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岩石力学与工程学报 2017年第06期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志动态

本刊2017年第1,2期被EI COMPENDEX分别收录22,23篇（100%收录）1352-1352

摘要：据＂EI中国＂公布的数据显示,本刊2017年第36卷第1,2期分别22,23篇,被EI COMPENDEX收录论文共45篇,收录率为100%。

距离势离散单元法1353-1362

摘要：势函数离散单元法在接触力计算中存在势函数物理意义不明确、接触力计算与客观实际不符等重大缺陷。在已有研究的基础上,提出一种新型任意形状块体距离势离散单元法。该方法将势函数定义为接触体间归一化的距离函数,可以客观衡量单元间的嵌入程度,具有明确的物理意义,真实反映单元的接触刚度,使法向接触力计算更为合理。此外,新方法重新定义了切向方向矢量,提出切向接触力计算方法。新方法保留原势函数法所有优点,同时完善接触力计算受单元形式影响的不足,并突破三角形单元的限制,能够应用于任意凸多边形单元。通过若干算例说明新方法的正确性和有效性,可用于精确描述复杂非连续介质的运动过程。

中低速冲击载荷下巷道内裂纹的动态响应1363-1372

摘要：由于爆破开挖,巷道内常含有径向裂隙,并影响巷道的稳定性,为了详细地研究含径向裂纹巷道在冲击载荷作用下的动态断裂行为,采用砂岩材料制作巷道模型试样进行中低速冲击动态断裂试验,并采用AUTODYN有限差分软件进行数值模拟分析。分析巷道对称轴线上的径向裂纹在冲击荷载作用下的扩展特性及止裂现象,并采用试验–数值–解析法计算出裂纹的起裂韧度及扩展速度等参数。研究结果表明：（1）巷道围岩在静力载荷作用和动力载荷作用下的破坏行为有较大差异,动力载荷下破坏仅是裂纹尖端处的起裂、扩展;而静力载荷下破坏除了发生在裂纹尖端处,也会在巷道拱肩、拱脚及两侧帮处发生破坏。（2）巷道对称轴线上的裂纹在冲击载荷下的扩展路径大致沿着裂纹的原方向扩展,扩展路径中存在明显的止裂现象。（3）采用试验–数值–解析法能够较好地计算出裂纹的起裂速度及扩展速度,进一步采用位移外推法能够求解出巷道内裂纹的动态应力强度因子时程曲线,利用测试的裂纹起裂时间确定起裂韧度。

顺层隧道地震响应的波动方法研究1373-1383

摘要：顺层岩体是隧道工程中常见的地质情况,震害突出,但尚无有效的地震响应分析方法,因而难以深入研究其响应机制和规律。为此,建立一种地震波动输入方法及相应公式,该方法以有限元法与时域波动分析法相结合,采用黏弹性人工边界,基于顺层岩体的横观各向同性本构关系,考虑岩体中地震波的偏振特性和相速度变化特点,适用于地震波斜入射方向与隧道纵断面平行的情况。同时,为验证所提出方法的实用性和可行性,应用其分析某顺层岩体中高速铁路隧道结构的地震响应规律。结果显示：当岩层水平或竖直时,则qP波引起的衬砌内力包络图对称;当岩层倾斜时,则qP波引起的衬砌内力包络图不对称,不对称性的幅度与岩层倾角相关;岩层倾角不同,则弯矩值相差较大;弯矩包络图无论对称与否,环向弯矩极值均位于拱脚处,而纵向弯矩极值却位于拱顶和仰拱处。此外,作为对比分析,又将岩层简化为各向同性介质,采用该方法进行计算,结果发现：P波引起的衬砌内力包络图对称,且内力包络图与将岩层简化为横观各向同性介质时相接近。这进一步验证了提出方法的合理性和可靠性。

弹性基础边界基本顶薄板初次破断的kDL效应1384-1399

摘要：基本顶的初次破断规律多采用四边固支边界模型分析,但实际的岩层环境难以实现固支。为了研究基本顶实际围岩条件时的破断规律及破断条件,建立弹性基础边界条件弹性薄板力学模型,运用有限差分方法计算弹性基础系数k与基本顶厚度h、弹性模量E、泊松比、跨度L之间的相互关系对基本顶主弯矩及起始破断位置的影响,并根据主弯矩破断准则得出：弹性基础边界时基本顶首先在中部或长边超前煤壁处破断;比值k/E或k/h^3或k/（Eh^3）不变时基本顶破断位置不变;k/E或k/h^3或k/（Eh^3）小时基本顶中部先破断、即煤层松软、基本顶厚度及弹性模量大时基本顶中部先破断;k/E或k/h^3或k/（Eh^3）大时基本顶长边超前煤壁先破断、即煤层坚硬且基本顶厚度及弹性模量小时基本顶长边先破断。弹性基础边界时基本顶的初次破断规律由k,L和基本顶刚度D复合决定,长壁工作面基本顶的破断类型及条件为（k/D）^1/4L〉9.6时：长边超前煤壁→中部→短边超前煤壁、或长边超前煤壁→短边超前煤壁→中部,（k/D）^1/4L〈9.4时：中部→长边超前煤壁→短边超前煤壁,（k/D）^1/4L=（9.5±0.1）时,基本顶中部和长边超前煤壁位置接近同时破断;对于方形工作面,（k/D）^1/4L〉10.5时四边超前煤壁区先破断,（k/D）^1/4L〈10.1时中部先破断,（k/D）^1/4L=（10.3±0.2）时四边超前煤壁区与中部接近同时破断。

动力水力压裂的相场模拟方法1400-1412

摘要：水力压裂计算对页岩气开采至关重要,将岩体等效为均匀多孔介质,以动力达西–毕奥流描述岩体内的渗流过程,以相场方法追踪裂缝扩展,将压裂裂缝内流体近似为泊肃叶流,并通过修正渗流方程予以实现,从而提出了动力水力压裂的相场模拟方法,并基于显式有限元框架进行数值求解。通过与一维解析解对比说明所提方法计算位移和动水压的准确性。一系列数值算例表明,提出的压裂相场模拟方法能够模拟动力水力压裂作用下裂缝动态扩展的典型特征,且能够计算水力压裂裂缝的相交、分叉和三维扩展等复杂裂缝扩展形态,为动力水力压裂设计提供了强有力的数值计算工具。

下伏基岩堆积体边坡抗滑桩加固前后地震响应特征离心模型试验1413-1423

摘要：为研究抗滑桩加固上覆堆积体——下伏基岩二元结构边坡的抗震机制,开展2组1∶50比尺的离心振动台模型试验,以对比分析下伏基岩堆积体边坡在抗滑排桩加固前后的地震响应特征与抗滑桩的桩身弯矩分布规律。试验时,输入4级加速度峰值连续增大的El Centro波,监测边坡模型坡面与坡体内的加速度响应、坡顶沉降变形以及抗滑桩上静、动弯矩的分布。试验结果显示由于抗滑桩抑制了上覆堆积体的下滑,坡顶的加速度峰值（PGA）放大系数、加速度反应谱以及竖向沉降变形均有不同程度的降低。抗滑桩一方面加固了上覆堆积滑体另一方面在坡体内产生了地震波的反射叠加效应,使得边坡水平响应加速度放大系数出现了桩前增大桩后减小的现象。下伏基岩堆积体边坡坡顶沉降与Arias烈度在抗滑排桩加固前后均具有良好的正相关线性关系。地震荷载作用过程中抗滑桩动力响应弯矩变化幅值明显大于地震作用后的静弯矩增量,且静弯矩与动弯矩变化幅值的分布均在基岩面附近达到峰值,易在基岩面附近造成抗滑桩的破坏,类似工况下抗滑桩的抗震配筋设计应充分考虑这一特点。

石灰岩孔道试样孔内卸压条件下破坏特征的研究1424-1433

摘要：为了研究复杂应力环境下岩体工程开挖的影响,设计内压加卸载试验装置,利用内径20 mm、外径49.84 mm的厚壁圆筒石灰岩试样,在RMT–150C岩石力学试验系统进行不同内压条件下的加卸载试验,重点分析了孔内卸压条件下试样的破坏形式产生机制。结果表明：（1）固定孔压加载时,由于试样孔道内外存在应力差,不能进入延性变形阶段,高围压时有孔压试样的强度明显高于无孔压试样的强度;（2）孔压卸载对试样造成的损伤较大,卸载孔压后重新加载的试样,其强度低于常规三轴压缩时的孔道试样;卸载破坏时试样内外压差越大,其强度越小,表明围岩发生破坏的根源在于巷道开挖卸载后引起应力差的增加;（3）固定孔压时,试样多呈现单一的剪切面滑移破坏,而卸载孔压时试样破坏形式都为张拉破坏或者压拉组合破坏,应力路径对孔道试样破坏形式影响较大。研究结果为揭示深埋巷道围岩破坏失稳现象的产生机制提供参考。

基于独立覆盖流形方法与矢量和方法的边坡稳定性分析1434-1442

摘要：提出一种基于独立覆盖流形方法（independent cover manifold method,ICMM）和矢量和方法的边坡稳定性分析方法。该方法采用ICMM计算边坡岩土体的应力场,避免了有限元及传统流形方法复杂的前处理过程,可以方便地计算含节理断层等不连续面的复杂边坡的应力状态。在此基础上,采用矢量和方法计算潜在滑裂面的安全系数,矢量和方法基于边坡的真实应力状态和力的矢量特征,物理意义明确,而且不需要类似强度折减法的迭代计算,计算代价小。同时采用模拟退火遗传算法进行优化搜索,得到边坡的临界滑裂面。提出方法结合以上优点,可以高效精确地计算含有节理断层的复杂边坡的临界滑裂面和安全系数。4个代表性算例以及工程案例的分析应用验证了提出方法的有效性和精确性。

实时温度下中细粒花岗岩动力响应与吸能特性试验研究1443-1451

摘要：基于改进的分离式霍普金森压杆,研究实时温度下中–细粒花岗岩的动力响应与吸能特性。结果表明：温度在20℃~500℃下,花岗岩全应力–应变曲线的弹性、塑性与应变软化3个阶段特征明显,700℃时的应力–应变曲线出现塑性屈服平台;应变率增加,岩石抗压强度增大,但随温度的升高应变率效应逐渐减弱;温度和应变率对岩石弹性模量的影响规律均不明显;应变率增加会使岩石单位体积的能量吸收能力提高,但不同温度下应变率对单位体积吸能的影响效果有较大差异;500℃及以下时峰值应变的应变率效应比较接近,但700℃时峰值应变的应变率敏感系数大幅增加;采用相同气压加载时,发现不同温度下应变率所处范围差异较大,而且气压对应变率的影响系数也不相同;500℃及以下,随应变率增加试样破坏形式从劈裂过渡到碎裂,700℃时试样则呈粉碎性破坏。

横观各向同性地层水平井井壁拟三维应力场计算模型1452-1459

摘要：针对横观各向同性地层,基于各向异性材料力学理论,运用应力叠加原理和坐标变换方法,考虑井筒流体压力、最大水平主应力、最小水平主应力和上覆岩层压力作用,推导横观各向同性地层中,水平井沿任意方向钻进时井壁应力场的拟三维解析解。进而分析了页岩和砂岩水平井井壁上任意岩石质点3个主应力的分布规律,分析表明,与地层力学性质各向同性条件相比,力学性质各向异性时,井壁上任意岩石质点的第一主应力σ1没有改变,而第二主应力σ2和第三主应力σ3发生了改变,岩石力学性质各向异性度越大,主应力σ2和σ3改变越大,岩石力学性质高各向异性度增加了井壁可能发生张性破裂的点数。研究成果可为横观各向同性地层水平井水力裂缝起裂以及井壁稳定性分析提供参考。

微波加热路径对硬岩破碎效果影响试验研究1460-1468

摘要：不同的微波加热方式会对岩石产生不同的加热效果,功率和时间是影响破岩效果的2个重要参数。对立方体和标准圆柱形玄武岩试样进行了3种加热路径下的微波辐射试验,并对辐射前后的试样进行P波波速和单轴压缩强度测试。结果表明,当试样内产生的热应力先超过岩石的强度极限时,试样就会崩开破坏;当试样温度先达到岩石熔点时,试样以熔化为主。采用高功率微波连续加热岩石,试样在较短时间、较低温度就发生崩开破坏,试样在崩开前波速和单轴压缩强度发生了显著降低,且功率越高,试样崩开的时间越短,波速和强度折减的越快。因此,采用高功率微波连续辐射岩石,借助于其产生的热应力使岩石崩开破碎的特点,可显著降低岩石破碎时的能量消耗,这对于微波单独应用于开采中的破碎工艺及辅助机械破岩掘进等具有重要意义。

基于不完全拱效应的隧道预处理机制与计算方法1469-1478

摘要：隧道开挖中,掌子面–超前核心土的变形同样会使其周围产生拱效应,但该种拱效应不同于后方已开挖区域周围的拱效应,称之为不完全拱效应。不完全拱效应的发挥与预收敛变形和挤出变形有很大的关系,基于不完全拱效应提出了超前核心土周围围岩压力的计算公式,此公式与太沙基公式的不同在于考虑了预收敛变形对围岩压力的影响,并在黏性土的推导中考虑了非垂直滑移面效应,假定破裂面与垂直方向存在夹角θ。算例分析显示,随着预收敛变形的增加拱顶土压力的变化可分为近线性快速下降、缓慢下降及稳定阶段,计算土压力随内摩擦角、埋深比及黏聚力的增大而减小,且在黏性土中随破裂面倾角的增大而增大。在此基础上,推导了计算基于新意法的超前核心土加固参数的理论计算公式,结合算例验证了理论公式的适用性,该公式计算简单,便于理解,可用于新意法的初步设计阶段。

基于双温度补偿的瞬接续采型空心包体地应力测试技术研究1479-1487

摘要：为满足地应力精确测量和长期监测的技术发展要求,基于空心包体应变计地应力测量技术,通过对采集电路稳定性、完全温度补偿技术数字化及复杂环境下装备适应性进行研究,开发出具有瞬时采集、断电续采功能的前端数字化采集系统。基于温度自补偿技术及双温度补偿设计实现完全温度补偿技术在前端数字化型空心包体应变计地应力测量中的应用。室内标定试验和现场测试数据显示,双温度补偿技术对原温度补偿算法数据的修正量达到15%。采用围压率定法和真三维地应力试验台进行模拟现场条件的室内测试,结果显示数据真实反映空间应力变化。在3组现场地应力测量中,应变数据真实反映解除过程的岩芯缺陷、构造扰动、温度变化影响及解除应力演化过程,双温度影响修正应变值分别为64,86με。在温度强扰动条件下,通过双温度补偿算法修正,数据稳定性仍然达到了30 min内数据波动幅度小于5με的标准。双温度补偿算法的瞬接续采型前端数字化空心包体应变计地应力测量技术在室内试验和现场测试中均表现了良好的测试精度和采集系统稳定性。

岩石力学与工程学报杂志土工基础

基于CPTU确定软黏土超固结比的理论改进方法1488-1494

摘要：利用孔压静力触探（piezocone penetration test,CPTU）试验结果确定超固结比（over consolidation ration,OCR）不仅能避免传统室内试验方法中土样扰动的问题,还能得到地层剖面上连续的OCR值。将静力触探锥头的挤土模式看作是球形孔的扩张,锥面上的正应力和剪应力分别假定为极限扩孔压力和锥–土接触摩擦力;基于修正剑桥模型中圆孔扩张的近似闭合解,提出了利用CPTU测试结果确定OCR的理论改进方法。分别选取轻超固结和重超固结场地的CPTU试验结果,对提出方法的可靠性进行验证。结果表明,在综合考虑锥面粗糙度以及贯入速率等因素的影响后,预测得到的OCR值较已有理论方法更接近实测结果。最后在连云港海相黏土中对该理论改进方法进行应用,计算表明该土层处于欠固结~轻超固结状态。

冻融循环下压实度对粉质黏土力学性质影响的试验研究1495-1503

摘要：冻融循环是冻土地区路基填料性能劣化的主要因素之一。以压实度和冻融循环次数为主要变量,对青藏高原粉质黏土力学性质的变化规律进行三轴试验研究。试验结果表明：初始压实度对粉质黏土力学性质的冻融效应具有显著影响。不同压实度试样的应力–应变曲线形式随冻融次数的增加趋于接近,并由应变软化型向硬化型过渡。封闭系统中试样的水分迁移会引起含水率的增减分区分布,低压实度有利于增大水分迁移量和含水率增高区的分布范围。冻融过程对高压实试样的破坏强度以降低为主,对低压实度试样则相反。在最优含水率附近,土体抗剪强度随含水率呈非线性变化规律,因此试样内部水分重分布也可能会导致强度的改变,且其作用效果受压实度影响具有不确定性,压实度较高时会导致试样黏聚力减小,压实度较低时则相反;不同压实度下内摩擦角均呈现增大的趋势,且压实度越低,变化幅度越大。冻融过程中,土体干密度和含水率变化对力学性质的影响是同时存在的,由于初始压实度和冻融次数的不同,对强度变化起主导作用的因素也不同。水分重分布是不同压实度土体力学性质冻融循环效应的整体趋势和具体过程呈现多样化的原因之一。

考虑剪切–滑移刚度变化的纤维筋锚杆锚固性能的能量算法1504-1513

摘要：纤维增强塑料筋锚杆具有的高强度、耐腐蚀特性使其比传统钢锚杆更具应用前景,目前其相关研究尚处于起步阶段。锚固力学特征分析对其应用于锚固工程具有直接的指导意义,对此从纤维增强塑料筋锚杆拉拔试验所得P-s曲线出发,建立锚固段剪切滑移刚度沿程变化的界面黏结–滑移本构模型,该模型包含了对锚杆材料属性、岩土体性质、围岩应力状态以及接触面性质的综合反映。结合受力平衡方程和变形协调方程,以最小势能原理为约束条件,在边界条件下,通过离散迭代求解了端部锚固锚杆在拉拔荷载作用下锚固体轴向应力、侧阻力以及相对滑移的分布演化规律,并从能量角度推导端锚条件下锚杆临界锚固长度的计算模型。算例计算结果与实际工程所测得的规律和趋势相符,验证算法的合理性。该算法能够为纤维增强塑料筋锚杆锚固系统的分析和设计提供理论参考。

港珠澳大桥岛隧结合段高压旋喷桩地基沉降试验及研究1514-1521

摘要：港珠澳大桥岛隧结合段管节下部基础采用降水堆载预压＋高压旋喷桩的复合地基形式。常见的原位测试技术不能合理评价地基加固效果,基于半无限空间的布辛涅斯克解,设计了一种采用堆载方式模拟地基应力分布用以分析评价管节沉降的试验方法,通过预先埋置的高精度静力水准系统实测加载过程中的地基沉降,获得较好试验数据。用分层总和法、考虑变形模量非线性的切线模量法与实测数据及数值计算结果对比分析,结果表明切线模量法与实测值更为接近。试验表明以堆载方式模拟实际附加压力进而研究复合地基沉降变形特性的方法直接有效,可作为重要工程地基评价的辅助手段。研究结果对于高压旋喷桩复合地基的设计计算和现场原位测试具有一定的参考意义。