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《岩土工程学报》2022年第12期中文摘要
日期:2022年11月30日 15:27:02点击数:字号:【

智能岩土工程初探

陈湘生1,2,3,4,洪成雨*1,2,3,4,苏  栋1,2,3,4

 (1.深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518060;2.深圳市地铁地下车站绿色高效智能建造重点实验室(深圳大学),广东 深圳 518060;3.深圳大学未来地下城市研究院,广东 深圳 518060;4.滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室(深圳大学),广东 深圳 518060)

摘  要:以物联网、现代通讯、大数据、人工智能等技术为核心的第四次工业革命成为了众多研究领域智能化升级的平台,新时代条件下传统岩土工程研究遇到了前所未有的机遇和挑战,岩土工程与最新的信息技术、计算机科学技术相互融合,如建筑信息模型、物联网、人工智能、深度学习、增强现实等可实现岩土工程的智能化转型。研究初步构建了“智能岩土工程”的知识图谱,探索了相应的实现路径,阐述了基于新技术的三维地质建模–物联网–深度学习–扩展现实的岩土工程智能化转型方法;介绍了建筑信息模型(BIM)与地理信息系统(GIS)一体化的三维地质建模、“端–边–云–网”的技术架构、以主动伺服加载系统为代表的岩土工程(深基坑工程)风险主动控制系统;阐明了物联网传感器技术在岩土工程领域的应用情况、虚拟现实与增强现实技术在岩土工程领域的应用现状;分析了人工智能(深度学习)在岩土工程风险预测预警方面的关键作用;构建了未来智能岩土工程的知识图谱,为拟从事智能岩土工程相关的研究人员提供借鉴。

关键词:智能岩土工程;三维地质建模;物联网;人工智能;深度学习;扩展现实

粗颗粒土三轴试样橡皮膜嵌入量试验研究

朱俊高1,朱材峰*1,王思睿2

(1. 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;2.镇江电力设计院,江苏 镇江 212000)

摘  要:粗颗粒土三轴排水剪试验过程中,尤其是在等向压缩和等应力比等加载条件下,橡皮膜嵌入颗粒间隙影响试样体积变形测量的准确性。针对此问题,使用刚性壁的新型静止侧压力系数试验仪及柔性壁的常规三轴试验仪对双江口土石坝的坝壳粗粒料进行了K0固结试验,研究了有效净压力p、初始孔隙比e0及平均粒径d50对单位面积橡皮膜嵌入量的影响,提出一种可以较精确测量橡皮膜嵌入量的新方法。试验结果表明:单位面积橡皮膜嵌入量与有效净压力p/pa呈较好的双曲线型关系;有效净压力p、初始孔隙比e0及平均粒径d50对橡皮膜嵌入量均有较大影响。基于试验结果,提出了一个可预测粗颗粒土三轴试验时单位面积橡皮膜嵌入量的经验公式,并进行了验证。与前人试验结果对比表明,经验公式可较好预测粗颗粒土三轴试验中的橡皮膜嵌入量。

关键词:粗颗粒土;K0试验;橡皮膜;嵌入量;有效净压力

水合物注热开采影响下海底斜坡动态稳定性评价

年廷凯,宋晓龙,张  浩,荣  泽

(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024)

摘  要:注热开采会破坏水合物储层的温压平衡,引发水合物分解、储层孔隙压力激增,进而可能诱发海底斜坡沿水合物层发生失稳滑动甚至大规模海底滑坡,因此研究开采影响下水合物储层的动态响应和海底斜坡实时稳定性十分重要。首先推导了一种考虑热-水-化(THC)耦合作用的实时超孔压求解格式,建立水合物饱和度与超孔压之间的内在关系;进一步,基于无限坡极限平衡理论,发展水合物注热开采下海底斜坡动态稳定性的简化评价方法,并开发相应的数值模拟及计算程序。利用该方法对中国南海北部陆坡第二次水合物试采区开展了深入分析,探究了注热开采过程中海底斜坡的温度剖面、水合物饱和度剖面和动态稳定性安全系数等演变特征,并提出了合理化的开采建议。研究成果为深刻认识水合物分解引起的海底斜坡失稳破坏机理、实现水合物的安全可持续开发和海洋地质灾害风险的科学评估提供了重要依据。

关键词:水合物开采;海底斜坡动态;稳定性;THC耦合;超孔压演化;南海北部陆坡

前期降雨与库水位变化对土石坝渗流及稳定特性影响研究

李  卓1,2,方艺翔*1,鲁  洋3,刘  康4,张勇敢3

(1.yh86银河国际官网,江苏 南京 210029;2.水利部大坝安全管理中心,江苏 南京 210029;3.河海大学水利水电学院,江苏 南京 210024;4.合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009)

摘  要:气候变化给水库大坝安全运行管理带来前所未有的挑战,前期降雨、库水位变化是影响坝坡失稳的关键因素,且碾压式土石坝设计规范未考虑降雨对大坝坝坡或浅层坝坡稳定性的影响,水库大坝滑坡或溃坝严重威胁人民的生命安全并造成巨大经济损失。以某水库心墙坝为研究对象,建立了有限元计算模型,研究了前期降雨、库水位变化对心墙坝渗流和稳定特性的影响,揭示了孔隙水压力、渗透比降和坝坡抗滑稳定安全系数的变化规律,并结合高密度电法和安全监测资料验证了计算模型的准确性。研究结果表明:前期降雨对大坝坝坡浅层范围孔隙水压力和抗滑稳定安全系数影响较大,对下游坝坡孔隙水压力影响程度由大到小依次为坡顶>坡肩(坡脚),随着降雨量增加下游坝坡10 m范围内孔隙水压力逐渐增大,坝坡表层土体达到饱和,主降雨后下游坝坡抗滑稳定安全系数减小较大;计算模型的浸润线高程与高密度电法、测压管水位高程均吻合,验证了计算模型的准确性;库水位是影响上游坝坡孔隙水压力和抗滑稳定安全系数的主要因素,对上游坝坡孔隙水压力影响程度由大到小依次为坡脚>坡肩>坡顶,降雨是导致下游坝坡孔隙水压力和抗滑稳定安全系数变化的主要因素;综合计算模型、高密度电法和安全监测资料,较好地分析了心墙坝孔隙水压力、渗透比降和抗滑稳定安全系数的变化规律,分析前期降雨、库水位变化为完善土石坝设计规范和水库大坝安全评价提供了科学依据。

关键词:心墙坝;前期降雨;库水位;孔隙水压力;坝坡稳定性

竖向动荷载作用下端承型群桩动力相互作用解析解

郑长杰1,2,崔亦秦1,2,丁选明3,4,栾鲁宝*5

(1. 福建工程学院土木工程学院,福建 福州350118;2. 福建省土木工程新技术与信息化重点实验室,福建 福州350118;3. 重庆大学土木工程学院,重庆400045;4.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆400045;5. 中国海洋大学工程学院,山东 青岛266100)

摘  要:基于平面应变假定,建立了考虑被动桩散射效应的桩–土–桩竖向耦合振动响应分析计算模型。依托该计算模型,首先求解土体控制方程,得到桩周土纵向位移表达式、桩周土纵向复阻抗以及土体位移衰减函数,然后基于严格的桩–土耦合作用,求解外荷载作用下的主动桩位移和由主动桩振动产生的被动桩位移,并求出由被动桩振动产生的主动桩位移,由此得到考虑被动桩散射效应的桩–桩动力相互作用因子。基于求得的修正桩–桩动力相互作用因子,建立考虑被动桩散射效应的群桩竖向动力刚度矩阵,结合桩帽性质及叠加原理,推导得到竖向动荷载作用下的群桩竖向动力响应解析解。基于所得解进行算例分析表明:退化解与已有文献解吻合很好,验证了解的合理性;被动桩的散射效应对小间距群桩的振动响应有不可忽视的影响;桩间距和桩长径比对桩–桩动力相互作用因子、群桩竖向动阻抗有显著影响。

关键词:群桩;散射效应;相互作用因子;动力响应;解析解

考虑损伤界限模糊性的地铁车站结构抗震性能评价

钟紫蓝,史跃波,李锦强,赵  密*,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:在基于性能的地震工程理论框架下,地下结构易损性分析及抗震性能评价当中结构损伤状态的划分多采用确定性的损伤状态阈值。基于传统地下结构易损性分析框架基础上进一步提出了考虑损伤界限模糊性的地下结构易损性分析方法,以三层三跨地铁车站结构为例建立二维非线性土–结构相互作用分析模型,选取21条地表天然地震动反演到基岩面并调幅作为非线性增量动力分析的输入地震动,引入三角形和拟正态形隶属度函数计算不同损伤状态下最大层间位移角的隶属度得到不同地震动强度等级下的模糊失效概率,通过极大似然估计方法拟合计算结果并建立考虑损伤界限模糊性的地铁车站结构易损性曲线。分析结果表明:采用模糊性评价方法所给出的地下结构地震易损性曲线总体上更趋于安全;考虑损伤界限的模糊性,会增加结构地震易损性曲线的离散性;而且隶属度函数类型的选取对模糊地震易损性分析结果影响可忽略不计。

关键词:地铁车站结构;易损性分析;损伤界限模糊性;极大似然估计

As(V)在粉质黏土中的吸附特性研究

季永新1,张文杰*2,黄津祥2

(1. 中国建筑第四工程局有限公司工程技术研究院(技术中心),广东 广州 510665;2.上海大学力学与工程科学学院,上海 200444)

摘  要:目前对土中重金属吸附特性的研究多集中在金属阳离子,对As(V)等以阴离子基团形式存在的重金属关注较少。研究了As(V)在粉质黏土中的吸附,并与常见阳离子Pb(II)进行了对比。考虑了土水比、反应时间、溶液浓度、pH和温度对吸附的影响,通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学模型和微细观测试分析了吸附机制,另外研究了吸附As(V) 和Pb(II)后土的渗透特性。试验结果表明,As(V)在粉质黏土上的最大吸附量远低于Pb(II);As(V)吸附量随溶液浓度增加线性增加;Pb(II)吸附量随溶液pH增加而增加,而As(V)吸附量在碱性条件下稍有减小。As(V)和Pb(II)的吸附都符合准二阶动力学模型,都是以化学吸附为主,Pb(II)吸附与颗粒内扩散和液膜扩散有关,而颗粒内扩散是As(V)吸附的主要控速因素;Langmuir模型对As(V) 拟合较差,As(V)属于中等难吸附;Pb(II)的吸附是吸热过程,温度高有利于Pb(II)吸附,而As(V)的吸附过程放热,吸附量随温度升高而降低。微观测试表明,粉质黏土对As(V)和Pb(II)的吸附基本发生在晶格以外;吸附Pb(II)后土颗粒团聚导致孔隙变大,而吸附As(V)后土颗粒趋于分散;土中有官能团参与了吸附过程。随着土中重金属含量增加,Pb(II)污染土渗透系数增大,而As(V) 污染土渗透系数减小,酸性条件下含重金属的土渗透系数均增大。得到的吸附机理和参数对研究砷污染具有重要意义。

关键词:砷;吸附动力学;吸附等温线;吸附热力学;渗透系数

基于透明土的成层土中CPT贯入试验研究

卢  谅1,2,何  兵1,2,肖  亮1,2,王宗建3,马书文1,2,林浩鑫1,2

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045; 2.重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆 400045;3. 重庆交通大学河海学院,重庆 400074)

摘  要:静力触探(CPT)在成层土中的贯入阻力受土层界面影响显著,但目前对探头穿越土层界面时出现的“超前、滞后”现象仍缺乏系统的解释,利用贯入阻力划分土层仍依靠工程经验。采用透明土模型试验模拟探头在成层土中的贯入过程,通过观测探头阻力变化曲线和探头附近土体的变形情况,研究CPT在成层土中的贯入机理。结合扩孔理论和Mohr-Coulomb准则,提出锥尖阻力影响深度的计算方法,结合试验数据和理论计算,得到上层砂土下层黏土的塑性区影响范围与贯入阻力曲线的“超前”深度一致。并利用PFC分析成层土中,CPT贯入阻力反映的层间界面效应的影响因素。结果表明,CPT贯入过程中土体变形与土体自身强度、初始地应力和土层界面位置有关;相邻两层土体的强度差异对“超前、滞后”深度有显著影响。利用本文结论根据土体的塑性区影响范围与土体的超前深度一致对土层进行划分,对比目前的土层划分的复杂性,可直接依据该方法对土层直接划分,提高了土层划分的效率和准确性。

关键词:透明土;静力触探;扩孔理论;离散元模拟

盾构隧道壁后注浆浆液与地层适配性优选方法

叶  飞1,夏天晗1,应凯臣1,2,李永健1,梁晓明1,韩兴博*1

(1. 长安大学公路学院,陕西 西安 710064;2. 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)

摘  要:盾构隧道壁后注浆是盾构施工中的关键技术,在保证围岩稳定、控制地层变形、有效抑制管片上浮等方面有着良好的效果,注浆浆液与地层相适配是影响其效果的核心因素。通过对中国144个地铁隧道项目壁后注浆材料进行调研,并引入博弈论权重的TOPSIS评价方法和研发一维注入装置进行室内注入试验,得到了实际工程中圆砾地层的适配浆液配合比具体值。研究表明:目前盾构隧道壁后注浆仍以单液浆为主,含水地层中选用的多为双液浆或改性单液浆;经注入试验验证,采用TOPSIS评价方法提出与目标地层相适配的浆液配合比范围值是可靠的;通过自主研发的装置进行实际注入,得到了与目标地层相适配的浆液配合比具体值,演算例中圆砾地层浆液配合比具体值建议为水胶比为0.9,胶砂比为0.7,膨水比为0.2,0.3,灰粉比为0.4。基于提出的优选方法,可以为不同地层浆液配合比具体值的选取提供参考。

关键词:盾构隧道;壁后注浆;浆液配合比;优选方法;注入试验;地层适配性

发泡颗粒混合轻量土静止土压力特性及计算方法研究

侯天顺1,郭鹏斐1,杨凯旋1,王  琪2,骆亚生1

(1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100;2. 陕西省引汉济渭工程建设有限公司,陕西 西安 710011)

摘  要:轻量土作为一种可以大幅度减轻挡土墙后填土压力的新型土工材料,在公路工程和土方工程中具有极大的应用优势。为了研究发泡颗粒混合轻量土静止土压力特性,通过K0固结试验、模型试验,探究了加载路径、配比、填土深度等对轻量土静止土压力和静止土压力系数的影响规律。结果表明,轻量土的静止土压力系数与加载路径、配比有关。在模型试验中,随着竖向应力的增加,轻量土的侧向土压力与填土深度关系曲线逐渐由直线型转换为折线型。随着荷载卸除,侧向土压力与填土深度关系曲线逐渐由折线形恢复为直线型。加卸载过程中侧向土压力随填土深度的增加在填土h/2处出现拐点,存在临界深度。模型试验中,轻量土的静止土压力系数为0.34~0.48,相比于素土而言,轻量土具有较好的自立性能。轻量土填土墙背侧向土压力大约为素土的22%~30%,能够大幅度降低挡土墙后土压力,表明轻量土具有较好的工程性能。从轻量土独特的结构特性出发,以传统超固结土静止土压力系数公式为基础,引入相对结构度k,建立了轻量土结构性静止土压力系数公式。并且通过K0固结试验与模型试验结果验证了新建公式预测值与实测值的差别,表明该公式相比Jaky公式具有较高的准确性。

关键词:轻量土;静止土压力系数;静止土压力;K0固结试验;模型试验

无源环境振动的有限元分析方法及在北京光源工程应用

顾晓强1,2,余宽原1,黄茂松*1,2,刘  鑫1,闫  芳3,吴德顺1

(1. 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室,上海 200092;3. 中国科学院高能物理研究所,北京 100049)

摘  要:无源环境微振动是指工程场地中没有明显振源时存在的微小振动,其可能导致高精密科学装置无法正常工作,如何准确分析无源条件下结构的环境微振动是此类工程亟需攻克的难题。系统介绍了一种无源环境条件下微振动的有限元分析方法。首先采用实测与理论方法得到地表任意点的振动时程,再利用传递矩阵法计算土层瑞利波弥散曲线及各频率振动沿深度衰减因子,再结合地表振动时程可计算出任意深度处的振动时程。将上述方法计算得到的每个节点的振动时程施加到有限元模型边界的相应节点上,使有限元模型的边界振动场与实际环境微振动场趋于一致。最终将该方法应用于国家“十三五”重大科技基础设施北京高能同步辐射光源工程(HEPS)地基基础的环境微振动分析,结果表明该方法能很好地反映无源振动的特性,为类似高精密科学装置的无源环境微振动分析提供了重要参考。

关键词:环境振动;动力有限元;传递矩阵法;瑞利波;振动随深度衰减

再生聚酯纤维与无机固化剂改良粉土热学与力学性能相关性研究

刘路路1, 2, 3,蔡国军2, 3,刘松玉2

(1. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室,江苏 徐州 221116;2. 东南大学岩土工程研究所,江苏 南京 211189;3. 安徽建筑大学土木工程学院,安徽 合肥 230601)

摘  要:改良土在涉及能源岩土领域的地基处理、管道保护、能量吸收和减振等方面具有广泛的应用潜力,与能源岩土密切相关的土体热学与力学特性相关性研究对指导地下能源结构设计、施工与养护具有重要参考价值。为揭示再生聚酯纤维与无机固化剂改良粉土热学与力学特性随养护龄期的演化规律,通过宏观(击实、无侧限抗压强度、回弹模量)测试、微观测试(压汞与扫描电镜)与热导率测试,分析了改良粉土热学特性(热导率)、力学特性(强度、回弹模量)与再生聚酯纤维掺量、含水率、龄期的变化规律,同时探讨了改良粉土孔隙大小与微观结构的规律变化,阐述了改良粉土热学与力学特性间的内在联系。结果表明:纤维的掺入使得素改良粉土最优含水率增加;改良粉土的热导率随纤维掺量和龄期的增加而降低,28 d龄期后,含水率变化对改良粉土热导率的影响微弱;28 d龄期改良粉土的路用性能符合公路路基设计规定;改良粉土中衍生出的胶结物质能够包裹颗粒与填充孔隙,同时也抑制了粉土的内部热传导性能;改良粉土热导率随抗压强度、回弹模量的增加而减小,表现出负相关的发展关系。

关键词:再生聚酯纤维;无机固化剂;粉土;热学;力学;相关性

基于空腔膨胀理论的TBM盘形滚刀侵岩载荷模型建模分析及试验验证

张  魁1,2,张玉林2,郑学军*2,周友行2,乔  硕3

(1. 湘潭大学土木工程与力学学院力学博士后科研流动站,湖南 湘潭 411105;2. 湘潭大学机械工程学院复杂轨道加工技术与装备教育部工程研究中心,湖南 湘潭 411105;3. 长沙学院机电工程学院,湖南 长沙 410022)

摘  要:刃底密实核动态衍生现象严重影响了盘形滚刀的破岩机理,进而一定程度上影响了全断面岩石隧道掘进机(TBM)的掘进效能。参考H Alehossein钝楔形压头侵岩模型,将密实核衍生现象及密实核区周围复杂的应力场纳入考察,基于空腔膨胀理论和离散化建模思路,建立了常截面平刃滚刀侵岩模型。随后,分别以滚刀所受垂直力和刃底无因次平均接触应力为性能指标,将滚刀侵岩过程中刀圈刃部横截面几何尺寸参数和岩石物理力学性能参数作为考察变量,针对上述所建侵岩模型开展了十因素两水平的正交试验分析,探究了各考察变量的敏感程度,并分析了无因次平均接触应力的变化规律。最后,选取了2种具有不同粒径的岩石试样,制备了4种刀圈压头,并在TRW-3000三轴冲击破岩试验机上开展了侵岩试验验证。研究结果表明:对于垂直力和无因次平均接触应力而言,刀刃宽和侵深均为敏感因素;由于将密实核现象纳入考核,在滚刀压头侵岩作用下位于刃底的岩石应力水平明显大于单轴抗压强度;所建模型对于在第一次阶跃破碎之前的侵岩载荷速率的预测误差最大不超过10%,这表明模型具有良好的准确性。

关键词:密实核;TBM盘型滚刀;正交试验;刀岩接触应力;空腔膨胀理论

钙质结核含量对钙质结核土压缩性缩尺效应影响研究

梁传扬1, 2, 吴跃东*1, 2, 刘  坚1, 2, 刘  辉1, 2, 陈大硕1, 2, 林来贺3

(1. 河海大学岩土力学与堤防工程教育部重点实验室,江苏 南京 210024;2. 江苏省岩土工程研究中心,江苏 南京 210024;3. 福建省建筑设计研究院有限公司,福建 福州 350000)

摘  要:钙质结核土的大尺寸试样和缩尺试样在压缩性等物理力学性质上存在缩尺效应,其主要受土体中钙质结核含量和级配组成的影响。然而,现有研究关注更多的是土体的级配组成对缩尺效应的影响,而忽略了钙质结核含量的影响效果。为此探讨了钙质结核含量对钙质结核土压缩性缩尺效应的影响行为,并揭示了其作用机理。研究结果表明:土体压缩性缩尺效应与钙质结核含量之间呈现阶梯曲线的关系,主要归因于在相同的钙质结核含量下,缩尺试样中的钙质结核更容易形成骨架效应。基于此,提出了一种考虑钙质结核骨架效应的土样屈服应力和压缩指数的计算模型,以减少试样的缩尺效应的影响。该计算模型可为利用缩尺试样压缩试验结果来获得大尺寸样压缩性参数提供新途径,经验证,计算结果可靠。

关键词:钙质结核土;钙质结核含量;压缩性;缩尺效应;骨架效应

软岩软化的水岩界面动力学模型及其演化规律

刘  驰1,刘晓丽*1,张  东1,吴春璐1,王恩志1,王思敬1, 2

(1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;2. 中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029)

摘  要:软岩的软化机制本质上是水岩界面改变引起的微细观结构的劣化,对水岩界面的研究具有十分重要的意义。考虑到软岩的一般性特征,从胶结成岩过程的逆过程出发,对不同浸水时间的粉砂质泥岩浸泡液进行了化学元素测试。利用偏光显微薄片研究了软岩微细观结构的演化过程,提出了界面胶结连接结构的概念,建立了软岩软化过程的水岩界面演化模型。基于扩散理论,推导了描述水岩界面演化的理论方程,并与试验结果进行比对。推导和提出了软岩细观软化损伤因子,并将其引入块体离散元数值计算中。研究表明:软岩软化过程中伴随着颗粒的脱落和悬浮以及可溶性物质的溶解,软岩的软化具有明显的非线性动力学特征,理论计算值与试验结果的拟合程度较高,验证了理论方程的可靠性和合理性。数值模拟结果与试验结果吻合度较高。

关键词:软化;水岩界面;界面胶结连接;扩散理论;非线性动力学特征;细观软化损伤因子

煤系页岩储层多气共采水力裂缝扩展规律试验研究

王士国1,2,金  衍*1,2,谭  鹏3,夏  阳1,2

(1. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249;2. 中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;3. 中国石油集团工程技术研究院有限公司,北京 102206)

摘  要:多岩性组合煤系页岩储层在纵向上交替发育页岩、煤岩及灰岩等多类含气层,压裂后储层间的连通程度与裂缝复杂程度是决定多气共采成败的关键。通过制作模拟煤系页岩储层的多岩性组合层状岩石试样,开展真三轴压裂物理模拟试验,分析了水力裂缝纵向扩展形态及多因素影响规律。试验结果表明:岩性界面、页岩层理及煤岩割理等非连续结构面对水力裂缝垂向扩展具有显著抑制作用,水力裂缝缝高扩展往往呈非对称扩展模式;值为0.1的低垂向应力差系数更易被弱结构面捕获,高垂向应力差系数、高压裂液注入速率有利于裂缝垂向穿层扩展,水力裂缝穿透至煤岩中可激活割理系统形成复杂裂缝网络。试验结果证实了多岩性煤系页岩储层多气共采的可行性,研究结果亦可为认识煤系地层水力裂缝形态及指导现场压裂施工提供参考。

关键词:煤系页岩储层;多气共采;水力压裂;裂缝穿层;缝高扩展;岩性界面;层理面

基于CEL的灵敏性黏土斜坡渐进破坏数值模拟研究

沈佳轶1,2,陈  前1,库  猛1,王立忠1,2

(1. 浙江大学海洋学院,浙江 舟山 316000;2. 浙江大学浙江省海洋岩土工程与材料重点实验室,浙江 杭州 310058)

摘  要:为了揭示灵敏性黏土斜坡渐进破坏机理,以加拿大Saint-Jude滑坡为研究案例,采用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)框架下的欧拉方法,开展灵敏性黏土斜坡渐进破坏数值模拟研究。研究结果表明:CEL数值模拟得到的Saint-Jude滑坡地形与现场勘测滑坡地形基本一致;CEL数值模拟方法可以有效地模拟灵敏性黏土斜坡从初始失稳破坏到后续渐进破坏的全过程,真实还原Saint-Jude滑坡的渐进破坏模式;CEL数值模拟方法有效地模拟灵敏性黏土斜坡渐进破坏过程中剪应力的演化特征,从而揭示灵敏性黏土斜坡渐进破坏机理。

关键词:灵敏性黏土;应变软化;Saint-Jude滑坡;渐进破坏;CEL数值分析

强度指标影响下滑坡运动特征及参数反分析

张卫杰1,2,余瑞华2,陈  宇2,高玉峰1,2,黄  雨3

(1. 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;2. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京210024;3. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200098)

摘  要:滑坡滑动距离、滑动速度等动力特征对滑坡灾害防治有着重要的意义。已有的滑坡模拟研究,通常以再现滑坡大变形运动过程、揭示参数影响规律为主,缺乏滑坡过程中的参数反分析,难以为灾害防治提供详细的参数支持。对此,在SPH方法的基础上,利用等效黏度概念和宾汉姆流体模型在强度指标和黏度系数之间建立了联系,形成了滑坡大变形运动过程的数值分析方法。结合强度折减,对比滑坡的堆积坡形和波及范围,实现了滑坡滑动过程中强度指标的反分析。通过香港翡翠道滑坡的模拟对比,验证了分析方法的适用性。在此基础上,以四川省盐源县玻璃村“7·19”滑坡为研究案例,分析了不同强度折减系数下滑坡的滑动距离和滑动速度,探讨了强度指标影响下滑坡滑动距离、峰值速度等动力特征的演化规律,最后将模拟结果与滑坡的实际波及范围进行对比,确定了滑坡体在滑动过程中的强度指标。

关键词:强度指标;滑坡;演化规律;反分析;光滑粒子流体动力学方法

深水含水合物地层钻井井口稳定性研究

王  磊1,2,杨  进1,李莅临2,胡志强1,2,柯  珂2,臧艳彬2,孙  挺1

(1. 中国石油大学(北京),北京 102249;2. 中石化石油工程技术研究院有限公司,北京 102206)

摘  要:深水钻井过程中,重达数百吨的水下井口在固井之前主要依靠周围海底土提供承载力,如果钻遇天然气水合物层,随着水合物的不断分解,地层的稳定性和承载力大幅下降,可能导致水下井口和表层导管失稳下沉,造成井眼报废等重大安全风险。分析了钻遇不同埋深和分布位置的水合物层对井口稳定性的影响,并开展了物理模拟试验,分析了不同饱和度和静置等候时间对承载力的影响规律。结果表明:水合物的埋深较浅,喷射下入过程中穿过水合物层后,地层的承载力最低,水下井口失稳的风险最高。水合物分解后地层极限承载力下降幅度最大可达35%。喷射后的静置等候时间对于水合物分解后的地层承载力的恢复影响很大,地层承载力在初期的1~12 h内增长明显,随后逐渐放缓,近似呈对数形式上升,建立了静置等候时间同承载力折减系数拟合模型;基于研究结果南海含水合物地层某井进行了表层导管下入深度设计和井口优选,在含水合物层钻井过程中可以适当增加表层导管入泥深度,增加静置等候时间,或使用吸力桩井口提高承载力,防止井口下沉,为深水含水合物地层钻井设计及井口安全评估提供了理论基础。

关键词:深水钻井;水下井口;导管深度;水合物;承载力;井口稳定性

基于等效零时刻点的水平层状场地黏弹性边界方法研究

贾忠明1,2,赵伯明*1,2,王子珺1,2,赵天次1,2,冯  俊1,2

(1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044;2. 北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044)

摘  要:针对黏弹性边界下水平层状场地地震动输入中的时间延迟计算问题,提出了水平层状场地的等效零时刻点迭代时间延迟计算方法,并依托斯涅尔方程及地震波在分层界面上的连续性条件推导了人工边界上等效节点力的计算公式,得出了黏弹性边界下的水平层状场地斜入射地震动输入方法。建立两层地层三维有限元计算模型,进行动力响应分析,并将计算结果与理论值进行对比,验证了方法的有效性和实用性。应用方法进行等效节点力计算的过程中,可根据所求目标地震波的具体信息及其所在地层的具体条件直接求解,无需对所求地震波的全部来源依次进行分析,使得公式更为统一,在简化计算的同时保证计算精度及准确性,并拓展了黏弹性边界理论在水平层状场地斜入射地震动上的应用。

关键词:地震波斜入射;水平层状场地;黏弹性边界;时间延迟

城市内河底泥物理–矿物成分–污染性状关联性试验研究 

王  钢1,吉  锋2,曾玲玲*3,崔慧贞4

(1. 福州大学土木工程学院,福建 福州 350108;2. 南水北调东线江苏水源有限责任公司,江苏 南京 210029;3. 浙江工业大学土木工程学院,浙江 杭州 310023;4. 台州市污染防治工程技术中心,浙江 台州 318001)

摘  要:针对福州市晋安区5处物理化学性状不同的代表性内河河道底泥,进行了颗粒分析、黏土矿物成分、界限含水率、烧失量、总氮总磷和重金属测定试验,结合收集的相关文献数据,系统分析了底泥物理–矿物成分与污染物的相互影响。结果表明:河湖库底泥中的污染物不仅与污染源相关,也与底泥颗粒级配和黏土矿物成分有关;底泥中的有机质、总氮、重金属含量与底泥中细颗粒含量的相关性较高,黏粒中的蒙脱石黏土矿物吸附和贮存污染物能力较强;底泥中有机质含量与总氮、总磷含量以及重金属含量之间均具有良好的相关性。

关键词:底泥;颗粒级配;黏土矿物;污染物;物理性质

新型导电塑料排水板及其双层水平布置电渗排水效果

王俊杰1, 2,陈祥彬*2, 3,杨  洋4,邱珍锋2

(1. 重庆交通大学材料科学与工程学院,重庆 400074;2. 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室,重庆 400074;3. 荣昌区住房与城乡建设委员会,重庆 402461;4. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 310014)

摘  要:针对当前电渗排水法存在阳极腐蚀严重,排水设备安装繁琐等问题,提出了一种新型导电塑料排水板。新型导电塑料排水板可以快速装配形成单层或多层水平电渗排水系统,省时省力的同时还解决了电渗过程中的电极腐蚀问题和电渗后期电极与淤泥的脱开问题。以安徽阜阳市骆家沟清淤工程所产生的高含水率疏浚淤泥为研究对象,采用导电塑料排水板进行双层水平电渗脱水模型试验。试验结果表明:该导电塑料排水板的电渗排水性能优良,且双层布置能获得更好的电渗效果。

关键词:导电塑料排水板;疏浚淤泥;电渗排水;模型试验

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