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岩土力学 2019年第06期杂志 文档列表

岩土力学杂志简讯

《岩土力学》征稿简则2024-2024

摘要：《岩土力学》是中国科学院武汉岩土力学研究所主办的综合性岩土力学与工程学术期刊。为全国中文核心期刊,中国科学引文数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国科技论文统计源期刊,《中国期刊网》、《中国学术期刊(光盘版)》全文收录,也是国际三大检索系统之一的美国《工程索引》(EI compendex)文摘收录期刊(光盘版)。

岩土力学杂志基础理论与实验研究

基于非牛顿指数渗流和分数阶Merchant模型的一维流变固结分析2029-2038

摘要：为进一步深入分析饱和黏性土的一维流变固结机制,引入Koeller定义的弹壶元件修正Merchant模型,并以此描述土骨架的黏弹性变形行为;同时引入非牛顿指数渗流模型描述流变固结中的非达西渗流,推导出一个新的饱和黏性土一维流变固结方程,并用隐式有限差分法进行数值求解。通过与有关文献中退化模型结果的对比,验证了有限差分算法的有效性。在此基础上,分析非达西渗流模型参数以及分数阶Merchant流变模型参数对流变固结过程的影响。计算结果表明:分数导数阶数和黏滞系数对地基沉降的影响比对孔压消散的影响更为明显,且分数导数阶数越小或黏滞系数越大,地基沉降需要的时间越长。同时,比起达西渗流,非牛顿指数渗流会延缓地基中的孔压消散,使得沉降发展变慢。另外,考虑流变效应时地基沉降要慢于孔压的消散。

低强高脆岩爆模型材料配比试验研究2039-2049

摘要：深部硬岩隧洞开挖卸荷常诱发高强度岩爆灾害,岩爆已成为影响隧洞工程安全建设的关键问题。物理模型试验作为研究深部隧洞开挖工程的重要手段之一,其材料的性质特征对试验结果影响很大,配制出适合开展岩爆物理模型试验的模型材料是研究的关键。在传统岩爆模型材料研制的基础上,通过引入岩爆倾向性指数和脆性评价指标,采用正交设计法和敏感性分析,开展低强度、高脆性的岩爆模型材料配比试验研究。试验选择石英砂含量、重晶石粉含量、高强石膏与水泥质量比和水含量4个影响因素,每个因素设置5个设计水平,共25组配比方案。每组配比方案均测定模型材料的强度、力学参数、岩爆倾向性指数和脆性评价指标,并研究这些参数和指标随4个影响因素在不同设计水平下的变化规律。最后,针对挑选出的岩爆模型材料,分析讨论了各影响因素与岩爆倾向性、脆性之间的相互关系。试验结果表明:基于岩爆倾向性指数和脆性评价指标,所配制的岩爆模型材料满足物理模型试验要求;配制岩爆模型材料重点要控制重晶石粉和水的含量,并合理调节高强石膏与水泥质量比。

非饱和土中热-湿-盐耦合作用的稳态分析2050-2058

摘要：以多孔介质理论为基础,研究了稳态条件下非饱和土中温度-水分-盐分多场耦合问题。考虑非饱和土的孔隙被液态水、溶解的盐分、水蒸气和干燥气体等填充,在质量和能量守恒的基础上获得了非饱和土中水分、气体、盐分的质量守恒方程以及能量守恒方程。考虑一维稳态问题,选取温度、孔隙气压、孔隙水压和盐溶液浓度以及它们的导数作为状态变量,得到了问题的状态方程组。在给定的边界条件下,采用打靶法求解了该强耦合的非线性变系数微分方程组,通过与已有的试验结果相比较,验证了模型的有效性。基于数值算例,参数分析了含水率、温度边界、孔隙率等条件对非饱和土中温度场、水分场和盐分场分布的影响规律。

应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎的影响研究2059-2065

摘要：堆石料颗粒破碎是引起高土石坝变形的重要因素。在大坝填筑、蓄水期,堆石料的应力路径和干湿状态均是变化的。通过大型三轴试验,系统地研究了应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎规律的影响。试验结果表明:(1)相同初始条件下,按不同应力路径达到同一轴向应变停机时测定的颗粒破碎率是不同的,等围压σ3试验产生的颗粒破碎最大,等平均主应力p试验的次之,等最大主应力σ1试验的最小,但不同应力路径下的颗粒级配演化规律是一致的。(2)相同初始条件下,湿样的颗粒破碎率明显高于干样,且二者的差距随着围压的增大而增大,不同干湿条件下的颗粒级配演化规律同样是一致的。(3)建立的考虑母岩强度的颗粒破碎率与塑性功的关系可以较好地统一描述不同应力路径及干湿状态下的颗粒破碎。该研究成果可为建立复杂应力路径及干湿变化条件下考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型提供依据。

主要造岩矿物微波敏感性试验研究2066-2074

摘要：采用频率2 450 MHz多模谐振腔对11种常见主要造岩矿物试样进行了微波辐射试验。根据升温速率和温度增量对其微波敏感性进行了研究。对赤峰玄武岩、鞍山辉长岩和昆明砂岩进行了矿物成分测试,根据其矿物成分组成预测3种岩石的微波吸收能力,通过微波辐射试验对预测结果进行了验证。然后对3种岩石进行了单轴压缩强度测试,研究了微波辐射后岩石的强度折减与岩石微波吸收能力的关系。结果表明:主要造岩矿物的微波吸收能力可分为3类,且表现出非常不同的微波吸收能力;根据岩石的矿物成分组成可预测岩石的微波吸收能力,含有强微波吸收能力矿物的岩石也具有较强的微波吸收能力;岩石的微波吸收能力越强,微波辐射后岩石单轴压缩强度的折减程度越大。

饱和黏土平均粒间应力的确定方法2075-2084

摘要：粒间作用力是控制土体强度和压缩特性的重要参量,但由于黏土中矿物颗粒与孔隙水间存在复杂的物理化学作用,其粒间应力及其变化规律一直无法确定。对泥浆重塑样在不同水化学条件下进行了一系列黏土一维侧限压缩试验,探讨不同浓度的NaCl溶液对饱和黏土压缩过程的影响,并确定土中粒间应力的大小及其变化规律。结果表明:同一级固结应力作用下,随替换溶液浓度的增加渗透固结变形量增大;对于相同浓度的孔隙溶液,固结应力越大,相应的渗透固结变形量越小。根据太沙基有效应力原理,提出了一种利用渗透固结变形来计算平均粒间应力的方法,在此基础上确立了粒间应力(或广义渗透压力)相对变化量与浓度和孔隙比之间的定量关系。该研究提供了一种简单有效的确定饱和黏土粒间应力的方法,为今后校正和验证多场耦合下土本构理论模型奠定基础。

深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟研究2085-2098

摘要：为了深入认识深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的发生机制,利用花岗岩材料加工含预制矩形孔洞(40 mm×40 mm)的立方体试样(100 mm×100 mm×100 mm),并采用TRW-3000岩石真三轴电液伺服诱变试验机进行了模拟试验研究。模拟试验中首先以深部1 000 m的地应力条件作为初始加载应力状态,保持孔洞径向和轴向的水平向应力不变,然后在竖直向加载直至孔洞两侧洞壁围岩发生破坏,并保证试样整体始终处于稳定状态。加载过程中利用岩样内部结构破坏实时视频监控系统,进行全程的实时记录和监测。试验结果表明,在竖直向为最大主应力和水平轴向为中间主应力的情况下,矩形孔洞两侧洞壁围岩整体发生明显的板裂破坏,破坏区域呈对称状,而顶板和底板始终保持稳定状态。侧壁围岩的破坏方向平行于竖直向,呈现典型的张拉板裂状破坏特征。整个破坏过程划分为平静期阶段、洞壁两侧上下肩角处颗粒弹射阶段、侧壁围岩裂纹扩展阶段和裂纹贯通板裂破坏阶段。当进入到裂纹贯通板裂破坏阶段时,无论是加载还是保载过程,板裂破坏都可能持续发展。试验过程中,试样洞壁两侧围岩的板裂破坏整体上呈现静态破坏模式,而且破坏区域沿水平方向逐渐向洞壁深部发展,最终形成沿轴向的贯穿型对称弧形槽。

饱和软土大应变自重固结非线性分析2099-2107

摘要：饱和软土的自重固结涉及许多复杂的非线性问题,而现有分析方法一般基于线性假设,将固结控制方程简化,在沉降变形较大的情况下并不合理。基于Gibson大变形固结方程,推导在单面排水和双面排水条件下的边界条件,综合考虑饱和软土的自重特性与非线性压缩、渗透关系,采用稳定性较好的Crank-Nicolson型差分格式离散并求解非线性控制方程,并从孔隙比、沉降、孔隙水流速3个方面将数值解与CS2固结数值模型进行对比验证。结合工程实例,研究土层不同初始厚度和初始孔隙比对自重固结的影响。结果表明:初始厚度与初始孔隙比较大土层最终沉降也较大。与传统方法相比,该方法所得出的数值解精度较高,实现了高度非线性固结方程的快速求解,其成果更能广泛运用于实际工程的分析之中。

铁路台阶式加筋土挡墙潜在破裂面特征模型试验2108-2118

摘要：铁路台阶式加筋土挡墙的设计方法尚不成熟,现有设计方法不能满足铁路边坡工程实践的需求。潜在破裂面的确定是加筋土挡墙设计的关键,但现行规范仅对10m以下单级加筋土挡墙的潜在破裂面有了明确的规定。为了研究台阶式加筋土挡墙在铁路荷载作用下潜在破裂面的特征,设计了1:4的大比例尺二级台阶式加筋土挡墙室内模型试验,以周期性加卸载的方式模拟铁路荷载,通过监测墙面水平位移、墙顶沉降及土工格栅筋带变形,分析确定潜在破裂面的位置和形状。试验结果表明:Ⅰ级墙(下级墙)潜在破裂面形状与现行规范中的0.3H法破裂面类似,但位置更深,且下部破裂面更缓,表明潜在不稳定范围更大;Ⅱ级墙(上级墙)潜在破裂面形状与朗肯主动破裂面基本一致,但并未从Ⅱ级墙坡脚剪出,而是内移刺入Ⅰ级墙体;研究结果可为铁路台阶式加筋土挡墙的设计提供理论参考。

高应力卸荷条件下砂岩扩容特征及其剪胀角函数2119-2126

摘要：为研究高应力水平条件下岩石卸荷扩容特性及其剪胀角变化规律,开展了若干不同初始围压水平的三轴峰前卸围压试验,同时进行了相应围压水平的常规三轴压缩试验。基于试验成果分析了卸荷应力路径对砂岩扩容的影响效应,总结了卸荷应力路径下剪胀角变化规律,进而提出了基于卸荷应力路径的剪胀角函数,并给出了其数值实现方法,最后通过对三轴峰前卸围压试验的数值模拟,验证了所提出的剪涨角函数的可行性与合理性。研究表明:(1)加载路径时,不同围压水平下峰前扩容体积应变值相差不大,而卸荷应力路径时,随着围压水平的增加,峰前扩容体积应变从最小值3.15×10-3增加到最大值9.65×10-3,卸荷路径下的峰前扩容体积应变约为加载路径的1.1~4.0倍;(2)卸荷应力路径下偏应力峰值对应的体积应变基本为0或接近于0,而加载应力路径下偏应力峰值对应的体积应变均为负值;(3)卸荷应力路径条件下峰前扩容体积应变在总扩容体积应变中所占比例显著大于加载路径;(4)两种应力路径下,剪胀角随塑性剪切应变增加均经历了先增加后减小的过程,并且低围压工况下偏应力峰值对应的剪胀角和最大剪胀角均大于高围压工况;(5)与加载路径相比,卸荷路径下的剪胀角更快达到剪胀角最大值,并且其偏应力峰值对应的剪胀角和最大剪胀角更大;(6)基于砂岩三轴卸荷试验成果,采用线性拟合方法得出了以围压和峰后塑性剪切应变增量为自变量的剪胀角函数,基于该函数与应变软化本构模型的砂岩三轴峰前卸围压试验的数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明该函数能较好地描述三轴峰前卸围压条件下砂岩的扩容特性。以上结论可为深部地下工程变形预测、稳定性分析与支护设计提供理论基础。

多点非一致激励下埋地管道多台阵振动台试验方案研究2127-2139

摘要：针对多点非一致激励下埋地管道的破坏特性,首次设计并开展了多点非一致激励下埋地管道的三台阵振动台试验。首先根据试验条件及试验目的,通过专项研究确定了整个模型体系的相似比,设计了适用于长线型地下结构多台阵振动台试验的悬挂式连续体模型箱,确定了传感器的布置位置;其次对模型材料的选取、地震动输入及试验加载方案进行分析设计。最后,利用试验数据分析了模型箱的动力特性及边界效应,结果表明,对多点非一致激励下埋地管道振动台模型试验的设计方案是合理的。该研究为顺利开展多点非一致激励下埋地管道振动台试验奠定了基础,对同类试验也有一定的参考价值。

循环加卸载作用下预制裂隙煤样渗透性试验研究2140-2153

摘要：应用三轴加载煤岩渗流试验装置,对预制贯通裂隙煤样开展循环加卸载轴压渗透率试验,分析循环加卸载轴压作用下预制裂隙煤样渗透率的变化规律及其之间的差异。研究结果表明:预制裂隙煤样渗透率与轴压呈负指数函数关系,渗透率对应力敏感性随加卸载次数增加而降低。加载阶段渗透率差值与卸载阶段渗透率差值随加卸载次数增加而降低,渗透率差值与应力敏感性系数呈正相关性。加载阶段与卸载阶段渗透率存在明显差值,渗透率产生明显损失量,其随加卸载次数增加而降低。竖直裂隙煤样渗透率与应力敏感性系数明显高于水平裂隙煤样与完整煤样,水平裂隙煤样渗透性与完整煤样渗透性相差不大,但水平裂隙煤样应力敏感性系数高于完整煤样。竖直裂隙煤样渗透率差值与渗透率损失量明显高于水平裂隙煤样与完整煤样,水平裂隙煤样渗透率差值高于完整煤样,但两者渗透率损失量相差不大。循环加卸载轴压结束后,完整煤样渗透率损失率最大,水平裂隙煤样渗透率损失率居中,竖直裂隙煤样渗透率损失率最小;竖直裂隙煤样渗透率恢复率最大,水平裂隙煤样渗透率恢复率居中,完整煤样渗透率恢复率最小。

超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析2154-2162

摘要：软弱围岩隧道施工中,常采用超前支护确保隧道施工的安全。为了评价超前支护下隧道稳定性,建立了超前支护作用下截锥体、对数螺旋线共同破坏模型,基于极限分析上限法和综合强度折减法开考虑初期支护未支护段的影响,推导出了隧道稳定安全系数的目标函数,开利用Matlab编制程序求解该函数以此判断隧道稳定性。与模型试验结果和已有理论研究成果对比分析,验证了计算方法的合理性,同时分析了影响隧道稳定安全系数的各个因素。研究结果表明:围岩黏聚力、内摩擦角的增加,掌子面锚杆、拱部超前支护的施作对提高围岩稳定性有显著的作用,而初期支护未支护段长度、开挖高度的增加不利于围岩的稳定;在围岩内摩擦角较小时,分台阶开挖降低开挖高度提高隧道稳定性的效果更好;在围岩内摩擦角较大时,掌子面锚杆加固强度的增加对隧道稳定性提高的作用更显著。最后给出了超前支护的施工设计建议图,可为工程中初步确定超前支护参数和施工方法提供参考。

地基与密肋复合墙结构相互作用系统频域地震响应试验研究2163-2171

摘要：为研究地震作用下黄土地基与密肋复合墙结构相互作用系统频域地震响应的基本规律,进行了1:15比例结构模型进行振动台试验。输入白噪声、El-Centro波、天津波,测试了结构与地基的动力响应。通过快速傅里叶变化得到频域响应曲线,分析了地基与结构的动力特性以及从7度至9度水平向地震波加载时的动力反应,对比了各加载工况下加速度及位移频域响应曲线,研究了地基、结构频域动力响应的基本规律及其影响因素。结果表明:地震波激励下地基土开裂,自振频率降低,对上部结构的嵌固作用减弱;地基表面与结构顶部加速度响应随烈度的提高而增大,峰值所对应频率的变化显著,地基对加速度的放大效应显著,上部结构对位移的放大效应显著。因此,考虑地基与结构相互作用后,动力放大效应与地基破坏状况及地震动特性密切相关。

软岩流变相似材料的研制及物理模型试验应用2172-2182

摘要：目前能合理模拟软岩流变效应的相似材料很少,而采用模型试验法研究软岩工程的长期流变效应也处于探索阶段。为给软岩流变模型试验提供合适的相似材料,研制出一种以铁粉、重晶石粉和石英砂为骨料,松香酒精溶液为胶结剂,液压油为黏滞剂的软岩流变相似材料。该相似材料强度低,流变性强,不仅可模拟软岩的瞬时弹塑性性质,也能较好模拟软岩的流变特性。假定骨料比例恒定,调节松香酒精溶液浓度m和液压油含量w,开展了一系列梯度配比试验。研究表明:(1)该相似材料的主要瞬时强度变形参数和西原模型流变参数均受m和w两因素的双重影响;(2)松香酒精溶液浓度越大,试样强度越大,流变性越小;(3)液压油含量越大,试样强度越小,流变性越明显;(4)相比松香酒精溶液浓度m,液压油含量w对西原模型各参数的影响更大,起主控作用。最终,将该相似材料应用于神华新街软弱砂质泥岩煤矿盾构斜井的长期流变模型试验中,试验结果表明:该材料瞬时力学性能和流变特性均达到试验要求,为试验取得良好结果提供了材料保证。

生石灰为掺料的土遗址锚固浆液选型和性能研究2183-2191

摘要：锚固浆液的兼容性不理想、类型发展的滞后性成为制约土遗址锚固技术发展的关键问题。为了丰富锚固浆液类型和提高其兼容性,研究以传统材料生石灰为掺料,通过其与质量浓度为1.5%的SH黏结剂、黏土和粉煤灰拌和组成的SH-(CaO+C+F)锚固浆液进行流动性测试以及结石体进行物理、力学特性测试,确定了水灰比为0.5的浆液作为优选浆液。并以该型锚固浆液与2种不同材质的锚杆,在3种长度为变量的条件下组成的6种锚固系统开展原位试验。原位试验以获取6种锚固系统的破坏模式、极限荷载与极限荷载-位移特征以及锚固段应力沿锚固深度分布特征为目的,并对其进行分析与讨论。最后,通过对锚固力学机制的分析,对比并评价了该型锚固浆液的兼容性和锚固性能。该研究结果为土遗址锚固浆液的多样性选择提供了参考。

含卸压孔硬岩应力松弛特性试验研究2192-2199

摘要：针对非完整硬岩应力松弛特性研究的不足,开展了含卸压孔的具有岩爆倾向性的辉长岩试样峰前加载、松弛和再加载、再松弛模式的应力松弛试验,得出了其峰前应力松弛特性、松弛模型和超声波变化规律,揭示了应力松弛过程的卸压孔作用机制。结果表明:含卸压孔硬岩应力松弛过程经历了迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段;随峰前加载载荷增加,其应力松弛度总体上呈现增加,能量耗散量增加,用于硬岩损伤破裂演化的能量比例增加;通过波速、波幅和波形变化对比分析可以反映含卸压孔硬岩应力松弛过程的变形损伤破裂演化进程;Burgers模型能较好地反映含卸压孔硬岩的应力松弛特性。经与完整辉长岩试样应力松弛试验对比分析,表明同等情况下含卸压孔硬岩的应力松弛度更大,松弛过程能量耗散量更多,耗散速度也更快。该研究结果对硬岩、含卸压孔硬岩长期稳定性分析、预测及岩爆解危具有很好的指导和借鉴意义。