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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S1期 刊出日期:2024-09-18
上一期   
基础理论与实验研究
不同埋深条件下盾构施工扰动试验研究
雷华阳, 杨洋, 许英刚
岩土力学. 2024 (S1):  1-12.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0127
摘要 ( 185 )   PDF(46084KB) ( 149 )  
随着城市地下空间开发规模不断扩大,盾构施工诱发的地层扰动对地下既有建(构)筑物及周边环境的安全产生了重要的影响。通过自主研发盾构掘进试验装置,实现了不同地层应力水平的加载,分析了不同埋深条件下盾构施工地层扰动的变化规律及影响范围。研究结果表明:隧道周围地层中土压力变化率随着距隧道水平距离的增大而逐渐递减;盾构掘进完毕后土压力相对于初始土压力减少了约20%~40%;埋深比变化对拱顶、拱底处的土体应力路径影响较小;定义了基于土压力力变化的地层扰动度,随埋深比的增大,地层扰动度逐渐减小,说明深埋条件会降低盾构开挖对地层的扰动作用;盾构掘进完毕后,扰动作用的竖向影响范围高度介于隧道上下0.5D~0.8D(D为隧道直径)之间,当盾构到达监测断面时水平扰动范围宽度约为0.5D,盾构穿越远离后近似为1.2D~1.5D。
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考虑相态的垮落体材料细观参数标定方法研究——以平行黏结模型为例
肖福坤, 谢锴, 顾缘, 刘刚, 郝传波,
岩土力学. 2024 (S1):  13-24.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0365
摘要 ( 77 )   PDF(41410KB) ( 35 )  
基于散体力学和散体的实验室常规试验,在考虑垮落体开挖过程中煤岩颗粒呈现的多相态特征的基础上,提出结合剪切试验和颗粒柱坍塌试验的宏细观参数关系标定试验和标定方法,以颗粒流程序(particle flow code,简称PFC)线性接触模型为例对标定试验中的各类宏细观参数关系进行了分析,并结合垮落体中救援通道开挖的相似模拟和数值模拟试验对标定方法进行了验证。结果表明:(1)剪切试验和颗粒柱坍塌试验能分别有效地反映垮落体结构在准静态流状态下的剪切破坏和垮落体在快速流状态下碰撞时的能量演变;(2)物理参数和力学参数中,摩擦系数和局部阻尼分别对处于准静态流的剪切试验和处于快速流的颗粒柱坍塌试验起主要影响作用,颗粒形态对两者的影响作用则相近且不能忽略;(3)在结合各细观参数对标定试验宏观参数的影响上,提出结合相态分析和权重分析,在确定各相态主导细观参数的基础上快速实现且满足各相态的细观参数标定;(4)采用剪切试验和颗粒柱坍塌试验标定的垮落体中救援通道开挖的数值模拟结果与相似模拟试验结果具有较高的一致性,验证了考虑相态的标定方法在垮落体研究上的可行性。
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粒径效应对大豆粗脲酶固化砂土效果的影响
赖汉江, 刘润明, 陈志波, 崔明娟,
岩土力学. 2024 (S1):  25-32.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1045
摘要 ( 113 )   PDF(43391KB) ( 69 )  
基于大豆粗脲酶的生物固化技术是岩土工程领域新兴起的一种新型环保的地基处理技术,其固化均匀性是推进该技术在实际工程应用中亟待解决的一个重要问题,而土体粒径是其中一个重要影响因素。选取13种不同粒径的砂土并采用自提取的大豆粗脲酶液,通过开展脲酶渗滤试验、砂柱固化试验和扫描电镜测试,分析土体粒径效应对基于大豆粗脲酶固化砂土效果的影响,并对其影响机制进行探讨。研究结果表明:土体颗粒粒径对大豆粗脲酶液中脲酶的迁移与吸附有显著影响,土体粒径小有利于脲酶的吸附,但土体粒径过小(比如小于0.425 mm)会导致大多吸附的脲酶集中在土体的中上部区域;土体粒径过大(比如大于4.750 mm)则又不利于脲酶在土体的中上部区域吸附。两种工况均易导致生物固化不均匀。除脲酶吸附量外,土体粒径效应对基于大豆脲酶生物固化效果的影响还与土体内孔隙尺寸、单位土体内颗粒接触数等因素有关。土体粒径越大,颗粒间孔隙尺寸越大,颗粒接触数少,不利于有效碳酸钙晶体的形成。
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邻近地下结构基坑主动土压力分布规律试验研究
刘志春, 马博, 胡指南, 张振波, 杜孔泽,
岩土力学. 2024 (S1):  33-41.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1291
摘要 ( 115 )   PDF(17599KB) ( 66 )  
邻近地下结构新建基坑有限土体土压力分布规律是围护结构施工控制的关键问题。针对有限土体常见的3种破坏形式,基于薄层单元理论,定性分析既有地下结构对有限土体主动土压力分布的影响规律。综合采用模型试验与现场测试方法,验证提出的有限土体土压力分布规律合理性。结果表明:(1)半无限土体下邻近既有地下结构新建基坑主动土压力为两端小、中间大的非线性鼓形;(2)既有地下结构侧墙部位有限土体主动土压力增加幅度发生变化,转变部位在既有地下结构的顶部与底部;(3)滑裂面与既有地下结构相交于底板时,土压力呈现B型非线性分布,在既有地下结构底板处土压力值骤减; (4)有限土体土压力随有限土体面积增加(埋深增大、近接距离增大)而增大。研究成果可为探究邻近地下结构的基坑主动土压力分布情况提供新的思路与定性分析方法。
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层状复合岩石滑动变形破坏特征研究
许海亮, 谭安福, 宋义敏, 安栋, 张苑玉, 杜羽, 高晗钧
岩土力学. 2024 (S1):  42-52.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0766
摘要 ( 82 )   PDF(7753KB) ( 68 )  
为分析层状复合岩石层间滑动演化规律及变形破坏特征,采用三点弯曲试验,以数字散斑相关方法为观测手段,对一种由细砂岩组成的层状复合岩石试件进行研究。主要结论如下:(1)层间接触条件(或是否发生滑动)对复合岩石断裂顺序、峰值荷载等变形破坏特征有较大影响。层间接触面发生滑动,上层岩石首先出现破坏,且峰值荷载小于没有发生滑动的同类结构,以本次试验为例,前者峰值荷载为后者的56%。(2)层状复合岩石变形破坏过程中,层间滑动位移总体呈现波动状态分布;第2组试验中最大滑动位移为0.320 mm,第4组试验中最大滑动位移为0.027 mm,两者相差近10倍;不同区域层间滑动位移和竖向位移在荷载曲线突降处均产生突变,但第2组和第4组试验表现出的突变规律不相同,主要是由复合岩层首先出现裂隙破坏的位置差异造成。(3)本次试验中,复合岩石层间接触面产生滑动时,水平应力与竖向应力比例系数波动幅值在0.15内;未产生滑动时,应力比例系数波动幅值大部分在0.5内。(4)层间发生滑动,上层岩石破裂过程中,层间出现水平方向及竖直方向加速度,且竖直方向加速度变化幅值约为水平方向加速度变化幅值的50%,因此岩石破坏过程中释放的能量在水平和竖直两个方向以横波与纵波两种方式释放传播。上述研究结论对煤矿开采过程中高位岩层矿震的发生和上覆岩层承载变形特征的相关研究有一定的借鉴意义。
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考虑水化期影响的橡胶−钢渣填料动力特性与微观分析
王丽艳, 蒋飞, 庄海洋, 王炳辉, 张雷, 李明,
岩土力学. 2024 (S1):  53-62.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0768
摘要 ( 82 )   PDF(14650KB) ( 28 )  
废弃钢渣和轮胎是两大工业固体废弃物,用废旧轮胎橡胶颗粒作为质地较重的钢渣的改轻材料,将橡胶−钢渣混合填料用来代替日渐干涸的砂石料,十分符合国家的节能环保政策。因为钢渣的物理力学特征具有时效特性,为了研究橡胶−钢渣填料考虑时间效应的动力特性,采用共振柱试验研究考虑水化期、橡胶颗粒含量和橡胶颗粒粒径对橡胶−钢渣填料的动剪切模量、阻尼等动力特性的变化规律;基于Hardin-Drnevich双曲线模型建立橡胶−钢渣填料养护后的动力特性模型,以Botlzman函数描述最大动剪切模量变化规律以及最大阻尼比的参考范围,得出橡胶掺入比为5%的橡胶−钢渣填料动剪切模量最大,且密度改善明显;掺入的橡胶颗粒粒径较小时有助于提高水化潜力,掺入的橡胶颗粒粒径较大时提高水化潜力不大,橡胶−钢渣填料最佳配比为橡胶颗粒粒径为0~1 mm,橡胶颗粒含量为5%。与传统砂土动力特性进行对比,得出橡胶−钢渣填料水化前动剪切模量略高于传统细砂水平,水化90 d后动剪切模量接近为哈尔滨中砂水平,略低于福建标准砂,相应的工程条件下可以用其作为一种填料代替砂土。通过微观电子显微镜对橡胶−钢渣填料颗粒进行微观试验,发现橡胶−钢渣填料的水化反应可分为潜伏、诱导、侵蚀、加速和放缓5个阶段,掺入橡胶颗粒使得水化反应具有滞后性,其中期结构形式改变,但并不影响水化产物的变化。
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考虑加载速率影响的结构性软黏土统一硬化模型
祝恩阳, 陈玉堃
岩土力学. 2024 (S1):  63-72.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1112
摘要 ( 72 )   PDF(1039KB) ( 44 )  
为反映结构性软黏土受力变形过程中受加载速率的影响,借鉴统一硬化模型(unified hardening model,简称UH模型)对时间效应的考虑方法,在结构性土UH模型屈服函数中引入折算时间 -t,将其发展为考虑加载速率影响的结构性软黏土UH模型。在折算时间项中,将原结构性土UH模型内变量R变换为内变量Rt,以使其适用于计算时间所导致的结构性土应变。所建立的考虑加载速率影响的结构性软黏土UH模型共包含8个参数,均可通过常规试验确定。模型预测与试验数据对照表明,该模型可合理地反映加载速率影响下的结构性土应力−应变特性。
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多元排水体复合地基固结解析模型和解答
许宝龙, 卢萌盟, 刘元杰, 张鑫岩
岩土力学. 2024 (S1):  73-83.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0236
摘要 ( 59 )   PDF(17460KB) ( 43 )  
目前对多元复合地基的研究大多以排水桩联合不排水桩的形式为主,对具有不同排水能力的排水体相结合形成的多元排水体复合地基固结的理论研究几乎为空白。鉴于此,以碎石桩联合塑料排水板加固软土地基形成的多元排水体复合地基为研究对象,基于等应变假设,考虑桩体径、竖向渗流与土体径向渗流,建立了多元排水体复合地基的径向双向渗流固结解析模型,推导了瞬时荷载下各孔压和固结度的解析解答,并经退化分析与实测对比验证了解的合理性。对多元排水体复合地基的固结性状进行了研究分析,结果表明:相较于单一排水体复合地基,多元排水体复合地基可显著加快地基固结;对大直径桩体,不考虑桩体径向渗流会高估复合地基固结度;由于土中水具有双向流,多元排水体复合地基中土体孔压沿径向呈先增后减的趋势,其峰值径向坐标随深度会逐渐偏向塑料排水板,随着固结进行,该趋势逐渐减弱。
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垃圾腐殖土固化回填可行性试验研究
李爽, 李江山, 张平, 刘磊, 杜月林, 朱磊, 高腾飞, 陈亿军,
岩土力学. 2024 (S1):  84-94.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0037
摘要 ( 65 )   PDF(24357KB) ( 33 )  
垃圾填埋场腐殖土的资源化利用是影响垃圾填埋场开挖的可行性和经济性的关键要素,固化/稳定化处理垃圾填埋场腐殖土具有较好的工程应用前景。选取普通硅酸盐水泥(ordinary Portland cement,简称OPC)、硫铝酸盐水泥(sulphoaluminate cement,简称SAC)以及自制的水泥−矿渣基固化剂(OPC-ground granulated blast furnace slag,简称OG)和氧化镁−矿渣基固化剂(MgO-ground granulated blast furnace slag,简称MG),开展了腐殖土固化体的强度、渗透、浸出和耐久特性研究。结果表明:腐殖土在固化处理后抗压强度显著提升,在10%及15%固化剂掺量下,SAC固化腐殖土的抗压强度最高;在20%掺量下则OPC固化土及OG固化土的强度相对更优,而MG固化土强度发展均不理想。增加固化剂掺量能有效降低有机质对固化效果的影响,综合经济性考虑建议选择15%掺量。在15%掺量下,除OPC固化土无法满足重金属元素As浸出浓度限值要求外,SAC、OG、MG固化土的各项重金属浸出浓度均可满足《地下水质量标准》(GB/T 14848―93)中IV类水质标准要求。在耐久性方面,OG固化土抗干湿循环及冻融循环均表现最优,SAC固化土抗干湿循环性能较差,但抗冻性能表现优于OPC固化土。以上试验结果初步验证了垃圾腐殖土固化体作为回填使用的可行性,为其资源化利用提供了理论及参数支持。
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干湿循环对不同粒径堆石颗粒破碎强度的影响研究
程家林, 张贵科, 邓韶辉, 黄习文, 周伟, 马刚,
岩土力学. 2024 (S1):  95-105.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0792
摘要 ( 69 )   PDF(730KB) ( 53 )  
高心墙堆石坝在运行期库水位变化可达60 m以上,库水位变动范围内的堆石体受干湿循环作用易产生较大的后期变形,会导致坝顶出现纵向裂缝,影响高心墙堆石坝的安全稳定运行。干湿循环对堆石料长期劣化变形的影响已有大量的试验研究,然而干湿循环对不同粒径筑坝堆石颗粒破碎强度的影响研究相对较少。对不同粒径的板岩堆石颗粒进行了干湿循环作用后的单颗粒破碎试验,结果表明,板岩颗粒的荷载−位移曲线及其对应破碎模式可以分为4类,颗粒破碎时对应的峰值荷载和破碎强度均值随循环次数的增加而逐渐减小。不同粒径和循环次数下板岩颗粒的破碎强度均服从Weibull分布,特征破碎强度与循环次数间呈幂指数关系,表明板岩颗粒力学性质的劣化速度逐渐减慢。不同循环次数下板岩颗粒的特征破碎强度均有较为明显的尺寸效应,尺寸效应与循环次数呈负相关关系。
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排水固结堤坝稳定分析新方法
刘吉福
岩土力学. 2024 (S1):  106-114.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0276
摘要 ( 72 )   PDF(17800KB) ( 52 )  
因滑动面上的有效应力难以确定,有效应力法很少应用;而有效固结应力法计算的稳定安全系数偏小,需要研究排水固结堤坝稳定分析新方法。基于软基模型试验位移场中的滑动面,将排水固结堤坝的滑动体分为主动剪切区、直接剪切区、被动剪切区。对主动和被动剪切区,利用斯开普顿公式、摩尔−库仑强度准则推导得到滑动面上的法向有效应力;对直剪区,利用斯开普顿孔压公式计算主应力增量产生的孔压,根据剪切破坏面上的剪应力增量与抗剪强度相等的原则,推导得到滑动面上的法向有效应力;然后,推导得到以竖向有效固结应力为变量、由有效抗剪指标和孔压系数组成强度系数的抗剪强度公式;最后,利用上述抗剪强度公式提出了排水固结堤坝稳定分析方法——强度系数法。计算表明,相对三区摩擦抗剪强度系数的平均值,沈珠江方法的误差为−7%~7%,规范方法偏小20%~25%,十字板试验偏小20%~31%。对运营公路排水固结路堤的稳定分析表明,规范方法计算的稳定安全系数小于1,强度系数法和沈珠江方法计算结果与工程实际情况符合性较好。
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基于微胶囊技术的自愈碳酸盐沉淀材料修复强酸环境下的含铅废水研究
薛中飞, 郑文杰, 王琳, 谢毅鑫, 秦鹏,
岩土力学. 2024 (S1):  115-122.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0737
摘要 ( 60 )   PDF(20408KB) ( 31 )  
铅(Pb)金属的积累会对周围环境造成严重威胁,并对肝脏和肾脏造成损害。在过去的几年里,微生物诱导碳酸盐沉淀(microbial-induced carbonate precipitation,简称MICP)技术由于其较好的可操作性已被广泛应用于污染场地复原再利用。然而,极端环境(比如强酸条件)会导致碳酸盐沉淀的降解,增加Pb2+迁移扩散和二次环境污染风险。将基于微胶囊技术的自愈碳酸盐沉淀材料应用于含铅废水修复,其研究结果表明,在孢子萌发阶段微胶囊不仅防止了孢子受到恶劣pH条件的威胁,而且为孢子的生长和繁殖提供了肌苷和酵母提取物等营养来源,还为它们的附着提供了额外的位点,进而实现了细菌孢子与Pb2+的成核,最终达到90%以上的修复效率。从扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)、扫描电子显微镜与能谱仪(scanning electron microscope with energy dispersive X-ray spectroscopy,简称SEM-EDS)和X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)等细观测试中识别了白铅矿和方解石矿物,而在傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectrum,简称FTIR)测试中证实胞外聚合物(extracellular polymeric substance,简称EPS)的存在,这些细观测试结果证实了细菌孢子和矿化产物共同参与了Pb2+的修复。
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矿渣+粉煤灰+聚丙烯酰胺固化硫酸盐渍土的物理力学性能
张荣, 卢正, 刘杰, 赵阳, 冯一诺,
岩土力学. 2024 (S1):  123-132.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0788
摘要 ( 156 )   PDF(21761KB) ( 45 )  
硫酸盐渍土广泛分布于新疆地区,其盐胀性常常导致道路的开裂破坏。针对新疆地区硫酸盐渍土,采用粉煤灰+矿渣+聚丙烯酰胺(polyacrylamide,简称PAM)联合改性土的方法,通过盐胀试验、界限含水率试验、pH/总溶解固体/电导率试验、硫酸根离子浓度测试、无侧限抗压强度试验及冻融循环试验,研究了固化土的力学和物理化学性能。在此基础上,通过扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验分析了其改性机制和微观结构特征。结果表明:粉煤灰+矿渣+聚丙烯酰胺的无机有机相结合的方式不仅可以有效抑制硫酸盐渍土的盐胀量,而且可以改善盐渍土的力学性能、塑性及抗冻性。综合考虑经济性和适用性,当联合固化材料掺量达到15%,且PAM掺量为2%时最优,其抑制盐胀效果最佳;土体结构性和整体性变强,固化土7 d无侧限抗压强度达到993 kPa,相较天然土提高了3倍;土体抗冻融性得到明显的改善。
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基于动三轴试验的软黏土软化系数的分析与预测
肖思奇, 黄科锋, 周红波,
岩土力学. 2024 (S1):  133-146.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0172
摘要 ( 108 )   PDF(43709KB) ( 39 )  
在长期循环动力荷载下,软黏土这类工程性质不良的土的变形和动弹模量等力学参数会产生变化。为了讨论长期动力荷载对软黏土的作用,收集了软黏土在动三轴试验中的动力特征参数,分析了软化系数、累积塑性应变与循环应力比CSR的关系。基于逻辑回归分类算法,以土体是否破坏作为分类预测标准进行了参数影响分析。结果表明,CSR越小,频率越大,软化系数越大,土体越不容易破坏,但频率的作用相对于CSR的影响较弱。进一步利用随机森林模型将软黏土的动静力特征相结合,对不容易直接获取的软化系数进行回归预测,模型训练集精度为0.93,测试集精度达0.79,通过显著性水平检验。模型表明,累积塑性应变相对于原状土或重塑土、超固结比OCR、加载波形、频率、CSR和根据变形曲线判断的土体状态类型(稳定/破坏)等指标对软化系数的预测有较大影响,体现了机器学习技术的良好应用前景。
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废渣基地聚物稳定粉黏土性能试验研究
沈君, 程寅, 金小平, 斯纪平, 杨天军, 于浩, 余昆,
岩土力学. 2024 (S1):  147-156.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0186
摘要 ( 62 )   PDF(536KB) ( 47 )  
双碳战略下开展资源综合利用极为迫切。为提升粉黏土力学强度特性,提出以矿渣、炉渣、石膏三种工业废渣为基础原料,在生石灰碱性环境下协同激发制备废渣基地聚合物,用以固化稳定粉黏土改良其工程特性。通过开展无侧限抗压强度试验与X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)微观测试试验,分析了不同废渣地聚物掺量下试样变形特性,并探讨了养护方式、掺加纤维、养护龄期对试样性能的影响规律。同时,研究了试样的水化产物种类,并依托实际工程铺筑了废渣地聚物稳定粉黏土基层试验路段。得到如下主要结论:废渣地聚物稳定粉黏土最优掺量为15%,其中矿渣:炉渣:生石灰:石膏配合比为8:2:3:2,聚丙烯纤维掺量为0.2%,养护方式为6 d标养+1 d浸水;此条件下试样力学性能得到显著提高,纤维加筋作用提升了试样应力−应变曲线第3阶段韧性区域。试样水稳性能优异,适当延长浸水养护龄期更有利于试样强度增加,水稳系数最高达200%。纤维、废渣地聚物水化凝胶与土颗粒三者之间紧密搭接形成了致密的三维网状结构,增强了纤维−水化凝胶组分−土颗粒界面力学强度。此外,试样固化时间效应显著,28 d强度增长率达80%~188%。研究为实现工业废渣、粉黏土绿色低碳应用提供基础依据与科学参考。
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含盐量及冻融条件对冻融氯盐粉质黏土静动强度特性影响研究
张雅琴, 杨平, 张婷, 韩琳亮
岩土力学. 2024 (S1):  157-166.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0319
摘要 ( 79 )   PDF(3014KB) ( 39 )  
沿海地区隧道建设中人工冻结法加固越来越多,而冻融氯盐粉质黏土静动强度及弹性模量特征是人工冻结法加固解冻融沉预测与稳定性设计的重要依据。为深入研究氯盐粉质黏土静动强度及弹性模量变化规律,开展了冻融前后、不同含盐量及冻融温度的固结不排水静三轴试验和动三轴试验。研究结果表明:不同试验条件下静三轴应力−应变曲线及动三轴骨干曲线均呈现应变硬化特征;冻融前试样曲线初始线性阶段更明显。静强度随含盐量增加先降后升,存在一对应最低强度的临界含盐量为1%;−10 ℃冻融后,含盐量≤3%时动强度无明显变化,含盐量为4%时动强度显著增大至其余含盐量试样的1.8倍;含盐量增加使弹性模量增加1.1~2.0倍。对弹性模量进行E/Emax归一化处理,并可用双曲线模型进行描述。冻融后,2%含盐量试样静、动强度损伤率分别为52%~66%、69%~78%,峰值静、动弹性模量损伤率为90%、81%。冻融温度对静、动强度及弹性模量影响不明显。研究结果可为人工冻结法在海相含盐地层应用、预测与控制工后融沉提供理论依据,保证隧道安全运营。
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基于声发射特征参数的砂岩节理直剪破坏特征试验研究
孙杰豪, 郭保华, 田世轩, 程坦,
岩土力学. 2024 (S1):  167-177.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0180
摘要 ( 93 )   PDF(6010KB) ( 93 )  
为研究岩石节理直剪破坏特征,借助RDS-200型岩石节理剪切试验系统开展了不同法向应力下砂岩节理剪切试验,并采用Micro-II Express数字声发射系统进行了声发射信号监测,基于声发射上升时间与幅值之比RA、振铃计数与持续时间之比AF的演化特征对岩石节理剪切破坏过程进行了分析,并探讨了砂岩节理剪切失稳的预警方法。结果表明:(1)根据岩石节理剪切过程的累计振铃计数演化特征,可将岩石节理剪切过程划分为低速增长、加速增长、极速增长和减速增长4个阶段;各法向应力下,AF和RA最大值整体上随阶段序号增加而增大,且RA值较大的信号随阶段序号增加而增多。(2)根据日本混凝土声发射监测规范,提出用于判断拉剪破裂类型阈值 的具体取值方法。发现在各法向应力下阈值 k、张拉破裂占比α 随剪切阶段序号增加整体上呈降低趋势。(3)岩石节理剪切试验中,声发射参数r值的变异系数CV(r)在剪切应力峰值前整体呈降低趋势,且在剪切应力峰值前均存在低于剪切应力峰值最近的CV(r)值(即预警值CV(r)cr)的阶段;预警值CV(r)cr随法向应力增大而先减小后增大,与法向应力具有较好的二次抛物线函数关系;预警提前时间t与失稳时刻 t之比在5.1%~24.5%之间,可起到提前预警作用。研究结果可为节理岩体的失稳预警及灾害防治提供一定参考。
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排水桩-网复合地基处置可液化路堤地基的振动台试验研究
杨耀辉, 辛公锋, 陈育民, 李召峰,
岩土力学. 2024 (S1):  178-186.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1019
摘要 ( 48 )   PDF(19977KB) ( 34 )  
排水刚性桩融合了刚性桩基础承载力高和具有排水性能的双重优点。为研究排水刚性桩处置可液化路堤地基的抗液化作用效果,采用7#硅砂作为路堤地基模型材料,3×5群桩布置形式,在水平向和竖直向施加双向动力荷载,对排水桩−网复合地基和普通桩−网复合地基处理可液化路堤地基开展了振动台模型试验研究。从超孔隙水压力、加速度、沉降等动力响应对排水桩−网复合地基的抗液化作用效果进行了分析。试验结果表明:排水桩−网复合地基的处置效果明显优于普通桩−网复合地基的加固效果。排水桩工况超孔压比峰值最大值为0.79,最小值为0.61,普通桩工况超孔压比峰值均达到1.0,处于完全液化状态。排水桩工况水平向峰值加速度放大系数沿路堤模型底部至顶部呈现明显的放大效应,峰值加速度放大系数最大值为1.60。普通桩工况峰值加速度放大系数呈现一定的液化地基减震效应,峰值加速度放大系数最大值为1.07。排水桩工况沉降平均值为11.4 mm。普通桩工况沉降平均值为25.7 mm,排水桩工况最终沉降量平均值较普通桩工况减小55.6%。排水桩能够有效加快超孔隙水压力的消散,减小路堤沉降量,是一种处置可液化地基的有效措施。
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黏土含量对沿河公路路基抗冲刷性能的影响
汪淼, 任昊铭, 王凡超, 章定文,
岩土力学. 2024 (S1):  187-194.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0882
摘要 ( 123 )   PDF(12401KB) ( 43 )  
沿河公路的路基冲刷是威胁山区公路安全的主要灾害之一。依托喀喇昆仑公路水毁灾害整治工程,采用冲蚀函数测定仪开展不同黏土含量下黏土−粗砂混合土路基填料冲刷试验,研究混合土样的冲刷速率、起动切应力和理论模型参数的变化规律,并结合土骨架理论对混合土的冲刷特性和破坏模式进行探讨,得到如下结论:随着黏土含量的增加,土样起动切应力增加,抗冲刷性能增强,冲刷特性由以无黏性冲刷特性过渡为黏性土冲刷特性;黏性细颗粒的分布形式从分布在粗颗粒空隙间,到与粗颗粒黏结在一起,最后将粗颗粒分隔开;混合土样在冲刷水流下的破坏模式因粗颗粒和黏土的填充形式而异;Wilson模型与试验数据拟合度好,能够适用于预测较大切应力的情况,弥补过剪应力模型的局限性。
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循环荷载作用下干燥与饱和泥质粉砂岩变形特性及其能量演化规律
吴鹏, 陈健, 付晓东, 黄珏皓,
岩土力学. 2024 (S1):  195-207.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1141
摘要 ( 62 )   PDF(882KB) ( 50 )  
泥质粉砂岩是岩土工程中常见的亲水性岩石,受水和循环荷载作用力学特性变化显著。因此,系统地研究不同干湿条件下泥质粉砂岩在循环荷载作用下的力学行为对指导工程设计、提高灾害预报的准确性具有重要意义。对湖北十堰泥质粉砂岩干燥与饱和试样进行了不同频率和围压下的三轴循环加载试验,对比分析了干燥与饱和试样的强度与变形特性以及频率和围压对其力学特性的影响,并从能量角度阐明了泥质粉砂岩在循环荷载下的力学机制。结果表明:(1)与干燥试样相比,饱和试样强度和模量明显下降,滞回圈向应变增大方向移动更明显;(2)干燥试样变形随频率增加较小,而频率增加则会明显加速饱和试样的劣化;(3)较小的围压可限制饱和试样裂隙发展,但围压过大则会加速饱和试样破坏;(4)高频下干燥试样能量消耗率与耗散能小于低频情况,饱和后耗散能随频率增大而增加,低围压下饱和试样耗散能基本不变,围压较大时耗散能增加显著;(5)围压增加,干燥试样破坏形态变为共轭剪切破坏,饱和试样破坏面角度增大。
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峰前等剪应力幅值下黏土−混凝土接触面小变形特性分析
李世昌, 李剑, 余飞, 耿赟, 杨奇志, 王江琛,
岩土力学. 2024 (S1):  208-216.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1278
摘要 ( 62 )   PDF(1970KB) ( 52 )  
为了研究黏土−混凝土接触面在峰前切向循环剪切应力控制条件下的变形特性,运用研制的土−结构接触面循环剪切仪,开展了50、100、150、200 kPa共4个法向压力下的黏土−混凝土接触面直接剪切试验,确定了各法向压力下接触面的峰值剪切强度;在每个法向压力下设置了低于峰值强度的2个低剪切应力幅值和3个高剪切应力幅值,开展了黏土−混凝土接触面循环剪切试验。根据试验结果,设置了累积位移、割线刚度、切向塑性功3个指标,分析了各指标随循环圈数的发展规律;对比了同一剪切应力幅值下,法向压力对循环剪切曲线的影响。试验结果表明,低剪切应力幅值下,黏土−混凝土接触面剪切位移−剪切应力曲线表现为弹性;高剪切应力幅值下,黏土−混凝土接触面剪切位移−剪切应力曲线表现为弹塑性,接触面累积位移存在极限值,割线加载刚度和割线卸载刚度逐渐增大并趋于一致,切向塑性功逐渐减小并趋于0;法向压力对接触面循环剪切曲线的影响主要体现在第1圈循环时。相关研究成果可服务于土−敏感结构接触面峰前阶段循环剪切的变形分析,亦可为低剪切应力下土−结构接触面循环剪切本构的建立提供试验依据。
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钙质砂渗透性影响因素及预测模型
郑思维, 胡明鉴, 霍玉龙,
岩土力学. 2024 (S1):  217-224.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1098
摘要 ( 62 )   PDF(1746KB) ( 59 )  
渗透性反映了砂土体内部孔隙传输流体的能力,渗透系数为衡量土体渗透性的重要指标。目前有关渗透性的研究主要集中于孔隙率、不均匀系数、曲率系数、粒径大小等方面,而具有特殊生物成因的钙质砂由不同含量的粗粒和细粒构成,粗颗粒形成骨架,细粒改变孔隙分布,且颗粒形状极不规则。为探究粗颗粒含量及颗粒形状对钙质砂渗透性的影响,采用PartAn3D颗粒图像分析仪获取试样的形状参数并开展常水头渗透试验,探究混合砂各项物理性质参数值与渗透系数实测值之间的相关性。研究结果表明:混合砂的渗透系数并非简单的随粗颗粒含量的增大而增大,而是呈现先降低后增大的趋势;在形状量化参数中,凹度Ca、凸度Cv和最大Feret长F对渗透性的影响程度更大。在相关性分析的基础上,初步建立了考虑钙质砂颗粒形状参数在内的渗透系数预测模型,该模型可为中国南海人工吹填岛礁渗流场的计算分析提供科学依据。
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自硬化竖向屏障材料在Cr(Ⅵ)污染液作用下工程性能及微观结构演化
程鑫, 江文豪, 黄啸, 李爽, 王应富, 李江山,
岩土力学. 2024 (S1):  225-238.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1449
摘要 ( 49 )   PDF(37753KB) ( 25 )  
为评估矿渣−水泥−膨润土(slag-cement-bentonite,简称SCB)和氧化镁激发矿渣−膨润土(magnesium oxide activated slag-bentonite,简称MASB)两种自硬化材料作为Cr(Ⅵ)污染场地竖向屏障的工程可行性,研究了SCB和MASB试样在K2CrO4溶液作用下工程性能和微观结构的演化规律。首先,对浸泡试验后试样的质量、外观、变色层厚度、无侧限抗压强度和渗透系数变化情况进行测定。随后,基于宏观试验结果对部分试样开展了X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,简称FTIR)和元素形态顺序提取等微观测试。结果显示,SCB和MASB试样的质量以及变色层厚度均随浸泡时间和污染液浓度的增加而增大,其主要原因在于CaCrO4和MgCrO4等物质的生成及试样中CrO42- 的物理吸附。SCB和MASB试样的无侧限抗压强度随浓度增大而降低,渗透系数则随之增大而增大。当污染液浓度为0.5 mol/L时,SCB和MASB试样的强度分别降低42%和60%,渗透系数分别增大超过10倍和100倍,这主要是由于在K2CrO4溶液作用下,水化产物生成量减小,试样致密性降低。综合分析表明,尽管SCB和MASB两种自硬化材料在自来水下具有较好的工程性能,但其与K2CrO4溶液的化学相容性差,易因Cr(Ⅵ)污染液作用而劣化。因此,当污染场地内Cr(Ⅵ)浓度较大时,两种材料均无法直接满足使用要求,需开展改性研究。
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双向循环荷载作用下胶−砂粒径比对橡胶砂剪切特性影响
张大伟, 李昊泽, 刘飞禹, 冯忞,
岩土力学. 2024 (S1):  239-247.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1621
摘要 ( 106 )   PDF(4758KB) ( 39 )  
橡胶砂作为一种新型廉价的材料,常被用作路基、挡墙等的填料,然而鲜有研究涉及其在双向循环荷载作用下的动力学特性。采用大型动态直剪仪对不同胶−砂粒径比的橡胶砂进行了一系列双向循环荷载作用下的直剪试验,研究了粒径比、法向循环荷载幅值、水平剪切频率对橡胶砂剪切特性的影响。研究结果表明:法向循环荷载作用下,橡胶砂的循环峰值剪切应力随粒径比的增大而增大,最终剪缩量随着粒径比的增大而减小;在剪切应力上,大粒径比的橡胶砂对法向循环荷载幅值的变化更加敏感,且随着法向循环荷载幅值的增大,大粒径比的橡胶砂剪胀更明显;在不同的水平剪切频率下,试样的剪切应力随剪切时间呈不同形式的周期性变化,最大循环剪切应力随水平剪切频率的增大而减小;橡胶砂的剪切刚度和阻尼比均与粒径比呈正相关,即大粒径比的橡胶砂更能提高路基在循环荷载作用下的稳定性。
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水−动力耦合作用下红砂岩变形破坏与能耗分析
杜金飞, 杜宇翔, 贾永胜, 孙金山, 姚颖康, 谢全民, 范焜晖,
岩土力学. 2024 (S1):  248-258.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1825
摘要 ( 151 )   PDF(4387KB) ( 46 )  
红砂岩工程稳定性较差,力学性质受含水状态和动荷载扰动影响较大。以川西高原地区典型红砂岩为研究对象,基于分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验,设置不同含水率和加载应变率条件,模拟不同含水状态与动荷载扰动,结合高速摄像、数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)等测量手段,研究了不同含水率与不同应变率下红砂岩变形破坏与能耗特性的变化规律。结果表明:(1)红砂岩动态弹性模量受应变率影响较小,随含水率的增加而整体增大,红砂岩动态抗压强度随含水率减小或应变率增加而增大;(2)发现红砂岩动态泊松比受含水率影响较小,随应变率增加而迅速增大,例如在含水率为6%时,红砂岩动态泊松比由1.92(应变率为25 s−1)增大到10.55(应变率为 130 s−1);(3)随含水率的提高或应变率的增加,红砂岩碎块平均粒度逐渐减小,减小幅度呈非线性下降,在含水率为3%、应变率为60 s−1时出现拐点,平均粒度降低速率显著减小;(4)相同应变率条件下,红砂岩试样的能量耗散率、能量反射率与含水率无明显相关性,能量透射率随含水率的增大而整体减小;(5)相同含水率条件下,能量透射率与能量耗散率随应变率增大而减小,能量反射率随应变率增加而增大。该研究成果可为富水红砂岩地层爆破开挖、地震动力灾害防治等工程提供理论依据。
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模拟柱状节理玄武岩试样的失效模式与各向异性特征试验研究
孔洋, 阮怀宁, 汪璋淳,
岩土力学. 2024 (S1):  259-266.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1510
摘要 ( 56 )   PDF(2364KB) ( 69 )  
我国西南山区水利水电工程中玄武岩断续柱状节理赋存环境复杂,室内力学特性试验是探究柱状节理玄武岩失效模式与劣化机制的有益手段,借助3D打印技术、MTS单轴压缩试验与微距相机拍照,深化研究了柱状节理玄武岩试样的变形失效模式,讨论了柱状节理玄武岩试样各向异性效应并对其进行了量化分析研究。研究结果表明:(1)受柱体倾斜角度的影响,柱状节理玄武岩试样的破坏形态差异性较为显著,可以总结出3类典型失效模式,沿柱状节理网络的轴向劈裂失效模式、沿柱状节理面的剪切−滑移失效模式以及贯穿节理网络的张拉−剪切失效模式,失效模式符合坝址区地下洞室开挖过程中实际揭露的柱状节理玄武岩破坏情况;(2)柱状节理玄武岩试样峰值强度与变形模量随柱体倾角的变化曲线呈现“肩型”各向异性;(3)引入强度和模量各向异性比概念,给定了不同倾斜角度工况下柱状节理玄武岩试样的各向异性等级。该研究结果对实际工程岩体的变形失效模式与各向异性特征分析具有一定的参考价值。
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降雨条件下三级桥基岸坡−BFRP锚杆体系的协同变形机制研究
杨昊天, 吴红刚, 韦洪, 赖国泉, 尹威江,
岩土力学. 2024 (S1):  267-276.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1903
摘要 ( 59 )   PDF(803KB) ( 63 )  
为探讨降雨条件下三级桥基岸坡-玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,简称BFRP)杆体系的水文响应和协同变形机制,以实际工程案例为依托开展室内物理模型试验,测试得到了坡体含水率、土压力、锚杆轴力及应变响应数据。分析了边坡降雨−入渗−变形的阶段性演化规律及过程响应,提出了坡体“分级加固,兼顾整体与局部”原则的强度−渗流−变形综合防控措施。基于多属性响应数据系统,阐明了桥基岸坡−BFRP锚杆体系的协同变形机制。结果表明:降雨条件下桥基岸坡表现出由3级→2级→1级的变形演化趋势,1级边坡底部在积水软化、卸荷回弹和应力集中效应影响下更易发生累积性破坏。边坡张拉裂缝初步形成或扩展时,BFRP锚杆轴力呈受拉突增趋势,即边坡的阶段性变形特征与BFRP锚杆轴力的变化趋势较为吻合,该指标有望为降雨条件下边坡的变形监测提供可靠依据。BFRP锚杆的柔性加固性能可有效遏制降雨诱发的坡体变形,在此基础上应采取坡体排水和绿化护坡等措施对其进行补强加固。
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卸荷损伤砂岩的分级加载三轴蠕变力学特性试验研究
范浩, 王磊, 罗勇, 朱传奇,
岩土力学. 2024 (S1):  277-288.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1915
摘要 ( 57 )   PDF(49227KB) ( 37 )  
为探究含初始卸荷损伤砂岩的三轴蠕变力学特性,借助MTS816岩石力学试验系统通过控制卸荷量制备了不同初始卸荷损伤程度的砂岩试样,开展了卸荷损伤砂岩分级加载三轴蠕变力学试验,分析了初始卸荷损伤程度对砂岩应变特征、蠕变速率、变形模量、长期强度及破坏模式的影响规律。研究结果表明:(1)分级蠕变条件下,不同初始卸荷损伤程度砂岩的轴向和环向应变均呈阶梯式增长,轴向瞬时应变随载荷水平的增加呈近线性增长趋势,而环向瞬时应变呈非线性增长趋势,且随初始卸荷损伤程度的加剧,增加单位荷载引起的轴向瞬时应变增量不断增加;(2)卸荷损伤砂岩在非破坏阶段经历了瞬时变形、减速蠕变和稳态蠕变3个阶段,稳态蠕变速率随初始卸荷损伤程度的增加呈指数增长趋势;砂岩在破坏阶段经历了瞬时变形、减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变4个阶段,其中加速蠕变阶段用时极短,却能产生较大的扩容变形,导致岩样发生失稳破坏;(3)砂岩蠕变总时长、平均变形模量和长期强度均随初始卸荷损伤程度的增加呈非线性减小趋势,当初始卸荷损伤程度超过70%后,砂岩蠕变总时长、平均变形模量和长期强度降幅急剧增加,最高可达24.77%、33.28%和21.79%;(4)随着初始卸荷损伤程度的增加,砂岩蠕变破坏模式由单一的剪切破坏逐渐向复杂的张拉−剪切混合式破坏转变。
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穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的解析解
周桓竹, 刘圣安, 李斌, 陈炜昀, 苏雷, 郑俊杰, 郑烨炜,
岩土力学. 2024 (S1):  289-298.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1484
摘要 ( 63 )   PDF(10392KB) ( 44 )  
沉管隧道接头是穿越变化地层的沉管隧道抗震设计的关键。介绍了穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的理论分析模型。分析模型包含两个柔性接头和3个管节单元,利用Pasternak双参数地基模型模拟下卧地层,利用Euler-Bernoulli梁模型模拟沉管隧道管节,考虑了穿越变化地层的沉管隧道接头的力和变形传递,立足于两端连接人工岛的沉管隧道类型,以自由边界模拟结构两端连接方式。基于矩阵传递原理,建立了考虑行波效应的沉管隧道接头的地震响应解析解。利用有限元模拟结果验证了解析解的可靠性。发现使用柔性接头可以明显减小变化地层界面的剪力和弯矩,自由边界条件下,接头剪切刚度主要影响接头剪力,接头弯曲刚度主要影响接头弯矩。当沉管隧道接头的受力呈现同向最大值时,对应的地震波相位角并不一致。地震波垂直入射时,接头受力最小。
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列车荷载作用下铁路路基填料渗透破坏机制
李永威, 徐林荣, 傅金阳, 商拥辉,
岩土力学. 2024 (S1):  299-308.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1504
摘要 ( 121 )   PDF(27107KB) ( 35 )  
动载−渗流作用使铁路路基填料颗粒迁移,导致翻浆冒泥、沉陷或溜塌等工程问题频发。但目前鲜有关于动载作用下路基填料渗透特性及其劣化机制的研究,难以掌握复杂孕灾环境下路基结构服役性能演化特征。因此,通过自主研发设备开展路基填料渗流特征与渗透稳定性试验研究,揭示动载−渗流作用下路基填料劣化机制。研究表明:(1)振动荷载使土体的孔隙水压力、水力梯度呈振荡变化,使其处于不稳定渗流状态,加剧细颗粒迁移的可能。(2)存在使路基填料细颗粒迁移和渗透破坏的临界水力梯度 Jcr 和 JF,级配碎石和砾砂土填料的 Jcr 分别为1.30、1.23,JF分别为6.88、2.71。(3)动载−渗流作用下填料渗透破坏发展过程可分为稳定渗流、优势流发展、渗流破坏3个阶段,流速−水力梯度关系仅在水头较低的稳定渗流阶段符合达西定律。(4)基于试验结果对路基结构性能演化过程进行分析,总结了列车循环荷载下铁路水害致灾机制及可能发生的水害类型。该研究成果为铁路防灾措施科学设计以及养维提供理论支撑,具有重要的工程意义。
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基于数字图像相关技术的膨胀土三维裂隙扩展特性研究
张红日, 杨济铭, 徐永福, 肖杰, 韩仲, 汪磊, 林宇亮,
岩土力学. 2024 (S1):  309-323.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1587
摘要 ( 72 )   PDF(2397KB) ( 50 )  
为探究膨胀土三维裂隙动态扩展特性及机制,搭建恒温恒湿环境箱,通过双目相机实时采集4、8、16 mm厚度下矩形和圆形膨胀土裂隙图像,基于三维数字图像相关技术重建裂隙三维形态,量化裂隙扩展机制和发育特性。结果表明:三维裂隙动态拓展特征方面,土体开裂时存在时空各异的收缩中心,收缩中心的数量随着试样厚度的增加而减少,收缩中心数量越多,裂隙网络形态越复杂;收缩中心运动形式呈纵向沉降,沉降量与裂隙土块含水率相关;裂隙土块周围颗粒运动矢量呈碗状朝收缩中心运动。各收缩中心空间分布存在差异,土体收缩时产生剪切应力,部分裂隙发育方向发生偏转,导致裂隙网络衔接呈多样性。膨胀土开裂过程中往往伴随着裂隙土块的翘曲,裂隙土块翘曲形成及运动机制如下:裂隙土块发育形成后,土块整体呈现“外干内湿”湿度差,随之产生的剖面基质吸力差引起了垂直方向收缩变形梯度,进而产生驱动裂隙土块上凹的曲卷力矩并朝着收缩中心聚拢,促使土块翘曲形成。该试验和分析结果可以为膨胀土裂隙发育规律认知、分析和预测方法提供参考。
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干湿冻融循环条件下重塑性黄土的强度劣化规律及非线性模型研究
丁旭升, 张凌凯, 樊培培,
岩土力学. 2024 (S1):  324-336.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1904
摘要 ( 64 )   PDF(1755KB) ( 52 )  
新疆某地的输水明渠工程途经大面积湿陷性黄土区域,在间歇供水的运行工况及季节性温差变化的共同作用下,经常发生渠坡滑动破坏现象。为深入研究渠坡变形破坏机制,通过开展干湿冻融循环条件下黄土的三轴试验和扫描电镜试验,研究其变形规律及微观机制,最后基于黄土的变形规律对邓肯−张模型进行改进。三轴试验结果表明:随着干湿冻融循环次数的增加,黄土的应力−应变曲线下降,体变曲线上升,且变化幅度越来越小,当循环次数大于5次后,应力−应变曲线和体变曲线基本不变,黏聚力和内摩擦角均呈现出指数函数衰减的变化趋势,其中黏聚力受干湿冻融循环作用的影响较大。电镜扫描试验结果表明:通过扫描电镜进行微观分析,在干湿冻融循环作用下,大的颗粒和团聚体被分裂,颗粒间的胶结物质减少,面接触增加,大孔隙面积占比减少,小孔隙和中孔隙面积占比、三维孔隙率和孔隙圆形程度增加,分形维数下降;三维孔隙率和分形维数与黏聚力呈显著相关,大孔隙面积占比与内摩擦角呈显著相关。由于邓肯−张模型不能合理反映土体的软化现象,采用二次函数对邓肯−张模型进行修改,并通过修改公式对泊松比进行拟合,以此提出改进邓肯−张模型,改进后的模型对不同循环次数下黄土三轴试验结果拟合效果较好。随着循环次数的增加,应力−应变模型参数呈指数函数下降的趋势,应力−应变模型参数o呈指数函数上升的趋势,体变模型参数j呈指数函数上升的趋势,体变模型参数呈指数函数下降的趋势。
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考虑桩身材料非线性的微型抗滑桩计算p-y
雷国平, 吴泽雄, 苏栋, 莫烨强, 程马遥,
岩土力学. 2024 (S1):  337-348.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1937
摘要 ( 56 )   PDF(20988KB) ( 51 )  
微型桩在土质滑坡中主要通过在滑动面附近发生较大的弯曲变形来产生抗滑作用,对其进行计算时应考虑桩身材料塑性变形带来的抗弯刚度变化。在对微型桩弯曲特性进行研究的基础上,提出了一种计算高效的微型抗滑桩计算p-y法。以钢管混凝土微型桩为例,通过精细化有限元数值模拟研究其非线性弯矩−曲率关系,根据截面应力分布和塑性应变的发展规律将其分为弹性、弹塑性和强化三阶段,并采用三段式方程建模。在横向受荷桩计算p-y法的基础上推导了考虑非线性弯矩−曲率关系的桩变形增量微分方程,采用增量法并在增量步中实时更新抗弯刚度,可快速求解桩在滑坡作用下的全过程响应。采用有限元数值模拟和极限分析法对所提方法进行了验证。参数分析显示:土体极限抗力和桩抗弯强度对桩响应的影响较大,更高的土体极限抗力使微型桩更容易达到破坏状态,且破坏位置更加向滑动面集中,而更高的桩抗弯强度则使桩的破坏相对远离滑动面,调动更大范围的土体抗力,但同时也增加了达到破坏状态所需的土体位移。所提出的p-y法以及相应的分析过程可应用于微型抗滑桩的优化设计。
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含层理砂岩真三轴条件下力学特性研究
高荡, 彭俊, 王航龙, 王林飞, 彭坤,
岩土力学. 2024 (S1):  349-358.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1897
摘要 ( 94 )   PDF(49355KB) ( 41 )  
为了研究层状砂岩的力学特性与各向异性特征,开展了不同层理倾角与不同中间主应力下的砂岩力学试验。对7种不同倾角(0º、15º、30º、45º、60º、75º、90º)的砂岩进行了3个不同中间主应力水平(10、100、160 MPa)的真三轴试验研究,探讨了层理面倾角对砂岩变形、强度和破坏模式的影响。结果表明,随着中间主应力的增加,砂岩的各向异性逐渐减弱,并趋于各向同性;在高中间主应力的条件下,杨氏模量和破坏角均随各向异性角的增加逐渐增大;峰值强度也受到中间主应力和层面倾角耦合作用的影响;在中间主应力较低的条件下,峰值强度表现出典型的U型变化,随着中间主应力的增加,U型曲线逐渐变得平坦。该研究结果对于指导深埋硬岩工程的设计和施工具有一定的参考意义。
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软岩筑坝颗粒的破碎特性试验研究
胡锦方, 杨启贵, 熊堃, 马刚, 程家林, 周伟, 常晓林,
岩土力学. 2024 (S1):  359-370.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1820
摘要 ( 60 )   PDF(1299KB) ( 40 )  
部分抽水蓄能电站大坝使用软岩作为坝体填筑料。在开采、填筑和碾压过程中软岩容易发生破碎,颗粒级配和填充关系发生变化,对筑坝料强度和变形特性有较大影响。目前,对软岩筑坝料的颗粒破碎特性的研究还不够充分,与硬岩筑坝料颗粒破碎特性的差异认识还不够全面。对取自某抽水蓄能电站的软岩筑坝料进行了颗粒筛分、颗粒扫描和颗粒破碎试验,比较了软岩与硬岩颗粒破碎模式、分形维数、破碎强度和尺寸效应的差异,分析了颗粒形状和粒径对软岩颗粒破碎模式和破碎强度的影响,量化了软岩颗粒形状与破碎强度的关系。结果表明:软岩颗粒的破碎模式可分为粉碎式、分裂式和混合式3种,其中粉碎式为软岩和低强度硬岩颗粒特有的破碎模式;软岩颗粒破碎产生的碎片尺寸与碎片个数服从分形分布,分形维数为2.198,与灰岩、玄武岩和砂岩相近,略低于大理岩、石灰岩,软岩颗粒破碎表面会产生更多的细小碎片;软岩颗粒的破碎强度显著低于硬岩颗粒,平均Weibull模数为1.48,也低于大多数硬岩颗粒,其破碎强度的尺寸效应和离散性更强;软岩颗粒的破碎模式主要取决于颗粒形状,破碎强度主要取决于颗粒粒径,形状与破碎强度的关系可用所提出的公式定量描述。
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盾构隧道底部注浆抬升模拟试验研究
黄大维, 刘家璇, 谭满生, 邓翔浩, 黄永亮, 翁友华, 陈升平,
岩土力学. 2024 (S1):  371-381.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0585
摘要 ( 57 )   PDF(1049KB) ( 66 )  
针对盾构隧道底部注浆时浆液扩散及隧道周围土压力影响不明的问题,开展了注浆单元体试验及盾构隧道底部注浆抬升模拟试验。注浆单元体试验分析表明:注浆过程浆液呈现劈裂扩散后最终发生了跑浆现象,而在发生跑浆后注浆附加土压力基本不再增加,甚至有所减小。在隧道注浆抬升模型试验注浆过程中,浆液发生了挤密扩散和劈裂扩散等;浆液劈裂扩散的方向具有一定的随机性,随着劈裂扩散浆液在土层中固结,其流动性逐渐降低,最终停止扩散;浆液由挤密扩散转为劈裂扩散后,挤密扩散所形成浆泡的周围土压力显著减小;完成注浆后,因浆液固结收缩,注浆导致的附加土压力将再次减小;模型盾构隧道在底部注浆导致的附加土压力作用下发生了横椭圆变形与纵向挠曲变形,模型盾构隧道与其周围土体形成相互作用的附加荷载。因此在实际施工中,除遵循少量多次的注浆原则外,应提高浆液稠度而避免发生跑浆。
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饱和黏土中能源群桩热力特性模型试验研究
孙旻洋, 王忠瑾, 谢新宇, 张日红, 娄扬, 朱大勇,
岩土力学. 2024 (S1):  382-390.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0524
摘要 ( 58 )   PDF(1192KB) ( 29 )  
为研究饱和黏土地基中静钻根植能源群桩不同运行方式的热力特性,采用自行设计的模型试验系统,测试温度条件下模型单桩和群桩的热力响应。通过埋置传感测试元件,得到桩顶位移、桩身应力、桩和桩周土温度、桩周水平土压力及孔隙水压力。结果表明:由于桩间热扩散,加热桩会对周围非加热桩造成影响,导致非加热桩桩身温度增加、桩顶位移上升,能源群桩的平均换热性能较单桩低;制冷工况下群桩的桩顶位移变化绝对值大于加热工况,需要考虑以确保安全性;由于群桩效应,与单桩相比,能源群桩桩顶位移变化更大,桩身附加温度应力更小;能源群桩的热力特性受运行能源桩数量影响,运行数量越多,温度对能源群桩的热力特性影响越显著,桩周土压力、孔隙水压力变化值越大。
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裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样开挖卸荷响应试验研究
周禹良, 侯公羽, 李生生, 贺文, 杨雪, 赵庆儒, 黄佳铭,
岩土力学. 2024 (S1):  391-404.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0468
摘要 ( 50 )   PDF(47958KB) ( 27 )  
为研究竖井注浆帷幕围岩开挖卸荷响应,利用裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样进行三轴开挖卸荷模拟试验,测试了开挖卸荷过程中试样的应变响应,并采用CT扫描对开挖卸荷后试样的破裂模式和破坏范围进行分析。结果表明:开挖卸荷后试样应变响应随半径的增大而迅速衰减,且卸荷阶段的应变占主体;开挖卸荷后试样中浆液结石体和基质岩块的变形不连续,液结石体的变形大于基质岩块的变形;单液水泥浆充填的注浆帷幕试样抗变形能力强,试样中相同半径处的切向应变与径向应变都明显小于黏土水泥浆充填的注浆帷幕试样;应力水平对试样开挖卸荷响应具有重要影响,应力水平越高,卸荷阶段的变形越剧烈,卸荷阶段的应变占比更高。开挖卸荷后,单液水泥浆充填试样易沿着浆液结石体与预制裂隙的接触面发生开裂,破裂半径为开挖半径的1.2~1.5倍;黏土水泥浆充填试样破坏模式复杂,破裂半径为开挖半径的1.5~2.0倍。研究成果可为井筒水害防治中竖井注浆帷幕设计提供参考。
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基于多尺寸结构面的循环剪切力学特性及其抗剪强度研究
尹敬涵, 盛谦, 崔臻, 张茂础,
岩土力学. 2024 (S1):  405-414.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0728
摘要 ( 51 )   PDF(8800KB) ( 54 )  
岩石结构面的抗剪强度具有强烈的尺寸依赖性,开展结构面多尺寸试验对于研究大尺寸结构面力学特性具有重要的理论价值和实践意义。针对过往研究较少的循环作用下结构面力学特性尺寸效应问题,首先基于立方体劈裂试验获得不同粗糙度的近天然岩石结构面,然后运用三维扫描技术获得结构面点云数据,进而采用三维打印技术制作不同尺寸结构面树脂模型,最后,通过倒模法制作试样并进行室内试验,研究不同法向应力下结构面尺寸效应的规律以及不同粗糙度和不同法向应力对结构面抗剪强度的影响。基于黏着摩擦理论−Barton经验公式,提出了一个可以考虑结构面尺寸效应的峰值抗剪强度公式。研究结果表明:岩石结构面的峰值抗剪强度具有明显的负尺寸效应,且峰值抗剪强度的改变对小尺寸大法向应力和大尺寸小法向应力下的结构面更为敏感;低法向应力下的残余剪切强度具有明显的负尺寸效应,而高法向应力下的残余剪切强度随着结构面尺寸的增大,从正尺寸效应变为负尺寸效应。
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基于高斯过程回归的岩石抗剪强度参数不确定性估测
张化进, 吴顺川, 李兵磊, 赵宇松,
岩土力学. 2024 (S1):  415-423.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0570
摘要 ( 55 )   PDF(29365KB) ( 57 )  
为克服以往岩石抗剪强度参数估测方法无法反映并量化其不确定性的问题,提出一种基于高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)的岩石抗剪强度参数不确定性估测方法,实现具有概率意义的不确定性分析。基于岩石强度参数数据集,利用高斯过程理论建立不同核函数下岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,UCS)和抗拉强度(uniaxial tensile strength,UTS)与抗剪强度参数的映射关系。通过最大化对数边缘似然函数优化GPR模型超参数,然后根据预测效果与不确定性程度,确定合适的核函数及其GPR模型。结果表明,在给定UCS和UTS数据下,建议采用Matérn核函数构建黏聚力GPR模型,采用有理二次核函数构建内摩擦角GPR模型。对比传统机器学习方法,GPR方法不仅可准确地预测岩石抗剪强度参数,还给出了预测结果的不确定性程度,具有较强的科学性和可解释性,证明了GPR模型的可行性与有效性。
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三峡库区涉水滑坡涌浪预测分析
李秋旺, 冯万里, 黄波林, 董星辰, 陈云飞,
岩土力学. 2024 (S1):  424-432.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0677
摘要 ( 86 )   PDF(1742KB) ( 49 )  
三峡库区涉水滑坡分布广泛,其运动方式、涌浪波特征与涉水情况紧密相关。现有的滑坡涌浪预测方法中,鲜有考虑滑坡涉水情况对涌浪的影响。基于此,通过滑坡物理概化模型试验,对涉水滑坡涌浪特征及不同淹没度λ(滑体滑动前水下部分滑体体积与整体体积之比)情况下滑坡涌浪首浪最大波高计算公式进行研究。研究发现:随着淹没度的增加,滑坡涌浪类型逐渐由水上滑坡涌浪向水下滑坡涌浪转变,且涌浪波高逐渐减小。结合试验数据通过非线性回归分析得出涉水滑坡涌浪首浪最大波高计算公式,与Node公式、潘家铮公式相比较,所推导的经验公式适合涉水滑坡涌浪首浪最大波高计算,预测精度更高,可为涉水滑坡涌浪灾害预测预报分析提供参考。
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干湿环境下膨胀土裂隙演化规律及渠坡变形研究
郭建华, 王汉辉, 李世昌, 戴张俊,
岩土力学. 2024 (S1):  433-442.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0721
摘要 ( 68 )   PDF(11901KB) ( 43 )  
研究干湿循环效应下膨胀土裂隙发育规律对揭示膨胀土渠道边坡失稳机制有重要意义。针对目前研究中存在的不足,开展了仅考虑干湿循环效应的膨胀土裂隙演化试验,系统测量了随时间变化的水分蒸发过程及裂隙动态发育特征。基于膨胀土裂隙演化规律,通过编程将块体离散元方法应用至膨胀土渠坡变形分析中,并得到如下结论:(1)膨胀土水分蒸发过程可分为稳定蒸发阶段、减速率蒸发阶段和残余蒸发阶段;(2)随着干湿循环次数增加,膨胀土面积裂隙率逐渐增加后趋于稳定,裂隙总长度逐步增加,裂隙平均宽度不断减小并逐渐稳定,裂隙夹角由T型逐步过渡至Y型;(3)土体颗粒排布总是向稳定方向发育,颗粒间应力分布向着更优势的状态发展,胀缩裂隙分布逐步稳定;(4)将块体离散元应用至膨胀土边坡分析中,实现了考虑裂隙和吸湿膨胀的膨胀土边坡位移场−应力场耦合;(5)干湿循环效应促进了膨胀土裂隙发育,裂隙率增加导致渠坡变形增加和塑性区扩大,在膨胀土渠坡坡脚处变形显著。
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微生物诱导碳酸盐沉淀修复铜污染黄土的试验研究
谢毅鑫, 郑文杰, 薛中飞, 王琳,
岩土力学. 2024 (S1):  443-450.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0738
摘要 ( 186 )   PDF(481KB) ( 45 )  
利用微生物诱导碳酸盐沉淀修复重金属污染场地是一种具有较大潜力和应用前景的修复技术。然而,由于在生物矿化应用于西北地区污染场地时黄土中富含的碳酸盐、各种矿物以及周围环境酸碱度(pH值)对重金属赋存形态影响甚剧,其中的内在影响机制仍有待更进一步的探究。通过一维土柱试验考虑不同Cu(II)浓度(500、2 000 mg/kg和4 000 mg/kg)来制备污染黄土试件,后通过注入不同体积(50 mL和100 mL)的细菌胶结液对其进行修复,以Tessier顺序提取、土壤pH值测量和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析不同深度土样的修复效率。结果表明,注入细菌胶结液可将可交换态的Cu转变为生物毒性更低的赋存形态(比如碳酸盐结合态Cu),然而当Cu(II)浓度较低(500 mg/kg)时,未见类似的Cu赋存形态转变。因为土柱不同深度土样Cu赋存形态的转化与周围环境pH值紧密相关,且pH值与注入细菌胶结液的体积呈正比关系,碱性环境进一步促进了Cu和黄土中矿物的配位吸附,但是当碱性环境进一步提高时,修复效率因铜氨络合物的生成而显著降低。这些发现强调了将微生物诱导碳酸盐沉淀(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术应用于铜污染场地复原治理的潜力。
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含有机质土抗剪强度再认识——基于土壤有机质赋存形态的认知
朱俊宇, 裴利华, 桂跃,
岩土力学. 2024 (S1):  451-460.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0693
摘要 ( 81 )   PDF(12863KB) ( 42 )  
有机质通常以结合态、自由态形式赋存于土中,不同赋存形态有机质物理、化学性质差异很大。一直以来,土力学领域主要关注有机质含量对土的宏观工程性质的影响,其赋存形态差异有何影响还鲜有报道。通过人工调配不同有机质含量土样,并基于傅积平法测试了土样中不同赋存形态有机质的含量;分别在排水、不排水条件下对土进行了抗剪强度试验,在明确其抗剪强度随有机质含量wu变化规律的同时,也厘清了有机质赋存形态与抗剪强度之间的关联。试验结果表明:①不排水条件下,内摩擦角随着wu增大发生大幅度下降,变化过程大致可以分为显著下降段、过渡段及平稳变化段3个阶段;显著下降段结束点对应的wu和阈值wu,2比较接近,即内摩擦角随wu显著下降主要发生在结合态有机质为主的土中;平稳变化段大致发生在wu>25%后。②在排水条件下,内摩擦角随着w增大有一定下降趋势,但与有机质赋存形态无关。③无论排水条件如何,黏聚力和有机质赋存形态间无明显的联系。机制分析表明:不排水条件下,结合态有机质的存在会起到润滑作用,减弱土颗粒间的摩擦性;而当自由态有机质含量达到一定量时,土体宏观性质由摩擦型材料向胶体材料转变;排水条件下,由于有机质极易被压缩,无论有机质含量及赋存形态如何,构成土体骨架的均为矿质土颗粒。
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电石渣-矿渣固化膨胀土强度及微观机制研究
黎宇, 胡明鉴, 郑思维, 王志兵,
岩土力学. 2024 (S1):  461-470.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1172
摘要 ( 70 )   PDF(33627KB) ( 42 )  
针对南水北调中线地区膨胀土因环境湿度变化引起力学特性劣化导致的工程地质灾变问题,采用电石渣、矿渣作为固化材料对膨胀土进行改良,通过素膨胀土和改良固化膨胀土无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度和水稳性等对比试验,分析改良固化前后的性能差异;通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、电镜扫描(electron microscope scanning,SEM)、热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)试验及核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)试验分析了电石渣−矿渣固化土的强度增长机制,揭示其微观作用机制。结果表明:以6%电石渣掺量为基础,不同矿渣掺量下的电石渣−矿渣复合改性固化土,总体上强度和耐水性能均有明显提高,并在矿渣掺量为9%时达到最大值。而随着养护龄期的增加,无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度不断增加,水稳系数则有所减小。电石渣−矿渣复合固化土水化生成的水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H),胶结土颗粒形成了紧密的团聚体,有效改善了土体的孔结构分布,提高了固化土的强度。电石渣−矿渣膨胀土复合固化方法效果明显,具有较好的工程应用前景。
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黄土覆盖层气体突破和循环气体渗透特性试验研究
文少杰, 郑文杰, 胡文乐,
岩土力学. 2024 (S1):  471-476.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0739
摘要 ( 55 )   PDF(420KB) ( 40 )  
垃圾填埋场中未处置的垃圾会持续排放大量有毒气体,布置覆盖系统是减少有毒气体排放到大气中的有效方法。然而有毒气体积累可能导致填埋场覆盖系统失效或空爆事故。我国西北地区黄土常作为覆盖材料,为避免上述问题发生,对压实黄土试样进行了气体突破压力和渗气特性试验。结果表明,压实黄土在饱和状态下,当气体压力较低时,气体的排出率很小或可忽略不计;当气体压力达到阈值时,气体的排出率开始急剧增加;压实黄土的气体突破压力随有效压力的增加而增加,当有效压力从10 kPa增加到20、30 kPa时,气体突破压力值分别从28.95 kPa增加到30.97、37.27 kPa;在循环渗气试验中压实黄土试样渗气特性表现出滞后现象;此外,气压引起的试样体积变化与有效应力之间存在指数关系,可将气压升高引起有效应力降低导致试样体积出现急剧膨胀视为垃圾填埋场黄土覆盖层整体破坏的前兆。
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岩土工程研究
冲击荷载作用下非饱和场地的三维应力响应
李顺群, 蔡田明, 张勋程, 张丙坤, 杨长松, 周光毅, 周燕,
岩土力学. 2024 (S1):  477-484.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1135
摘要 ( 70 )   PDF(3476KB) ( 65 )  
由于具有明显的瞬时性和突变性,冲击荷载作用下非饱和土的应力变化特征与静力荷载和常规动力荷载显著不同。为研究冲击荷载作用下的空间应力状态,采用三维应力测试技术对某非饱和土路基进行了原位测试。三维土压力盒分别设置在地面以下0.3 m和0.6 m处,在埋点地面投影处施加连续竖向冲击荷载,实时采集应力测试数据,并利用应力变换方法得到了相应的三维应力、主应力和主方向演变过程。在此基础上,与现有一维应力测试方法和成果进行比较,进一步阐述了三维应力测试的合理性和科学性。测试数据表明,在冲击荷载作用下冲击方向(即轴方向)上的应力分量瞬时增长明显且其增量为正值,而方向上的正应力增量为负值。主应力方向角αβ  γ 在冲击过程中发生明显偏转,α 变化范围在90º以内,而β γ 由初始值快速减小至其补角,且3个方向角在一次冲击持续时间内发生多次往复变化。该研究成果对深入认识冲击荷载作用下非饱和土的应力反应和演变过程具有理论意义,可为地震或其他冲击荷载作用下的本构模型、工程设计与施工研究提供参考。
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盾构隧道结构响应特征及接缝刚度分析
王小刚, 杨建平, 陈卫忠, 李慧,
岩土力学. 2024 (S1):  485-495.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1015
摘要 ( 55 )   PDF(1014KB) ( 55 )  
掌握运营期水下盾构隧道的结构响应规律是研究隧道整体稳定性的重要组成部分。基于武汉长江隧道健康监测系统,获得了隧道结构一年(2022年4月-2023年4月)的应变和接缝监测数据,研究对比了江中断面和岸上断面的应变与接缝开度的响应规律及其差异,提出了一种计算管片环缝法向刚度的方法。研究结果表明:(1)岸上断面的管片应变、接缝张开度的平均年度幅值均显著大于江中段断面;(2)温度对岸上断面管片的应变和接缝开度影响大于江中断面;(3)管片环缝应力−张开度曲线与岩石结构面压缩荷载−位移曲线类似,不同测点位置的应力−张开度曲线差异显著;多个测点的平均法向刚度在其张开阶段和闭合阶段比较近似,但是江中断面的环缝法向刚度明显大于岸上断面。
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基于模态分解方法的深基坑支护桩水平变形预测
李涛, 舒佳军, 王彦龙, 陈前
岩土力学. 2024 (S1):  496-506.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1204
摘要 ( 53 )   PDF(1720KB) ( 33 )  
为了预测深基坑支护桩水平变形的长期发展规律,在卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)数据空间特征提取基础上,结合长短时记忆神经网络(long and short term memory,简称LSTM)分析数据的时序性和注意力机制(attention mechanism,简称AM)的划分特征权重,构建了能够预测支护桩变形的AM-CNN-LSTM模型。以北京地区某深基坑工程为背景,基于灰色关联方法明确了影响支护桩最大变形的因素,通过构建的模型分析支护桩的单点变形规律,并与反向传播神经网络(back propagation neural network,简称BPNN)、CNN和传统CNN-LSTM模型的预测所得结果进行比较分析。研究结果表明:支护桩最大变形值与深基坑开挖深度、临空天数、支撑内力、土壤性质、桩的尺寸和嵌固深度等因素关联度较高;AM机制显著提升了初始数据信息挖掘深度和变形预测精度,通过梯度下降法不断更新直至满足误差要求;与BPNN、CNN及CNN-LSTM模型相比,AM-CNN-LSTM模型的应用对于支护桩的长期变形预测稳定性较好;通过与实测数据对比,AM-CNN-LSTM模型的预测精度误差在5%~10%以内。
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双层地下连续墙土压力的现场实测研究
陕耀, 董雅丞, 张旭辉, 姚西平,
岩土力学. 2024 (S1):  507-516.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1788
摘要 ( 126 )   PDF(30523KB) ( 119 )  
南京某超深基坑工程采用异形围护结构双层地下连续墙进行施工,双墙间土体处于非极限平衡状态,土压力分布演变形式及墙土间相互作用机制并不明确。为探明深基坑开挖施工引起的双墙间有限土体的土压力变化规律及墙外侧土拱效应对土压力分布的影响,采用现场实测分析结合物理模型计算的方法开展研究。首先,通过现场试验在土层中布设土压力监测点,获取基坑开挖过程中墙间土压力演变规律;其后,建立考虑土体分层的曲面锥形土拱模型,计算侧土拱发展引起的墙外土压力变化量,并结合试验数据的参数反演和误差分析对模型计算结果的准确性展开讨论。研究结果表明:基坑开挖施工对双墙间土体的影响总体呈现为挤压变形,有限土体受到的侧向约束作用有助于进一步发挥土体的抗剪强度;基坑开挖各工序中土方开挖过程对地层扰动最为显著;侧土拱效应进一步增大了浅层土体挡土墙侧土压力,而中深层土体中几乎没有侧土拱发展;考虑侧土拱效应的土压力计算结果较传统水土分算的Coulomb理论计算方法与现场实测结果更加吻合。本研究可为异型围护结构的深基坑工程设计及施工提供思路与建议。
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考虑中间主应力影响的非饱和黄土边坡抗滑桩间距研究
宋丽, 许领, 李杭州, 李伟,
岩土力学. 2024 (S1):  517-524.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0054
摘要 ( 57 )   PDF(517KB) ( 40 )  
理论研究和工程应用中土体破坏准则的合理选用对研究和设计结果影响较大,同时由于中间主应力效应的影响,导致平面应变试验和常规三轴试验的试验结果的差异也被广泛证实。基于土拱破坏理论,采用理论推导的方式将统一强度理论、统一滑移线场理论和土拱破坏理论应用于非饱和黄土边坡抗滑桩间距研究中,并根据试验数据确定了非饱和黄土中间主应力参数b,推导了基于土拱理论的非饱和黄土边坡抗滑桩间距表达式。通过工程实例研究了非饱和黄土边坡抗滑桩间距随中间主应力参数b和基质吸力的变化规律。研究结果表明,考虑中间主应力效应的影响可增大抗滑桩设计间距,从而降低工程造价。研究对优化非饱和黄土地区抗滑桩间距具有重要的参考价值。
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成都膨胀土地区深基坑降雨稳定性分析与变形预测
魏星, 陈睿, 程世涛, 朱明, 王子健,
岩土力学. 2024 (S1):  525-534.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0791
摘要 ( 61 )   PDF(5121KB) ( 62 )  
成都膨胀土分布广泛,降雨是引发该地区深基坑工程事故的一个重要因素。基于工程实例的调研,分析了降雨入渗作用下排桩支护的成都膨胀土地区深基坑的典型变形失稳过程;总结了基坑常见破坏类型;基于工程实测数据,将基坑水平变形曲线概括为3种类型:陡变型、渐变型和稳定型。根据该地区深基的变形失稳的发展过程以及降雨初期3种不同类型实测水平变形曲线的发展规律,指出成都膨胀土地区深基坑工程的早期的风险防范可以以围护结构的水平变形为依据。基于小波分析、人工神经网络和Copula随机变量相关性分析方法,建立了考虑降雨影响的基坑水平变形预测模型,并对实际深基坑的变形进行了预测,基于预测的变形提前给出了风险预警。变形的预测结果与实测结果具有较好的一致性,初步证实了所提出变形预测模型的有效性。在采用相同的变形预警指标情况下,根据预测变形进行风险预警能够大幅提前预警时间,为优化处理方案提供依据。
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软土地层盾构地中对接法孔压扰动规律研究
王彪, 陈星欣, 尹清锋, 郭力群, 何明高,
岩土力学. 2024 (S1):  535-549.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1260
摘要 ( 60 )   PDF(47572KB) ( 33 )  
在软土地层中应用盾构地中对接法能大大缩短长隧道施工周期,但先、后行盾构施工在盾构对接段产生的超静孔隙水压力会影响土体应力状态和地层稳定性。建立软土地层盾构地中对接法的流固耦合模型,在时间方面,分析了盾构地中对接横断面上不同距离的超静孔隙水压力时间分布;在空间方面,分析了先、后行盾构施工引起的超静孔隙水压力纵向分布,以及盾构对接施工过程引起的超静孔隙水压力横断面分布。另外,分析了盾构地中对接施工对孔隙水压力的扰动规律,并进行施工参数分析。结果表明:完成盾构对接时,盾构施工对拱顶扰动范围最大,侧边次之,底部最小;后行盾构施工对开挖面前方的超静孔隙水压力影响范围是先行盾构施工的1.5倍,其值大约为3.4倍的隧道直径;当分层土体的渗透性差异过大时,会出现超静孔隙水压力突变的情况;在盾构地中对接施工过程中,先行盾构施工阶段产生的扰动影响要远大于后行盾构,至对接位置时,先行盾构对拱顶产生的孔压扰动指标是后行盾构的2倍左右;对接点处未进行注浆加固时,建议先、后行盾构在距对接点2D(D为隧道外径)前,将掌子面支护力减小至0.8倍标准掌子面支护力,或在先行盾构到达对接点前进行超前注浆加固,以减小盾构对接施工过程的扰动影响。
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高坝堆石料现场碾压过程中级配演化模型研究
王峰, 张建清,
岩土力学. 2024 (S1):  550-556.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0363
摘要 ( 48 )   PDF(398KB) ( 31 )  
级配是影响高坝堆石料力学特性的重要指标。高土石坝填筑期,在重型设备多次碾压下,堆石料会发生显著的颗粒破碎现象,进而导致级配的显著改变。如果堆石料级配超出设计范围,就会产生级配不合格区域,留下质量隐患。传统的级配演化研究较多基于60 mm以下的缩尺堆石料,较难有效地描述大粒径、多粒组现场堆石料级配。提供了一种新的现场堆石料级配演化模型构建方法。基于堆石料各个粒组的颗粒破碎耗能Weibull分布,计算得到不同碾压遍数下各粒组颗粒的破碎量占比;构建破碎颗粒的分形分配矩阵计算新的各个粒组的颗粒含量,获得新的级配曲线。通过室内单粒强度试验和现场碾压试验获取了模型参数。模型计算结果通过与在建世界最高堆石坝——双江口水电站(315 m)现场碾压试验坑测值对比,验证了新模型的有效性。
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基于旁压试验的饱和黄土强度分类评价方法研究
亢佳伟, 邓国华, 康佐,
岩土力学. 2024 (S1):  557-567.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0674
摘要 ( 77 )   PDF(14878KB) ( 47 )  
天然沉积条件下,饱和黄土具有显著差异的物性沉积状态、强度和变形规律,在水、力和时间等因素的共同作用下,由欠压密状态向正常压密状态持续演变。旁压试验有效规避了取样扰动和室内外应力状态的差异,是合理认识饱和黄土特征强度的有效手段。针对旁压曲线及其3个特征压力值和两个特征强度指标分别和埋深、初始孔隙比、液性指数IL等指标开展相关性分析,得到了饱和黄土强度的关键影响因素;并在此基础上定义了适用于饱和黄土的水敏性参数mω,建立基本物性指标和特征强度之间的对应关系,提出两类饱和黄土的性质区分依据和欠压密饱和黄土的强度分区原则。研究表明:(1)饱和黄土的特征强度受到欠压密状态、稠度特征的综合影响,仅依赖单一物性状态指标,无法对其特征强度进行有效、合理的评价;(2)以饱和黄土的特征强度开始出现指数衰减特征的临界特征值(mω = 0.5)为划分指标,可以区分两类饱和黄土的强度差异;(3)以水敏性参数mω= 0.75/1.3为界,可将欠压密饱和黄土强度的长期演化过程划分为初期、中间和后期3个特征阶段,并给出了不同阶段内土体特征强度范围值。
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内撑式基坑围护结构水平变形的表征函数研究
易顺, 陈健, 潘家军, 王艳丽, 徐晗, 刘春鹏,
岩土力学. 2024 (S1):  568-578.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1173
摘要 ( 54 )   PDF(474KB) ( 32 )  
随着城市地下空间的开发与发展,基坑开挖引起的围护结构水平变形日益成为工程技术人员关注的焦点。针对现有围护结构水平变形规律及其表征方法研究的不足,提出了一套适用于内撑式基坑变形曲线的表征函数和指标体系。首先基于大量实测数据,针对内支撑式基坑围护结构变形,进行模式分类,将其分为上凹型、下凹型、上凹下凹型和上下无凹型这4种类型;基于围护结构变形模式和上下分段特征,利用分段正态分布函数,建立了围护结构水平变形曲线的表征方法,并提出了以水平变形最大值、两个分段反弯点位置值和变形曲线包络面积为核心的围护结构变形曲线表征指标体系。最后利用最小二乘法开展回归分析,对分段正态分布函数表征方法进行验证,证实了该函数在围护结构水平变形表征中的适用性和有效性。提出的分段正态分布函数变形表征方法目前并未涉及到变形预测方面,但可以为后续开展围护结构水平变形预测研究提供一条新的思路。
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一种深基坑排桩支护结构内力位移矩阵分析法 解答及工程应用
肖荣军, 马威, 李锋, 袁丽云
岩土力学. 2024 (S1):  579-595.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0399
摘要 ( 84 )   PDF(875KB) ( 41 )  
基于平面弹性地基梁法,采用结构力学矩阵分析法,进一步完善已往工作推导公式解答的缺陷。传统的平面桩支撑解答计算理论局限于计算支护面桩体的内力和变形,没有解决xoy水平面支撑轴力计算问题,但真三维解答推导过于复杂,通常三维模型计算依托有限元软件。与传统二维排桩支护模型相比,在以往的工作基础上,推导出考虑开挖过程、桩−土−冠梁−支撑共同作用的支护面位移、受力矩阵解答方程组和xoy水平面计算支撑轴力计算方法,并利用FORTRAN语言编制的程序求解。依托工程实践项目分析冠梁、腰梁、支护桩、支撑位移和内力在空间效应下的变化规律并与有限元法、理正深基坑计算结果及经非线性回归处理监测数据对比分析,结果表明,考虑开挖过程、桩−土−冠梁−支撑共同作用矩阵分析法计算出的冠梁位移具有明显的空间效应,靠近基坑角部更明显,距离坑角约1/4冠梁跨度内可以适当增加桩间距,xoy水平面坑角支撑轴力明显较中部小,与监测值能较好吻合,支撑截面和配筋计算可以针对性的优化,从而降低工程造价。冠梁、桩身位移与理正深基坑、监测数据能较好地吻合,再次验证方法的合理性与可行性,可以作为一种优化设计新方法。
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软弱基底排土场边坡逆排堆高速率及稳定性控制方法研究
郭晓刚, 马垒, 张超, 淦树成, 王华, 甘一雄, 周通,
岩土力学. 2024 (S1):  596-606.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1615
摘要 ( 81 )   PDF(1729KB) ( 35 )  
针对软弱基底排土场逆排堆高过程的稳定性控制需求,构建了堆高速率与软弱土层强度参数对应关系,提出了一种不同堆高速率条件下排土场边坡稳定性分析方法。针对某排土场案例,开展了软弱基底土样不同固结度快剪试验,结果显示,随着固结度增大,内摩擦角以双曲线型函数逐渐增大,黏聚力基本保持不变。结合硬化土模型,利用有限元法分析了预压堆载下软弱土层平均固结度演化规律,联合直剪试验结果构建了强度参数与堆载厚度、固结时长的定量关系。结果表明,较厚软弱层在堆载和固结时长均相同时具有更低的内摩擦角;当堆载较小、固结时长相同时,软弱层具有更高的内摩擦角;当预压固结时长由50 d提高到100 d时,排土场边坡破坏模式从沿基底滑动变成堆排土体内部滑动,继续延长预压时长不再提升整体稳定性。
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桩-浆联合模式下土遗址裂隙注浆加固机制
崔凯, 于翔鹏, 吴国鹏, 许鹏飞, 葛诚瑞,
岩土力学. 2024 (S1):  607-618.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1592
摘要 ( 97 )   PDF(38419KB) ( 31 )  
桩−浆联合修复土遗址裂隙加固效果显著,加固机制复杂尚待明晰。基于固体传热、非饱和渗透理论,结合生石灰非等温水化进程和桩−浆−土的动态变化关系,建立了该过程中水−热−力耦合的三维扩散模型并进行求解,通过现场注浆试验过程的实时监测结果与有限元模拟结果的比对以揭示其加固机制。结果一致表明:石灰桩和浆液中生石灰都在极短时间内达到较高的反应程度,60 min时反应程度分别达到87%和76%;裂隙周边夯土中各物理场均呈现出以浆液和石灰桩为中心,距离裂隙越远数值越低的分布规律;浆液和石灰桩中80%的水分和69%的水化热被有效用于加固过程;归一化处理后得到该过程中温度、水分、膨胀压力作用的有效影响范围分别为裂隙宽度的2.4倍、0.7倍和1.4倍。该研究为桩−浆联合修复土遗址裂隙新方法提供了理论支持。
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基于震害调查的土石坝震陷规律和关键影响因素分析
朱斌, 齐吉琳, 李江, 杨玉生, 张屹蕃, 赵博超,
岩土力学. 2024 (S1):  619-630.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1750
摘要 ( 158 )   PDF(20366KB) ( 27 )  
基于国内外典型地震中155个土石坝地震震害调查样本数据,分析了土石坝震陷规律,并基于灰色关联度分析法对土石坝地震关键影响因素进行了研究。结果表明:震陷率上包线随地震动峰值加速度和震级的增大而增大,随震中距的增大而减小,近场范围内震陷率较大,震中距达到100~150 km时,震陷率已很小;土坝的震陷率上包线值最大,其次是心墙堆石坝,面板堆石坝最小;修建时间越早,震陷率上包线值越大,反映出施工设备和筑坝施工方式的演变所带来的大坝填筑质量的差异;地震动峰值加速度、震级、坝型、修建年份、震中距5项因素对震陷率的影响依次减小,但不存在绝对主导因素。依据震陷规律和关键影响因素分析结果,结合水工抗震规范对土石坝地震残余变形预测和控制进行了讨论,给出了土石坝抗震安全变形控制标准及设计原则,可为土石坝抗震设计、地震残余变形预测和控制提供指导。
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基于时间序列聚类和粒模型的地面沉降模式分析
王楚鑫, 王迎超, 董传新, 武佩锋, 张政,
岩土力学. 2024 (S1):  631-644.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1894
摘要 ( 50 )   PDF(41302KB) ( 32 )  
地面沉降是全球公认的重要灾害,不同受灾区域的地面沉降处于不同发展阶段,准确地认识地面沉降的发展是防治地面沉降灾害的关键。针对地面沉降各发展阶段的不同特征,提出了一种自适应聚类算法(improved adaptive density peak clustering algorithm based on K-nearest neighbors,简称IADPC-KNN),结合粒模型理论,归纳总结了地面沉降发展模式及其映射规律。首先,采用动态时间弯曲方法(dynamic time warping,简称DTW)作为数据间的距离度量,将IADPC-KNN与其他5种聚类算法,在7个公开的数据集进行测试,结果表明IADPC-KNN具有较高精度及较好鲁棒性。其次,收集全球14个受灾区域的地面沉降监测数据,经过数据处理、序列提取、聚类分析、粒模型构建、规则归纳等步骤,得到4类地面沉降模式及其映射关系。最后,采用某地2017―2019年的监测数据进行验证,结果表明该地2018年以后的地面沉降模式有0.359 2的概率属于模式4,与实际沉降发展较吻合。该研究成果可为地面沉降灾害的预测与防控提供理论参考。
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基于孔压静力触探技术的SVR优化算法评估土体液性指数
王新龙, 聂利青, 蔡国军, 张宁, 赵泽宁, 刘薛宁, 宋登辉,
岩土力学. 2024 (S1):  645-653.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1405
摘要 ( 65 )   PDF(1052KB) ( 34 )  
液性指数是研究土壤稳定性、土体变形、土体强度等问题的关键参数,因此对液性指数的准确预测至关重要。基于南京和合肥地区黏性土的孔压静力触探(piezocone penetration test,简称CPTU)原位测试数据集,以室内液塑限试验计算的液性指数为参考值,采用支持向量回归(support vector regression,简称SVR)、粒子群算法优化支持向量回归(particle swarm optimization based SVR,简称PSO-SVR)、遗传算法优化支持向量回归(genetic algorithm based SVR,简称GA-SVR)、模拟退火算法优化支持向量回归(simulated annealing based SVR,简称SA-SVR)对土体的液性指数进行评价,并将预测结果与室内试验结果以及CPTU经验公式对比。为更贴近工程实践,以原位测试时的孔洞为单位,进行单孔预测分析,最后,进行参数敏感性分析。结果表明,SVR模型和优化的SVR模型,都能预测黏性土的液性指数,算法优化后的3种模型在性能上表现更好。单孔分析时,SA-SVR模型以波动平滑、峰值适中等优点,预测效果更佳。工程实践中,建议采用归一化锥尖阻力、摩阻比、孔压参数比、上覆应力及有效上覆应力作为输入变量。PSO-SVR模型、GA-SVR模型、SA-SVR模型敏感性走向均与理论相同,但SA-SVR模型跨度更小,与理论结果更加一致,验证了SA-SVR模型的准确性。所提出的SA-SVR模型可以更好地预测黏性土的液性指数,并指导工程实践。
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数值分析
含不同孔洞类岩石材料的动力响应机制研究
任富强, 谷金泽, 孙博, 常远,
岩土力学. 2024 (S1):  654-664.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1039
摘要 ( 50 )   PDF(23791KB) ( 42 )  
为揭示动载作用下深埋巷道的横截面形状效应,制备了含5种不同孔洞形状(矩形(R)、圆形(C)、直墙拱形(S)、纵、横椭圆形(E、E))的水泥砂浆类岩石材料试样,利用落锤冲击试验系统地开展了试样动力响应特征研究。从应变时程曲线、洞周裂纹扩展过程、破坏模式3方面讨论了孔洞形状的影响,并结合PFC2D对试样的动态抗压强度、细观开裂机制进行了分析。结果表明:相同的冲击荷载作用下,纵椭圆试样的极限应变最大。孔洞顶板宏观裂纹的起裂位置位于中部;矩形和直墙拱形孔洞试样底板处裂纹更易从角点位置向下扩展,而其他孔洞形状的试样则从底板中部向下扩展贯通。矩形、直墙拱形和横椭圆形孔洞试样的顶板以张剪复合破坏为主,而圆形和纵椭圆形试样顶板的张拉破坏更显著。纵椭圆、直墙拱、圆形、矩形、横椭圆试样的动态抗压强度依次降低,故纵椭圆形试样的抗冲击效果最好。冲击荷载作用初期,拉应力主要集中于孔洞顶板处,集中区域大小与孔洞上边界的横向跨度正相关;试样临近峰值应力时,拉应力由顶板向两侧扩散至整个试样。峰后纵椭圆和圆形孔洞试样的回弹模量与弹性模量基本一致,塑性变形较小,而其他孔洞试样具有较高的残余应变。
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干湿循环作用下堆石料宏细观力学特性的离散元模拟研究
王辉, 钮新强, 马刚, 周伟,
岩土力学. 2024 (S1):  665-676.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1139
摘要 ( 59 )   PDF(7186KB) ( 58 )  
堆石料的物理力学特性在干湿循环作用下会发生明显劣化。基于堆石料颗粒三维扫描结果,建立了宽粒径范围的堆石料颗粒模板库。考虑干湿循环对颗粒强度、颗粒间接触模量和摩擦系数的影响,提出了一种考虑堆石颗粒干湿循环劣化的颗粒破碎模拟方案。在此基础上,采用FDM-DEM耦合方法对不同干湿循环作用下的堆石料试样进行一系列三轴压缩试验,讨论了在三轴压缩条件下干湿循环对堆石料宏细观力学特性的影响规律。结果表明:堆石料的初始模量和峰值强度随着干湿循环次数N的增加而呈非线性降低,干湿循环对体变曲线在初始阶段的剪缩和加载后期的剪胀有抑制作用,当N增大至某一值时,干湿循环对堆石料的宏观变形和强度的影响逐渐不明显。干湿循环次数越大,试样内部平均配位数越大,接触滑移比越大,试样内部的偏组构呈非线性减小,即各向异性程度在逐渐减小,这说明干湿循环对试样内部的各向异性发展有抑制作用。
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考虑颗粒形态及阻塞效应的不良级配砂砾土潜蚀过程模拟
谢合林, 胡正, 易飞,
岩土力学. 2024 (S1):  677-684.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1124
摘要 ( 63 )   PDF(47369KB) ( 40 )  
在复杂水土荷载服役环境下,水工岩土结构极易发生潜蚀灾变,诱发建筑物失效灾变。采用计算流体力学−离散元耦合方法(computational fluid dynamics-discrete element method,简称CFD-DEM),针对土石坝、边坡等工程中广泛存在的不良级配土,考虑3种细颗粒含量和3种颗粒形态研究了不良级配砂潜蚀过程;通过分析颗粒迁移轨迹、位移和接触数等,从细观角度阐明了潜蚀过程中细颗粒运动特征,并将颗粒的迁移效应划分为阻塞、脱空、迂回和冲脱4种;通过统计分析整个过程迁移效应的演变发现,潜蚀启动初期细颗粒多数处于脱空状态,随后在渗流作用下颗粒逐渐相互接触,脱空效应占比急剧下降,造成颗粒的迂回和冲脱组成的其他非稳态逐渐上升,随后运动的颗粒逐渐被其他颗粒约束,颗粒的阻塞率上升,最终绝大部分颗粒处于阻塞状态,试样最终达到稳态。
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自适应时间步长法在非饱和渗流中的应用研究
韩枥兵, 李文涛, 韦昌富,
岩土力学. 2024 (S1):  685-693.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1092
摘要 ( 53 )   PDF(5934KB) ( 46 )  
Richards方程是非饱和渗流理论的基本方程,常用数值方法结合有效的迭代技术进行求解,时间步长调整方法常用来提高计算效率。为探究不同自适应时间步长法的数值表现,采用有限单元法结合自适应松弛Picard法和自适应时间步长法,开发了非饱和渗流有限元程序。通过模拟非饱和渗流算例,研究了不同自适应时间步长法对计算精度与效率的影响。结果表明,开发的程序是实用和可靠的,在时间步长发生较大变化时也能保证计算的稳定性。直接推断法虽然简单高效,但在求解迭代收敛难度较大的问题时,该方法难以保证良好的计算精度。截断误差法的数值表现受截断误差阈值影响,具有阈值越小,精度越高、效率越低;阈值越大,精度越低、效率越高的特点,通过调整阈值,该方法能更好地平衡计算精度和效率。研究成果对于高效非饱和渗流有限元程序的开发和应用具有一定的参考价值。
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花岗岩热破裂裂隙动态演化特性数值模拟研究
周长冰, 闫俊豪, 李小双,
岩土力学. 2024 (S1):  694-704.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0266
摘要 ( 53 )   PDF(5949KB) ( 45 )  
为揭示不同压力条件下花岗岩热破裂裂隙演化规律,采用数值计算方法,结合细观损伤理论,建立了岩石热-弹性本构模型,提出了适用于Comsol Multiphysics数值计算软件的矿物颗粒形态提取技术。开展了静水压力及单轴压力下花岗岩热破裂数值模拟研究,分析了拉伸和剪切裂隙动态发育过程。研究结果表明:花岗岩内矿物热破裂顺序依赖于各自的力学特性、强度,3种矿物的破裂顺序为云母、长石、石英,热破裂裂隙网络由拉伸裂隙和剪切裂隙组成,拉伸裂隙的发育主导了裂缝网络形成。裂隙演化可划分为3个阶段:微裂隙萌生阶段、裂隙爆发阶段、稳定增长阶段。热破裂阈值受最小主应力控制,单轴压力对阈值的影响较小,受静水压力的影响较大。静水压力下裂隙发育没有明显的方向性,单轴压力压扩展方向垂直于最小主应力,压力越大方向性越明显。
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倾斜临空面下隧道掘进机滚刀贯入破岩研究
周建, 尚肖楠, 刘福深, 沈君逸, 廖星川,
岩土力学. 2024 (S1):  705-714.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0074
摘要 ( 95 )   PDF(41148KB) ( 32 )  
在临空面辅助隧道掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)滚刀破岩的过程中,当滚刀在垂直临空面附近完成破岩后,垂直临空面将变为倾斜临空面。为了研究倾斜临空面对滚刀贯入破岩的影响,利用近场动力学方法建立了三维模型,考虑了临空面倾斜程度以及滚刀临空距离的变化,开展了一系列数值研究。模拟结果表明,在倾斜临空面辅助TBM滚刀贯入破岩工况下,岩石存在两种破碎模式,一种为内部裂纹扩展模式,另一种为内部压碎区扩大模式。在滚刀临空距离固定为40 mm的情况下,随着临空面倾角θ 余切值cotθ的增加,岩石破碎逐渐从内部裂纹扩展模式转变为内部压碎区扩大模式,滚刀的法向峰值力与破岩消耗能量也逐渐增大,而且内部压碎区扩大模式的破岩效率比内部裂纹扩展模式低。随着滚刀临空距离的增加,滚刀法向峰值力、破岩消耗能量与破岩体积逐渐增加,同时滚刀的破岩效率也得到了提升。
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不同含水率下脏污道砟累积塑性变形预测
杨家强, 朱玉龙, 奚邦禄, 张振华,
岩土力学. 2024 (S1):  715-722.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0865
摘要 ( 48 )   PDF(6499KB) ( 50 )  
为预测脏污状态下铁路有砟道床累积塑性变形,采用循环加载三轴试验和修正次加载面模型对循环荷载作用下脏污道砟的累积塑性变形发展规律开展了研究。试验结果表明,细粒含量及含水率协同影响道砟的水力和力学性能,特别是当道砟中细颗粒含量和含水率都增长时,道砟的力学性能显著下降,进而加剧了循环荷载下铁路道砟累积沉降的发展。此外,基于次加载面本构模型并借助有限元软件,二次开发编写了修正次加载面模型子程序,通过对比室内试验结果验证了该模型的适用性。数值模拟结果表明,修正次加载面模型可以较好地预测不同含水率和细粒含量影响下铁路道砟的累积塑性变形。因此,可在未来研究中借助修正次加载面模型建立实尺铁路道床分析模型,预测不同脏污条件下铁路有砟道床的累积沉降。
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平板载荷试验数值分析及承载力判定标准研究
杨立
岩土力学. 2024 (S1):  723-730.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1195
摘要 ( 62 )   PDF(3601KB) ( 90 )  
对于地基平板载荷试验,《建筑地基检测技术规范》(JGJ 340-2015)推荐的载荷板尺寸、现场检测惯用尺寸和基础实际尺寸之间往往存在明显差异,从而导致地基承载力判定存在分歧。基于现场试验成果,建立有限元模型并验证了其可靠性,分析了不同载荷板宽下均质土地基和双层土地基承载力和变形的尺寸效应以及现场试验用反力支墩的影响。针对按相对变形判定地基承载力时存在的问题,分析了载荷板宽度限值对承载力判定结果的影响。结果表明:不同载荷板宽下,均质土地基的承载力变化缓慢而沉降变化明显;上软下硬双层土地基的承载力随载荷板宽增加而提高,沉降量减小;支墩影响会使判定的承载力增大。现行检测规范按相对变形标准判定承载力时,限定板宽会使尺寸效应显著增加,板宽上限由2.0 m调整为3.0 m较为合理。
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缓冲层−复合隔离墙−含水层系统中有机污染物二维运移规律研究
江文豪, 冯晨, 黄啸, 李江山,
岩土力学. 2024 (S1):  731-741.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0719
摘要 ( 47 )   PDF(11897KB) ( 31 )  
复合隔离墙常用于污染场地的防污防渗工程。针对由土工膜和土−膨润土组成的复合隔离墙,考虑了污染源区有机污染物浓度沿深度不均匀分布及缓冲层的存在,建立了缓冲层−复合隔离墙−含水层系统中有机污染物二维运移理论模型。利用有限差分法对该模型进行了求解。通过对比试验测定结果、已有解析模型和COMSOL软件的计算结果,验证了所建理论模型合理性。在此基础上,研究了复合隔离墙中有机污染物的运移特性。结果显示,相比于一维运移理论模型,二维运移理论模型下复合隔离墙中有机污染物的浓度较低,这是由于有机污染物会通过竖向扩散减慢水平向运移速度。缓冲层存在有助于减缓复合隔离墙中有机污染物运移速率,且缓冲层厚度越大,所定义击穿时间t越长,墙体外侧总运移通量越小。当土工膜渗透系数从0.5×10−12 m/s增大到5.0×10−12 m/s时,对应的tb将从172.8 a降低至28.2 a。鉴于隔离墙厚度及其线性吸附系数增大均可显著增强复合隔离墙的防渗效果,可结合隔离墙的吸附性能选定墙体厚度。
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直剪和双轴离散元数值试验中剪切带宽度的孔隙率场测量技术
刘宗祺, 陈曦, 崔柳生, 唐建彬
岩土力学. 2024 (S1):  742-750.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1109
摘要 ( 49 )   PDF(10324KB) ( 32 )  
离散单元法(discrete element method,DEM)数值仿真中,孔隙率场已用于观测剪切带宽度,观测剪切带宽度有助于理解剪切带宽度与颗粒特性的关系。孔隙率场可由测量圆测得,但测量圆半径通常按经验确定。针对测量圆半径定义缺乏理论和数值研究等问题,开展了孔隙率测量精度与测量圆半径关系的研究。提出基于孔隙率场的“1/2宽度估算法”和“1/2曲率极值法”,将其应用于直剪和双轴压缩试验的剪切带宽度测量,并将测量结果与转角法和网格法测量结果进行了对比。DEM数值研究结果表明:提出的方法能够用于量测直剪试验和双轴压缩试验中的剪切带宽度;直剪试验中剪切带宽度随粒径增大而逐渐增大;因为试样的非对称和不均匀性,双轴压缩试验的X形剪切带中的两条剪切带宽度不相等,且剪切带随轴向加载过程逐渐变宽。
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单裂隙内浆液基本流动规律的理论、试验、模拟对比分析
李博, 刘蓉蓉, 邹良超,
岩土力学. 2024 (S1):  751-760.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0700
摘要 ( 127 )   PDF(3178KB) ( 99 )  
工程中广泛使用的水泥浆液是一种非牛顿流体,在裂隙内扩散时表现出复杂的宏观非线性渗流特征,在细观流场上也因屈服应力的作用呈现出柱塞流等特殊流动现象。配制符合Herschel-Bulkley(H-B)模型的模拟浆液,利用粒子图像测速(particle image velocity,PIV)技术开展平直裂隙内的可视化渗流试验,同时求解H-B-P(H-B-Papanastasiou)方程开展浆液渗流有限元数值模拟。基于平直裂隙中单相屈服幂律流体渗流解析解,从理论、试验、模拟相结合的角度分析了平直裂隙内注浆压力与流速的非线性关系;通过对流速剖面图的对比,分析了H-B流体的柱塞流特征;通过与Bingham模型的对比证明了H-B流体更符合实际浆液流动规律。通过原创的可视化测试手段验证了理论和数值模型,提出了参数取值依据,对提升复杂工程岩体中的注浆工艺具有参考价值。
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基于迭代协同克里金反演的非均质地基固结沉降预测研究
高旭, 宋琨, 李凌, 晏鄂川, 王卫明,
岩土力学. 2024 (S1):  761-770.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1355
摘要 ( 66 )   PDF(599KB) ( 50 )  
目前地基固结沉降反演预测多是以土体均质或分层假设为前提,然而天然地基水文、力学参数具有空间变异性是客观事实。鉴于此,提出了一种基于迭代协同克里金的非均质地基土体参数反演方法,据此开展了利用沉降和超孔隙水压力观测数据反演非均质地基土参数的数值试验研究,并结合敏感度分析解释了不同类型观测数据对非均质地基参数反演解析度的影响机制。结果表明:此方法反演的参数场是最优无偏估计;同时采用沉降和超孔隙水压力观测数据反演刻画非均质地基比单独采用沉降或超孔压数据反演刻画的非均质地基解析度更高,用于地基固结沉降预测效果也更好;不同类型观测信息对不同参数反演刻画解析度高低与观测信息对参数敏感度数量级呈正相关关系。
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土工格室加筋路基振动压实行为及预应力效应
赵阳, 卢正, 颜廷舟, 李剑, 唐楚轩, 邱煜, 姚海林,
岩土力学. 2024 (S1):  771-782.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.1512
摘要 ( 56 )   PDF(29567KB) ( 34 )  
通过建立路基离散元模型和土工格室有限差分模型,开展了一系列有限差分法−离散元法(finite difference method-discrete element method,简称FDM-DEM)耦合数值计算,探明了土工格室加筋路基在振动荷载作用下的压实行为。进一步揭示了土工格室对路基压实后水平残余应力的贡献,并在此基础上,提出了土工格室加筋路基的预应力效应,以体现施工期格室填料在经历加载并卸载后引起的格室撑阔对加筋效果的提升。结合微观接触组构、配位数变化、压实过程的应力路径,探讨土工格室加筋路基预应力效应的形成机制。研究结果表明,相较于未加筋路基,土工格室可以提高加筋路基的回弹模量,增加压实路基的水平残余应力。在振动荷载作用下,土工格室呈现上开口的喇叭形,土工格室口袋被撑阔,格室壁的最大应变为0.17%~0.21%。接触力分布也表明,在振动压实作用后,力链由竖直向水平方向发展,这体现在水平残余应力的增加,而土工格室则进一步提升了颗粒的横向接触力。
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测试技术
自落式贯入仪率相关系数标定方法
丁肖丹, 张民生, 马海鹏, 王超群, 马昆, 栾鲁宝,
岩土力学. 2024 (S1):  783-790.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0669
摘要 ( 59 )   PDF(25239KB) ( 35 )  
自落式贯入仪(free-falling penetrometer,FFP)作为一种新型地质勘察技术,可以高效快速地获取海底沉积物的力学性质参数。FFP贯入过程中锥尖阻力受贯入速率影响,数据处理时需借助速率因子将动贯入阻力转化为与静力触探试验(cone penetration test,CPT)等效的准静态贯入阻力,但目前速率因子中的率相关系数尚无明确测试方法。基于牛顿运动定律对率效应进行理论分析,并利用南海北部陆坡淤泥质沉积物开展室内贯入试验;并采用对数函数和幂次函数拟合锥尖阻力与贯入速率关系,提出了自落式贯入仪率相关系数的标定方法。研究结果表明,释放高度和探头质量都会影响最终贯入深度,但贯入过程中的锥尖阻力变化受探头质量影响较小,提出的率相关系数标定方法能够更准确获取FFP贯入的率相关系数。在实际应用中可采用室内试验标定的系数修正原位试验数据,为FFP实际应用提供技术支持。
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