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岩石力学与工程学报 2015年第12期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志动态

本刊2015年第9,10期,增刊2被EI COMPENDEX分别收录23,24,96篇(100%收录)2454-

含2条断续贯通预制裂隙岩样破坏特性的三轴压缩试验研究2455-2462

摘要：通过在类岩石模型材料中预制特定倾角和尺寸的断续贯通2条裂隙试样,以MTS常规三轴压缩试验为手段,研究2条裂隙试样的破坏特性。主要研究成果:(1)2条裂隙岩样的宏观破裂迹线由次生共面裂纹、反翼裂纹和翼裂纹3种类型组成;(2)2条预制裂隙之间的贯通有拉伸贯通、剪切贯通、一预制裂隙共面扩展裂纹与另一预制裂隙的反翼裂纹扩展连接贯通及两预制裂隙无贯通4种形式;(3)2条裂隙岩样在三向受力条件时,反翼裂纹为主要裂纹形式,它影响着试样的最终破坏形式;(4)2条预制裂隙的排列形式和围压大小决定着试样的破坏模式;(5)2条裂隙试样的轴向应力–轴向应变曲线表现出多峰值的特点,变形特性为从低围压下的脆性向高围压下的延性转化;(6)2条裂隙试样在高围压状态时,裂隙岩石的扩容现象不明显甚至完全消失;(7)2条裂隙试样的轴向应力–轴向应变曲线与裂纹的萌生、扩展、贯通具有密切的关系。研究成果能为含节理或断层的地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供理论参考。

线性无关高阶数值流形法在断裂力学中的应用2463-2473

摘要：数值流形方法(NMM)实现了对连续和非连续问题的统一求解,非常适合应用于求解断裂力学问题。但传统高阶NMM,例如采用一次多项式作为其局部位移函数时,存在线性相关问题,这又在一定程度上限制了NMM的进一步发展和应用。因此,通过在物理片上引入一种新的局部位移函数以及用于模拟裂纹尖端应力场奇异性的位移函数,建立新的NMM求解体系,尝试消除线性相关问题和求解线弹性断裂力学问题。数值算例结果表明:(1)该方法有效地解决了线性相关问题。(2)对于典型的线弹性断裂力学问题,即便在网格密度较小时也能够精确地计算出裂纹尖端的应力强度因子。(3)研究区域内插值点处的应力是连续的。(4)定义在非奇异物理片上自由度具有明确的物理含义,且第3到5个自由度恰好是所对应插值点处的应变分量,可直接获得此处的应力,减少了计算量。最后,所建议方法可以很容易地推广到其他基于单位分解理论的方法中。

岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹动态扩展SHPB实验及数值模拟研究2474-2485

摘要：为了研究Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹动态扩展问题及裂纹止裂问题,侧开单裂纹半孔板(single cleavage semi circle compression,SCSCC)试样采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统进行冲击,完成SCSCC试样I–II复合型裂纹动态断裂实验,并针对实验进行数值分析,研究其扩展路径。为了验证数值模拟的可靠性,不仅进行有限尺寸中心裂纹板受冲击拉伸作用的动态有限差分法分析,而且在对SHPB实验进行数值分析后,将模拟监测点应变值与实验中入射杆应变片测得的应变值进行比较。结果表明:(1)验证分析中应力强度因子结果与其他测试的结果比较吻合,同时,模拟监测点记录下的应变值与SHPB实验中入射杆应变片记录下的应变数据相比较,两者吻合程度很高,说明使用数值方法模拟SHPB实验的可行性;(2)数值模拟的裂纹扩展路径与SHPB实验裂纹扩展路径基本吻合;(3)SCSCC试件在扩展过程中,裂纹尖端存在短暂停留现象,并最终朝着试件中轴线方向(最大应力区)移动;(4)SCSCC试件是一种便于研究裂纹动态扩展问题的构型,可以有效地求解不同复合程度的I–II复合型裂纹问题,为后续的止裂研究提供基础。

煤层塑性区对坚硬顶板力学特性影响分析2486-2499

摘要：矿压分析中常将坚硬顶板下部煤层的支承关系全简化为弹性地基,忽略工作面前方煤层塑性区支承力降低的影响。针对此问题,将煤层分为靠近煤壁的塑性区和其前方的弹性区。鉴于煤层支承力峰值位于煤层塑、弹区交界处及塑、弹区段对顶板反力为连续的实际工况,提出一个煤层塑性区支承力非线性表达式,给出其支承力峰值确定法和2个峰值精度验证法。在已有研究中全为弹性地基(支承)假定的顶板分析基础上,对煤层塑、弹区支承的初次来压前推进某阶段坚硬顶板的力学特性进行分析。给出煤层塑性区段顶板挠度方程形式解,求得五段式顶板挠度方程中全部积分常数。算例表明:随采空区步距的增大,顶板下沉量不断增大,煤层塑性区支承力峰值逐渐增大和煤壁处煤层支承力有所减小,煤壁前方与采空区跨中的顶板弯矩均随之增大,但煤壁前方的弯矩峰值始终大于采空区跨中弯矩。在此阶段如顶板因弯矩过大发生断裂,断裂线将发生在煤壁前方煤层塑性区段。将所得结果与全为弹性地基(支承)假定的顶板特性进行比较。得到如下认识:顶板与煤层是承受上覆荷载的共同体,全为弹性地基(支承)假定的顶板在煤壁处所受煤层反力,是塑性区煤层对顶板支承力的若干倍。强大反力的支承使顶板弯曲程度小(相应弯矩峰值小),弯曲范围小(弯矩峰超前距小);煤层塑性区支承的顶板在煤壁处所受煤层支承力远小于前者,顶板通过加大弯曲变形和弯曲范围去抵抗顶板的上覆荷载,这使得顶板弯矩峰值和弯矩峰超前距有明显增加,顶板挠度比全为弹性地基(支承)假定的顶板挠度有全面、大幅度增加。顶板弯矩峰超前距与顶板超前断裂距相关,基于煤层塑性区支承的顶板弯矩峰超前距均在4 m以上,与大多现场检测到的顶板超前断裂距接近,相应的顶板的内力和挠度特性描�

不同连通率节理岩体三轴加卸荷力学特性试验研究2500-2508

摘要：对3种节理连通率条件下的预制非贯通节理岩体试件进行三轴加卸荷试验,对比分析其加卸荷条件下的应力–应变关系曲线特征、破坏形态以及强度特征,同时分析卸荷条件下非贯通节理试件的变形以及强度特征与节理连通率之间的关系。结果表明:(1)非贯通节理岩体加卸荷条件下均表现出各向异性力学特性,且随着节理连通率的增大,这种各向异性特性表现的更为明显;(2)卸荷条件下,试件产生的裂纹更多,破坏程度更高;(3)节理连通率对试件卸荷阶段的变形特性影响显著,变形模量随着连通率的增大而逐渐减小;(4)各节理角度下,非贯通节理岩体卸荷阶段变形模量降幅、卸荷当量峰值强度与连通率k之间的关系可用线性函数表示;(5)随着节理连通率的增大,加载条件下岩体峰值强度逐渐下降,卸荷条件下试件抗剪强度参数黏聚力和内摩擦角均随之逐渐减小。

双圆盾构隧道施工偏转角对地表变形影响研究2509-2518

摘要：双圆盾构隧道施工中土体变形控制和纠偏控制是其主要的技术难点。在分析双圆盾构隧道施工中盾构机偏转特性的基础上,基于随机介质理论,采用坐标变换和分区域积分,推导双圆盾构隧道施工中偏转角与地表沉降和水平变形的函数关系式。通过实例计算,分析偏转角对地表变形的影响规律。结果表明:偏转将导致地表产生附加变形,使地表变形曲线由对称变为非对称;地表沉降曲线存在3个焦点（V1,V2和V3）,水平变形曲线存在4个焦点（H1,H2,H3和H4）,每个焦点左右两边土体的附加变形方向相反。对于逆时针偏转,V1左边和V2,V3之间的土体附加竖向变形为隆起,V3右边和V1,V2之间的土体附加竖向变形为沉降;H1与H2之间、H3与H4之间的土体产生正的附加水平变形,而H2与H3之间、H1以左和H4以右的土体产生负的附加水平变形。最大地表沉降随偏转角增大呈非线性增加,且其位置向左移动;最大右向水平地表变形呈线性增加,最大左向水平地表变形先减小后增加;水平地表变形的平衡点逐渐向左移动。对于顺时针偏转,焦点两边土体的附加变形方向与逆时针偏转相反,且最大右向水平地表变形随偏转角增大而减小,最大地表沉降位置和平衡点逐渐向右移动。

用于地铁盾构区间孤石探测的三维电阻率跨孔CT方法研究及物理模型试验2519-2530

摘要：城市地铁盾构区间孤石的三维定位问题一直未得到很好的解决,为了提高实际工程对孤石异常体的探测识别和定位精度,尝试将三维电阻率跨孔CT精细化探测方法引入到地铁孤石群的探测工作中。首先,从4个平行钻孔"透视对穿"的典型观测模式出发,探讨三维电阻率跨孔CT反演成像方程及适用的装置类型,通过数值模拟研究发现,利用AM-BN电极阵列装置形式采集电位梯度数据得到的孤石成像效果最佳。在此基础上,进一步针对影响探测效果的2个要素——孔距和电极间距开展系统的数值模拟试验研究,据此提出合理的三维电阻率CT探测参数,并检验对小粒径孤石、密集分布的孤石群的识别效果。最后,结合物理模型试验研究进行验证,探测结果较准确地反映了高阻异常的分布情况,表明三维电阻率跨孔CT方法用于地铁孤石探测是可行的。

库尉输水隧洞塌方机制分析及加固效果评价2531-2541

摘要：库尉输水隧洞前段地下水位远高于洞顶(均在洞顶10 m以上),洞内呈淋雨状,施工过程中塌方事故频发,多处洞顶形成塌方廊道,给工程施工和长期运行造成了隐患。在对塌方事故调查和分析的基础上,通过有限差分软件FLAC3D对其坍塌机制进行系统的研究,并对典型塌方洞段的加固效果进行论证。研究表明:(1)地层岩性是该隧洞塌方事故频发的内在原因,地下水进一步增加了坍塌的可能性(致使洞周变形增加了约2.0倍);(2)初期支护不及时和开挖循环进尺过长是塌方事故发生的直接原因(致使洞周变形分别增加了约0.8和0.2倍);(3)加固处理方案的合理性和施工质量的可靠性对隧洞的安全稳定性至关重要。

高周循环荷载作用过程中土体塑性包络的弹塑性累积模型2542-2549

摘要：目前仍没有一个完整的理论框架既能合理描述土体的循环变形,又能适合于高周循环计算与预测,基于Perzyna黏塑性本构模型的理论框架,将一定循环荷载增量内的累积塑性应变增量作为一个封装,提出一个既反映高周循环荷载的特征,又可任意选取积分步长的弹塑性累积模型。采用临界状态土力学的观点,使用累积塑性体应变作为硬化参数并通过幂律的形式来描述塑性应变累积的大小,在硬化准则的描述上,引入反映平均应力影响因式来描述安定性应力水平的硬化过程;另外,在塑性应变累积方向的描述上,采用平均应力状态下修正Cam-clay模型的流动准则。通过模型预测与循环三轴试验结果对比发现,模型在模拟低应力水平下的塑性应变累积行为具有足够的精度,对于高应力水平(尤其当平均应力水平接近或高于临界状态线时)的情况,模型预测与试验结果有一定差距。

主应力比对超固结软黏土平面蠕变的影响研究2550-2558

摘要：通过对原状软土进行平面变形蠕变实验,研究平面变形条件下主应力比对超固结软土蠕变特征的影响。研究表明,平面变形条件下,以广义剪应力定义超固结剪应力比OCR_q,包含了前期固结应力数量和主应力比特征,能全面地反映软土的超固结特性,相对于超固结球应力比OCR__p能更直接反映超固结软土平面蠕变变形的特征;平面变形超固结软土的蠕变系数与超固结剪应力比OCR_q具有一一对应的关系,OCR_q越大对应的蠕变系数越小。OCR_q相同时前期固结过程主应力比小的土体具有较大的蠕变系数。在不同主应力比下构成的超固结应力历史,使得平面变形超固结软土相对于正常固结状态具有较小的广义剪应力,一定条件下主应力比越小广义剪应力越大,对应的超固结状态下土体具有较大的长期蠕变变形。

考虑基坑形状和平面尺寸的抗隆起稳定安全系数及异形基坑的稳定性分析2559-2571

摘要：基坑的常见形状有条形、矩形、圆形和手枪形等;其他条件相同时,不同形状基坑的抗隆起稳定安全系数不同。但是,目前国内基坑规范推荐的分析基坑稳定性的方法基本上都不能考虑基坑形状对稳定性的影响。在一个基坑开挖卸载模型的基础上,给出一个可以综合考虑基坑的平面形状、尺寸和插入比影响的抗隆起稳定安全系数。对于条形、矩形和手枪形基坑,可以通过解析方法计算该安全系数;而对于圆形基坑,可通过数值积分计算该安全系数,从而解决了圆形基坑稳定性分析的难题。分析表明,当圆形基坑直径较大时,该安全系数与超宽条形基坑的安全系数是统一的,说明给出的安全系数适用范围较广。对于黏性土地层中围护插入比较小的基坑,该方法可以退化为Terzaghi方法。由此得到的地基承载力系数与斯开普顿建议值的变化趋势一致,其合理性可由现场实测数据和强度折减法的计算结果证实。现场统计结果表明,圆形基坑的抗隆起稳定安全系数与围护变形有归一化关系,可利用该关系确定安全系数的容许值,也从侧面说明本文方法的合理性。

液化场地超高层建筑群桩基础动力响应试验研究2572-2579

摘要：进行液化地基–群桩–超高层建筑相互作用体系的振动台试验,再现饱和砂土地基液化诱发的结构体系侧向大变形的震害现象。通过试验,研究相互作用体系下地基液化、体系侧向大变形前后群桩基础的动力响应,对地基超孔隙水压力、群桩体系的基频、阻尼比、桩身应变、桩底接触压力和桩顶位移进行计算和分析。得到的规律主要有:群桩内外超孔隙水压力变化过程存在差异;随着激励峰值的提高,砂土层达到液化条件,群桩体系的频率降低、阻尼比增大;桩基的动力响应与地震波加速度峰值和频谱特性均有关;桩身应变变化量峰值沿桩身向上逐渐增大,桩顶裂缝多;不同地震波激励下,桩顶位移响应规律差异较大;承台两端角桩在地震波激励过程中表现出明显的一拉一压现象,揭示了结构体系大变形的根本原因。提出:提高群桩的抗压拔性能、改善地基的液化条件可提升超高层建筑–群桩体系的抗震能力。研究结果对超高层建筑–群桩体系抗震研究及防灾减灾具有重要意义。

格栅式地下连续墙竖向载荷模型试验研究2580-2592

摘要：格栅式地下连续墙(以下简称:格栅式地连墙)作为一种新型的桥梁基础,为高铁软土地基处理提供了新的技术方案,然而目前其竖向承载机制的研究尚处于起步阶段。通过室内相似比为1∶30竖向载荷试验,对软土地基中的单室、两室与四室墙基础进行研究,试验结论表明:3种基础的Q-s曲线均为缓变型,且随着格室数目的增加,格栅式地连墙的极限承载力得到了提升,但并非呈线性增长;外摩阻力的发展与变化主要与墙–土相对位移及土性参数有关;基础内摩阻力基本呈上小下大的"L"形分布,且基本发挥于墙端以上约占墙体深度1/4的界限内,内摩阻力的发挥与内部格室尺寸有关,格室尺寸越大,越能调动基础内部摩阻力的发挥;基础的承台土反力发挥程度十分有限,总体呈"马鞍形"分布,并可忽略其对基础承载力所产生的贡献;加载过程中,基础均存在由"端承–摩擦墙"转变为"摩擦–端承墙"的趋势;在基础埋深与墙厚一定时,采用格室数目较少的基础形式,相比扩大格室尺寸大小,将对削弱基础的"群墙效应"起到更好的作用,从而使基础取得较好的承载效能。

《岩石力学与工程学报》2015年第34卷第1～12期总分类目次2593-2600