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岩土力学 2019年第03期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

应力状态对粗颗粒土静止侧压力系数影响试验研究827-833

摘要：土体静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律对深入把握其力学性质非常重要。然而,由于适用于粗粒土K0试验仪器及方法较少,对粗粒土K0随应力状态变化规律的研究几乎是空白的。为研究加载和卸载过程中粗颗粒土静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律,利用新近研制的大型K0试验仪对某砂卵砾石料和堆石料进行了不同应力状态下的K0试验。K0试验结果表明:颗粒形态、应力状态、级配都对粗粒土K0有一定影响,其中应力状态影响最为明显;加、卸载时粗粒土K0随竖向应力增大呈减小的趋势。通过对K0试验结果进行深入分析,提出了粗颗粒土在加载过程中K0与竖向应力的关系式,并进行了验证。在此式基础上,基于前人总结所得K0与OCR的关系式,总结了一个反映任意固结状态下粗颗粒土K0随应力状态变化的关系式。

黄土饱和度与B值关系试验研究834-842

摘要：黄土由于结构不同于一般岩土体,三轴试验的饱和阶段,利用抽气饱和极易导致黄土结构扰动而发生破坏。而试样饱和是三轴试验中的重要步骤之一,且饱和度直接影响后期黄土力学性质的准确性。为研究不引起黄土结构破坏的饱和方法,利用天水和兰州所取原状黄土试样,在GDS三轴仪上开展了8组共33个试样的三轴饱和试验,基于体变传感器实时监测试样在饱和中所产生的体积变化,结合精确控制器测得试样中滞水质量,进行饱和度计算。同时利用GDS三轴仪进行B值检测,如此反复获得黄土试样饱和度与B值关系曲线。分析了不同饱和方式对黄土饱和效果的影响,并对黄土饱和度与B值关系进行非线性拟合,获得其定量关系:饱和度和B值存在指数函数关系。

地下工程涌水涌砂诱发的沉降试验研究843-851

摘要：针对地下工程中涌水、涌砂诱发的沉降问题,设计了一套可以改变涌口直径模拟水、砂涌出的可视化试验装置,对不同厚跨比及砂土中不同细颗粒含量下涌水、涌砂诱发的沉降规律进行了研究。试验结果表明:当厚跨比大于某一数值时,砂土中无论细颗粒含量多大,土体均不会发生沉降;当厚跨比在一定范围内、细颗粒含量小于某一数值时,土体会发生沉降,大于该数值后,土体会发生溃砂;溃砂发生的临界细颗粒含量与厚跨比初期呈抛物线上升关系,后期保持水平;当厚跨比小于某一数值时,砂土中无论细颗粒含量多小,均会发生溃砂;圆形涌口涌水、涌砂诱发的沉降在平面上呈圆形,剖面上近似二次曲面;土体溃砂后的沉降范围与沉降曲面的形状破坏角有关,沉降曲面的形状破坏角大致比土体天然休止角大9°。

大理岩规则齿形结构面剪切特性试验研究852-860

摘要：为了便于研究不同粗糙度结构面岩体在压剪荷载作用下的剪切强度、剪切变形等力学特性的变化规律,制作了3种具有不同起伏高度的大理岩规则齿形结构面,锯齿高度分别为0、1、3 mm,开展了不同法向应力下的结构面直剪试验。试验结果发现,结构面剪应力-剪切位移曲线可分为两类:滑动破坏型和峰值剪断型;结构面沿锯齿先爬坡后剪断的破坏过程可划分为4个阶段:压密闭合阶段、爬坡剪胀阶段、锯齿剪断阶段、挤压碾碎阶段;锯齿结构面剪切强度-法向应力曲线近似呈三段线的特征,建立了三线段剪切强度准则;锯齿结构面剪切刚度-法向应力曲线呈上凸型特征,提出了结构面剪切刚度模型公式;锯齿结构面法向位移-剪切位移曲线呈先剪缩后剪胀的变化特征,提出了评价剪胀特性的经验公式。

砂砾石土的管涌临界渗透坡降预测方法861-870

摘要：内部结构不稳定的砂砾石土在渗流作用下可能发生细颗粒移动流失现象,从而降低砂砾石土地基的承载力。确定坝基砂砾石土的管涌临界渗透坡降,是砂砾石地基上堤坝设计和防渗安全分析的重要内容。基于砂砾石土在渗流作用下单个颗粒或颗粒群的力平衡理论,推导了砂砾石土发生管涌的临界坡降的预测公式。基于文献中64组垂直向上的砂砾石土管涌试验,采用Kenney-Lau稳定性判别方法结合Kezdi粒径比法分析了土体的内部稳定性,表明该方法是利用颗粒级配曲线判别砂砾石土内部稳定性的有效方法。通过对41组发生管涌的砂砾石土的临界渗透坡降的预测与试验结果比较,表明渗流作用下砂砾石土内部颗粒所受到的渗透力与颗粒表面积成正比的假定合理。提出的基于颗粒群启动模式假定的公式计算值,比文献中其他方法更接近于试验结果。

黏土中海底管线竖向贯入阻力研究871-878

摘要：深水海底管线的底部稳定性受管线的竖向贯入深度和阻力影响。采用耦合欧拉-拉格朗日法(CEL)模拟黏土中海底管线竖向大变形贯入过程,并通过子程序VUSDFLD研究土体的应变率效应和应变软化对管线承载力的影响;分析了贯入过程中管线两侧隆起土体提供的阻力,并对其进行了敏感性分析,提出了表面隆起承载力系数的公式。研究结果表明,管线承载力系数随土体应变率的增大而显著增加;土体灵敏度越大,土体软化速率越快,管线的承载力系数越低。表面隆起承载力系数取决于土体的有效重度,并且贯入深度越大,土体的有效重度对表面隆起承载力的影响越明显。通过拟合数值结果,得到了表面隆起承载力表达式。

土质边坡的饱和-非饱和渗流分析及特殊应力修正879-892

摘要：基于连续多孔介质原理与混合体原理引入流-固耦合模型,采用FISH语言编制程序,建立了初始渗流场设置函数、饱和-非饱和渗流分析模块、特殊应力修正模块以及非饱和单元抗剪强度修正模块,实现了利用FLAC3D进行饱和-非饱和渗流分析,同时基于饱和-非饱和渗流场修正非饱和区土体单元的有效应力以及抗剪强度,完成了将FLAC3D中饱和土流-固耦合计算原理扩展到非饱和土中。在二次开发的分析模块基础上对Liakopoulos砂柱排水试验进行数值模拟,验证了计算模型和计算程序的正确性。同时也研究了降雨入渗对土质边坡的渗流场、位移场以及稳定性演变过程的影响,揭示了降雨诱发边坡失稳的机制。

不同方向地震激励下软岩桥隧搭接段动力响应研究893-902

摘要：在遭遇强烈地震时,复杂地形和地质条件下高速铁路桥隧搭接段是容易出现严重损伤或破坏的一类复杂连接工程组合体。但是,目前国内外对于统筹考虑桥-隧-岩这一复杂系统内不同结构、部位之间相互作用的在强烈地震作用下的震害机制与动力响应的研究仍不多见。为此,设计并完成了多组基于大型振动台的不同方向地震激励下的模型试验,分析了软岩桥隧搭接段的动力响应特点及激励方向的影响机制。试验结果表明,强烈地震作用对桥-隧-软岩系统的安全与整体稳定非常不利,且隧道洞口及桥梁端部的加速度、位移、应变等地震响应数值大小及变化规律在不同方向地震激励下有显著的差异性。隧道扩大段拱顶和拱脚、标准段拱脚以及桥梁端部、桥台顶部、洞顶土体等部位地震响应较大,应予以加强或特殊处理。研究结果可以为软岩条件下桥隧相连结构抗震设计与地震响应分析提供一定参考。

土遗址锚固土体-浆体(CGN+C)界面力学性能903-912

摘要：为揭示土遗址锚固系统中第二交界面黏结破坏机制,采用自主研制的依托压力试验机的第二交界面力学性能试验装置及试样制作装置,以孔壁粗糙度及注浆体配合比为变化参数,设计了两组共30个土体-浆体(CGN+C)界面试样进行室内推出试验。结果表明:锚固系统土体-浆体的荷载-滑移关系曲线具有明显的峰值强度;研究用各类浆体30 cm锚固长度可提供0.08~0.26 MPa(光滑孔壁)与0.26~0.46 MPa(螺纹孔壁)的抗剪强度,螺纹界面使抗剪强度最大提高了4.21倍;随烧料礓石掺和比的增大,两组试样抗剪强度值呈现的规律基本相同;光滑界面的剪滑曲线特征主要呈应变强化型,螺纹界面曲线特征主要呈应变软化型;界面剪应力-位移关系模型与试验结果拟合度较好。研究结论为土遗址锚固系统内部力学过程研究奠定理论基础。

基于步进式算法的裂隙注浆扩散机制研究913-925

摘要：注浆是治理地下工程围岩裂隙涌(突)水的有效手段,裂隙注浆扩散封堵过程的理论研究是岩体涌(突)水注浆方案科学设计与工程顺利实施的保障。深入分析了注浆材料流变特性、扩散路径及注浆方式等工程与地质因素对裂隙注浆扩散过程的控制作用,基于注入时间的离散将注浆区划分为若干无限小的扩散单元,提出了可计算任意时刻浆液锋面位置、注浆压力、扩散区浆液黏度与压力分布以及注浆速率等关键数据的改进步进式算法,完整刻画了不同注浆工艺下岩体裂隙注浆扩散过程。通过步进式算法分析了恒压注浆、恒速注浆等恒参量裂隙注浆过程(即注浆压力或注浆速率保持恒定);经与已有成果对比,计算结果与文献数据一致性较好,验证了该方法的可靠性和适用性。结合工程实践,运用步进式算法开展了"阶段式递降速率"和"阶段式递增压力"等典型动参量裂隙注浆扩散机制的研究,分析了不同注浆方案下注浆压力、注浆速率及浆液扩散距离等指标的变化特征,在一定程度上揭示了动参量裂隙注浆扩散规律,深化了人们对岩体裂隙注浆扩散理论的理解,为注浆设计和工程实践提供了有意义的指导。

冻融循环作用下饱水砂岩的强度劣化模型926-932

摘要：为研究冻融循环作用下饱水砂岩的强度劣化规律,开展了饱水条件下两组具有不同初始孔隙率砂岩的室内冻融循环试验。在测量砂岩孔隙率变化量、静态峰值强度和动态峰值强度的基础上,分析了整个冻融循环次数内两组砂岩孔隙率变化量和峰值强度损失率的演化规律。采用孔隙率变化量来衡量岩石的冻融损伤,比较了两组砂岩的冻融损伤程度大小。基于孔隙率变化量建立了饱水砂岩在冻融循环作用下的相对剩余峰值强度劣化模型,并选取与饱水砂岩强度劣化模型相同的函数对试验数据进行了拟合验证。结果表明:在整个冻融循环次数内,两组砂岩的孔隙率变化量和峰值强度损失率均随着冻融循环次数的增加而增大。B组砂岩的冻融损伤程度大于A组砂岩,但其峰值强度损失率却低于A组砂岩,说明饱水砂岩的峰值强度受冻融循环次数与应变率共同影响,且二者影响机制相反。冻融循环作用下饱水砂岩相对剩余峰值强度与孔隙率变化量的拟合关系较好,表明冻融前后的孔隙率变化量适用于评估饱水砂岩冻融作用后的相对剩余峰值强度。

砂土中单桩水平循环累积变形特性模型试验933-941

摘要：针对典型的浅海风机大直径单桩基础,采用自主设计的水平循环加载装置,在砂土地基中完成了单桩模型试验,揭示了长期水平循环加载下单桩累积变形响应特征。试验结果表明,桩顶水平累积位移随循环次数的变化呈两阶段特征,循环加载短期效应大于长期效应;砂土密实度及循环加载路径对桩顶累积位移特征影响较大;不同初始条件下,单桩水平循环刚度随着循环次数的增大而不断增大;不同密实砂土中循环后单桩水平静承载力的变化与松密砂剪切硬软化机制不完全一致。基于经验公式法,对单桩水平循环累积位移预测模型进行了参数分析。与试验结果对比分析表明,该模型能较好地预测不同循环加载路径下单桩累积位移。

动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性942-950

摘要：深部岩体工程中,锚杆在围岩变形后处于高承载应力状态,受到爆破振动、矿震等动载荷作用后极易失效,因此,亟待研究动力扰动下锚杆的力学响应机制。基于SHPB试验平台,自行研发了一套研究锚杆动力响应的试验装置,开展动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性研究。结果表明:初始动载荷作用下锚杆滑移量随着入射能的增加而增加,锚杆中应力波的波峰值随着传播距离的增加而逐渐减小,当应力波传播至锚杆最里端时,应力波峰值衰减较大;第2次动载荷后锚杆SG1处与SG2处应力波峰值差明显比第1次减小,表明动载荷下锚固界面从锚杆外端开始损伤;锚杆失效与锚固界面损伤有关,锚杆承载后初次受到动载荷的影响导致锚固界面产生损伤,损伤锚固段又受到外部载荷(如二次冲击、岩体挤压)作用时会进一步劣化,其不能抵抗围岩的变形而失效。研究结果为揭示锚杆支护失效行为,采取合理的设计与施工提供新的思路。

圆形与矩形截面抗滑桩抗滑性能的模型试验研究951-961

摘要：在滑坡治理与边坡防护工程中,圆形截面抗滑桩由于具有便于机械化成桩的施工优势,已被工程广泛应用。然而,与传统的矩形抗滑桩相比,目前对于圆形截面抗滑桩的研究较少,设计和理论体系不够完善,其抗滑效果尚无统一定论。基于圆形截面与矩形截面抗滑桩对比模型试验研究圆形截面与矩形截面抗滑桩的受力变形特征,比较两者的抗滑能力:在满足各试验相似关系的前提下,分别进行无桩空推试验、圆形截面抗滑桩试验和矩形截面抗滑桩试验。观察土体与模型桩受力发生变形的全过程,并对试验结果进行比较。布设土压力盒、钢筋计及百分表,对土压力、钢筋应力、桩顶位移进行监测,分析模型桩的受力特性。研究结果表明,相同条件下圆形截面抗滑桩的受力性能与矩形截面抗滑桩基本一致,受力过程中传力均匀,对桩底嵌固端强度要求低,具有良好的抗滑承载能力,值得在工程实际中推广应用。

毛细水干湿循环作用下土遗址的强度特性与孔隙分布特征962-970

摘要：集中降雨及地下水位波动引起的毛细水作用是诱发中原地区粉土类遗址掏蚀、滑塌等病害的重要因素。为研究毛细水作用下其强度特性的劣化规律,以新密古城寨遗址粉土为研究对象,对自制土柱进行多次干湿循环后,取样进行固结排水剪切试验以研究其抗剪强度特性,并对部分土样进行核磁共振和扫描电镜测试以研究其微观结构特征。探讨后者与抗剪强度特性之间的关系。宏观试验结果表明,干湿循环作用对粉土应力-应变关系曲线形态的影响规律与围压相关;强度及黏聚力在首次干湿循环后增大,随后逐渐减小并趋于稳定,稳定值均低于原土样,而内摩擦角衰减幅度较小。因此,对于土遗址毛细水影响区域,建议采用干湿循环稳定后的力学参数进行相关计算。结合核磁共振及扫描电镜试验结果,发现造成粉土强度及黏聚力随干湿循环次数增加呈先强化后衰减变化规律的主要原因是,土的中孔孔隙体积先降低后缓慢增大,小孔孔隙体积逐渐增大,二者的调整作用致使土的总孔隙体积先减小后逐渐增大直至稳定。分析认为,粉土强度特性的干湿循环效应与黏粒"网架"1次干湿循环后的均匀收缩及后续循环中的破坏有关。

沥青混凝土心墙简化解析受力分析模型971-977

摘要：沥青混凝土心墙作为堆石坝的防渗结构,其受力安全备受工程领域的关注,对其进行快速简便地受力变形分析具有重要意义。利用薄板小挠度弯曲理论以及里兹法求解了置于Winkler弹性地基上三边固支一边自由矩形薄板在水压力作用下的挠曲变形函数,推导了矩形薄板的变形、内力和应力计算公式;建立了矩形薄板与实际沥青混凝土心墙之间的一一映射关系,将矩形薄板的变形、内力和应力映射到实际河谷断面心墙上,从而建立了沥青混凝土心墙简化解析受力分析模型。借助有限元方法对模型的可靠性进行了验证,最后将该模型应用于工程实例。研究结果表明,此模型有助于快速预估沥青混凝土心墙受力变形,同时研究思路也拓展了沥青混凝土心墙受力变形的计算方法。

砂土剪胀软化、剪缩硬化统一本构的显式计算978-986

摘要：密实砂土通常表现出常压下剪胀软化特性、高压下剪缩硬化特性,不同的力学特性对岩土体受荷力学行为的演化有着重要影响。构建能够反映剪胀软化、剪缩硬化特性的本构模型并且实现其数值模拟计算,则是分析剪胀软化材料的受荷响应特征以及完善岩土体渐进破坏理论所要解决的一个重要科学问题。研究中首先对已构建的能够反映密实砂土相关力学特性的砂土统一本构模型进行描述,分析该模型的数值计算关键问题。基于显式方法进行模型应力积分程序的二次开发,应力积分过程中采用应变空间中的加卸载准则并对模型破坏面进行光滑处理以满足计算过程中的加卸载判断以及塑性应变方向的确定。通过计算实例验证了显式方法能够克服剪胀、软化问题的计算难点,可以实现对剪胀软化、剪缩硬化材料的力学行为分析计算。

粉质黏土变形特性的冻融循环效应及其双屈服面本构模型987-997

摘要：冻融循环是寒区最为常见的物理风化过程之一,会显著影响土体的变形特性。基于椭圆-抛物双屈服面本构模型,建立了考虑冻融循环影响的修正模型。以青藏高原粉质黏土为对象,进行一系列的冻融循环试验和三轴固结排水试验。结果表明,试样表现为应变硬化型应力-应变关系和剪缩特征,随着冻融循环次数的增加,剪切过程中的体积应变逐渐增大,而破坏强度则逐渐减小。然后,分别选择椭圆函数和抛物线函数描述p-q平面上的体积屈服面和剪切屈服面,引入相关联流动法则,推导了偏应力增量与轴向应变增量和体积应变增量两者之间的函数关系式。基于三轴试验结果,确定了模型参数随冻融循环次数的变化规律。结果表明,随着冻融循环次数的增加,c、φ、h、K、M1、M2、a呈逐渐减小的规律,而t、n呈逐渐增大的规律,且均可以采用Logistic函数拟合模型参数与冻融循环次数的回归关系。将以冻融循环次数为因子的模型参数表达式代入应力应变增量形式方程,建立了考虑冻融循环影响的修正双屈服面模型,模型计算值与试验实测值基本吻合。