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岩土力学 2017年第03期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

覆盖层上混凝土-堆石混合坝模型试验研究617-622

摘要：混凝土-堆石混合坝由混凝土墙、堆石以及之间的垫层和过渡层组合而成,作为一种新型结构,目前针对其受力机制及变形特性的研究较少。基于此,开展覆盖层上混凝土-堆石混合坝模型试验研究,测得填筑和蓄水期不同高度处墙体的土压力和位移,探讨混合坝的工作机制,最后根据模型试验结果提出了考虑墙体位移的修正土压力计算公式。研究结果表明：在填筑期,堆石处于主动极限状态和静止状态之间,混凝土墙受到的堆石压力较小;蓄水后,堆石接近静止状态,混凝土墙受到的堆石压力比填筑结束时刻增加了一倍左右;修正土压力公式能够较好地反映混合坝在填筑期和蓄水期土压力随墙体位移变化的规律;混凝土墙的抗滑安全系数最小值出现在填筑结束时刻,满足相关要求,说明混合坝对覆盖层有较好的适应性。

高温对细砂岩力学性质影响机制的试验研究623-630

摘要：为了研究高温对细砂岩力学性质的影响,对经历400℃~1000℃高温后细砂岩试样进行X衍射、电镜扫描及单轴压缩试验,分析了高温后试样矿物成分、结构特征及力学参数与温度的相关性。结果表明：高温后细砂岩试样内矿物发生了多晶转变,经历600℃以内高温试样内石英含量随温度升高增加,晶体衍射强度增强,600℃高温试样可观察到明显熔融和重结晶现象,超过600℃高温后试样内石英含量随温度升高降低,晶体衍射强度减弱,裂隙数量增多,裂隙宽度和长度有所增加,裂隙可分沿颗粒边界裂隙和穿过颗粒裂隙,600℃约为主要矿物石英变晶的临界温度;经历400℃~800℃高温后试样的纵波波速与温度呈线性降低;经历600℃以内高温对试样的强度具有强化作用,超过600℃高温后试样强度开始弱化,600℃可作为试样强弱转化的阈值温度;经历400℃高温后试样弹性模量、变形模量随温度升高稍有增加,初始模量和峰值应变基本保持不变。超过600℃高温后试样的变形参数随温度升高有所降低,超过400℃高温后峰值应变随温度升高单调增加,高温对细砂岩试样变形参数的影响较为敏感。

水岩作用下砂岩劣化损伤统计本构模型631-639

摘要：水库蓄水运行后,库水位反复升降变化对库岸边坡岩土体来说是一种疲劳作用,水岩作用下边坡岩体力学性质的劣化将影响整个边坡的稳定。基于此,在前期浸泡-风干循环水岩作用试验数据分析基础上,根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩试验应力-应变曲线的特点,借助连续损伤力学和统计理论,将浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应耦合到损伤统计本构模型中,并重点考虑了压密段的影响,分段建立了水岩作用下砂岩的统计损伤本构方程。对比分析表明,所建立的分段统计损伤本构模型计算与试验曲线符合较好,说明所建立的统计损伤本构方程可以较好地反映砂岩在浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应,在水岩作用过程中,本构模型第2段的Weibull分布参数m和F_0均逐渐减小,反映了水岩作用下砂岩脆性逐渐减弱,宏观强度逐渐降低的力学特性。研究成果对大量存在的库岸边坡长期变形稳定分析具有较好的参考价值,同时,相关分析方法也可以为类似试验提供参考。

复杂卸荷条件下卤水流量对盐岩溶解损伤特征研究640-648

摘要：为了解水溶造腔过程中盐腔围岩在应力-溶解耦合作用下的溶解损伤机制,利用高温三轴盐岩溶解特性试验机,开展了复杂卸荷条件下（即卸围压的同时增加轴压）不同卤水流量对盐岩的溶解损伤特征研究。研究发现,盐岩的应力和溶解作用相互影响,共同决定盐岩试件在卸荷溶解过程中的变化特征。表现为：卸荷过程中偏应力越大,盐岩溶出速率越大,而且出水口卤水浓度随卸荷溶解时间呈现显著的二次函数关系;盐岩在溶解作用下其力学强度降低,变形能力不断增强,而且流量越大,变化趋势越明显。通过对盐岩卸荷溶解过程中有效溶解面积构成的分析,建立了盐岩卸荷溶解作用下的有效溶解面积模型,分别得到了各有效溶解面积随溶解时间和应力水平的变化方程,并在此基础上构建了盐岩卸荷溶解损伤演化方程,为进一步开展盐岩的损伤-溶解机制研究提供了理论和试验基础。

基于围岩相互作用的冻结壁弹塑性分析对比研究649-655

摘要：冻结壁弹塑性分析的目的并不是为了减薄冻结壁厚度,而是为可靠性设计提供参考。综述了冻结壁弹塑性分析的发展,基于＂包神＂公式弹性分析,开展了冻结壁弹塑性力学模型的研究,推导出了应力场和位移场解析表达式,并与不同力学模型进行了对比;分析了采用不同屈服准则时的冻结壁塑性区半径计算公式和进入临塑状态时的水平初始应力判别式。利用工程算例对比分析了不同水平初始应力下,采用不同屈服准则时冻结壁的临塑地压值、塑性区外半径和弹性区外荷载;结果表明,冻结壁临塑地压值增大32%,塑性区半径减小14.5%,冻结壁外载荷减小23.3%,为冻结壁厚度设计的可靠性分析提供了数据支持。

含水率和干密度对黄土热参数影响的试验研究656-662

摘要：黄土的热参数是黄土灾害成因机制研究及热工计算中的重要指标,而含水率和干密度对黄土的热参数具有一定的影响。对不同含水率、不同干密度黄土试样,采用Test Protocol Hot Disk TPS 2500S型热常数分析仪,在常温下开展热参数试验,探讨黄土热参数随含水率及干密度的变化规律。研究结果表明：黄土试样含水率一定时,干密度越大,其导热系数、比热容及热扩散系数也越大;黄土试样的导热系数和比热容随含水率的增大基本呈线性规律增大;当含水率较低时,热扩散系数随含水率的增大而增大;当达到一定含水率时,热扩散系数随含水率的增大而减小;继续增大含水率,热扩散系数趋于稳定。含水率对黄土热参数的影响程度大于干密度对其热参数的影响程度。在热工计算中,可根据土体含水率和干密度动态地选择热参数。

含喉部裂隙介质CO_2反应迁移的格子Boltzmann模拟研究663-671

摘要：CO_2地质封存是目前最经济、最可靠的CO_2减排技术之一,对CO_2反应迁移规律的研究具有重要的理论价值。采用Dardis多孔介质模型与已有的CO_2反应迁移模型耦合,对含喉部裂隙的复杂介质中反应迁移规律进行模拟研究。速度场的模拟结果表明,裂隙内的速度明显高于基质速度,在喉部中心线位置处速度达到最大值。溶解反应主要集中于入口段及裂隙的上、下边缘附近;受喉部的影响,喉部下游的裂隙边缘几乎不发生溶解反应。反应物H~＋在裂隙及喉部中的浓度明显高于在基质中的浓度;而生成物Ca~（2＋）的高浓度区则出现在下游基质区中。针对不同喉部位置的情况进行对比,分析其对反应率及组分浓度的影响规律。最后对含突扩孔的裂隙介质进行了模拟,发现其提高了裂隙内的速度及组分迁移,这与喉部裂隙介质内的规律正好相反。上述结果较好地说明了本模型具有模拟研究复杂裂隙介质内的CO_2反应迁移规律的能力。

特殊应力路径下岸坡饱和土体变形特性模拟672-677

摘要：库岸边坡土体受到库水位涨落的周期性影响,其受力过程可描述为在前期固结压力范围内有效应力的多次循环加卸载过程。通过室内应力路径三轴试验模拟土体孔隙水压力的循环加卸载,并通过对统一硬化模型的扩展和加卸载准则的修正,来预测土体的变形发展规律,研究结果表明：循环加卸载过程中,土体的体积变形呈周期性弹性变化,剪应变呈螺旋上升趋势且增幅随循环次数逐渐减小;卸围压屈服阶段,土体变形呈现体积膨胀的剪胀特征和剪应变增幅加快的脆变趋势,且土体剪切变形比常规三轴试验小很多即发生破坏;建立压缩曲线系数与加卸载次数的关系,并修正超固结土的加卸载准则,扩展后的统一硬化模型能够较好的预测特殊应力路径下岸坡饱和土体的变形特性。

干湿循环下膨胀土基质吸力测定及其对抗剪强度影响试验研究678-684

摘要：采用常规直剪仪对干湿循环作用下的非饱和膨胀土进行了不排水剪切试验,获得了不同含水率试样的总应力抗剪强度指标,可采用总黏聚力和总内摩擦角来反映土体的不排水抗剪性能;采用滤纸法测定了剪切完成后试样固定剪切面的基质吸力,结合直剪试验结果建立了全吸力范围内非饱和膨胀土的抗剪强度模型,通过试验对比验证了模型的合理性。干湿循环会显著降低膨胀土的不排水抗剪强度,其中对土体总黏聚力的削弱程度远大于对总内摩擦角的削弱程度。总应力抗剪强度指标与基质吸力的对数值近似为线性关系,土体抗剪强度随着基质吸力的增加而非线性增大,增大速率逐渐减小。试验结果表明,采用常规直剪仪和滤纸法开展干湿循环条件下非饱和膨胀土的抗剪强度研究是可行的。

地震动场地放大效应的时频特性分析685-695

摘要：为了详细研究均质及复杂非均质场地中地震动的放大效应,通过大型振动台试验获得原始试验数据,再采用傅立叶变换、时频分析与分段时频分析相结合的手段,对试验数据进行分析和处理。通过对试验结果的对比分析,发现当地震动沿竖直方向传播时,不仅地震动时程曲线的峰值会随场地高度的增加而逐步放大,其频率成分含量、主频段的频谱形状,以及整体地震动能量在时频平面上的分布,均会随着场地高度及各分层介质的不同而发生较大变化。与此同时,场地表面的倾斜程度、软弱夹层的厚度等因素也均对地震动的放大效应具有显著影响。通过以上研究,得到了一系列与地震动竖向传播放大效应相关的研究规律（包括PGA峰值特性、频谱特性、时频面上能量谱的分布特性等）。

基于PIV分析的含石量对土石混合体边坡破坏过程及模式的影响696-704

摘要：为了探明含石量对土石混合体边坡渐进破坏的影响,进行了5种不同含石量边坡的静力超载试验。在加载过程中测得作用于边坡顶部的力和位移,同时采集边坡侧面的高清图像。通过对比PIV（particle image velocimetry）分析结果与FLAC~（3D）数值模拟结果揭示了边坡在静力超载作用下的破坏过程并表明PIV分析结果能够体现土石混合体中砾石对剪切带的影响。对比不同含石量边坡的PIV分析结果,发现剪切带都呈＂y＂型,但含石量对剪切带的发展有重要影响。随着含石量增加,一方面剪切带受砾石影响而逐渐呈现偏转和曲折的特点,并发现剪切带发展过程中的两种＂绕石＂模式;另一方面,边坡破坏模式从整体破坏到局部分级破坏逐渐过渡,破坏模式的转折点位于含石量30%~53%的区间内。

灌注桩套管振动贯入引起的地面振动及隔振研究705-713

摘要：随着全套管振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但关于灌注桩套管振动贯入机制,特别是套管贯入引起的地面振动研究还不全面。在全面介绍了套管振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对套管振动贯入引起的地面振动规律及施工安全距离进行了详细研究。采用正交试验与数值模拟相结合的正交有限元法评价了各因素对施工安全距离的影响程度。研究结果表明：套管贯入过程中,地面振动主要沿水平向;在套管贯入初期,地面不会产生水平向峰值速度,当套管贯入到振动临界深度时,地面产生水平向峰值速度;地面水平向峰值速度随径向距离增大呈指数型衰减;施工安全距离随动力荷载幅值、接触面摩擦系数增大而增大,随振动频率、土体模量增大而减小。研究了隔振沟的填充材料、深度和宽度对隔振效果的影响,结果表明,无填充料的隔振沟隔振效果最好;隔振沟的宽度对隔振效果影响不大,其深度对隔振效果影响显著。

不同沉积年代泥岩卸荷力学特性试验研究714-722

摘要：鄂西渝东地区蕴藏着丰富的油气资源,纵向主要分布有侏罗系和志留系两套泥岩盖层,区域经历的抬升剥蚀过程会导致盖层破裂,影响油气保存。选取沉积于侏罗系沙溪庙组、桐竹园组以及志留系龙马溪组的3个典型区块泥岩,开展10~50MPa 5种围压下的三轴卸荷力学试验,探索卸荷对泥岩力学特性影响。研究表明：随卸荷围压增大,3类泥岩的卸荷效应均增强,侏罗系泥岩体现在卸荷变形增大,志留系泥岩主要体现在沿卸荷方向的侧向膨胀;对比常规三轴压缩试验中岩石破裂时的应力状态,卸荷得到的泥岩强度均上升,内摩擦角更大,泥岩侧压破裂系数呈负指数分布,随围压增大而减小,并且沉积时间短浅的泥岩在抬升剥蚀过程中更容易产生破坏;岩石破裂形态由岩石组构与应力环境共同决定,沙溪庙组泥岩的裂纹形态为单一剪切断面破坏,并且断口平缓,而桐竹园组泥岩与龙马溪组泥岩则随围压升高,由单一剪切断面向共轭剪切破坏过渡,其中桐竹园组泥岩断口平滑,龙马溪组泥岩断口则呈现锯齿状。

非均布荷载作用下煤岩力学强度特性试验研究723-730

摘要：考虑不同初始垂向应力、不同初始水平应力及不同应力转移速度条件,借助于自主研发的采动应力试验系统,研究了非均布荷载作用下煤岩体的力学强度特性。研究结果表明：煤岩外部损伤残余块体对煤岩内部力学承载能力具有强化作用,当初始垂向应力、初始水平应力、应力转移速度一定时,煤岩内部力学承载能力近似为煤岩外部力学承载能力的2倍;伴随初始垂向应力的增加,煤岩整体后期力学承载能力不断降低,且处于不同初始垂向应力范围,煤岩内、外部后期力学强度递减特征不同,当处于较小初始垂向应力范围时,煤岩外部后期力学强度递减量大于煤岩内部,当处于较大初始垂向应力范围时,煤岩外部后期力学强度递减量小于煤岩内部;初始水平应力越大,煤岩体的力学承载能力越高,且无论较小还是较大初始水平应力范围,煤岩内部后期力学强度增量总大于煤岩外部;伴随应力转移速度的增加,煤岩峰值强度不断升高,应力转移速度对煤岩内部区域力学性质的影响相对较大。

木质素加固黄土的工程性能试验研究731-739

摘要：黄土的水稳性较差,遇水容易产生崩解破坏,可造成黄土地区建筑物失稳。采用无侧限抗压强度试验、湿化崩解试验、单轴拉伸试验、三轴压缩试验和渗透试验,对木质素磺酸盐固化黄土的工程性质进行试验研究,探讨木质素磺酸盐加固黄土的可行性。试验结果表明,木质素磺酸钙可以改善黄土的工程性能,而木质素磺酸钠则相反;随着木质素磺酸钙掺量的增加,固化土的抗压和抗拉强度先增加后降低;含水率越小,密度越大,则固化土的强度越大;随着养护龄期的增长,固化土的强度先增加,而后趋于稳定。黄土在掺入木质素磺酸钙后,黄土的崩解特性显著改善,在掺量为1.0%和养护龄期为7 d时,几乎不发生崩解。木质素磺酸钙掺入土体后,渗透性降低。研究表明,木质素磺酸钙可显著改善黄土的工程性能。在工程应用中,建议在黄土中掺加1.0%的木质素磺酸钙,养护7 d。结合扫描电子显微镜观察,进一步分析木质素磺酸钙对土体工程性能产生影响的作用机制。木质素磺酸钙加固黄土的机制主要在于胶结土颗粒与填充孔隙两部分。

基于虚内键模型的三维均质岩石本构关系模拟740-746

摘要：基于虚内键模型,推导出三维条件下虚内键演化函数的四阶弹性张量,对虚内键密度演化函数中的两个参数进行研究,得出两参数对岩石对应力-应变全过程曲线影响的一般性规律,实现对均质大理岩试样应力-应变全过程曲线的数值模拟。数值结果表明,基于虚内键模型的均质岩石应力-应变全过程曲线与力学试验结果较为吻合。证明了用虚内键模型探讨岩石材料本构关系的适用性与可行性,为研究岩石本构关系提供了一个新思路。

变截面螺纹桩竖向承载特性试验研究747-754

摘要：变截面螺纹桩是一种新型地基处理桩型。通过室内模型试验和数值模拟,研究了变截面螺纹桩的竖向承载特性,比较分析了变截面螺纹桩与普通螺纹直桩和普通圆柱形光面直桩承载特性的差异,以及螺纹结构参数和地基土体参数对变截面螺纹桩竖向承载能力的影响规律。结果表明,变截面螺纹桩的螺纹结构及圆台形桩身能大幅度提高侧摩阻力;相同地层条件下,变截面螺纹桩桩身材料利用率（极限荷载除以桩身体积）是普通等截面螺纹桩的1.3倍左右,是普通圆柱形光面直桩的3倍左右;变截面螺纹桩的结构参数中,螺纹宽度、厚度、间距及桩身截面变化率是影响单桩竖向承载力的重要因素,在工程设计中应予以充分考虑。

功能组分对固化土早期强度的影响研究755-761

摘要：根据红黏土的特点,为解决其固化土早期强度低、水稳定性差等问题,提出了使用膨胀组分、早强组分、减薄双电层结构组分、防水组分等功能组分来提高硫铝酸盐水泥固化土的早期强度。通过单掺试验,优选出了硬脂酸铝、三乙醇胺、Fe（NO_3）_3和石膏作为土壤固化材料的功能组分,并通过正交试验,确定了功能组分的最优配方。在该配方下,固化土的7d无侧限抗压强度达到了8.60 MPa。利用XRD、SEM等微观表征,对比分析了掺入功能组分前、后固化土的矿物组成以及微观形貌结构变化,结果表明：适量的功能组分掺入有利于高强、难溶具有膨胀性的矿物晶体生成,从而提高固化土早期强度,但功能组分掺量过高,由于矿物晶体过多膨胀作用以及憎水膜的阻碍作用,改变了固化土的联结方式,使其早期强度降低。