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《岩土工程学报》2022年第10期中文摘要
日期:2022年10月11日 09:53:17点击数:字号:【

基于剪切波速的砂砾土地震液化评价新方法

陈国兴1, 2,孙苏豫1,吴  琪1, 2,杭天柱1

(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)

摘  要:剪切波速Vs是表征土体动力特性的最基本参数之一,也是评价土壤抗地震液化能力的重要指标。通过系列弯曲元试验,探讨了含砾量Gc、相对密度Dr和初始有效围压对棱角状和亚圆状砂-砾混合料Vs的影响。结果表明:随着Gc的增大,砂-砾混合料的Vs表现出先增大后降低的趋势;以0.1 mm作为填充颗粒的界限粒径,发现基于二元介质模型的骨架结构孔隙比egk与归准化剪切波速Vs/()n存在单一的负幂函数关系,n为砂–砾混合料的不均匀系数Cu的幂函数,= 100 kPa。据此,建立了砂–砾混合料剪切波速Vs与egk的经验关系式,并结合文献中基于室内循环试验给出的砂–砾混合料的抗液化强度数据,提出了基于剪切波速的砂–砾混合料液化触发的临界曲线表达式。利用中国2008汶川大地震、意大利1976 Friuli地震的砂砾土场地液化数据,验证了其适用性。该液化评价新方法具有较好的工程应用价值。

关键词:液化评价方法,剪切波速,砂–砾混合料,二元介质模型

两向不等压圆形隧道塑性统一解及其应用

曾开华1,李学军1,鹿守山2,李汉龙1

(1. 南昌工程学院土木与建筑工程学院,江西 南昌 330099;2. 江西省交通科学研究院有限公司,江西 南昌 330200)

摘  要:针对两向不等压作用下的圆形隧道,综合考虑地应力分布、中间主应力效应和围岩剪胀特性,基于统一强度理论和非关联流动法则建立了理想弹塑性围岩的各种塑性统一解,包括塑性区应力、塑性区位移、塑性区半径和围岩特征曲线,继而对所得解答进行讨论与应用。研究结果表明:所得塑性统一解为系列化的有序解答,合理反映了3种因素影响且表达简洁,具有一定理论意义和良好工程应用前景;两向不等压与中间主应力显著影响围岩塑性区范围、洞壁位移和特征曲线,不同方位角处应构筑不同承载性能的支护或选择不同支护施作时机;洞壁位移和围岩稳定变形随剪胀系数的增加而增大。

关键词:两向不等压;圆形隧道;统一强度理论;塑性区半径;围岩特征曲线

抽气现场试验的土工膜下盲沟气阻数值模拟研究

曹雪山1,2,袁俊平*1,2,丁国权1,2

(1. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210024;2. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210024)

摘  要:膜下盲沟是水库土工膜防渗方案的重要工程措施,对膜下气体排出具有决定性作用。基于流量变化等效原则,提出了渗透系数与路径长度的平方成比例的变换关系。据此推断出水库面积巨大,排气路径太长,是盲沟气阻引发膜下气胀的主要原因。运用非饱和土固结简化计算方法模拟了抽气条件下膜下气压分布状态;对比现场试验实测值,验证了计算方法和参数的合理性。计算结果表明:无论有无盲沟,膜下沿水平向分为气压急变区和稳定区,气压急变区为抽气点沿水平向2.5 m范围,区内气压显著变化,反映了盲沟气阻的存在性;膜下气压梯度分布规律反映盲沟气阻的变化;影响盲沟气阻的主要因素是材料进气值和饱和度,进气值减小、饱和度降低均有利于减小盲沟气阻。研究成果可为合理评价库盘土工膜防渗方案设计提供科学理论依据。

关键词:土工膜;防渗;盲沟;简化计算;非饱和土固结;气阻;气压分布

地面堆载对盾构隧道围压影响的模型试验与理论分析

魏  纲1,2,3,张书鸣4,余剑英*1,丁  智1,崔允亮1

(1. 浙大城市学院土木工程系,浙江 杭州 310015;2. 浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室,浙江 杭州 310015;3. 城市基础设施智能化浙江省工程研究中心,浙江 杭州 310015;4. 安徽理工大学土木建筑学院,安徽 淮南 232001)

摘  要:盾构隧道周边发生突发性地面堆载时会对管片产生附加荷载,当附加荷载过大时会导致隧道纵缝接头张开、螺栓外露、拱顶部管片结构棱角破损等。针对地面突发性堆载对隧道的危害,采用几何相似比CL=15.5的室内缩尺寸模型试验,综合考虑堆载大小、隧道埋深、堆载位置等影响因素,研究在地面突发堆载下隧道的围压变化情况;采用理论分析的方法研究地面堆载作用下隧道围压以及总围压的变化,最后将相同工况下的理论分析与试验结果进行对比。研究结果表明:当堆载等值逐级累加时,隧道围压的变化量基本呈现等值增大的现象;隧道围压的变化量在一定范围内随偏心距离的增大整体呈现下降趋势,当堆载位置在0.5D0(D0为管片外直径)、1D0时偏心侧的隧道围压下降值明显比非偏心侧小,当堆载位置为1.5D0时,隧道两侧围压的变化量基本相同;随着隧道埋深增加,由于隧道顶部土体厚度增加,地面堆载对隧道围压的影响相对减小;理论计算结果与室内模型试验结果的变化趋势非常吻合,从而说明了试验与理论分析的准确性。

关键词:盾构隧道;地面堆载;模型试验;围压

双峰土-水特征曲线分形模型及其在孔隙分类中的应用

陶高梁1,2,廖凌瑾1,雷  达1,欧阳青1,彭寅杰1,张  帆1

(1. 湖北工业大学土木建筑与环境学院,湖北 武汉 430068;2. 武昌理工学院智能建造学院,湖北 武汉 430223)

摘  要:现有的双峰土-水特征曲线(SWCC)模型大多由单峰土-水特征曲线的经验模型衍生而来,这些模型中的参数一般没有明确的物理意义和取值范围,导致通过拟合方法确定参数大小时出现多解情况,因而从很大程度上限制了双峰SWCC的理论研究。根据毛细管理论,双峰SWCC对应于双峰孔径分布(PSD),基于此,利用Menger海绵模型对双峰PSD进行了分形描述,并以此建立了双峰SWCC的物理模型。利用该模型对20组已发表的双峰SWCC试验数据进行拟合,并与其他学者提出的模型进行对比。结果表明本文模型具有良好的拟合效果。此外,基于建立的双峰SWCC模型提出了一种孔隙分类方法,经验证,该方法所得结果较为准确,且具有应用简便、理论基础明确的优势。

关键词:双峰土-水特征曲线;双峰孔径分布;分形;孔隙分类

大断面钢结构顶管纵向力时变规律研究

柳  献1,焦伯昌1,潘伟强2,黄爱军3

(1.同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2.上海隧道工程有限公司,上海 200032;3.上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司,上海 200125)

摘  要:顶管隧道断面上纵向力的大小,一方面影响结构稳定和施工安全,另一方面影响环缝止水垫的防水性能和环缝刚度。通过计算求解顶管隧道纵向力与摩阻力、掌子面压力以及止退反力之间的数学方程,建立了隧道断面纵向力随顶进里程的变化关系,并将理论解与现场试验实测结果进行了对比,二者具有良好的匹配性。分析结果表明:①管节断面纵向力随顶进里程的变化规律为一条逐渐收敛的波动曲线,并在隧道贯通后迅速降低。理论值与实测值具有良好的匹配性;②止退时及隧道贯通后断面纵向应力较小,不利于环缝防水,且隧道纵向刚度较小,易产生不均匀沉降;③止退装置弹性系数、顶进里程、隧道尺寸及隧道埋深是顶管断面纵向应力的重要影响因素,且均呈现不同程度的正相关关系。

关键词:顶管;纵向力;摩阻力;止退反力

基于改进Pasternak地基模型的桩柱式桥墩受力变形分析

张  玲1,2,3,岳  梢1,2,3,赵明华1,2,3,彭文哲1,2,3

(1. 湖南大学土木工程学院,湖南 长沙 410082;2. 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室,湖南 长沙 410082;3. 湖南大学国家级建筑安全与环境国际联合研究中心,湖南 长沙 410082)

摘  要:倾斜荷载下成层地基中桩柱式桥墩受力变形分析极为复杂。考虑土体塑性屈服特性,提出改进的Pasternak地基模型,结合Timoshenko梁理论,综合考虑桩身剪切变形、“P–Δ效应”、桩身轴力分布等影响,分别建立桩柱式桥墩自由段、弹性段、塑性段水平位移控制微分方程,继而引入Laplace 正逆变换和矩阵传递法,获得倾斜荷载下成层地基中桩柱式桥墩位移与内力的半解析解。并探讨分析桩、土剪切刚度及地基成层性等因素的影响,结果表明:不同长径比下,增大桩身剪切刚度会增大桩身水平位移,但会减小桩身最大弯矩,且桩身剪切刚度的影响在长径比等于5左右达到最大;而土体剪切刚度对桩身水平位移与最大弯矩均有明显减弱作用,与“P–Δ效应”的影响相反;成层地基中,近地表土层强度对桩身水平位移和弯矩影响最大,增大上部土层强度会显著减小桩身水平位移和弯矩。

关键词:桩柱式桥墩;改进Pasternak地基模型;Timoshenko梁;矩阵传递法

重金属污染淤泥一维大变形电渗固结–离子迁移耦合模型

周亚东1, 2,翟鑫东1,杨文庆1

(1. 天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室,天津 300384;2. 同济大学土木工程学院,上海 200092)

摘  要:电动处理技术在淤泥高效脱水和重金属污染物同步去除方面潜力巨大。基于分段线性差分法,将电渗固结和溶质迁移理论相结合,建立了一维大变形电渗固结-重金属离子迁移耦合模型ECT1。该模型可以模拟电场、渗流场和化学场的耦合作用,可以考虑电动处理过程中土性参数的非线性变化,以及吸附/解吸、中和/电离、沉淀/溶解等多种化学反应。分别采用Alshawabkeh污染土电动修复试验及数值模拟、高含水率重金属污染土电动处理试验,验证分析了ECT1模型的可靠性。通过算例分析,进一步阐述了高含水率污染淤泥电动处理过程中重金属迁移与电渗固结的耦合机理。

关键词:电渗固结;离子迁移;重金属;淤泥;电动处理

海洋沉积物力学特性及其弹塑性本构模型

刘文化1,杨  庆2,孔纲强3,李吴刚1,林欣怡1,洪国钱1,王忠涛2

(1. 江南大学环境与土木工程学院,江苏 无锡 214122;2. 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024;3. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210024)

摘  要:海洋沉积物的工程性质决定着海洋平台等海底锚固系统的安全稳定。针对南海科考2020年嘉庚号共享航次获得的南海西部深海沉积物,开展南海西部海域深海原状和重塑沉积物的固结试验和三轴排水剪切试验,探讨结构性对原状海洋沉积物的力学和变形特性影响。通过分析海洋沉积物的沉积环境和胶结结构性的形成过程,对原状海洋沉积物的有效应力进行修正,定义结构性因子,假设原状海洋沉积物的正常固结压缩指数为结构性因子的函数,引入结构性因子发展式并结合修正剑桥模型,提出考虑原状海洋沉积物胶结结构性的弹塑性本构模型,并通过与试验结果的对比,验证了其有效性。研究结果表明:原状海洋沉积物的压缩曲线具有明显的非线性特征,其压缩性随着荷载增大而迅速增大,压缩曲线逐渐趋近于重塑土;相同围压条件下原状海洋沉积物的抗剪强度低于重塑土,体变则大于重塑土;所建立的弹塑性本构模型能够较好地描述不同受力状态下原状海洋沉积物的应力–应变特征。研究成果将为海底锚固系统的稳定性分析和海底工程灾害的防治提供理论基础。

关键词:海洋沉积物;土体结构性;结构性因子;本构模型

地震波斜入射地下隧道地震响应:2.5维FE-BE耦合模拟

朱  俊1,李小军*1,梁建文2

(1. 北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京100124;2. 天津大学建筑工程学院,天津 300354)

摘  要:针对地震波斜入射导致的非一致地震激励结构地震响应问题,提出了地下隧道三维地震响应分析的一个2.5维有限元–边界元(FE-BE)耦合分析方法,该耦合方法具有分析效率高和计算精度高的优势。利用有限元模拟隧道结构,并引入弹簧单元考虑衬砌管片接头的影响;半无限土域利用基于场地三维动力刚度矩阵和移动斜线荷载格林函数的边界元方法模拟。通过与文献结果比较验证了耦合方法的正确性。利用该2.5维FE-BE方法,以某盾构隧道为例,研究了斜入射地震波作用下隧道结构的三维地震响应,着重分析了管片接头对隧道衬砌地震变形和内力的影响,并讨论了通过对隧道衬砌整体刚度进行折减(等效均质圆环模型)来考虑管片接头影响的方法的适用性。研究表明,管片接头对隧道地震响应有重要影响,随接头刚度减小隧道衬砌变形呈增大趋势,但衬砌内力显著减小;而且,对于管片接头刚度较大的情况,等效均质圆环模型可以在一定程度上反映管片接头对隧道结构地震响应的影响,但可能导致隧道纵向弯矩的低估。

关键词:地下隧道;纵向地震反应;管片接头;地震波斜入射;2.5维模型;有限元–边界元耦合

深部巷道围岩塑性区演化的理论模型与实测对比研究

陈昊祥1,王明洋*2,燕发源3,戚承志1

(1. 北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 100044;2. 中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室,江苏 南京 210007;3. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083)

摘  要:在高地应力作用下,深部巷道围岩的变形破坏过程表现出了显著的时空效应,研究围岩塑性区的演化规律有助于支护方案的设计与围岩稳定性分析。深部围岩的变形破坏可以看作是其力学性质由固体向流体转换的过程,具有连续渐进相变的特点。结合统计物理学观点,从能量与变形的角度分析了深部围岩塑性区的演化规律:采用有限差分法求解了围岩塑性区演化的kink波解,分析了各参数对塑性区演化过程的影响规律;通过岩石密度–波速关系曲线以及质量守恒定律,建立了围岩波速与塑性应变之间的定量关系,可反演出围岩的变形与应力状态;通过与现场实测数据进行对比,发现kink波解可以很好地描述围岩塑性区的分布及演化规律,验证了理论模型的准确性,可为深部围岩的稳定性分析及灾害防控提供新的思路。

关键词:深部围岩;塑性区;演化过程;二级相变

灌注桩基础桩底复合式后注浆及承载特性研究

周亚龙1,王  旭*1,2,张延杰1,张晓华1,高永光3,叶应高4

(1. 兰州交通大学土木工程学院,甘肃 兰州 730070;2. 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室,甘肃 兰州 730070;3. 北京西南交大工程技术研究院有限公司,北京 100038;4. 太原西北二环高速公路发展有限公司,山西 太原 0300000)

摘  要:为更好控制灌注桩桩底后注浆过程中的注浆区域、注浆压力及注浆量,提出一种桩底复合式后注浆的技术。结合西凌井公路大桥工程开展2根灌注桩(SZ1、SZ2)的桩底复合式后注浆及静载试验,研究注浆过程中的注浆压力、注浆量及桩顶位移的动态响应规律及其承载变形特性。基于球孔扩张理论结合广义SMP准则推导了桩端浆泡半径的解析式,并建立了复合式后注浆灌注桩荷载–沉降关系的计算方法。研究表明:桩底“开式—闭式—开式”的复合式后注浆是劈裂、渗透和压密注浆交替进行的过程,注浆量均达到设计值,注浆压力较稳定,桩顶抬升位移较小;SZ1与SZ2桩端2.5倍桩径范围内侧阻的增强效应显著,增强系数分别达到3.37,3.45,端阻增强系数分别为3.28,5.37;基于双曲线函数的荷载传递模型,并考虑桩端扩大头效应建立的荷载–沉降计算方法能较准确的预测复合式后注浆灌注桩的荷载–沉降关系。

关键词:灌注桩;桩底后注浆;增强效应;广义SMP准则;球孔扩张理论;荷载–沉降关系

中国某场地污染土原地异位稳定化工程实施

周实际1, 2,杜延军*1, 2,袁  航1, 2,孙慧洋1, 2,冯亚松1, 2, 3,杨玉玲1, 2

(1. 东南大学岩土工程研究所,江苏 南京 210096;2. 江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室,江苏 南京 210096;3. 江苏省环境科学研究院,江苏 南京 210036)

摘  要:以中国某场地污染土原地异位稳定化实体工程为例,介绍了污染场地修复与风险管控技术实施过程中污染土开挖、污染土与稳定剂混合、稳定化效果评估、稳定化土阻隔回填等技术环节。原地异位稳定化处理采用自主研发的稳定剂,其主要成分为过聚合硫酸铁、磷酸钙、氢氧化钙和绿泥石粉。污染土的稳定剂掺量为2%~4%,养护龄期3~7 d。经稳定化处理后,目标污染物砷、锑、铜、锌、钒、氟化物浸出浓度满足修复设计要求。施工装备采用污染土修复一体化设备,经该设备处理后,污染土颗粒粒径小于20 mm,且污染土和稳定剂的混合均匀度大于95%。稳定化土经采样检测确认达标后,转运至回填区进行阻隔回填。阻隔回填区从下至上依次为压实天然黏土、无纺土工布、HDPE土工膜、无纺土工布、压实稳定化土、无纺土工布、HDPE土工膜和压实清洁土。稳定化土的回填工艺为分层回填、分层碾压,回填厚度为3 m,压实度大于90%。工程的顺利实施,可为同类型污染场地的修复和风险管控提供技术参考。

关键词:重金属污染土;原地异位稳定化;稳定剂;阻隔回填

瓜尔豆胶固化纤维黄土的抗侵蚀特性及生态护坡试验研究

贾卓龙1,晏长根*1,李  博2,石玉玲3,兰恒星3,4,许江波1,包  含1

(1. 长安大学公路学院,陕西 西安 710064;2. 郑州发展投资集团有限公司,河南 郑州 450015;3. 长安大学地质工程与测绘学院,陕西 西安 710054;4. 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室,北京 100101)

摘  要:为了改善纤维黄土的水力特征,维持黄土边坡坡面的长期稳定,促进植物护坡潜能的充分发挥,提出采用瓜尔豆胶对纤维黄土进行固化处理。通过开展直剪试验、崩解试验、渗透试验、土水特征试验以及生态护坡试验,对比分析不同方式处理下黄土的抗侵蚀特性和土水保持能力。试验结果表明:瓜尔豆胶的加入可以有效提升纤维黄土的抗侵蚀特性和水土保持能力,随着瓜尔豆胶掺量增加或养护龄期增长,抗剪强度先增加后减少或稳定,而崩解率和饱和渗透系数均先减小后稳定,最优掺量和最佳龄期分别为1.0%和14 d;最优处理的瓜尔豆胶固化纤维黄土具有较好的持水能力,同时在自然大气降雨条件下表现出优良的生态护坡效果;瓜尔豆胶的固化处理既能促进纤维加筋作用的发挥,又能填充孔隙,黏结黄土颗粒,综合提升纤维黄土的力学及水力性能,可以在黄土高原的工程安全建设和水土保持过程中发挥积极作用。

关键词:黄土边坡;瓜尔豆胶;纤维黄土;抗侵蚀特性;土水保持能力;生态护坡

基质-裂隙相互作用对煤渗透率的影响:考虑煤的软化

程先振1,陈连军*1,栾恒杰1,王春光1,蒋宇静1,2

(1. 山东科技大学能源与矿业工程学院,山东 青岛266590;2. 长崎大学工学研究科,长崎 852-8521)

摘  要:瞬态渗透率是提高煤层气产量的重要依据。为了得到基质-裂隙压力相互作用出现煤的软化行为对渗透率演化的影响。基于理论分析建立含模量软化系数的双重孔隙介质渗透率模型,并基于脉冲瞬态试验与COMSOL有限元数值模拟软件进行渗透率模型的验证。结果表明:根据曲线变化特征,将应变分为初始,快速增长和平衡阶段。在快速增长阶段,注气压力从1 MPa增大到3 MPa应变曲线的斜率分别为83.77,270.54,440.92 m/s。模量软化系数是应变的函数,其值也增大;其次,通过提出张开型和闭合型裂隙几何概念模型,得到含模量软化系数的双孔渗透率模型;最后,试验数据与改进的渗透率模型结果一致,证明模量软化系数主导了渗透率的动态演化。与试验方法相比,数值模拟方法能够监测煤基质的压力,基质与裂隙之间气体压力的变化揭示了煤渗透率演化机理。

关键词:模量软化系数;渗透率;煤层气;基质-裂隙相互作用

基于人工智能算法预测土体导热系数

王才进1,蔡国军*1,2,武  猛1,刘薛宁1,刘松玉1

(1. 东南大学岩土工程研究所,江苏 南京 211189;2. 安徽建筑大学土木工程学院,安徽 合肥 230601)

摘  要:导热系数是土体热力学特征的基本参数,也是岩土工程热工计算的重要参数之一。它受土体骨架、矿物成分和饱和度等因素的影响。对土体导热系数的影响因素进行分析,采用各种先进的人工智能算法来研究土体的传热机理,并建立预测模型。预测模型通过相关系数R2、均方根误差RMSE、绝对平均误差MAE和方差比VAF进行检验,对误差进行统计分析,并对预测模型的稳健性进行分析,预测模型与传统的经验关系模型进行对比分析。结果表明:人工神经网络(ANN)模型、基于自适应神经网络的模糊推理系统(ANFIS)模型和支持向量机(SVM)模型都准确的预测出土体的导热系数,相关系数R2大于0.9,均方根误差RMSE小于0.2 (W·m-1·K-1),绝对平均误差MAE小于0.13 (W·m-1·K-1),方差比VAF大于90%。提出的预测模型精度显著高于传统经验关系模型。根据误差统计和稳健性分析结果,建议土体导热系数的预测计算优先使用ANN模型和SVM模型。

关键词:人工智能算法;导热系数;预测模型;稳健性

岩石损伤强度及峰值强度前后阶段的声发射识别

赵云阁,黄麟淇,李夕兵*

(中南大学资源与安全工程学院,湖南 长沙 410083)

摘  要:岩石损伤强度和峰值强度是岩石工程中两项重要指标,通过声发射识别该两项指标更具工程应用价值,为了解决目前采用声发射试验难以识别的问题,开展了相应的试验和识别方法研究。选用典型的红砂岩进行声发射试验,首先根据声发射事件数表征的损伤变量,将岩石压缩破坏全过程划分为损伤稳定演化(损伤强度前)、损伤加剧演化(损伤与峰值强度之间)和峰后残余强度3个阶段。根据岩石声发射参数与损伤状态之间Spearman相关性系数分析结果,优选了用于识别的声发射参数,进而建立了基于SVM分类原理的岩石损伤强度及峰值强度前后阶段的识别模型。不同核函数与参数优化算法组合研究表明:RBF核函数与PSO算法组合时识别效果最优,且识别准确率随着测试岩样与训练岩样波速差异的减小而增加;波速差异较小时,3个阶段的识别准确率均超过96%。研究结果可为通过声发射监测识别工程实际中岩石所处的强度阶段提供借鉴。

关键词:岩石;声发射;损伤强度;峰值强度;支持向量机;波速

多次动态扰动下红砂岩时效变形特性研究

刘闽龙1,陈士海*1,石伟民1,崔广强1,沈  峰1,李海波2

(1. 华侨大学土木工程学院,福建 厦门 361021;2. 中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071)

摘  要:为探究深部工程岩体受扰动作用下的时效变形特性,利用扰动伺服三轴加载系统对红砂岩开展了动态扰动三轴加载试验。试验结果表明:动态扰动作用下,岩石的轴向应变–时间曲线呈振荡式上升;扰动荷载的施加会引起岩石应变产生突增的现象,该应变的突增值随着扰动作用的次数呈指数式衰减;岩石破坏前累计扰动施加次数随着围压的增大而增大,随轴向应力加载水平的提升而减少;动态扰动在高静载应力水平下将引起岩石的快速破坏,在较低静载应力水平下岩石则表现为类似于疲劳破坏的时效破坏。

关键词:动态扰动;时效变形;围压;轴向应力加载水平

砂岩热冲击破裂特征及其孔隙连通性分析

杨欣欣1,郤保平*1,2,何水鑫1,董赟盛1,辛国旭1

(1. 太原理工大学矿业工程学院,山西 太原 030024;2. 太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西 太原 030024)

摘  要:为研究高温砂岩在水中热冲击冷却后的破裂特征及损伤规律,利用显微CT技术,对600℃的高温砂岩在不同温度水中热冲击冷却后孔隙的细观结构特征进行了分析。对冷却介质温度与孔隙发育特征之间关系进行分析,并对孔隙分形维数的变化趋势进行研究,研究结果表明:高温砂岩热冲击处理后,萌生大量孔、裂隙,孔隙间较脆弱的地方产生喉道,并逐渐发育扩展,同时孔隙发育扩大,最终大量孔隙连通形成连通团。随着冷却介质温度的降低,生成的连通团体积增大,砂岩渗透率增大,破坏程度增强。砂岩孔隙体积分数与分形维数线性正相关,孔隙体积分数越大,分形维数越大,砂岩损伤越严重,分形维数可用于表征其损伤程度。600℃高温花岗岩、石灰岩、砂岩在水中热冲击冷却后的孔隙、裂隙发育特征具有较大差异。花岗岩表现为明显的脆性断裂,砂岩孔隙发育明显,石灰岩萌生孔隙的同时有裂隙发育。

关键词:砂岩;热冲击;CT扫描;孔隙连通团;分形维数;渗透性

水盐相变对硫酸盐渍土基质吸力影响规律研究

肖泽岸,朱霖泽,侯振荣,董晓强

(太原理工大学土木工程学院,山西 太原 030024)

摘  要:硫酸盐渍土是中国西北寒旱区盐渍土的主要类型,在温度变化过程中,水分和盐分的相变会引起盐渍土基质吸力发生改变。以硫酸钠盐渍黄土为研究对象,探究了降温过程中的水盐相变对土体基质吸力的影响规律。结果表明:当土体尚未发生相变时,土体的基质吸力随温度的降低线性增加,而当土体中存在冰或者水合盐结晶时,土体的基质吸力在相变点处发生突变,盐渍土的基质吸力与土体的液态水含量息息相关。由于硫酸钠盐渍土在降温过程中会发生二次相变,二次相变使得盐渍土的基质吸力在二次相变点处同样产生突变,二次相变量的多少也会直接影响土体基质吸力的增加量。基于试验结果,进一步分析了不含盐素土基质吸力的预测方法,并讨论了硫酸钠盐渍土在冻结过程中的水分迁移驱动力。该研究不仅为深刻理解盐渍土水分迁移驱动力提供重要的参考,而且为盐渍土多场耦合理论的发展提供借鉴。

关键词:硫酸盐渍土;基质吸力;pF meter;相变;Clapeyron 方程

考虑非荷载变形的冻土区灌注桩轴力失真纠偏计算方法

施  瑞1,2,3,温  智*1,3,高  樯1,2,魏彦京1,2

(1. 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 730100;2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 兰州交通大学土木工程学院,甘肃 兰州 730100)

摘  要:以预埋钢筋计测值间接获取桩体轴力与桩侧摩阻力是桩基监测中的常用手段。然而,钢筋应力计测值不仅包括施加于桩基的荷载产生的应力,还包括各种非荷载因素造成的附加应力。因而,简单地以钢筋和混凝土弹性模量比值来估算混凝土应力,其结果值得商榷,多年冻土区尤甚。根据钢筋混凝土桩的实际材料特性,按相容条件建立计算方程,考虑混凝土温度变形、冻胀变形、干湿胀缩变形、自生体积变形、徐变变形以及钢筋温度变形,得出考虑非荷载变形的多年冻土区桩基础混凝土、钢筋实际荷载应力,最终得到实际荷载引起的桩身轴力、桩侧摩阻力。结果表明:该计算方法具有其合理性及有效性,可避免传统方法因非荷载变形带来的轴力失真与无法合理解释的测试结果,对桩基承载性能分析具有实际意义。

关键词:多年冻土区;灌注桩;非荷载变形;荷载应力;轴力失真;纠偏计算方法

基于管道测量机器人的高堆石坝内部沉降测量方法

殷  煜1,2,李清泉1,2,余建伟1,张德津1,3,程  翔1,陈智鹏*1,3

(1. 广东省城市空间信息工程重点实验室,广东 深圳 518060;2. 深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518060;3. 深圳大学建筑与城市规划学院,广东 深圳 518060)

摘  要:针对传统堆石坝内部沉降监测方法难以适应高堆石坝内部沉降监测的技术要求以及现有监测方法研究中存在的不足,提出了一种基于管道测量机器人的高堆石坝内部沉降测量方法。首先介绍了基于管道测量机器人的高堆石坝内部沉降测量原理以及监测系统组成和部署方法,然后通过模型试验验证了管道机器人高程测量精度,最后成功应用于两河口大坝。高程检核结果表明,管道测量机器人的高程测量精度达到了0.32 mm。选取了一段起止时间与水管式沉降仪一致的监测管道沉降监测数据与之进行对比,其中起止时间的管道高程测量重复精度分别达到了15×10-6和10×10-6,对比结果表明,两套监测系统的监测结果沉降趋势基本一致,具有强相关性。工程应用情况表明,基于管道测量机器人的高堆石坝内部沉降测量方法可有效监测堆石坝内部沉降,是一种具有良好应用前景的新型变形监测技术。

关键词:堆石坝;内部变形;管线测量;惯性测量;管道测量机器人

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