岩土力学杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

岩土力学 2018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

活性氧化镁碳化固化粉质黏土微观机制1543-1552

摘要：以活性氧化镁碳化固化粉质黏土为研究对象,通过无侧限抗压强度试验、酸碱度测试、X射线衍射试验、压汞试验和扫描电镜试验,研究了不同初始含水率和碳化时间影响下活性氧化镁碳化加固粉质黏土的强度、pH值、碳化产物和微观结构等变化。根据碳化固化土强度与碳化产物含量及累积孔隙体积间的内在联系,提出了粉质黏土的碳化反应微观模型。结果表明：随碳化时间增加和初始含水率减小,碳化固化土的碳化产物含量增加、累积孔隙体积减小,同时氧化镁碳化加固土的强度提高;碳化固化土的pH值随碳化时间不断减小,而随初始含水率变化不大;最后提出了粉质黏土的碳化反应微观模型,确定了活性氧化镁固化粉质黏土在碳化约6.0 h时可获得最高强度。

考虑细观结构演化的非饱和Q3原状黄土弹塑性本构模型1553-1563

摘要：Q3原状黄土是典型的非饱和土,具有明显的结构性,其力学变形特征与结构性密切相关。建立黄土的本构模型有必要考虑加载和湿陷过程中结构演化特征,才能真实地反映原状黄土的固有特性。假设原状黄土的屈服应力是重塑黄土与结构性两者的耦合,基于细观结构演化规律,考虑吸力和结构性的影响,提出了一个非饱和Q3原状黄土的弹塑性本构模型。模型包括土骨架变形与水量变化两个方面,土骨架变形方面以修正Barcelona非饱和土弹塑性模型为基础,引入通过CT三轴试验获得的Q3原状黄土加载-湿陷过程中的结构演化方程,分别得到描述土骨架在加载和湿陷过程的本构模型,以突出加载和湿陷过程中结构性对变形的影响;水量变化方面则采用广义土-水特征曲线描述,以反映净平均应力和偏应力对持水性的影响。模型总计22个材料参数,均可由试验确定。通过对比若干试验数据与模型计算结果,初步验证了模型的合理性。建立的考虑结构性的弹塑性本构模型为深化认识黄土力学特性提供了可能,并为有效分析黄土地基湿陷变形提供了一定借鉴。

南海北部陆坡软黏土动力应变——孔压特性试验1564-1572

摘要：针对南海北部陆坡原状软黏土，开展了不同偏压同结比疋和循环应力比CSR条件下的动三轴试验，探究了动荷载作用下试样的残余动应变、残余动孔压与循环振次的变化规律；综合考虑试验过程中残余动应变和残余动孔压的关联性，捉出了基于动应变-孔压模式的动三轴试验破坏标准，并采用微观电镜扫描（SEM）图像揭示其作用机制。研究表明：在给定Ke条件下，CSR值不同，残余动应变随循环振次的发展趋势呈现出显著差异性，而残余动孔压随循环振次的变化规律基本一致；随着疋的增加，CSR临界值逐步增大，相应的最终残余动应变逐渐减小，而残余动应变-动孔压曲线也表现出相似特征；将传统的应变值破坏标准扩展至由应变-孔压曲线拐点控制的破坏区间，可以有效界定破坏振次并描述试样的完整破坏过程，揭示动荷载条件下试样内在的有效应力-应变-孔压互馈机制。上述研究成果将为南海北部陆坡软黏土软化-孔压模型的建立、海洋地质灾害评价与预测、海洋工程基础设计提供可靠参考。

珊瑚砂高压力下一维蠕变分形破碎及颗粒形状分析1573-1580

摘要：珊瑚砂是一种含钙极高的海洋生物成因材料，具有高棱角性、形状不规则、易破碎等特点。通过珊瑚砂的高压一维蠕变试验，研究颗粒破碎引起颗粒分布曲线和形状因子的演化规律。借助于高速动态图像的激光粒度粒形仪器，从统计学的角度分析试验前后颗粒形状随压力演化的关系，发现颗粒的形状因子，如长宽比、球形度和凹凸度等，随压力增加而逐渐增加。不同粒径的颗粒形状因子均向一个窄幅范围趋近，说明颗粒破碎具有无尺度性和自相似性的分形特性，分形维数随压力增加而逐渐增大，且趋近分形破碎极限。采用Hardin和Einav的方法计算相对破碎最，发现在两种计算方法下相对破碎量与压力呈幂函数关系，且幂指数相同。相对破碎龟随时间增加的现象并不明显，说明在高压力下颗粒破碎主要为压缩破碎，且颗粒细化滑移填充孔隙引起的变形是造成蠕变的主要原因。

礁灰岩嵌岩桩的模型试验1581-1588

摘要：援建马尔代夫的马累一机场岛跨海大桥项目作为我国“一带一路”的经济建设规划之一，桥梁桩基坐落于与我国南海珊瑚礁岩土体结构极为相似的珊瑚礁中。由于国内外开展珊瑚礁嵌岩桩的设计经验不足，故需要通过试验方法获取珊瑚礁嵌岩桩的承载特性和相关数据。对取自马累岛和机场岛桥基位置的礁灰岩岩芯开展室内桩基承载特性试验研究。测得礁灰岩的密度、相对密度、饱和单轴抗压强度、三轴剪切强度等基本物理力学指标，结合礁灰岩中嵌岩桩模型试验结果，获得模型桩承载力随桩端位移的变化规律。试验结果表明：桩岩界面先后经历弹性剪切、剪应力跌落和摩擦剪切3个阶段。在弹性剪切阶段，界面剪切变形以弹性变形为主，极限弹性位移玎呈现出随弹性模量E增大而递减的趋势。在剪应力跌落阶段，应力软化急剧，并很快过渡到界面的摩擦剪切。通过试验发现，在低刚压下，礁灰岩的残余侧摩阻力与饱和单轴抗压强度呈正相关关系。随着围压增大，残余侧摩阻力受围压影响较大。

一种考虑黏聚强度的改良土弹塑性本构模型1589-1597

摘要：改良土中土颗粒和水化物形成具有一定结构的聚合体而表现出较强的结构性。与重塑正常固结土相比,改良土的结构性更强且具有一定的超固结比。在变形发展过程中,由于聚合体结构逐渐破坏,黏聚强度逐渐损失,土体表现出应变软化的力学特性。基于适用于超固结重塑黏土的统一硬化模型,引入改良土黏聚强度及其随塑性变形的演化规律,对统一硬化参数进行了修正,并采用更适用于改良土的非关联的流动法则,建立了一个可以较好地描述改良土力学特性的弹塑性本构模型。通过与水泥改良土和石灰改良土的三轴剪切排水试验的结果进行对比,该模型能够较为合理地描述改良土加载过程中黏聚强度损失对其力学特性的影响。黏聚强度的存在导致土体表现出超固结土的特性,当黏聚强度损失时会加剧土体的软化速度。

高吸力下黏性土的抗剪强度和体变特性1598-1610

摘要：非饱和土中土-水之间的相互作用可区分为毛细作用和吸附作用，已有的非饱和土力学特性的研究大都局限于较低吸力、毛细作用占优范围。实践中由于环境的变化，地表土体常经历干湿循环及处在低含水率、高吸力状态，此时吸附作用占优。针对高岭土一河砂配制的非膨胀性黏性土，采用饱和盐溶液蒸汽平衡法，从脱湿和吸湿两种吸力路径下对土体施加高吸力。测试了高吸力下土体的强度和变形特性，试验中选用了0（接近无侧限）、25、50、100kPa共4组小围压。试验结果表明，高吸力下土体表现为应变软化型破坏和剪胀性。随着围压的施加，土体从沿纵向开裂的张裂破坏过渡为剪切破坏。验证了修正后的Bishop非饱和土强度公式不适用于描述高吸力时峰值抗剪强度的变化，得到了高吸力下峰值抗剪强度可用相对于净应力的临界状态强度和剪胀作用来表示。分析发现，高吸力时土体的抗剪强度和比表面积直接相关，吸力对土体抗剪强度的作用取决于土体集聚体组构的形成和发展程度及其导致的剪胀作用。

基于现场液化试验的饱和砂土孔压增量计算模型1611-1618

摘要：采用现场液化试验,研究水平场地孔压增长模式,提出孔压增量计算模型。通过不同密实度砂土的液化试验,以加速度、埋深、砂土密实度等现场参数为指标构建孔压增量模型,发现现场和室内试验孔压增长模式的区别和联系,并验证该孔压模型的可靠性。研究结果表明：等幅循环荷载下,与现有动三轴等土单元试验的孔压增量随作用次数一直呈单调递减模式不同,现场试验孔压增量随作用次数呈现出先增大后减小的规律,中间存在阈值;通过参数分析和试验实例验证,构建的孔压增量计算模型,可更方便地用于随机荷载下水平场地的饱和砂土孔压计算。

盐渍土水-热场耦合效应与盐胀变形试验1619-1624

摘要：为了研究西北干旱地区盐渍七在自然气候条件下的水-热场变化特征与盐胀变形规律，在4．5m深试验坑内埋设了若干套竖向变形观测设备、含水率和温度传感器，对坑内不同深度土层的温度场、水分场和盐胀变形随季节性变化状况进行了为期1a的动态监测和分析研究。结果表明：0．6m以上土层相较于其他土层对气候温度变化的响应更加积极、温差变化幅值也更大，且土层间的温差幅值随降温期的不断深入而增大；士体含水率变化主要受降水、蒸发和温度梯度的耦合影响，0．4m以上土层水分的变化幅度较其他土层而言更为显著，土层水分迁移沿深度方向表现出分带现象；盐胀变形主要受温度和水分迁移的影响，盐胀变形主要发生在距地表1．0m土层深度内，主要发展时间在当年11月至次年2月之间。

基于温度场时空分布特征的寒区隧道冻胀模型1625-1632

摘要：寒区隧道冻胀力随时间和隧道进深呈三维时空分布，为建立描述冻胀力时空效应的简化模型，首先以某寒区隧道温度场测试成果为基础，建立了三维温度场模型，通过Stephen公式得到围岩冻结深度变化规律，以围岩冻结深度为参数，结合冻融圈整体冻胀模型和风化层冻胀模型建立了新的冻胀模型。分析结果表明：围岩冻结深度受温度场影响呈三维时空分布，随隧道进深逐渐减小，随时间呈弦函数变化；考虑风化层和破碎层建立冻胀模型，当冻结深度小于风化层厚度时，冻胀力只由风化层产生，冻结深度大于风化层厚度时，冻胀力由风化层和扰动层叠加产生；冻胀力时空分布规律与围岩冻结深度变化规律一致。

干湿循环条件下红砂岩软弱夹层微结构与剪切强度的关联性1633-1642

摘要：极旱极涝频繁交替的极端气候事件会加剧岩士风化，降低强度，影响岩士工程结构稳定。采用直剪试验和扫描电镜技术，研究了对顺层红砂岩边坡稳定性起控制作用的软弱夹层在常温状态、干湿循环条件下（60℃ 风干）的力学特性及微观结构变化规律，通过相关分析、逐步回归方法得到了影响强度的微结构显著变量，构建了反映二者关联性的回归方程。研究表明：红砂岩软弱夹层剪切强度及黏聚力在1～5次循环过程中急剧降低，5次后变化趋缓，循环次数对内摩擦角变化影响微小；干湿循环次数增加，平均面积、平均直径、平均周长、定向概率熵等4个微结构参数减小，并与黏聚力呈现正相关关系；颗粒个数、平均形状系数、形态分布分形维数3个微观参数与黏聚力呈现负相关关系；分析认为，干湿循环过程中宏观力学特性蜕化及微观结构参数变化之间显著相关，干湿循环造成的岩土颗粒胀缩、碎裂、结构破坏是导致红砂岩软弱夹层剪切强度蜕化的主要原因。

不同偏置裂纹充填体断裂特性试验1643-1652

摘要：为了研究含缺陷胶结充填体的断裂特性，分别设置了裂纹偏置比为0、0．25、0．50、0．75，缝高比为0．10、0．25、0．50的胶结充填体试件进行三点弯曲试验，利用高速摄像机进行裂纹扩展模式全程捕捉，借助二维颗粒流软件PFC00对充填体裂纹扩展全程、破断方式及断裂机制进行分析。试验结果表明：相同缝高比下，随着裂纹偏置比的增加，断裂峰值荷载越大；当偏置比一定时，随着缝高比的增加，断裂峰值荷载越小；裂纹偏置比在0、0．25和0．50时，裂纹从偏置处扩展，且随着偏置比的增加，偏折角增大；裂纹偏置比在0．75时，裂纹从中心处扩展；断裂裂纹可分为3个阶段，且呈锯齿状扩展并在发育的过程中不断有碎裂状颗粒产生和脱落。利用二维颗粒流模拟充填体试件的力链网络、速度场及破断方式，结合其宏观力学的试验结果进行对比分析，探讨了细观断裂机制，其断裂时的峰值荷载与试验值相差不超过3．8％。

素混凝土桩复合地基支承路堤变形破坏模式1653-1661

摘要：摘要，为了分析素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形特征和失稳破坏机制，建立了3组不同桩间距的素混凝土桩复合地基支承路堤离心试验模型及其数值模型。结果表明：在路堤填士自重、轨道和车辆荷载作用下，改变桩间距对素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形、桩体应变、加筋垫层和桩体破坏模式具有显著的影响；当桩间距不大于4倍桩径时，加筋垫层整体基本保持完好，路堤下素混凝土桩复合地基沉降能逐渐趋于稳定，而桩问距达到6倍桩径后，桩顶刺穿加筋垫层，加筋垫层对桩士变形协调和传递荷载作用失效，素混凝土桩复合地基支承路堤沉降持续增大；当桩间距达到4倍桩径时，素混凝土桩最大应变值发生随上部荷载的增大反而减小的突变现象，最靠近坡脚的素混凝士桩最先产生弯曲破坏而不是剪切破坏，当桩间距增大至6倍桩径时，桩体弯曲破坏逐渐往路堤中心方向发展。

考虑受压侧岩体反力非线性作用的锚杆抗剪理论1662-1668

摘要：针对锚杆受压侧岩体或砂浆体反力非线性作用及结构面的剪胀效应问题,基于经典梁理论推导锚杆轴力与轴向变形及横向剪切力与横向变形的理论公式,建立了锚杆抗剪力计算公式。通过加锚结构面直剪试验验证理论计算有效性,并分析结构面剪胀系数、围岩强度、锚杆安装角（倾角）对锚杆变形和抗剪力的影响。结果表明：锚杆抗剪理论计算与室内试验结果吻合较好;结构面剪胀系数越大,越能较快调动锚杆抗剪作用,相反锚杆塑性强化特征越不明显,改善加锚结构面的阻滑抗剪作用,主要依靠结构面固有抗剪强度;随着围岩强度降低,锚杆需经一定变形才能发挥较大抗剪作用,而随着围岩强度增大,锚杆将迅速达到屈服状态,并且锚杆由轴向张拉破坏逐渐转为拉剪破坏;锚杆最优安装角随结构面内摩擦角增大而增大,依据实际工程中结构面内摩擦角取值范围,可估算锚杆最优安装角为30°～68°。

高聚物堆石料回弹特性试验1669-1674

摘要：基于中型三轴仪开展了高聚物堆石料回弹模量试验,分析了高聚物堆石料卸载-再加载的力学特性和回弹模量变化规律。结果表明：围压和应力水平对体积变化规律有明显影响,随着试验围压的增大,试样由初始状态的剪胀逐渐变为剪缩;高围压下,随着应力水平的增大,试样的卸载体缩量呈非线性增大;而围压在100 kPa下,卸载时表现为体胀,不同应力水平下的卸载体缩量相近且较小。平均回弹模量与初始模量的比值大约在3.9～4.2之间,应力水平为0.7条件下对应的回弹模量与平均回弹模量较为接近。高聚物堆石料的回弹模量满足邓肯-张模型关系,数值计算过程中回弹模量系数近似为初始模量系数的4.0～4.2倍。

非饱和土一维大变形固结模型1675-1681

摘要：基于分段线性差分法,建立了一种非饱和土一维大变形固结模型。该模型可考虑土性参数非线性变化,可计算与分析大变形问题,并编制了Fortran计算程序。在现有解答和试验数据的基础上,对该模型进行了验证,瞬时加载情况下模型数值解与现有解答基本吻合,考虑加载过程下的数值解与试验数据吻合。进行了大变形算例分析,对比了加荷压密与消散固结阶段土层变形,探讨了孔隙气、水渗透系数比对土层沉降量、饱和度和不同应变情况下固结度的影响规律,分析了非饱和土大、小变形固结理论计算孔隙水（气）压和沉降量的差异。

主动与被动状态下墙体侧向位移近似计算1682-1690

摘要：极限状态下墙体侧向位移对土压力计算和支挡结构设计影响显著。根据Rankine变形体和Coulomb刚塑体模型,将墙后土体变形分别当作单剪和直剪试验中试样的剪切过程,以达到极限剪切变形（剪应变或单位长度剪切位移）作为进入主被动状态标准,构建了土体变形与墙体位移的几何关系,提出了反映土体变形与强度特性,同时考虑静止时初始应力状态影响的墙体极限侧向位移近似计算模型。分析表明：土体极限剪切变形、滑移区范围、初始应力状态是影响墙体极限位移的核心要素,其中极限剪切变形占据主导作用,是导致不同颗粒组成及密实程度土体进入极限状态所需墙体位移差异显著的主要原因,而主被动区范围不同和因静止土压力系数k0＜1引起的初始剪切变形,则是被动状态墙体位移远大于主动的关键因素;算例中主动与被动状态下墙体位移与墙高之比分别介于0.5‰～13.2‰和-0.4%～-5.2%,且主动状态下细粒土墙体位移大于粗粒土,计算结果与工程经验及相关文献模型试验基本一致。

基于矢量和的滑面应力抗滑稳定分析方法1691-1698

摘要：矢量和抗滑稳定分析方法根据真实应力状态定义求解安全系数,物理意义明确,一批学者对其进行了研究。但是当合法向力矢量投影与合剪力矢量投影的符号相反且其绝对值大于合剪力矢量投影时,矢量和法计算出的安全系数可能为负值;另外,目前潜在滑移面上每点极限抗滑剪应力矢量的方向是根据潘家铮最大、最小原理确定的,将其定义为潜在滑移体滑动趋势方向在该点切平面上投影方向的反方向,但是潘家铮最大、最小原理描述的是滑移体力学系统抗滑能力最大,按照矢量和法的定义式,抗滑能力包括抗剪力和法向抗力两部分。基于矢量和思想与以上关于矢量和法的思考,提出一种滑面应力抗滑稳定分析方法,将潜在滑移面视为薄滑移带,以薄滑移带作为对象进行微元受力分析,每个微元的极限抗滑剪应力矢量方向取为该微元剪应力矢量的反向,所有微元的极限抗滑剪力矢量和的反向定义为潜在滑移体滑动趋势方向,最终将极限合抗滑剪力矢量在滑动趋势反方向的投影与合滑动剪力矢量在滑动趋势方向的投影的比值定义为安全系数。较极限平衡法,方法自动满足静力平衡、力矩平衡和变形协调条件,无需受力模式假设;较强度折减法,新方法基于真实应力,物理意义更加明确,安全系数以显式表达,无需迭代;通过经典二维静态边坡考题,验证此方法的可行性;将新方法应用到三维工程实例中,分析潜在滑移体在边坡开挖过程中安全系数的动态演化规律,证明方法的实用性。