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《岩土工程学报》2022年第6期中文摘要
日期:2022年06月21日 10:51:41点击数:字号:【

液化地基上隔震结构群桩与土动力相互作用振动台模型试验研究

庄海洋1,2,赵  畅1,于  旭*2,3,陈国兴2

(1. 华东交通大学土木建筑学院,江西 南昌 330013;2. 南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京210009;3. 南京工程学院建筑工程学院,江苏 南京 211167)

摘  要:开展了液化场地–桩–隔震层–上部结构动力相互作用体系的大型振动台模型试验,再现饱和砂土地基液化诱发的地基震陷震害,详细阐述了隔震结构群桩基础与地基的地震响应特征和饱和土体孔压发展规律。试验结果表明:隔震结构群桩基础的角桩桩身应变幅值明显高于中间桩,中间桩顶部应变幅值又明显高于角桩;隔震结构地基液化后上部结构摇摆和基础转动反应急剧增加,进而导致群桩基础桩顶弯矩急剧增加,使得桩身最大弯矩幅值由地基液化前的桩身中上部转移到地基液化后的桩顶位移,同时隔震结构下部桩顶弯矩幅值比桩身弯矩幅值也要大得多,充分说明在土–桩–隔震层–上部结构的动力相互作用下桩顶更易造成严重的地震破坏。

关键词:群桩基础;基础隔震结构;振动台试验;砂土液化;地震反应

场富集有限元方法模拟多裂纹起裂、扩展和连接过程

周小平,贾志明

(重庆大学土木工程学院,重庆 400045)

摘  要:研究含多裂纹岩石的力学响应和裂纹行为对岩体结构的设计与稳定性分析具有重要的指导意义。提出了场富集有限元方法研究脆性岩石材料中多裂纹的演化规律,包括裂纹的起裂、扩展和连接过程。提出了多裂纹在扩展过程中出现的各种交汇情况的解决方案。场富集有限元方法可以直接处理复杂的交叉裂纹,而不需要像扩展有限元一样引入额外的富集函数。通过数值算例,充分说明了场富集有限元方法在处理各种复杂裂纹系统扩展演化方面的能力。

关键词:脆性岩石材料;场富集有限元方法;裂纹扩展和连接;复杂多裂纹

黏弹性阻尼减震层的吸能特性试验研究

梅松华1,盛  谦2,3,崔  臻*2,3,4,梅贤丞2,3

(1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司水能资源利用关键技术湖南省省重点实验室,长沙 湖南,410014;2. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉,430071;3.中国科学院大学,北京100049;4.暨南大学重大工程与控制教育部重点实验室,广东 广州,510632)

摘  要:柔性减震技术在隧道等地下工程结构震害控制中的应用已被广泛认可,为了能够进一步推动柔性减震技术的全面发展和应用,基于黏弹性阻尼理论在桥梁建筑抗震领域中应用的认识,提出一种拟应用于地下隧道工程抗震领域的黏弹性阻尼减震层结构。通过改进分离式Hopkinson(SHPB)试验系统对不同的岩石–阻尼层–混凝土组合试件进行冲击试验,以此来分析黏弹性阻尼减震层的吸能特性。对比探讨了橡胶、硅胶不同阻尼层材料及蜂窝状、波纹状、圆柱状阻尼层结构在冲击试验中的吸能规律及其吸能效果;同时在相同阻尼层材料及其结构形状条件下,对比分析了不同厚度阻尼层的吸能规律,探讨了黏弹性阻尼减震层中阻尼层的最佳厚度;研究结果表明:与对照组(岩石–混凝土组合试件)相比,不同阻尼层的阻尼减震层结构吸收的入射能均提高了10%以上,表明该结构优越的吸能特性,同时高阻尼的橡胶比硅胶作为阻尼层材料具有更好地吸能效果;在3种不同形状的阻尼层中,蜂窝状阻尼层结构具有更好的吸能效果;对比分析不同厚度阻尼层结构的吸能效果时发现效果最佳的阻尼层厚度为20 mm;研究成果将为隧道地下工程抗震结构设计提供理论和数据支撑。

关键词:黏弹性;阻尼层;吸能特性;地下工程

橡胶掺量对格栅–橡胶砂界面宏细观剪切特性影响

刘飞禹1,符  军1,王  军*2,李婧婷1,应梦杰1

(1. 上海大学力学与工程科学学院,上海 200444;2.温州大学建筑工程学院,浙江 温州 325035)

摘  要:为了研究土工格栅–橡胶砂界面的剪切特性,通过室内大型直剪仪,分析了不同橡胶掺量、相对密实度和竖向应力下界面的剪应力–剪切位移关系及体变特性;并基于室内试验,建立关于PFC3D的纯砂和橡胶砂直剪模型,揭示土工格栅加筋橡胶砂在直剪过程中的细观力学机理。研究表明:在相同密实下橡胶砂剪切强度随着橡胶掺量增加先增大后减小,其最优橡胶掺量为10%,且越松散由橡胶掺量引起的剪切强度差(|τ0-τ50|)越大;在纯砂中掺入一定量橡胶颗粒能增大其似黏聚力和内摩擦角,但影响其剪切强度以内摩擦角为主;橡胶颗粒掺入致使剪切带相对厚度变小,橡胶颗粒对砂颗粒的转动起抑制作用,使得橡胶砂的孔隙率的变化量小于纯砂;橡胶砂组构分布能够反映接触力的分布,整体上颗粒间接触点数量比纯砂的略多,法向接触力和切向接触力比纯砂小;橡胶颗粒掺入增大了体系的阻尼耗能,提高了混合物的弹性。

关键词:橡胶砂;筋土界面;橡胶掺量;剪切带;组构各向异性

路基模量沿深度非均匀分布沥青路面动力解析解

范海山,张军辉*,郑健龙

(长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室,湖南 长沙 410114)

摘  要:推导了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下考虑路面结构黏弹性、横观各向同性、层间连续条件以及路基模量沿深度方向非均匀分布的沥青路面动力响应解析解。首先,在考虑横观各向同性轴对称动力基本方程基础上,借助Hankel-Laplace积分变换建立了路面结构部分的常系数常微分方程组以及路基结构部分的变系数常微分方程组;然后,应用Frobenius法以及刚度矩阵法获得了沥青路面动力响应解析解,并编制数值计算程序;最后,结合ABAQUS有限元结果以及文献对比验证了解析解的可靠性,并就路面结构以及路基结构参数进行讨论。结果表明,路面结构中的层间接触条件和横观各向同性能对弯沉产生显著影响,同时路基模量沿深度的非均匀分布对弯沉的影响也不容忽视,建议在实际的FWD道路检测以及路面力学分析中给予充分考虑。

关键词:层状体系;解析解;非均匀分布;层间接触;横观各向同性

高填方机场湿陷性粉土地基处理现场试验研究

梁永辉1, 2,王卫东3,冯世进1,刘  青2,吴江斌3

(1. 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092;2. 上海申元岩土工程有限公司,上海 200040;3. 华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计院,上海 200040)

摘  要:在高填方场地上开展机场建设,原场地天然地基土的工程特性和处理质量是影响机场地基变形和稳定的关键因素。新疆乌鲁木齐机场北区扩建项目场地浅层分布有1~4 m不等的超低含水率、强湿陷性粉土地层,其可能对机场高填方地基带来湿陷沉降的隐患。在机场大面积高填方回填前,开展了2种不同能级的强夯地基处理现场试验研究,以评价常用的强夯法消除此地区粉土湿陷性的可行性和效果。在强夯处理前后,分别进行了粉土层的物理力学性质指标测试、平板载荷、浸水载荷、标准贯入、多道瞬态面波等试验测试,并在强夯夯击过程中开展了试验区周围土体的振动及水平位移测试。基于测试结果,分析了强夯加固前后地基土物理力学性质的变化规律,揭示了强夯法加固湿陷性粉土地基的机理以及强夯对邻近土体的振动及挤压机制,并评价了强夯法处理该地区超低含水率湿陷性粉土的效果。同时,基于试验中发现的问题,提出了针对性的优化措施,解决了该项目高填方场地原场地地基土的湿陷性处理问题,可为类似高填方场地粉土湿陷性处理提供借鉴。

关键词:机场高填方;湿陷性粉土;超低含水率粉土;强夯法;原位试验研究

基于空间面变化的横观各向同性破坏准则研究

许  萍1,邵生俊2,房凌云1,孙志军1

(1. 西安理工大学水利水电学院,陕西 西安 710048;2. 西安理工大学土木与建筑工程学院岩土工程研究所,陕西 西安 710048)

摘  要:自然界中的岩土类材料受天然沉积作用影响,往往具有显著的横观各向同性特征。土结构单元在不同方向上的强度和变形的差异是影响大型土木水利工程设计和施工时需要考虑的主要问题,开展岩土材料横观各向同性研究对实际工程结构安全稳定相关研究具有重要的科学意义。在对八面体主应力空间域强度变化与空间滑动面、应力状态三者关系研究的基础上,定义一个反映应力条件与材料特性的综合参数,通过分析该参量与破坏应力、应力状态的关系,明确了该参量的物理意义,并基于空间面强度理论考虑3个主应力空间面发生滑动破坏,假定该空间面上剪应力和法向应力之比为常数,建立考虑岩土材料的空间滑动面随着空间应力域应力条件变化的横观各向同性破坏准则。通过与试验结果对比表明,所建议的基于空间面变化的横观各向同性破坏准则可以较好地反映材料的强度特性,特别对主应力轴发生偏转时应力域的强度预测具有较好的适用性。

关键词:空间滑动面;应力条件;横观各向同性;破坏准则

考虑固相分解的含水合物沉积物体积应变分析模型

袁思敏1,2,3,王路君*1,2,3,朱  斌1,2,3,陈云敏1,2,3

(1. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学超重力研究中心,浙江 杭州 310058;3. 浙江大学岩土工程研究所,浙江 杭州 310058)

摘  要:水合物开采通过打破固相水合物相平衡状态使其分解为水和气体,含水合物沉积物(gas hydrate-bearing sediment, GHBS)固相组分减少使孔隙体积增大,土骨架间胶结作用弱化,产生的水和气显著改变孔隙压力,造成沉积物软化和体积收缩。基于GHBS三轴压缩试验,考虑水合物降压分解过程对GHBS变形特性的影响,将固相骨架分为惰性土骨架和可分解的水合物固相,引入随水合物饱和度变化的压缩参数,建立了能够描述GHBS应力和水合物分解耦合作用、体积应变随时间变化的分析模型。该模型能够描述降压速率、降压幅值及水合物分解速率对GHBS变形特性的影响,结果表明:降压速率增大,降压阶段体积应变速率增大,达到相平衡时间缩短,降压开采时应综合考虑开采过程中储层变形速率和开采效率间的关系;不同粒径组成的沉积物水合物分解速率存在差异,分解速率对储层变形速率影响明显;降压开采稳定孔压影响储层最终沉降量,降低稳定孔压可以提高开采效率,但最终变形量增大。

关键词:固相分解;水合物开采;水合物沉积物;体积应变;分析模型

土工格室规格对加筋土剪切性能的影响

左  政1,2,杨广庆*1,3,王  贺1,3,许淋颖4,靳  静5,梁训美6

(1. 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室,河北 石家庄 050043;2. 石家庄铁道大学交通运输学院,河北    石家庄 050043;3. 石家庄铁道大学土木工程学院,河北 石家庄 050043;4. 中交铁道设计研究总院有限公司,北京 100088;5. 河北科技大学建筑工程学院,河北 石家庄 050018;6. 山东路德新材料股份有限公司,山东 泰安 271000)

摘  要:土工格室加筋结构由于抗震性好、施工简便、造价低廉,而广泛应用于公路、铁路等交通基础设施中。目前土工格室加筋结构中仅考虑了土工格室的抗拉强度,而未考虑土工格室规格的影响,使土工格室的选用主要依靠工程经验。通过对5种不同规格土工格室开展室内直剪试验,研究了条带高度、结点间距及法向应力对土工格室–砾砂剪切力学特性的影响,通过引入加筋强度系数评价了不同法向应力、土工格室规格的加筋效果,最后分析了土工格室规格对剪切强度参数的影响。试验结果表明:不同规格土工格室均可有效提高加筋结构的抗剪强度,其中抗剪强度随条带高度的增大、结点间距的减小而增大,同时条带高度对剪切强度的贡献约是结点间距的1.8倍。土工格室加筋砾砂的抗剪强度随法向应力增大而增大,但其加筋强度系数随法向应力的增大而减小。50 kPa作用下,条带高度对加筋强度系数的增幅在12.57%以上,而结点间距对加筋强度系数的增幅却不足3.80%。土工格室加筋可显著提高填料的黏聚力,其中条带高度对黏聚力的提高尤为显著,增幅约为25%,而对内摩擦角提高相对较少,增量最大为5.11°。试验结果可为土工格室在实际工程中的应用和理论研究提供实验基础。

关键词:土工格室;直剪试验;剪切力学特性;加筋强度系数;条带高度

钙质砂和石英砂压缩下的颗粒破碎与形状演化

孙  越1,2,肖  杨*1,2,周  伟1,2,刘汉龙1,2,3

(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. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210098)

摘  要:颗粒破碎现象对土体力学性能具有显著影响。以往关于颗粒破碎的研究多关注于粒径的变化,忽视了颗粒形状的变化。为研究破碎过程中颗粒形状的演化规律,开展了钙质砂和石英砂的侧限压缩试验,对试验过程中颗粒形状参数的进行了量化研究。结果表明两种砂土的相对破碎率均随着单位体积塑性功的增加而增加,表现出明显的双曲线关系。钙质砂的长径比、球形度和圆度会随着破碎程度的增加而增加,凸度变化不明显;随破碎量的增加,石英砂颗粒的长径比和球形度先减少后增加,凸度持续减少至稳定,球形度持续增加。通过定义试样整体的形状值能很好的量化颗粒形状的变化规律。并且钙质砂整体形状值与相对破碎率满足双曲线关系,石英砂则为抛物线关系。

关键词:颗粒破碎;形状演化;钙质砂;石英砂;侧限压缩 

隧道预应力锚杆锚固结构承载效应及围岩力学分析

余  涛1,方  勇*1,姚志刚1,蒲  松1,叶来宾1,赵光明2

(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. 安徽理工大学,安徽 淮南 232000)

摘  要:隧道中锚杆与围岩作用机理比较复杂,设计多偏于类比法和经验法,以锚杆在连续均匀地层中形成锚固结构为出发点,建立锚固结构承载强度表达式,并确定锚杆设计参数。通过对锚固结构承载特性分析,得到各影响因素对承载强度的贡献程度,在此基础上提出了“支护力放大系数”和“锚固界限强度”概念,再将锚固结构整体考虑并等效成支护力对隧道围岩应力分布、塑性区、位移进行重新求解,最终结合数值模拟和算例验证。研究结果表明:锚固结构对锚杆支护力具有放大作用,对隧道深部围岩也提供一个较强的支护力,锚固结构强度影响程度由大到小依次为力学参数、锚固厚度、支护强度,其中力学参数对锚固承载强度起着至关重要作用,合理锚固厚度为洞径的0.4~0.8倍,进一步提出了围岩稳定性控制原则。数值模拟中锚杆支护、等效力支护与理论结果加以比较,隧道周边的塑性区、应力分布、位移基本一致,可为锚杆支护下隧道围岩控制提供一种科学的分析方法。

关键词:隧道工程;锚固承载效应;支护力放大系数;锚固界限强度;围岩控制

氧化镁碱激发矿粉-膨润土-土竖向屏障材料阻隔铅

污染物的化学渗透膜效应

李双杰1,伍浩良1,2,傅贤雷1,蒋宁俊1,万佳磊1,李江山3,杜延军*1

(1. 东南大学交通学院岩土工程研究所,江苏 南京 210096;2. 香港科技大学土木与环境工程系,香港 999077;3. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071)

摘  要:采用活性氧化镁激发粒化高炉矿粉(GGBS)制备氧化镁激发矿粉-膨润土-土(MSBS)竖向阻隔屏障材料。通过一维土柱化学渗透试验,研究了硝酸铅(Pb(NO3)2)污染液浓度对MSBS阻隔屏障材料的阻隔性能参数包括化学渗透膜效率系数、有效扩散系数和阻滞因子的影响规律,对比分析了MSBS、土-膨润土(SB)和膨润土防水毯(GCL)竖向屏障材料的阻隔性能参数的差异特征。结果表明:MSBS屏障材料在Pb(NO3)2污染液中表现出明显的化学渗透膜效应,其化学渗透膜效率系数随着Pb(NO3)2污染液浓度增加迅速减小。MSBS阻隔屏障材料Pb2+的有效扩散系数随Pb(NO3)2污染液浓度增大略有增加,但变化幅度明显低于SB屏障材料。MSBS的阻滞因子受Pb2+浓度影响不显著,而SB竖向阻隔屏障对于Pb2+的阻滞因子则随其浓度增加而显著降低。

关键词:MgO-GGBS;MSBS;化学渗透膜效应;有效扩散系数;阻滞因子

大粒径粗粒土相对密度试验方法研究与应用

朱  晟1,2,叶华洋1,2,徐  靖1,2,冯树荣3

(1. 河海大学水文水资源与水利水电工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210029;2. 河海大学水利水电学院,江苏 南京 210029;3. 中国电建中南勘测设计研究院有限公司,湖南 长沙 410014)

摘  要:结合拉哇特高面板坝堆石料的设计填筑级配,采用数值试验和现场试验手段,研究了影响大型密度桶试验精度的主要因素,提出了堆石料的孔隙率和相对密度双控填筑指标,并结合碾压试验成果验证其适用性。结果表明:①对于难以充分拌匀的大粒径粗粒土现场密度桶试验,采用人工分层装样方式,可有效减小试验结果的离散性。②密度桶尺寸的选择对试验结果影响较大,过大的尺寸带来较高的试验成本,甚至难以实施,过小的尺寸会带来明显的容器边界尺寸效应。综合现场实际情况,密度桶试验尺寸满足最小径径比和高径比分别在4.0,2.0左右时,试验结果的尺寸效应相对较小。③随着最大粒径的增加,密度桶试验的极值干密度均呈现增加的趋势,但当最大粒径达到300~400 mm以后,极值干密度基本稳定,试验结果可以作为压实设计和填筑质量控制的依据。④试验得到拉哇角闪片岩堆石料的双控填筑指标为:孔隙率不高于19%时相对密度不低于0.73。采用32 t振动碾振动碾压12遍,即可满足要求。⑤采用水平分层碾压的大粒径粗粒土,适当提高压实层厚度与最大粒径的比值,可以取得更佳的压实效率。堆石料取松铺层厚1.0 m左右、最大粒径400~600 mm,是一种较优的压实方案。研究成果可直接应用于大粒径粗粒土的填筑设计和评价,具有较强的应用价值。

关键词:面板堆石坝;粗粒土;填筑标准;孔隙率;相对密度;装样方式;干密度尺寸效应

微生物矿化动力学理论与模拟

赵  常1,何  想1,胡  冉2,刘汉龙1,谢  强1,王誉泽3,吴焕然1,肖  杨*1

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;3. 南方科技大学海洋科学与工程系,广东 深圳 518000)

摘  要:微生物矿化技术作为一个新兴研究课题,近些年来得到了广泛关注,然而因其反应机制复杂,很难从时间和空间尺度对矿化反应过程进行定量表示。在微生物诱导碳酸盐沉淀原理的基础上,考虑细菌的吸附和筛滤效应,以及尿素水解动力学和沉淀动力学模型,对微生物矿化反应动力学理论进行了探究,并结合孔隙尺度下的微生物矿化反应试验,采用有限元软件进行多物理场耦合模拟。结果表明,细菌吸附和筛滤行为引起了细菌分布的差异性,而这种差异性进而影响了碳酸钙的沉积分布;溶液汇合初始段碳酸钙生成量横向分布不均匀,纵向分布呈增长趋势;经历40h的反应时间,渗透率可降低80%左右;当钙离子含量丰富时,碳酸钙沉淀速率受限于尿素水解速率;附着细菌量和沉淀速率的叠加效应表现为细菌被沉淀包裹的衰亡速率。本模型验证了微生物矿化沉积反应过程,丰富了微生物矿化反应理论,并有望为现场工程应用的效果预测提供参考。

关键词:微生物矿化;生化反应;溶质运移;细菌吸附筛滤;多物理场耦合

采动应力下深部煤体渗透率演化规律研究

荣腾龙1,2,刘克柳1,周宏伟3,4,关  灿1,陈  岩1,2,任伟光5

(1. 河南理工大学能源科学与工程学院,河南 焦作 454003;2. 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南 焦作 454003;3. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083; 4.中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083; 5.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083)

摘  要:为了研究深部开采工作面前方煤体的渗透属性,首先基于典型开采方式应力路径进行了不同瓦斯压力下的深部煤体渗透率测试,然后根据渗透率升降速率和单调性对渗透率的演化过程进行划分,归纳出常规三轴加载和采动应力下煤体渗透率演化过程概化模型,最后结合三向扰动应力下的深部煤体渗透率模型与二次多项式拟合关系建立了深部采动煤体全应力–应变渗透率理论模型。结果表明:典型开采方式采动应力路径下深部煤体的应力–应变曲线不存在压密阶段;峰值应力之前和之后测点的渗透率增加率上升幅度较小,而峰值点的渗透率增加率上升幅度较大;常规三轴加载的煤体渗透率曲线呈“V”字形,相应的概化模型包括下降段、峰前缓升段、急升段和峰后缓升段;采动应力下的深部煤体渗透率曲线呈倒“Z”字台阶形,相应的概化模型可划分为峰前缓升段、急升段和峰后缓升段;建立的渗透率理论模型能够表征不同开采方式下深部煤体全应力–应变过程的渗透率演化。

关键词:深部煤体;渗透率演化;采动应力;概化模型;全应力–应变

基于时域反射技术(TDR)的黄土湿陷原位评价研究

穆青翼1,2,4,郑建国3,4,于永堂3,4,孟龙龙1,刘芬良1

(1. 西安交通大学土木工程系,陕西 西安 710049;2. 软弱土与环境土工教育部重点实验室(浙江大学),浙江 杭州 310058;3. 机械工业勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710043;4. 陕西省特殊岩土性质与处理重点实验室,陕西 西安 710043)

摘  要:现有黄土湿陷评价方法具有取样扰动、耗时和费用高等缺点,急需探索原位评价黄土湿陷的新技术。基于时域反射技术(TDR)原位测试黄土介电常数和电导率,计算干密度和质量含水率。依据原位所测黄土干密度、质量含水率以及物性指标(相对质量密度、液塑限),采用经验模型对黄土进行湿陷评价。结果表明,TDR原位测试黄土干密度和室内烘干法结果相对误差在±6%以内,测试黄土质量含水率和室内烘干法结果绝对误差在±0.02以内。另一方面,基于经验的湿陷评价模型,利用TDR原位所测干密度、质量含水率以及物性指标不仅可判定黄土有无湿陷,且具有区分强烈和中等湿陷程度的潜力。本研究丰富了黄土地区勘察技术手段,为黄土湿陷原位勘察提供有益探索。

关键词:时域反射技术(TDR);黄土;湿陷;原位评价

深部复杂立体边界采场冲击地压防控技术研究

潘立友,牛衍凯*,寇天司

(山东科技大学采矿工程研究院,山东 泰安 271000)

摘  要:深部复杂立体边界采场在采掘期间很容易发生冲击地压,若采场再留有宽度较大的不规则阶段煤柱,则采场的冲击地压危险性更高。以侧向留设不等宽煤柱、回风顺槽上侧为立体不规则开采边界的赵各庄煤矿4137工作面为研究背景,建立了采场顶板结构力学模型,进行了冲击地压成因分析;在基于耗散结构体的耗散机制研究基础上,针对4137工作面煤层赋存条件,提出了以“L”、“I”型耗散结构体为主导的冲击地压防控技术;通过在不等宽煤柱区域实施“L”型耗散结构体,调整回采巷道煤岩体侧向集中高应力分布、改变了煤层能量耗散模式;通过在工作面实施“I”型弱结构体,在采场超前区域制造出一个动态移动的耗散结构释能体,该耗散结构体扩大了应力场范围、降低了应力集中程度、改变了煤体冲击能量聚集模式;煤层注水使采场煤体得到充分弱化,强化了耗散结构体的防冲功能。该防控技术在4137工作面进行了现场试验,试验显示冲击地压得到有效控制。

关键词:不等宽煤柱;立体边界;耗散结构体;冲击地压;防控

基于透明土和粒子示踪技术的渗流侵蚀试验研究

梁  越1,2,代  磊*1,2,魏  琦3

(1. 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心,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. 长江水利水电开发集团有限公司,湖北 武汉 430000)

摘  要:渗流侵蚀是造成水利工程失稳破坏的主要原因之一。在渗流侵蚀过程中,土体细颗粒逐渐流失,土体渗透性增强,从而进一步影响到颗粒的流失,最终甚至导致失稳破坏。渗流侵蚀是典型的流固耦合问题,为了从细观层面探究渗流侵蚀过程中流体运动与颗粒流失的相互作用,结合透明土技术,自行研制了一套基于双光源PIV/PTV的渗流侵蚀试验系统。试验采用熔融石英砂和溴化钙溶液作为透明土材料及孔隙溶液,并对渗流侵蚀过程中孔隙溶液及土中细颗粒运动进行观测记录。对不同截面流速与试样宏观流速进行对比,发现水力梯度较小时截面实测流速较大于试样宏观流速,随着水力梯度的增加试样宏观流速逐渐大于截面实测流速,且越靠近试样中心,试样宏观流速和截面流速差距越小;同时试样中细颗粒逐渐由稳定状态过渡为垂直于进出水口所在平面方向运动,并逐渐流失。与无黏性土临界水力梯度公式计算结果进行了对比,发现通过试验获得的临界水力梯度略低于理论计算结果,但其所反映的渗流侵蚀规律与传统试验结果基本相符,表明了该试验系统在渗流侵蚀细观模拟中具有较高的可靠度,对从细观层面研究渗流侵蚀具有重要的参考意义。

关键词:渗流侵蚀;透明土;粒子图像测速;粒子示踪测速

高面板坝全寿命周期变形控制方法及应用

湛正刚,张合作*,程瑞林,邱焕峰

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081)

摘  要:高面板坝的变形对面板的安全运行有着特别重要的影响,国内外已建的高面板坝工程中,因坝体变形大导致防渗面板挤压破损,坝体渗漏量大的实例较多,不得不降低水库水位进行修复处理,造成较大的经济损失乃至给大坝的长期运行留下安全隐患。通过发生挤压破损的实例分析,发现变形控制缺乏系统性是发生面板挤压破损的主要因素,为预防面板破损,系统提出了“控制坝体总变形,转化有害变形,适应纵向变形”的坝体变形控制方法,并在使用软硬岩混合料筑坝的董箐面板堆石坝中得到的应用,取得了良好效果,该工程运行至今达十余年,未见面板有挤压破损迹象,该方法对建设200 m以上乃至300 m级超高面板坝具有重要借鉴意义。

关键词:高面板堆石坝;坝体变形;变形控制;纵向变形;面板破损;董箐面板堆石坝

块体稳定分析中传统赤平投影与全空间赤平投影对比研究

张奇华1,胡惠华2,张  煜3,赵雪莲4*

(1.中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站,湖北 武汉 430074;2. 湖南省交通规划勘察设计院有限公司,湖南 长沙 410200;3. 长江水利委员会长江科学院,湖北 武汉 430010;4.中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,湖北 武汉 430074)

摘  要:工程地质分析中大量采用的极射赤平投影是半球投影:将三维空间的平面和直线投影到赤道圆内的一段圆弧或一个点。通过分析多组结构面在赤道圆内的投影弧交点与临空面投影弧的相对位置关系,判断能否形成不稳定块体。然而,这类分析判断缺乏严格的理论依据。块体理论中的全空间赤平投影,将整个平面及面的上半空间和下半空间均投影到赤道面上,通过分析多组结构面投影形成的节理锥和临空面投影圆的相对位置关系,判断块体的可动性和失稳模式,其理论依据是完备的、准确的。通过构造算例,指出“工程地质手册”和“水利水电工程边坡设计规范”中采用传统赤平投影进行边坡稳定分析时可能存在的不足,并揭示了其原因。并且,通过全空间赤平投影,展示了节理锥的连续变化及其意义,分析了扁平或尖长块体的投影区特征。最后讨论了全空间赤平投影的优势,及其简单易用、适合推广的特点。

关键词:极射赤平投影;全空间赤平投影;岩质边坡;失稳模式;块体理论

波浪作用下海床液化-重固结移动边界分析模型及离心模型试验验证

苏思杨1,3,孔德琼1,3,吴雷晔*2,3,朱  斌2,3

(1.浙江大学超重力研究中心,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学岩土工程研究所,浙江 杭州 310058;3. 浙江大学建筑工程学院,浙江 杭州 310058)

摘  要:改进了已有的移动边界分析模型,考虑了流体黏度和有限海床深度对波浪作用下海床液化–重固结行为的影响。采用层流Navier–Stokes方程替换原模型中的势流方程,从而合理描述液化/流态化海床和外部流体形成的黏性双层流体系统;同时,在控制方程中采用了有限深度海床的波致剪应力计算模型。通过与砂土和黏土中波浪–海床相互作用离心模型试验验证了该模型的有效性。结果表明液化海床尤其是砂土海床具有较大黏度,忽略流体黏度会高估液化/流态化海床表层的运动幅值;海床深度边界显著影响海床内部波致孔压分布规律,与以往无限深度海床计算结果存在较大区别。同时,该模型能够较好反映波浪作用下海床地基重固结后硬壳层的形成机制,以及海床地基内部孔压幅值放大效应。

关键词:波浪作用;移动边界模型;离心模型试验;砂土;软黏土

高温后深部矽卡岩动力学特性及微观破坏机制研究

刘  磊1,李  睿1,秦  浩1,刘  洋*2

(1. 昆明理工大学国土资源工程学院,云南 昆明 650093;2.安徽省城市建设和地下空间工程技术研究中心(安徽建筑大学),安徽 合肥 230601)

摘  要:以深部700 m处矽卡岩为研究对象,采用分离式霍普金森压杆装置开展不同冲击气压(0.8,1.0,1.2 MPa)下常温和经历不同温度(200℃,400℃,600℃,800℃)作用后的岩石冲击压缩试验,研究深部岩石的高温动力学行为;借助SEM扫描电镜及XRD物相特征分析技术,探索矽卡岩在高温和动载作用下的微观破坏机制。结果表明:相同冲击气压作用下,随着温度的升高,矽卡岩强度劣化、延性增强;相同温度条件下,随着冲击气压的增大,矽卡岩强度和变形均增大,表现出明显的应变率效应。冲击气压增大或温度升高,矽卡岩破碎程度均越来越剧烈,破碎块度越来越小,800℃时破碎状态以颗粒较小的碎石和粉末状为主。内部组分及结构的变化是造成矽卡岩力学性能变化的主要原因,25℃~400℃矽卡岩主要为穿晶和沿晶断裂的脆性破坏;400℃~600℃为矽卡岩由脆性向塑性转化的阈值温度区间;600℃~800℃时则转变为韧窝和滑移断裂的塑性破坏。

关键词:矽卡岩;高温;SHPB;动态力学特性;微观

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