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岩土力学 2016年第S2期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

深基坑支护双排桩计算模型的改进1-15

摘要：当锚索超出规划红线被越来越严格限制后,双排桩支护的应用已越来越多。实践中发现现有规范方法的双排桩计算模型简单方便,但对于软土地层时存在计算位移不够合理的情况。同时,桩间土简化为压缩弹簧未能充分考虑桩和土柱之间的作用,会使计算位移偏大。为改进这些不足,建议了一个新的土压力模式,即基坑面以下的附加压力看作弹性应力,对两排桩与桩间土的作用增加一个等效土柱刚度,对基坑面以下的桩间土弹簧刚度取压缩刚度和m法刚度的大值,使计算的位移更合理,并与有限元和工程实测结果进行了比较,初步检验其合理性。

水平地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的简化理论分析16-24

摘要：考虑到传统浅埋偏压隧道围岩压力的分析仅以计算摩擦角体现围岩材料特性,没有将内摩擦角和黏聚力作为独立参数分开研究,基于规范法,提出水平地震作用下独立考虑黏聚力的浅埋偏压隧道围岩压力的简化解析分析方法,获得隧道顶部竖直围岩压力、隧道两侧水平侧压力以及滑动面破裂角的理论表达式,并对影响顶部竖直围岩压力、水平侧压力和破裂角的因素进行了研究。结果表明,竖直围岩压力与滑裂面摩擦角、地面倾角呈正相关,与水平地震效应系数、滑裂面黏聚力呈负相关;滑裂面内摩擦角、黏聚力、地面倾角越大,破裂角越大,水平地震加速度系数越大,破裂角越小;水平侧压力随滑裂面内摩擦角和黏聚力的增大而减小,随水平地震效应系数和地面倾角的增大而增大。研究成果可为浅埋偏压隧道的围岩应力计算提供一定的理论依据。

强降雨条件下具有张裂缝边坡临界滑动场25-34

摘要：降雨持时较长且雨强较大时,雨水的入渗不仅会增大孔隙水压力,且易使张裂缝充水形成静水压力,对边坡稳定不利。结合降雨条件下饱和-非饱和渗流分析,考虑降雨过程中的瞬态孔隙水压力场与瞬态强度场,并同时考虑张裂缝充水时的静水压力,对边坡临界滑动场法进行改进,提出降雨条件下具有张裂缝边坡临界滑动场数值模拟方法,且对其进行了验证。将该方法用于一个典型均质黏土边坡算例,结果表明,(1)文中方法可考虑张裂缝具体位置、深度及其充水状态下对边坡稳定性的影响,并能搜索出任意形状危险滑面,计算结果合理可靠;(2)降雨条件下张裂缝中静水压力对边坡稳定性及滑面形状有较大影响;(3)降雨条件下张裂缝位置对边坡稳定有较大影响,距坡肩越近,张裂缝对边坡稳定性影响越大;(4)张裂缝处在最不利位置且充水时存在一个最不利深度。

基于岩体流变性的矿井防突岩柱临界安全厚度计算方法35-42

摘要：矿井巷道在穿越含瓦斯断层或揭煤掘进过程中常常遇到前方岩柱保护厚度与延期突出问题。为了探索岩柱防突厚度与时间的非线性耦合关系,应用RLW-2000型岩石三轴流变仪,对含煤岩系中的砂质泥岩、砂岩和泥岩进行了分级加载条件下的单轴压缩蠕变试验。通过对经典流变组合模型的分析及Matlab最小二乘迭代法的拟合,建立了改进的的七元件非线性黏弹塑性本构模型,并建立了基于岩体流变性的岩柱临界安全厚度的计算模型。豫西大平煤矿实例计算表明,埋深612 m的泥岩巷道,防突岩柱使用年限在10、20、30 a时相应的保护厚度分别为8.73、23.56、39.41 m;理论安全岩柱厚度与该矿'10·20'瓦斯突出案例较为吻合,计算模型对同类工程具有一定的借鉴意义。

古滑坡滑带土的力学特性与库水位变化对其稳定性影响及加固措施43-52

摘要：与普通滑坡体相比,库岸古滑坡体不仅影响稳定的因素多,且受库水位变化影响明显,极易诱发地质灾害,对人类生命财产安全造成危害。以某水库古滑坡体工程为例,利用现场直剪试验、室内直剪试验及标准贯入试验手段,研究滑带土的力学特性,并对利用得到的参数计算分析水位变化对古滑坡体稳定性影响的规律,得到鹅公带古滑坡体的安全系数随库水位升高成U形的变化规律。采用文献[12]提出的利用应力场判断滑坡体的类型,在高应力水平位置采取加固措施降低应力水平后边坡安全系数就提高的方法,由计算出的应力场判断鹅公带古滑坡具有上部推移下部牵引的特征,属于混合破坏型滑坡,针对其上部和下部坡体进行加固处理。对比分析不同加固方案对滑坡体应力场的改变和比较抗滑桩在不同位置时安全系数与位移场和应力场之间的关系,表明对高应力水平区和位移大的区域进行加固的效果最好,该滑坡体下部也是高应力水平区,由于现场施工条件,考虑经济性,最后采用在滑坡体下部设置反压体加固,加固后3年的实践表明利用边坡应力场的应力水平确定加固位置合理可行。文中的研究方法和思路可为类似工程处理提供一个很好地分析问题和解决问题的思路和同类工程借鉴。

动态施工条件下竖向立柱的承载力和稳定性研究53-59

摘要：竖向立柱是基坑逆作法设计的关键环节之一,而动态施工下侧向约束则是决定立柱稳定承载力的主要因素。针对逆作施工中立柱的轴压稳定问题,采用有限元方法获得立柱轴压屈曲荷载,进而通过杆件欧拉公式反推获得立柱计算长度系数。采用线性特征值屈曲分析研究地基土分步开挖、侧向约束动态变化下竖向立柱的承载力和稳定性,提出了竖向立柱稳定承载力分析时计算长度系数的拟合公式。非线性屈曲分析考虑了几何大位移的影响,通过施加初始几何缺陷获得立柱屈曲后的平衡路径。结果表明,含初始缺陷的立柱实际承载力一般要比特征值屈曲荷载小,且初始缺陷幅值越大,立柱的稳定承载力越小。

对称荷载正多边形孔洞弹性应力解析逼近方法60-66

摘要：提出一种简单有效的计算方法,求解对称荷载作用下含正多边形孔洞无限平面体的弹性应力解。将孔洞内边界向两侧延伸至应力可忽略的远处,其外侧构成半无限平面体。相邻两个半无限平面体有一个公共域,其中一个半无限平面体顶边延伸至相邻两个半限平面体体内。孔洞内边界上面力是已知的,延伸至两相邻半无限平面体体内的顶边上面力可先假设,由弹性理论求出半无限平面体体内应力,再计算相邻半无限平面体顶边上面力,根据对称性得到本半无限平面体顶边上面力改进值,迭代求解直至收敛。该方法具有计算过程简单、精度高等优点。算例分析表明,该方法求解的工程尺度下孔洞周边应力场与复变函数方法、有限元方法计算结果吻合,拟合计算的孔边角点处应力奇异性次数与理论解基本一致。

考虑含水率的红层泥岩蠕变特性及改进伯格斯模型67-74

摘要：为揭示西南地区广泛分布的红层泥岩在不同含水条件下的蠕变特性,采用YSJ-01-00岩石三轴流变试验机进行三轴压缩蠕变试验。试验结果表明,(1)随着含水率的升高和轴向荷载的提升,蠕应变量与瞬时应变量的比值整体上都呈增大趋势,比值范围为0.117~0.985,平均比值维持在0.348~0.480之间;(2)红层泥岩的初始、稳态和极限加速蠕变速率都随含水率的升高而增大;(3)红层泥岩的长期强度随含水率的上升而降低,量化比较发现红层泥岩的非线性蠕变程度随含水率的上升而越得到体现。研究了红层泥岩蠕变的非线性特征,提出一个黏弹性模量E(ω),并引入一个非线性黏塑性体,建立一个新的改进后的伯格斯(Burgers)模型。基于BFGS算法和通用全局优化法对蠕变试验曲线进行辨识,确定模型参数,并进行模型可靠性分析,验证了所建模型的正确性和合理性。

基于模型理论和遗传蠕变理论的改良膨胀土非线性流变研究75-82

摘要：为研究膨胀土非线性流变,取水泥改良膨胀土样进行长期一维压缩试验,得到了改良膨胀土在不同应力水平下的应力-应变等时曲线簇。将曲线反映的非线性流变分解为线性黏弹性蠕变变形、线性黏塑性蠕变变形和非线性黏塑性蠕变变形三部分。基于模型理论和遗传蠕变理论建立了各部分流变模型,其中在线性黏弹性蠕变变形和线性黏塑性蠕变变形部分采用模型理论建立元件模型,在非线性黏塑性蠕变变形部分运用遗传蠕变理论建立积分蠕变方程,结合试验数据拟合出材料和方程参数,用该模型得到的蠕变曲线与实测结果能较好吻合。

斜坡下考虑支护效应浅埋隧道力学响应的时效解答83-93

摘要：针对岩质或黄土浅埋隧道,考虑岩土体黏弹性流变特性和支护效应,给出斜坡下进行隧道施工时的全域时效解答。根据一般黏弹性问题求解方法,采用复变函数方法、Laplace变换、黏弹性叠加关系,用随时间和空间变化支护力体现管片支护效应,导出适用于任意黏弹性模型岩体、任意时刻施加支护的应力与位移。解答与相同模型有限元结果一致,根据解答分析了广义Kelvin黏弹性模型岩体中浅埋隧道开挖时侧压力系数、斜坡倾角、埋深对稳定地表沉陷大小和范围、洞周时效位移、应力的影响,给出可按深埋问题处理时的埋深范围。解答可用于岩质和黄土隧道初步设计中,并为隧道与地下结构相互作用分析两阶段法提供自由位移场。

软土地层高承台桥梁群桩基础横向承载特性研究94-104

摘要：高承台群桩基础是高速铁路桥梁基础的一种常用形式,受到风、地震等荷载作用影响,常常需要承受较大的横向荷载。采用室内物理模型试验和三维有限元程序ABAQUS对软土地层中单桩、群桩的横向承载特性进行了研究,软土采用修正剑桥黏土本构模型,试验结果与有限元计算结果吻合较好。群桩研究方案包括了桩数的变化以及桩间距的变化。结果表明,群桩基础的基桩平均横向承载力(总承载力/桩数)较单桩基础显著增加,且水平荷载方向桩间距越大,其横向承载力越大;群桩基础基桩受力存在三维空间效应,不同位置基桩受力大小排序为角桩最大,其次为边桩,最小为中间桩,弯矩极值差异可达20%,群桩基础桩周土影响范围距基桩边缘净距离约为16D(D为桩径)。桩与桩相互影响效应对群桩水平承载不利,承台约束效应对水平承载有利。探讨了考虑上述两种效应的群桩效应系数计算方法,通过计算验证了该方法在软土地区高承台群桩基础横向承载力计算中的适用性。

基于黏弹性接触的颗粒材料蠕变特性研究105-112

摘要：强黏结土体或胶凝砂砾石料等颗粒材料的颗粒间存在较大黏结力,在低应力情况下主要由颗粒接触特性决定颗粒材料的宏观蠕变特性。基于颗粒细观力学方法,研究了二维各向同性颗粒材料的蠕变特性。首先引入速率相关的力与位移关系描述颗粒材料细观颗粒间特性。其次,运用Laplace变换,将时间域内的线黏弹性颗粒材料细观均匀化问题转化为拉氏空间内线弹性颗粒材料细观均匀化问题,随后基于颗粒材料线弹性问题在Reuss、Voigt和一般位移场三种假设下的解,通过Laplace逆变换得到颗粒材料相应的宏观蠕变特性解析模型,并建立了材料蠕变特性的上下限。最后,通过理论模型的解析解与商业软件(PFC2D)的数值结果的对比,验证了理论模型的合理性。

随机介质理论预测近距离平行盾构引起的地表沉降113-119

摘要：提出近距离双线水平平行盾构施工引起的总的地表沉降曲线符合正态分布规律。基于单线随机介质理论简化公式,针对现有不足,建立修正的随机介质理论简化计算公式,可以计算近距离双线平行盾构施工引起的地表沉降,同时能够考虑沉降曲线的不对称性,对计算参数取值进行了探讨。算例分析结果表明,文中方法预测值与实测值比较吻合,且计算比较简便。实测数据统计结果表明,先行隧道开挖后双线隧道的半径收敛值比先行隧道半径收敛值要大,而主要影响角则变小;提出可直接用于近距离界定的式(6),认为双线隧道的地表沉降曲线形状与P值大小有关,近距离的界定范围为P≤1.1。

开采上保护层对巨厚砾岩诱发冲击矿压的减冲机制分析120-128

摘要：为研究开采上保护层对巨厚砾岩断裂诱发冲击的防治作用,根据跃进煤矿25采区的地质条件和采掘条件,将25110工作面下巷作为研究对象,从理论上分析了动静载叠加诱发冲击矿压的机制以及开采上保护层后的防冲原理,数值模拟研究了未开采上保护时和开采上保护层后在同等强度的动载扰动应力的影响下巷道底板的位移、速度、应力以及塑性区的变化规律,进行相似模拟试验研究了人工震源的作用下未开采上保护时和开采上保护层后巷道底板的加速度和动应力响应规律。结果表明,上保护层开采后能够有效地释放围岩内部的高应力,且采空区顶板自然垮落,形成的软弱松散岩层结构,能够更好地起到对动载扰动应力波的衰减作用,从而降低了冲击矿压发生的可能,一定程度上能够较好地防治冲击矿压。研究成果对巨厚砾岩下冲击矿压的防治具有一定指导意义。

基于弹性应变能的岩石强度准则129-136

摘要：为建立更符合岩石屈服与破坏机制的强度准则,基于能量转化是岩石屈服与破坏的本质属性,采用试验与理论分析相结合的方法,对岩石屈服与破坏准则进行了研究。以岩石强度与整体破坏准则为基础,通过引入弹性应变能释放分散系数,建立基于弹性应变能强度准则;分别采用M-C准则、Murrell准则、三剪能量准则、统一能量准则、三维H-B强度准则及基于弹性应变能岩石强度准则对盐岩和花岗岩的破坏强度进行了计算。结果表明,基于弹性应变能岩石强度准则的计算结果与试验值比较吻合(尤其是真三轴试验条件下),并且分析了产生上述结果的内在机制。所建立的强度准则仅需测定常规岩石力学参数(单轴抗压强度与泊松比),物理力学意义明确,对于定量描述岩石的屈服与破坏特性具有重要的意义。

水位下降条件下土钉加固土坡破坏特性研究137-143

摘要：水位下降是导致滑坡的重要原因之一,而土钉是加固土坡的有效手段。进行离心模型试验,再现了水位下降时土钉加固土坡的变形和破坏过程,测量了土坡的位移变化。试验结果表明,水位下降条件下土钉加固土坡的破坏模式以绕钉破坏为主,滑裂面从坡顶逐渐向下发展至坡面;土钉加固土坡的破坏过程与变形局部化过程表现出显著的耦合变化;土钉加固机制主要表现为通过土钉与坡体的相互作用,减小土坡的变形和变形局部化程度,从而提高土坡的稳定性。增加土钉长度使得滑裂面向坡内部移动,显著减小土坡的变形及变形局部化程度,从而提高了土坡安全性。

冰-土混合法调配膨润土缓冲回填材料含水率研究144-150

摘要：高放废物缓冲回填工程屏障材料膨润土塑性高,可调性差,加水制样过程中土'团聚化'及含水率分布不均匀现象明显,影响缓冲回填压实砌块质量。与传统直接喷水法对比,试验探索一种加水工艺,即采用粉状冰与膨润土粉混合调配膨润土含水率,试验含水率在5%~30%之间,分析了膨润土与水混合物的混合效率、黏附质量损失率、实际含水率与理论含水率差值、团聚体含水率与粒径关系、混合物中团聚体分布及含量等指标综合评价加水工艺优劣,提出微波辅助解冻法以提高冰-土混合法制备土样的解冻效率。结果显示,与喷水法相比,冰-土混合法混合效率高,膨润土黏附容器少,实际含水率更集中于目标含水率,团聚体数量明显减少,水分分布更均匀;配套的微波辅助解冻法能有效提高冰-土混合法解冻效率,且不影响团聚体数量及试样含水率。研究成果可供我国高放废物缓冲回填材料高效生产及其他高黏性土含水率均匀调配参考。

盾构隧道推进对邻近地下管线影响的物理模型试验研究151-160

摘要：以上海地铁11号线某区间盾构工程为背景,采用相似物理模型试验研究盾构隧道开挖对上方垂直于隧道轴线的地下管线的影响,并将试验结果与数值解对比。采用量纲分析法推导出文中模型试验的相似准则,并基于该相似准则设计出盾构机和隧道模型,分别通过管线刚度试验和模糊数学综合评判方法选定模型管线和配制相似土材料。研究结果表明,自主开发的半自动盾构掘进装置能较好地模拟盾构的开挖过程,较人工开挖扰动更小;下方盾构隧道开挖使管线产生的竖向变形关于隧道轴线呈对称分布,其形态符合高斯曲线的特征,最大竖向变形位于隧道轴线正上方处,竖向变形反弯点出现在与隧道轴线水平距离约一倍隧道直径的位置处;隧道开挖对管线的影响范围随管隧间距的增加而减小,管线竖向变形曲线的反弯点位置随管隧垂直间距的增大而有所内移;管线刚度对管线竖向变形的影响相对较小。