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岩土力学 2017年第06期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

不同双向侧压作用下TBM滚刀侵入破岩特征及效率研究1541-1549

摘要：为研究不同双向围压条件下TBM滚刀破岩特征及效率,基于真三轴试验平台进行了滚刀顺次侵入试验,并利用形貌扫描仪对滚刀侵入后形成的破碎坑形态及体积进行了分析。结合裂纹发育及滚刀破岩效率分析,结果表明：当较小围压（Sig_1）一定时,随着围压差的增大,虽然TBM滚刀侵入过程中的侵入能量逐渐增大,但其形成的破碎坑体积也随之增大,进而导致其破岩效率的增大。当较大围压（Sig_2）一定时,随着较小围压的增大,其侵入能量也随之增大,但其破碎坑体积随之减小,进而导致其破岩效率降低。

细颗粒流失对砂砾石土本构关系的影响研究1550-1556

摘要：采用悬挂式防渗墙的坝基砂砾石土中可能发生潜蚀（suffusion）侵蚀而流失细颗粒,导致土体的强度和变形模量降低,从而对坝基防渗墙及上部坝体造成不利影响。定量描述细颗粒流失量对砂砾石土应力-应变关系影响的模型是定量评估这种影响的基础之一。提出了研究这种本构模型的试验方案,进行了三轴和侧限压缩试验研究了颗粒流失量对应力-应变关系的影响。颗粒流失未改变土体的应力-应变特性,但降低了土体的强度和变形模量。通过建立模型参数与流失量的关系,可以用同一个本构模型描述流失量时空变化的砂砾石土本构关系。基于邓肯E-B模型,建立了模型参数与颗粒流失量之间的定量关系表达式,从而实现了颗粒流失对应力-应变关系影响的定量描述方法。

南海岛礁吹填钙质砂渗透特性试验研究1557-1564

摘要：南海吹填钙质砂的渗透性对于岛礁地下淡水的形成至关重要。通过室内常水头渗透试验研究了吹填钙质砂的级配、孔隙比和渗透性之间的相互关系,开展了相同级配钙质砂在不同孔隙比下的渗透性试验,研究了不均匀系数和曲率系数对钙质砂渗透系数的影响规律。试验结果表明,钙质砂的渗透系数和10~e（e为孔隙比）有很好的线性关系,并且与不均匀系数、曲率系数和颗粒粒径都有很好的相关性;通过对室内试验结果考虑多因素的分析,建立了钙质砂渗透系数计算模型,该模型公式可为岛礁吹填土层的渗透性评估和新填岛礁地下淡水的形成分析提供参考。

堆石料应力-应变特性大型三轴试验研究1565-1572

摘要：通过对水布垭筑坝堆石料进行0.23.5 MPa围压下的大型三轴固结排水剪（CD）试验,分析了不同围压下堆石料的偏应力-轴应变关系及体应变-轴应变关系的变化规律;引入破坏强度和体变与围压的关系,采用临界偏应力σcre和临界体应变εvcre作为归一化因子对不同围压下的应力-应变关系试验结果进行归一化处理,建立了不同围压下的应力-应变关系表达式,并将计算预测与试验结果进行对比验证。研究表明：对于颗粒级配确定的密实堆石料,初始变形期存在一定的弹性增长阶段,且该直线段的斜率受围压的影响较大;低围压时表现为应变软化,先剪缩后剪胀为主的力学特性,且围压越低,剪胀效应越明显;高围压（0.8 MPa≤σ3≤3.0 MPa）时表现为应变硬化、剪缩为主的特性;剪胀消失的临界围压处于0.450.8 MPa之间;超高围压（σ3〉3.0 MPa）条件下,虽表现为应变软化、剪缩的特性,但其应变软化的机制与低围压下不同;分析认为,超高围压下剪切过程中颗粒的相对破碎率达15%以上,颗粒破碎引起的堆石料强度降低大于围压的增大对堆石料强度的提高。峰值主应力比随围压的增大而降低,且随轴应变的增大而趋于一致。堆石料的破坏强度与围压呈线性相关。最后,通过计算预测结果证明了该应力-应变关系表达式的正确性。

压缩单裂纹圆孔板（SCDC）岩石动态断裂全过程研究1573-1582

摘要：用大直径分离式霍普金森压杆冲击砂岩的压缩单裂纹圆孔板,成功地监测到Ⅰ型动态断裂的全过程。实验中由裂纹扩展计分别纪录了动态起裂、扩展、止裂、和再起裂时刻,采用分形裂纹扩展模型分析曲折裂纹的扩展速度,最后用实验-数值-解析法确定砂岩的动态起裂韧度、动态扩展韧度、动态止裂韧度以及二次动态起裂韧度。动态断裂全过程的实验结果表明：裂纹扩展路径为不规则曲线,此时裂纹动态扩展速度表征的普适函数值会比假设裂纹路径为直线时小;利用分形模型得到更加接近真实的动态扩展韧度;砂岩的动态起裂韧度大于动态止裂韧度;由于初次动态起裂时的裂纹实为人工切槽,而二次动态起裂时为天然形成的裂纹因而非常尖锐,初次动态起裂韧度略大于二次动态起裂韧度。

关于土工格栅合理网孔尺寸的研究1583-1588

摘要：土工格栅与土之间的界面参数是表征土工格栅加筋作用的重要参数,对土工格栅加筋土结构的稳定和变形破坏特征有显著影响。目前各类规范或标准关于格栅-土界面参数的取值均未考虑土工格栅特有的网孔结构尺寸的影响,致使实际工程中土工格栅的选用存在较大的人为性。针对这一问题,首先通过室内试验和数值方法的对比分析,建立了土工格栅界面特性研究的数值模型,并验证了数值方法研究土工格栅界面特性的可行性。以土工格栅界面特性研究的数值模型为基础,进一步开展了不同网孔尺寸条件下土工格栅界面特性的研究。研究结果表明,土工格栅网孔结构的网孔尺寸对格栅-土的界面特性有显著影响。通过分析不同网孔尺寸对界面特性影响的规律发现,为了更直观地揭示土工格栅的加筋作用,应该将格栅-土界面的摩擦作用从界面综合的摩擦作用中剥离出来。同时,土工格栅的合理网孔尺寸应保证格栅-土之间的有效接触面积占整个界面面积的1/3左右。

卸荷条件下横观各向同性岩体扩容与能量特性分析1589-1599

摘要：丹巴水电站引水隧洞围岩主要为石英云母片岩,位于高应力区,层状特征显著,属于典型的横观各向同性岩体,其扩容和能量特性问题突出。针对平行片理和垂直片理方向的试件,基于MTS815岩石力学试验平台,研究三轴卸荷条件下石英云母片岩的扩容特性及能量变化规律。研究表明：（1）平行组与垂直组试件的特征应力均随围压的增大而增大,两者间具有良好的线性关系;（2）平行组试件裂纹闭合应力、损伤扩容应力及峰值应力均大于垂直组,起裂应力低于垂直组;（3）平行组试件扩容参数（扩容指标及剪胀角）大于垂直组,且随着围压的增大,两组试件扩容特征相继减弱,试件扩容指标与围压呈良好的指数型分布,特征剪胀角与偏应力比呈良好的线性分布;（4）平行组与垂直组试件峰值点和残余点处能量值均随围压增加而增大,且与围压呈良好指数型分布,相同围压下,平行组试件峰值点处能量特征值及残余可释放应变能均大于垂直组,残余耗散能低于垂直组;（5）无论是峰值点还是残余点处,两组试件耗散能量值与剪胀角以及能量特征值与扩容指标间均呈现良好指数型关系。

循环荷载下干燥与饱和砂岩力学特性及能量演化1600-1608

摘要：对取自陕北榆横矿区小纪汗煤矿顶板砂岩的干燥及饱和试件进行单轴循环加、卸载试验,分析了干燥与饱和状态下岩石的强度和变形特征以及岩石破坏过程中的能量演化与能量分配情况。结果表明：（1）循环加、卸载导致干燥试件的峰值强度较单轴压缩时下降19.47%;（2）饱水对砂岩的强度和变形均有影响,饱和试件的平均峰值强度比干燥试件低39.55%,同时饱和试件具有更加明显的压密阶段;（3）循环加、卸载下砂岩的加载和卸载弹性模量均呈现增大趋势,但饱和试件的弹性模量低于干燥试件;（4）通过峰值强度归一化处理后发现,在应力加载的不同阶段,饱和试件的弹性应变能Ue和耗散能Ud均低于干燥试件;（5）加载过程中,饱和试件弹性应变能Ue的占比高于干燥试件,该比例随着加载过程逐渐下降并在破坏前与干燥试件的Ue的占比达到近似水平。

两种黏粒含量淤泥质粉质黏土动残余应变试验1609-1619

摘要：通过两种不同黏粒含量的淤泥质粉质黏土动三轴试验,研究了黏粒含量对试样无侧限抗压强度及灵敏度、动残余应变和动残余孔压的影响。结果表明,黏粒含量高试样的无侧限抗压峰值强度小于黏粒含量低试样的相应强度;黏粒含量高试样的灵敏度大于黏粒含量低试样的相应值;随着动荷载的增加,试样的动残余应变与动残余孔压不断增大,重塑与原状试样动残余应变差值与比值也在增大,并且比值都大于各自的灵敏度;相同动荷载作用下,重塑试样的动残余应变均高于原状试样,黏粒含量高试样的动残余应变比黏粒含量低试样的大。分析认为,土体中黏粒的粘结与润滑双重作用导致两种黏粒含量的试样出现了不同的试验结果。最后采用幂函数模型对渐稳型动残余应变曲线进行拟合,建立了包含循环应力比与振动次数的动残余应变经验公式。

组合煤岩冲击倾向电荷判据试验研究1620-1628

摘要：针对深部煤层冲击倾向指标评价冲击危险出现的差异现象,开展了煤、岩石和组合试样冲击倾向指标试验研究,对组合煤岩试样破裂过程的电荷信号进行监测。试验结果表明：顶、底板岩石对煤体的冲击倾向有显著影响,岩石厚度越大,冲击倾向指标越高;组合试样破裂过程的力-电荷变化具有一致性,冲击倾向性强的组合试样,其应力强化直至破坏阶段的电荷信号幅值相差显著。由此提出了组合煤岩峰后电荷变化率冲击倾向判据。回采面的电荷监测表明,冲击危险发生过程获得的电荷变异系数迅速升高和衰减以及试验获取的峰后电荷变化率的量化分析结果相一致,从而验证了峰后电荷变化率作为冲击倾向判据的正确性,为形成深部开采条件下组合煤岩冲击危险及发生几率的电荷预测方法提供了试验指导,为煤岩体失稳破坏预测、矿井动力显现预警提供了试验依据。

单轴压缩下层状含水页岩损伤破坏过程及特征1629-1638

摘要：页岩在重庆地区分布较广,在隧址围岩赋存环境中占较大比重,考虑到层理和水对页岩性质影响显著,因此,对页岩在层理和含水率影响下损伤破坏过程和劣化机制进行研究。试验借助于MTS815岩石力学测试系统和PAC声发射仪,进行单轴压缩条件下层状页岩损伤破坏过程的声发射试验研究,并采用大型离散元软件3DEC对页岩破坏模式进行对比分析。研究结果表明：（1）页岩的矿物成分、矿物排列和加载方向决定其损伤破坏过程,原生微裂隙的分布、矿物晶粒大小和加载方向决定了宏观裂隙的分布,宏观裂隙则控制着页岩的破坏模式。（2）页岩内部沿层理方向原生微裂隙群是页岩破坏起裂部位,次生微裂隙常沿矿物边界发展,与加载方向基本一致,最终形成宏观裂隙,起到连通层理破裂面的作用。（3）层状页岩AE事件的生成和分布与试件内部的微裂隙分布关系密切,初始压密阶段积聚于试件中部层理附近,后沿层理法向方向向端部或两侧发展,最终沿宏观裂隙转折及交点处聚结成核。（4）层理和水对页岩的损伤劣化机制不同,层理对页岩的损伤作用本质上是沿层理分布的原生微裂隙群的损伤作用,而水对页岩的损伤作用主要是水的吸附和毛细管压力作用。

基于非线性破坏准则的临坡地基承载力上限分析1639-1646

摘要：临坡地基承载能力的确定分析已成为地基设计理论中一个重要研究课题。针对现有地基承载力分析方法大多基于线性Mohr-Coulomb破坏准则。考虑岩土材料破坏的非线性特性,采用非线性破坏准则和多切线法,引入极限分析上限理论,根据临坡条形基础地基破坏模式的非对称性特点,构建出临坡条形基础地基单侧刚性多滑块破坏模型及相应运动允许速度场。在此基础上,利用序列二次规划非线性优化算法,建立临坡条形基础地基极限承载力的确定方法。最后,通过工程实例计算,并与已有研究方法计算结果进行对比分析。结果表明,非线性参数对临坡地基承载力有着重要影响,采用多切线法处理非线性材料强度准则问题理论上更严密,上限解更优,验证了该方法的可行性与合理性。

不同吸附性气体抽采过程中煤储层参数演化特征研究1647-1656

摘要：利用自主研发的多场耦合煤层瓦斯抽采物理模拟试验系统,开展了不同吸附性气体抽采的物理模拟试验,探讨了煤层瓦斯抽采过程中煤储层气压、温度及煤层变形等参数的时空演化规律。结果表明：（1）煤储层气压在抽采前期下降较快并形成以钻孔为中心的气压等值面,距离抽采钻孔越远的区域煤层瓦斯流速越小,气压下降速率越低;（2）气体吸附性越强,抽采过程中的煤储层气压下降速率越低且持续时间越长;（3）煤储层温度的时间演化规律与气压基本一致,在抽采前期有显著的降低,在抽采后期受吸附态气体解吸吸热及热交换作用的影响,煤层温度出现先下降后小幅上升;（4）距离钻孔越近的区域气压下降量越大,煤层温度下降越明显,煤层所受有效应力越大,煤层变形量也越大;（5）抽采气体的吸附性越大,抽采所导致的煤层变形量越大。

凸块体的一种几何建构方法1657-1665

摘要：块体的描述和建构是工程岩体稳定分析过程中不可或缺的重要环节。方程表示是描述和建构工程开挖面上所有可能出现的块体几何模型的有效途径。现有块体建构方法没有采用凸块体方程表示这种途径,其结果虽然可以建构任意复杂的块体,但由于缺少配套的参数化描述方法,所建构的块体难以得到精确的几何描述。为此,提出凸块体的一种几何建构方法。首先,建立了以边界平面的单位外法向量和原点距为输入变量的凸多面体的一种方程表示形式;其次,给出了凸多面体方程的基于单纯形方法的一种求解算法,以及输入变量的辨识方法;最后,引入控制变量,建立了凸块体的几何建构方法。通过算例,演示了工程开挖面上所有可能出现的类型、任意形状和大小的凸块体的参数化描述能力和几何建构能力。

开挖条件下非均质地基中单桩竖向承载特性非线性分析1666-1674

摘要：在考虑开挖引起土体回弹和土体强度特性、应力状态变化的基础上,提出了开挖条件下非均质地基中竖向受荷单桩非线性计算方法,并与已有试验结果对比,证明了简化方法的正确性,并对开挖前、后单桩的竖向承载特性的变化以及开挖后土体回弹对基桩受力和变形的影响进行研究分析。研究表明,常规试桩法和套管试桩法高估了基桩竖向极限承载力和桩顶刚度,采用常规试桩和套管试桩法得到的承载力作为设计值偏于不安全;开挖卸荷引起桩周土体回弹使得桩身出现拉力,开挖深度较大时桩身中、下部的配筋应充分考虑由于开挖引起的沿桩身的拉力,防止开挖过程中基桩被拉断;桩周土体的卸荷回弹将会引起桩顶刚度的明显降低。

三轴循环加卸载条件下高含冰冻结砂土变形特性试验研究1675-1681

摘要：基于一系列同一温度、同一应变率、不同含水率和围压条件下的高含冰冻结粉质砂土的三轴循环加、卸载试验,开展了高含冰量冻结粉质砂土的能量耗散与剪切模量特性研究。试验结果表明：随着含水率的增加,冻土的塑性先增加,然后减小,并且30.6%的含水率可以作为一个塑性破坏点;随着剪应变的增加,偏应力的变化主导着能量耗散的变化,并且在试样变形过程中克服冰颗粒之间的作用所耗散的能量值很小;随着剪应变的增加,冻土的剪切模量一直减小,且小含水率条件下减小的速率会有一个明显的转折点,并且含水率对剪切模量的影响可分为3类。该研究结果可为高含冰冻土区工程设计中参数的选择提供重要的依据。

斜坡碎石土地基水平抗力系数研究1682-1687

摘要：现有水平受荷桩地基水平抗力系数的比例系数m值取值通常是基于天然地基的水平面假设,而对斜坡地基情况下,m值取值至今没有相应的规范或者经验可循。为了研究碎石土地基斜坡上地基水平抗力系数的比例系数m值的取值,通过室内水平静载试验研究斜坡碎石土地基桩基水平承载特性,探讨m值随斜坡坡度的变化情况,提出了基于水平碎石土地基m值来确定不同斜坡坡度碎石土地基m值的修正公式和相应的取值范围,并通过现场试验进行了验证,为山区工程建设时m值的取值提供一定的参考。研究结果表明：斜坡碎石土地基m值取值范围为23~65 MN/m4,并且m值随着坡度的增大而减小。

岩土力学杂志岩土工程研究

饱和黏土水土压力合算的计算公式1688-1696

摘要：由于水、土压力合算法存在一定的争议,首先对国内现行水、土压力合算公式在完全不排水条件和稳定渗流情况下计算正常固结黏土水、土压力的误差进行了定量的分析,发现计算结果在大多数情况下偏危险,误差可超过40%;然后根据等效原则,推导出了饱和正常固结黏土和超固结黏土的水、土合算公式,得到的公式与文献[2]建议的公式一致,同时证明了该公式与国外采用固结不排水抗剪强度的水、土压力合算公式也一致;对于正常固结和轻微超固结饱和黏土,由等效原则得到的水、土压力合算公式高估存在渗流时主动极限平衡状态水、土压力的合力,而对于重度超固结饱和黏土,水、土压力合算可能低估存在渗流时主动极限平衡状态水土压力的合力,最危险的状态是负超静孔压完全消散时。水、土压力合算公式是采用总应力指标计算在假定完全不排水条件下饱和黏土进入主动或被动极限平衡状态时的水、土总压力,公式并不能考虑渗流对水、土压力的影响,而渗流对水、土压力的影响显著,在实际工程中应加以考虑。