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岩土力学 2017年第05期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

平面应变条件下原状黄土侧向卸载变形与强度特性分析1233-1242

摘要：基于平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪,在不同围压条件下对不同含水率黄土进行了侧向卸载平面应变试验,研究了平面应变条件下原状黄土的卸载强度、变形特性以及原状黄土的破坏方式。研究结果表明：不同固结围压条件下,各含水率原状黄土的侧向卸载应力-应变曲线均为硬化型,近似呈理想塑性曲线。剪切过程中,黄土的侧向与竖向变形呈非线性变化,侧向应变的发展要快于竖向应变,体积变形均为体胀。侧向卸载条件下土的破坏应变要比平面应变竖向加载和常规三轴试验小得多。黄土的卸载破坏强度与含水率、围压和球应力状态密切相关;随着含水率的增大,黏聚力衰减明显,内摩擦角略有减小。侧向卸载条件下,原状黄土呈剪胀滑移破坏形式。

支护失效对岩爆弹射破坏影响的真三轴试验研究1243-1250

摘要：利用自主研发的真三轴岩爆试验系统,以灰白色中晶粒花岗岩为研究对象,开展了不同失效支护力、支护失效时机及支护失效速率对岩爆弹射破坏的影响的室内试验。试验中,模拟了地下洞室支护失效前、后的围岩应力路径变化,利用高速摄像系统对岩爆破坏全过程进行追踪与弹射动能测试。结果表明,支护力越大,支护失效时岩爆的弹射动能越大;在轴向应力加载过程中,单面卸除最小主应力的时间越晚,即支护失效越迟,岩爆的弹射动能越大;支护失效速率越大,岩爆弹射动能越大;随着支护失效速率的增大,岩样的破坏模式由脆性开裂静态破坏向岩爆动力破坏转变。

土工平面应变仪压力室的改进1251-1257

摘要：现有的平面应变试验仪都不能很好地解决接触摩擦的问题,试验中土样与约束面板之间存在较大的摩擦力影响变形测量的准确性。在总结平面应变仪发展历程的基础上,根据加载方式将平面应变仪分为4类,分析了现有的平面应变试验仪的特点和存在的问题;介绍了一种改进的平面应变仪的压力室。改进后的压力室在前、后约束面板与土样之间分别增设一层厚约3 mm的密封水膜。在试验过程中,包裹土样的橡皮膜与密封水膜的硅胶膜紧密贴合而不直接与面板贴合,可以消除土样与面板之间的摩擦。同时,新型的压力室还可应用于土样变形数字图像测量系统,实时测量土样表面的变形分布,可以比较精确地测量土样的表面变形、剪切带的形成过程及特征。分别使用改进的压力室和未改进的压力室对福建标准砂进行平面应变试验,前者测得的应力-应变关系曲线的峰值比后者低约60%。制备相同干密度的土样分别进行不同围压条件下的三轴试验和平面应变试验测取土样的抗剪强度,使用改进压力室得到的抗剪强度参数与三轴试验测得的结果很接近,而使用未改进的压力室测得结果则明显不合理。

花岗岩巷道岩爆声发射信号主频特性试验研究1258-1266

摘要：利用双轴伺服试验机开展花岗岩巷道岩爆模拟试验,采用声发射系统获取岩爆全过程的波形信号。基于频谱分析理论,研究岩爆孕育、发生全过程的声发射信号主频特性。研究结果表明：双轴加载条件下花岗岩巷道岩爆声发射主频分布区间为0.4～110 kHz,其中99%以上的主频值集中在35～65 kHz。声发射信号主频的分布随岩爆演化可分为3个阶段：（1）岩爆孕育前期,大部分主频值集中在35～65 kHz和15～25 kHz区间,且有一定数量接近0.4 kHz的低频值出现,极少出现接近110 kHz的高频值;（2）岩爆孕育中期,主频值集中在35～65 kHz区间,接近0.4 kHz的低频值基本消失,少量接近110 kHz的高频值开始出现;（3）岩爆发生阶段,35～65 kHz区间内的主频数量骤减,接近0.4 kHz的低频值极少出现,接近110 kHz的高频值密集出现。研究结果为优选声发射监测频段提供了方法和依据,且对巷道岩爆的监测预警工作具有重要理论意义。

黏土黏附力试验研究1267-1272

摘要：座落于黏土地基上的结构物在起浮或上拔过程中将受到地基对其的抗拉阻力。黏土对结构的黏附力是地基抗拉阻力的组成部分,其值的选取对地基抗拔承载力的确定有重要的影响。为了研究黏附力的发展规律和影响因素,改进了组合测盘,将内测盘底部和外界空气相通,从而消除孔隙水压力对黏附力的影响,并采用该测盘测量黏土在不同含水率、不同拉拔速率下的黏附力。试验结果表明,黏土对基础的拉拔应力随着基础拉拔位移的增加而线性增加,达到黏附力后将迅速消失。黏附力在含水率较小时为0,当土体的含水率超过塑限后黏附力开始增加,增加到峰值后下降,最后衰减到一个稳定值。相同拉拔速率下含水率变化时黏附力的峰值随拉拔速率的增加而增加,其对应的含水率随拉拔速率的增加而降低。相同含水率下,黏附力随拉拔速率的对数呈S型曲线变化。黏附力和土体不排水抗剪强度之间的比值随含水率的增加而增加。以上研究结果为深入理解黏附力变化规律并指导工程实践提供了依据。

含水率对路基压实土小应变剪切模量的影响规律1273-1280

摘要：运营期内路基土的含水率会由初始碾压含水率逐渐增大至平衡含水率,含水率的变化将会导致路基土路用性能的演化。结合已有文献中压实土剪切模量随含水率变化的实测结果与室内补充试验数据,研究了不同条件下含水率及压实度对压实土剪切模量的影响规律。结果表明：压实度不变时,路基土剪切模量随含水率的增加而减小,且压实度越大,剪切模量降低得越快;在低含水率下,剪切模量随压实度的增大而增加,但在较高含水率下,剪切模量随压实度先增加后降低,且峰值模量对应的压实度随含水率的增加而减小;峰值剪切模量对应的含水率略小于最大干密度对应的最优含水率;压实土剪切模量随稠度呈先增大、后减小的趋势,但不同黏粒含量的土体获得峰值剪切模量的稠度状态不同,且峰值模量对应的稠度与黏粒含量具有良好函数关系。

考虑滑道坡度和宽度的滑坡模型试验研究1281-1288

摘要：通过开展小尺寸的室内模型试验,研究了在不同滑道坡度和滑道宽度下,滑坡-碎屑流的运动和堆积特性。试验结果发现：斜坡坡度增大时,对于细颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均变大;对于粗颗粒堆积体,其冲程和平面覆盖面积均先变大后变小;两者的堆积宽度均减小、堆积厚度均增加。滑道宽度对滑坡运动影响显著,滑道宽度增加时,其冲程出现小幅度的增加,而平面覆盖面积和堆积宽度均出现较大幅度的增加,堆积厚度则变小;滑道出口宽度对滑体最终堆积范围影响显著,而滑道入口宽度的影响则相对较小。试验研究成果为滑坡-碎屑流堆积范围及堆积形态影响因素的探究提供了一定的理论参考价值。

原生裂隙水压致裂原地应力测量的理论与实践新进展1289-1297

摘要：HTPF法测试所需的数目众多的原生裂隙面大大制约了这种方法的推广应用。针对这一问题,通过为原生裂隙面上广泛存在的剪应力建立力学方程,利用最小二乘法和计算机程序试错搜索原生裂隙面摩擦系数的办法反演原地应力张量。理论上基于每个原生裂隙面的水压致裂测试结果可以建立两个力学方程,那么只需要3条原生裂隙就可以求解原地应力张量,但为了保证计算机程序反演收敛,至少需要5条原生裂隙,这一方法被定名为M-HTPF法。将这种方法在山东某科研钻孔的原地应力测量作业中进行了应用,通过利用5条原生裂隙面上的水压致裂测试得到的关闭压力和方位角数据,反演得到原地应力张量：σ1=8.85 MPa,方位角为N58.12°W∠14.18°;σ2=6.61 MPa,方位角为N26.2°E∠-21.54°;σ3=5.01 MPa,方位角为N62.86°E∠63.86°。通过与同一钻孔内的经典水压致裂法的测量结果对比可知,两种方法得到的最小主应力和中间主应力非常接近,最大主应力则相差较大;两种方法获得的最大、最小主应力方位角基本一致。该方法为单孔三维水压致裂原地应力测量提供了新的思路和途径。

基于BOTDR的光纤应变与顶板沉降变形关系的模型构建与试验研究1298-1304

摘要：可以实现分布式、长距离、实时监测的BOTDR监测技术已在土木工程领域得到了较为广泛的应用,但在岩土工程领域的应用研究起步较晚,相关技术还有待于进一步完善。以布里渊BOTDR的巷道/隧道应变监测技术为基础,研究了沿巷道轴向进行一维布设的光纤应变测量值与隧道顶板沉降变形之间的关系。首先,根据巷道/隧道顶板的变形规律,建立了光纤沿巷道/隧道轴向发生的应变与巷道/隧道顶板的沉降变形之间的数学模型,即圆弧模型、抛物线模型和三角形模型。其次,对巷道/隧道顶板的沉降变形与光纤应变之间的关系进行了试验研究。对比分析表明,理论计算值与试验值具有很好的一致性。利用圆弧模型、抛物线模型和三角形模型等3个计算模型,可以将光纤应变与顶板沉降联系起来,这对于BOTDR技术的应用与推广具有重要的理论意义和工程实用价值。

残余强度状态下原状滑带土蠕变特性试验研究1305-1313

摘要：三峡库区许多古滑坡在重力等内、外地质营力作用下呈现出长期而缓慢的变形特征,具有明显的蠕变属性。复活型古滑坡的滑带常处于残余强度状态,其运动特征主要受滑带土力学性质和应力状态控制,研究原状滑带土在残余强度状态下的蠕变特性,对于了解复活型古滑坡滑动机制及预测其运动趋势具有重要意义。针对三峡库区黄土坡滑坡原状滑带土开展环剪试验,研究了不同应力水平条件下滑带土在残余强度状态下的蠕变变形规律。结果表明,滑带土的蠕变速率与剪切应力比R（CSR）（蠕变剪切应力与残余强度的比值）呈正相关变化,当R（CSR）接近蠕变阈值1时,滑带土等速蠕变明显,部分试验条件下继而发生加速蠕变,在相同R（CSR）条件下,土样法向应力越大,其蠕变速率也越大。采用Burger模型对蠕变过程进行模拟,获取了模型的各参数。通过分析滑带土等时蠕变曲线,获得滑带土长期抗剪强度约为0.95倍的残余强度。此外,滑带土蠕变速率受固结时间影响,蠕变速率随固结时间增加而减小,滑带土剪切强度随着固结时间和剪切位移的增加可发生一定程度的恢复。

初始剪应力对饱和粉土液化大变形特性的影响1314-1320

摘要：由于斜坡场地存在初始剪应力的作用,在强地震动作用下比水平场地更易发生液化大变形破坏,研究初始剪应力对土体液化大变形特性的影响是必要的。以饱和粉土为研究材料,开展了一系列单幅剪应变达到50%的循环扭剪试验。试验结果表明：在初始剪应力和循环剪应力的共同作用下,饱和粉土试样均发生孔压达到有效围压的零有效应力状态现象,累计变形呈平缓—急剧的发展模式,土体大变形的产生机制可区分为2种：循环液化和应变累计。随着初始剪应力比的增加,饱和粉土的循环强度呈现先减小后增大的特征,且在初始剪应力比接近循环应力比CSR时其循环强度最低。

基于修正Lemaitre应变等价性假设的岩石损伤模型1321-1326

摘要：基于损伤力学和损伤阀值的概念,认为岩石在较小应力状态下为弹性阶段。当应力达到屈服状态时,发生连续损伤;而当完全损伤时,其应力-应变具有残余强度的变形特征。在此基础上,采用三参数Weibull分布描述岩石损伤演化机制,同时对Lemaitre应变等价性假设进行修正,考虑岩石内部损伤后沿着局部断裂带发生相对滑动变形所产生的滑动摩擦力,最终建立起新的岩石损伤模型。通过与试验结果进行对比分析,结果表明,所建立的损伤模型能够准确地描述岩石在低应力水平下的弹性变形和残余强度变形特征,在实际的工程中具有广泛的适用性。

非连续循环荷载作用下岩盐力学特性试验研究1327-1334

摘要：运用多功能试验机首次开展岩盐非连续疲劳试验,研究了时间间隔作用下的岩盐的力学特性（包括变形和弹性常数）的演化规律。试验结果显示：（1）与常规疲劳情况不同,间隔疲劳过程中时间间隔后的循环产生的轴向残余应变总大于时间间隔前的残余应变,且径向和体积残余应变呈现出与轴向相同的规律。（2）时间间隔后的循环内弹性模量总体大于时间间隔前的循环内弹性模量,但泊松比随时间间隔变化不明显,时间间隔前、后均呈相似的上升趋势。（3）间隔疲劳过程中的时间间隔对塑性变形的积累有加速效应,时间间隔越长,疲劳过程中残余应变积累越快,岩盐疲劳寿命越短。（4）循环过程中无应力静置时间间隔的出现,为岩盐内部结构的整体调整提供了时空条件,有利于晶粒在残余应力作用下归位并产生新的滑移面,后续加载时晶粒回到原应力峰值对应位置将耗散更少能量,宏观上表现为塑性变形的加速积累,岩盐更容易发生疲劳破坏,疲劳寿命降低。

两种典型桩板墙地震响应特性的对比分析1335-1342

摘要：土工结构的震害调查表明,桩板墙具备优良的抗震性能,安装锚索之后效果更佳。尽管如此,目前关于桩板墙的研究大多数集中于静力方面,对于动力响应情况和抗震工作机制的研究较少,关于两类典型桩板墙,即桩板墙和锚索桩板墙的地震响应特性的对比研究未见报道。基于此,将桩板墙和锚索桩板墙进行了同台的大型振动台模型试验,对比分析了两种结构的地震响应特性。试验结果表明：两种结构的土压力、锚索拉力和桩身位移地震时程响应规律均与输入的地震动参数密切相关,如曲线形状和变化趋势,并且它们的峰值出现时刻与地震动加速度峰值出现时刻基本一致。锚索的安装,能更好地保持边坡的稳定性和有效限制桩身变形,尤其是在高地震烈度区,当土体非线性增强时,优势体现愈发明显,即预应力锚索会产生减小桩身位移的效果,特别是当地震系数为0.4时,普通桩板墙的位移达到预应力锚索桩板墙的2.4倍。此外,锚索拉力的施加,能够使桩对土体产生＂主动＂的反压力,两种结构在静力和地震系数为0.1的工况下桩背所受的滑坡推力基本一致,嵌固段土体抗力的差距也不明显,实测点强度的最大差异不超过20%,说明锚索的作用没有得到充分发挥;但当地震系数大于等于0.2后,锚索作用开始体现,桩土变形的协调性更好,桩背与滑体的相互作用力增大,土体抗力较桩板墙大幅度减小,更有利于边坡的稳定。同时,锚索拉力的作用使结构的悬臂段桩身内力较大,在进行结构设计时,相比于普通桩板墙,锚索桩板墙应加强悬臂段,可以适当弱化嵌固段。分析成果可供高烈度地震区桩板墙的抗震设计、灾后恢复重建及今后相关规范修订参考。

掺有橡胶粉末砂土液化特性的动三轴试验研究1343-1349

摘要：由于重度小、渗透性强,橡胶粉末常作为边坡、路基和挡土墙的填料,以代替部分砂土,从而提高挡土墙的安全性,并减少砂子的用量。在地震或交通荷载作用下,掺有橡胶粉末的砂土动力学特性,包括应力-应变关系曲线、孔隙水压力累积规律、动剪切模量和抗液化能力方面的研究亟需开展。借助CKC循环动三轴仪,开展饱和不排水条件下掺有橡胶粉末的砂土试样的动力学特性研究,重点评估掺入的橡胶粉末对试样的抗液化性能的影响。研究结果发现,掺有不同粒径橡胶粉末的砂土对应力-应变关系、孔隙水压力的影响非常显著,同时发现,粒径较大的橡胶粉末可以极大地提高试样的抗液化能力。另外,发现掺入量越大,对抗液化能力的提高越明显,且随着掺入量的提高,表现出与常规砂土液化不同的破坏模式。研究结果进一步明确了掺有橡胶粉末的砂土动力特性行为,为橡胶粉末在工程实践中的应用提供了技术依据。最后,对橡胶砂土混合的微观机制进行了解释。

不同有效应力下矿山渗滤液对土工合成黏土衬垫渗透特性影响的试验研究1350-1358

摘要：以模拟矿山渗滤液作为渗透溶液,使用柔性壁渗透仪,在不同有效应力条件下测定土工合成黏土衬垫（geosynthetic clay liner,GCL）的渗透系数。试验结果表明：矿山渗滤液作用下GCL渗透系数升高的幅度与其所受有效应力的大小紧密相关;当有效应力为24 kPa时,矿山渗滤液的渗透使GCL的渗透系数升高至1.52810-′m/s,比控制样（自来水渗透）的渗透系数高340倍,不能满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制规范》对防渗层渗透系数的要求（k≤1.0910-′m/s）。而当有效应力为93、162、231和438 kPa时,矿山渗滤液的持续作用使GCL的渗透系数只分别升高了26、21、14和10倍,且全部满足规范要求。研究结果表明,在对矿山废弃物处置场中GCL的防渗性能进行评估时,必须考虑GCL试样在场地中的受力状态。

一种长期观测资料确定弱透水层参数的方法1359-1364

摘要：弱透水层是含水层系统的重要组成部分,要准确计算弱透水层释水量和变形量需事先确定弱透水层的渗透系数和贮水率值。基于一维含水层系统概念模型,在相邻含水层降深随时间线性增大的边界条件下,推得了无量纲形式的弱透水层降深解析解,分析了弱透水层中滞后降深消散规律。根据水量均衡方程得到了弱透水层累计压缩变形量随时间变化的标准曲线,并提出了一种配线法用以确定弱透水层的渗透系数和贮水率,该配线法能够反映弱透水层释水变形过程的滞后性。以上海含水层系统为例,运用配线法确定了f（10-7）分层标处第2弱透水层的渗透系数为4.26×10（-10）m/s,贮水率为2.22×10（-4）m（-1）。对于具有长序列变形和水位观测资料的含水层系统,该方法具有一定的适用性。

基于实时矢量剪切的三维地质体模型序贯剖面可视分析方法1365-1372

摘要：三维地质模型是地质结构、成分、构造和地质数据在三维可视化空间的有效载体。而基于矢量剪切技术的地质切片,可以直接从三维地质体模型上快速提取纵横交错的虚拟地质剖面,直观地显示地下某一位置的地层结构及地质构造的空间形态。但孤立的地质剖面不能很好地表征地质结构、构造及地质现象的空间连续变化。为此,提出了一种基于实时矢量剪切的三维地质体模型的序贯剖面可视分析方法。运用基于多线程的实时矢量剪切技术,分别完成每个虚拟剖面的地质结构、构造和属性特征的布尔运算,生成具有空间拓扑结构和属性特征的可视化地质切片;依次生成整个地质体模型的多组序贯剖面,最终实现对三维地质模型的结构进行连续、动态显示。通过定制界面进行扫描方向、线程、剖面帧数等参数的控制,具有很好的灵活性、可控性和自动化程度,实现了对三维地质模型的实时、多角度序贯剖面的动态扫描,使得地质空间可视化分析更加直观、高效、灵活。