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岩土力学 2018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

考虑松动区内应力分布形式的松动土压力研究1927-1934

摘要：传统土拱效应理论是基于松动区内土体应力均匀分布这一基本假定建立的,然而由于松动区内部主应力轴偏转的影响,实际情况下松动区内部的土体应力分布往往是非均匀的。针对这一情况,在太沙基松动土压力分析模型的基础上,通过假定3种不同形状的大主应力轨迹线,考虑了松动区内应力分布形式对松动土压力的影响,对传统太沙基松动土压力公式进行了修正,并与离散元数值模拟结果进行了对比验证。研究结果表明：当土体达到极限平衡状态时,松动区内部竖向应力与水平向应力分别呈上凹式分布和上凸式分布,松动区中轴线上侧向土压力系数等于被动土压力系数;采用不同形状的大主应力轨迹线进行计算所得应力分布之间的差异在10%以内,且均与离散元数值模拟结果吻合良好,从而验证了修正解的有效性。为计算方便起见,推荐相关工程中采用圆弧形大主应力轨迹线假定进行计算。

透明砂土与天然砂土动力特性对比1935-1940

摘要：人工合成透明土材料在支撑岩土工程可视化模型试验技术领域得到了良好的应用。然而,关于该新型材料的动力特性研究仍相对缺少,一定程度上影响了其在动力相关模型试验中的推广应用。基于共振柱、动扭剪试验仪器,开展人工合成透明砂土的动变形与动强度特性试验研究,并与天然砂土及福建标准砂的相关动变形与动强度特性进行对比分析;透明砂土由折射率一致的熔融石英砂和混合油配制而成,混合油由15号白矿物油和正12烷按比例混合而成。试验测定并分析了透明砂土的动剪切模量-应变、阻尼比-应变、动剪切模量-阻尼比等关系曲线,以及孔压、动强度特征。试验结果表明,由熔融石英砂与混合油配制而成的透明砂土的动变形和动强度特性与天然砂土相似,可以模拟天然砂土材料开展动力相关模型试验研究。

饱和黏土中固定锚腚拖曳锚嵌入轨迹预测模型1941-1947

摘要：饱和黏土中固定锚腚拖曳锚的嵌入轨迹和承载力预测是深水系泊系统设计的关键。从固定锚腚拖曳锚在饱和黏土海床嵌土的初始状态出发,将固定锚腚拖曳锚和周围土体视作宏单元,假设在锚链拉力作用下宏单元沿土体屈服面法向运动,利用锚链方程计算锚眼拉力,基于增量迭代法建立了预测固定锚腚拖曳锚嵌入运动轨迹和锚眼拉力的模型,编制了相应的计算程序。利用程序预测了Bruce Dennla MK4固定锚腚拖曳锚、Murff算例拖曳锚在饱和黏土中的运动轨迹和承载力,结果表明：本文所建立的模型预测结果正确,可以用于预测固定锚腚拖曳锚嵌入饱和黏土全过程中板锚的运动轨迹、运动形态和锚眼拉力;固定锚腚拖曳锚嵌入过程中,锚运动形态有一个调整过程,因此,旋转角先减小,而后增加,并逐渐趋于稳定值。

基于极限应力比的三参数双τ^2强度准则及其应用1948-1954

摘要：为了更好地分析复杂应力下的强度问题,作为岩石、混凝土材料强度理论的完善和补充,利用双τ^2强度理论,推导出了一个考虑静水压力和主剪应力面上正应力影响的三参数双τ^2强度准则,给出了该准则的数学表达式,进行了几种应力状态下的理论预测与现有试验数据的对比分析。结果表明,不同的极限应力比a和b值对应着不同材料的强度准则;σ1〉σ2=σ3应力状态的强度低于σ1=σ2〉σ3应力状态下的强度;在σ3=0的双轴受压应力下,其双轴压缩强度fcc大于单轴压缩强度fc;在三轴压缩的应力状态下,当σ3处于某一固定值且σ2较小时,σ1随着σ2的增加而逐步增大,而σ2较大时,则σ1随着σ2的增加而逐步减小;理论预测值与现有的花岗岩、红砂岩、软弱砂岩以及混凝土等材料的部分试验数据吻合较好。

水平加筋地基极限承载力的极限上限分析法1955-1962

摘要：水平加筋是广泛应用的软土地基处理方法之一,而水平加筋地基极限承载力的确定是其地基处理设计的重要依据。因此,首先结合条形基础下水平加筋地基的工程特点,在探讨其承载机制和破坏特点的基础上,考虑破坏间断面上筋材与地基土体的变形协调,构建出反映加筋参数变化影响的可变破坏模式及机动允许速度场;然后,在此基础上,通过重点研究筋材的能量耗散分析方法,并引入上限极限分析理论,建立出条形基础下水平加筋地基极限承载力分析模型,再引入序列二次规划优化分析理论,建立出条形基础下水平加筋地基极限承载力确定方法,它能充分反映加筋设计参数对地基破坏模式及承载力的影响;最后,通过试验结果与该方法及现有同类分析模型结果的比较分析,表明了该模型与方法的合理性与可行性。

基于突变和流变理论的采空区群系统稳定性1963-1972

摘要：为预防地下矿山采空区群系统高应变能的突然释放引发的灾害,通过构建顶板-矿柱三维空间力学模型,利用突变理论和流变力学理论对其稳定性及突变倾向性作定量与定性分析,推导出系统在不同时刻突变并释放能量的数学判据和力学条件,提出系统稳定性的分析算法并验证了其有效性和实用性,在此基础上探讨各影响因子对该系统稳定性的影响。结果表明：随着矿柱流变,系统突变倾向性减小,但顶板整体性逐渐破坏且边界条件依次进入固支、简支和自由边3个阶段,维持系统稳定的矿柱有效承载面积比率临界值ζmin在各阶段内连续减小,在顶板简支和自由边的阶段起点处ζmin突跳增大,3个阶段ζmin的平均减小速率依次降低;顶板刚度D、上覆岩层荷载q0、矿柱面积比率ζ和空区群尺寸之间的数值关系对系统稳定性起主导作用。该研究结果可为矿山安全开采规划和采空区群系统稳定性评判及调控提供新思路和新方法。

基于全应力-应变曲线的软岩蠕变寿命估计1973-1980

摘要：软岩的蠕变寿命是岩石流变学研究的重要内容之一,是影响岩土工程长期稳定的重要因素。根据Goodman原理,蠕变破坏点位于全应力-应变曲线的下降段（破坏段）上。当等时应力-应变曲线簇用分离变量函数表达时,证明了对于给定应变（εF）处的等时应力-应变曲线的切线模量比和割线模量比随时间的变化规律相同。将破坏段曲线简化为直线,等时应力-应变曲线与破坏段的交点（蠕变破坏点）近似等于等时应力-应变曲线上某点（εF）的切线与下降段直线的交点,进而推导出了该交点的蠕变寿命的表达式。εF越接近峰值应变,误差越小。这样,可由短时蠕变曲线簇变换到等时应力-应变曲线簇,通过拟合方法求出给定应变（εF）下模量比随时间变化的表达式;再由全应力-应变曲线求出峰值应力与应变、给定应变（εF）下的应力与切线模量、下降段直线斜率等参数;即可得到软岩的蠕变寿命和长期强度。利用本文方法,对某泥岩的蠕变寿命进行了求解,得到了蠕变寿命随应力水平变化的表达式和长期强度值,理论结果与试验结果较吻合。

考虑转速比影响的砂土中螺旋挤扩钻具成孔特性宏细观模型试验1981-1990

摘要：以福建标准砂为材料,采用宏细观模型试验方法,分析了转速比对松砂和密砂地基中螺旋挤扩钻具成孔特性的影响。宏观上,研究了竖向阻力、扭矩和土体应力随贯入深度的变化规律;细观上,结合环氧树脂砂土固化方法与数字图像分析技术,探讨了孔周土体相对密实度变化及其组构演化规律。试验结果表明,无论松砂还是密砂,钻具贯入时的竖向阻力、扭矩及孔周土体最大径向应力均随着转速比的增加而减小;钻具贯入导致松砂地基中钻头深度和孔周土体均发生挤密,而对于密砂则均发生不同程度的体胀;无论松砂还是密砂,孔周砂土切块环向面上的接触法向各向异性程度均随着转速比的增加而减小,而转速比对其径向面上的接触法向各向异性分布影响不大。该试验结果有助于提升对螺旋挤土桩成孔过程宏细观机制的认识。

三明治形加筋土筋-土界面动力剪切特性1991-1998

摘要：三明治形加筋土是一种在黏土中加入加筋砂层形成的混合填料形式的新型加筋土。为了研究不同条件下三明治形加筋土筋-土界面的动力剪切特性,采用大型直剪仪对三明治形加筋土进行了一系列循环剪切试验,研究了不同薄砂层厚度、循环剪切幅值和竖向应力对界面剪切特性的影响。试验结果表明：筋-土界面的剪应力峰值随着循环次数的增加而增加,循环周次为10时,薄砂层厚度为5、6、7、8、9 mm的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为24.84、27.4、27.94、26.33、24.68 kPa,表明薄砂层厚度为7 mm时,筋-土界面在循环剪切阶段的峰值剪应力最大;剪切幅值越大,界面循环剪切的最终剪缩量越大,同一循环次数对应的剪切刚度和阻尼比越小;在不同竖向应力下,界面在循环剪切过程中都发生了循环剪切硬化现象,循环周次为10时,竖向应力为30、60、90 kPa的条件下,筋-土界面的剪应力峰值分别为20.4、25.14、32.96 kPa,表明剪应力峰值随竖向应力的增大而增大,同一循环次数对应的剪切刚度也随竖向应力的增大而增大。

承压水位变动下深大基坑空间效应离心试验与数值模拟1999-2007

摘要：基坑工程是典型的三维空间问题,只有在一定条件下才能简化为平面应变问题。针对基坑工程的空间效应问题,首先采用离心模型试验建立基坑工程三维模型,分析承压水位变动条件下基坑变形规律;然后,进一步开展三维数值模拟,与离心模型试验结果进行对比验证,并开展基坑长度、开挖深度、承压水位高度和基坑面积等因素对基坑三维空间效应的影响研究。研究表明：三维基坑离心模型试验监测得到基坑中部和角部断面处的地连墙水平位移以及基坑外侧地表沉降,验证了角隅效应,且承压水位上升时角隅效应更显著;影响因素分析表明,长江Ⅰ级阶地中当基坑长度大于6倍开挖深度时,基坑中间断面基本为平面应变状态;随开挖深度逐渐增大时平面应变比显著增大,而当深度大于25 m时增大速率减缓;承压水位升高时角隅效应更显著,承压水位超出地表3 m时平面应变比为0.46。该研究成果为长江Ⅰ阶地典型二元结构地层深大基坑的设计和施工提供依据。

三向应力作用下节理岩体渗流-应力耦合特性2008-2016

摘要：节理岩体渗流-应力耦合特性研究是岩石力学领域的重点和难点。水利水电工程与地下工程中天然节理岩体往往处于三向不等压应力状态,针对三向应力状态下节理岩体渗流-应力耦合特性研究较少。其中,单节理岩体渗流-应力耦合特性研究是基础。首先分析与探究了单节理岩体侧向应力作用效果及渗流作用机制,在单节理岩体渗透性-应力耦合分析模型基础上推导了单节理岩体渗流-应力耦合的理论公式。通过室内真三轴渗流-应力耦合试验,基于全局优化算法的非线性拟合及块体离散元数值仿真,验证了所提出理论公式的合理性。基于电路原理,给出了模拟电路与渗流问题的相似物理量,通过引入等效渗流阻方法,探究了典型的含正六边形主干节理网络的渗流-应力耦合特性。该研究结果对实际工程岩体的渗流分析有一定的参考价值。

峰后围压卸载对原煤变形和渗透特性的影响2017-2024

摘要：运用自主研制的煤岩热-流-固耦合试验系统,以原煤为研究对象,进行峰后轴压保持在不同应力水平下围压的卸载试验,以分析围压卸载对原煤变形特性和渗透特性的影响。研究结果表明：通过径向应变ε3、轴向应变ε1和体应变εV的不可恢复变形量以及三者在力加载过程中的响应程度来定义损伤变量,满足损伤变量的变化区间[0,1],并以此计算煤样在卸载过程中的损伤量,得到在峰后轴压σ1保持不变,对围压σ3进行卸载时,损伤量D随着σ3的减小而增大,煤样的损伤程度越来越大;当轴压卸荷到不同应力时,煤样的渗透率随围压卸载次数的增加而增大,表明当σ1减小时,σ3对渗透率的影响越来越重要,同时煤样内部的孔隙裂隙以发育、扩展、延伸为主。此外,渗透率k在σ3卸载初期,几乎不增加;当σ3继续卸载时,k开始增大,并且斜率越来越大,表明煤样的损伤加剧。当保持σ1不变,对σ3进行卸载时,相当于摩尔应力圆半径增大,煤样向破坏的趋势发展,发生二次破坏的可能性增大。随着σ3的卸载,卸围压前σ1越大,摩尔应力圆半径越大,煤样的承载能力就越弱,更易发生煤样的二次破坏,表现在煤样的轴向应变ε1和径向应变ε3发生突变。

冻土与结构接触面次峰值冻结强度试验研究2025-2034

摘要：为探究冻土与结构接触面次峰值冻结强度影响因素、影响规律及其预估方法,选取南京河西地铁施工区域典型粉细砂为试验土样,利用改进后的大型多功能冻土直剪仪,开展多影响因素条件下的冻结强度直剪试验研究。在对次峰值冻结强度定义和量化标准约定的基础上,研究发现极限峰值后剪应力陡降、峰后剪应力周期性变化、软化衰变等典型变化规律。将次峰值冻结强度与接触面温度、粗糙度、法向应力拟合后发现其分别呈反比例线性、二次抛物线、正比例线性关系。通过关系数据库管理软件数据挖掘,得出次峰值冻结强度关键影响因素及大小依次为接触面法向应力、粗糙度,而接触面温度为非关键影响因素。经多元非线性回归,构建了耦合接触面温度、法向应力及粗糙度三因素的次峰值冻结强度预估模型,可为人工冻土区或天然冻土区冻结加固设计、盾构法施工、地下结构物设计等提供冻结强度参数选取依据。

从各向异性的角度解释和模拟土的非共轴特性2035-2042

摘要：从发挥面的角度出发,分析论证各向异性是引起岩土材料出现非共轴现象的根本原因,得到与材料力学一致的结论。当共轭的两发挥面与沉积面的夹角不相等时,主应力面上将出现塑性应变增量的切向分量,所以塑性应变增量的主方向与应力的主方向非共轴。按照这一结论,对非共轴的数值模拟,也应当根据各向异性本构模型进行。为考虑各向异性影响新近提出的各向异性变换应力法,改变了各应力分量的相对大小,得到的各向异性变换应力张量与真实应力张量的主方向不一致,因此也能反映非共轴。利用各向异性变换应力法,能够在现有的弹塑性本构模型的框架下,描述土的非共轴现象。以各向异性UH模型为例,预测各种加载条件下的非共轴变形,验证了该方法的有效性。

悬浮颗粒形状对其在多孔介质中迁移和沉积特性的影响2043-2051

摘要：悬浮颗粒在多孔介质中迁移的研究在地下水回灌、地下污染物扩散、核废料处置、石油开采等领域有重要的理论意义和应用价值。为了研究形状对颗粒迁移的影响,对1组球状颗粒（10？m中位粒径）和2组杆状颗粒（长径比为3：1和6：1）进行了三阶段室内土柱试验,得到了不同形状颗粒在多种溶液离子强度条件下的穿透曲线。结合DLVO理论分析了悬浮颗粒沉积和释放机制,阐释了形状对颗粒迁移行为的影响。试验结果表明,颗粒形状对迁移特性有重要影响,当离子强度较低时（6 mmol/L）,DLVO势能曲线展现较高能量壁垒,各种形状颗粒沉积主要为次级势阱沉积;当离子强度较高时（150 mmol/L）,球状颗粒因能量壁垒较高,其滞留机制仍以次级势阱沉积为主,但长径比为6：1的杆状颗粒在次级势阱和初级势阱都有沉积,这和杆状颗粒的静电性能和优先方向有关。对于杆状颗粒,边位沉积比端位沉积具有更深的次级势阱和更大的影响距离,边位沉积是更加稳定的沉积方式和沉积的优先方向。基于Derjaguin近似方法的DLVO理论计算显示,DLVO理论预测结果和土柱试验结果吻合较好。

地埋点热源作用下层状半空间的热-力耦合响应2052-2058

摘要：采用解析层元法对存在地下点热源的岩土工程问题进行解答。首先从热弹性力学三维问题的基本控制方程出发,利用拉普拉斯-傅里叶积分变换推导出其在变换域内单层介质及下卧半空间的解析层元;然后结合有限单元法原理组装得到总刚度矩阵,结合边界条件,得到其在变换域内的解答,最后应用拉普拉斯-傅里叶积分逆变换技术,得到物理域内的解。编制了相应的计算程序,算例分析表明：该结果与已有文献吻合较好,该方法求解层状半空间的热-力耦合响应问题具有较好的适用性和较高的精度;层状岩土介质体系中,热扩散系数对温度及地表隆起的变化过程影响显著,但对其初始值和最终稳定值影响不明显;分层特性对岩土介质温度分布及地表位移变化过程均有显著影响。

区分毛细和吸附作用的非饱和土抗剪强度模型2059-2064

摘要：基于对非饱和土中孔隙水毛细和吸附作用的区分,得到了一种机制明确的非饱和土抗剪强度模型。首先,假定两种非饱和土的特殊状态,即只存在毛细作用的理想毛细状态和只存在吸附作用的理想吸附状态。分别给出了这两种理想状态的抗剪强度模型,其中毛细作用的影响可表示为考虑气化过程的有效饱和度和吸力的乘积,吸附作用的影响可初步简化表示为表观黏聚力的最大值。其次,利用二元介质模型,认为非饱和土中土-水作用是由这两种理想状态的不同权重组合而成。通过气化概率分布函数,表示了实际非饱和土中两种理想状态的参与比重,建立了适用于较广吸力变化范围的非饱和土抗剪强度模型。最后,通过与试验结果及当前流行的模型拟合结果的对比,验证了所建立的模型的合理性。研究表明,在考虑吸力对非饱和土力学性质的影响时,应该区分吸力的不同作用。

红砂岩吸水软化及冻融循环力学特性劣化2065-2072

摘要：水与温度变化是工程岩石物理力学性能劣化的典型风化因素。对不同含水状态及经受不同次数冻融循环损伤后的红砂岩岩样进行了单轴压缩、劈裂拉伸及变角剪切试验。结果表明,红砂岩抗压强度、弹性模量、劈拉强度、黏聚力及内摩擦角等主要力学指标随含水率和冻融循环次数的增大均有不同程度的降低,但降低规律有所不同。水对岩石有明显的软化作用,冻融循环累积损伤显著。利用微观电镜扫描分析了不同含水率及冻融损伤后岩样微观结构的变化规律,认为吸水及冻融循环过程中水对红砂岩的软化表现为溶蚀作用与介质作用,温度变化的作用表现在热变形不协调和相变作用。提出了冻融循环作用下红砂岩力学特性衰减模型,并据此分析了各力学指标的衰减速率和半衰期。该研究结果对涉水岩石工程及寒区岩石工程具有一定的意义。