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《岩土工程学报》2019年第11期中文摘要
日期:2019年11月13日 14:56:27点击数:字号:【

考虑干湿循环作用的膨胀土渠道边坡破坏机理研究

蔡正银1,陈  皓*1,2,黄英豪1,张  晨1

(1. 博雅彩票岩土工程研究所,江苏 南京 210024;2.河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210024)

摘  要:膨胀土渠道由于季节性的通水和停水,其边坡实际处于干湿循环的状态,非常容易引起边坡失稳。采用离心模型试验对干湿循环作用下的膨胀土渠道边坡稳定性进行了探讨,研究了渠道边坡的破坏机理。研究发现,由于渠道的反复通水和停水,渠道边坡土体经历了多次干湿循环,每次循环后边坡土体裂缝逐渐扩展,渠水不断入渗,饱和区逐渐扩大。渠基土的膨胀性越强,每次干湿循环后的裂隙扩展越严重,渠水入渗作用也越强,渠道越容易破坏。研究还发现,由于通水和停水造成的渠道干湿循环破坏模式主要表现为渠坡整体发生浅层失稳破坏,这一破坏模式与前人研究发现的牵引式滑坡具有较大不同 之处。

关键词:干湿循环;膨胀土;渠道边坡;离心模型试验 

海底盾构隧道纵向地震反应特征的子模型分析

陈国兴1,2,孙瑞瑞1,2,赵丁凤1,2,阮  滨3

(1.南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 210009;2.江苏省土木工程防震技术研究中心,江苏 南京 210009;3. 华中科技大学土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074)

摘  要:考虑海床土体的空间不均匀性、动力非线性特性和海底盾构隧道管环间纵向螺栓连接等因素,提出了基于子模型技术的长大隧道纵向地震反应广义反应位移法,研究了不同地震动作用下隧道管环间的张开量和地震应力分布特征。结果表明:①基于子模型技术的广义反应位移法建模简单,能合理地考虑土与隧道结构的动力相互作用效应对长大隧道结构纵向地震反应的影响;采用压力–过盈模型和黏结模型表征管环间纵向连接螺栓的作用,可较合理地描述相邻管环间的非连续变形特性。②隧道穿越软硬土层交界处的管环张开量较大;基岩峰值加速度相同时,低频发育的Darfield地震动作用引起的管环张开量明显较 之高频发育的Iwate地震动作用时的大,且基岩峰值加速度为0.2g和0.4g的Darfield地震动作用下局部位置的管环间张开量超过防水允许限值。③不同频谱特性的基岩地震动作用下管环地震应力分布差异较大,Iwate地震动作用时基岩隆起区域靠近管环顶部处的地震应力较大;Darfield地震动作用时隧道穿越软硬土层交界处及砂土透镜体附近的管环地震应力较大。

关键词:子模型技术;广义反应位移法;海底盾构隧道;纵向地震反应;管环间张开量

单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响

刘吉福1,郑  刚2

(1. 广东省交通规划设计研究院股份有限公司,广东 广州 510507;2. 天津大学建筑工程学院,天津 300072)

摘  要:现行规范中刚性桩复合地基路堤稳定分析方法不能反映单桩承载力、桩帽等对路堤稳定性的影响,计算的路堤稳定安全系数严重偏大,导致部分刚性桩复合地基路堤滑塌。为克服刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷,在研究刚性桩复合地基路堤滑塌原因的基础上,分析了路堤滑塌时桩土相互作用,及刚性桩提高路堤稳定性的机理。然后,在分析刚性桩复合地基路堤现有稳定分析方法的缺陷的基础上,将修正密度法完善为修正重度法。最后,为研究单桩承载力对刚性桩复合地基路堤稳定性的影响,利用修正重度法分析了刚性桩长度、间距、扩底、桩帽等对路堤稳定性的影响,对比了不同稳定分析方法计算结果,并对刚性桩复合地基路堤设计提出了建议。研究表明:单桩承载力对密桩复合地基路堤稳定性影响很小,对疏桩复合地基路堤稳定性影响很大;增大单桩承载力比减小桩间距更合理;刚性桩在持力层中扩底比加大桩长更有效;利用桩帽、土拱等措施将大部分路堤荷载转移到桩顶方可发挥单桩承载力对路堤稳定性的作用;软土强度随深度增大不明显时应慎用悬浮桩复合地基。刚性桩复合地基路堤宜采用“强桩大帽”的疏桩复合地基方案。

关键词:刚性桩;承载力;路基;稳定性;悬浮桩;修正重度法;扩底桩;桩帽

基于特征滑动面的横观各向同性土强度特性研究

路德春,张君鸿,梁靖宇,杜修力

(北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124)

摘  要:滑动面的概念旨在基于材料内摩擦,从几何与物理机制的角度来理解土体破坏的机理。基于特征应力的概念,提出了二维应力条件下特征滑动面,并推导得出特征滑动面与应力Mohr圆相对应的破坏应力条件。基于现有对横观各向同性土体强度特性的认识,并结合大主应力、沉积面法线以及特征滑动面法线 之间的相对位置关系,将微观结构张量投影到特征滑动面与沉积面的相对位置向量上,推导得出横观各向同性土体的特征强度参数及其破坏条件。利用所提破坏条件对横观各向同性土体的强度方向性效应进行分析,并对照分析了沉积面法线与滑动面法线夹角ζ和沉积面法线与大主应力夹角δ对破坏条件的影响规律。更进一步利用开发的真三轴仪器的制样模具,并结合冷冻法,制作不同沉积面角度的试样并进行了真三轴试验。利用试验结果与文献中试验数据对所提破坏条件进行对比分析,验证了文中对横观各向同性土体强度特性的新认识。

关键词:横观各向同性;破坏条件;沉积面方向;特征滑动面;微观结构

细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

杨德欢,韦昌富*,颜荣涛,汤  沁,刘  莉

(桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室,广西 桂林 541004)

摘  要:为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明:不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm3时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm3时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振(NMR)分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。

关键词:黏土;盐溶液;渗透系数;细粒迁移;核磁共振

基于界面物态演变规律的衬垫界面动力模型

冯世进1,2,沈  阳1,2,郑奇腾1,2,常纪昀1,2,史嘉梁1,2

(1. 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;2. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092)

摘  要:衬垫界面的动力剪切特性对填埋场动力稳定性有着重要影响,然而,已有界面/接触面动力本构理论无法完整揭示其动力剪切过程中的物态演变机理。将土工膜/GCL界面的动力剪切过程分为土质材料变形和界面滑动摩擦两个物态阶段,提出了触发界面物态演变的界面临界状态和临界应力,结合界面动力剪切基本规律,分别采用弹塑性模型与摩擦系数模型描述两个物态阶段,建立了衬垫界面动力模型,并与多次循环条件下的土工膜/GCL界面动力剪切试验进行对比,验证了该动力模型的准确性。研究表明,该模型能有效地模拟衬垫界面动力剪切变形的力学特性与物态演变规律,为填埋场动力稳定性分析提供了理论支持。

关键词:填埋场衬垫;土工膜/GCL界面;界面动力模型;物态演变

近距离地下穿越结构地震响应研究综述

王国波1,2,彭祥军1,郝朋飞1,韦浩浩1

(1. 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430070;2. 温州大学建筑与土木工程学院,浙江 温州325035)

摘  要:鉴于设计和使用要求,近距离地下穿越工程大量涌现,形成了土体–相互穿越结构群复杂相互作用体系。多个地下结构出现近距离穿越情况时,在地震作用下结构与临近土体以及结构 之间均存在动力相互作用,地下穿越结构体系的地震响应规律更加复杂。基于对大量实际近距离穿越工程案例的归纳整理,将地下穿越结构大体分为隧道相互穿越体系、隧道穿越地铁车站体系、地铁车站相互穿越体系。在总结地下穿越工程特点的基础上,分别阐述各穿越体系地震响应研究现状和进展,指出现有研究中存在的不足和问题,并对今后进一步研究的方向给出了一些建议。

关键词:地下结构;地铁车站;盾构隧道;穿越工程;地震响应

水压作用对通缝拼装管片结构力学性能的影响研究

梁  坤1,封  坤*1,肖明清2, 3,何  川1,谢  俊2,3,方若全1

(1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;2.中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430071;3. 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心,湖北 武汉 430071)

摘  要:以苏通GIL综合管廊工程为背景开展了通缝拼装方式下的原型试验,从水压对管片环的受力、形变及抗裂性方面着手,对通缝拼装条件下水压力对管片结构力学性能影响进行了研究。试验结果表明:①通缝拼装管片结构在拱顶位置出现较大的位移,水压力的增大对管片结构拱顶形变和整体椭圆变形的控制有良好的效果,但管片最大单点位移相比椭圆度更易达到限值;②通缝拼装管片结构建议取单点最大形变率2‰~2.5‰作为形变控制标准;③在高水压作用下通缝拼装管片结构的纵缝张开主要发生在封顶块附近,由于该处纵缝密集、结构刚度最小、变形最大所致,水压力的增大对该处纵缝张开有明显的限制作用,且可减小相应连接螺栓的受力;④水压力的增大会较大幅度地提升管片的抗裂性能,并减小管片主筋的拉应力,但也会使主筋的压应力和箍筋应力有较大幅度的升高;⑤水压力的升高在一定程度上提高了管片结构的受力性能,但高水压使管片结构处于高轴压受力状态,易发生纵缝处的压剪破坏,该破坏具突发性。研究成果对水下盾构隧道的设计具有重要的指导意义。

关键词:盾构隧道;水压作用;通缝拼装;原型试验;受力性能

隧道围岩压力运动单元上限有限元计算方法

石钰锋1, 2,徐长节*1,杨  峰3, 4,罗静静3,阳军生3, 4

(1. 华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室,江西 南昌 330013;2. 南昌轨道交通集团

有限公司,江西 南昌 330038;3. 中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075;4. 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室,湖南 长沙 410075)

摘  要:针对隧道围岩压力与破坏模式问题,应用刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序开展计算分析,获得了支护反力系数Nγ及Nc上限解曲线图和围岩有效间断线网破坏模式及其演变规律。与多种基于假定破坏机构的刚性块体上限法及模型实验结果进行对比分析,验证了UBFEM-RTME方法获得的支护反力 上限解为极限分析上限理论框架内的较优解答,并且Nγ及Nc上限解与太沙基围岩压力解答变化趋势基本一致。除Nγ及Nc上限解外,UBFEM-RTME方法获得的隧道围岩有效间断线网破坏模式存在多种形态特征,大致涵盖了既有文献关于围岩破坏机构假定的多种型式,体现出该方法能摆脱假定破坏机构的限制,应用于隧道围岩压力求解具有良好适用性。

关键词:围岩压力;支护反力系数;极限分析;上限有限元;刚体平动运动单元;破坏模式

冬季工况多次温度循环下微型钢管桩群桩热力响应特性现场试验

任连伟1,徐  健1,孔纲强*2,刘汉龙2, 3

(1. 河南理工大学土木工程学院,河南 焦作 454000;2. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室,

江苏 南京 210024;3. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045)

摘  要:能量桩技术具有支撑上部结构和浅层地热能换热器双重作用;作为一种节能减排新技术,近年来获得了一定的发展。依托微型钢管桩加固既有基础托换工程,开展冬季工况多次温度循环下微型钢管桩群桩的热力响应现场试验;实测不同间歇时长情况下桩身温度与应力等变化规律,探讨不同运行模式下的桩基换热性能系数(COP,coefficient of performance)。试验结果表明:文中试验条件下,桩身附加温度应力随循环次数增加而增大,且随间歇时间的延长而减小;桩基COP随循环次数增加而减小,且随间歇时间的延长而增大;附加拉应力未超过设计控制范围、不会导致桩体破坏。

关键词:微型钢管桩;能量桩;多次温度循环;热力响应;现场试验

桩靴贯入黏土层时邻近桩挤土压力分析

郭  东1,2,王建华*1,2,范怡飞1,2

(1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072;2. 天津大学岩土工程研究所,天津 300072)

摘  要:采用CEL方法对桩靴贯入黏土层时邻近桩受到的挤土压力的变化进行了数值仿真分析。首先通过对离心模型试验结果的计算,验证了CEL方法的可行性。进一步,分析了桩靴贯入黏土层时,邻近桩桩身挤土压力的变化。结果表明,邻近桩靠近桩靴一面受到的挤土压力随桩土相对位移的增加而不断增大直到极限值,在泥面以下6倍邻近桩桩径范围内,桩身最大挤土压力随土层深度逐渐增加,其变化范围为3.5su~9.0su,当土层深度超过6倍邻近桩桩径后,桩身最大挤土压力趋于稳定,约9.0su;而远离桩靴一面受到的挤土压力随相对位移增加而不断减小,最终保持在1.5su~2.0su;桩身受到的挤土压力合力随桩土相对位移增加而不断增大直到极限,在泥面以下6倍邻近桩桩径范围内,桩身极限挤土压力合力随土层深度逐渐增加,其变化范围为2.0su~7.5su,当土层深度超过6倍邻近桩桩径后,桩身极限挤土压力合力趋于稳定,约7.5su。此外,净间距和黏土强度的改变,不会影响插桩挤土压力随相对位移的变化关系;当黏土弹性模量从100su增加到300su时,达到极限挤土压力所需的相对位移从0.3倍邻近桩桩净减小到0.1倍邻近桩桩净。

关键词:挤土力;CEL方法;极限土压力;p-y曲线;钻井船插桩

特厚煤层掘进面围岩能量积聚特征及诱冲机制研究

朱斯陶1,姜福兴1,王绪友2,姜亦武2,宁廷洲2,孙邵华2

(1. 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;2. 兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿,新疆 昌吉 831100)

摘  要:以新疆硫磺沟煤矿特厚煤层掘进工作面为工程背景,采用现场调研、岩石力学试验和理论分析等方法,对特厚煤层掘进面围岩能量积聚特征及其诱冲机制进行了研究。研究认为:①根据硫磺沟煤矿9-15煤层与岩层的岩石力学试验结果,埋深在100~1000 m时,煤、岩层的能量密度与埋深成正比,煤层与岩层的能量密度比值为1.8~2.3,平均为2.1;②相同深度条件下特厚煤层掘进工作面围岩积聚弹性能远大于薄及中厚煤层,其积聚高弹性能的围岩结构是特厚煤层掘进面更容易发生冲击地压和冲击地压灾害更严重的原因 之一;③掘进巷道影响范围内围岩积聚弹性能与煤层厚度和巷道半径成正比,且在同等巷道半径条件下,煤层厚度越大,巷道围岩积聚弹性能越大,当巷道半径为3.0 m时,围岩积聚的弹性能分别为巷道半径为2.5 m和2.0 m时围岩积聚弹性能的1.4倍和2.0倍;④提出的考虑煤层厚度和煤层冲击倾向性的冲击危险性评价方法比当前冲击危险性评价方法更加科学合理,评价结果也更符合现场实际情况。研究结果对特厚煤层掘进工作面冲击地压防治具有一定的借鉴意义。

关键词:特厚煤层;掘进工作面;能量积聚;冲击地压;危险性评价

粗颗粒盐渍土地基掏挖基础抗拔承载模型试验研究

许  健1,2,高靖寓1,2,李彦锋1,2,袁  俊3,程东幸3,谭青海4

(1. 西安建筑科技大学土木工程学院,陕西 西安 710055;2. 西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室,陕西 西安 710055;3. 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司,陕西 西安 710075;

4. 中国电建集团青海省电力设计院有限公司,青海 西宁 810008)

摘  要:考虑不同粗颗粒盐渍土层状态(结晶、溶蚀)和厚度,通过对粗颗粒盐渍土地基掏挖基础进行抗拔承载模型试验,分析了掏挖基础的抗拔承载特征。研究结果表明,上拔加载过程中地面以基础为中心产生明显隆起现象,逐渐形成以基础为中心的环状和放射状裂缝。地面隆起范围近似呈圆形扩大趋势;上拔位移随距基础中心距离增大而不断减小,上拔位移梯度随荷载增加逐渐增大。荷载–位移曲线呈现出典型的“软化型”特征;结晶状态下基础抗拔承载力随着盐渍土层厚度增加显著增加;结晶状态下基础抗拔承载力显著高于溶蚀状态。粗颗粒盐渍土地基破裂面形态表现为分段直线方程形式;普通粗颗粒土层、结晶状态粗颗粒盐渍土层及溶蚀状态粗颗粒盐渍土层上拔角分别约为32°,34°及18°。

关键词:粗颗粒盐渍土;掏挖基础;模型试验;抗拔承载力;破裂面

落砂成型过程及模型孔隙率影响因素研究

方  薇,周志刚*

(长沙理工大学交通运输工程学院,湖南 长沙 410114)

摘  要:以颗粒流程序PFC3D为研究工具,结合室内试验,对于落砂成型过程及成型孔隙率的变化规律进行了研究。首先,对落砂过程及结拱现象进行了分析,提出了一种带底孔筒仓流动模型,设计了优化的方形出砂头方案并将其应用于落砂成型试验;然后,利用PFC3D对落高、出砂头孔径、移动速度等因素对成型孔隙率的影响规律进行了模拟和验证。研究表明:当孔径增大时,一次出漏的颗粒数增多,成型时颗粒与颗粒 之间的位置尚来不及调整,粒间孔隙较大。随着出砂头移动速度的增大,堆积层次与冲击次数增加,颗粒间的孔隙将会减小。落高增大导致冲击时的动能增大,密实度因而也随 之增大。对于所考察的3种试验因素,物理试验与数值模拟均呈现出相同的影响规律。此外,提出的落砂成型孔隙率多因素相关模型具有很好的适应性。

关键词:落砂成型;结拱现象;颗粒流;孔隙率;多因素相关性模型 

类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度分析

黄  亮1,2,梁荣柱*1,3,吴小建4,1,孙廉威4,3,张  莉1,5,吴文兵1

(1. 中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074;2. 中山大学土木工程学院, 广东 珠海 519082;3. 浙江大学建筑工程学院,浙江 杭州 310058;4. 上海建工集团股份有限公司,上海 200080;

5. 清华大学土木水利学院 北京 100084)

摘  要:类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形状等参数对类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的影响。研究表明,由于类矩形盾构隧道截面的特殊性,在建立等效抗弯刚度模型时,需分别对中性轴在隧道腰部和拱底两种不同的情况进行讨论;增加螺栓数量和加大管片宽度可提高类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度有效率,中性轴位置随着上移,环缝受拉张开区域减小;增加管片厚度可增加隧道绝对等效抗弯刚度,但是等效抗弯刚度有效率下降,中性轴位置下移;中性轴位置随着宽高比增大而快速下移,当中性轴位置角度与小圆弧圆心角相等时,中心轴下移曲线发生转折;当宽高比为1时,所得解析解退化为圆形盾构隧道等效抗弯刚度解。

关键词:类矩形盾构隧道;等效抗弯刚度;等效抗弯刚度有效率;解析解

考虑损伤渗流边坡稳定性数值离心加载法分析

许梦飞1,姜谙男*1,段龙梅2,焦明伟2,胡雪峰2

(1. 大连海事大学道路与桥梁工程研究所,辽宁 大连 116026;2. 吉林省交通规划设计院,吉林 长春 130000)

摘  要:为分析损伤–渗流耦合作用下边坡工程的稳定性,建立了基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤–渗流耦合模型。从主应力空间的角度出发推导了损伤作用下Mohr-Coulomb准则的应力回映算法,解决了数值实施过程中应力更新的“奇异点问题”;基于分布迭代法编制了岩石弹塑性损伤–渗流耦合有限元计算程序。将离心加载法与所编程序结合,求解了多场耦合作用下的边坡安全系数,再现了边坡渐进破坏过程中损伤场演化规律,证明了所建数值模型能够较好的描述应力、渗流和损伤作用下,岩石材料的宏观破坏现象。最后对实际边坡工程进行了数值模拟,计算结果为工程安全性评价提供了参考。

关键词:弹塑性损伤;耦合模型;有限元计算;离心加载法;边坡稳定

温度和pH对多孔介质中悬浮颗粒渗透迁移的影响

薛传成,王  艳*,刘干斌,陈  航,李轲轲

(宁波大学岩土工程研究所,浙江 宁波 315211)

摘  要:基于悬浮颗粒迁移的经典模型,在颗粒沉积动力学方程中考虑释放效应,求解了瞬时注入情况下悬浮颗粒的一维迁移问题的解析解,同时对两种不同悬浮颗粒(硅微粉和聚苯乙烯微球)进行室内土柱试验,得到不同pH(4,7,10)、不同温度T(20℃,30℃,40℃)和不同流速(0.042,0.127,0.212 cm/s)下的迁移曲线。利用解析解对试验数据进行拟合并确定迁移参数,讨论了温度、流速对迁移参数的影响。研究表明:温度、pH、颗粒种类是影响多孔介质中悬浮颗粒迁移的重要因素,当pH=7, ≤ 时,悬浮颗粒排斥力起主导作用,当 时,布朗运动占主导作用;同时,随着流速的增大,水动力效应增大,温度对浓度峰值的影响不明显;随着pH的增大,聚苯乙烯微球在不同温度时的迁移曲线规律与硅微粉不同。

关键词:温度;多孔介质;悬浮颗粒;渗透迁移;pH

单轴压缩砂岩细观裂纹动态演化特征试验研究

王春来1,侯晓琳1,李海涛2,张书江3,陶志刚4

(1. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083;2. 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,北京 100013;3. 山西冀中能源集团矿业有限责任公司,山西 太原 030032;4.中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083)

摘  要:岩石细观裂纹的动态演化特征作为岩石破坏的重要信息,其研究对于分析岩爆的孕育过程及预测岩石动力灾害发生有着重要意义。采用应力分析和声发射参数方法,研究了砂岩在单轴压缩条件下的细观裂纹的强度动态演化特征。试验结果表明,应力与砂岩细观裂纹扩展诱发声发射(AE)事件的强度特征有较好的阶段性变化规律,将峰前裂纹动态演化划分为三个阶段。进一步分析裂纹的类型特征,提出三阶段四维演化过程分析方法。细观裂纹多为张拉型,随着时间的增加,细观裂纹向剪切型裂纹转变,裂纹数量迅速增加,裂纹强度逐渐增大。提出将第三阶段AE事件出现的高强度、高RA、低AF特征作为砂岩破裂失稳的定性预警条件。通过矩张量反演对比分析了的细观裂纹数量和类型的动态演化。

关键词:裂纹演化;细观裂纹;声发射;矩张量;预警

寒区冻融隧道二衬横向渐近偏转演化及力学性态研究

黄宏伟,陈佳耀*,张东明

(1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092)

摘  要:寒区季节性冻融导致围岩破碎层和松动圈的应力应变空间重构,为描述冻融影响下隧道二衬沿断面横向偏转的渐近演化,以吉林老爷岭寒区隧道入口和中段两个代表性断面的拱腰、拱墙390 d现场倾角变形数据为基础,结合衬砌开裂及偏转力学性态特征,应用数值模拟试验,综合分析正温、负温、冻季、融季4时期衬砌渐近性偏转、围岩破碎层及松动圈演化、衬砌应力应变特征等关键问题。研究表明:隧道入口段偏转随季寒交替变化显著,左拱墙和左拱腰测点倾角变化分别呈“倒V”及“下凹”状,偏转在融季响应滞后,在冻季响应超前,在冻融期则有“突变”趋势;而隧道中段受到的影响总体比入口处小,右拱腰在冻季、正温期有不同程度的波动偏转,左拱腰倾角则呈现“上凹”变化,其在融季有滞后偏转现象;计算松动圈直径满足冻融期>负温期>正温期,且隧道入口>隧道中段,通过数值模拟得到塑性区轮廓>计算松动圈,可见在衬砌冻融期的伤害比在其他时期更显著,应防范冻融期温度变化带来的衬砌偏转风险。

关键词:寒区;隧道;冻胀力;松动圈;数值模拟

三轴压缩作用下断续节理砂岩力学特性研究

邓华锋1,潘  登1,许晓亮*1,支永艳1,段玲玲1,杨  超1,张宇娜2

(1. 三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学),湖北 宜昌 443002;2. 中国市政工程中南设计研究总院

有限公司,湖北 武汉 430015)

摘  要:节理岩体的力学特性直接影响工程岩体的安全。为了研究节理岩体的各向异性力学特性和破坏特征,设计进行了0°,30°,45°,60°,75°和90°等6种角度断续节理砂岩的三轴压缩试验,详细分析了节理倾角对断续节理岩体变形强度特征和破坏模式的影响。研究结果表明:①在加载过程中,随着围压增大,断续节理砂岩应力–应变曲线的屈服阶段逐渐明显,峰值强度和残余强度逐渐提高,破坏时延性特征逐渐明显;②随着节理倾角增大,断续节理砂岩的变形模量、抗压强度、黏聚力和内摩擦角等力学参数均呈现先减小后增大的U型变化趋势;③节理对岩样破坏裂纹的形成与开展具有明显的诱导和控制作用,不同倾角岩样的破裂面均顺节理倾角方向发展,当节理倾角与岩样计算破坏角接近的时候,岩样的破裂面顺节理面开展,变形和强度参数达到极小值;④随着围压增大,不同倾角断续节理岩样的变形和强度参数差别逐渐减小,各向异性特征逐渐减弱;⑤断续节理砂岩的破坏模式可分为张拉破坏、折线型的复合剪张破坏、沿节理面剪切破坏等3种类型,节理倾角的分布决定了断续节理砂岩在加载作用下的变形破坏模式,变形破坏模式的差异决定了断续节理砂岩变形和强度参数的各向异性特征。研究成果可为工程中节理岩体的各向异性特征分析提供较好的参考。

关键词:断续节理;节理倾角;各向异性;力学特性;破坏模式

间断级配粗粒土压实特性试验研究

于际都,刘斯宏*,王  涛,魏  浩

(河海大学水利水电学院,江苏 南京 210024)

摘  要:岩土工程中常遇到级配不连续的粗粒土,这类间断级配粗粒土的压实特性尚不清楚。通过开展室内压实试验,探究了影响间断级配粗粒土压实特性的主要因素。试验发现,间断级配与连续级配料相比,缺少d30以下的粒径不利于压实,缺少中间粒径反而可能有利于压实。其干密度随基准级配分形维数D的增加而增大,并且D=2.5~2.7时压实性最好;随细料含量的增加先增后减,而最优细料含量与粗、细料单独堆积密度以及粗细颗粒堆积过程中的相互干扰程度有关。据此建立了间断级配粗粒土压实干密度的预测模型,通过少量压实试验即可得获得干密度与细料含量的关系曲线,从而得到最优细料含量和满足干密度要求的细料含量区间,可以较大程度上减少试验工作量。

关键词:间断级配;粗粒料;压实特性;干密度;分形维数;细料含量

基于改进应变楔模型的固体–散体串联组合桩鼓胀变形及沉降分析

郭尤林1, 2,赵明华*1,彭文哲1

(1. 湖南大学岩土工程研究所,湖南 长沙410082;2. 湖南城市学院土木工程学院,湖南 益阳413000)

摘  要:针对传统碎石桩易在桩顶1~3倍桩径的深度范围内发生鼓胀破坏的现象,首先,在现有工艺的基础上提出一种固体(混凝土)–散体(碎石散体材料)串联组合桩,并简要阐述其承载特性、施工工艺及破坏模式;其次,建立了串联组合桩鼓胀变形的计算模型,探讨串联组合桩的鼓胀变形机理;然后,对应变楔模型进行修正,并结合广义胡克定律,计算固体–散体串联组合桩的鼓胀变形值及桩身沉降值;最后,通过传统碎石桩及筋箍碎石桩鼓胀变形及沉降试验验证所提理论方法的合理性,结果表明:理论计算值与试验结果吻合较好,可为碎石桩复合地基设计提供一定的参考,具有理论及工程应用价值。

关键词:固体–散体串联组合桩;鼓胀变形;应变楔模型;广义胡克定律;沉降

考虑砂土颗粒破碎的柱孔扩张问题弹塑性分析

郑金辉1,齐昌广*1,王新泉2,单艳玲1,赖文杰1,王梁志1

(1. 宁波大学土木与环境工程学院,浙江 宁波 315211;2. 浙江大学城市学院土木工程系,浙江 杭州 310015)

摘  要:目前对砂土中圆孔扩张问题的研究均未考虑到砂土颗粒的破碎以及剪胀特性,且为了方便后续求解,很多学者对剪应力,剪切模量等计算参数做了简化,使得最终的求解结果无法准确反映实际情况。针对上述问题,采用考虑颗粒破碎和剪胀特性的砂土临界本构模型,在塑性区联合相关流动法则和拉格朗日分析法,将传统的欧拉描述下的柱孔扩张问题转换为基于拉格朗日描述的带初值的一阶非线性常微分方程组,最终通过数值方法得到砂土中柱孔扩张问题的半解析精确解,并通过算例分析了土体初始应力对扩孔结果的影响。结果表明,颗粒破碎和初始应力对孔周应力和塑性区半径影响巨大,两者共同作用使得土体在扩孔期间表现出不同的剪胀/剪缩特性;此外,高初始应力下的孔周土体在扩孔期间难以到达临界状态。

关键词:柱孔扩张;颗粒破碎;拉格朗日分析法;土体初始应力

大型地下洞室岩梁开挖主要工程地质问题及处理措施讨论

王  鹏,楚文杰,陈  磊,张嘉瑶

(浙江华东建设工程有限公司,浙江 杭州 310014)

摘  要:为研究地下洞室岩梁主要工程地质问题及其应对处理措施,通过分析白鹤滩水电站岩梁地质条件、破坏特征、影响因素、不利后果等,对岩梁主要地质问题进行归类,分析产生原因,总结处理措施,研究认为岩梁主要地质问题有围岩变形、卸荷回弹、破裂破坏、松弛破坏、块体破坏、缓倾角软弱结构面影响、陡倾角裂隙影响等,为最大限度的避免不利地质条件影响,应在洞室选址、方案布置时便充分考虑,开挖前详细制定岩梁开挖方案,必要时采取预处理措施,对开挖后发生的围岩破坏,可针对性的采用机械挖除、预应力加固、增加插筋、混凝土修补、设置扶壁墙、固结灌浆、锚索加固等措施。

关键词:岩台梁;岩壁梁;围岩;变形;破坏;处理措施

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