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《岩土工程学报》2022年第9期中文摘要
日期:2022年10月11日 09:02:52点击数:字号:【

水平推覆作用下土–地下结构反应特性研究

景立平1,2,徐琨鹏*1,程新俊3,梁海安3,宾  佳4

(1. 中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080;2. 防灾科技学院,河北 廊坊065201;3. 东华理工大学土木与建筑工程学院,江西 南昌 330013;4. 湖南工业大学土木工程学院,湖南 株洲 412000)

摘  要:地震过程中地下结构变形受周边土层变形制约,为揭示土–地下结构间复杂的相互作用,在自行研制的岩土综合试验模型箱内,针对砂土场地中单层箱型地下结构,开展了以土体变形为控制变量的大型推覆试验。模型箱内推覆板按照倒三角形分布位移模式进行水平推覆,即推覆板绕底部转动,转角由0逐级递增至1/60,重点对比了地下结构及其周围土体在推覆作用下的反应特性。试验结果表明:转角为1/120时,推覆端内侧壁中间偏上6 cm处产生水平贯通裂缝,转角为1/150时,被动端内侧壁中间偏下11 cm处产生水平贯通裂缝,地下结构受到挤压变形和剪切变形的耦合作用;结构推覆端侧壁顶底水平相对位移明显小于辅助观测面内等代土体,侧壁破坏后结构与土体变形的比值由0.44增至0.75,同时土体和结构所受倒三角形水平荷载的比值由试验初期的0.24下降至0.10并趋于稳定,结构破坏后又上升至0.32,土–结构相互作用程度会随着土和结构状态变化而改变;土体水平基床系数随加载水平增大而减小,且始终在规范给定的范围内变化,而结构因失效破坏和角部应力集中等原因,侧壁水平基床系数波动范围较大。

关键词:地下结构;抗震性能;推覆试验;土–结构相互作用;基床系数

基于Pasternak地基模型的断层错动下管线结构纵向响应的解析解

陶连金,王志岗,石  城,安  韶,贾志波

(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:断层错动引起场地上覆土体破裂对跨断层上覆土层的地下管线结构造成巨大破坏。针对断层错动作用下跨断层上覆土层管线结构的纵向响应开展研究,考虑到管线–地基间的非线性相互作用引入了双参数Pasternak地基模型,并结合补余误差函数推导了断层错动下地下管线结构纵向响应解析解。解析解计算结果和模型试验与数值模拟结果基本吻合,证明了解析解的正确性。通过参数敏感性分析讨论了地基剪切刚度、地基反力系数和断层倾角对地下管线结构纵向响应的影响。研究结果表明:基于双参数Pasternak地基模型的断层错动下管线结构纵向响应解析解比传统Winkler地基模型更精确。地基剪切刚度和地基反力系数会改变地下管线结构的弯矩和剪力最大值,而地基反力系数和断层倾角会改变弯矩和剪力的影响区域和最大值的出现位置。在影响区域内管线结构弯矩和剪力值数倍于其它区域,结构易出现剪切破坏,为主要灾害发生区域。

关键词:断层错动;解析解;Pasternak地基模型;补余误差函数;纵向响应

基于刚性块体离散的边坡稳定极限分析法

汪小刚,林兴超*

(流域水循环模拟与调控国家重点实验室,中国水利水电科学研究院,北京 100048)

摘  要:针对边坡稳定分析这一岩土力学的经典问题,放弃通过极限平衡等式方程和引入假定来直接求解边坡安全系数的传统思路,在建立边坡极限状态机构一般性构建方法的基础上,依据塑性力学上下限定理,以界面力或速度为主要变量,以应力许可静力场或运动许可位移场的基本要求为约束条件,在不引入任何假定的前提下,将求解边坡安全系数的问题转化为求解安全系数上限、下限解的优化数学问题,通过上下限值逐渐逼近安全系数,形成了完整统一的边坡稳定极限分析方法体系。该方法体系由于没有引入任何假定,不仅使边坡稳定分析方法具备了更为严密的理论基础,而且可方便地推广到三维领域。通过6个代表性算例验证了该方法计算结果的准确性、可靠性以及工程应用的合理性、可行性。

关键词:边坡稳定;极限分析;上下限定理;优化模型;求解

相对密实度对沉贯中吸力基础桶壁–砂土界面力学特性的影响

李大勇1,2,侯新宇1,张雨坤*1,高玉峰3

(1. 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东 青岛 266590;2. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580;3. 河海大学土木交通学院,江苏 南京 210098)

摘  要:吸力基础是一种系泊海洋浮动平台及固定海上风电塔架的基础形式。吸力基础在砂土中吸力贯入时,沉贯阻力主要由内外壁摩阻力组成。吸力基础沉贯过程中基础–土体界面力学特性决定侧壁摩阻力的大小。开展界面剪切试验,研究了相对密实度及沉贯深度对吸力基础–砂土界面沉贯过程中相互作用的影响。结果表明:吸力基础–砂土界面剪应力随剪切位移增加,呈现出软化特征;随砂土密实程度的增加,界面摩擦系数、界面峰值强度和相对应的剪切位移逐渐增大;但上述参数随沉贯深度的增加先减小后逐渐增大。研究工况条件下,界面摩擦系数量值处于0.2~0.34。根据试验结果,得到了不同沉贯深度处基础桶壁摩阻力,基础侧壁摩阻力–贯入深度之间关系可用指数函数表示;内外壁摩阻力随砂土密实程度增加逐渐增大,外壁摩阻力增长幅度较内壁摩阻力更加明显,外壁摩阻力最大值是相同沉贯深度处内壁摩阻力的2.1倍。界面剪切试验中,砂土发生明显挤出现象,砂土挤出主要发生在剪切初期,对应剪切位移较小,可用于揭示吸力基础沉贯过程中,由于桶壁贯入造成的砂土置换侧向挤出现象。界面剪切过程中砂土颗粒发生破碎,填充至砂土颗粒间孔隙中,导致土体试样高度下降,砂土呈现出“剪缩”现象。发现界面摩擦角与土体内摩擦角之比随土体密实程度的增加逐渐降低。研究内容有助于准确得到沉贯摩阻力和沉贯所需吸力,确保吸力基础沉贯至预定位置。

关键词:界面剪切试验;吸力基础沉贯;相对密实度;界面摩擦系数;侧壁摩阻力

岩石裂隙内浆液–水两相流可视化试验与驱替规律研究

李  博1,2,王  晔1,邹良超*3,杨  磊4

(1. 绍兴文理学院岩石力学与地质灾害浙江省重点实验室,浙江 绍兴 312000;2.同济大学地下建筑与工程系,上海 210092;3. 瑞典皇家理工学院可持续发展与环境工程系,斯德哥尔摩 SE-100 44,瑞典;4. 山东大学土建与水利学院,山东 济南 250100)

摘  要:富水裂隙岩体中的注浆是一个将浆液压入裂隙内空腔并驱替地下水的过程,开展浆液–水两相流驱替渗流规律研究对优化工程注浆方案具有重要意义。研发了基于粒子图像测速技术(PIV)的可视化驱替试验系统与方法,获取了3D打印的透明粗糙裂隙内的流场分布以及流速与压差的关系;基于有限元法求解Navier-Stokes偏微分方程组模拟驱替过程,与试验测试结果进行了对比验证。结果表明:在恒定流速条件下,注浆压力会随着时间的增加呈现先缓慢增大再加速增大,最终趋于一个定值的演变趋势;浆液首先沿优势渗流通道驱替水,在到达出口后压力增速减缓,随后在较长的时间内逐渐驱替残余水;残余水的分布主要集中在连通主要渗流通道边缘的盲端孔隙和开度大小发生突变的细小孔隙处,具有较低的流速;采用平行平板模型评价具有相同开度的粗糙裂隙中的注浆过程将低估注浆压力达45%。注浆压力是工程注浆中的一个关键控制参数,在理论计算中应充分考虑粗糙度的影响以确定合理的注浆压力,提升注浆效果。

关键词:粗糙裂隙;注浆;两相流;PIV;驱替

循环交通荷载作用下饱和重塑黄土变形特性研究

翁效林1,胡继波*1,贾  阳2,周尚琪1

(1. 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西 西安 710064;2. 河南省荥阳市住房和城乡建设局,河南 荥阳 450100)

摘  要:为研究主应力轴旋转作用下饱和重塑黄土的变形规律,借助空心圆柱扭剪仪开展了排水状态下饱和重塑黄土的循环三轴试验和循环交通荷载试验,主要研究了主应力轴旋转对饱和重塑黄土的竖向塑性累积应变、径向塑性累积应变以及八面体塑性累积剪应变的影响。试验结果表明:①主应力轴旋转会使土体产生塑性累积变形;土样的竖向塑性累积变形和八面体塑性累积剪应变随循环次数增加呈对数型增长趋势,且循环竖向应力比和循环扭剪应力比与其呈正相关;径向塑性累积应变初期主要表现为拉应变形式,随荷载作用次数的增加,其值逐渐减小并向相反方向累积。②主应力轴旋转会加速相应的竖向塑性累积应变,在其他条件一定时,循环交通荷载作用下试样的变形量是循环三轴试验的数倍。③重塑黄土在交通荷载作用下竖向变形远远小于原状软黏土,作为路基填筑材料具有一定的优越性。④对现有的竖向塑性累积应变计算模型进行了修正,得到了饱和重塑黄土沉降变形的显式预测模型,并对该模型的有效性进行了分析验证。

关键词:主应力轴旋转;循环交通荷载试验;饱和重塑黄土;累积应变;沉降预测模型

基于仿射速度矩阵改进物质点法的大位移滑坡研究

钟祖良1,2,贺凯源*1,宋宜祥3,郑  勇1

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆大学),重庆 400045;3. 河北工业大学土木与交通学院,天津 300401)

摘  要:为克服物质点法的数值噪声问题,将仿射质点网格法的动量映射格式应用于经典物质点法,即在动量映射过程中额外维护一个仿射速度矩阵,进而构建出由仿射速度矩阵和物质点的速度矢量共同表示的速度场。通过理论推导证明了仿射速度矩阵是速度梯度的一阶近似,进而利用仿射速度矩阵极大地简化了旋率、变形率的求解过程和单时间步内的计算流程,使计算效率成倍提高。采用可GPU并行计算的Taichi编程语言进行算法编程,使求解效率提高数百倍。通过模拟沙柱自然成堆和铝棒堆积体模型试验分别验证了改进算法克服数值噪声的有效性、数值准确性和程序的计算效率;基于典型形状边坡的滑坡模拟,验证了算法和程序在滑坡分析中的适用性及优势。

关键词:物质点法;仿射质点网格法;Taichi编程语言;

滑坡多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素分析

张熙胤,王万平,于生生,管嘉达,秦训才

(兰州交通大学土木工程学院,甘肃 兰州 730070)

摘  要:为研究多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素,以中国多年冻土区广泛存在的高承台桩基础为研究对象,通过拟静力试验结合有限元方法探讨了多年冻土区桥梁桩基础地震破坏特征及冻土层物理力学特性变化对其抗震性能的影响规律。结果表明,随着土体温度的降低,桩–冻土体系的水平承载力、初始刚度均呈增大趋势,桩身位移在土体冻结前后变化显著。土体初始含水率的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的影响较小,但以土体最优含水率为界限,界限含水率两侧桩–冻土体系的刚度变化存在较大差异。土体压实度的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的改变影响较小,桩–冻土体系的初始刚度随着压实度的增大而增大。因此,在冻土区桩基础桥梁抗震设防中应当充分考虑桩周冻土物理力学特性变化对其抗震性能的影响。

关键词:桥梁桩基础;抗震性能;拟静力试验;有限元分析;多年冻土区

隧道静力失稳的加卸载响应比判据及安全系数

谭绪凯1,2,高  峰*1,2,徐  伟2

(1.省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室(重庆交通大学),重庆 400074;2.重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074)

摘  要:为得到隧道的稳定性状态及静力失稳临界点的合理判定方法,将加卸载响应比(LURR)理论引入到隧道受力分析中,解析求解了对称荷载作用下圆形无衬砌隧道的非线性特性及其对应的LURR演化规律,证明了两者的关联性;基于施工及运营隧道不同的荷载特性,提出了基于LURR理论的隧道静力稳定性分析方法,分别分析了施工隧道和运营隧道的稳定性及其LURR变化规律,提出了基于LURR理论的隧道静力失稳判据及其判定机理。研究表明:理论推导得到的隧道变形非线性特性的LURR表达式解析解和有限元解吻合度高;隧道在不同的稳定性阶段,洞周关键点变形的LURR表现出不同的变化规律,根据此变化规律的变化,可划分隧道不同的稳定性阶段;在体系失稳前,隧道局部薄弱区域的LURR增长率会出现异常变化,为隧道失稳前兆判据;基于隧道的极限承载状态,通过各阶段与极限承载阶段的荷载比得到隧道不同阶段的安全系数。提出了隧道静力失稳的LURR判定方法。

关键词:隧道工程;加卸载响应比;静力失稳判定方法;安全系数;解析法

考虑黏土片不规则形状的黏土离散元模拟方法

申志福,张栩银,高  峰,王志华,高洪梅*

(南京工业大学交通运输工程学院,江苏 南京 210000)

摘  要:离散元模拟是研究黏土复杂宏观力学特性微观机理的有力工具。当前黏土离散元模拟方法中,黏土片一般假设为矩形、椭圆形等规则的平片状,与真实的黏土片形态不符,也尚无文献报道黏土片形态对黏土力学特性的影响规律。提出了不规则凸多边形黏土片间双电层排斥作用和范德华吸引作用的计算方法,发展了相应的微观接触模型;探讨了黏土片间相对排列对相互作用的影响,据此总结了大幅提高模拟效率的途径,最终形成了基于不规则平片状颗粒的黏土离散元模拟方法。模拟表明,此方法能很好再现黏土的一维压缩特性,黏土片的平面形状、厚度对黏土一维压缩曲线和微观组构演化都有明显影响,有必要在未来的离散元模拟中考虑黏土片不规则形状的影响。

关键词:黏土;离散元模拟;范德华引力;双电层斥力;黏土片形状

基于重复分凝成冰作用提高季冻区重金属污染黏性土淋洗效率的研究

张  军1,吴  涛1,芮大虎*1,2,张海洋3,李国玉2,伊藤 譲4,罗明镜5

(1. 河南理工大学土木工程学院,河南 焦作454000;2. 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室,甘肃 兰州730000;3. 河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院,河南 郑州450001;4. 摄南大学都市环境工学科,日本 大阪572-8508;5. 中建八局第三建设有限公司,江苏 南京 210000)

摘  要:基于程国栋院士的“厚层地下冰的重复分凝机制”理论,提出利用重复分凝成冰作用以提高重金属污染黏性土的淋洗效率。以Cd、Pb污染黏性土为研究对象,选用EDTA、酒石酸为淋洗液,通过室内振荡淋洗试验和冻融–淋洗土柱试验,比较分析了不同工况下重金属的去除效果。结果表明,通过融化速率控制为正融土中水分迁移和重复分凝成冰提供有利条件,较单一冻结–吸水模式淋洗液的摄入量约增加20%,而且冻–融界面的反复波动,有助于淋洗液与土壤中重金属充分接触,两者的协同作用能够显著提高重金属去除率,Cd、Pb的去除率分别提高了43.95%和171.74%。该方法在实际工程应用上具有一定的现实性和普适性,对季冻区重金属污染黏性土修复提供了一个新的思路。

关键词:冻融–淋洗;重复分凝成冰作用;融化速率;重金属污染黏性土

基于NMR耦合实时渗流的砂岩渗透特性研究

田佳丽1,王惠民*1,刘星星2,向  雷1,盛金昌1,罗玉龙1,詹美礼1

(1.河海大学水利水电学院,江苏 南京 211100;2. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 211100)

摘  要:针对传统宏观孔渗关系难以准确预测储层砂岩渗透特性的问题,采用核磁共振耦合实时渗流系统,从细观角度阐述了渗透过程中砂岩孔隙结构变化规律,定量分析了多尺度孔隙压缩系数对渗透特性的影响,进而提出了一种考虑多尺度孔隙压缩系数的砂岩渗透率计算方法。结果表明:①不同应力条件对多尺度孔隙作用机制不同,围压增大导致大孔隙明显闭合,而渗压增大促使小孔隙发育扩展;②考虑多尺度孔隙压缩系数的砂岩渗透率计算方法与试验结果拟合更好。

关键词:孔隙压缩系数;砂岩;多尺度孔隙;渗透率演化;核磁共振

考虑黏土–结构接触变形的剪切–渗流耦合试验

谈家诚1,沈振中1,2,张宏伟1,徐力群*1,李国辉1

(1. 河海大学水利水电学院,江苏 南京 210024;2. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210024)

摘  要:针对高黏土心墙坝岸坡部位接触黏土与混凝土基座接触面的剪切渗流问题,研制了一整套可用于开展黏土与结构接触剪切力学特性和渗流特性研究的剪切–渗流耦合试验系统。该系统可实现接触面的大剪切变形,控制剪切变形与渗流方向正交,自动获取接触面力学特性与渗透特性的演化过程。通过开展接触黏土渗透试验及接触黏土–结构接触面力学特性试验,验证了该试验系统的可靠性。对某高心墙土石坝接触黏土料开展剪切–渗流耦合试验,结果表明:在低正应力下,试样整体渗透系数随剪切变形的增大先减小后增大,最后趋于稳定;在高正应力下,整体渗透系数随剪切变形的增大而不断减小并快速趋于稳定;探讨了不同正应力下土体剪胀性对接触黏土–结构接触面渗透性的影响机制。提出了结构粗糙度对接触面的渗透特性的影响有待进一步研究。

关键词:黏土-结构接触面;接触剪切带;大剪切变形;力学特性;渗流特性

高应力厚煤层大巷孤立煤体蠕变失稳冲击机理及防治研究

王高昂1,朱斯陶*1,姜福兴1,李士栋2,刘金海3,周  涛2,宁廷洲4,李  欢2,孔  震2

(1. 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;2. 兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿,山东 菏泽 274000;3. 华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室,河北 三河 101601;4. 兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿,新疆 昌吉 831100)

摘  要:针对高应力大巷煤柱区孤立煤体在无明显采掘扰动情况下频繁发生冲击显现的现状,以山东赵楼煤矿七采区高应力厚煤层大巷煤柱为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场调研等方法,研究了不稳定蠕变作用下高应力厚煤层大巷围岩和孤立煤体的应力演化规律,揭示了高应力大巷孤立煤体蠕变失稳冲击机理:在高应力作用下煤层巷道围岩发生不稳定蠕变,不稳定蠕变弱化了巷道支护体系,增大了孤立煤体的应力集中程度,当大巷孤立煤体弹性承载区集中应力超过其极限承载能力时,高应力孤立煤体发生冲击失稳。建立了高应力厚煤层大巷孤立煤体蠕变失稳及冲击力学模型,推导出了大巷孤立煤体蠕变失稳冲击的力学判据,据此提出了高应力厚煤层大巷孤立煤体冲击地压防治对策,通过现场实践验证了理论分析的合理性。

关键词:冲击地压;煤层大巷;孤立煤体;应力集中;蠕变失稳

非均质复合岩巷围岩破坏机理及底鼓控制技术

张  栋1,柏建彪*1,2,闫  帅2,王  瑞1,孟宁康1,王共元1

(1. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏 徐州 221116;2. 中国矿业大学矿业工程学院,江苏 徐州 221116)

摘  要:深部高地应力、层间软弱夹层(结构面)等复杂应力环境下复合煤(岩)巷道围岩变形严重,底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题,梳理了复合岩巷现场变形破坏特征,分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理论建立底鼓力学模型,推导了底板破坏半径R0的显式解析式,并借助ZDY钻孔窥视仪对围岩内部损伤裂隙发育程度进行量化表征。建立UDEC数值计算模型反演了原支护下复合岩巷围岩应力、裂隙发育特征以及位移分布规律,综合分析了复合岩巷底鼓变形机理。结果表明:高地应力、邻近岩石极限强度差异大、底板岩性差、底板无支护或弱支护是复合岩巷产生底鼓大变形的根本性原因。结合现场调研及数值模拟分析结果,基于“固底–强帮”整体支护、“强–弱–强”组合承载圈分梯次加固底板的控制思路,提出了一种“全断面锚索+预制块反底拱”锚注联合支护技术应用于复合岩巷底鼓返修实践中。现场监测结果表明,巷道返修60 d内底鼓缓慢变形直至趋于稳定,最大底鼓量约为67.9 mm,相比原支护条件下底鼓变形量降低了95%,大大降低了巷道重复返修的可能性,确保了该矿煤炭资源安全高效开采。

关键词:复合岩巷;底鼓;全断面锚索;预制块反底拱;锚注联合支护

降雨作用下黄土填方区交界面水分迁移及沉降规律研究

赵文赫1, 2,杨秀娟1, 2,王宝仲1, 2,樊恒辉*1, 2,孟敏强1, 2,朱  振1, 2

(1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100;2. 西北农林科技大学岩土工程研究所/特殊岩土博物馆,陕西 杨凌 712100)

摘  要:针对黄土高原地区治沟造地实践中由于填方区新老交界面及不同压实度交界面等而引起的管涌、塌陷、滑坡、不均匀沉降、裂缝等灾害,通过建立黄土填方区新老交界面及不同压实度交界面实体物理模型,研究了降雨作用下黄土填方区交界面水分迁移及沉降规律。试验结果表明:①雨水下渗速率随着填土压实度的降低而增快,低压实度填土体积含水率和孔隙水压力在峰值附近存在“骤增骤减”现象,孔隙水压力具有明显滞后性;②湿润锋在交界面附近出现明显过渡区,交界面存在雨水优势流通道;③交界面上方土体总沉降与交界面上方填土高度成非线性关系,不同压实度交界面上缘的局部倾斜值远大于交界面下缘,局部倾斜最大值靠近交界面上缘;④交界面两侧压实度差越大,土体的差异沉降越大,交界面发生破坏趋势越大;⑤填土的大幅沉降以及土体的不均匀沉降往往伴随着表面裂缝的产生,最大裂缝出现在填方区不同压实度交界面上缘附近。研究结果表明,在治沟造地等岩土工程实践中,提高回填土压实度对降低不均匀沉降及防止交界面出现裂缝具有重要意义。

关键词:压实度;交界面;不均匀沉降;降雨入渗;

优势流基于神经网络的改进型土壤水分光纤感测技术研究

刘喜凤1,朱鸿鹄*1,2,王家琛1,3,4,吴  冰1,李  杰1,曹鼎峰2,5,施  斌1

(1. 南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 200023;2. 广东省海洋土木工程重点实验室,广东 广州 510275;3. 中国长江三峡集团雄安分公司,河北 雄安新区,071700;4. 长江三峡集团雄安能源有限公司,河北 雄安新区,071700;5. 中山大学土木工程学院,广东 广州 510275)

摘  要:土壤水分时空分布的精准监测对于工程地质评估、地质灾害防治具有重要意义。当土壤含水率变化梯度较大时,准分布式主动加热光纤光栅(AH-FBG)法的测量误差相对较大。为分析该工况下的误差来源及其沿深度的分布状态,设计开展了3组室内土柱试验,并在试验基础上提出了基于人工神经网络(ANN)的联合分析法,以改进AH-FBG水分感测技术的分析方法。研究结果表明:将AH-FBG法应用在含水率变化梯度较大的土体中,加热时传感器和土体中会产生纵向传热,其中传感器纵向传热占主导地位;该效应会降低含水率监测精度,且相关误差不能通过减少加热时间进行消减;室内试验和现场监测数据均显示,相较于传统的最大升温值法,联合分析法考虑了升温跃迁和拖滞效应,因此得到的含水率监测精度明显提高,证明了该方法的优越性。

关键词:主动加热光纤(AHFO)法;神经网络;含水率;纵向传热;岩土工程监测

土力学发展的四个阶段的思考 

杨光华

(1. 广东省水利水电科学研究院,广东 广州 510635;2. 广东省岩土工程技术研究中心,广东 广州 510635)

摘  要:土力学的发展以变形特性作为依据,可以分为四个阶段。第一阶段主要是研究土的一维压缩变形,以压缩试验的e–p曲线为标志;第二阶段是研究土的三维压缩变形的形态,以Roscoe的临界状态面为标志,建立e–p–q的三维曲面;第三阶段是以Duncan-Chang本构模型为标志,以土的压硬性和剪软性为特点,更直观地以土的剪切变形研究为主;第四阶段应该是以现场原位土为研究对象,以原位测试技术为主要手段,掌握原位土的力学特性,发展原位土土力学,更好地服务于工程实际。第四阶段应该是今后值得努力的方向。

关键词:土的压缩;土的临界状态面;原位土土力学

土工织物应用于新型压密注浆土钉的试验研究

张  升1,彭  锐2,叶新宇*1,李  煜1,刘  蔚1

(1. 中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075;2. 武汉地铁运营有限公司,湖北 武汉 430030)

摘  要:针对乳胶膜式压密注浆土钉的潜在缺陷,提出了采用土工织物替代乳胶膜改进该土钉的新思路。首先,基于自研的土工织物反滤性能测定装置,开展了一系列水泥浆液反滤试验,研究了水灰比、浆液体积和注浆压力对土工织物反滤性能的影响,得到了注浆过程中上述影响因素影响下反滤时间和水灰比的变化规律。其次,对反滤前/后的砂土进行了贯入试验,评估了由于浆液中黏性物质入渗引起的周围土体强度提高。再次,对反滤前/后的水泥试块进行了单轴压缩试验,探明了节泡(水泥试块)强度显著提高的原因是土工织物反滤过程中节泡内水灰比的降低。最后,开展了土工织物和乳胶膜式压密注浆土钉的两组对比拉拔试验,验证了土工织物改进压密注浆土钉的优越性。研究成果能为压密注浆土钉的优化和应用奠定基础。

关键词:压密注浆土钉;土工织物;水灰比;浆液体积;注浆压力

法向卸荷条件下非贯通节理岩体剪切力学特性试验研究

杨  超1, 2,蒋淏南2,岳六一2,王乐华1, 2,骆祚森*1, 2,王瑞红1, 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. 三峡大学土木与建筑学院,湖北 宜昌 443002)

摘  要:实际中较多处于压剪应力状态的岩体在开挖后的受力路径为法向应力卸荷。鉴于此,通过相似材料制备不同粗糙度JRC的非贯通节理试样,开展了法向应力s逐渐减小的卸荷直剪试验,并与常规直剪试验进行了对比。试验结果显示,两种应力路径下试样在破坏和强度特征等方面的变化规律均有所不同:随着JRC的逐渐增加,法向卸荷下试样破坏表现出更强的张拉特性,常规直剪下试样则表现出更强的剪切破坏特性;无论是法向卸荷还是常规直剪,试样的强度均随JRC的增大而增大,但法向卸荷主要体现在j值的增加上,而常规直剪则主要表现为c值的增加。其主要原因在于,法向卸荷下是s逐渐减小,因此试样的爬坡效应更加明显。常规直剪则是剪应力t逐渐增大,从而啃断效应更加明显。实际工程中应结合岩体受力路径获取强度参数,若按常规直剪试验强度参数推导法向卸荷下试样的强度,其值将远大于试样的实际强度,从而偏于不安全。最后基于Jennings强度准则提出了考虑岩桥弱化与JRC影响的修正模型,模型预测结果与试验值误差在10%以内,表明建立的模型可较好地用于法向卸荷下非贯通节理岩体强度的预测。

关键词:岩石力学;非贯通节理;法向卸荷;粗糙度;强度准则

偏心瞬态激振下基桩横向和竖向振动分析

卢志堂1,王志亮*2,柯宅邦3,熊  峰2,刘东甲1,谭晓慧1

(1. 合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009;2. 合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009;3. 绿色建筑与装配式建造安徽省重点实验室,安徽 合肥 230032)

摘  要:为研究偏心激振下基桩的横向和竖向振动响应,先分别开展了Bernoulli-Euler(BE)梁理论计算和三维数值模拟,并将计算结果与模型桩测试数据进行了对比验证;接着,分析了桩顶横向速度响应特征,探讨其与竖向速度的差异;最后,细究了横截面尺寸与形状、脉冲宽度、桩长、土体刚度、竖向狭长缺陷等因素对桩顶横向振动速度的影响,评价了BE梁模型和三维数值模型的适用性。结果表明:在偏心激振下,桩底反射弯曲波以群波形式到达桩顶,初至反射弯曲波波速接近于横波波速;除纵向波外,弯曲波传播也会引发基桩的竖向振动;随着土体刚度增大,桩底反射弯曲波强度降低,而且衰减程度比纵向波严重;弯曲波遇到竖向狭长缺陷会发生明显反射。研究还发现采取竖向偏心激振方式并依据桩顶横向振动速度,有利于准确检测基桩的完整性。

关键词:偏心激振;BE梁;三维数值解;弯曲波;竖向狭长缺陷

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