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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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2024年, 第45卷, 第7期 刊出日期:2024-07-10
上一期   
基础理论与实验研究
不同垫层下煤矸石桩网复合路基承载特性
邓友生, 姚志刚, 冯爱林, 李龙, 孟丽青, 肇慧玲,
岩土力学. 2024 (7):  1895-1905.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1345
摘要 ( 168 )   PDF(1955KB) ( 168 )  
为综合利用固体废弃物煤矸石,将其取代部分传统细骨料制备煤矸石混凝土桩。开展了土工格栅和土工格室加筋垫层下煤矸石桩网复合路基室内模型试验,分析路堤顶面荷载-沉降关系、加筋垫层传荷能力和桩身应力的差异性。同时,建立有限元计算模型,研究不同加筋材料应力和变形规律,揭示土工格室应用于加筋垫层作用机制。结果表明:在本次试验中,同土工格栅相比,土工格室加筋垫层显著减小路堤顶面沉降约29.71%。土工格室加筋垫层下桩顶和桩间处土压力衰减量分别约61.51%、56.35%,充分发挥了筏板效应和应力扩散效应。采用土工格室加筋垫层,路堤荷载能够被有效传递至煤矸石桩体,在路基中心处和沿路基横断方向桩身应力极值分别采用土工格栅加筋垫层的1.78、1.80倍。土工格室和土工格栅应力分布规律分别呈“V”型和“U”型变化特征,且土工格室的应力最大值大于土工格栅。土工格室特有的蜂窝状结构对路堤填料产生侧向环箍和肋条摩阻力作用,通过自身张拉变形有效地扩散路堤荷载。
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干湿循环脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型
李晓照, 车行, 李海峰, 戚承志
岩土力学. 2024 (7):  1906-1916.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1242
摘要 ( 91 )   PDF(485KB) ( 91 )  
针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷载作用的宏细观力学关系模型非常欠缺。基于断裂力学理论方法,结合干湿循环试验研究方法,提出了一种干湿循环条件下脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型。该模型是在考虑了干湿循环次数与含水率ω 对断裂韧度KIC和初始损伤因子D0综合影响的基础上,结合岩石初始细观裂纹损伤与裂纹断裂韧度的直接拉伸细观裂纹扩展力学模型建立的。对比分析抗拉强度、裂纹扩展极限长度llim、弹性模量、岩石劣化损伤的理论与试验结果,验证了模型的合理性。讨论了初始裂纹倾角φ、材料常数β 等参数影响下,裂纹启裂应力及峰值应力随干湿循环次数的变化规律。对比分析了干湿循环和单独含水条件对岩石劣化度力学特性的影响。
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高应变率冲击荷载下节理花岗岩损伤机制研究
王智德, 钱梦凡, 李杰, 司莹莹, 江俐敏,
岩土力学. 2024 (7):  1917-1928.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1228
摘要 ( 86 )   PDF(3933KB) ( 119 )  

针对冲击荷载作用下贯通节理花岗岩动力响应特征和能量演化规律这一研究目标,以含不同倾角节理花岗岩为研究对象,基于不同倾角节理岩体损伤力学理论模型,开展了高应变率下不同节理倾角花岗岩的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)冲击试验,完成了高应变率下花岗岩的损伤特征研究,获取了岩体动态力学性质和能量耗散特征。研究结果表明:(1)基于Druck-Prager准则和Weibull 强度分布准则,结合弹性波理论,建立了不同倾角节理岩体的应力-应变理论模型,该模型能够较好地反映花岗岩的抗压强度、弹性模量随节理倾角变化的动态力学特性,具有较强的倾角效应;(2)相同冲击荷载下,随节理倾角的增大,能量反射系数呈线性上升趋势,能量传递系数呈线性下降趋势,岩样的峰值应力逐渐而减小;相同节理倾角下,随冲击荷载增大,能量反射系数先增大后减小,能量传递系数先减小再增大,能量吸收率随节理倾角的增大而减小;(3)当冲击荷载相同时,完整岩样、节理倾角θ =0°和θ =15°岩样的破碎程度较大,而节理倾角θ =30°和θ =45°岩样的破碎程度较小;当节理倾角相同时,随冲击荷载增大,超过岩样最大抗压强度时,岩样由剪切和拉伸破坏逐渐转化成压碎破坏,且破碎程度也随之增大。

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冲刷作用下砂岩宏观力学特性及微观结构
张科, 关世豪, 齐飞飞, 徐奕, 金克盛,
岩土力学. 2024 (7):  1929-1938.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1271
摘要 ( 84 )   PDF(3650KB) ( 125 )  
水流环境下库岸边坡岩石劣化会严重危害坡体稳定性,如何精细化揭示动水冲刷作用下岩石宏观力学特性及微观结构对库区灾害防治具有重要意义。为模拟库岸边坡所处的水流环境,设计了一套岩石抗冲刷试验装置。以砂岩为研究对象,考虑自然、静水浸泡和动水冲刷3种工况。结合室内试验、数字图像相关方法、扫描电镜和分形理论,从宏观力学参数、应变场分布特征、微观结构等角度系统探讨了不同水环境对岩石力学特性的影响。研究结果表明:(1)动水冲刷后的岩石抗压强度和弹性模量软化系数比饱水试件分别降低了0.07和0.06;(2)应变场分异速率-轴向应变曲线在峰值应力前出现拐点P,与断裂过程区的集聚相关,可作为岩石破裂的前兆信号;相较于饱水作用,冲刷作用使得破裂前兆点出现变早,这是因为冲刷作用加剧了岩石内部缺陷的发育,更易形成裂纹;(3)相较于饱水试件,动水冲刷后砂岩内部矿物颗粒和胶结物流失程度加大,微观结构劣化更为显著,这种变化在扫描电镜图像的分形维数计算结果中得到了印证,冲刷试件的分形维数最大。
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多孔介质低渗测试气体周期振荡法理论研究
王威, 陈卫忠, 杨典森, 杨光华, 周小文, 袁明道, 史永胜, 刘宜杰,
岩土力学. 2024 (7):  1939-1956.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1326
摘要 ( 76 )   PDF(1190KB) ( 66 )  
目前,多孔介质低渗测试主要采用高精度气体稳态法和气体脉冲衰减法,缺少对气体周期振荡法的深入探讨和分析。基于气体周期振荡法基本原理和试验方法,提出了3种基于不同控制方式模拟生成周期波气压边界条件的方法,以及在试样上游和下游分别设置1个体积可调的气体储存容器的试验设备方案。基于孔隙流体介质的讨论,将Fischer等提出的以不可压缩流体为渗流介质的周期法理论解,推广到以可压缩流体为渗流介质的情况,扩大了周期法理论解的适用范围,并讨论了各参数之间的物理意义及其联系。基于气体周期振荡法理论解,进行了2个特例分析,优化了理论解中复杂分项的处理。通过一系列正交对照计算案例,对比了气体周期振荡法理论解和数值解的计算结果,讨论了渗透率、孔隙率、下游容器体积、试样直径和长度等对试验过程的影响,验证了理论解的准确性和可靠性,并对理论解的不足进行了说明,在此基础上,给出了气体周期振荡法试验的优化设计策略。
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刚性墙面双面加筋土挡墙动力响应振动台模型试验研究
李福秀, 郭文灏, 郑烨炜
岩土力学. 2024 (7):  1957-1966.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1230
摘要 ( 61 )   PDF(1097KB) ( 70 )  
设计并完成了1:4的刚性墙面双面加筋土挡墙振动台试验,在满足相似关系的前提下,通过输入不同幅值的水平向正弦波,分析刚性墙面双面加筋土挡墙的动力响应特性。研究结果表明:两侧加筋区和中部非加筋区的加速度沿着高度方向均呈现出明显的放大效应,并在挡墙顶部达到最大值。随着加载幅值的增加,双面加筋土挡墙顶部的最大放大系数主要分为3个阶段,分别是平稳段、上升段与衰减段。最大墙面位移和残余位移沿着高度方向呈线性增大。当加载幅值未超过临界加速度时,位移量较小;而加载幅值超过临界加速度时,位移会迅速增大。同时,临界加速度对双面加筋土挡墙的变形模式有着决定性作用。刚性墙面双面加筋土挡墙的筋材动应变增量随着加载幅值持续施加而不断增大。底层的最大筋材应变增量出现在连接处,且沿着高度方向,最大筋材应变增量的位置不断向内部移动。
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基于体积变化的珊瑚砂砾破碎率研究
王步雪岩, 孟庆山, 钱建固,
岩土力学. 2024 (7):  1967-1975.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1297
摘要 ( 59 )   PDF(1567KB) ( 56 )  
颗粒材料的破碎行为广泛地存在于各个领域内,且对散粒体材料的力学性能有较大影响。对颗粒破碎行为的大量研究皆建立在合理可靠的破碎率计算方法上。针对现有方法不能准确评估不规则形貌颗粒(以珊瑚砂砾为典型代表)破碎率的现状,提出了以颗粒体积作为基础参数的颗粒破碎率计算方法,对原有的基于颗粒粒径的Hardin破碎率计算公式进行了改进,可以更好地评估不规则颗粒破碎率。通过不同形状珊瑚砂砾的颗粒破碎试验,对上述理论公式进行了可靠性验证,进而分析了传统方法产生误差的原因。通过试验得出了不同形状颗粒在不同压力下、不同算法下的破碎率值。结合试验过程中的应力、变形和影像观测,获得了片状、块状、棒状3种不同形状珊瑚砂砾的颗粒破碎阈值,揭示了不同形貌颗粒随压力变化过程表现出的破碎模式演化特性。
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含水率对红层泥岩填料刚度劣化特性及微观结构影响研究
陈康, 刘先峰, 袁胜洋, 马杰, 陈忆涵, 蒋关鲁,
岩土力学. 2024 (7):  1976-1986.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1231
摘要 ( 68 )   PDF(1958KB) ( 59 )  
为研究含水率对红层泥岩填料刚度劣化规律和微观结构的影响,开展了不同含水率下三轴不排水剪切试验、压汞试验和扫描电镜试验,基于能量守恒定律推导了填料刚度劣化与弹塑性应变能增量间的关系。结果表明:填料黏聚力随含水率增加而降低,内摩擦角则随含水率增加先增加后降低。填料结构损伤由应变能转化引起,从宏观上表现为刚度劣化。归一化刚度比值随塑性应变能增量占比增加而线性降低,随应力发展呈非线性衰减。以最优含水率为界,当试样在干侧时,填料有较好的荷载抵抗能力;湿侧填料荷载抵抗能力远低于干侧。损伤应力等值线与等含水率线构成上下界为对数曲线的状态面。填料孔隙分布在干侧为单峰形态,粒间接触较为紧密,结构稳定性好。在湿侧呈双峰结构,团聚体排列定向性程度较低。填料应在干侧压实填筑,推荐采用5%~7%作为填筑目标含水率。
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赋存环境对含甲烷水合物沉积物力学特性的影响
冯帅, 陈盼, 周家作, 韦昌富,
岩土力学. 2024 (7):  1987-1999.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1641
摘要 ( 59 )   PDF(1150KB) ( 81 )  
海域水合物沉积物储层的强度与刚度特性对水合物的安全高效钻采有重要意义。为研究赋存环境变化对泥质水合物沉积物抗剪强度特性的影响,基于改进的水合物三轴剪切仪开展了一系列饱水与饱气及地应力条件变化下甲烷水合物沉积物的排水剪切试验。试验结果表明,赋存环境变化对泥质水合物的抗剪强度与刚度产生显著影响。饱水条件下相同水合物饱和度沉积物抗剪强度显著降低,抗剪强度最大降低率达52.0%。赋存环境变化对内摩擦角影响有限,对黏聚力影响显著。与饱气条件下的结果相比,饱水条件下有效黏聚力最大降低率达68.1%,进一步确定了有效黏聚力随水合物饱和度演化的指数方程。水饱和下水合物沉积物的变形模量显著降低,变形模量E50的最大降低比达72.7%;水饱和条件下,变形模量随水合物饱和度的增大呈线性增长。基于气饱和与水饱和条件下水合物沉积物骨架的受力分析,初步揭示了两种赋存环境下水合物沉积物力学特性的演化机制。研究成果可为天然气水合物赋存机制揭示及储层稳定性评价提供基础数据与方法支持。
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周期性孔隙水压作用下砂岩损伤劣化特性研究
李洪亚, 马林建, 刘杰, 李增, 邓家军, 许宏发,
岩土力学. 2024 (7):  2000-2010.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1335
摘要 ( 73 )   PDF(2890KB) ( 65 )  
消落带砂岩由于受到周期性水压渗透的影响,其物理力学特性随时间损伤劣化,导致岸坡稳定性降低。开展了周期性孔隙水压力损伤砂岩的不排水三轴压缩试验,分析了砂岩强度、变形及脆性特征演化规律,讨论了细微观结构劣化机制。结果表明:砂岩峰值强度随着孔隙水压作用周次的增大而减小,且强度劣化度随围压增大逐渐降低。随着孔隙水压作用周次增大,黏聚力和内摩擦角分别呈现指数式衰减和线性衰减,其中黏聚力下降是强度劣化的主要原因。弹性模量、破坏应变和Tarasov脆性指数均随孔隙水压作用周次增大逐渐降低,而随围压增大具有明显增强效应。破坏模式由单斜面剪切破坏发展至共轭剪切破坏,破裂角由67.20°逐渐减小至62.05°。周期性孔隙水压作用在裂隙尖端导致的应力集中和应力疲劳加剧了砂岩内部结构劣化,且不排水压缩过程中的孔隙水压力的增长进一步加剧了砂岩的损伤劣化,而围压作用导致部分渗流通道闭合,降低了砂岩的渗流损伤。
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地震作用下桩板墙-锚索组合支护基覆型边坡的动力响应特性
何梓雷, 蒋关鲁, 冯海洲, 潘申鑫, 何晓龙, 李杰,
岩土力学. 2024 (7):  2011-2023.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1330
摘要 ( 72 )   PDF(1560KB) ( 97 )  
地震作用下,惯性力方向对组合结构、土体、岩体的平衡状态影响显著。为深入理解桩板墙组合支护结构-基覆型边坡相互作用特性,以西南地区一隧道进口端基覆型高陡边坡为原型,开展一组简谐波加载下组合结构加固边坡的大型振动台模型试验,考虑惯性力方向对桩-土、格构锚索-坡体时程特性展开分析。结果表明:(1)惯性力作用下格构锚索-土体相互作用与桩-土相互作用表现出近似的时程一致性规律,但坡面加固结构惯性力峰值沿高程存在的相位差不可忽视。(2)结构与边坡土体的相互作用大小取决于相对惯性运动,桩-基岩相互作用由悬臂段变形状态决定。(3)惯性力达到临空面峰值,动土压力达到峰值,桩-土位移差达到正向峰值,桩身呈现外倾的主动破坏状态,锚固段前侧受力因外倾而挤压增大,因而悬臂段采用库仑主动土压力进行设计需结合桩土状态进行修正。(4)简谐波作用下,坡体惯性力及变形是组合支挡结构沿高程受力分布特性的关键因素,组合结构设计时需重点关注坡脚应力集中区及坡顶惯性力放大区。本研究可为组合结构抗震加固设计提供理论支撑。
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基于广义Voigt模型的半渗透边界隧道周围饱和软土固结分析
谢森林, 胡安峰, 肖志荣, 汪美慧, 胡训健, 陈俞超,
岩土力学. 2024 (7):  2024-2036.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1236
摘要 ( 81 )   PDF(1185KB) ( 94 )  
引入衬砌半渗透边界条件,使用广义Voigt黏弹性模型描述隧道周围饱和软黏土的流变特性,基于Terzaghi-Rendulic理论建立以超孔隙水压力为变量的软土二维流变固结控制方程。采用保角变换和分离变量方法,得到超孔隙水压力关于时间和空间变量的两个独立方程,依次使用Laplace变换法与部分分式展开法得到时域内超孔隙水压力消散解。将广义Voigt模型退化为已有四元件Burgers模型和五元件模型并与其对比,验证解答的可靠性。基于建立的解答,分析衬砌透水程度、Kelvin体数量、独立Newton黏壶黏滞系数、隧道埋深等因素对超孔隙水压力消散与分布的影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透系数比越大,超孔隙水压力的消散起始时间越早,消散速度越快。Kelvin体数量越多,超孔隙水压力消散越慢;独立黏壶黏滞系数越大,其产生的黏滞变形越小,超孔隙水压力消散速率越快;隧道埋深越大,土体渗流路径越长,超孔隙水压力消散越慢;当相对渗透系数比为0.01时,超孔隙水压力随着到隧道外壁距离的增大而逐渐减小,当相对渗透系数比为1.00时,超孔隙水压力随着距离的增大而出现先增大后减小的现象;随着相对渗透系数比的增加,Kelvin体数量对超孔压消散的影响越小,不同独立黏滞系数带来的超孔压消散差异逐渐减小,隧道衬砌作为土层内部新透水边界的作用越突出。
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酶诱导碳酸钙沉淀技术加固TBM壁后吹填豆砾石最优配比试验及机制研究
姜启武, 黄明, 崔明娟, 靳贵晓, 彭仪欣,
岩土力学. 2024 (7):  2037-2049.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1123
摘要 ( 69 )   PDF(4812KB) ( 89 )  
TBM(tunnel boring machine,简称TBM)隧道中豆砾石作为管片与围岩填充层对管片承载及抗渗具有重要意义,水泥浆液流动性差,无法充满回填层进而导致壁后空洞、灌浆不密实等缺陷,酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme-induced calcium carbonate precipitation,简称EICP)技术是作为一种环保高效的加固方法,灌浆材料均为液体具有很好的流动性和扩散性,用于豆砾石回填层灌浆施工有望解决上述问题。为实现吹填豆粒石EICP灌浆最优效果,尝试将标准砂与豆砾石共同作为回填骨料,为定量化分析二者的最优配合比,开展了不同豆砾石与砂的配合比(0.5、0.75、1.0、1.25、1.5)和不同灌浆次数(9、12、15次)的砂柱固化试验。通过无侧限抗压测试、渗透性测试、碳酸钙含量测定、超声波速测定、扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验,从宏观和微观角度分析不同石砂配合比对EICP固化效果的影响。结果表明:EICP加固豆砾石混合砂的最优配比为1:1.5,经15次灌浆加固后,试样单轴抗压强度最高可达4.55 MPa,渗透系数达1.72×10−5 m/s;对于含砂量较高的试样,颗粒间孔隙易被碳酸钙晶体填充密实,碳酸钙晶体有效胶结比例较高,结石体无侧限抗压强度较高。研究成果可为EICP技术加固隧道掘进机壁后吹填豆粒石的工程应用提供理论依据。
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干湿-冻融循环条件下湿陷性黄土剪切及压缩特性的劣化规律
樊培培, 张凌凯, 丁旭升,
岩土力学. 2024 (7):  2050-2060.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1281
摘要 ( 86 )   PDF(1812KB) ( 87 )  
新疆北疆地区某输水明渠工程跨越大面积湿陷性黄土区域,湿陷性黄土经多年降雨、蒸发及季节气温交替变化后力学特性衰减严重,极易造成渠基塌陷及渠坡滑动破坏等工程现象。为深入探究其劣化机制,通过开展干湿-冻融循环条件下湿陷性黄土的直剪、压缩及其微观扫描试验,从宏-微观两个尺度分析其剪切强度、压缩特性的劣化规律及其损伤物理机制。研究结果表明(1)直剪试验:随着干湿-冻融循环次数的增加,峰值抗剪强度呈急速减小-速率减缓-趋于稳定3阶段发展趋势;黏聚力呈指数形式减少,第1次循环减小幅度最大,5次循环后趋于稳定状态,劣化度达到44.55%;内摩擦角变化幅度在2.1°以内,最大劣化度为7.04%,受干湿-冻融循环的影响较小。(2)压缩试验:压缩曲线可依据固结压缩屈服应力σk分为弹性变形和弹塑性变形两阶段,σk随循环次数增加前移;压缩系数、压缩指数与循环次数呈指数、幂函数形式减小,土体的整体压缩性减小;回弹指数与循环次数呈线性正相关。(3)微观结构:通过微观电镜扫描(scanning electron microscope,简称SEM)试验分析,在循环作用下,大孔隙减小,中、小孔隙增加,排列方式趋于无序状;大粒径颗粒逐渐转化为中、小颗粒,形态趋向于拟圆形;利用关联度分析发现孔隙大小及其角度是影响剪切强度的主要因素;引入Pearson相关系数发现颗粒形态及孔隙大小对压缩指标的影响程度最大。
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不同控制方式和卸荷应力路径下类岩石节理剪切强度特征研究
孙杰豪, 郭保华, 程胜锦, 田世轩, 陈岩,
岩土力学. 2024 (7):  2061-2071.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1252
摘要 ( 68 )   PDF(864KB) ( 81 )  
为研究不同控制方式和卸荷应力路径下岩石节理失稳剪切强度特征,借助RDS-200型岩石节理剪切试验系统开展了2种控制方式和3种卸荷应力路径下的类岩石节理直剪试验。结果表明:(1)采用应力控制方式进行切向加卸载时,各剪切加卸载路径下,节理剪切应力-时间曲线多存在失稳跌落现象,剪切应力-位移曲线失稳后多表现为折线形式。(2)与采用应力控制方式进行切向加载的试样结果相比,采用位移控制方式进行切向加载、采用应力控制方式进行法向卸载并保持剪切应力恒定、采用应力控制方式进行法向卸载和切向加载、采用应力控制方式同时进行法向和切向卸载的试样失稳剪切强度均有所降低;节理黏聚力减小百分比平均值为36.07%,而内摩擦角变化范围仅在4.12%以内,所以黏聚力降低是节理失稳剪切强度降低的主要原因。(3)以采用应力控制方式进行切向加载试样的拟合摩尔-库仑公式为基准,位移控制方式或其他采用应力控制方式的加卸载应力路径下试样失稳剪切强度的相对误差平均值最大可达55.78%。经引入黏聚力修正系数k对摩尔-库仑准则进行修正后,相对误差平均值的最大值减小到5.23%,说明对经受位移控制方式或采用应力控制方式的其他加卸载应力路径的工程节理来说,进行黏聚力的折减修正是必要和可行的。研究结果对不同控制方式及卸荷应力路径下岩体节理剪切承载能力的准确估计具有一定参考价值。
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采用固体硅酸钠激发的一步法地质聚合物在软土固化中的适用性研究
郑溢雯, 吴俊, 杨爱武, 李博, 顾珑,
岩土力学. 2024 (7):  2072-2084.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1290
摘要 ( 106 )   PDF(3204KB) ( 158 )  
为解决水泥固化软土早期强度不足及制备水泥时高污染、高能耗及高成本等问题,采用固体硅酸钠(Na2O·SiO2,简称NS)激发双先驱剂(粉煤灰(fly ash,简称FA)和磨细高炉矿渣(ground granulated blast furnace slag,简称GGBFS)制备一步法地质聚合物浆料(one-part geopolymer,简称OPG)。研究FA掺量、NS摩尔数、碱激发剂浓度、水灰比等因素对地质聚合物浆料物理及力学性能的影响规律。在此基础上,开展优化配比试验,确定可作为土壤固化剂的地质聚合物最优配比。然后,将综合指标最优的地质聚合物配比用以固化软土。进一步研究双先驱剂中FA/GGBFS质量比和养护龄期对固化软土无侧限抗压强度(unconfined compressive strength,简称UCS)、孔隙率和孔径分布的影响。通过压汞法(mercury intrusion porosimetry,简称MIP)和扫描电子显微镜-能谱仪(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer,简称SEM-EDS)对试验进行微观分析,揭示其固化机制。研究结果表明:固体NS激发下的一步法地质聚合物能有效加固软土,其生成的水化凝胶物(N-A-S-H、C-A-H、C-S-H和C-A-S-H)能有效黏结土颗粒,从而促进形成致密固化土骨架。FA/GGBFS为0.1、水灰比为0.8、NS摩尔数为1.0、碱激发剂浓度为3 mol/L是固体硅酸钠激发的一步法地质聚合物固化软土的最佳配比,其固化软土的28 d无侧限抗压强度可达4.4 MPa,且具有良好的工作性。本研究扩展固体硅酸钠激发的一步法地质聚合物在深层搅拌技术中的应用,为软土地基的加固处理提供理论基础指导。
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真空预压淤堵区渗透系数的计算方法
崔允亮, 潘方然, 高楥园, 金子原,
岩土力学. 2024 (7):  2085-2093.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.00350
摘要 ( 72 )   PDF(744KB) ( 77 )  
在废弃泥浆的真空预压过程中,预制竖向排水板周围经常会形成淤堵区域。准确测量和计算淤堵区泥浆的渗透系数对于预测废弃泥浆固结的情况至关重要。由于淤堵区泥浆渗透系数难以直接测量,且缺乏理论推导方法,因此提出了淤堵区渗透系数与淤堵区厚度的计算方法。为研究淤堵区的形成和验证计算方法,设计了一套试验装置进行验证,证明了该计算方法的实用性和可行性。同时,研究得出在工程现场对废弃泥浆进行真空预压时,应将真空度控制在90 kPa以下,并且在60~80 kPa之间,真空度越低,淤堵区的形成越慢。提出了淤堵区渗透系数计算方法,可用于预测真空预压过程中淤泥的固结程度。
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硫酸锌胶结珊瑚砂渗透特性试验及工程应用探讨
王新志, 黄鹏, 雷学文, 文东升, 丁浩桢, 刘铠诚,
岩土力学. 2024 (7):  2094-2104.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1346
摘要 ( 54 )   PDF(2527KB) ( 54 )  
对松散珊瑚砂进行胶结处理以降低岛礁地层渗透性是促进生态岛淡水涵养的重要手段之一。为此,开展了硫酸锌胶结珊瑚砂的渗透试验,分析了不同浸泡时长、硫酸锌溶液浓度及初始干密度对胶结珊瑚砂渗透性的影响,采用干湿循环试验验证其耐久性,通过X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)、能量色散X射线光谱(energy dispersive spectrometer,简称EDS)及计算机断层扫描(computed tomography,简称CT)扫描研究微观胶结机制。结果表明:(1)硫酸锌胶结可将珊瑚砂渗透系数降低70.17%~95.79%;(2)干湿循环16次后,胶结处理36 h的珊瑚砂样品质量损失率不超过4%,渗透系数变化不超过1.0×10−3 cm/s,表明样品耐久性良好;(3)珊瑚砂和硫酸锌反应生成二水石膏与菱锌矿填充样品孔隙,使孔喉平均半径、配位数均减小,孔隙连通性显著下降。该技术可应用于岛礁吹填初期固砂防侵蚀、提高地基承载力、降低渗透性以促进地下淡水涵养和生态岛建设,具有重要的工程应用价值。
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碳纤维水泥土压电性及传感器性能研究
林江源, 童立元, 李洪江, 马海洋, 刘文源, 闫鑫
岩土力学. 2024 (7):  2105-2116.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1277
摘要 ( 65 )   PDF(3818KB) ( 81 )  
国内外研究表明,在常规混凝土中加入碳纤维形成导电网络,可以使混凝土根据导电网络的变化感知自身应力应变、裂缝及损害,并提高混凝土强度和耐久性。鉴于碳纤维的自感知特性,提出碳纤维水泥土这一新型智能感知材料,通过无侧限抗压强度试验、电阻率试验、微观试验和模型试验,研究纤维掺量和纤维长度对碳纤维水泥土无侧限抗压强度和电阻率变化率的影响规律,并按最优配比制作碳纤维水泥土“传感器”,将此种传感器植入水泥土构件,建立传感器电阻率变化率与水泥土构件应力的函数关系,从而实现传感器对水泥土构件的应力监测。结果表明:在碳纤维水泥土材料的强度研究方面,碳纤维掺量和碳纤维长度均对碳纤维水泥土的无侧限抗压强度有影响,抗压强度随二者的增大均呈现先增大后减小的趋势。在试验范围内,2%为最优碳纤维掺量,6 mm为最优碳纤维长度;在碳纤维水泥土的电阻率变化率研究方面,碳纤维掺量为1%,纤维长度为3 mm时,试件破坏时的电阻率变化率最大,碳纤维水泥土的受压自感应灵敏度最好;埋入构件的传感器电阻率变化率与水泥土构件的应力之间存在明显的指数关系,通过建立基于电阻率变化率的应力预测公式,从而可以实现水泥土结构的受力状态监测。
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土-岩组合地基变截面锚杆承载性能与机制研究
曾二贤, 程述一, 伍林伟, 陈成, 吏垚, 刘观仕,
岩土力学. 2024 (7):  2117-2128.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1807
摘要 ( 72 )   PDF(2045KB) ( 207 )  
以山区输电线路工程为背景,针对实践中广泛遇到的上土下岩二元层状地基,提出了一种变截面锚杆技术,其原理为通过增大上覆土层中锚杆的截面积,达到充分利用上覆土层和下部岩层承载力的目的。为检验变截面锚杆的性能,采用现场真型试验和数值模拟相结合的手段,探讨了其承载力提升机制,分析了不同因素对承载特性的影响规律。研究表明,较等截面锚杆,变截面锚杆的上拔、下压以及水平承载力均有所提升。其中,水平承载性能提升效果最显著。场地覆土层厚度对锚杆上拔承载力影响较大,对下压和水平承载性能影响较小。场地地形坡度对锚杆水平承载性能有较大影响,二者呈负相关。此外,“上拔荷载+水平荷载”模式下,变截面群锚基础的承载性能优于等截面群锚基础和传统复合基础,且具有土方开挖量小以及更适用于斜坡地形的优点。研究成果可为该新型基础的推广应用提供技术支撑。
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岩土工程研究
基于集对-组合赋权的填埋场失稳风险评价方法
冯世进, 徐熠, 杨俊毅, 郑奇腾, 张晓磊,
岩土力学. 2024 (7):  2129-2139.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1259
摘要 ( 67 )   PDF(1109KB) ( 60 )  
我国填埋场具有高水位、高气压的特征,现有规范和研究中虽提出了不同的稳定性评价指标和分级标准,但对指标权重和综合风险评估缺乏系统性研究。为此,建立了涵盖填埋场几何构型、垃圾土抗剪强度、液气赋存情况和降雨4类7个指标的填埋场失稳风险评价指标体系,通过参数敏感性分析实现5级分类(稳定、较稳定、基本稳定、不稳定、极不稳定),并采用集对分析构建指标联系度函数。采用指标重要性排序法,通过参数敏感性分析、工程失稳事故、文献关注度统计和博弈论组合赋权,确定了评价指标的综合权重。最后,将指标综合权重与指标联系度函数耦合,建立了填埋场失稳风险综合评价模型,并应用于一实际填埋场工程中,与现场实际监测数据结果一致,验证了评价模型的准确性和有效性。
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青藏高原降雨增加和气温升高对多年冻土水热动态贡献研究
张明礼, 雷兵兵, 周凤玺, 侯彦东, 冯微, 周志雄,
岩土力学. 2024 (7):  2140-2152.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1300
摘要 ( 80 )   PDF(642KB) ( 113 )  
在人类活动和全球气候变化驱动下,青藏高原气候整体呈现暖湿化变化趋势,由此引发的多年冻土活动层水热变化对寒区生态环境和寒区工程稳定性产生显著影响。目前,温度升高对多年冻土的影响机制较为明确,但降雨增加、降雨增加与气温升高共同作用下的多年冻土水热响应过程和机制尚不明确。在考虑雨水感热作用的地表能水平衡-冻土水热耦合模型的基础上,对比研究气温升高、降雨增加单一作用及其共同作用对活动层水热影响机制。结果表明:相比气温升高和降雨增加单一作用,暖湿化复合作用导致地表净辐射通量和蒸发潜热通量增长显著,地表感热降低更加明显,雨水感热影响较小,地表土壤热通量呈增加趋势;暖湿化复合作用下温度梯度液态水通量增长显著,基质势梯度液态水通量在浅层增幅也大于单独升温作用,但小于单一降雨增加作用,暖湿化导致暖季土壤含水率增幅小于单独降雨作用;暖湿化作用下活动层热传导通量在冷季增加显著且增幅小于单独升温作用,而液态水对流传热在暖季增加明显且增幅小于单独湿化作用;降雨增加促使土体暖季降温显著,暖湿化与单一气温升高均导致土体在冷季升温效果高于暖季;气温升高1.0 ℃引起多年冻土上限下移10 cm,降雨增加100 mm促使上限抬升8 cm,暖湿化共同作用导致冻土上限下移6 cm;在暖湿化作用下,降雨增加对冻土降温作用较小,气温升高对冻土的升温效应仍占据主导。
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在役岩溶隧道衬砌水压分布及预警控制标准研究
樊浩博, 陈宏文, 赵东平, 朱正国, 赵梓宇, 朱永全, 高新强,
岩土力学. 2024 (7):  2153-2166.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1338
摘要 ( 72 )   PDF(3139KB) ( 101 )  
随着强降雨天气的频发,在役岩溶隧道衬砌开裂、渗漏水及失稳破坏事故日益增多。地表降雨补给下衬砌背后积聚高水压力是岩溶隧道发生水压灾害的主要原因,对在役岩溶隧道开展监测预警是避免灾害发生的重要手段。以郑万线岩溶隧道为依托,开展了相似模型试验及渗流数值模拟,研究了不同岩溶形态下衬砌背后水压分布规律及衬砌隆起位移,制定了岩溶隧道运营监测预警控制标准。结果表明:当地表降雨补给超过隧道排水能力时,衬砌背后将形成“地表补给+洞内排水”的动水压力,仰拱底部极易积聚高水压力;地层中存在岩溶管腔和溶蚀裂隙带时,地表降雨将会导致衬砌水压局部增高,衬砌承受偏压荷载,并使仰拱受力进一步劣化;以隧道仰拱中心水压力和隆起位移作为控制基准,将岩溶隧道运营监测预警等级划分正常运营、临时补修、限速整治和封闭整治。研究成果可为岩溶隧道的结构设计优化及监测预警提供借鉴。
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高水头抽水蓄能电站地应力综合测试及抗劈裂分析
韩晓玉, 郑炜烽, 董志宏, 张新辉,
岩土力学. 2024 (7):  2167-2174.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1269
摘要 ( 76 )   PDF(1368KB) ( 76 )  
抽水蓄能电站建设处于加速期,合理布置地应力试验和精准获取地应力数据对高水头抽水蓄能电站意义重大。以某高水头抽水蓄能电站为案例,针对高水头抽水蓄能电站地形特点及地应力特征,在不同勘察阶段进行综合地应力测量,同时联合地应力场反演,获取空间三维地应力场分布规律并对围岩进行抗劈裂分析。综合实测结果表明:二维地表深孔结果随埋深梯度有变化,中浅部有应力集中现象,符合高水头抽水蓄能电站的地应力分布特征。三孔交汇法及孔壁应变法的地应力量值及方向吻合,地下厂房和高压岔管部位岩体的最大实测主应力为20.9 MPa,最小主应力为7.0 MPa;岩体以水平应力为主。最大主应力方向集中为NEE向。有利用综合实测结果加强模型精细化进行初始地应力场反演,能较好地反映此类工程的地应力场特征,利于围岩的抗劈裂分析及后续衬砌方案的选择。综合地应力测试对于高水头抽水蓄能的地应力获取具有可行性。可供高水头抽水蓄能电站工程的地应力勘察参考。
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数值分析
基于分类树的液化概率等级评估新方法
杨洋, 魏怡童
岩土力学. 2024 (7):  2175-2186.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1323
摘要 ( 61 )   PDF(903KB) ( 84 )  
目前地震液化概率评估方法普遍公式形式复杂,多公式间概率计算值一致性不高,且在场地层面中液化概率意义体现不足。基于这些问题,在衡量多个概率公式方法的一致性及判别优势后,筛选各方法对现有实测历史样本的合理概率计算值标定历史样本的液化概率等级;以分类树方法建立初步液化预测模型,将其结合我国抗震设防推荐值优化后,构建一组液化概率等级评估新方法。新方法分为单孔与场地液化可能性评估两部分,为实际工程中的液化风险评估提供量化依据。与现有方法相比,新方法省略了传统方法的公式计算过程,评估过程简便,结果直观。选用新西兰地震液化数据和某实际工程场地作为检验样本,从单孔与工程场地两方面检验了新方法的可靠性和合理性。验证结果表明,新方法对单孔回判正确率达93%,对工程场地评价合理性优于现有规范。新方法可为工程场地液化可能性评估提供方法支持,具有实际工程意义。
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砂土中吸力筒基础抗拔数值模拟研究: 系泊深度效应
季慧, 彭宇, 吴则祥, 涂冬媚,
岩土力学. 2024 (7):  2187-2194.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0341
摘要 ( 54 )   PDF(2117KB) ( 71 )  
针对锚线斜拉作用下吸力筒与砂土相互作用的微观特征仍不清楚这一问题,采用离散元(discrete element method,简称DEM)-有限元(finite element method,简称FEM)耦合数值方法,从宏观到微观角度分析系泊点深度对吸力筒基础抗拔性能的影响。在建模中,采用FEM中有限元网格来模拟吸力筒,采用DEM中颗粒来模拟吸力筒周围砂土,并通过控制滚轴运动来模拟锚线的拉作用。结果表明:吸力筒的拉力-位移曲线存在峰值拉力,且与不同系泊点深度下吸力筒运动模式有密切关系;吸力筒旋转方向、拔出位移的反转临界系泊深度点位于吸力筒从顶部往下h = 66.7%深度附近(即吸力筒深度的2/3处,h为系泊深度)。此外,从颗粒尺度分析了土体变形及破坏行为,最终确定了吸力筒-颗粒土相互作用的破坏模式。研究结果表明,忽略锚线的系泊点深度将会导致误判吸力筒的承载能力及与土体的破坏模式。
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测试技术
基于P波到时拾取的分析法与遗传算法联合定位方法与应用
肖晓春, 丁振, 丁鑫, 徐军, 樊玉峰, 李子阳,
岩土力学. 2024 (7):  2195-2207.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1240
摘要 ( 63 )   PDF(1844KB) ( 59 )  
针对岩石力学震源定位问题,提出了一种在P波到时精确拾取的基础上通过分析法过滤异常到达传感器和遗传算法(genetic algorithms,简称GA)求解联合定位方法,并将其应用于岩石材料的破裂面定位以及采矿工程中。为了消除传感器到时精度、传统迭代法及迭代初值选择对定位的影响,基于时频分析的改进长短时窗(short-term average/long-term average,简称STA/LTA)法拾取P波到时,求解不同传感器组合分析解的逻辑概率密度函数过滤异常到达,引入遗传算法对到达清晰的震源进行定位。通过断铅、含夹层组合煤岩单轴压缩试验及定点爆破试验对该方法进行验证。结果表明:在对信号预先带通滤波后进行变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)精确滤波的基础上结合改进STA/LTA法可以大幅提升到时拾取精度;通过分析法过滤异常到达对定位精度的影响,结合具有全局性、不受初值影响的遗传算法对震源定位,应用于岩石材料试验以及采矿工程中可以较准确的对震源进行定位,该方法较传统迭代法、线性定位法等更具有工程实际应用价值。
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