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岩土力学 2017年第02期杂志 文档列表

《岩土力学》征稿简则304-

三向土工格栅筋-土界面特性拉拔试验研究317-324

摘要：现有关于格栅与土的筋-土界面特性研究多以单、双向格栅为研究对象,而对三向土工格栅筋-土界面特性开展的试验研究较少。以三向土工格栅为研究对象并考虑0°和90°两种拉拔方向的影响（记为TX0工况和TX90工况）,开展了一系列室内拉拔试验,通过对三向土工格栅沿拉拔方向4个断面的位移进行量测,分析了格栅拉伸应变、筋-土相对位移、界面摩阻力分布及格栅变形与破坏模式,并分别从峰值剪切强度和残余剪切强度两个方面对筋-土界面强度参数和表观摩擦系数的变化规律进行了探讨。研究结果表明:由于平面外挠曲变形的影响,TX0工况下横肋的嵌锁作用随法向应力增大而增强,从而使TX0工况的拉拔性能逐渐优于TX90工况;拉拔过程中,筋-土界面摩阻力的发挥是一个渐进的过程,其分布形式不断发生调整,筋-土界面呈弹塑性-软化特征;TX0工况的筋-土界面摩擦角显著大于TX90工况,黏聚力则刚好相反,法向应力较高时TX0工况的筋-土界面强度更高,更有利于材料性能的发挥。

表面源激发的瑞利波传播特性分析325-332

摘要：自由状态下层状介质中平面瑞利波相速度与频率及层状介质特性参数有关,表面源激发的瑞利波以柱面波阵面传播,传播速度不仅与频率有关,而且还与传播距离有关,这样,自由状态下层状介质中平面瑞利波传播特性理论不能有效地用于激发瑞利波相速度分析。以薄层法得到的圆盘状表面垂直源激发瑞利波位移响应为基础,导出激发瑞利波相速度,比较激发模态与简正模态相速度差异,分析激发模态空间特性,揭示这种空间特性形成机制。结果表明:源对激发模态传播影响距离不超过一个波长,波场距源越近,激发模态竖直振动传播速度越低;在多模波场,激发模态间相长相干或相消相干导致表观相速度具有较明显的空间特性。该研究可为发展考虑瑞利波频率及空间特性反演数学模型及算法提供指导。

基于最优含水率的聚丙烯纤维增强膨胀土强度研究349-353

摘要：将不同长度的聚丙烯纤维按照0.0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的重量比分别掺入膨胀土中配制试样,通过大量的室内试验研究了聚丙烯纤维对膨胀土强度的影响规律。试验结果表明:随着纤维的加入,膨胀土的抗剪强度得到了明显的增强,且无侧限抗压强度也随着纤维含量的增加而急剧增加,但当纤维含量超过最优加筋量0.3%时,加筋膨胀土的无侧限抗压强度和抗剪强度反而呈现降低趋势。相同纤维含量的情况下,膨胀土的强度也会随着纤维长度的增加而明显增加,同时聚丙烯纤维还可以增加纤维复合膨胀土的峰值强度,延缓土样的破坏,其研究结果为膨胀土性质的改良提供一种可借鉴的方法。

低温对煤岩渗透性影响试验研究354-360

摘要：液氮压裂过程向地层注入液氮而产生的低温会对煤层岩石造成破坏,导致煤层渗透率升高。为揭示液氮注入地层过程对煤层渗透率影响的规律,采用压力脉冲衰减法开展了低温处理前、后煤岩渗透率测试试验。对比干燥与饱水煤岩在不同处理温度下的渗透率测试结果,-10、-25、-40℃及液氮(-195.8℃)低温处理30 min都会导致煤岩渗透率升高,饱水煤岩渗透率升高幅度高于干燥煤岩;随着处理温度的降低,煤岩渗透率升高幅度变大,拟合得到了渗透率升高率与煤岩处理温度之间的指数关系。通过试验结果分析,详细论述了低温导致煤岩破坏并提高煤层渗透率的原理。

考虑起始水力坡降的软土大变形非线性固结分析377-384

摘要：软黏土中渗流存在起始水力坡降的现象已逐渐为人们所认识,但变荷载下考虑起始坡降的软土大变形非线性固结理论还很鲜见。考虑土中渗流存在的起始水力坡降及非线性压缩渗透特性,在拉格朗日坐标系中建立变荷载下以超静孔压为变量的软土大变形非线性固结模型并给出其有限差分解。在此基础上,通过与达西定律下大变形固结半解析解对比分析,验证了解的可靠性。最后着重分析起始水力坡降对软土大、小变形固结性状影响的差异。结果表明,无论采用小变形假定还是采用大变形假定,考虑起始坡降后超静孔压的消散速率及最终沉降量均比达西定律下小。大、小变形假定下起始坡降均会引起超静孔压不能完全消散的现象,且大变形假定下超静孔压残留值要小于其小变形假定下的残留值,致使大变形假定下土层最终沉降量要比其小变形假定下大。起始水力坡降和几何变形假定均会影响固结性状,且起始坡降值无疑影响更明显,故在软黏土中渗流存在的起始水力坡降在固结计算中不容忽视。

蠕动型滑坡滑带土蠕变特性研究385-391

摘要：蠕动型滑坡表现为长期缓慢的变形响应,其演化过程和稳定性受到滑坡滑带土蠕变性质的控制。选取三峡库区典型蠕动型滑坡马家沟滑坡为研究对象,针对该滑体滑带土原状试样开展大尺寸三轴蠕变试验,研究滑带土试样在不同围压和应力水平下的蠕变规律,并进一步采用等时曲线法确定滑带土长期强度与常规强度的差异。研究结果表明,马家沟滑坡滑带土具有典型的稳定蠕变材料特性,蠕变阶段可分为衰减蠕变和稳定蠕变2个变形过程,其变形趋势与滑坡宏观变形演化具有较好的一致性;滑带土绝对蠕变量和稳定蠕变阶段的变形速率均与轴向应力值呈正相关,而衰减蠕变阶段的持续时长随着剪应力水平增加基本呈线性增加。滑带土长期强度参数与常规强度参数比较,其长期黏聚力c值和长期内摩擦角?值分别下降24.8%和22.4%。

细/粗粒二元结构边坡的排水防渗效果试验研究392-399

摘要：膨胀土边坡开挖时因干-湿循环作用形成裂隙,导致降雨入渗深层土壤,影响边坡稳定性。针对传统工艺存在生态效果差与使用寿命短等不足,进行了6组兼顾生态和防渗功能的非饱和上细下粗二元结构的边坡排水防渗效果的试验研究。采用亮蓝染色示踪方法直接观测了降雨条件下二元结构水分入渗过程,其结果表明:粗粒层粒径越大,级配越差,越易形成优先渗流通道,难以形成连续的水平渗流场,排水效果差。降雨直接入渗至边坡防护层,增加了其入渗边坡土体失稳的风险。通过监测侧向与底部排水体积,分析结果表明:二元结构具有较好的防渗排水效果,其稳定排水效率和综合排水效率分别介于80%~100%和43%~79%之间,随着粗粒层粒径减小、颗粒级配变好,稳定排水效率呈先减小后增加的趋势,而综合排水效率却呈先增加后缓慢减小的趋势。因此,从排水效果和工程材料造价等角度考虑,认为方案4最优。该研究成果可为南水北调膨胀土边坡治理以及其他工程的边坡防渗问题处理提供技术支撑。

基于修正Drucker-Prager准则的岩石次加载面模型400-408

摘要：为模拟岩石在循环加、卸载作用下的变形特性,结合Drucker-Prager(简称D-P)屈服准则与次加载面理论,建立了能考虑岩石材料实际抗拉强度和应力角效应的循环加、卸载模型。首先考虑岩石在三轴压缩和在三轴拉伸状态下不同的强度特性,在传统的D-P屈服准则中引入角隅模型,并借鉴殷有泉提出的D-P-Y准则,形成了修正的D-P屈服准则;进一步结合修正屈服准则和次加载面理论,提出了适用于岩石循环加、卸载的次加载面模型,并通过自编程序,实现了循环加、卸载模型的数值表达与岩石循环加、卸载试验数值仿真。计算结果表明,基于修正D-P屈服准则的次加载面模型能较好地描述岩石的曼辛效应和棘轮效应;通过改变抗拉强度的大小,可以发现随着抗拉强度的减小,岩石的变形量相应增加,且增加的幅度逐渐提高,说明修正模型可准确反映抗拉强度对岩石的循环加、卸载变形的影响。

基于声学数据反演定量评价致密砂岩储层微裂隙应力敏感性新方法409-418

摘要：设计试验方法流程对塔中地区深层致密砂岩储层岩样进行不同围压条件下声学测试,提出基于声学数据反演定量研究致密砂岩储层微裂隙应力敏感性的评价方法。通过Biot相洽理论和DEM理论组合模型分别对岩石裂隙密度?和孔隙纵横比?进行反演,探讨了不同围压条件下岩石?、?的变化规律,并对微裂隙应力敏感性进行评价。结果表明:?随围压的增加而降低,?随围压的增加而增加,这主要是由于微裂隙的闭合引起的;根据不同围压条件下?值降低幅度可以确定发生闭合的裂隙或依然保持张开的裂隙所占的百分比;在较高围压条件下依然具有较大?值的样品应力敏感性较弱,反之,应力敏感性较强;定义试验中岩石内部孔裂隙性质发生急剧变化的点为转折点,发现该点对应的?值相差不大,该值可视为该致密砂岩储层的裂隙共性特征,并可作为裂隙相对发育程度的对比指标;分别探讨了?值(围压65 MPa)及所定义转折压力与岩石孔隙度间的相关性,结果表明,两者正相关性均非常好,对于该地区深层低渗致密砂岩储层而言,存在低应力敏感性的有利类型裂隙受岩石物理性质影响程度最大。

水土化学作用对土体黏聚力的影响——以蒙脱石-石英砂重塑土为例419-427

摘要：为研究水土化学作用对土体黏聚力的影响,通过将蒙脱石-石英砂重塑土分别浸泡于超纯水(正常水体)、p H=3的HNO3(酸雨)和p H=13.5的Na OH溶液(碱性废液)中,对黏聚力变化规律和机制进行了探讨。研究发现:超纯水条件下,黏聚力先上升后下降再上升;酸性条件下,黏聚力先下降后上升再下降;碱性条件下,黏聚力先下降后上升再下降,后期出现反弹。温度对各种条件下的反应均有促进作用,但程度不一。X射线衍射(XRD)结果表明,酸会溶蚀胶结物蒙脱石,且没有新物质生成,导致黏聚力下降,浸泡中期黏聚力增大的原因尚不明确。碱性条件下有水化硅酸钙(CSH)生成,超纯水条件下还有碳酸钙(Ca CO3)生成。两种新胶结物均为离子化合物,晶胞之间以化学键相连,其键强度远大于相邻蒙脱石层组间的结合力强度。新生胶结物造成超纯水和碱性条件下黏聚力上升,化学溶蚀和离子交换是黏聚力下降的主要原因。此外,结合土质滑坡垂压和内摩擦角情况,分析了水土化学作用下的土体抗剪强度变化。超纯水条件下,抗剪强度总体变化不大;酸性条件下,抗剪强度变化与黏聚力变化一致;碱性条件下,抗剪强度表现为总体增大。

平移模式下挡墙塑性临界深度极限分析428-434

摘要：土压力的分布及大小与挡墙的位移模式密切相关。挡墙后的填土处于主动土压力状态时,塑性临界深度是设计时需要考虑的问题。应用极限分析上限原理,将弹性覆盖层以下且与挡墙相邻的三角形土体微元作为研究对象。推导了外力功率和内能耗散功率,得到了挡墙在平移模式下塑性临界深度的计算公式,推导过程中考虑了挡墙位移方向效应。研究结果表明:朗肯等理论计算结果是推荐方法的一个特例。塑性临界深度随挡墙位移方向与水平面之间夹角、墙-土界面黏聚力和摩擦角以及填土黏聚力和内摩擦角的增大而增大。但当挡墙位移方向水平时,塑性临界深度与墙-土界面摩擦角无关。

描述循环荷载作用下黏土累积变形的改进模型435-442

摘要：软土地基在长期循环荷载作用下的变形特性十分重要,经验模型是动荷载引起的土体变形预测的实用方法,虽拟合方法众多,仍存在一定的局限性。根据典型结构性黏土的动力变形的曲线形态演化规律,通过引入指数型函数(1)Na?-与指数双曲线函数/(1)m mb N(10)c N的叠加融合,提出了一种能更好描述在循环荷载作用下黏土累积变形的改进模型,该模型既适用于具有应变极限值的“稳定型”应变曲线,也能拟合不同应力水平下的“破坏型”应变曲线。不仅如此,该改进模型对呈脆性破坏特征的强结构性黏土变形特性表征也具有明显的优越性,对于不同结构性土体与应力水平下土体的动力变形响应性状均能较好描述,具有很好的普适性。改进模型可近似计算土体的临界动应力,针对动荷载下的结构性黏土破坏突然且破坏前的轴向应变较小,认为宜用应变-振次曲线拐点对应的应变值来确定相应土体应变破坏标准。

考虑浆液黏度时空变化的速凝浆液渗透注浆扩散机制研究443-452

摘要：速凝类浆液的黏度时变性及双液注浆方式导致浆液黏度空间分布不均匀,在渗透注浆理论模型中应当考虑浆液黏度空间分布不均匀性的影响。基于黏度时变性宾汉流体本构模型,引入了描述渗流过程的均匀毛管组模型,建立了恒定注浆速率条件下考虑浆液黏度时空变化的一维渗透注浆扩散模型。设计了一维可视化渗透注浆扩散模拟试验系统,获得了不同介质渗透率及不同注浆速率条件下水泥-水玻璃浆液(C-S)注浆压力随时间变化规律。研究结果表明:考虑浆液黏度空间分布不均匀性时,孔口注浆终压计算值为试验值的1.2~1.4倍,浆液扩散距离计算值为试验测量值的0.9~1.1倍,计算值与试验值的误差在可接受范围内,所创建的理论模型可较好地描述速凝浆液一维渗透注浆扩散过程。不考虑浆液黏度空间分布不均匀性时,孔口注浆终压计算值为试验值的3.5~4.1倍,浆液扩散距离计算值为试验测量值的0.5~0.7倍,显著高估了注浆压力、低估了浆液扩散范围。因此,在注浆设计中应充分考虑速凝浆液黏度空间分布不均匀性。

膨胀土原位孔内剪切试验与强度响应特征453-461

摘要：针对膨胀土堑坡防护工程中不同的施工工序和降水入渗诱发灾害频发现象,基于原位孔内剪切试验,通过施加不同法向应力水平,以及成孔后注水浸泡等工况下的现场剪切试验,获得南阳某堑坡膨胀土强度特性随荷载施加方式与浸水条件的变化规律。结果表明:膨胀土孔内剪切试验所得的剪应力-剪切位移曲线总体上呈现弱硬化变形特征;浸水对抗剪强度影响很大,最大降幅达56.9%,主要表现为黏聚力的降低,最大值达18.1 k Pa。预加载荷对浸水软化效应具有一定抑制作用,但当预加载荷超过某一应力水平时,难以发挥更大的抑制效果。黏聚力与预加载荷呈线性正相关;内摩擦角与预加载荷呈线性负相关,但降幅甚微。在实际工程中,膨胀土边坡稳定性分析应考虑降雨入渗对强度参数的影响,同时充分利用抗剪强度参数和预加载荷的线性关系,可根据工程要求达到的安全系数反推出所需的预加载荷大小,从而指导实际工程施工。该研究可为膨胀土工程场地评价、参数选取与灾害评价提供技术依据和参考。

换填覆重法处理砂类硫酸盐渍土地基的室内模拟试验471-478

摘要：为实现换填覆重法处理砂类硫酸盐渍土地基的量化设计,依据换填覆重法的原理设计并制作了试验仪器。通过室内模拟试验,研究了温度、含盐量、含水率、最小孔隙比等因素对砂类硫酸盐渍土试样膨胀的影响规律,探讨了换填覆重垫层设计的量化方法。研究发现,盐渍土膨胀的温度敏感区间是0~2.5℃,-5℃后试样只发生微小的膨胀变形;并不是最小孔隙比越小,砂类硫酸盐渍土试样的膨胀现象就越明显;含水率和含盐量对盐渍土试样膨胀变形的影响具有耦合作用;试样胀力增长率与体积膨胀应变呈现出很好的反相关性,冻-膨胀应力F_s和其通过反力装置直接作用于土样后产生的竖向应变Fe呈线性关系,线性系数与换填土厚度有关。其探索性试验仪器和方法对实际工程设计具有一定的参考价值。

煤与瓦斯突出物理模拟试验中甲烷相似气体的探索479-486

摘要：当前煤与瓦斯突出物理模拟试验多采用二氧化碳代替甲烷,导致试验结果偏差较大。为了保证模拟试验相似性并规避甲烷气体带来的安全风险,提出了甲烷相似气体的概念。基于瓦斯在突出过程中的作用机制和相似准则,结合煤与瓦斯突出防治规定,建立了以瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质为参数的相似指标。初步采用二氧化碳体积分数为20%、40%、60%、80%的二氧化碳和氮气二元混合气体作为甲烷相似气体的筛选气体。按照相关规范,分别测定了甲烷和筛选气体的相似指标参数值,确定了与瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质接近的混合气体组分分别是二氧化碳体积分数为60%、35%、45%和54%。相关性分析结果表明,上述4种配比气体与甲烷性质相关性高,可以作为相似气体的待定气体。采用待定气体和甲烷进行了模拟试验,结果表明,二氧化碳体积分数为45%的混合气体的突出现象和突出临界值与甲烷接近,与甲烷相似性高。

渗流条件下含裂缝压实膨润土应力及渗透性能试验研究487-492

摘要：压实膨润土是放射性废物处置库的理想缓冲/回填材料,但它在失水收缩过程中易产生裂缝,该裂缝在浸水条件下能否愈合是放射性废物处置安全评价中的重要课题。其研究对含纵向单裂缝的压实膨润土样品开展渗透试验,以渗透系数、隙面法向应力及含水率为指标,研究含裂缝压实膨润土吸水膨胀后应力及渗透性能的变化,从而评价裂缝对膨润土屏障层性能的影响。研究结果表明,样品渗透系数随时间逐渐递减,隙面法向应力随时间逐渐递增,且在85 d时两参数达到稳定水平,分别为4.641010-?m/s和2.5 MPa,与完整压实膨润土样品的渗透系数及内部应力处于相同水平,可以认为,此时土体实现了饱和及均一化。该研究从渗透性和应力角度证实了裂缝对压实膨润土渗透系数及应力参数未产生显著影响,膨润土具有较好的自愈合能力。研究建立了膨润土裂缝自愈合效果评价方法,为膨润土作为回填材料的安全性评价提供理论依据。