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岩土力学 2017年第04期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

考虑渗滤效应的砂土介质注浆扩散规律研究925-933

摘要：在对砂土介质渗透注浆过程中,砂土骨架颗粒对水泥颗粒产生滤过作用,导致水泥颗粒发生不均匀扩散,称之为渗滤效应。采用Kozeny-Carman模型,分析了渗滤效应对砂土介质孔隙率、渗透系数及水泥浆渗流速度的影响;应用自主研发的恒压注浆装置,研究了不同颗粒级配砂样在不同注浆参数下注浆量的变化规律,然后通过多元回归获得了水泥浆扩散距离的函数关系式。试验结果表明,渗滤效应对水泥颗粒滞留封堵的影响较大,水泥颗粒质量分数是影响浆液扩散距离的主控因素。依据达西渗流定律和回归关系式分别得到了考虑渗滤效应和忽略渗滤效应时水泥浆扩散距离的理论值,并与试验值进行比对分析,结果表明,忽略渗滤效应的理论值存在较大误差。所得结论可指导注浆设计,对类似工程具有借鉴意义。

真三轴条件下Q3原状黄土的吸力变化特性研究934-942

摘要：为了研究非饱和土在复杂应力作用下的基质吸力变化特性，利用非饱和土真三轴仪，对不同初始基质吸力的非饱和原状黄土进行了常含水率等向固结和不同中主应力比值b应力路径的剪切试验，研究了非饱和原状黄土在真三轴应力条件下的吸力变化特性。研究结果表明：等向固结过程中吸力随着时间的增大而减小，且随着初始吸力和净平均应力的增大，吸力的减小速率越快，吸力变化量越大；等向固结完成后吸力小于初始吸力。剪切过程中吸力随时间的增大呈微小降低或保持不变后较快上升趋势，随着净围压或b值的增大，吸力上升段增长较快，吸力增量越大；剪切完成后吸力大于等向固结完成后的吸力。常含水率真三轴加载作用下黄土的基质吸力变化与净围压和中主应力比值b的不同组合密切相关。

石膏岩淡水浸泡软化试验研究943-950

摘要：为了研究隧道施工过程中水对石膏岩的软化作用规律，以三叠系下统嘉陵江组地层中的石膏岩为研究对象，进行了不同时间的淡水浸泡软化试验研究，对石膏岩单轴抗压强度、抗剪强度、弹性模量以及泊松比随浸泡时间的变化规律进行分析。研究发现：随着浸泡时间的增长，石膏岩的单轴抗压强度、抗剪强度和弹性模量呈负指数下降趋势，而泊松比在一定条件下呈线性增加趋势；在损伤力学基础上，推导出了基于时间因素的石膏岩软化损伤演化方程，揭示了脆性系数与软化损伤变量之间的关系，建立了石膏岩在不同淡水浸泡时间下的软化深度模型，可用于判别穿越石膏层隧道开挖过程中围岩在地下水作用下的软化区域。

超固结软黏土的静止土压力系数与不排水抗剪强度951-957

摘要：通过应力路径三轴试验对不同超固结比下饱和软黏土的K0系数及K0超固结软土的抗剪强度进行了研究,提出了超固结软土的K0系数计算公式,基于各向异性屈服准则推导了K0超固结软黏土的不排水抗剪强度,并与试验结果对比证明了计算公式的有效性。分析表明,常用的Mayne-Kulhawy K0系数计算公式过高地估算较大超固结比OCR时的K0系数,同时所提出的K0超固结软黏土不排水抗剪强度公式通过考虑土体K0系数随OCR的变化,避免了假设以有效上覆压力表示的回弹线斜率为常数所存在的问题。通过与试验结果对比表明,该公式能较好地预测K0超固结土体的不排水抗剪强度。

多次温度循环对能量桩桩顶位移影响分析958-964

摘要：能量桩是一种在承载上部建筑荷载的同时获取地热能源的新技术。但目前对于能量桩在冷、热循环过程中尤其多次冷、热循环情况下的热力学效应研究较少。基于模型试验方法,针对预埋钢管单U型新型能量桩,开展工作荷载作用下多次冷、热循环时的传热特性和承载特性,尤其是桩顶位移变化规律的研究;并开展无荷载作用下单次冷、热循环试验进行分析。试验结果表明,冷、热循环引起的桩体热应变,在加热时桩体内部产生压应力,而在制冷时桩体内部产生拉应力,同时温度引起桩侧不同部位分别产生正摩阻力和负摩阻力。相较于工作荷载,无荷载作用下加热会使桩体位移上升约41%,而一次加热与制冷循环作用后,无荷载作用下桩顶残余位移约为工作荷载作用下的10%。多次冷、热温度循环会导致桩体沉降不断积累。

土石混填体抗剪强度特性及影响因素的试验研究965-972

摘要：土石混填体是一种由土体和块石混合形成的非均质散体材料,其抗剪强度特性主要受含水率、含石量、颗粒级配及压实度等因素的影响。基于室内大型直剪试验,在前人研究的基础上,考虑级配参数的影响,通过控制试样质量与体积达到试验所需的压实度水平,分析了各主要参数对土石混填体抗剪强度的影响规律。试验结果表明：在级配良好的情况下,随不均匀系数的增大,土石混填体抗剪强度先增加后减小,不均匀系数在22.99左右时取得峰值,而曲率系数对其影响较小;土石混填体的抗剪强度分别随着含石量、压实度的增加而不断增加,但当压实度超过92.5%后增加趋势变缓。随着含水率的增长,其抗剪强度先增加后减少,在最优含水率附近时达到峰值。基于Matlab多元线性回归分析,得出了各因素对土石混填体抗剪强度影响程度的主次顺序为：含石量〉含水率〉压实度〉不均匀系数〉曲率系数,通过非线性回归分析得到了其抗剪强度关于各因素的拟合公式,且相关指数R2大于0.9。

一种考虑显热和潜热双重效应的冻土比热计算方法973-978

摘要：对土在冻结过程中孔隙水的相态演变过程进行了分析,并在研究显热、潜热物理本质的基础上,将冻土进一步划分为冻结土和冻实土。根据潜热的物理意义指出,随土温从一般地温逐渐降低至较大负温,土的比热应该分段计算,即分为融土阶段、冻结阶段和冻实阶段。在融土阶段,孔隙水始终为液态;在冻结阶段,存在可以进一步冻结为冰的液态水;在冻实阶段,不再存在进一步可能冻结为冰的液态水。因此,冻结土的进一步降温将同时伴有显热释放和潜热释放。而在冻实土中,进一步的降温只伴有显热释放。在此基础上,基于混合物比热容的加权叠加法则,研究了冻土的比热构成,给出了涵盖潜热的冻土比热计算方法。

天津滨海软黏土动力累积塑性变形特性与增长模型979-984

摘要：为了研究了循环动应力、初始静偏应力、固结比、振动频率共同作用对软黏土累积塑性应变的影响,以天津滨海新区临港工业区的浅海-滨海相软黏土为研究对象,利用GCTS循环扭剪三轴仪对其进行一系列循环三轴试验。试验结果表明,循环动应力增加、振动频率降低,能加快软化指数的衰减速率;初始静偏应力和固结比的增加,可提高软黏土抵抗循环动荷载的能力,减缓软化指数的衰减速率。综合考虑以上4种因素对软化指数随累积塑性应变发展变化的影响,总结得到了不同影响因素下软化指数与累积塑性应变之间的经验公式。结合以往学者对软化指数和循环荷载振动次数的相关性研究,以软化指数为桥梁,最终建立了针对天津滨海软黏土累积塑性应变的增长模型,并对模型的适用性进行了验证。

砂土中桶形基础吸力值的设定范围985-992

摘要：吸力桶形基础沉贯与所施加的吸力密切相关,吸力值设置太小会导致吸力基础沉贯速度过慢,施工效益降低;吸力值设置太大将产生较高的桶内土塞,吸力基础下沉不到预定位置,从而使其承载力达不到设计要求,或引起砂土地基产生管涌破坏,因此必须确定合理的吸力值以满足工程建设需要。通过吸力桶形基础的静力平衡条件获得了沉贯所需最小吸力值;根据桶壁底部土体破坏特性,并依据Hencky应力方程建立了桶壁内、外侧土体之间的有效应力表达式,求解了土塞加速上升时的临界吸力值;基于吸力桶形基础内部砂土的管涌破坏机制确定了最大吸力值,结合最大和最小吸力的理论公式得到了吸力桶形基础的最大沉贯深度。最后,采用实例数据验证了所提出的最小、临界和最大吸力理论公式的合理性。

考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究993-1002

摘要：与实心桩相比,由于土塞与管桩内壁复杂的相互作用,开口管桩的桩-土动力相互作用问题更为复杂。因此,需深入研究考虑土塞效应时的管桩-土体动力相互作用问题。首先,考虑管桩的横向惯性效应及其黏性性质,采用Rayleigh-Love动力杆件模型和附加质量模型建立了桩侧土-管桩-土塞系统的纵向振动控制方程。进一步,采用积分变换和阻抗函数传递技术,分别得到了任意荷载形式下管桩桩顶速度频域响应的解析解以及半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。最后,通过与现有解及模型试验的对比研究验证了理论解的合理性,并研究了管桩设计参数对桩顶纵向振动特性的影响。结果表明,当管桩其他设计参数不变时,管桩截面尺寸越大或长度越小时,应力波传播过程中的弥散效应越明显。对于同样外半径的管桩,壁厚越大时,越容易检测到土塞顶部界面及桩尖传来的反射信号,就能对管桩的施工质量进行更为合理的评价。

地铁列车荷载作用下饱和土中圆形衬砌隧道和轨道系统动力响应分析1003-1014

摘要：为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,采用解析法建立了饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构耦合分析模型,用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟地铁列车,用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质理论模拟土体,用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成两层叠合梁单元,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例对比了饱和土体模型和弹性土体模型动力响应的差异,分析了饱和土渗透系数、荷载移动速度和自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响。结果表明：当土体渗透性较差时,饱和土位移响应与相应的弹性土位移响应区别明显,土体模型对轨道结构响应影响较小;随着渗透系数的降低,饱和土体孔压增大;荷载移动速度和自振频率对轨道结构和土体动力响应影响显著。

分散性土蠕变特性试验研究1015-1022

摘要：采用三轴蠕变仪对宁木特水利枢纽工程黏土心墙的分散性土进行三轴固结排水试验,研究分散性土在不同初始条件下的蠕变变形规律,并获取蠕变模型及蠕变参数。试验结果表明,分散性土具有明显的非线性蠕变特征,蠕变过程可以分为瞬时弹塑性变形、衰减蠕变变形和稳定蠕变变形3个阶段;含水率、围压和偏应力水平对分散性土蠕变速率和蠕变量有显著的影响;应力-应变等时曲线具有明显的非线性特征。采用Singh-Mitchell蠕变模型和Mesri蠕变模型描述分散性土的蠕变特性,与试验数据对比表明,Mesri蠕变模型能够比较准确而方便地描述分散性土的蠕变特性,且模型具有参数少、适用性较强的特点。

三轴加载下煤岩脉冲水力压裂扩缝机制研究1023-1031

摘要：为了研究煤岩脉冲水力压裂扩缝机制,利用三轴加载脉冲水力压裂试验系统,分别从改变脉冲频率和压裂液黏度两个方面对煤岩进行了水力压裂室内试验。试验结果表明：脉冲压力和声发射对压裂过程的响应情况可将煤岩脉冲水力压裂扩缝过程分为零散萌生、均匀扩展、突变贯通和破裂终止4个阶段,其中声发射定位点空间展布的平均速率在均匀扩展和突变贯通阶段较零散萌生阶段分别提高了4.6倍和9.6倍;声发射b值曲线的趋势显示,均匀扩展阶段煤岩内部以小尺度的微裂纹破裂为主,突变扩展阶段煤岩内部出现了较大尺度主裂缝扩展,并且部分b值曲线呈现出山脊线状与阶梯状相结合的特点;在达到最佳压裂脉冲频率前,高频脉冲压力作用的煤岩,扩缝过程的均匀扩展阶段和突变贯穿阶段的延续时间比低频对应的延续时间短;随着压裂液黏度增高,扩缝过程均匀扩展阶段的延续时间呈缩短趋势,但突变贯穿阶段的延续时间却有增长的趋势。

深部巷道围岩分区破裂的非线性连续相变模型研究1032-1040

摘要：深部巷道围岩中会形成分区破裂现象。围岩分区破裂的形成过程可以看作是围岩内部结构的连续相变过程,因此,连续相变模型可以描述分区破裂的主要特征。基于文献[15-16]中利用连续相变理论,结合经典弹塑性理论建立了围岩分区破裂的非线性相变模型。运用相平面分析法研究了非线性连续相变模型方程的解的性质,得到了非线性解的3种形式。用数值方法求解了非线性连续相变模型方程,并与线性相变模型的解进行了比较,展示了非线性模型能够更好地描述围岩变形的空间分布。最后分析了非线性模型方程中各系数对方程解的影响及其物理意义,其研究结果对于应用非线性连续相变模型模拟分区破裂具有指导意义。

水-力耦合条件下膨润土-砂混合物的体变特性研究1041-1051

摘要：在高放核废物处置库中,膨润土-砂混合物是一种可选的缓冲回填材料,掌握其在水-力耦合条件下的体变特征对正确评价处置库的长期安全性有重要意义。按照不同的石英砂掺量（0%-50%）配制了6组膨润土/砂混合物,依次进行了单轴侧限压缩、有荷膨胀（轴向应力为0.2 MPa）和饱和再压缩试验,获得了混合物在不同水-力路径下的变形特征,并着重分析了砂掺量的影响。结果表明：（1）膨润土-砂混合物的压缩性与掺砂量、饱和状态和密实度有关。在非饱和及密实度较低（ρd〈1.7 g/cm3）的条件下,混合物的压缩指数随砂掺量的增加近似线性减小;当混合物压缩到较高的密实度（ρd〉1.7 g/cm3）并且饱和后,压缩指数受掺砂量的影响不明显,但其值远小于非饱和及低密实度状态。（2）混合物的最终膨胀率随着掺砂量的增加呈指数减小,随膨润土有效干密度的增加而呈指数增加。掺砂量达到40%时,膨胀过程伴随有体积回落现象,且体积回落率随砂掺量的增加而加剧。（3）混合物在不同水-力路径中及不同砂掺量条件下呈现的体变差异性与膨润土和砂在试样中的分布状态及二者对土体骨架的主导作用有关,总体上,掺砂量越高或试样密实度越大,砂对体变的主导作用越强。（4）混合物的膨胀力随掺砂量的增加而减小,通过引入膨润土有效干密度参数,建立了混合物膨胀力与该参数间的指数定量关系,可对膨胀力进行预测,并从蒙脱石的体积变化率与质量分布率的角度进一步分析了混合物膨胀力的作用机制。

含软弱夹层顺层岩质边坡传递函数及其应用研究1052-1059

摘要：基于大型振动台模型试验及传递函数理论,对含软弱夹层顺层岩质边坡的绝对传递函数和相对传递函数进行了对比分析,探讨了两种传递函数计算边坡动力特性参数的准确性,并对利用传递函数估算边坡频域动力响应的可行性进行了研究。研究结果表明,采用坡面及坡内加速度时程计算得到的传递函数曲线形态相近,幅值差别较小;相对传递函数实部比绝对传递函数实部小1,绝对传递函数和相对传递函数虚部重合,且两种传递函数虚部峰值两侧对称性较好,利用传递函数虚部计算边坡动力特性参数准确性较高。在频率大于10 Hz部分,相对传递函数模趋于1,绝对传递函数模趋于0。利用两种传递函数虚部及相对传递函数模计算得到的边坡固有频率十分接近。两种传递函数模计算得到的阻尼比比较准确,计算结果表明,含软弱夹层顺层岩质边坡的阻尼比大于均质岩质边坡。利用两种传递函数虚部及模计算得到的含软弱夹层顺层岩质边坡加速度振型相同。利用绝对传递函数估算含软弱夹层顺层岩质边坡频域动力响应的准确性高于相对传递函数估算结果。利用传递函数对输入地震动的频谱特性进行修正有利于保证含软弱夹层顺层岩质边坡动力响应研究输入机制的合理性。

热-水-力耦合作用下非饱和土变形特性的弹塑性模拟1060-1068

摘要：在已有的非饱和土水-力耦合模型基础上,耦合考虑温度影响,建立了一个热-水-力耦合作用下非饱和土弹塑性本构模型。该模型以土骨架平均应力、修正吸力和温度为应力状态变量,以土骨架应变、饱和度和熵为应变状态变量。通过引入与温度相关的屈服面（LY、TY）以及相应的硬化规律来考虑温度对土体变形的影响。利用建立的模型,对文献中不同吸力和温度条件下的等向压缩和三轴排水剪切试验进行预测,预测结果表明,该模型能够较好地定量描述热-水-力耦合作用下非饱和土的变形特性。

无限倾斜填土非竖直墙背条件下地震主动土压力计算1069-1074

摘要：计算地震条件下主动土压力的大小是挡土墙设计的重要内容之一,为了进一步拓展经典朗肯土压力适用范围,基于拟静力法和经典朗肯土压力分析思想,依据挡土墙后面无限倾斜填土受力状态,选取菱形微小单元体为研究对象,采用应力摩尔圆对单元体进行应力状态分析,在此基础上推导了无限倾斜填土非竖直墙背条件下地震主动土压力计算公式。分析结果表明,经典的朗肯土压力公式和倾斜填土面黏性土朗肯主动土压力公式只是该公式在静力条件下的特例;与现有多种地震主动土压力计算公式的结果进行了对比分析,发现该公式与Mononobe-Okabe公式的计算结果基本一致,与其他几种方法的最大差值不超过10%。此外,还分析了填土内摩擦角、黏聚力和竖向地震系数对地震主动土压力系数的影响规律。