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岩土力学 2017年第S2期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

砂岩单轴压缩声发射和纤维束模型模拟1-8

摘要：利用纤维束模型(FBM)模拟非均质材料破坏动力学行为,在实验室内进行了砂岩力控制单轴压缩声发射(AE)试验。将纤维束模型纤维断裂与砂岩声发射类比分析发现,低应力阶段纤维束模型对偶发的雪崩过程敏感性低,但在高应力阶段纤维束模型能够很好地表征应力控制单轴压缩砂岩声发射特征;雪崩尺寸的模拟和试验结果都呈现双幂形式,具有相似的双幂指数和转换点;模拟和试验结果都以纤维束模型为基础和声发射反映固体内部损伤为前提,固体的破裂失稳满足二阶相变特征,且分叉率ξ是符合描述二阶相变的连续序参量;在临界点附近针对分支率演化(固体破裂相变)过程概率理论、纤维束模拟与声发射试验结果一致,可见纤维束模型能较好地模拟岩石声发射行为进而反映岩石损伤断裂过程。

非饱和黏土的张拉-剪切耦合强度研究9-17

摘要：非饱和黏土中液相与固相基质间的相互作用,依据其形成机理的不同可分为毛细作用和物理-化学作用,目前建立的非饱和土强度模型多是基于毛细机理建立的,忽略了后者对土体强度的贡献。现有非饱和土强度理论仍建立在土体受压缩剪切作用的基础上,不适用于分析土的抗拉强度和拉剪耦合强度。为了能够全面地、合理地描述非饱和黏土的强度作用机制,建立了一个适用于非饱和黏土的二元介质压剪强度模型,将非饱和黏土抽象为理想毛细部分和理想吸附由两个理想部分组成,针对两者分别建立了理想强度公式,利用参与函数反映土中两种理想部分所占的比重,描述实际情况下土体的强度特征。在压剪强度模型的基础上,通过考虑非饱和黏土中的拉剪联合作用,建立了非饱和黏土的张拉-剪切耦合强度模型,给出了张拉-剪切耦合强度公式。利用强度模型对非饱和黏土的压剪强度及张拉-剪切耦合强度进行预测,预测结果和已有试验数据的对比结果表明所建模型能够较好地描述非饱和黏土的强度特征。

木质素磺酸盐对兰州黄土力学性质的影响18-26

摘要：作为土壤改良的重要手段,化学加固利用化学材料与土体反应生成凝胶并胶结土粒达到固化目的。采用木质素磺酸盐进行黄土加固试验,开展界限含水率、导热系数试验、无侧限抗压强度试验、加卸载试验、应力松弛试验和X射线衍射等,研究了木质素磺酸盐固化黄土的物理性质和力学特征,从矿相角度探讨木质素磺酸盐的固化机制。结果表明,风干条件下木质素磺酸钠会造成黄土盐渍化,且对提高黄土强度没有显著的效果;木质素磺酸钙掺入黄土后,随着其掺量的增加,固化黄土的塑性指数和导热系数逐渐降低,强度明显增大,7 d龄期掺量为5%的木钙固化土无侧限抗压强度可以达到11.81 MPa,是素黄土的5.58倍;黄土的刚度在木质素磺酸钙的作用下显著提高,相同应变水平下所需能耗大幅度增加,同时其应力松弛程度也得到了改善。结合X射线衍射仪(XRD)测试结果,推测木质素磺酸钙能够与黄土中的黏土矿物反应,生成石英质和碳酸盐矿物,加强土粒间的硅质和钙质胶结,令土体结构更加密实,是值得深入研究的新型固化材料。

考虑应变率效应的广义Hoek-Brown动态强度准则27-32

摘要：岩石强度特性具有明显的围压效应和应变率效应,研究复杂应力状态下动态强度准则对于岩石动力学分析至关重要。利用10-5102.32 s-1应变率范围内砂岩静动态间接拉伸和单、三轴压缩强度试验数据,进行了广义Hoek-Brown强度准则预测砂岩动态强度的适用性研究,分析了材料参数的应变率效应。结果表明,广义Hoek-Brown强度准则能够较好地描述同一应变率下较低拉应力区到较高压应力区砂岩强度规律,低应变率区单轴抗压强度cs和参数a变化不大,高应变率区随应变率的增加非线性增大,而参数m几乎不受应变率影响。基于分析建立了单轴抗压强度cs和参数a的应变率效应函数关系,提出了由低应变率到高应变率下的广义Hoek-Brown动态强度准则统一表达式,进一步探讨了岩石强度依赖应变率效应和围压效应的物理机制。

基于四叉树网格和多边形比例边界有限元方法的岩土工程非线性静动力分析33-40

摘要：有限单元法(FEM)作为强大的数值分析技术广泛应用于岩土工程结构数值模拟。由于传统有限元的单元形状局限性以及岩土工程模型的复杂性(分层施工模拟、复杂材料分区等),较难编制通用的高质量网格剖分算法,使得模型网格生成消耗整个分析过程的大部分时间,阻碍快速自动化分析进程。采用四叉树网格剖分技术,联合非线性多边形比例边界有限元(PSBFEM)方法,发展了一种可用于岩土工程结构的快速建模和数值分析方法。对某心墙坝进行了静动力数值模拟,并与传统有限元结果对比验证了其正确性。研究表明,文中方法具有使用简便、网格灵活、生成速度快、质量高等特点,可以大幅降低累赘繁琐的人工干涉,为工程结构快速设计–优化提供有力的技术手段。该方法扩展至三维结构将具有更大的研究价值和工程意义。

孔洞数量及孔径对大理岩力学特性影响的试验研究41-50

摘要：为分析孔洞数量及孔径对大理岩力学特性的影响,对含不同孔洞数量及孔径的大理岩进行单轴压缩试验,并对破坏前后的试件进行CT扫描,研究其损伤裂纹空间分布特征。试验结果表明,孔洞数量及孔径对试件的强度参数、破坏形式及损伤程度等均有较大的影响,主要具体表现为(1)随着孔洞数量及孔径的增加,试件的弹性模量、峰值强度、起裂应力和起裂应力水平逐渐减小;(2)随着孔洞数量及孔径的增加,试件在破坏过程中的拉剪裂纹增多、远场裂纹减小,且在破坏后的破坏形式逐渐由拉剪破坏过渡到剪拉破坏,破坏后的损伤程度逐渐增加;(3)单轴压缩条件下的含孔试件,其破坏过程在试件的前后方向表现为由一方向另一方逐渐破坏,在试件的上下方向表现为由圆孔所在平面向上下两端逐渐破坏;(4)单轴压缩条件下的含孔岩样损伤分布在试件的前后方向上表现为由一方向另一方的逐渐减小,上下方向上则表现为由圆孔向上下两端逐渐减小,需注意的是由于损伤的叠加效应多孔试件在其上下方的最大损伤面并非位于圆孔处而是位于两圆孔的中间处。

广吸力范围内压实红黏土的强度特性51-56

摘要：为了研究广吸力范围内红黏土的强度特性,采用经压力板法饱和,对盐溶液蒸汽平衡法吸力平衡后的非饱和桂林红黏土样进行一系列常含水率直剪试验。高吸力时土–水特征曲线不受土体密度的影响,故等含水率试验可以认为是等吸力试验。试验结果表明,随着平衡吸力的增加,非饱和红黏土的抗剪强度与黏聚力均先增大后减小,吸力为7 MPa左右时出现抗剪强度的最大值;当吸力超过7 MPa后内摩擦角基本保持不变,说明高吸力阶段吸力增大引起的强度变化是由黏聚力的变化引起的;吸力超过70 MPa后随着吸力的增加,强度变化较小。最后结合压汞试验的结果,从孔隙大小分布的角度解释了红黏土在广吸力范围内的强度特性。

不同围压下岩石广义应力松弛特性试验研究57-66

摘要：实际工程中有些岩体发生的流变性既不是纯蠕变又不是纯应力松弛,表现为应力和应变同时发生变化。利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统,研究了不同围压条件下岩石的广义应力松弛特性,试验结果表明,岩石存在应变及应力同时增大、应变增大而应力减小、应变及应力都减小的情况,岩石蠕变和应力松弛行为属于岩石广义应力松弛现象的特例;在不同情况下的广义应力松弛过程中围压对岩石广义应力松弛特性的影响不甚相同,岩石轴向应变增大时围压越高岩石试件轴向变形越困难,岩石应变减小时围压越高岩石试件变形越明显。采用广义应力松弛试验方法,开展单轴及三轴压缩荷载作用下岩石广义应力松弛试验研究,对不同情况下岩石广义应力松弛特性的围压效应进行对比分析,以期对后期开展更深入的三轴广义应力松弛试验研究具有一定的指导和借鉴意义。

岩土力学杂志简讯

桩基工程技术进展201766-66

摘要：版次:第一版出版时间:2017-09开本:国际16开(1)出版单位:中国建筑工业出版社装帧:平膜标准书号:978-7-112-21119-7页数:594【内容简介】由中国土木工程学会土力学及岩土工程分会桩基础学术委员会与中国工程建设标准化协会地基基础专业委员

岩土力学杂志基础理论与实验研究

基于未冻水含量的冻土热参数计算分析67-74

摘要：为提升冻土温度场预测精度和减少热参数测试工作量,根据饱和冻土的土、水、冰三相组成,对基于导热系数的冻土未冻水含量反演公式进行了推导。根依据干土和饱和土体的二相构成,推导了适用于土体矿物导热系数预估的计算公式。实测了粉质黏土在不同负温下的比热和导热系数值,分别结合比热确定未冻水含量的递推方法和基于导热系数建立的冻土未冻水含量反演公式,计算得到了粉质黏土在不同负温下的未冻水含量。基于实测和反演获取的未冻水含量,确定了随不同负温变化的冻土导热系数、比热和潜热。将基于冻土未冻水含量确定的热参数代入数值计算软件ABAQUS,获取不同计算热参数下的冻土瞬态温度场计算值。分别将各温度场计算值与模型试验实测值进行了比较,结果表明,从未冻水含量角度出发对冻土温度场计算用热参数的测试工作量进行缩减是可行的;基于Johansen法反演获取未冻水含量,进而确定的热参数能够较好地预测冻土温度场。

裂纹前端低孔隙压力区对岩石断裂性质的影响75-81

摘要：设计加工了可单独控制孔压和围压的三点弯试验装置,对多组均质性较好的岩石试样在不同孔隙压力条件下进行了三点弯试验,同时建立考虑2D流固耦合的有限元数值模型,采用LVDT测量的裂纹张开位移和DIC(数字成像技术)监测裂尖处应变分布,对建立的有限元模型进行验证和标定,得到裂纹扩展过程中尖端附近的孔压分布及裂纹扩展参数。研究结果表明,岩石破裂过程中裂纹尖端前部存在低孔隙压力区,该低孔隙压力区在裂纹尖端附近形成非均匀孔隙压力分布,使岩石I型断裂韧性大于均匀孔隙压力条件下的I型断裂韧性;I型断裂韧性增加幅度与低孔隙压力区孔隙压力梯度正相关。

粒径和pH值对铬污染土稳定性能的影响规律及机制分析82-88

摘要：采用硫酸亚铁（Fe SO4）对铬污染土进行稳定化处理。基于浸出试验、碱性消解和改进BCR形态提取试验,研究了p H和粒径对铬污染土稳定性能的影响规律。试验结果表明,粒径和p H对铬污染土稳定性能有较大影响,随着粒径的降低,Cr（Ⅵ）、总Cr的浸出浓度和Cr（Ⅵ）含量均降低,粒径的降低可促使铬从弱酸态（F1态,活性态）向可还原态（F2态,较稳定态）转化。Cr（Ⅵ）浸出浓度和Cr（Ⅵ）含量均随着p H降低而降低,而总Cr的浸出浓度呈相反的变化规律。p H对铬形态分布存在临界值,当p H高于临界值时,随着p H的降低,稳定土中F1、F3态铬含量显著降低,F2态铬含量明显增加;当p H低于临界值时,p H的降低稳定土中F1态铬含量明显增加,F2、F3态铬含量显著降低。铬赋存形态的变化是铬污染稳定性能变化的本质原因。

基于声发射信号聚类分析和神经网络识别的岩爆预警方法实验研究89-98

摘要：开展巷道岩爆室内模拟声发射监测实验,对岩爆过程中的声发射信号进行聚类分析,得到3种类型声发射信号,优选具有岩爆前兆演化异常、能量大、数量小等特征的信号类型作为岩爆前兆特征信号。岩爆发生前,岩爆前兆特征信号开始密集出现,明显的前兆异常。运用时间窗函数对岩爆前兆特征信号的时间密集性进行量化分析,提出衡量信号时序演化特征的量化指标即时间密集度f_t。岩爆发生前,前兆信号密集出现,出现了f_t≥3值,可将首次f_t≥3作为岩爆前兆信息,可将岩爆预警阈值a划定为3。基于岩爆前兆特征信号优选和预警阈值提取,借助BP神经网络,智能识取岩爆前兆特征信号,利用时间窗函数计算岩爆前兆特征信号f_t值,当岩爆前兆特征信号f_t值开始达到岩爆预警阈值(f_t≥a)时则进行岩爆灾害预警,建立了基于巷道岩爆模拟实验声发射数据的岩爆实时预警方法,为工程现场岩爆预警方法的建立提供了新思路。

不同应力路径条件下原状Q3黄土的强度特性及破坏方式试验研究99-106

摘要：利用西安理工大学真三轴仪对不同含水率、围压条件下的原状Q3黄土进行了轴对称三轴试验和平面应变试验,研究了原状Q3黄土在两种应力路径条件下的强度演化特性,对比分析了两种试验条件下的强度差异及破坏方式。结果表明,低固结围压条件下低含水率原状黄土容易产生脆性破坏,其应力–应变曲线为软化型,固结围压增大后其应力–应变曲线呈硬化型;围压对原状黄土的强度起增强作用,含水率对原状黄土的强度起削弱作用,原状黄土的破坏应力与含水率、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,相同条件、平面应变条件下的强度要比轴对称三轴条件下的强度大1.11.4倍;轴对称三轴条件下土样呈单一剪切带的侧胀剪切破坏,平面应变条件下呈剪缩侧胀破坏。

砂–粉混合料阈值细粒含量的确定107-115

摘要：阈值细粒含量FCth是评价砂–粉混合料颗粒接触状态及力学特性的重要参数。基于14类砂–粉混合料的38组试验结果,总结了用以确定FCth的物理和力学特性指标,确定了各类砂–粉混合料的FCth,分析了不同指标确定的FCth的差异。当砂–粉混合料的颗粒粒径差异较大时,由静态试验结果确定的FCth明显大于由动态试验结果确定的FCth,且Rahman经验公式对砂–粉混合料平均阈值细粒含量FCth的预测不合理。基于纯砂粒土和纯粉粒土的最大与最小孔隙比的理论法预测的FCth值与类圆状砂–粉混合料的FCth有较好的一致性,而理论法对类角状砂–粉混合料FCth的预测值明显偏低。研究结果表明,平均粒径比Rd是评价砂–粉混合料FCth的一个重要指标,随着Rd的增大,FCth先减小,当Rd>10时,FCth先迅速放大,然后趋于基本不变;基于Rd建立的经验公式可较好地预测砂–粉混合料的FCth值。

孔隙溶液对膨胀土力学性质影响116-122

摘要：为研究孔隙溶液的浓度和组分对膨胀土力学性质的影响规律,对含不同浓度的Na Cl、Ca Cl2溶液的膨胀土进行自由膨胀率试验和直剪试验。试验结果表明,随着溶液浓度的增大,自由膨胀率先快速降低,再平缓下降;浓度相同时含Na Cl溶液的膨胀土其自由膨胀率比含Ca Cl2溶液的稍大,随着溶液浓度的增大,土样的剪切强度和黏聚力降低;溶液对内摩擦角的影响较小。分析试验结果认为,膨胀土表面具有固定的负电荷,颗粒表面会形成双电层;随着盐溶液浓度的增大,双电层厚度降低,颗粒间斥力减小,使得粒间应力增大,土颗粒沉降,降低了自由膨胀率;阳离子化学价越高,半径越大,对双电层的影响越显著,因此Ca Cl2溶液比Na Cl溶液对自由膨胀率的影响更大。另一方面,盐溶液会改变膨胀土的结构,使其从集聚状变成絮凝状。盐溶液增大粒间应力,使膨胀土的强度增大,结构的改变会使强度降低,上述两种影响因素对强度呈相反的趋势,对该广西膨胀土,结构的作用超过了粒间应力的影响。

岩石卸荷力学特性的理论研究123-130

摘要：采用卸载状态岩石的力学参数和相应的强度准则,描述卸荷岩体的力学性质可能存在一些不足之处。为了能够从理论上更准确地分析卸荷岩体的力学性质,从弹性应变能出发对卸荷岩体力学性质的演化进行了探讨,研究了岩体的开挖卸荷与卸荷试验中试样初始损伤程度的不同之处和弹性应变能、应力偏量第二不变量、应力张量第二不变量和泊松比内在关系,简要地分析了现有强度准则在描述卸荷岩体力学性质方面的不足之处。以弹性应变能为基础采用加载状态的岩石力学参数,对岩石的卸荷力学特性进行了理论分析与试验验证。结果表明,现有的大多数强度准则难以描述试样卸荷破坏时强度特征,且可能存在不满足能量守恒定律的情况;基于弹性应变能强度准则既可得到表征卸荷破坏时岩石的强度提高,又可以描述强度的减小。文中分析了产生上述结果的本质机理。

材料状态对粗粒料力学特性影响的试验研究131-137

摘要：粗粒料的力学特性与材料状态诸如围压、密度、岩性、级配等因素密切相关。通过粗粒料常规大型三轴各向等压固结排水剪切试验,研究了材料状态对粗粒料力学特性的影响,试验结果表明,初始干密度越小,应力–应变曲线硬化性越强,剪缩性越明显,随着初始干密度的增大,应力–应变曲线的软化性和剪胀性逐渐增强;岩性对粗粒料的力学特性也有明显影响,岩性越硬,应力–应变曲线的软化现象越明显,试样的剪胀性也越大,抗剪强度也越高;级配对粗粒料的力学特性也有重要影响,粗砂和细砾含量相同时,粗砾含量越低,粗粒料抗剪强度越小,体胀变形越大;不同围压的试样孔隙比随着剪切变形的发展逐渐趋向于临界孔隙比,且在平均正应力对数坐标系内呈较好的线性关系;围压、密度、岩性、级配等影响因素下,粗粒料的Rowe剪胀模型参数的归一性都较好,说明Rowe剪胀模型能反映粗粒料的材料状态对其力学特性的影响。