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岩土力学 2018年第01期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

重力式挡土墙抗滑稳定容许安全系数取值标准初探1-10

摘要：我国水工挡土墙设计规范中规定稳定性验算采用以安全系数为度量指标,给定的安全系数允许值范围在1.20~1.35之间,低于国外规范的取值。采用可靠度分析方法,建立目标可靠指标与安全系数之间的定量关系。通过分析计算确认安全系数满足对数正态分布。对一个目标可靠指标为3.2的特例获得其安全系数在1.43~1.55之间的结论。根据前期提出的相对安全率指标判据提出了安全系数满足对数正态条件下的计算公式。使用这一判据,论证了将这一特例扩展到不同墙体几何参数和强度指标参数情况时这一可靠指标和安全系数关系的普遍适用性。提出的安全系数取值标定方法和相应成果可供规范修订工作参考。

多夹层盐矿地下储气库气体渗漏评价方法11-20

摘要：我国盐穴地下储气库一般建设于富含泥质夹层的湖相沉积盐岩中,由于泥质夹层的孔隙率和渗透率均大于盐岩,因此其渗透性能对储气库的密闭性起控制作用。夹层的沉积特性一般沿水平展布,据此建立多夹层盐穴储气库渗漏分析理论模型。依据某储气库泥岩夹层的孔渗测试数据,并结合实际运行参数进行天然气渗漏计算。再利用以上研究成果分析气体渗漏范围和泄漏量的影响因素及变化规律,并对储气库选址及设计中的几个关键参数展开适用性评价,如储库离盐矿边界及断层的安全距离、相邻储气库安全矿柱宽度等。研究表明：泥质夹层孔隙压力的变化趋势表现为沿径向先急剧降低,而后趋于稳定;某时刻气体渗流范围和泄漏量由夹层渗透参数、渗透介质以及初始孔隙压力共同决定;渗流的影响范围随着时间的增加而逐渐增大,最终也趋于稳定。研究结果可为多夹层盐穴储气库选址、设计及密封性评价提供理论和技术支撑。

西部典型矿区风积沙含水层突水溃沙的起动条件与运移特征21-28

摘要：突水溃沙是西部矿井地质灾害的主要类型之一,为研究突水溃沙灾害的临界判据与水沙运移特征,以榆横矿区含水层风积沙为例,采用自主研发的水沙两相高速渗流试验设备,对4种不同粒径范围的风积沙进行了沙粒起动试验和溃沙试验,对混合风积沙进行了水沙两相高速渗流试验。得到了影响突水溃沙的2个临界速度条件：第一临界速度即沙粒起动速度,为0.38~1.26 mm/s;第二临界速度即溃沙临界速度,为2.48~3.54 mm/s。试验结果表明：体积膨胀是沙粒群起动的必要条件,突水溃沙灾害是起动的风积沙由量变逐步积累到质变的物理过程,分为3个阶段：（1）水携沙流动,（2）水沙混合流动,（3）沙携水流动。沙粒起动是水动能转变为沙动能的过程,溃沙时水沙混合流体运动表现为颗粒群浓度波传播的特征,沙粒间通过碰撞的形式传递能量。溃沙速率随初始水力梯度的增大呈指数增长,单位时间内溃沙量随水力梯度的增大而呈线性增加。

CaO对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土的影响29-35

摘要：为研究Ca O的赋存形态及含量对钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果的影响,采用高铝水泥提供Al O_2~-,纯石膏或磷石膏提供SO_4~（2-）,高铝水泥、石膏、普通硅酸盐水泥或生石灰提供Ca O,制备不同组分固化剂配比的固化土,测试试样强度和孔隙溶液p H值等宏观物理力学指标,通过醋酸缓冲溶液法测试试样的铅溶出量,对比分析不同固化剂固化土的矿物成分与微观结构特征。结果表明,钙矾石固化/稳定化重金属铅污染土效果显著;钙矾石对孔隙的填充作用带来的增强效果不能代替水化硅酸钙胶结土颗粒的胶结作用,普通硅酸盐水泥对试样的强度更有利,但其后期强度增幅不大,而生石灰有利于固化土强度的持续增长;生石灰较普通硅酸盐水泥对钙矾石的形成、稳定和重金属Pb~（2＋）的固化/稳定化更有利;磷石膏和纯石膏对试样的p H值、无侧限抗压强度及钙矾石固化/稳定化重金属Pb~（2＋）的效果影响较小;固化土体微观结构特征表明,Ca O含量对钙矾石生成形态及作用效果影响显著。当Ca O含量较低时,早期生成的钙矾石将向单硫型硫铝酸钙转化。研究成果可丰富重金属污染场地原位处理技术,具有重要的理论意义和工程应用价值。

循环加载方向角对饱和粉土不排水动力特性的影响36-44

摘要：利用GDS空心圆柱仪进行了一系列主应力方向角？d变化的轴向、扭转、内压和外压四向耦合不排水循环剪切试验。在均等固结条件下,着重研究了循环加载方向角？d0对饱和粉土动力特性的影响。试验结果表明：饱和粉土的双规准化孔压发展模式与？d0无关,但受循环应力比CSR的影响;广义剪应变的发展模式不受？d0的影响。在循环剪切过程中,循环加载方向的变化对粉土的不排水动强度有显著影响,饱和粉土的动强度CRR随着？d0的增大呈现出先减小后增大的变化趋势,且当？d0=45°时CRR最小。同时,建立了反映？d0与CSR影响的孔压、变形的模型,并给出了相应的动强度表达式。

高速铁路小变形下陡坡地基路肩桩板墙力学响应45-52

摘要：掌握高速铁路陡坡地基条件下路肩桩板墙力学特性是路堤侧向变形控制的关键。以贵广高速铁路某陡坡地基路肩桩板墙为试验工点,对墙背土压力、桩身内力与变形进行了900余天现场长期观测,讨论了墙后路堤分层填筑引起的墙土侧向变形形态差异及机械碾压残余应力对土压力分布的影响。结果表明：适应高速铁路小变形要求的强约束、深锚固路肩桩板墙能有效控制陡坡地基路堤侧向变形,桩体仅呈0.94‰的近似刚性转动,填筑完成后变形约占30%,且1.0~1.5 a趋于稳定;经碾压密实的墙后粗粒土填料,即使在小变形下依然能达到主动土压力状态;分层填筑引起墙后填土侧向变形呈现的“上小下大”分布形态与墙体位移相反,是墙背土压力呈现出中部大、两端小抛物线分布模式的重要因素;基于适筋梁受力状态及平截面假定,分别结合实测钢筋应力与混凝土应变换算得到的桩身弯矩具有良好的一致性,与极限地基反力法的理论计算吻合。

张开穿透型单裂隙岩体三轴卸荷蠕变特性试验53-62

摘要：高应力条件下较多岩体工程在开挖卸荷过程中表现出显著的时效变形特征。为研究裂隙岩体在卸荷状态下的蠕变特征,以锦屏I级水电站大理岩为原样制备模型试样,开展了恒轴压分级卸围压三轴卸荷蠕变试验。试验结果表明：试件在破坏时对应应力差最小的是倾角为30°裂隙试样,其次为倾角为60°裂隙试样,倾角为90°裂隙试样最大。从破坏形式来看,完整试件与倾角为90°裂隙试件均呈整体剪切破坏模式,倾角为30°和60°裂隙试件均从裂纹尖端扩展至破坏。变形特征方面,均可采用Burgers模型对各裂隙试样不含加速蠕变阶段的蠕变曲线进行拟合,试样在不同裂隙类型和应力水平下的变形特点则通过参数数值加以区分。该结论与Lemaitre应变等效原理和Sidoroff能量等价原理中有关损伤材料和无损材料间相关关系的基本观点一致。基于此,提出了裂隙岩体损伤蠕变模型,该模型建立了完整岩石与裂隙岩体间的相关关系,对裂隙岩体时效变形特征的进一步研究具有较好的参考价值。

洪水致弯曲河道挡墙稳定性衰变63-70

摘要：天然河道蜿蜒曲折,河湾处环流助长紊动、引发凹岸淘蚀冲刷,导致沿河公路挡墙水毁频发。针对弯道水流运动规律,对洪水条件下弯道挡墙进行受力分析;基于挡墙稳定性分析力学模型,推导了弯曲河道挡墙稳定系数计算公式,给出挡墙基底极限冲深计算方程。通过算例验证了在河湾平缓条件下弯道洪水冲击计算的合理性,并对挡墙稳定性衰减影响因素进行分析。结果表明：洪水上涨时,在墙底未发生冲刷条件下,随着弯道处洪水对挡墙的冲击荷载增大,挡墙稳定性提高;在墙底发生冲刷条件下,挡墙稳定性降低,墙底淘蚀可能导致挡墙倾覆失稳。洪水陡落时,挡墙稳定性随挡墙前后水位差增大而降低,挡墙的抗滑稳定系数衰减速度比抗倾覆稳定系数衰减速度更快,挡墙滑移失稳可能性较大。得出的挡墙稳定系数计算方法的结果与现场情况基本吻合,可为类似沿河挡墙的设计与研究提供理论参考。

考虑超固结效应的不同温度路径下饱和粉质黏土的热固结71-77

摘要：通过室内试验,研究了超固结比OCR对不同温度路径下中空圆柱饱和粉质黏土热固结特性的影响。研究表明,同一升温过程、不同超固结比试样所产生的最大孔压基本相同,但在相同的降温过程中,随着OCR的增大,产生的负孔压的绝对值有增大的趋势;升温或降温过程产生的体应变随着OCR的增大而减小,呈指数形式变化,并且温度幅度越大,这种变化幅度也越大;经过升温-降温过程后的最终体应变也随着OCR的增大而减小;升温或降温到同一温度值,其过程设置的温度等级越多,固结体应变也越大,并且随着OCR的增大,不同等级之间的体应变差值减小,而OCR对不同等级升温-降温后的最终体应变间的差值影响较小。

低温岩体裂隙冻胀力与冻胀扩展试验初探78-84

摘要：低温裂隙岩体冻融损伤与断裂破坏一直是寒区岩体工程建设中的关键科学问题。低温下含水裂隙的冻胀扩展演化过程受冻胀力量值的控制,然而裂隙中冻胀力的大小及其演化机制一直存在争议,尚缺乏有效的试验测试方法。通过在类岩石材料中预制不同长度和宽度的宏观裂隙,进行了低温下饱和裂隙的冻胀力测试试验;利用薄膜压力传感器和温度传感器分别对饱和裂隙在低温冻结过程中的冻胀力和冻结温度进行了实时连续的监测,获取了其时空演化曲线。试验结果表明：（1）在冻结过程中,岩体裂隙中冻胀力的萌生是一个突发的过程,其演化过程可分为孕育阶段、爆发阶段、跌落阶段以及平衡阶段;（2）冻结完成后,裂隙冰发生了明显的挤出且裂隙尖端产生了可见的冻胀裂纹;（3）融化过程中,冻胀力跌落较快,但存在滞后现象;（4）对于宽度在2~5 mm范围内的半开口裂隙,从裂隙开口端冻结时,最大冻胀力与裂隙宽度线性正相关;在宽度为5 mm的饱和裂隙中最大冻胀力达到了7.2 MPa。研究成果可为认识裂隙中冻胀力的萌生演化机制以及进行裂隙冻胀扩展计算与分析提供借鉴。

土层锚固体应力传递机制85-92

摘要：基于锚固体轴对称受力特征开发了一种土层锚固界面试验装置,结合二维数字散斑相关方法,获得随着荷载加大锚固体周边土体的位移场及应变场变化规律。试验结果表明,锚固体的位移带动周边土体变形主要出现在靠近锚固体的一小薄层范围内,其变形具有范围稳定、连续、线性和剪胀等特征。采用与Coulomb屈服条件相关联的流动法则建立锚固体界面层的本构关系,并推导出了锚固体在拉拔荷载条件下的轴力和剪应力分布的表达式。分析结果表明,锚固体上的剪应力分布的均匀程度与土层密实度密切相关,土层的密实度越低,其抗力系数、内摩擦角越小,则锚固体上的剪应力分布越均匀,而抗力系数和内摩擦角较大的土层,其剪应力分布特征与岩石锚固体的理论及实测成果相似。

含石量对土石混合体剪切特性的影响93-102

摘要：为了探究不同含石量对土石混合体的抗剪强度及剪胀性的影响,利用先进的大型单剪试验仪进行了21组大型单剪试验。试验设计了从0%~80%含石量共7组试验样品,在100、200、300 k Pa三种不同的法向压力下进行单剪试验。基于试验结果,分析了含石量对土石混合体的抗剪强度和剪胀、剪缩特性之间的关系。试验结果表明,在相同的法向压力下,随着含石量的增加,土石混合体的内摩擦角及黏聚力总体上有先增大后减小的趋势。当土石混合体在含石量为40%~50%之间时,其抗剪强度最大。研究表明：土石混合体抗剪强度受到土石混合体孔隙比的影响,同时随着含石量的增加,土石混合体中的结构形式及主导颗粒也相应的发生变化。当含石量在0%~20%之间时,细集料在土石混合体中占主导地位,土石混合体为悬浮密实结构,此时土石混合体的抗剪强度与基质颗粒的性质相近;当含石量在20%~50%时,土石混合体为骨架孔隙结构,随着含石量的增加,土石混合体的骨架逐渐形成,颗粒之间咬合力增加,使得黏聚力及内摩擦角都有明显提高;当含石量超过50%之后,土石混合体表现为骨架密实结构,孔隙率开始上升并且细粒料开始大幅减少,细集料不能充分填充块石之间的孔隙,于是土石混合体抗剪强度开始下降。

卸压区不同钻孔长度抽采条件下瓦斯运移特性试验103-111

摘要：研究抽采过程中瓦斯运移特性有助于了解抽采气体来源、不同位置对抽采效果的贡献及抽采降压规律,为合理确定抽采时间、设计抽采位置和钻孔长度等提供依据。利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了卸压区不同钻孔长度条件下瓦斯抽采的物理模拟试验,分析了抽采过程中煤层瓦斯运移相对速度和方向特征。研究结果表明：抽采前期和钻孔周围区域分别是抽采量主要贡献时期和区域,瓦斯压力梯度大,流动快。卸压区瓦斯流动相对速度最快,应力集中区使得瓦斯相对流动速度衰减加速,且对原始区的瓦斯流动形成一道屏障,使其相对流动速度趋于0。随着抽采时间的增加,瓦斯相对流动速度逐渐衰减,对于瓦斯运移方向而言,抽采一旦开始便在煤层中形成了较为固定的运移通道,但在抽采后期和钻孔深部区域,由于瓦斯压力梯度小,流动缓慢,运移方向的不稳定性增强。而随着钻孔长度增加,卸压区内瓦斯相对流动速度表现出增大的趋势,因此,适当增大卸压区钻孔长度将有利于现场瓦斯开采。

胶结结构性土统一硬化模型112-122

摘要：结构性土颗粒间的胶结使试样剪切破坏最终应力比高于相应重塑土,也限制了试样剪切时体积应变的自由发挥。在考虑结构垮塌为主的结构性土统一硬化（UH）模型基础上,将应力空间中静止的临界状态线扩展为动态的移动临界状态线。据此,通过建立新的屈服面方程并修正剪胀方程,将结构性土统一硬化（UH）模型扩展为胶结结构性土统一硬化（UH）模型。相对于原模型,新模型增加了1个模型参数,即初始胶结应力,反映土颗粒之间的初始胶结作用。通过4种结构性土试验数据与模型预测对照表明：所提模型能够较合理地描述结构性土等向压缩、常规三轴排水与不排水剪切等特性。

考虑吸力效应的非饱和黏土回弹模量预估模型123-128

摘要：回弹模量是反映路基弹性支撑能力的重要指标,并受运营期间基质吸力变化的显著影响。通过3种压实黏土试样的土-水特征曲线试验和重复动三轴试验,研究了回弹模量与基质吸力的相关性,并基于非饱和土有效应力原理,提出了考虑吸力效应的回弹模量预估模型。结果表明：基质吸力与回弹模量之间具有较强的非线性相关性,可采用指数形式进行两者的拟合;含水率由最佳含水率-4%提升至最佳含水率＋4%时,受基质吸力减小的影响,回弹模量降幅达到29.1%~39.0%;在土-水特征曲线过渡区,采用以饱和度表征的有效应力参数,可较好地反映基质吸力对于回弹模量的贡献,预估效果优于采用残余含水率或进气值相关的有效应力参数;在相同饱和度的情况下,黏粒含量越多、塑性指数越高,基质吸力对有效应力的贡献比例越小。

盐溶液饱和黏土的等向压缩特性129-138

摘要：利用不同浓度Na Cl溶液饱和黏土,进行等向压缩试验并分析渗透吸力对等向压缩特性的影响规律。试验结果表明：渗透吸力对于黏土的等向压缩行为存在明显影响,主要体现在对初始弹性压缩线斜率、初始屈服应力的影响上。随着渗透吸力的增大,初始弹性压缩线斜率增大、初始屈服应力逐渐减小;而渗透吸力对弹塑段压缩线斜率和卸荷回弹线斜率影响不大。基于等向压缩试验结果,建立了盐溶液饱和黏土的本构模型,经过验证该模型能有效地模拟盐溶液饱和黏土的等向压缩特性。此外,该模型还可以模拟恒定等向压力下渗透吸力改变引起的试样变形。该等向压缩试验结果及所建立的模型为进一步分析及模拟化学-力学耦合行为提供了数据支持和理论基础。

无黏性土中筒型基础负压下沉模型试验139-150

摘要：筒型基础是海洋结构物特别是海上风力机的重要基础型式之一,其下沉阻力的研究是该种基础型式成功应用的关键。目前对于无黏性土中下沉负压的计算方法主要有以静力触探为基础的（CPT-Based）方法与基于贯入过程中筒体受力平衡的解析方法,但计算结果与工程实测数据均存在偏差。开展了3种不同厚径比筒型基础的负压下沉模型试验,测量了下沉过程中筒内外侧壁、端部土压力以及周围土体的孔压变化;分析了2种方法中计算参数对结果的影响,给出了推荐的参数取值范围;根据实测孔压与数值模拟结果建立了临界负压计算公式。研究表明：砂土中筒型基础负压下沉时筒土间摩擦系数约为0.2,推荐CPT-Based方法中的外侧摩阻力系数为0.002 6~0.007 0,内侧摩阻力系数为0.001,端阻力系数为0.2~0.6;解析法中侧向土压力系数介于静止土压力系数与被动土压力系数之间,端阻力承载系数为40;考虑土体渗透破坏保护机制的临界负压计算公式可以有效地提高筒型基础下沉控制的临界负压,更加接近实际情况。

抗剪强度分项系数的标准差反馈标定法151-157

摘要：基于可靠度理论的分项系数极限状态设计方法是当今岩土工程设计的一个趋势,分项系数的标定是确定设计参数的关键。岩土材料强度分项系数需反映材料参数的变异性,现有理论方法如安全系数校核法、一次二阶矩校核法、验算点校核法等理论标定方法,没有明确说明分项系数如何降低参数不确定性的影响,理论基础有待进一步完善。因此,提出岩土材料强度分项系数的标准差反馈标定法,该方法在目标可靠度的基础上,通过观察均值的调整对标准差调整的抵消作用,确定材料强度分项系数,由此确定的分项系数能充分反映强度参数的离散性。通过算例对该标定方法的实现进行了说明,并与验算点校核法进行了对比分析,指出标准差反馈标定法比验算点校核法更加合理。