黏土岩温度-渗流-应力耦合特性试验与本构模型研究进展
摘要：高放废物处置库、垃圾填埋场等工程中常常涉及到温度场（T）、渗流场（H）和应力场（M）的耦合作用的问题。从试验和理论模型两个角度综述国内外黏土岩温度一渗流一应力耦合特性的研究进展，主要包括其传热特性、温度影响下的渗流特性、变形、强度、蠕变特性。在此基础上，重点分析了黏土岩水一热迁移模型以及热一力耦合本构模型的适应性。基于上述认识，通过试验研究了比利时Boomclay在温度作用下的强度、渗透性、蠕变性等特征。结果表明：随着温度升高，Boomclay的强度有所降低，渗透性显著增强，蠕变速率明显加快。提出了适用于Boomclay的THM耦合弹塑性损伤模型，计算结果验证了模型能合理反映温度的影响。最后，探讨了黏土岩THM耦合机理研究的不足和今后的研究方向。第三届岩土本构关系高层论坛在四川大学召开
摘要：第三届岩土本构关系高层论坛于2015年3月28~29日在四川大学召开。该论坛由中国土木工程学会土力学及岩土工程分会土的本构关系及强度理论专业委员会主办，四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室和水利水电学院承办。专委会顾问中国工程院院士郑颖人教授，主任委员北京航空航天大学姚仰平教授，副主任委员北京交通大学赵成刚教授、同济大学黄茂松教授、上海大学孙德安教授、浙江大学陈仁朋教授，四川大学副校长许唯临教授，西南交通大学赵兴权教授、马建林教授，成都理工大学吴礼舟教授参会，会议邀请了中科院成都山地灾害与环境研究所何思明研究员，四川大学张建海教授、陈群教授参加报告交流。四川大学水利水电学院、西南交通大学、成都理工大学、中科院成都山地灾害与环境研究所等高校和科研院所部分师生共110余人参加了本次论坛。基于Copula理论的粗粒土渗透破坏临界水力比降估值
摘要：破坏水力比降是土体渗透稳定性分析和渗流控制的基础。以渗透变形试验为基础，分析了粗粒土临界水力比降与孔隙比、级配不均匀系数和曲率系数间的相关性。利用Copula理论适合建立多个非独立变量间联合分布函数的优点，构造了拟合粗粒土临界水力比降Jcr、孔隙比e、级配不均匀系数Cu和曲率系数Ce间相关关系的最优Copula函数，并将其应用于粗粒土临界水力比降估值。结果表明：具有单参数的四维对称Archimedean Copula函数的Nelsen No6为最优Copula函数。利用构造的最优Copula函数求条件概率，便可得到粗粒土临界水力比降估值的保证率，或者计算在一定保证率条件下临界水力比降估值。通过比较临界水力比降试验值与Copula理论方法、Terzaghi公式及刘杰公式估值，阐述了Copula理论的可靠性，为建立粗粒土临界水力比降与孔隙比及级配特征的多变量统计概率关系及临界水力比降估值提供了一种新途径。岩石抗剪强度参数的理论概率分布形态研究
摘要：岩石抗剪强度参数的概率分布形态是岩石工程可靠度分析和设计的基础。在考虑完整岩石压缩强度为服从正态分布随机变量的条件下，针对Mohr—Coulomb和Drucker．Prager屈服准则的线性系数形式，基于随机变量函数分布理论推导出岩石抗剪强度参数内摩擦角妒和黏聚力c的概率密度函数。p和c概率密度函数显示：不仅岩石压缩强度和抗剪强度参数概率分布具有非一致性，而且根据不同屈服准则计算得出的岩石抗剪强度参数概率分布也具有非一致性。在进一步分析屈服准则系数具有不同变异系数和相关系数时的抗剪强度参数概率密度函数特征的基础上，提出根据概率分布的偏度和峰度确定一般情况下抗剪强度参数概率分布形态的方法，从理论上解决岩石压缩强度与抗剪强度参数分布的协调性问题。最后，对大理岩常规三轴压缩试验得出的抗剪强度参数进行大样本统计分析，验证了其概率密度函数理论推导的正确性以及概率分布形态确定方法的合理性。该研究为实际岩石强度概率分析时选择抗剪强度参数合理概率分布形式提供了理论指导。一种双折减法与经典强度折减法的关系
摘要：经典强度折减法的出发点是对强度值进行折减，进而导致对强度（准则）中的参数使用同一个折减系数。使边坡处于整体临界平衡状态的折减系数恰是边坡的强度储备安全系数。一些学者陆续提出了对黏聚力和内摩擦角采用不同折减系数的所谓双折减法，但尚无严格的理论依据。提出双折减法的出发点是对强度（准则）中的参数进行折减，或简称“强度参数折减”，这样可自然导致采用不同的折减系数，但此时已无法自动得到基于强度储备的安全系数。为此，提出了定义安全系数的新框架——基于参照边坡的安全系数定义，为双折减法建立了理论基础。将新提出的一种双折减法与经典强度折减法进行了比较，发现可以将经典强度折减法纳入该双折减法的计算过程，并从理论上证明了该双折减法的安全系数几乎总是小于经典强度折减法的安全系数，数值模拟实例也证实了这个结论。这表明，经典强度折减法有可能高估了边坡的安全性，建议的双折减法可作为边坡稳定分析的备选方法之一。冻融循环对土结构性影响的试验研究及影响机制分析
摘要：基于室内试验，研究了土颗粒与土孔隙在冻融循环过程中的变化情况，发现在反复冻融过程中，土样产生了颗粒破碎，从而导致土的液塑限、塑性指数、比表面积均有所增大。通过压汞试验，发现冻融循环还会使土样中的大、中孔隙含量总体增加，小孔隙的含量减少，而微孔隙的含量基本保持不变。在经历了15次冻融循环后，颗粒组成、孔隙分布及比表面积等均趋于稳定。通过分析土的三相组成在水分相变和迁移过程中的相互影响和作用，认为土的三相组成是冻融过程中水分相变和迁移的基础，冻融过程中水分相变、冰晶生长和水分迁移对土颗粒和孔隙的反作用力，是冻融循环对土结构性影响的根本原因。静压桩桩-土界面滑动摩擦机制研究
摘要：静压桩侧阻力的实质是桩-土之间的摩擦，但其机制研究并未使用目前成熟的摩擦学理论。系统地介绍了摩擦学中黏着摩擦机制和变形摩擦机制，进而利用其分析解释静压桩桩-土界面的滑动摩擦机制，并得到较好的效果，为桩侧摩阻力的研究提供了新的思路。研究结果表明，桩-土之间的干摩擦是外摩擦；沉桩过程中桩-土之间的滑动摩擦是泥浆润滑下的湿摩擦，从而使桩侧阻力远小于载荷试验时的桩侧阻力；沉桩停顿使压桩力急剧增大的主要原因是：泥浆润滑膜的消失使桩-土之间的摩擦从湿摩擦变为干摩擦；载荷试验在桩破坏前桩-土之间的摩擦是干摩擦；桩端附近桩侧阻力强化的主要原因是：桩端土的强度提高引起桩端附近切向力的增大，从而导致桩-土之间摩擦系数提高。基于流变和固结理论的非饱和红层路堤沉降机制研究
摘要：路堤本体的沉降问题一直是公路和铁路路基研究解决的主要问题。路堤本体主要是非饱和土，其变形由3部分组成，即瞬时压密产生的变形、主固结产生的变形和次固结产生的变形，但主固结和次固结并不是两个完全独立的过程，它们是相互影响的，即路堤本体的变形是非饱和固结一蠕变耦合的结果。以单轴压缩红层蠕变试验为基础，提出了非饱和单变量理论、路堤沉降计算理论；同时采用离心试验和数值模拟方法，对各种压实系数的路堤本体的沉降与填筑高度关系以及工后沉降与时间的关系进行了研究，并对工后最终沉降进行了预测，结果表明，模拟结果与离心试验数据预测的结果相符，说明该理论是正确的。渗透作用下多孔介质中循环浓度污染物的迁移过程研究
摘要：根据饱和多孔介质中考虑释放效应的一维渗透作用的可溶性污染物的迁移控制方程，通过Laplace变换和Fourier变换及其逆变换求得相应的通解形式。根据半无限体表面可溶性污染物点源注入情形下的基本解，通过积分方法得到半无限体表面圆形区域上作用循环浓度污染物后，在多孔介质内部污染物迁移过程的求解方法。作为一个典型算例，对渗透作用下循环浓度污染源引起的多孔介质中的迁移过程进行分析。算例表明，当污染源浓度为周期变化时，多孔介质内部污染物的浓度随时间增长由不稳定的周期变化过程逐渐过渡到稳定的循环过程，而某一深度处污染物浓度的相位则相应滞后。此时，稳定后的污染物浓度周期与污染源浓度周期相同。实际上，随多孔介质表面污染源浓度的周期变化，在靠近多孔介质表面一定深度范围内的污染物浓度在深度方向也呈增大或减小的交替变化过程。另一方面，在污染源循环变化过程中污染物不断向深处推进，而最终其影响范围限定在某一深度内。地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析
摘要：基于非线性Molar-Coulomb破坏准则，结合极限分析上限法和拟静力分析法，建立功能方程，推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法，计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值，详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明，边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知，在非线性破坏准则下，裂缝深度较大时，裂缝对边坡稳定性影响显著，且边坡越陡影响越大；当裂缝深度超过某个值后，临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端，而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下，非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容，所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。粗粒土的离心模型试验与数值模拟
摘要：岩土工程数值计算中粗粒土常采用邓肯一张本构模型，为了验证该模型在轴向加载、卸载、侧向加载等复杂应力路径条件下的适用性，进行了粗粒土的三轴试验获取其力学特性及本构模型参数；根据相似性原理制作了堆石坝的离心模型试样，并采用与三轴试验同样级配与粒径的粗粒土进行复杂应力路径的堆石坝离心模型试验，试验中通过改变离心加速度模拟加载、卸载，利用上游蓄水模拟坝体的侧向加载；采用ABAQUS对离心模型试验进行三维数值模拟，并研究了模型箱侧壁摩擦系数与土体的初始应力对数值结果的影响。通过比较离心模型试验与数值模拟成果，表明土体的初始弹性模量对计算结果影响较大，初始应力应选择自重作用下的应力场；邓肯一张本构模型能较好地描述堆石坝的加载应力路径，而模拟卸载应力路径有一定的差异，需要改进邓肯一张本构模型中卸载模量的确定方法。考虑动本构关系相似的模型土设计及相似判定体系研究
摘要：模型土的设计是土与结构相互作用（SSI）振动台试验的重要组成部分。对当前振动台试验模型土的设计方法进行简要介绍，分析当前设计方法的不足。基于土体动应力-动应变关系的骨干曲线方程推导出控制原型土与模型土动力特性相似关系的指标，提出利用土体的剪切模量比G／Gmax，随剪应变Y的变化关系曲线和参考应变以的相似比作为模型土设计的控制因素。开展模型土的动三轴试验，得到了模型土G／Gmax-γ关系曲线和γ1值，对模型土与原型土G／Gmax·γ关系和γ1值相似性进行了比较，并建议将曲线相关系数、曲线不均匀系数和曲线的曲率系数作为原型土和模型土G／Gm，y曲线相似度高低的评价指标。研究结论对于振动台试验中模型土的设计具有指导意义。极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究
摘要：由于基桩纵向截面形式的差异，竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异，尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用，然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速（particleimage velocimetry）技术，针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型试验，测得桩项荷载一沉降曲线，研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式；同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明，在此试验条件下，扩底楔形桩的极限承载力约为常规楔形桩的3．5倍和等截面桩的2．5倍；极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。干湿循环下高庙子钙基膨润土持水和变形特性
摘要：膨润土因具有湿胀、干缩特性，其水力一力学性质易受干湿循环的影响。采用饱和盐溶液蒸汽平衡法研究了干湿循环对压实高庙子钙基膨润土持水特性的影响。对相同条件下制作的试样进行0～6次干湿循环，选取其中的原试样（O次）、循环3次和6次试样，进行蒸汽平衡法试验，测定其土-水特征曲线。同时，在O～6次干湿循环过程中，对每一次脱湿后试样表面采集图像，用数字图像处理技术提取了收缩及裂隙开展区域，分析得到收缩率与裂隙率。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加（0—3次时），土-水特征曲线向下平移、持水性下降、孔隙比增大、平均骨架应力减小，试样烘干时收缩率和裂隙率增加明显；但随着循环次数的继续增加（3—6次时），持水性、收缩率和裂隙率趋于稳定。用积分法求取岩石孔隙结构特征值
摘要：针对图解法求取孔隙结构特征值使用条件严格，同时误差较大，而矩法饱和度范围又受限于试验。采用积分法求取特征值，即对孔隙半径进行积分求取特征值。积分法必须先获取孔隙半径数学表达式，即毛管压力数学模型。对毛管压力数学模型进行了探究，在双对数坐标系下推导并建立了毛管压力幂函数模型，采用最小二乘法求取模型参数，并通过对比Sami论文数据验证了推导的模型。深入分析矩法与积分法的联系可知，代入孔隙半径数学表达式即可用积分法求取岩石孔隙结构特征值。最后，对3种方法求取结果进行分析讨论，得出积分法算法严谨，更加接近真实值。这一研究加深了对岩石微观孔隙结构认识。水泥和石膏胶结相似材料配比的确定方法
摘要：对以水泥和石膏为胶结材料、石英砂和重晶石粉为骨料的相似材料，规范了其制作原料与工艺，以砂胶比（骨料与胶结材料质量比）、水膏比（水泥与石膏质量之比）和重晶石含量（重晶石质量占骨料百分比）为控制因素，设计了一个正交试验，开展了称重、单轴压缩试验，获得了不同配比相似材料的密度、单轴抗压强度和弹性模量等物理力学性质指标。采用极差分析法分析了各因素的敏感性，研究了各因素对相似材料参数的影响规律。研究表明：重晶石含量对相似材料密度有明显的控制作用，而砂胶比和水膏比对密度也有明显的影响；砂胶比对相似材料单轴抗压强度和弹性模量影响最大，水膏比和重晶石含量的影响次之。相似材料密度随砂胶比的增大而降低，随水膏比和重晶石含量的增大而增大；抗压强度随砂胶比的增大而显著降低，但随着水膏比和重晶石含量的增大而缓慢增大；弹性模量随砂胶比的增大而显著降低，随重晶石含量增大而增大，随水膏比增大而缓慢升高。采用MATLAB程序对试验数据进行多元线性回归分析，得到确定相似材料配比的经验方程。工程应用证明，采用经验方程计算得到相似材料配比，并按规范的制作工艺，可以得到满足试验要求的相似材料。基于透明土的静压楔形桩沉桩效应模型试验研究
摘要：楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩，然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术（简称PIV），开展静压楔形桩沉桩模型试验，测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律；沉桩过程中桩周土体位移场由激光射入透明土材料，与透明土材料之间的相互作用产生的独特散斑场，通过CCD（charge．coupleddevice）电荷耦合元件相机成像处理而获得。同时进行了等截面桩的沉桩模型试验，并对等混凝土材料用量情况下楔形桩和等截面桩的沉桩效应进行对比分析。最后，将此试验结果与基于常规试验手段的静压楔形桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果进行对比分析，验证了基于透明土材料的静压楔形桩沉桩模型试验的准确性和可靠性。研究结果表明，基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展静压楔形桩沉桩模型试验研究；楔形桩静压施工过程中对桩周土的影响范围约为等混凝土用量等截面桩的1．2倍。基于复合损伤的节理岩体动态本构模型研究
摘要：基于运用霍普金森压杆（SHPB）装置对节理岩体动载试验得出的数据，从节理面倾角、贯通度、厚度、组数、填充物及应变率等不同方面分析各因素对节理岩体力学特性的影响，通过对节理岩体在高应变率下的损伤机制和破坏形式进行分析的基础上，基于复合损伤理论，对广义Bingham模型进行改进，构造了节理岩体材料在不同应变率下动态响应的本构模型，对模型计算和试验结果的比较表明，该模型能够很好地描述节理岩体动荷载下初始弹性变形阶段、稳态塑性变形阶段和加速变形破坏阶段的应力一应变关系，并且理论与试验结果吻合较好，从而证明了该模型的正确性和合理性。
