT扫描试验的结果能够有效地揭示材料的损伤演化特征,为工业废渣稳定土结构破坏机制的研究提供了新视角和重要参考作用。
相关文章 | 计量指标
复合型早强土壤固化剂固化淤泥强度特性研究
龙开荃, 方祥位, 申春妮, 张熙晨, 王明明,
岩土力学. 2023 (S1):  309-318.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0298
摘要 ( 57 )   PDF(2042KB) ( 70 )  
淤泥是一种工程性质极差且难以快速固化的土体,通过无侧向抗压强度试验、固结排水三轴剪切试验、微观测试和压汞试验等研究了复合型早强土壤固化剂(composite rapid soil stabilizer,CRSS)固化淤泥的强度发展规律和固化剂掺量对强度的影响,初步探讨了强度增长的微观机制。研究结果表明:CRSS固化淤泥强度随养护龄期呈对数发展规律提高,早期强度发展迅速,养护1 h无侧限抗压强度即可达到3 MPa;随固化剂掺量增加,固化淤泥三轴剪切应力-应变曲线由应变硬化型逐渐向应变软化型发展,破坏偏应力和黏聚力呈线性增大。微观结构表明固化剂水化产物可胶结土颗粒、填充土体孔隙,增强土体整体性;压汞试验结果则进一步通过最可几孔径的联系揭示了固化淤泥黏聚力随固化剂掺量增大而线性增大的机制。CRSS固化淤泥具有显著快硬高强优势,可为抢险救灾、应急道路抢通等淤泥快速固化应用提供理论基础。
相关文章 | 计量指标
岩石张拉裂缝与充填胶结裂隙的相互作用
尚德磊, 陈进帆, 褚鹏,
岩土力学. 2023 (S1):  319-331.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1847
摘要 ( 100 )   PDF(32779KB) ( 192 )  
工程开挖扰动、卸荷和水力破岩产生的工程裂缝与先存裂隙的相互作用在岩石工程中十分普遍,建立适用于工程裂缝遇先存裂隙的扩展准则是解释工程裂缝扩展机制和研究岩体弱面剪切滑移的关键。采用两种不同强度的混凝土充填材料模拟强、弱胶结的先存裂隙,在只考虑准静态张拉应力作用下,依据半圆三点弯法测定了充填胶结型岩石的Ⅰ型静态断裂韧度;通过分析工程裂缝扩展轨迹,获得了临界启裂角与应力逼近角的关系;进一步探讨了工程裂缝与先存裂隙的相互作用扩展模式与判别准则。结果表明:张拉应力作用下工程裂缝与先存裂隙的相互作用受应力逼近角、启裂逼近距离和充填物胶结强度的共同影响;充填胶结砂岩的静态断裂韧度随应力逼近角增大先增大后减小;启裂逼近距离较大时,断裂韧度随应力逼近角变化不大,而启裂逼近距离较小时,断裂韧度随应力逼近角增大呈现先增大后减小的规律;应力逼近角影响充填胶结岩石的断裂韧度,但影响程度不如启裂逼近距离和充填物胶结强度,且存在一个极限影响距离。即使在张拉应力作用下,岩石材料的裂隙前端同样存在剪切局部化,因此,工程裂缝是否穿过先存裂隙取决于应力逼近角、启裂逼近距离和充填物胶结强度共同作用下裂隙面的抗剪强度和先存裂隙面的摩擦学特性。
相关文章 | 计量指标
干湿作用下受荷石膏质泥岩的不可逆膨胀特征
程树范, 曾亚武, 高睿, 李涵,
岩土力学. 2023 (S1):  332-340.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1424
摘要 ( 39 )   PDF(13618KB) ( 63 )  
为研究干湿作用及应力状态对石膏质泥岩膨胀性的影响,采用自行设计的试验装置对采自平-绵高速公路天水2号隧道的原状岩样进行荷载耦合的干湿循环试验,就循环过程中及干湿循环后泥岩的宏观膨胀规律和细观膨胀机制进行分析。研究结果表明:(1)该试验装置可以实现干湿循环与特定应力状态(侧限压缩)的全过程耦合,且试样无自由表面,与地下岩体真实赋存状态较为接近;(2)当法向压力小于试样膨胀应力时,第1次吸水后试样有明显膨胀变形,在排水固结后可恢复的变形比例较小,而继续干湿循环,试样的胀缩变形将不再明显;(3)第1次干湿循环后,泥岩内矿物由颗粒胶结状态退化为絮状堆积状态,黏土化趋势明显,膨胀应力下降比例超过80%;(4)增加法向压力虽然可以减小甚至消除干湿循环过程中石膏质泥岩的膨胀变形,但无法抑制其细观结构的劣化;(5)通过有荷载的干湿循环,以一定的围岩变形为代价,可以减弱石膏质泥岩的膨胀性,但需要注意干湿循环也会降低石膏质泥岩的抗剪强度。上述结论对于石膏质泥岩地区隧道建设及地质灾害防治具有一定的指导作用。
相关文章 | 计量指标
稳态剪切条件下中国南海软黏土的相态转变特性及流变模型
刘杰锋, 李飒, 段贵娟, 王奕霖,
岩土力学. 2023 (S1):  341-349.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0170
摘要 ( 49 )   PDF(14818KB) ( 85 )  
海底沉积物在流变剪切过程中相态转变特性的研究和流变模型的建立对海底构筑物的安全评估具有重要意义。以中国南海软黏土为原材料,制备了5组不同含水率的试样,采用MCR302流变仪开展了一系列不同环境温度条件下的流变试验。试验结果表明,随剪应变的增大,剪应力呈现先快后慢的增大规律,而表观黏度呈现先快后慢的减小规律。剪应力和表观黏度随含水率的增加而较小,随温度的降低而提高。在流变剪切过程中软黏土出现了相态转变,其相态转变可利用动态和静态屈服应力进行划分,并根据试验结果建立了动态和静态屈服应力的模型。此外根据试验结果,还建立了考虑含水率和温度影响的南海软黏土Dual-Bingham流变模型,并验证了模型的可行性。研究结果可以为南海海底构筑物稳定的数值模拟提供基础模型。
相关文章 | 计量指标
地聚物稳定粗粒填料静动力学特性试验研究
王盛年, 苏俊, 郭双枫, 谷雷雷, 陈泽玮, 赵凯,
岩土力学. 2023 (S1):  350-364.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0737
摘要 ( 53 )   PDF(34015KB) ( 156 )  
地聚物具有高强、致密、低导热、资源节约等特点,其在抗震安全性、资源获取可行性等方面均符合高铁路基工程粗粒填料改良的需求。通过不同偏高岭土与碱激发材料配比下的地聚物稳定细粒填料单轴抗压强度试验和不同块石含量、围压下的地聚物稳定粗粒填料动三轴试验,研究了地聚物材料的配比关系及其在细粒填料稳定中的最优掺量,探讨了块石含量和围压对地聚物稳定粗粒填料动力特性的影响规律。结果表明:偏高岭土基地聚物中原材料与碱激发剂的最佳配比为2:1,且二者在细粒填料稳定中的最佳掺量为15%;地聚物稳定粗粒填料最大动剪切模量与块石含量存在线性增长关系,但与围压呈近似非线性增长;归一化剪应变下,地聚物稳定粗粒填料动剪切模量比G/Gmax均分布在窄带内,阻尼比则离散性较大。研究成果可为地聚物稳定粗粒填料的应用推广提供设计参数依据。
相关文章 | 计量指标
土−石混合体土−水特性和微观结构的相关性研究
程光, 范文, 于宁宇, 姜程程, 陶宜权,
岩土力学. 2023 (S1):  365-374.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0897
摘要 ( 46 )   PDF(41421KB) ( 153 )  
为探究秦巴山区土−石混合体土−水特性和微观结构的相关性,分别对不同孔隙比、含石量的土−石混合体开展非饱和入渗试验和压汞试验。试验结果表明:高压实度、低含石量下土−石混合体土−水特性曲线明显高于低压实度、高含石量土−水特性曲线;影响土−石混合体土−水特性的孔隙孔径在小于200 μm范围内;含石量较低时,提高压实度造成孔隙向低孔径范围集中,使得土−水特性曲线在该孔径范围变陡;含石量较高时,提高压实度主要压缩大孔径孔隙(d>80 μm),对小孔径孔隙的影响较小,使其土−水特性曲线较为一致。密实度较高时,增加含石量造成土−石混合体的孔隙分布更为均匀,土−水特性曲线由陡峭变为平缓;当密实度较低时,不同含石量下其小孔隙部分结构差异较小,土−水特性曲线较为一致。
相关文章 | 计量指标
基于深部含水煤样失稳特征的荷载梁式主控裂隙模型的试验研究
陈笑予, 姚强岭, 陈胜焱, 山长昊, 李英虎, 徐强, 于利强, 夏泽, 朱柳, 落弘业,
岩土力学. 2023 (S1):  375-386.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1173
摘要 ( 55 )   PDF(1105KB) ( 53 )  
深部巷道周边的煤体在承受高地应力基础荷载的同时,往往还受到由远及近的采掘活动扰动,使其内部的裂隙损伤在近似于高应力逐级加卸载的应力路径下不断发育,若还处于水岩作用的影响下,承载性能将进一步劣化。通过对某矿深部煤样进行吸水特性描述、波速信息对比、力学试验分析及声发射监测,总结了该矿深部含水煤样具有以下特征:吸水迅速、极易饱和、饱水后整体结构完整性增强,且主要以张开型主控裂隙的张拉破坏造成试件整体失稳。基于上述特征,结合吸水率、裂隙参数、系统尺寸等因素,优化建立了荷载梁式主控裂隙模型,阐述了深部含水煤样产生上述失稳特征的机制,并进行了敏感性分析、强度验证,验算结果较为贴合试验数据,可为深部高应力扰动富水巷道中的裂隙煤岩体进行类似的试验研究、理论建模及采掘设计提供一定的参考。
相关文章 | 计量指标
单侧限压缩煤岩组合体的破裂机制研究
彭阳, 高永涛, 王文林, 甫尔卡特, 温建敏, 周喻,
岩土力学. 2023 (S1):  387-398.  DOI: 10.16285/j.rsm.2021.0797
摘要 ( 55 )   PDF(1337KB) ( 60 )  
对深部煤层与周围岩体组成煤−岩系统的研究已成为深部开采的热门研究方向之一。借助L型模具开展岩−煤−岩组合体单侧限压缩试验,结合数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术及颗粒流PFC2D的计算数据分析单侧限压缩煤-岩组合体的试验强度、破坏特征及裂纹分布等规律。研究表明:(1)单侧限压缩煤岩组合体的主应变集中区域均处于试样煤层的临空侧。(2)单侧限压缩下两端岩层对煤层的共同约束随着煤层高宽比增大而减小,试样破坏由煤层临空面中部逐渐转移到煤层的端部。(3)单侧限压缩下组合体岩煤岩比例为1∶1∶1和1∶2∶1时,计算模型的破坏形态在煤层中部呈<状破裂,表现在临空面一侧。岩煤岩比例为1∶4∶1时,宏观破坏逐渐转移到煤层中上部,渐渐演变为剪切破坏。(4)计算模型微观裂纹主要位于临空面一侧,表现为张拉型裂纹,模型内部的张拉型裂纹数目是剪切型裂纹的4.5倍左右。
相关文章 | 计量指标
卸荷条件下围岩的细观损伤及力学特性研究
梁金平, 荆浩勇, 侯公羽, 李小瑞, 张明磊,
岩土力学. 2023 (S1):  399-409.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1282
摘要 ( 66 )   PDF(27047KB) ( 172 )  
为了获得卸荷破坏过程中巷道/隧道围岩的细观损伤演化规律及力学响应,使用颗粒离散元法对围岩卸荷内部细观损伤进行了数值模拟,结合卸荷试验厚壁圆筒围岩试样卸荷破坏特征,分析了初始应力对围岩破坏及力学特性的影响。研究发现:(1)卸荷诱发的裂纹分布于试件内孔壁周围,在卸荷应力调整影响下,裂纹聚集并逐渐向外壁发散扩展,呈现类似沙漏型的损伤破坏。(2)卸荷作用产生的裂隙数量随着应力增加呈现指数增长,且卸荷后裂隙数量增长速度显著高于卸荷过程中裂隙数量增长速度。(3)当卸荷应力低于围岩单轴峰值强度的80%时,卸荷过程中应力能够充分调整,且在卸荷后保持稳定;而当卸荷应力高于围岩单轴峰值强度时,卸荷过程中应力调整不充分,卸荷后一段时间内应力会继续调整,导致围岩破坏。(4)初始应力对围岩卸荷损伤破坏及力学特性影响显著,应力越大,卸荷后围岩出现损伤破裂的时间越早。
相关文章 | 计量指标
路面荷载下包裹式加筋土桥台变形的试验研究
徐超, 金宇, 杨阳, 孟亚,
岩土力学. 2023 (S1):  410-418.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0234
摘要 ( 64 )   PDF(6419KB) ( 73 )  
采用土工合成材料加筋土技术,建造包裹式加筋土桥台可以缩短桥梁跨度,提升桥台整体性能。为研究加筋间距、墙趾水平约束和土工格栅绕桩方式对桥台变形的影响,考虑道路面层荷载的作用,完成了4组静载模型试验。研究结果表明,在路面荷载作用下,包裹式加筋土桥台结构稳定,整体变形小。监测结果显示,加筋土桥台内桩柱的存在减小了桥台的侧向变形;墙趾水平约束的存在可以限制桥台的变形;减小加筋间距及采用刚性套管的格栅绕桩方式可增强桥台加筋土体的刚度和整体性,减小面板的水平位移,提高包裹式加筋土桥台的工作性能。研究成果对包裹式加筋土桥台工程设计具有借鉴价值。
相关文章 | 计量指标
粗糙度对不同粒径砂-混凝土界面剪切特性影响
刘飞禹, 张诗珣, 熊勃,
岩土力学. 2023 (S1):  419-426.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0392
摘要 ( 87 )   PDF(2733KB) ( 116 )  
为探究土体与结构之间相互作用的机制,通过设计3种颗粒中值粒径d50(1.21、4.56、8.91 mm)、3种结构表面粗糙度系数JRC(0.4、9.5、16.7)和3种剪切速率(1、5、10 mm/min)下的室内直剪试验,对剪切过程的应力变化、体变量进行监测,研究不同剪切速率下粗糙度对不同粒径砂-混凝土界面剪切特性影响。结果表明,d50=1.21 mm时,砂与混凝土界面抗剪强度随JRC的增大而先增大后减小;d50=8.91 mm时,界面抗剪强度随JRC的增大而增大。随着JRC增大,混凝土与砂土界面内摩擦角不断增大;随着颗粒粒径增大,混凝土与砂土界面内摩擦角先减小后增大。在不同剪切速率下,试样最终剪胀量均随颗粒粒径的增大而增大。剪切速率为5 min/mm时,砂-混凝土界面剪切试验最终剪胀量最小。存在某一临界粒径,当砂的颗粒粒径大于此临界粒径时,砂-混凝土界面剪切强度随JRC的增大而不断增大。
相关文章 | 计量指标
基于强夯应力波传播模型的夯击参数研究
刘文俊, 李岳, 蔡靖, 戴轩, 水伟厚, 董炳寅,
岩土力学. 2023 (S1):  427-435.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1463
摘要 ( 78 )   PDF(3895KB) ( 120 )  
夯击参数比选是决定强夯地基处理经济性与加固效果的关键环节,当前主要依靠试夯结果确定停夯标准及参数调整。对此,建立了非辐射平面发射型一维强夯应力波传播模型,推导了单次夯击作用下波阵面应力沿土体深度的分布,揭示了地基压密变形、剪切波横向扩散和土体阻尼特性3种独立因素耗能作用的机制,基于应力衰减规律探讨了加固深度分层标准、应力波传播与能量耗散过程。结果表明:当静接地压力由40.8 kPa增至122.3 kPa时,地基加固深度显著增加,同等静接地压力下提高落距和增大夯锤半径对地基加固效果提升有限;采用偏重锤低落特征的夯击参数组合对应力波向土体深层传播更为有利;随着土体深度增加,应力波时程依次呈现冲击加固、振动密实与弹性振动特征,冲击加固区深度可参照5%体应变等值线包络地基范围估计;依据任意拉格朗日-欧拉法仿真结果对单次强夯理论解进行修正,得出了连续夯击地基加固深度计算流程;通过对比现场检测结果可优化夯击参数,提高施工效率及经济性。
相关文章 | 计量指标
水-力耦合非饱和黄土的弹塑性模型适用性研究
邵帅, 邵生俊, 高梦洁, 刘小康, 王立新, 严广艺,
岩土力学. 2023 (S1):  436-442.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0457
摘要 ( 76 )   PDF(939KB) ( 67 )  
为验证Sun提出的与密度状态相关的非饱和土的水力-力学耦合的本构模型及非饱和黄土的水力特性和力学特性的预测结果,以西安市东郊黄土为研究对象,进行了非饱和黄土的等向压缩试验、三轴压缩试验以及三轴拉伸试验。将模型预测结果与试验结果进行了对比,证实了Sun所提出的模型预测非饱和黄土应力-应变和持水行为的有效性。将Sun模型与BBM模型分别得到的加载-湿陷(LC)屈服曲线进行对比,发现Sun模型的预测结果更接近试验数据点;对不同初始孔隙比的黄土试样进行等向压缩试验并进行湿化,模型能够较好地预测出黄土的湿陷变形趋势;对比模型预测结果与非饱和黄土三轴压缩试验得到的结果,证实该模型不仅可以较好地预测非饱和黄土的应力-应变行为,同时还可以反映非饱和土饱和度的变化。
相关文章 | 计量指标
桶式基础沉贯阻力系数的理论研究
黎亚舟, 李森,
岩土力学. 2023 (S1):  443-448.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1694
摘要 ( 60 )   PDF(11634KB) ( 75 )  
桶式基础在海洋工程中具有广阔应用前景,其安装可行性分析的核心是沉贯阻力计算。通过理论推导建立了基于土体强度指标和静力触探贯入阻力的两类桶式基础沉贯阻力计算方法之间的联系。对黏土,侧壁沉贯阻力系数可按黏聚力因子与锥尖阻力系数的比值确定;端部沉贯阻力系数可按条形地基承载力系数与锥尖阻力系数的比值确定。对砂土,侧壁沉贯阻力系数与侧压力系数和界面摩擦系数成正比,与基础形状系数和地基承载力超载压力系数成反比;端部沉贯阻力系数为形状系数的倒数。基于北海地质条件确定的沉贯阻力理论值与经验值相近,为沉贯阻力系数提供了理论基础。并针对我国海床地质条件,开展沉贯阻力系数研究。
相关文章 | 计量指标
含预应力锚杆煤岩组合体破坏及声发射特征试验研究
宋硕, 任富强, 常来山,
岩土力学. 2023 (S1):  449-460.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0777
摘要 ( 51 )   PDF(12804KB) ( 76 )  
为探究预应力锚杆对煤岩组合体的锚固效应,开展了4组不同界面倾角(15°、30°、45°、60°)含预应力锚杆与仅含锚杆组合体的单轴压缩室内模拟试验,从试样破坏形态、应力-应变曲线特征及声发射参数特征3方面探讨了含预应力锚杆组合体的力学响应。结果表明:含预应力锚杆组合体残余强度与峰值强度的比值更高,预应力的施加使峰值应力前组合体能量释放增加,有效抑制了峰后能量释放,减少了组合体发生滑移破坏时与锚杆接触面的损伤,同时降低了应力波动的发生频次。含预应力锚杆与仅含锚杆组合体低频高幅信号占比随荷载的施加均呈阶段性变化特征,在组合体发生滑移时,施加在锚杆中的预应力抑制了加载初期低频高幅信号的集中;在各界面倾角下,含预应力锚杆组合体低频高幅信号占比及其标准差均更低,表明预应力锚杆有效抑制了组合体峰前内部裂纹的萌生,且降低了组合体内部裂纹演化对界面倾角变化的敏感性。
相关文章 | 计量指标
珊瑚砂界限干密度确定方法的比较研究
瞿茹, 朱长歧, 刘海峰, 王天民, 马成昊, 王星,
岩土力学. 2023 (S1):  461-475.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1591
摘要 ( 68 )   PDF(2465KB) ( 90 )  

界限干密度(包含最大及最小干密度)是影响砂土力学性质的重要参数,将国标规范中干密度测定方法应用于岛礁珊瑚砂时,该类砂在干密度测定过程中产生了不可忽略的颗粒破碎,使得测定结果严重失真。分别采用中国(GB)、美国(ASTM)、日本(JIS)三国的相关规范,开展了针对珊瑚砂的界限干密度测定方法的比较研究;并与ISO标准砂的测定结果进行对比,进而提出适合于珊瑚砂干密度测定的建议方法。研究结果表明:对于不同粒径的珊瑚砂与标准砂,3种规范最小干密度测定结果为: ρjisdminρGBdminρASTMdmin;最大干密度测定结果为: ρJISdmaxρGBdmax ≈ρASTMdmax 。珊瑚砂与标准砂在3种规范中干密度差异性大小Δρd随粒径变化规律存在显著的区别。随着含水率的增大,珊瑚砂的最大最小干密度均为: ρJISdρGBdρASTMd;不同规范间干密度差异性大小随含水率的增加先增大后基本保持不变。中国规范在干密度测定过程中的颗粒破碎远大于美国规范和日本规范。综合来看,美国规范所采用的干密度测定方法具有砂样状态定义清晰、操作简单、适用粒径范围广、界限干密度测定结果理想、颗粒破碎量少且干密度测定结果离散性小等优点,因而是一种适合珊瑚砂界限干密度测定的方法。

相关文章 | 计量指标
循环加卸载下直墙拱形巷(隧)道应力松弛特性试验研究
刘啸, 张晓君, 魏金祝, 何俊玲, 王靖涛,
岩土力学. 2023 (S1):  476-484.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1736
摘要 ( 56 )   PDF(385KB) ( 58 )  
针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程试验,得出了应力松弛规律,建立了应力松弛模型,探讨了应力松弛机制。结果表明:在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程均呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛规律一致,但随着循环次数的增加,应力松弛时间放缓,应力衰减损失程度在降低;低载荷下的应力松弛过程是巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程,内部没有损伤产生,整体未产生破裂;在中等载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道围岩应力松弛过程同样呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,随着循环次数的增加总体上呈现应力松弛时间放缓的趋势,最终同样表现为巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程;与低载荷下相比,中等载荷下的应力松弛过程变慢,内部有损伤产生,但后续循环未导致围岩破坏;在高载荷下的直墙拱形巷(隧)道围岩呈现拉应力持续增加和压应力持续减小的过程,巷(隧)道持续损伤破裂,侧帮产生层爆,最终形成V型爆坑,整体呈现两次明显爆裂破坏;采用分数阶微积分理论来描述循环加卸载情况下的应力松弛过程,建立了分数阶模型即应力松弛方程,拟合效果基本吻合;定义了应力松弛度,可以完全反映应力松弛全过程及松弛程度;工程上应采取措施阻止岩爆岩体松弛过程变形发展到临界状态。研究结果对岩爆机制、预测预警及硬岩长期稳定性分析等具有很好的指导和借鉴意义。
相关文章 | 计量指标
基于轮廓曲线的岩体结构面三维粗糙度获取方法
顾岩, 雍睿, 沈伟, 杜时贵, 简杰东, 刘松林,
岩土力学. 2023 (S1):  485-494.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1725
摘要 ( 73 )   PDF(36218KB) ( 167 )  
现场获取岩体结构面三维形貌对于边坡稳定性评价至关重要,受限于三维激光扫描仪等精密设备高昂的使用成本、繁琐的操作过程以及对测量对象的严苛要求,使其在工程现场难以被广泛应用,因此提出了一种基于轮廓曲线的岩体结构面三维粗糙度获取方法。以重构结构面与原始结构面的峰值抗剪强度相对误差是否小于5%为标准,采用Tatone提出的峰值剪切模型评估岩石结构面的剪切特性,以确定合理的采样间隔;在此基础上,通过轮廓曲线仪绘制结构面二维轮廓曲线,并根据图像数字化矩阵与实际长度的大小关系提取每条轮廓曲线的坐标数据;利用Griddata函数对已有数据进行空间插值生成重构的三维结构面,从而进行相关粗糙度研究。根据理论分析、直剪试验两方面检验,求得重构结构面与原始结构面的峰值抗剪强度相对误差均小于5%,满足工程应用要求。研究证明该方法能够准确地获取结构面三维粗糙度,具有操作简单、成本低廉、受测量环境影响小等优势,可为相关结构面粗糙度分析及抗剪强度研究提供借鉴。
相关文章 | 计量指标
双锚杆受力机制分析及模型试验研究
杨凯丞, 吴曙光, 廖海成, 张辉,
岩土力学. 2023 (S1):  495-503.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1226
摘要 ( 108 )   PDF(5227KB) ( 67 )  
为了研究锚杆间距对全长黏结锚杆之间相互作用产生的影响,推导出基于Mindlin解的双锚杆锚固段应力分布近似解,并结合单锚和双锚静载拉拔模型试验,得到了锚杆间距改变对双锚杆应力分布、极限承载力及最终破坏形态的影响规律。结果表明:间距减小使得锚杆的轴向应力和侧摩阻力呈现均匀化趋势,且轴向应力随间距减小而增大,锚固段中部增长幅度最大。当锚固系统进入破坏阶段,随着间距减小,锚固系统周边岩体破坏的位置深度增加,破坏锥形体的面积增大,并由单锚的倒锥状破坏转变为复合破坏模式。间距过小时,增加锚杆数量对承载力的提升十分有限,为起到锚固联合作用,锚杆间距应不小于10 D(D为锚杆直径),在软弱岩体中间距取值应加大。
相关文章 | 计量指标
盐分影响重塑黄土渗透性的微观机制试验研究
李品良, 许强, 刘佳良, 何攀, 纪续, 陈婉琳, 彭大雷,
岩土力学. 2023 (S1):  504-512.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0749
摘要 ( 131 )   PDF(20950KB) ( 172 )  
“治沟造地”修建水库,导致土地盐渍化,而盐渍土的渗透性是影响工程设计、施工安全的重要因素,因此阐明不同盐分含量及类型条件下的重塑黄土渗透性至关重要。通过制备不同盐分含量的钠、钙盐重塑黄土试样,开展一系列室内变水头饱和渗透试验,探析重塑黄土渗透系数随盐分含量的变化规律。结果表明:随盐分含量增加,重塑黄土饱和渗透系数逐渐减小,两者呈负指数相关,含盐重塑黄土渗透系数与不含盐重塑黄土相比均有不同程度减小;同一盐分含量条件下,钙盐黄土的渗透系数小于钠盐黄土的渗透系数。采用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技术,测取重塑黄土的孔隙水赋存状态与孔隙结构随盐分含量与类型的变化;当盐分含量小于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态与孔隙结构的变化使重塑黄土渗透系数迅速减小;当盐分含量大于2%时,随盐分含量增加,孔隙水赋存状态变化使重塑黄土渗透性增加,而孔隙结构变化使重塑黄土渗透性减小且对渗透性的影响占主导,因此重塑黄土的渗透系数缓慢减小;同一盐分含量条件下,钙盐重塑黄土的孔隙水赋存状态和孔隙结构的变化比钠盐重塑黄土更显著。
相关文章 | 计量指标
基于核磁共振T2时间分布快速预测不同干密度土体的渗透系数
吴广水, 田慧会, 郝丰富, 王书齐, 杨文洲, 祝婷梅,
岩土力学. 2023 (S1):  513-520.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1958
摘要 ( 61 )   PDF(3224KB) ( 95 )  
不同干密度土体因孔隙结构的差异导致其渗透系数不同。同一工程不同位置土体的孔隙结构差异较大,为获得不同位置土体的渗透系数需要对每个位置的土样做变水头试验,这是一个耗时的过程。因此,提出一种快速预测土体不同孔隙结构条件下的渗透系数具有重要的理论和实践意义。基于核磁共振能快速测定孔径分布的优点,建立了一个基于土体T2时间分布快速预测土体渗透系数的毛细管模型。该模型能够利用某一干密度土体的渗透系数,结合土体任意干密度条件下的T2时间分布曲线预测该干密度条件下的渗透系数。研究结果表明:该毛细管模型在预测其他干密度土体渗透系数时,不需要计算横向表面弛豫强度ρ2,进而提高计算渗透系数的效率;核磁共振的每个T2时间概率分布和对应孔隙直径的概率分布相同,将T2时间代入毛细管模型就能直接计算渗透系数;预测的渗透系数和实测值较为一致,说明该方法具有快捷、可靠且不受人为因素干扰的优点。
相关文章 | 计量指标
岩土工程研究
基于孔压静力触探的杭州湾海域软黏土强度解译参数研究
王宽君, 沈侃敏, 汪明元, 王洪羽, 国振,
岩土力学. 2023 (S1):  521-532.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1446
摘要 ( 83 )   PDF(536KB) ( 91 )  
我国海域广泛分布有低强度软黏土,其工程特性评价将直接影响风机基础设计和安全运行。孔压静力触探是目前海洋勘察中使用最多的原位测试手段,其优点在于对土体扰动小,缺点在于需要通过解译获取土体参数,而不同地区的解译参数往往存在场地特异性。依托浙江杭州湾嘉兴海域某海上风电工程,开展了室内试验和原位孔压静力触探试验(piezoncone penetration test,简称CPTU),标定得到了适合我国浙江杭州湾海域的淤泥质粉质黏土的CPTU锥尖因子Nkt范围为14.15~30.18,总平均值为20.25。标定结果显示杭州湾海域淤泥质粉质黏土锥尖因子Nkt与孔压比Bq呈现负相关性,而与含水率w、孔隙比e、液限wL、塑限wp、塑性指数Ip呈现正相关性,并得到了Nkt与孔压比Bq和塑性指数Ip的多元回归分析公式。将建立的Nkt关系式应用于临近平湖海域的风电场工程中,结果显示采用含水率w、孔隙比e与锥尖因子Nkt的关系式以及孔压比Bq和塑性指数Ip的多元回归分析公式,可以较好地解译杭州湾海域软黏土的强度,不仅适用于淤泥质粉质黏土地层,还可以应用于淤泥质黏土和粉质黏土地层,具有较好的场地适用性。
相关文章 | 计量指标
软土地区深基坑支护工程格构柱变形规律研究
黄生根, 张义, 霍昊, 陈常青
岩土力学. 2023 (S1):  533-538.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0818
摘要 ( 94 )   PDF(1483KB) ( 178 )  
在软土地区,基坑底隆起带动格构柱向上变形,对混凝土支撑产生顶托从而产生附加弯矩,而目前基坑设计中往往不考虑格构柱竖向变形产生的次应力,且针对该类问题进行的研究也很少,缺乏对格构柱变形机制及其影响的认识。明确格构柱变形影响机制,有助于提高对基坑空间支护体系共同作用变形的认识,为设计与施工中的格构柱变形控制提供理论依据。结合杭州文一西路明挖隧道深基坑工程监测数据,以及通过改变模型的土层分布、坑底加固范围、支护结构深度、立柱桩深度与桩径等模型变量,分析了现场监测与模型变量对格构柱变形的影响机制和规律。研究结果表明:(1)土层分布对格构柱的影响较显著,基坑底土层越软弱,对格构柱变形的影响越大。(2)增加立柱桩入土深度与桩径,可有效减小格构柱变形。(3)坑底加固可以减小格构柱变形,但加固深度存在一临界深度。(4)地连墙深度对格构柱向上隆起有一定的约束作用,但作用并不明显。
相关文章 | 计量指标
西北非湿润区毛细阻滞覆盖层防渗性能验证与长期服役高危易渗气象段分析
焦卫国, 庹斌, 张松, 贺明卫, 林长松, 刘振男,
岩土力学. 2023 (S1):  539-547.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1075
摘要 ( 42 )   PDF(2631KB) ( 41 )  
为研究西北非湿润区气候特征和毛细阻滞覆盖层高危易渗气象段,掌握该地自然气候条件下引发毛细阻滞覆盖层渗漏的气象机制,总结分析了西北干旱、半干旱气候区50年的降水、蒸腾蒸发和温度等气候特征。在西北某填埋场开展了毛细阻滞覆盖层足尺极端降水试验,验证了覆盖层在极端偶然降水事件下的防渗储水性能。耦合气候条件开展了土质覆盖层长期防渗性能分析,鉴别筛选出了西北干旱、半干旱气候区诱发渗漏的高危气象段,揭示了高危易渗气候段引发渗漏的气象机制。结果表明:(1)西北干旱、半干旱气候区4-11月降水多,12月-次年4月降水少,冬干夏湿,雨-热同期,利于土质覆盖层水分的存储-释放。(2)西北非湿润区极端偶然连续强降水量阈值在56.1~118.5 mm之间,现场覆盖层极端降水试验累计降水量194.85 mm,土层存储量148.22 mm。在该区极端偶然连续强降水条件下毛细阻滞覆盖层能满足防渗标准。(3)长期服役中西北干旱和半干旱气候区,8-11月是毛细阻滞覆盖层的高危易渗气象段,11-12月次之,1-7月渗漏可能最低。该气候区土质覆盖层防渗设计和填埋场运营-管理-维护工作中,8-11月为关键气象段,建议进行重点校核与管控。
相关文章 | 计量指标
央达隧道掌子面前方边坡地表开裂研究
苟永平, 叶琼瑶, 韦立德, 司家琛,
岩土力学. 2023 (S1):  548-560.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0864
摘要 ( 59 )   PDF(1197KB) ( 58 )  
隧道开挖引起掌子面前方边坡离掌子面水平距离超过5倍隧道断面尺寸的地方地表开裂问题是急需解决的课题。将广西央达隧道开挖引起掌子面前方边坡开裂问题作为工程实例,采用地质勘察和边坡监测手段开展研究,并建议了一个基于有限差分软件FLAC3D遍布节理模型的分析模型进行分析,该分析模型利用有限差分软件FLAC3D遍布节理模型和反演技术分析考虑优势节理影响的隧道开挖的边坡响应,重点分析塑性屈服区分布特征。工程勘察研究结果表明优势节理J1倾向与滑动条带主滑方向基本一致;边坡监测研究结果给出了主滑段最大埋深大约为15~18 m和采取边坡加固措施后的边坡滑移范围;数值模拟结果主滑段埋深与监测结果的估计深度接近,边坡后缘裂缝两端点直线段长度为63 m,与裂纹实际长度接近,裂缝端点与隧道掌子面之间距离为99 m,与实际距离90 m接近。分析结果表明,本研究建议的分析模型合理可行,且对类似工程具有借鉴意义。
相关文章 | 计量指标
北石窟寺平顶窟顶板稳定性评价与黏结补强有效性研究
裴强强, 刘鸿, 崔惠萍, 白玉书, 王彦武, 韩增阳,
岩土力学. 2023 (S1):  561-571.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0936
摘要 ( 62 )   PDF(46509KB) ( 135 )  
顶板岩体层间开裂、崩落是砂岩石窟平顶窟顶板结构失稳的主要病害之一。调查北石窟寺平顶窟顶板发现,地层岩性、岩体层间抗拉强度、剥离体厚度、开口宽度及剥离体与基岩体连通率是影响开裂体稳定性的主要因素。为有效提高平顶板安全储备,增强平顶窟顶板的整体稳定性,根据现场调查和定量计算分析,将顶板开裂岩体划分为低风险、中风险、高风险、极高风险4个等级,抽象简化为“悬臂式折断破坏”和“重力式坠落破坏”两种主要破坏方式,并提出针对北石窟寺顶板开裂岩体稳定性评价的定量计算公式。通过北石窟寺现场注浆黏结试验发现,填充浆液面积覆盖率一般为40%~60%,对剥离体厚度不大于11.4 cm的裂隙岩石进行黏结加固可取得较为理想的效果,考虑8度抗震设防,其有效黏结厚度不大于10.89 cm。
相关文章 | 计量指标
土压平衡盾构渗流场解析解及喷涌判别研究
余俊, 郑靖凡, 杨鑫歆, 李东凯
岩土力学. 2023 (S1):  572-580.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0935
摘要 ( 69 )   PDF(19759KB) ( 175 )  
考虑土压平衡盾构土舱的二维渗流效应,用解析方法分析了土压平衡盾构的喷涌问题。将土舱渗流场划分成两个区域,利用分离变量法并结合区域间连续条件得到土舱水头显式级数解,将螺旋输送机内流场视为一维渗流,通过土舱与螺旋输送机交界面水流量及水头连续条件得到盾构的渗流场解析解。分别将土舱和螺旋输送机渗流场解析解与数值软件计算结果和试验结果进行对比,结果吻合较好,验证了解的正确性。分析盾构及土层参数对螺旋输送机排土口水流量及水压力的影响,分析结果表明:在螺旋输送机排土口内外水压力差为0的情况下,螺旋输送机内水流量及水压力与刀盘面中心水头近似线性关系;增加螺旋输送机长度和倾角、减小螺旋输送机的直径有利于防止喷涌。基于已有的喷涌研究成果,给出了典型盾构喷涌判别图。通过对盾构喷涌实例进行判别,并与盾构一维解析解的喷涌判别结果进行对比,证明基于本解析解的喷涌判别更为准确。
相关文章 | 计量指标
三峡库区碎屑岩岸坡岩体钻孔成像特征及质量评价方法研究
孙钱程, 徐晓, 刘圣, 徐志华, 何钰铭, 郭浩森, 张国栋,
岩土力学. 2023 (S1):  581-592.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1360
摘要 ( 80 )   PDF(1380KB) ( 66 )  
三峡库区地层岩性复杂,岩体赋存环境差异性明显,影响岩体质量的因素较多,在周期性水力作用下碎屑岩岸坡岩体已形成独有的结构特征,对岸坡的长期安全与稳定性不利。在调查统计库区碎屑岩特征的基础上,开展了大量原位钻孔测试,分类总结了库区碎屑岩岸坡岩体典型的钻孔成像特点,详细分析了不同裂隙特征岩体钻孔岩芯的块体尺度与断裂特征。基于岩芯断裂特征与钻孔成像裂隙特征的对应关系,建立了岩体质量评价指标RQ,并与传统的岩石质量指标RQD和声波测试结果进行对比,验证了该指标的适用性。研究结果表明,三峡库区碎屑岩库岸影响岩体质量的钻孔成像特征主要有沉积分层结构、软弱充填结构、原生破碎带及钻孔轴向裂隙切割4种结构类型,RQ考虑了不同结构类型划分块体的长度区间,量化了不同区间岩体占比对岩体质量评价值的贡献,基于岩体内部结构特征可以更客观地评价碎屑岩岸坡的岩体质量,避免了钻孔取芯过程机械损伤引入的误差。研究成果有助于分析三峡库区碎屑岩岸坡岩体的质量分布特征,并为岩体质量演化的量化描述提供理论方法与技术思路。
相关文章 | 计量指标
间歇式滑坡变形力学机制与单体预警案例研究
吴爽爽, 胡新丽, 孙少锐, 魏继红,
岩土力学. 2023 (S1):  593-602.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1780
摘要 ( 71 )   PDF(41456KB) ( 187 )  
水库区水位波动条件下常诱发滑坡阶跃,阶跃指滑坡的变形突然发生、戛然而止,位移曲线呈多台阶状,具有间歇式、突发、(准)周期性的特点。选取典型阶跃型水库滑坡案例,在现场多年监测工作基础上,揭示滑坡变形特征,引入黏滑理论,阐明滑坡阶跃力学机制;其次,考虑现有预警方法在阶跃型滑坡中的局限性,基于机器学习开发预警新方法。结果表明:渗流作用下滑带土黏滑可能是滑坡阶跃的力学机制;采用多机器学习算法,选取人工神经网络(artificial neural network,ANN)和C5.0算法综合确定了西南库区某大型滑坡水位与水位变化率阈值,建立了该二维预警阈值间的反比例数学关系,预警准确率达86.7%。该研究将黏滑理论引入滑坡力学机制分析中,并基于多机器学习算法综合确定预警阈值,为相关研究及应用提供借鉴。
相关文章 | 计量指标
边坡失稳三类能量突变判据的统一性
华成亚, 姚磊华
岩土力学. 2023 (S1):  603-611.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1156
摘要 ( 139 )   PDF(5185KB) ( 75 )  
强度折减法失稳判据研究是边坡稳定性分析领域的热点问题。特征点位移突变判据、塑性区贯通判据和计算程序不收敛判据这3类常用失稳判据被认为分别对应于重力势能降突变判据、耗散能增量突变判据和动能增量突变判据这3类能量突变判据。为了统一上述3类能量突变判据,基于最小势能原理,提出了强度折减法新的失稳判据-变分值判据。推导了数值模型总势能二阶变分值计算公式,发现了一种变分施加方式,编写了变分值计算程序,给出了基于变分值正负判断模型稳定与否的流程。通过典型边坡算例,验证了变分值判据和3类能量突变判据的统一性。通过改变数值模型的网格密度、边坡角度和边坡高度等典型参数,讨论变分值判据和3类能量突变判据统一性的一般性。结果表明:变分值判据计算结果与3类能量突变判据计算结果接近,彼此的相对误差小于5%。变分值判据统一了3类能量突变判据,为3类能量突变判据的统一性提供了力学解释。
相关文章 | 计量指标
数值分析
非饱和土中Rayleigh波传播的能量特性研究
周凤玺, 姚桃岐, 柳鸿博,
岩土力学. 2023 (S1):  612-622.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0659
摘要 ( 40 )   PDF(2281KB) ( 69 )  
基于多孔介质理论以及连续介质力学,通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立了非饱和土中平面Rayleigh波的弥散特征方程,利用数值算例分析了饱和度对波速、位移响应及能流分布的影响。结果表明:Rayleigh波主要反映压缩P1波和剪切波的特性,其速度、位移及能流分布均受饱和度的影响显著。Rayleigh波的传播速度和衰减呈频散特征,非饱和土体中饱和度的增大将引起位移幅值的显著降低,且随着饱和度的增大,Rayleigh波能量中剪切波分量会有所增加。
相关文章 | 计量指标
原生煤岩组合体界面力学效应数值模拟研究
王凯, 付强, 徐超, 艾子博, 李丹, 王磊, 舒龙勇,
岩土力学. 2023 (S1):  623-633.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1064
摘要 ( 58 )   PDF(743KB) ( 130 )  
原生煤岩组合体界面是非均质的且包含大量复杂的微观结构。为透明求解非均质煤岩界面导致的复杂物理场,采用工业CT对原生煤岩组合体试件进行了扫描试验,重构了原生煤岩组合体界面三维模型,计算了非均质煤岩界面的分形维数;基于此建立了原生煤岩组合体数值模拟模型,模拟分析了单轴压缩条件下原生煤岩组合体的应力及损伤特征,并通过煤岩组合体单轴压缩试验结果验证了数值模拟规律的可靠性。研究结果表明:原生煤岩组合体界面具有复杂的微观结构且具有分形特征,分形维数能够反映界面宏观形态;单轴压缩状态下,原生煤岩组合体中垂向应力呈非均匀分布,煤岩界面的存在会在煤体中派生水平压应力,在岩石中派生水平拉应力,煤岩界面附近水平应力呈拱形分布;原生煤岩组合体的损伤破坏主要发生在煤体中,煤体的损伤首先发生在远离界面的煤体中并逐渐向界面处扩展,界面分形维数与试件出现初始损伤对应的轴压呈正相关;由于煤岩界面压应力拱的存在导致原生煤岩组合体整体的强度高于煤体,破坏后的煤体呈拱形分布。预期研究结果对于煤岩动力灾害防治具有一定意义。
相关文章 | 计量指标
基于剪切波速的液化可能性等级评估表法
杨洋, 孙锐,
岩土力学. 2023 (S1):  634-644.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0927
摘要 ( 65 )   PDF(339KB) ( 92 )  
目前国内外提出的液化评估方法以公式形式为主,其中的概率评估公式结果保守且普遍形式复杂、计算过程繁复,而大面积、多数据点的液化小区划更需要评估客观且形式简单的方法。为此,提出了基于剪切波速的优化Logistic液化概率公式和对应的液化可能性等级评估表法。根据国内外公开的剪切波速液化现场调查资料,计算得出了样本液化概率作为液化可能性分级依据,并通过决策树方法构建了3种精度的液化可能性等级表。将Kayen等的数据集作为回判数据集,衡量优化后公式及等级评估表的合理性。结果表明:优化后的概率公式误判点集中在液化临界线附近,误判影响程度小于Kayen液化概率公式;3种精度下的等级评估表均能正确分离出70%以上的场地,且客观地兼顾了液化场地与非液化场地的整体评估,简化了液化可能性评估过程,提高了剪切波速液化概率评估方法的适用性,实现了无需计算即可评估液化可能性的目的,可为开展以剪切波速为数据来源的液化小区划提供技术支持。
相关文章 | 计量指标
考虑各向异性影响的冻土修正线性黏结接触模型开发及应用
张革, 曹玲, 王成汤,
岩土力学. 2023 (S1):  645-654.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1095
摘要 ( 70 )   PDF(10074KB) ( 64 )  
针对冻土的各向异性特性,基于线性黏结接触模型,建立了能够反映冻土各向异性特性的修正线性黏结接触模型,并通过C++语言生成供颗粒流程序PFC3D调用的离散元本构子程序DLL。首先对单一接触进行了拉伸、直接剪切测试,通过对比数值与理论结果,验证了考虑各向异性影响的冻土修正线性黏结接触模型的正确性。此外,模拟了不同温度条件下的冻土三轴压缩试验,并与试验得到的应力-应变曲线进行对比,结果表明,所提出的修正线性黏结接触模型对冻土具有较好的适用性。基于标定后的模型细观参数,开展了一系列的三轴压缩离散元数值模拟,利用模拟结果探讨了虚拟弱面法向倾角对冻土的应力-应变曲线特征、强度及抗剪强度指标的影响,并分析了有效配位数、细观组构量的演化规律。研究结果可为冻土各向异性宏-细观力学特性提供数值基础。
相关文章 | 计量指标
具有不规则界面的层状地基三维动力响应的薄层法
李小信, 何超, 周顺华, 李晖,
岩土力学. 2023 (S1):  655-668.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1390
摘要 ( 57 )   PDF(761KB) ( 78 )  
天然地基通常含有不规则的分层界面。对此,提出了一种计算具有不规则界面的层状地基三维动力响应的薄层法,推导了简谐点源作用下不规则分层半空间三维动力问题的基本解。基于双重Fourier变换,获得弹性介质在频域-波数域内的薄层单元系统控制方程;利用模态叠加原理,推导了半无限长和有限长薄层单元的刚度矩阵,引入完美匹配层模拟波向底层半无限空间的传播,从而构建可考虑土层界面沿横向不规则分布的三维层状地基计算模型,获得了简谐点源作用下不规则分层地基三维动力问题的基本解;通过与既有方法的对比分析,验证了新方法的正确性。最后,利用该方法计算了具有倾斜分层界面的双层地基在简谐荷载作用下的动力响应,结果表明:界面倾斜导致的动力响应差异大,且随着倾斜度以及荷载频率的增加而变大。在进行天然地基的动力分析时,需考虑地基的不规则分层特性导致的振动响应差异。
相关文章 | 计量指标
堤坝软土碎石桩复合地基计算参数研究
应宏伟, 闫旭政, 周建, 龚晓南, 王阳扬, 韩华超, 侯靖
岩土力学. 2023 (S1):  669-677.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.0708
摘要 ( 58 )   PDF(21342KB) ( 185 )  
目前确定碎石桩复合地基参数时,工程界常采用碎石与原状土参数按平面面积占比叠加的简化方法进行计算,对其适用条件较少关注。以卢旺达那巴龙格河二号水电站高土石坝深厚覆盖层软弱地基处理项目为背景,基于PLAXIS有限元平台,对不同面积置换率下含碎石芯软黏土复合试样进行三轴固结排水试验数值模拟,经室内三轴试验验证了数值模拟方案的合理性。对软土碎石桩复合地基的桩-土作用机制和土体硬化模型计算参数进行研究,将所获参数应用于坝基的变形分析,并与传统参数叠加法和碎石桩墙法进行对比。结果表明:采用数值复合试样法确定的土石坝软土碎石桩复合地基参数是合理的,在计算复合地基沉降时误差小;传统参数叠加法低估了软土碎石桩复合地基的沉降,仅适用于低应力水平、高面积置换率的情况,并且会高估复合地基的强度参数。采用数值复合试样法参数对坝基变形的二维有限元分析表明,根据坝体高度不同采取不同置换率的碎石桩分区加固地基的优化方案是可行的。
相关文章 | 计量指标
考虑非饱和路基性能劣化的路表振动响应研究
张晶, 杨吉红, 卢正, 唐楚轩, 刘杰
岩土力学. 2023 (S1):  678-686.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1048
摘要 ( 45 )   PDF(562KB) ( 66 )  
为了给应用落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,简称FWD)准确识别路基性能劣化提供理论基础,建立了考虑路基非饱和特性的弹性层状路面在FWD荷载作用下的振动响应计算模型。通过Laplace-Hankel变换对模型的动力控制方程进行了推导求解,建立了路面和非饱和路基的动力刚度矩阵。并由层间连续性条件合成了公路结构的整体动力刚度矩阵,结合边界条件得出了FWD荷载作用下整个公路结构在变换域内的振动响应解。利用Laplace-Hankel逆变换对振动响应进行了空间-时间域内的数值求解,分析了FWD荷载频率和路基饱和度对振动响应的影响以及路基性能劣化与路表振动信号的关联性。研究结果表明:路表竖向动位移主要受FWD荷载低频成分的影响且随饱和度的增大而增大;相比较路表振动速度和路基表面竖向动应力,路表竖向动位移受路基性能劣化的影响更敏感,且在距荷载中心1.2 m位置处的路表竖向动位移变化率达到最大。研究结果可为路基性能劣化的反馈指标与位置选择提供科学依据。
相关文章 | 计量指标
测试技术
新型电控式钻孔剪切仪的研制及测试验证
朱建民, 郑建国, 于永堂, 蔡晶, 夏辉,
岩土力学. 2023 (S1):  687-697.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1448
摘要 ( 64 )   PDF(600KB) ( 68 )  

针对传统钻孔剪切仪剪切速率难以控制、测试误差大、试验参数取值依靠经验等缺点,研制了新型电控式钻孔剪切仪,并阐述了新仪器的结构、测试原理及方法。为测试新仪器的稳定性,将新仪器应用于滑坡场地,与传统剪切仪测试结果进行对比。结果表明:首级法向应力可等于或稍大于初始法向应力σ0;法向应力增量Δs与临塑应力σf与初始法向应力σ0之间存在(σ0σf) / Δs =4.0~4.5的关系,可指导Δs 取值;当法向位移与时间关系曲线趋于水平、法向位移速率趋于0时,固结稳定,据此可确定土体固结时间;根据剪应力与剪切位移关系曲线,可直观地判断土体所受应力状态,指导剪切力施加;新仪器与传统剪切仪相比,测试的抗剪强度指标可靠,而后者所测黏聚力值很小,甚至为负值。4.5 m深度处剪切板压入土体和剪切过程的数值模拟表明:法向应力介于法向位移曲线的线性变形阶段时,土体可有效固结。剪切破坏时,剪切板附近土体产生明显错动,形成条状塑性破坏带,并逐渐形成上下贯通的塑性破坏带。

相关文章 | 计量指标
一种模拟原状泥岩动力打桩与静载试验 装置的研制及应用
银吉超, 白晓宇, 张亚妹, 闫楠, 王永洪, 张明义,
岩土力学. 2023 (S1):  698-710.  DOI: 10.16285/j.rsm.2022.1469
摘要 ( 61 )   PDF(10641KB) ( 88 )  

针对泥岩地基打入桩贯入困难、承载力不足现象及软岩易扰动难以制备模型地基的特点,通过原状软岩约束单元、锤击贯入单元、导轨支架单元、静载单元4部分的设计与联系,初步研制了基于原状软岩的模拟打桩与静载试验装置,进行标定及验证性试验、应用试验,验证装置的可行性、稳定性,分析打入桩的沉贯与承载特性,明确桩周泥岩力学特征,提出进一步研究展望与工程应用建议。研究表明:(1)验证性试验、应用试验结果与现场试验结果一致,沉贯特性、承载特性与现场试验相同,验证了试验装置的可行性;(2)荷载传递相关因子稳定性好,进一步证实了试验装置的荷载传递稳定可靠;(3)泥岩软硬互层严重,每10 mm贯入度通过锤击数表征的贯入阻力差异性大,低强度软夹层发生的静载破坏呈现出沉降急剧增大的陡降特征;(4)打桩对桩周2dd为桩径)范围内的泥岩造成不同梯度的损伤,每间隔0.5d,强度损失66.0%、40.5%、17.0%、7.0%,弹性模量损失80.5%、54.5%、26.5%、11.0%;(5)完善取样技术,加强泥岩软硬互层的勘察判定,增强控制贯入度的施工措施,泥岩地基打入桩承载力的理论分析、数值计算及设计施工,应按损伤梯度合理选取原状力学参数折减后的数值。试验装置具有稳定、可靠、可控等优点,可为泥岩地基动力打入桩的相关研究提供支撑。

相关文章 | 计量指标