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
2024年, 第45卷, 第12期 刊出日期:2024-12-09
上一期   
压缩空气储能地下工程专题
压气储能内衬硐室储气关键问题与设计要点评述
蒋中明, 刘宇婷, 陆希, 杨雪, 廖峻慧, 刘琛智, 黄湘宜, 周婉芬, 石兆丰, 田湘,
岩土力学. 2024 (12):  3491-3509.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0523
摘要 ( 333 )   PDF(946KB) ( 376 )  
压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)技术是一种新型的物理储能技术,也是一种具有广阔发展前景的大规模储能发电技术。大规模压缩空气储能通常需要配置大容量的地下储气装置。在现有的地下储气库类型中,内衬式人工硐室地下储气库因其选址灵活、限制条件少成为近年来的研究热点。在当前国内对大规模CAES技术需求迫切的背景下,对人工硐室储气库的理论研究成果和技术发展现状进行了全面梳理和评述,分析了现有地下储气库稳定性分析理论、内衬硐室密封方案和热力学过程分析方法等的优点和不足,并讨论了内衬式人工硐室储气库工程的设计要点和注意事项。最后,提出了影响内衬式人工硐室储气行业发展面临的挑战。
相关文章 | 计量指标
基于单元凋亡法的压气蓄能盐穴围岩潮解行为表征及其影响研究
曾真, 马洪岭, 梁孝鹏, 李航, 王轩, 李文韬,
岩土力学. 2024 (12):  3510-3522.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0617
摘要 ( 167 )   PDF(31582KB) ( 142 )  
盐穴压气蓄能是当前利用风、光等可再生能源实现电网调峰的重要技术。然而,在电站的日循环注采工况下,盐穴内湿环境会呈现高频高幅振荡。当盐穴温度因采气而骤降时,相对湿度可接近100%,该条件下腔周盐岩将发生潮解,导致腔体的横向扩展,影响盐穴的稳定性与密闭性。将损伤盐岩置于压气蓄能工况对应的干湿循环中,统计其潮解量。利用表观形貌分析了盐岩表面潮解速率随偏应力水平的变化规律,并建立了两者的拟合关系。开发了针对FLAC3D软件的单元凋亡法,嵌入模拟盐穴长期变形的数值程序中,基于试验结果计算腔周盐岩网格单元的潮解量并适时使之凋亡,从而表征潮解对盐穴宏观可用性的影响。结果表明:在长期运行后,腔体轮廓会因围岩潮解而略微向外延伸,使得腔周位移与安全系数轻微恶化,但仍能充分满足经验性的安全判据。然而,潮解的盐将固定盐穴空气中的水分,转化为卤水汇集于腔体底部从而显著降低盐穴可用体积。这一影响远高于地层蠕变导致的腔体收缩,须通过增设地面除湿装置与定期排卤等措施予以控制。
相关文章 | 计量指标
压缩空气储能地下内衬硐库上覆岩体稳定性分析
易琪, 孙冠华, 姚院峰, 桂本, 商浩亮, 纪文栋,
岩土力学. 2024 (12):  3523-3532.  DOI: 10.16285/j.rsm.2023.0953
摘要 ( 160 )   PDF(35122KB) ( 161 )  
地下内衬硐库是压缩空气蓄能电站储气装置的主要方案,鉴于其高内气压的荷载特征,硐库上覆岩体稳定性评价是工程设计的关键环节之一。针对隧道式储气硐库,基于极限平衡理论和Mohr-Coulomb强度准则,建立了上覆岩体极限状态下被动岩土压力的力学模型,通过应力边界积分建立了三力矩平衡方程组,提出了可计算任意形态破裂面的安全系数求解方法。结果表明,安全系数主要受埋深、硐库半径、储气压力和地应力系数等因素控制,与埋深呈非线性正相关,与储气压力呈非线性负相关,与半径呈非线性负相关。针对III级岩体条件下,给出了埋深、硐径和最大储气压力等3个设计参数满足稳定性要求的取值范围,对工程设计具有重要指导意义。
相关文章 | 计量指标
考虑剪切变形的高压储气洞室复合式预设缝衬砌力学特性
张格诚, 徐晨, 夏才初,
岩土力学. 2024 (12):  3533-3544.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0682
摘要 ( 144 )   PDF(2790KB) ( 127 )  
在高内压下,压缩空气储能地下洞室钢筋混凝土衬砌的开裂问题难以避免,为了控制混凝土衬砌的裂缝宽度,衬砌的配筋率往往非常高,甚至高到难以配筋。这不仅增加了地下洞室的建造成本,也降低了压缩空气储能系统的压力上限。为了解决这一问题,提出了高压储气洞室的预设缝衬砌结构,通过对衬砌预设缝释放环向拉伸变形进而降低衬砌所受拉力。但由于衬砌与初期支护间的剪切应力也会对衬砌结构产生拉应力,在预设缝附近(15º范围内)衬砌内钢筋的拉应力得到了有效降低,但远端处衬砌拉应力仍较大。因此,在衬砌和初支之间设置了滑动层,以达到减摩降阻的目的。滑动层的剪切刚度对钢筋应力影响很大。滑动层剪切刚度越小,衬砌钢筋的应力越低。由于滑动层无法实现完全光滑,在高内气压下衬砌钢筋应力仍然很大。为了进一步降低衬砌结构拉应力,提出了分层变形释放的高压储气洞室结构方案,即在衬砌结构预设缝的基础上,初期支护也采用预设缝结构,且初支的预设缝与衬砌的预设缝设在相同位置处。计算结果表明,高压储气洞室采用复合式预设缝结构后,初支与围岩之间发生了相对剪切变形,进而初支与衬砌间的相对剪切变形得到了一定程度的降低,相应的衬砌最大裂缝宽度也得到减小。因此,在高内压条件下,可以采用预设缝钢筋混凝土衬砌结构,衬砌与初支之间设置滑动层;内压进一步升高后,还可以采用初支、衬砌均设置预设缝的复合式衬砌结构分层释放变形,以降低衬砌拉应力。
相关文章 | 计量指标
聚氨酯类聚合物砂浆−混凝土界面黏结性能与变形特征试验研究
蒋中明, 石兆丰, 杨雪, 田湘, 肖喆臻, 刘琛智, 黄湘宜,
岩土力学. 2024 (12):  3545-3554.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0585
摘要 ( 131 )   PDF(956KB) ( 91 )  
聚合物砂浆(polymer mortar,PM)因其良好的气密性、抗裂性和变形适应性被认为是一种极具发展潜力的建造压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)人工硐室储气库密封层的可选材料之一。为探究聚氨酯类聚合物砂浆(polyurethane polymer mortar,PPM)与人工硐室储气库衬砌混凝土之间的黏结性能和变形适应性,采用室内试验和数值模拟方法,研究了PPM中粉料和聚合物含量以及配比变化对PPM−混凝土界面的黏结性能和变形性能的影响规律,并分析了界面的破坏特征和破坏机制。研究结果表明:PPM−混凝土界面破坏型式主要表现为界面两侧材料的分离;界面剪应力−位移关系在应力峰值前呈现两阶段近似线性变形特征,界面破坏剪切应变最大值可达11.05%;粉料和聚合物含量以及配比变化对界面黏结强度都有重要的影响,最高黏结强度约为1.21 MPa,最低平均黏结强度为0.237 MPa。PPM−混凝土界面强度和变形性能可满足CAES地下储气库的建库要求。
相关文章 | 计量指标
压气法盾构仓内气压与围岩气−液两相流相互作用模型研究
黄继辉, 秦世康, 赵昱, 陈景煦, 张浩,
岩土力学. 2024 (12):  3555-3565.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0680
摘要 ( 93 )   PDF(38642KB) ( 53 )  
压气法盾构施工技术在水下隧道修建中具有显著优点,但缺乏理论分析模型。基于质量守恒和理想气态方程,建立了盾构土仓内气压与压缩气体进出流量关系的理论模型,通过掌子面动态气压边界,将其与考虑气−液两相流的围岩数值模型耦合,形成盾构仓内气压与围岩气−液两相流相互作用模型。基于现场数据验证了模型的有效性,分析了停机情况下压气法土仓压力影响因素,主要结论如下:土仓压力随压缩空气的注入先增大后降低并趋于平稳,空气注入速率增大,土仓压力峰值和平稳值相应增大。土仓内压缩空气可减小土仓压力波动速率和幅度,空气体积越大,效果越好;压气法宜在渗透系数较小的地层中使用,地层渗透系数越大,对压缩空气的约束能力越小,甚至出现贯通至地表的空气排出通道。渗透系数较大地层中,突然停止空气注入,可能导致土仓压力快速下降和地下水涌入,危及施工安全。
相关文章 | 计量指标
纤维增强柔性混凝土压气储能地下洞室力学响应研究
鲁青云, 徐英俊, 夏才初, 刘少华,
岩土力学. 2024 (12):  3566-3575.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0669
摘要 ( 127 )   PDF(5934KB) ( 96 )  
高内压作用下压气储能地下洞室极易开裂,严重威胁洞室稳定性和密封性。为充分传递内压荷载、增强洞室变形能力,发挥围岩的承载能力,提出了柔性衬砌的设计理念:采用低弹性模量的柔性混凝土作为压气储能地下洞室衬砌层。通过室内试验研究了不同配比下柔性混凝土的力学性能,据此提出了柔性混凝土的修正损伤-塑性本构关系模型(concrete damaged plasticity,CDP),并建立了柔性混凝土的压气储能地下洞室力学计算模型。为论证柔性混凝土用于压气储能地下洞室的可行性,以某在建的压气储能地下洞室工程为背景,比较了采用不同衬砌形式以及不同柔性混凝土配比对压气储能地下洞室力学响应规律的影响,结果表明:采用低弹性模量的柔性混凝土可以有效地降低在高内压压气储能地下洞室混凝土衬砌的拉应力,减少衬砌开裂,充分实现了传递内压荷载、增强洞室变形能力,发挥围岩承载能力的作用。
相关文章 | 计量指标
基础理论与实验研究
充填型岩石节理剪切力学特性研究进展
康永水, 周秀斌, 刘滨, 卢正, 耿志, 黄友琦,
岩土力学. 2024 (12):  3576-3595.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0165
摘要 ( 158 )   PDF(8336KB) ( 95 )  
深部地层断层破碎带分布广泛,通常夹杂断层泥、岩屑等充填物,可显著降低岩体强度,为围岩稳定控制带来严峻挑战。断层破碎带充填型节理的剪切力学特性复杂且受多种因素的影响,如岩石类型及力学特性、节理面粗糙度、充填物矿物组分及力学性质、流体作用(如地下水)。通过回顾充填型岩石节理剪切力学行为的研究历程,对国内外关于充填型岩石节理剪切力学特性的研究现状进行了系统的总结,从室内剪切试验、数值仿真方法、抗剪强度准则及本构模型理论等方面分析了充填型岩石节理剪切力学特性关键科学问题及研究进展,并剖析了不同研究方法中存在的问题及发展趋势。目前普遍认同充填度、充填物矿物组分及力学性质是区别于无充填节理的最重要特征;地下水作用、法向应力、节理壁粗糙度等因素对充填节理力学特性有显著的影响。目前通过宏观唯象方法建立的抗剪强度理论难以精确应用到工程实际中,未来的研究关键及难点主要包括:多尺度充填型岩石节理剪切力学特性、基于充填节理的剪切破坏形成的细观机制、不同种类充填节理的剪切破坏准则及其对应的数值仿真本构模型及细观参数取值方法等。考虑多场耦合条件下多尺度充填节理的复杂行为将是未来充填型岩石节理剪切行为研究的重要发展方向。
相关文章 | 计量指标
考虑轴向应力作用的贯通裂隙岩体变形及渗流特性研究
刘新荣, 张吉禄, 周小涵, 刘煜宇, 刘瀚之,
岩土力学. 2024 (12):  3596-3612.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0134
摘要 ( 91 )   PDF(1081KB) ( 76 )  
岩层内有害气体运移主要通过裂隙介质进行,地层应力状态对岩体渗透性影响显著,通常天然岩体处于三向不等压状态,研究不同应力状态下岩体变形及渗流的影响对合理预测岩层内气体运移具有重要意义。通过三轴试验系统考虑不同裂隙角度及围压,开展了流−固耦合作用下的岩体压缩全过程变形及渗透规律研究。试验结果表明:(1)岩体既有裂隙应变随轴向应力的增加表现为先减小后增加的趋势,当围压小于25 MPa时,轴向应力对裂隙的影响主要为体胀,当围压大于25 MPa时,轴向应力对裂隙的影响主要为体缩;(2)低围压下岩体体胀主要由既有裂隙产生,高围压下主要由岩石新生裂隙产生,贯通裂隙岩体压缩过程岩体渗透性变化主要由既有裂隙变形决定;(3)当裂隙角度为90º、80º、70º时,随着围压的增加岩体峰值应力渗透率相比初始应力分别增加4%~−0.7%、0.5%~−6.3%、−0.2%~−15%,轴向荷载作用下裂隙角度对岩体渗透性的影响略高于围压;(4)考虑不同应力水平对裂隙变形的影响,建立了三向应力状态下裂隙渗透率计算模型,发现法向变形的侧限应力影响系数χ的敏感性随围压的增加以及裂隙角度的增加而降低。
相关文章 | 计量指标
降雨作用下堆积层边坡与下穿隧道相互作用模型试验研究
张永杰, 胡涛, 郭一鹏, 邓沛宇, 罗志敏, 陶坡,
岩土力学. 2024 (12):  3613-3623.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0243
摘要 ( 100 )   PDF(47933KB) ( 71 )  
为了掌握降雨条件下堆积层边坡蠕动变形规律以及隧道衬砌结构受力变形特征,利用土压力盒、应变片、百分表和湿度计等测试仪器,开展了降雨工况下隧道−边坡平行体系渗流与受力变形特性的响应物理模型试验。试验结果表明,在降雨过程中,雨水的入渗深度跟边坡高度以及与坡面的距离呈反比,隧道的存在会影响雨水的渗流路径,导致隧道上方坡体的雨水入渗速率加快、含水率峰值增大,而隧道下方坡体的雨水入渗速率减缓、含水率峰值减小;坡体变形量与含水率变化速率正相关,坡体变形集中在含水率快速上升阶段,在这个阶段,坡顶、坡中和坡脚发生的竖向位移分别占降雨全过程总竖向位移量的89.6%、96.4%、98.9%;同时隧道随边坡变形而受压,隧道顶部由边坡变形带来的土压力增量同隧道在堆积体中的埋深正相关,平均每隔15 cm增加24%,基岩端土压力增量约为洞口端土压力增量的2.4倍,且隧道底部土压力增量小于隧道顶部土压力增量;隧道受力变形特征表现为顶部受压,底部受拉,隧道整体下沉,局部呈以中心位置为反曲点的向下的弯曲变形,并在基岩−堆积层交界处受剪切应力影响,在交界处外侧的应变发生突变,近似于一端铰接,一端锚固的梁结构受力模式。建议在同类型的隧道设计施工过程中,在隧道上部边坡表面增加喷混凝土、浅层注浆或采用边坡生态防护等防渗措施,对隧道洞口区域以及隧道变形较大的中部及岩土交界位置进行加固处理。
相关文章 | 计量指标
碳化硅增强相变充填体热力学性能研究
乔兰, 尹雅, 李庆文, 苗淼,
岩土力学. 2024 (12):  3624-3634.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0269
摘要 ( 108 )   PDF(1503KB) ( 42 )  
矿山蓄热储能功能性充填实现了深地矿床−地热协同共采,研发具有适宜相变参数和物化性能优良的功能充填材料迫在眉睫。针对相变材料微胶囊(microencapsulated phase change materials,MicroPCM)导致充填体抗压强度、导热系数下降的现状,开展预试验探究相变充填体的强度特征和热学性能,基于获取的较佳MicroPCM添加量,进一步探究不同碳化硅(SiC)添加量(质量百分率为0%、2%、4%、6%、8%)对相变充填体抗压强度、导热系数、比热容的影响,并测试了其密度、泌水率与流动度,同时结合扫描电子显微镜−能量分散谱仪(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer,SEM-EDS)观测其微观形貌,开展能谱扫描分析解释宏观试验现象,探究其在高低温交变循环下的蓄热储能稳定性。得到了以下结论:MicroPCM添加量为5%时,相变充填体的比热容达到最大,为1.75 MJ/(m3·K);充填体的密度在SiC添加量为2%时达到最大,为1.67 g/cm3;充填体的流动性和泌水性随SiC添加量的增加逐渐增强;充填体的抗压强度和导热系数随SiC添加量的增加不断增长,添加量达到4%时,其增幅分别为10.1%和21.7%,达到6.64 MPa和1.12 W/(m·K),随后增长趋势逐渐减缓;相变充填体的比热容随SiC 添加量的增加呈现先增长后衰减趋势,但是波动幅度较小,在4%添加量时,比热容达到最大值,为2.32 MJ/(m3·K),因此推荐SiC添加量为4%;500次高低温交变循环后,相变充填体的抗压强度得到增强,且SiC添加量越高增长幅度越大,而导热系数与比热容均有所降低,下降幅度逐渐减小。研究为实际工程中蓄热储能充填提供了数据参考。
相关文章 | 计量指标
过硫酸盐修复有机污染土的效果及强度特性研究
王菲, 叶子俊, 苗文权, 徐建,
岩土力学. 2024 (12):  3635-3644.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0194
摘要 ( 110 )   PDF(10723KB) ( 30 )  
对二价铁离子活化过硫酸盐修复后的1,2-二氯苯污染土进行降解试验、微观测试、颗粒分析试验、液塑限试验、无侧限抗压强度试验和不排水剪切试验,揭示了过硫酸盐修复有机污染土的效果及土的强度特性变化规律。结果表明,15.0%的Fe2+活化过硫酸盐掺量对1,2-二氯苯去除率高达92.59%,反应后有硫酸钠、硫酸钙以及氢氧化铁等物质生成;少量的硫酸钠、硫酸钙填充土颗粒间的孔隙,使土更为密实;但大量的硫酸钠晶体的膨胀效应会削弱土颗粒间联结,使土变得松散;修复后的土中黏粒含量增加,粉粒和砂粒含量减少;液限和塑性指数随掺量增加而逐渐增大,塑限则逐渐减小,塑性能力稍有提升;无侧限抗压强度和剪切破坏时的最大剪应力随掺量的增加先增大后减小,当过硫酸盐掺量为10.0%时,修复后土的无侧限抗压强度可增大到310.75 kPa,增大幅度为20.34%,剪切破坏时的最大偏应力可达到142.73 kPa。
相关文章 | 计量指标
砂质充填型节理剪切力学行为试验研究
杨泰华, 黄友琦, 刘滨, 康永水, 耿志, 周秀斌,
岩土力学. 2024 (12):  3645-3657.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0348
摘要 ( 92 )   PDF(886KB) ( 60 )  
由于长期地质构造运动引起的挤压剪切作用,断层破碎带岩体通常充填有类砂质、类泥质等充填物,对岩体的剪切力学特性产生显著影响,并影响岩体的注浆胶结效果。以我国云南某穿越断层带的公路隧道为例,对从断层带采集的岩石和充填物制作成的岩石节理试件进行一系列直剪试验,在此基础上分析了砂质充填对岩石节理注浆前后剪切特性和剪切强度的影响规律。结果表明:(1)对于非注浆试件和注浆试件,砂质充填都会导致节理峰值抗剪强度降低,前者是砂质弱化了节理岩壁之间的接触,后者是砂质影响了水泥结石的强度以及填充层的厚度;(2)注浆能够明显提高砂质充填型岩石节理的抗剪强度,且节理的充填度越高,加固后抗剪强度对比加固前抗剪强度的提升幅度越大;(3)基于节理粗糙度系数-节理压缩强度强度(joint roughness coefficient-joint compression strength,JRC-JCS)准则建立了砂质充填岩石节理以及砂质充填的注浆岩石节理抗剪强度模型,两个模型的预测值与试验数据的吻合度较高。有助于进一步了解断层泥对裂隙岩体注浆胶结的影响。
相关文章 | 计量指标
调控层胶结充填体三轴压缩力学性能及破坏特征研究
徐文彬, 赵康奇, 张亚伦, 刘成保, 周磊,
岩土力学. 2024 (12):  3658-3667.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0496
摘要 ( 84 )   PDF(20479KB) ( 41 )  
为了解决阶段空场嗣后充填法二步骤矿柱开采时一步骤采场充填体易失稳垮塌的难题,提出了充填调控层理念,以增强一步骤采场充填体的稳定性。借助三轴压缩试验仪,分析了不同调控层高度、主体层灰砂比和围压对充填体力学性能及破坏规律的影响,探究了单层充填体与含调控层充填体偏应力−应变曲线特征及破坏模式的差异性。结果表明:调控层强化了充填体的屈服阶段,进而提高了其峰值强度;调控层占比不变时,主体层灰砂比越小,强化效果越好;主体层灰砂比不变时,调控层占比越大,强化效果越好;围压与充填体峰值强度呈对数函数关系,表观黏聚力c、表观内摩擦角φ 值与充填体的主体层灰砂比、调控层占比大小呈线性相关;未添加调控层充填体的破坏形式以斜剪切裂纹为主,添加调控层后则以剪切、拉伸以及混合破坏3种形式为主;调控层占比不变,主体层灰砂比较小时,拉伸裂纹贯穿调控层;验证了含调控层充填体配比1:20−2/5(表示充填体的主体层灰砂比为1:20,调控层占比为整体的2/5)替代某矿原充填体配比(1:7−0)的可行性, 1:20−2/5单位体积充填体可节约6.85%水泥用量。研究结果可为节约矿山充填成本和提高作业安全提供一定的理论指导。
相关文章 | 计量指标
考虑黏度时空变化特性速凝化学浆液渗透注浆机制
王鹏程, 阎学松, 孙星亮, 刘志春, 段远钊, 宁志玮, 何佳贵,
岩土力学. 2024 (12):  3668-3680.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0252
摘要 ( 109 )   PDF(918KB) ( 55 )  
速凝双液化学浆液需采用静态混合方式施工,这使得浆液黏度随时间和空间变化而变化。以聚氨酯−水玻璃为典型速凝化学浆液,研究考虑黏度时空变化特性的渗透注浆机制,开展速凝化学浆液黏度时变试验,推导了一维渗透注浆的黏度时空分布方程、渗透运动方程和注浆压力时空演化方程,进一步推导了三维球形和柱形渗透注浆的黏度时空分布方程、渗透运动方程和注浆压力时空演化方程,建立了考虑黏度时空变化特性的球形和柱形渗透注浆理论;将已有的渗透注浆室内试验成果,以及开展的数值模拟研究,与推导的理论公式进行对比分析。根据结果可知,速凝化学浆液黏度随时间呈指数增长,与传统的Karol渗透注浆理论相比,考虑黏度时空变化特性的速凝化学浆液渗透注浆理论所预测的渗透半径更接近试验结果,所描述的渗透注浆现象与数值模拟结果吻合良好,验证了理论的准确性。
相关文章 | 计量指标
不同有效应力下泥岩盖层二氧化碳突破压力演化特征的试验研究
陈博文, 李琦, 谭永胜, 余涛, 高文彬, 李霞颖, 申筛成,
岩土力学. 2024 (12):  3681-3693.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0229
摘要 ( 123 )   PDF(1039KB) ( 63 )  
针对不同有效应力下泥岩盖层二氧化碳(CO2)突破压力演化机制不清的问题,以中国渤海湾盆地粉砂质泥岩盖层为研究对象,开展了不同有效应力下突破压力和渗透率试验,研究了泥岩盖层CO2突破压力演化过程,讨论了孔隙水膜对突破压力的影响机制。研究结果表明:CO2注入时,盖层有效应力由27 MPa减小至7 MPa,盖层渗透率由从1.46×10−6 μm2增加至1.81×10−6 μm2。当有效应力为5.2 MPa时,盖层突破压力的最小值为3 MPa,其值高于盖层最小封闭界限值2 MPa,表明盖层具有CO2有效封闭能力。孔隙水膜的分离压力和分布特征是影响突破压力的主要因素,CO2运移阻力随水膜分离压力增加而增大,导致CO2突破压力大。渤海湾盆地泥岩小孔径范围为0.1~2.5 nm,对应的水膜分离压力为5.2~50 MPa,水膜对CO2运移的束缚能力较强。
相关文章 | 计量指标
考虑水力滞后与变形耦合的非饱和土持水曲线模型
陈可, 王琛, 梁发云, 汪中卫,
岩土力学. 2024 (12):  3694-3704.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0200
摘要 ( 93 )   PDF(1682KB) ( 45 )  
土壤持水曲线(soil-water retention curve,SWRC)是非饱和土中基本的物理关系之一。试验研究表明,体积变形不仅会改变土体的孔隙尺寸分布(pore size distribution,PSD),还显著影响孔隙结构的异质性(或非均匀性)。基于土体三相比例的内在关系,提出了在恒定吸力下考虑体积变形对土体饱和度影响的计算公式。为描述水力滞后特性,采用墨水瓶效应揭示了土体体积变形对SWRC滞后特征的影响。假设给定初始孔隙比条件下吸力的增量主要用于改变土体饱和度和克服墨水瓶效应两个方面。在VG模型中引入了可代表孔隙结构变化的异质性因子,以反映体积变形与孔隙结构演化的影响,进而构建了一个考虑水力滞后与变形效应耦合的SWRC模型。提出的模型不仅能反映体积变形对SWRC的影响,也能解释滞回环随孔隙比演化的物理机制。最后,采用了11组试验数据对提出的模型进行验证,结果表明,提出的模型能有效地描述土体变形对SWRC边界曲线以及滞回环演化的影响。
相关文章 | 计量指标
含水率对红层泥岩填料动力特性影响试验研究
陈康, 刘先峰, 蒋关鲁, 袁胜洋, 马杰, 陈忆涵,
岩土力学. 2024 (12):  3705-3716.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0224
摘要 ( 102 )   PDF(16058KB) ( 58 )  
红层泥岩填料水敏性高,路基状态受含水率影响显著。为研究含水率对红层泥岩填料动力特性的影响,开展了41组动三轴试验,5组压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)试验和3组扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验,结果表明:填料等效模量和阻尼比具有应变振幅相关性,可用Hardin-Drnevich双曲线模型表述。随动应力增大,填料累积变形由稳定型向破坏型过渡。含水率影响填料累积变形响应和临界动应力,相同应力水平下干侧填料累积变形明显低于湿侧填料,达到变形限值的振次高于湿侧填料。干侧填料临界动应力大于湿侧,临界动应力随初始吸力增加而增加,可用VG模型表述。从微观结构看,含水率增加将导致填料微观孔隙结构由单峰形态向双峰形态转变,填料组构由密实稳定逐渐向无序松散转变,最终在宏观上表现为干侧填料动力特性优于湿侧填料。填料临界动应力与静强度比值为65%~75%,采用静强度作设计指标将高估路基承载力。推荐采用5.0%~7.0%含水率填料填筑红层泥岩路基。
相关文章 | 计量指标
岩土工程研究
考虑地下连续墙接缝的深基坑RFD系统研究
THENDAR Yoshua, LIM Aswin
岩土力学. 2024 (12):  3717-3727.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.00105
摘要 ( 97 )   PDF(825KB) ( 43 )  
刚性固定地下连续墙(rigid and fixed diaphragm wall,RFD)是一种新型的无支撑挡土墙系统,该系统需要隔板之间刚性连接。然而,在印度尼西亚,很少在连续墙隔板之间使用刚性连接。主要研究在考虑地下连续墙隔板接缝引起的各向异性因素的情况下,RFD系统对侧墙挠度和开挖稳定性的影响。首先通过位于雅加达中部的一个支撑开挖案例,验证了三维有限元模型的土体和结构参数。然后将RFD系统引入到三维模型中,通过改变几个参数进行了一些参数研究,以了解它们对安全系数和墙体挠度的影响。分析结果表明,RFD系统的实施有利于控制侧向变形。扶垛墙的长度和盖板的使用显著影响开挖变形和安全系数,而横墙和扶垛墙的深度影响较小。地下连续墙隔板接缝的存在使墙体各向异性,从而导致墙体刚度降低,进而导致墙体侧向变形的增加和开挖安全系数的降低。
相关文章 | 计量指标
倾斜薄层炭质板岩隧道围岩大变形特征及其卸荷破坏防控对策研究
阳军生, 杨喜锋, 方星桦, 谢亦朋, 刘伟龙, ILYAS Ahbanouch,
岩土力学. 2024 (12):  3728-3737.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0261
摘要 ( 88 )   PDF(20911KB) ( 47 )  
针对云南香丽高速公路11座典型倾斜薄层炭质板岩隧道,通过围岩变形监测、离散−连续耦合数值分析手段,研究了围岩大变形特征和卸荷变形破坏机制,并提出了相应防控对策。结果表明:(1)倾斜薄层炭质板岩隧道围岩变形受开挖卸荷和施工扰动影响大,围岩变形具有量值大、速率快、持续时间长的特点,拱部沉降大于水平收敛,为围岩卸荷大变形,整体呈现出非对称的空间分布特征;(2)围岩变形破坏随台阶施工进一步发展,上台阶开挖后,洞身左拱肩围岩出现弯折破坏,形成初始卸荷区域,具有显著的非对称特点,随着中、下台阶施工步序推进,左拱肩围岩的弯折破坏进一步发展,隧道拱部与右拱肩的围岩也逐渐产生朝向左侧的剪切滑移破坏,最终导致拱部卸荷破坏区域的整体扩张;(3)地层预加固是控制倾斜薄层炭质板岩隧道围岩变形的主要有效手段,同时可结合降低施工扰动、优化支护时机与参数等方面对围岩变形进行综合处置。
相关文章 | 计量指标
航油储罐珊瑚砂地基变形特性研究
张小燕, 李吉, 蔡燕燕, 张晋勋,
岩土力学. 2024 (12):  3738-3747.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0307
摘要 ( 100 )   PDF(25722KB) ( 41 )  
珊瑚砂广泛应用于岛礁吹填工程中,其与陆源砂的物理力学性质截然不同。为探究吹填珊瑚砂地基变形机制,对珊瑚砂开展了级配、孔隙比和加载方式等因素耦合作用下的侧限压缩试验。珊瑚砂的初始颗粒级配对压缩变形特性影响较大,且颗粒破碎明显。砾砂的初始孔隙比越大压缩性也越大,珊瑚砂的变形主要由孔隙的移动填充为主,伴有少量的颗粒破碎,均为不可恢复的塑性变形,因此,珊瑚砂的回弹指数仅为黏土的1/10。运用Plaxis 3D软件建立了航油储罐的三维模型,基于室内试验获得的力学参数,研究了航油储罐工程珊瑚砂地基在加卸载循环荷载作用下的变形规律,并与马尔代夫易卜拉欣·纳西尔国际机场的航油储罐工程实测数据进行了对比,验证了该模型的准确性。在航油储罐的最大储油量下,珊瑚砂地基达到最大变形量。在该荷载水平下,多次加卸载不会导致变形进一步发展。研究成果对工程安全控制有一定的指导意义。
相关文章 | 计量指标
复合地基极限承载力的变分极限平衡法分析——竖向增强
周志雄, 周凤玺, 曹小林, 汪镇,
岩土力学. 2024 (12):  3748-3754.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0225
摘要 ( 103 )   PDF(782KB) ( 68 )  
基于变分极限平衡法,对设置竖向增强体的复合地基极限承载力开展了理论研究。首先,以竖向增强体复合地基中滑动土体的静力学平衡方程为基本方程,结合变分原理建立了地基极限承载力泛函极值的等周约束模型。在此基础上,利用欧拉方程得到了以潜在滑动面、滑面上法向正应力以及拉格朗日乘子等为基本未知量的控制方程,并通过引入辅助变量将可动边界转化为固定边界。最后,利用打靶法对该耦合的两点边值问题进行了数值求解,得到了问题的精确解答,并与复合地基设计中简化的等效强度指标法进行了比较,且分析了置换率、增强体黏聚力和内摩擦角对地基极限承载力的影响。数值分析结果表明,简化的等效强度指标法可以有效分析竖向增强复合地基极限承载力。
相关文章 | 计量指标
基于短梁−弹簧模型的盾构隧道施工期上浮变形计算方法
李文博, 甘晓露, 刘念武, 吴昊, 谌珊珊
岩土力学. 2024 (12):  3755-3767.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0651
摘要 ( 87 )   PDF(46470KB) ( 53 )  
盾构隧道在掘进过程中易出现管片上浮问题,为更加真实地描述施工期盾构隧道在上浮力作用下产生的管片环间错台变形和张开变形,提出基于短梁−弹簧模型的盾构隧道上浮变形理论计算方法。首先,引入Euler-Bernoulli短梁和环间接头弹簧模拟盾构隧道纵向结构,通过设置边界弹簧考虑盾构机盾尾对管片的任意约束作用;之后,采用有限差分理论推导得到施工期上浮力作用下盾构隧道上浮变形解答;最后,对比实际工程案例和数值模型结果以及传统等效梁计算结果验证了计算方法的正确性和有效性,并探明了理论计算模型中关键参数的敏感性,进一步讨论了浆液未凝固段长度、管片环间接头弹簧刚度以及地基弹性模量对隧道上浮变形规律的影响。研究结果表明:与传统连续梁模型结果相比,新方法可以真实地反映盾构隧道的非连续性变形性状,定量分析管片环环间的错台变形和张开变形;通过参数分析可知,浆液未凝固段长度的增长会明显增大盾构隧道上浮变形最大值和变形影响范围;适当提高环间接头的剪切刚度和转动刚度可以有效降低隧道上浮位移、管片环间错台变形和张开变形;在地基弹性模量较小的软弱地层中盾构隧道施工期的上浮变形更不易控制。
相关文章 | 计量指标
数值分析
基于符号回归算法的结构性砂土损伤规律研究
蒋明镜, 张卢丰, 韩亮, 姜朋明,
岩土力学. 2024 (12):  3768-3778.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0187
摘要 ( 85 )   PDF(13625KB) ( 80 )  
破损参数是用来描述岩土材料由胶结状态向无胶结状态转化的变量,合理地描述结构性土的破损演化规律是建立结构性土本构模型的关键。目前,大多损伤规律的研究先假设破损参数的表达式,随后通过拟合室内试验结果获取相关参数,从而确定损伤规律,这些损伤规律的合理性及适用性有待验证。为得到统一的具有微观意义的结构性砂土损伤规律显式数学表达式,提出了一种基于符号回归的损伤规律预测模型。首先,基于具有微观物理意义的破损参数定义式,建立不同离散元(distinct element method,DEM)损伤数据库。其次,采用组合输入变量的方法在等向压缩和等p真三轴压缩应力路径上进行参数筛选(p为平均有效应力),结合基于遗传编程的符号回归(genetic programming-based symbolic regression,GPSR)算法,得到不同复杂度的损伤表达式。最终对比不同表达式的预测误差和泛化误差,选择表现最好的表达式为结构性砂土损伤规律,即GPSR损伤规律。对比前人经典损伤规律表达式,在不同DEM损伤数据库上进行适用性分析。结果表明,GPSR损伤规律将破损参数表示为塑性偏应变εs、归一化的平均有效应力p/py以及中主应力系数b的函数,可以很好地反映结构性土向重塑土转变的过程;GPSR损伤规律在不同损伤数据库上良好的预测精度进一步证明了其在不同岩土材料上的适用性。研究成果对建立结构砂土本构模型具有一定参考价值。
相关文章 | 计量指标
抗转动对散粒介质三轴剪切力学行为的影响机制
金磊, 叶阳, 王宇, 李晶晶,
岩土力学. 2024 (12):  3779-3790.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0210
摘要 ( 72 )   PDF(34049KB) ( 40 )  
颗粒间的抗转动对散粒介质的力学特性有重要影响,但目前对其内在机制的认识还不够充分。采用三维离散单元法模拟了散粒介质三轴固结排水剪切试验,分别给出了宏观、微观和细观3个尺度的模拟结果并进行了关联分析,揭示了密实散粒介质荷载传递和变形发展的过程,并探究了抗转动对散粒介质力学行为影响的内在机制。结果表明:在应变硬化阶段,力学配位数降低,组构各向异性增大,成链颗粒数增加,力链变长,力链数减少,平均法向接触力增大,小颗粒簇的数量和体积占比均减小而大颗粒簇的数量和体积占比均增加,故试样在初始弹性压密后即发生剪胀;当三轴剪切荷载增加到一定程度时,力链中颗粒间接触力很大,而力链周围的大颗粒簇体积占比已较高,此时部分力链将发生屈曲或坍塌,组构各向异性降低,成链颗粒数开始减少,力链长度变短,宏观上对应了应变软化;在应变硬化阶段,颗粒间较大的抗转力矩能有效抑制力链中颗粒之间的相对转动且减弱了力链周边大颗粒簇的可变形性,这使得力链的稳定性大大提高,故能有效提高散粒介质的抗剪强度;在应变软化阶段,由于抗转动使得颗粒位置不易及时调整,试样变形将主要集中于力链屈曲或坍塌的局部区域,这些区域内颗粒转动越来越大,且易形成更大的颗粒簇,故此时试样的软化和剪胀更显著,并产生了明显的剪切带。该研究加深了对散粒介质复杂力学行为的认识和理解,且可为散粒介质多尺度本构理论研究提供一定的启发。
相关文章 | 计量指标
基于LightGBM-Informer的盾构隧道管片上浮长时间序列预测模型
真嘉捷, 赖丰文, 黄明, 李爽, 许凯
岩土力学. 2024 (12):  3791-3801.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0256
摘要 ( 94 )   PDF(44326KB) ( 64 )  
基于机器学习预测施工期盾构刀盘前方管片上浮值,有助于及时调整盾构控制参数以缓解管片上浮病害。然而,已有模型在长时间序列预测问题上的性能不佳,难以精确预测盾构刀盘前方多环管片上浮值。通过考虑盾构控制、姿态参数及地层信息的影响,结合Boruta算法,确定模型输入特征;利用小波变换滤波器、完备自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)方法消除时间序列数据噪声,构建了一种基于LightBGM-Informer的盾构隧道施工期管片上浮预测模型。通过南京和厦门地区某地铁盾构隧道监测数据,验证了所提模型的准确性和适用性。结果表明,所提模型预测精度较循环神经网络(recurrent neural network,RNN)、长短时记忆网络(long short-term memory,LSTM)、门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)、Transformer等模型有所提升,且在地质条件不同的数据集上具有良好的泛化性;随着预测序列长度的增加,该模型的性能优势更突出,可准确预测盾构刀盘前方1~2环未施工管片的上浮值。基于沙普利加和解释(Shapley additive explanations,SHAP)方法的特征重要性分析指出,土舱压力及盾头、盾尾垂直位移对管片上浮影响显著。所提模型可为复杂环境下富水地层盾构隧道管片施工智能化控制提供理论指导。
相关文章 | 计量指标
水锤作用下饱和地基蓄排水隧道的动力响应
黄超, 钱建固,
岩土力学. 2024 (12):  3802-3814.  DOI: 10.16285/j.rsm.2024.0235
摘要 ( 80 )   PDF(873KB) ( 50 )  
针对饱和土地基中深埋蓄排水隧道在水锤作用下的三维动力响应问题,建立了流体−衬砌−饱和土地基系统的频域有限元与边界元耦合模型。隧道内流体视为无黏性、微可压缩性流体,将隧道衬砌结构模拟为弹性介质,用弹性多孔介质模拟饱和土地基。采用频域有限元法分别求解隧道内流体和衬砌的动力控制方程;采用频域边界元方法求解饱和土地基的动力控制方程。基于流体−衬砌接触面和衬砌−饱和土地基接触面的位移一致、面力平衡及完全不透水边界条件,实现了频域有限元与边界元模型的耦合求解。与以往研究的对比验证了新建模型的正确性。利用该模型计算了蓄排水隧道在水锤作用下的内水压(水锤荷载)和周边饱和土体的位移及孔隙水压力响应。结果表明:(1)水锤作用下的动力响应呈现出显著的周期性和衰减性;(2)土体径向位移幅值显著大于轴向位移幅值;(3)将地基简化为单相弹性介质会导致动力响应评估不准确;(4)水锤作用会对隧道周边广大的区域内造成显著的影响;(5)土体的渗透性越差,隧道内流体压力、土体位移和孔隙水压力的峰值越小。
相关文章 | 计量指标