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《岩土工程学报》2022年第8期中文摘要
日期:2022年08月12日 10:10:49点击数:字号:【

融合观测信息的降雨诱发斜坡失稳机理及可靠度分析

蒋水华1, 2,刘  贤1,黄发明*1,黄劲松1,张婉彤1

(1. 南昌大学建筑工程学院,江西 南昌 330031;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)

摘  要:目前降雨诱发滑坡机理及可靠度研究不仅很少同时考虑土体水力参数和抗剪强度参数空间变异性的影响,而且忽略了“天然工况下斜坡基本上不会发生失稳破坏”这一客观事实。以无限长斜坡模型为例,融合观测信息提前对空间变异抗剪强度参数进行概率反演分析,再建立非平稳随机场模型模拟土体渗透系数的空间变异性及非平稳分布特征,在蒙特卡洛模拟框架下评估不同降雨历时下斜坡失效概率及最危险滑动面分布特征。在此基础上,探讨同时考虑土体水力参数和抗剪强度参数空间变异性的降雨诱发斜坡失稳机理。结果表明:利用概率反演获得的抗剪强度参数后验信息,计算的斜坡失效概率由先验的28.1%降至7.2%。不同降雨阶段斜坡失稳的诱因不同,如果忽略“天然工况下斜坡不会失稳破坏”这一观测信息,将会造成对降雨诱发斜坡失稳机理和失效概率的错误估计,特别是在降雨初期。

关键词:斜坡;降雨入渗;失稳机理;空间变异性;概率反演;可靠度分析

基于块体剪流组合机构的黏土隧道三维开挖面稳定分析

王鸿宇1,2,黄茂松*1,3,唐  震4

(1. 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092;2. 华北水利水电大学地球科学与工程学院,河南 郑州 450046;3. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;4. 宝龙地产控股有限公司,上海 201101)

摘  要:基于块体剪流组合机构研究了非均质黏土地层中隧道三维开挖面稳定性。指出了已有文献在推导简单剪流–转动机构过程中存在漏项并对稳定系数计算公式进行了改正。通过对块体机构与剪流机构的讨论,分别从上部刚性块体以及下部剪流区两个方面揭示出现有解析机构上限解与离心模型试验结果及弹塑性有限元解差距较大的内在机理。在此基础上,进一步提出了平动块体非均匀剪流组合机构,显著改进了现有解析机构在隧道埋深比相对较大时的上限解,并详细讨论了当前常用工程验算方法的适用性。

关键词:非均质黏土;隧道开挖面稳定;上限法;稳定系数

细粒含量对饱和珊瑚砂动力变形特性影响试验研究

吴  琪1,2,杨铮涛1,刘  抗1,陈国兴*1,2

(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:为了满足南沙珊瑚岛礁及近岸军事与民事功能设施建设对珊瑚砂动力特性参数的急迫需要,系统而深入地研究珊瑚砂动力变形特性已是一项紧迫的科学任务。利用共振柱对取自南沙群岛某岛礁的珊瑚砂开展了系列动剪切模量和阻尼比特性试验研究,探究相对密度Dr、初始有效围压、细粒含量FC对南沙珊瑚砂动力变形的影响。试验结果表明:反映对最大动剪切模量Gmax影响程度的应力指数n是与土性相关的常数;结合文献中3类砂类土的Gmax试验数据,发现随等效骨架孔隙比的增大各砂类土的应力修正最大动剪切模量Gmax/(/)n单调减小,且两者呈现较好的幂函数关系;在同一应变水平下,珊瑚砂动剪切模量G随FC的增大而减小,随Dr、的增大而增大;当剪应变< 10-4时,FC、Dr与对阻尼比影响不大,而> 10-4时,FC、Dr与对阻尼比影响显著;Dr与对动剪切模量比G/Gmax影响不明显;而当0% ≤FC ≤ 30%时,随FC增大G/Gmax –衰减曲线不断下降,给出了珊瑚砂Davidenkov模型拟合参数A、B的建议值,且发现参考剪应变随FC线性减小。

关键词:珊瑚砂;细粒含量;最大动剪切模量;动剪切模量比;阻尼比

采动作用下含深大岩溶结构面坡体裂隙扩展及变形破坏规律

杨忠平1,2,3,张益铭1,2,3,蒋源文1,2,3,李  滨4,崔芳鹏5

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400045;3. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆),重庆400045;4.中国地质科学院地质力学研究所,北京 100081;5. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083)

摘  要:中国西南高陡岩溶山区崩滑灾害频发,长期地下采矿活动是该区域崩滑灾害的重要诱因之一。采动作用下,坡体后缘深大结构面扩展演化控制着高陡岩溶坡体稳定性和失稳破坏模式。在野外地质调查基础上,结合室内物理模型试验和离散元数值模拟,揭示了地下开采扰动下覆岩裂隙扩展演化规律,阐明了深大结构面对边坡稳定性的控制作用,讨论了坡体变形的破坏模式。结果表明:地下开采扰动对斜坡体稳定性的影响主要表现在地下采动卸荷引起覆岩应力重分布、山体变形诱使裂隙扩展;地下采空后,斜坡体在二维剖面上形成类似“悬臂梁结构”,坡体原有深大结构面控制坡体稳定性;下行开采条件下,采空范围在断层之前,山体高度较小,在自重作用下“悬臂梁结构”岩层向断层及采空区方向协同变形,不会产生大量离层裂隙,煤层顶板仅发生断裂坍塌并充填采空区,采空至断层后,左侧山体已发生塌落,山体应力重分布,覆岩在自重作用下形成大量张拉裂隙,直接顶塌落高度与裂隙带高度也随采空区范围增加而增加。其变形破坏演化过程可概化为:地下开采卸荷–应力重分布→覆岩断裂下沉–裂隙扩展→坡体裂隙贯通–悬臂破坏→坡中变形挤出–岩桥剪断→坡体整体失稳破坏。

关键词:采动作用;深大岩溶裂隙;破坏模式;UDEC;悬臂梁;相似模型试验;边坡

有砟轨道路基翻浆冒泥模型试验系统的研发与应用

韩博文1,2,蔡国庆*1,2,李  舰1,2,张国光3,赵成刚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;3. 中国铁路济南局集团有限公司,山东 济南 250000)

摘  要:为研究既有线有砟轨道路基的翻浆冒泥机理,自主研发了一套能够模拟循环荷载–湿化耦合作用的模型试验系统。模型试样直径500 mm,由厚度分别为350 mm的路基土和200 mm的道砟组成,整个试样在高强度透明有机玻璃模型筒中制备完成。模型试验系统配备有监测荷载、位移、体积含水率和孔隙水压力的4种传感器,并通过高清相机对颗粒迁移过程进行图像捕捉。基于所研发的试验系统,针对辛泰铁路典型翻浆冒泥病害路段土样,开展翻浆冒泥模型试验。试验结果表明:动孔隙水压力是导致翻浆冒泥病害产生的关键因素。随着体积含水率的增加,动孔隙水压力引起的颗粒迁移量逐渐增加;在饱和状态下,会引起大量颗粒迁移,翻浆冒泥现象显著。试验结束时,道砟污染指数达到25%,在实际工程中已严重影响铁路的正常运营,有必要对污染道砟进行换填。

关键词:有砟轨道路基;模型试验;累积变形;颗粒迁移;孔隙水压力;翻浆冒泥

基于XFEM的土质边坡滑裂规律研究

余  鹏1,郝青硕1,喻葭临*2,王翔南3,于玉贞1

(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. 水电水利规划设计总院,北京 100120;3. 中国水利水电科学研究院,北京 100038)

摘  要:近年来对于边坡稳定的研究不再局限于安全系数的分析,而是越来越多地关注边坡可能的失稳模式和失稳过程,以提供更具针对性的防治建议。基于XFEM构造模拟土质边坡失稳滑裂过程的方法,将边坡失稳过程概化为滑裂面的发生、扩展和贯通的过程。采用黏聚裂缝模型和摩擦接触理论描述滑裂面上的接触行为,并设计一种扇形扩展控制域来表述滑裂面前端的应力集中和重分布行为,进而合理判断滑裂面的扩展时机和方向。模拟分析了一种人工设计土坡在坡顶堆载作用下的滑裂面扩展规律,比较了土体弹性模量和内摩擦角对于滑裂规律的影响。结果表明,所提方法可以合理有效地模拟边坡失稳滑裂过程,两种参数对于滑裂规律的影响符合一般认知,并根据模拟结果对推移式滑坡的发展速度和成层边坡的局部张拉裂缝给出了细观解释。

关键词:扩展有限单元法;推移式滑坡;滑裂面;成层土坡;滑裂规律

排水过程三轴试样含水率分布演化规律研究

马德良1, 2,谢一飞1, 2,冯怀平*1, 2,李  腾1, 2,常建梅1, 2

(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. 石家庄铁道大学河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室,河北 石家庄 050043)

摘  要:三轴试验过程中试样含水率分布实时测试对吸力平衡判断、剪切速率确定和湿化变形等研究具有重要意义。通过扩展范德堡电阻率测试理论(vdP),提出了柱状土体含水率测试理论;在此基础上,研发一种厚度仅为0.1 mm的柔性印刷电极及配套的范德堡法集成测试装置。通过设计围压与温度敏感性因素试验,验证装置兼容性和可靠性。最后开展了恒压状态下的三轴干湿循环试验,并对试验过程中试样分层电阻率进行监测。试验结果表明,本套试验装置需要至少120 kPa静围压预压,以保证电极与试样完全贴合;同时试验全程静围压不低于20 kPa以保持电极紧密贴合。温度对电阻率测试精度具有一定的影响,Campbell模型可以有效修正温度带来的测试误差。浸水过程中,试样电阻率从下至上依次降低;排水过程中,试样电阻率由顶到底逐渐降低;最后提出了脱湿过程的试样分层含水率计算方法并且分析了含水率分布演化规律。

关键词:非饱和土;含水率分布;范德堡法;三轴试样

岩石结构面两级形貌剪切特性研究

刘  丹1,张博文1,洪陈杰1,2,黄  曼*1,杜时贵1,3,罗战友3

(1. 绍兴文理学院土木工程学院,浙江 绍兴 312000;2. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;3. 宁波大学土木与环境工程学院,浙江 宁波 315000)

摘  要:岩石结构面表面形貌由宏观起伏体(一级)和表面微凸体(二级)两级形貌共同组成,剪切过程中各级形貌的剪切特性不尽相同。结合三维激光扫描技术、3D打印技术和模拟材料批量制作了模型结构面,开展了不同法向应力条件下的直剪试验。试验结果表明:相同法向应力条件下,二级形貌剪切磨损接近总体形貌,且大于一级形貌;不同法向应力条件下,剪切前后两级粗糙参数平均变化率随法向应力增加而逐渐增加,其中一级粗糙参数平均变化率为1.99%~4.03%,二级粗糙参数平均变化率为5.97%~8.16%;进一步基于“余弦相似性”原理计算余弦夹角以评价剪切前后结构面形貌相似性,发现二级形貌余弦夹角波动最大,一级形貌余弦夹角与总体形貌余弦夹角较接近,验证了二级形貌的剪损特性和一级形貌的剪胀特性。上述研究可为结构面抗剪强度的评价提供参考意义。

关键词:岩石结构面;两级形貌;两级粗糙参数;直剪试验;剪切特性

非饱和土水分迁移感测的主动加热光纤光栅法试验研究

刘喜凤1,朱鸿鹄*1,2,王家琛1,3,4,李  杰1,王  静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:非饱和土水分迁移是诱发多种地质灾害和环境岩土问题的重要因素,对其机理的认识因测试技术的不足尚不明确。为探究主动加热光纤光栅(AH-FBG)法监测非饱和土水分迁移的效果,分析单探针和双探针AH-FBG法的误差来源及分布特征,开展了一组室内土柱试验。在试验中同时采用AH-FBG法和传统的频域反射(FDR)法监测毛细水上升和水分蒸发的全过程,对比单探针法和双探针法的监测精度,分析不同方法的适用工况。结果表明:基于单探针AH-FBG的3种数据分析方法中,热导率法的监测精度最高,但是单探针法在监测毛细水上升过程中,当湿润锋刚没过探针感测位置时,受纵向传热的影响会使得测量的含水率值偏低;相比于单探针法,双探针法受纵向传热的影响更大,监测土体水分迁移有较大误差,误差大小与测点位置处的土体含水率值及土柱纵剖面的含水率分布情况有关;为减小纵向传热影响,从传感器结构和数据处理两方面提出了AH-FBG法的改进措施。

关键词:主动加热光纤(AHFO)法;单探针法;双探针法;蒸发;毛细水

消落带岩体劣化下顺层岩质边坡动力响应规律试验研究

许  彬1,2,3,刘新荣*1,2,3,周小涵1,2,3,刘  俊4,黄俊辉5,王  䶮1,2,3,曾  夕1,2,3

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心,重庆 400045;3. 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;4.中国建筑第二工程局有限公司,北京 100160;5.广州市设计院,广东 广州 510620)

摘  要:三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明:坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表效应”特性,且历经多次地震荷载作用后坡体PGA放大系数衰弱明显,而坡体累积位移、孔隙水压力及土压力随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、增大及减小的变化趋势;坡体阻尼比、自振频率及损伤度随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、减小及增大的变化趋势,且微小地震和强震作用阶段的坡体非线性累积损伤力学模型可分别采用“S”型三次函数和“陡升”型指数函数表征;坡体累积损伤—失稳破坏演化过程表现为坡顶后缘(次级节理和层面)起裂—扩展—贯通、岩体沿复合滑动面整体滑移及完全破坏后岩体呈多尺度破碎块状堆积于坡脚,且消落带岩体受震动、溶蚀及冲刷耦合作用后破碎较严重,并近乎产生整体滑移而形成显著的“凹腔”。

关键词:顺层岩质边坡;消落带;岩体劣化;振动台模型试验;动力响应规律;累积损伤机理

边坡随机场数字图像特征CNN深度学习及可靠度分析

姬  建1,2,姜  振1,殷  鑫1,王  涛1,崔红志1,张卫杰1,2

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

摘  要:考虑土体强度空间变异性,提出了数字图像化随机场特征深度学习模型并进行边坡稳定可靠度分析。通过Karhunen-Loeve展开法离散边坡土体随机场并将离散结果转化为数字图像,建立起随机场图像与边坡功能函数值之间隐式关系的卷积神经网络(CNN)代理模型,进而计算随机场数字图像表征后边坡的失效概率。在建立CNN代理模型时,采用拉丁超立方抽样、贝叶斯优化和五折交叉验证以提高精度。最后以单层不排水饱和黏土边坡和双层黏性土边坡为例说明了该方法的有效性。结果表明:在随机场高维表征图像化和边坡小概率失稳情况下,所提CNN深度学习模型能够比较精确地逼近真实边坡稳定性计算结果,进而显著提高考虑随机场模拟的边坡可靠度分析计算效率。

关键词:空间变异性;边坡可靠度分析;卷积神经网络;数字图像;代理模型

细粒级尾矿上游法筑坝放矿参数优选试验研究

段志杰1,李全明*2,赵学义3,于玉贞1,师  海4

(1. 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室(清华大学),北京 100084;2. 北方工业大学,北京 100144;3. 国家能源集团,北京 100034;4. 北京交通大学,北京 100044)

摘  要:细粒尾矿上游法筑坝,由于颗粒细,且在浓缩过程中需添加絮凝剂,放矿后尾矿难以水力分选,无法形成干滩,导致坝体稳定性较差,难以筑坝。针对细粒尾矿放矿参数优选的问题,以中国某铅锌尾矿为例,基于尾矿沉积机理,对矿浆进行沉积及流变试验,初步筛选出临界分选浓度为28%;且在55 m长的沉积模型槽内进行筑坝模型试验,分析放矿浓度、流量对尾矿流动沉积、淤积坡度及沉积尾矿物理力学性质的影响。利用模型试验优选的放矿参数在实际尾矿坝上进行放矿堆坝,取得了良好效果,验证了室内模型试验的有效性。提出的利用一维沉降与流变测试相结合初步确定矿浆分选浓度,并利用大型沉积模型槽进行堆坝模拟试验以进一步确定最优放矿参数的方法,对于细粒尾矿上游法筑坝具有工程实用价值。

关键词:细粒级尾矿;上游法放矿;分选浓度;沉积滩

酸雨入渗膨胀土的水土化学试验与作用机理分析

常  锦1, 2,杨和平3,肖  杰3,徐永福*1

(1. 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200030;2. 长沙学院土木工程学院,湖南 长沙 410022;3. 长沙理工大学交通运输工程学院,湖南 长沙 410114)

摘  要:弄清酸雨入渗膨胀土所产生的水土化学作用,对获取酸雨区浅表层膨胀土基本性能劣化机理及分析边坡的稳定性非常重要。为此,取广西酸雨重灾区的百色原状膨胀土,研制循环饱水试验装置并模拟不同pH值的雨水入渗环境,开展酸雨入渗膨胀土水土化学试验;运用多种微观测试技术,探究膨胀土的矿物与化学成分演变规律;采用地球化学模拟软件(PHREEQC)及水土化学理论,分析膨胀土与酸雨间水土化学作用机理。结果表明:相比静态水饱和状态,降雨入渗动态水饱和环境能促进膨胀土中矿物质的溶蚀与淋滤,加速土体结构的破坏;酸雨入渗后膨胀土中CaO、Fe2O3、K2O明显大于SiO2、Al2O3等氧化物的溶蚀与淋滤量;雨水的pH值越小,膨胀土片状微结构间溶蚀的方解石及游离氧化物等胶结物越多,离子交换作用增强;酸雨与土中矿物的相互作用加剧,部分伊利石脱钾转变为蒙脱石黏土矿物,导致伊利石含量减小,蒙脱石含量增加,土的亲水性增强而结构不稳定性变大,不利于膨胀土边坡的稳定。

关键词:酸雨入渗;膨胀土;水土化学试验;离子交换;片状微结构

天然软黏土主应力轴循环旋转塑性效应的本构模拟

杜子博1,钱建固*2,3,郭院成1,黄茂松2,3

(1. 郑州大学土木工程学院,河南 郑州 450001;2. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;3. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092)

摘  要:在考虑各向异性边界面模型的基础上,建立了可反映天然软黏土主应力轴循环旋转塑性效应的本构模型。对于主应力轴循环旋转卸载条件,通过引入可移动映射法则,处理这种卸载情况下的塑性变形。通过考虑固有各向异性弹性,描述主应力轴循环旋转下循环波动的塑性累积行为。同时,通过考虑应力比影响并将非共轴流动和共轴流动耦合起来,模拟循环过程中非共轴性变化。对温州天然软黏土在纯主应力轴循环旋转下的不排水行为进行了模拟,结果表明,所建立的边界面模型可有效模拟天然软黏土主应力轴循环旋转下塑性效应。

关键词:天然软黏土;主应力轴旋转;非共轴;各向异性弹性;边界面模型

路堤荷载下CFG桩复合地基失稳破坏特性离心模型试验

刘宏扬1,罗  强*1,2,薛  元3,程  田1,王腾飞1,2,张  良1,2,蒋良潍1,2

(1. 西南交通大学土木工程学院,四川 成都 610031;2. 高速铁路线路工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;3. 中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)

摘  要:掌握路基工程CFG桩复合地基失稳破坏特性是建立稳定分析方法的基础。针对路堤荷载作用下深厚软黏土地基,开展了3组CFG桩复合地基离心模型试验,采用自行研制的空中泄砂装置模拟路堤分层填筑过程,设计制作砂浆包裹石墨芯的模型桩监测桩体破坏时序,通过摄影测量技术获取地基土位移场云图,分析复合地基的承载与变形特性及失稳滑动形态。试验表明,随路堤荷载增加,位于坡脚附近的桩体首先发生破坏,并逐渐向路堤中心发展,呈现渐进破坏特点,复合地基发生整体失稳后滑面近似呈圆弧状;桩体破坏形态与桩周土体变形特性密切相关,地基发生隆起变形的坡脚附近桩体呈现拉弯破坏特征,承受路堤荷载较大的路肩附近桩体以压弯破坏为主;桩帽对桩土荷载分担影响显著,桩身轴力增大可提高桩体抗弯拉能力,有利于复合地基稳定性提高。

关键词:CFG桩;复合地基;离心模型试验;失稳滑动形态;渐进破坏

基于非平衡状态的煤层中气体运移规律研究

王  刚1,2,肖智勇1,王长盛*1,蒋宇静2,于俊红1

(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. 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东 青岛266590)

摘  要:煤层气开采过程中,由于裂隙与基质渗透率性能差异性较大,导致储层在长时间内都将处于非平衡的动态调整阶段。然而,目前大多数的试验和渗透率模型只考虑某一固定气体压力的影响,这极大地限制了对非平衡状态下储层气体流动的研究。为此,基于储层为双重孔隙介质的概念,考虑开采过程中基质–裂隙不同的孔隙压力、解吸变形和力学作用对裂隙开度演化的影响,提出了一种预测气体在非平衡状态下的渗透率模型,并用现场数据进行了验证。进一步将渗透率模型代入气体流动方程,采用有限元软件分析了岩芯内基质–裂隙的孔隙压力和渗透率随时空的演变规律。研究结果表明:在岩芯解吸过程中,①岩芯内裂隙气体压力受扰动范围大于基质气体压力;②基质–裂隙气体压力和渗透率沿岩芯长度呈现非线性分布;③基质–裂隙渗透率变化趋势相同。

关键词:基质–裂隙;渗透率;气体压力;非平衡状态;岩芯解吸;时空演变

高应力下大理岩循环扰动变形规律及一种破坏前兆特征

俞  缙1,姚  玮1,任文斌2,樊志忠3,秦  伟4

(1. 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心,福建 厦门 361021;2. 中铁十二局集团第四工程有限公司,陕西 西安 710000;3. 厦门路桥工程投资发展有限公司,福建 厦门 361026;4. 太原市交通运输局,山西 太原 030000)

摘  要:为探究工程岩体循环扰动作用下的变形破坏特性,开展了不同应力水平与幅值的大理岩单轴循环扰动试验。试验结果显示:①应力水平是循环扰动下大理岩破坏的主要因素,幅值是次要因素。应力水平刚达到扩容应力时,即使循环幅值很大,大理岩也不会破坏,当应力水平远高于扩容应力且循环幅值很大时,破坏十分迅速;②相对于不可逆变形,动态刚度更能体现变形曲线“疏—密—疏”的三阶段特征。可采用动态刚度衰减率的正负值作为破坏前兆特征,在变形稳定阶段预判岩石是否会发生破坏;③对于破坏岩样,基于动态刚度表征的损伤变量与不可逆变形总趋势相似。“双高”模式与Ⅰ型曲线一致,其余模式与Ⅱ型曲线一致。

关键词:高应力水平;循环扰动;动态刚度;破坏前兆;损伤

盾构–钢筋钢纤维混凝土双层衬砌内水压下破坏机理试验研究

张冬梅1,周文鼎1,卜祥洪1,姜  燕2,3,贾  恺2,3,杨光华2,3

(1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;2. 广东省水利水电科学研究院,广东 广州 510610;3. 广东省岩土工程技术研究中心,广东 广州 510610)

摘  要:利用1∶1原型试验对盾构–钢筋钢纤维混凝土双层衬砌在内水压下的受力变形规律及破坏模式展开研究。试验结果表明,盾构管片接头是双层衬砌抗拉薄弱位置,内衬环面临近管片接头处首先产生裂缝然后逐渐接近均匀分布;盾构–钢筋钢纤维混凝土双层衬砌受力破坏过程可以大致分为4个阶段:①线弹性阶段,该阶段衬砌受力变形随内水压的增加线性变化;②内衬开裂阶段,内衬开裂后钢纤维发挥桥接作用,内衬环向抗拉刚度逐渐降低,盾构管片分担的内水压比例逐渐上升,内衬轴力逐渐由钢筋承担;③内衬开裂稳定阶段和接头损伤阶段,该阶段内衬残余刚度趋于稳定,管片分担的内水压比例不再增加,随后部分管片接头对应混凝土出现压损,管片抗拉刚度下降;④衬砌破坏阶段,内衬钢筋逐渐屈服,最终部分盾构管片接头出现严重破坏。原型试验的结果揭示了盾构–钢筋钢纤维混凝土双层衬砌在内水压作用下的破坏过程和机理,可为工程实践提供参考。

关键词:原型试验;盾构管片外衬;钢筋–钢纤维内衬;内水压

基于国标试验的黏土真实缩限值确定

周葆春,单丽霞,郎梦婷,李  颖

(信阳师范学院河南省非饱和土与特殊土工程技术研究中心/建筑与土木工程学院,河南 信阳 464000)

摘  要:提出了一种黏土真实缩限值的确定方法,修正了《土工试验方法标准:GB/T 50123—2019》“缩限试验”与“收缩试验”方法测试步骤和数据处理。采用6种黏土开展泥浆样“缩限试验”与泥浆固结样“收缩试验”,将GB/T 50123—2019方法与所提方法获得的缩限结果进行了系统性的比较,结果表明:①由基于“缩限试验”的泥浆样与“收缩试验”的泥浆固结样获得的真实缩限值几乎相同,表明缩限取值与所采用的试验方法无关而具有唯一性。②GB/T 50123—2019中“缩限试验”“收缩试验”方法确定出的缩限值约为真实缩限值的2.7倍。③真实缩限状态下,土是非饱和的,其饱和度介于22 %~57 %。GB/T 50123—2019高估缩限的原因是:“缩限试验”方法假定收缩至体积不变时土是饱和的;“收缩试验”方法用收缩曲线初始线性段与最终水平段的交点而非收缩至体积不变点确定缩限。

关键词:黏土;缩限;稠度界限;缩限试验;收缩试验;泥浆样;泥浆固结样

基于国标试验的黏土真实缩限值确定

周葆春,单丽霞,郎梦婷,李  颖

(信阳师范学院河南省非饱和土与特殊土工程技术研究中心/建筑与土木工程学院,河南 信阳 464000)

摘  要:提出了一种黏土真实缩限值的确定方法,修正了《土工试验方法标准:GB/T 50123—2019》“缩限试验”与“收缩试验”方法测试步骤和数据处理。采用6种黏土开展泥浆样“缩限试验”与泥浆固结样“收缩试验”,将GB/T 50123—2019方法与所提方法获得的缩限结果进行了系统性的比较,结果表明:①由基于“缩限试验”的泥浆样与“收缩试验”的泥浆固结样获得的真实缩限值几乎相同,表明缩限取值与所采用的试验方法无关而具有唯一性。②GB/T 50123—2019中“缩限试验”“收缩试验”方法确定出的缩限值约为真实缩限值的2.7倍。③真实缩限状态下,土是非饱和的,其饱和度介于22 %~57 %。GB/T 50123—2019高估缩限的原因是:“缩限试验”方法假定收缩至体积不变时土是饱和的;“收缩试验”方法用收缩曲线初始线性段与最终水平段的交点而非收缩至体积不变点确定缩限。

关键词:黏土;缩限;稠度界限;缩限试验;收缩试验;泥浆样;泥浆固结样

基于Bootstrap法的连续压实指标目标值计算方法

张  星,姚仰平*,崔文杰

(北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京 100191)

摘  要:有效控制填筑体压实质量是保障道路、大坝、机场等基础设施使用寿命和安全运营的关键。随着连续压实控制技术的广泛应用,科学合理地确定连续压实指标目标值对于填筑体质量控制具有重要意义。提出了一种基于Bootstrap法的连续压实指标目标值计算方法,与基于有限个试验数据采用经验公式获取压实指标目标值的传统方法相比,该方法从统计学角度,根据常规质量验收指标与连续压实指标的经验公式建立了置信度为(1-α)×100%的回归模型置信带,并通过选取置信上限来确定连续压实指标目标值。最后,结合国内外文献中相关地基压实工程中的现场试验数据对该方法的实用性进行验证,结果表明:该方法计算得到的连续压实指标目标值要优于常规经验公式计算值,且具有更高的可信度。该方法能够更合理地对由小样本不确定性导致的压实质量风险进行补偿,且补偿值随试验数据相关性的减小而增加,从而使压实质量控制标准更加科学与可靠。此外,相比于已有文献给出的置信区间,该方法所得置信区间宽度更窄,避免了过盈估计,具有较好的工程指导意义和应用前景。

关键词:填筑体;压实指标;目标值;压实质量控制;Bootstrap法;置信区间

高压富水地层水工隧洞衬砌外水压力确定与应对措施

刘立鹏,汪小刚,段庆伟,傅睿智,姜  龙

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

摘  要:针对高压富水地层外水压力带来的衬砌设计难题及安全稳定问题,整理分析了多个实际工程外水压力监测成果,结合室内模型试验,研究论述了水工隧洞衬砌外水压力与所赋存环境岩体地下水活动状态以及衬砌排水能力间的关系;为解决采用传统复合衬砌可能存在的底板外水压力较大的偏压问题,提出了一种新型复合衬砌结构型式,并从控制渗流量及外水压力角度,对富水地层水工隧洞渗控设计标准进行了探讨。结果表明:水工隧洞衬砌外水压力主要受衬砌排水系统排水能力控制,同时与所赋存环境岩体地下水活动状态相关,依照规范中推荐方法确定外水压力具有明显不足;所提出的新型复合衬砌结构型式,可有效解决由于排水孔降压范围有限、底板外水压力较大导致的偏压问题;建议采用复合衬砌结构的水工无压隧洞允许排放量选择为3.0 m3/(m·d),衬砌外水压力不超过0.5 MPa,设计中可依据该标准确定排堵水结构相应参数。研究结果可为富水地层水工隧洞外水压力应对措施的选择提供技术支撑。

关键词:水工隧洞;富水地层;应对措施;渗控标准

转弯凸型边坡静动力稳定性分析及空间效应研究

张  飞1, 2,林立曜1, 2,舒  爽1, 2,杨尚川3,高玉峰*1, 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. 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心,江苏 南京 210024;3. 西南交通大学高速铁路路线工程教育部重点实验室,四川 成都 610031)

摘  要:山区受地形影响建有大量转弯路基边坡,其失稳呈显著的空间特性,传统的边坡稳定分析方法大都基于二维平面应变条件,难以真实反映滑坡三维空间特征。基于变分理论的极限平衡法开展了转弯凸型边坡三维稳定性分析,结合拟静力法分析地震作用下边坡动力稳定性,并确定转弯边坡的最危险滑裂面位置。通过与其他方法计算结果对比,表明这一理论获得了转弯边坡更为临界的稳定性。通过考虑不同边坡转弯外凸参数(如转弯角、转弯半径、坡度)和水平地震加速度系数,揭示了三维效应对转弯凸型边坡稳定性的影响规律。结果表明:较小的转弯角就可以充分发挥三维效应,增大了边坡静动力稳定性;减小转弯半径会显著增强三维效应,并增加最危险滑裂面深度,但对较大的坡度和水平地震加速度情况并不明显,此时可以忽略三维效应采用传统的平面应变分析方法。

关键词:边坡;三维分析;极限平衡;空间效应;拟静力法

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