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《岩土工程学报》2019年第1期中文摘要
日期:2019年01月18日 11:05:03点击数:次字号:【

河谷场地地震波传播解析模型与放大效应

高玉峰

(河海大学岩土工程科学研究所,江苏 南京 210024)

摘  要:从形态上看,自然界存在平坦、凸起和凹陷3种常见的地形及场地条件,而河谷场地是一种常见的凹陷地形,且在河谷场地修建了大量工程(如土石坝、桥梁等)。实际震害调查表明地形及场地条件对地震灾害影响很大。针对河谷场地地震波传播解析模型与放大效应,全面总结了笔者及其课题组长期以来的研究成果。主要包括以下4个方面:①提出了近源地形与场地效应的概念,用线源柱面SH波模拟入射地震波,平面波是其远场入射的特例,构造了线源柱面SH波自由场,定义了近源激励下的放大因子,实现了入射波波前弯曲及其地形放大效应,为其它地形和场地引起的近源放大效应研究开启了新的可能。②构建了非对称V形河谷地震波传播解析模型,包括亥姆霍兹运动方程、河谷表面自由边界条件及虚拟辅助边界应力与位移连续条件,提出了区域分解与区域匹配分两步走的策略,首先将整个区域分解成3个符合极坐标系的子区域,在子区域中对运动方程进行求解获得相应的波场(含有未知系数),然后将各个子区域的波场在边界进行匹配,利用边界条件求解未知系数,从而获得整个区域的波场解答以及柱面SH波的二维散射规律,揭示了非对称V形河谷的差异放大效应,这将对建在非对称V形河谷上的大跨度工程有着不可忽视的影响。③U形河谷在地球表面是普遍存在的,由于缺少实际地震记录和理论研究,U形河谷的地形放大效应仍然未知。构建了U形河谷解析模型,本质上也就是亥姆霍兹方程的边值问题,并得到了这个问题的波函数级数解,发现了U形河谷谷底对地震波的异常放大现象,改变了学术界以往认为凹陷地形底部地震动一定会衰减的不全面认识,并被用来解释中世纪暖期亚利桑那州的大量山体落石与滑坡现象。④河谷常有沉积物(覆盖层),覆盖层将进一步加剧地震放大效应。构建了线源柱面SH波半圆形沉积谷解析模型,并给出了其解析级数解,发现覆盖层对地震波有明显的放大效应,且覆盖层阻尼比较小时剧烈放大,这将加剧工程结构的破坏。最后,考虑河谷场地地震放大效应进行河谷两侧边坡地震稳定性分析,及土石坝地震反应分析与坝坡地震稳定性分析,认为河谷场地地震放大效应对边坡工程与土石坝工程抗震分析有着重要的影响。

关键词:河谷场地;地震波;波函数级数解;放大效应;边坡地震稳定性;土石坝地震反应;坝坡地震稳定性

大石峡砂砾石坝料渗透特性及其影响因素研究

陈生水1,2,凌  华1,2,米占宽1,2,苗  喆3,梅世昂1,2

(1. 南京水利科学研究院,江苏 南京210029;2. 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京210029;3. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065)

摘  要:利用试样截面尺寸为1000 mm×1000 mm的超大型渗透仪和Φ300 mm的常规大型渗透仪,针对大石峡面板坝筑坝砂砾石料的渗透特性开展了较为系统的试验研究。结果表明:砂砾石料小于5 mm细粒含量对其渗透系数、抗渗透破坏能力及其破坏模式均具有重要影响;经过缩尺的砂砾石料渗透特性试验结果将高估原型料的排水性能和抗渗透破坏能力;试样尺寸越大,在振动压实制样过程中,砂砾石料中细颗粒离析至试样表面的现象越严重,为提高试验结果的可靠性,利用超大尺寸渗透仪开展试验时,应模拟现场砂砾石料实际振动碾压过程进行制样;大石峡高面板坝筑坝砂砾石料小于5 mm细颗粒含量较高,渗透系数偏小,有必要在垫层区和主堆砂砾料区之间设置过渡反滤区,以提高垫层区料的抗渗透破坏能力。

关键词:土石坝;砂砾石料;渗透特性

往复水平荷载作用下不同桩型单桩水平承载性能足尺对比试验研究

郑  刚1,2,刘  畅*1,2,刘永超3,胡秋斌1,王成博1,康谷贻1,刘彦坡1 

(1. 天津大学建筑工程学院,天津 300354;2. 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300354;3. 天津市桩基技术工程中心,天津300301)

摘  要:选取天津市汉沽区典型软土场地,针对预应力管桩、预应力空心方桩、钻孔灌注桩共38根足尺桩,展开现场原位土体条件下的单桩拟静力试验;探究各桩型足尺桩在考虑桩–土相互作用条件下受到桩顶低周往复水平荷载作用时的承载性状及抗震性能,并基于不同桩型做出对比。通过对预应力桩、增配不同数量非预应力筋形成的复合配筋桩及灌注桩的破坏形态、荷载–位移关系、位移延性的对比分析,结果表明:常规预应力桩延性较差,呈脆性破坏;增配非预应力筋是提高预应力桩抗震性能的有效措施;复合配筋桩的位移延性及耗能能力得到显著改善,呈延性破坏;不同配筋率的灌注桩的位移延性系数均在4.5以上,具有较好的延性及耗能性能;复合配筋桩及灌注桩的位移延性系数均随非预应力筋配筋率的增加呈先增大后减小的趋势,存在一个最优的非预应力筋配筋率,使得其位移延性最好。

关键词:预应力桩;钻孔灌注桩;非预应力钢筋;拟静力试验;水平承载性能

饱和软黏土固结过程中的不排水抗剪强度特性

雷国辉1,2,高  翔1,2,徐  可1,2,郑泽宇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)

摘  要:集成大直径固结仪和微型十字板剪切仪的功能,开发和研制了饱和软黏土固结过程中可以随时开展剪切试验的系统装置,考虑超孔压随时间和空间变化的不均匀性,在微型十字板剪切仪板头处的空心轴杆底端配置微型孔压计,并在大直径固结仪中配置微型土压力计,使其具备自动实时监测在十字板剪切试验测点处有效应力变化的功能。利用该系统装置,开展了饱和软黏土在不同固结压力作用下,固结过程中不同时点的十字板剪切试验,实时监测了固结过程中的变形和孔压变化过程,得到了十字板剪切试验测点处的有效应力和不排水抗剪强度,分析了固结过程中不排水抗剪强度和有效应力之间的相关关系。结果表明,在不同固结压力作用下,固结完成后的不排水抗剪强度与有效应力呈现出传统的线性关系,但是,在某一固结压力作用下,固结过程中的不排水抗剪强度却随有效应力的增长呈非线性增长,而且,在不同固结压力作用下,固结压力越大,固结过程中达到相同的有效应力时所对应的不排水抗剪强度越大。固结过程中的不排水抗剪强度并不仅仅取决于剪前固结有效应力,还与剪前孔隙比相关,孔压消散速率小于变形速率是导致固结初期、剪前固结有效应力较小时,不排水抗剪强度较快增长的主要原因。

关键词:软黏土;固结;不排水抗剪强度;微型十字板;剪前孔隙比

基于特征应力的正常固结土三维弹塑性本构模型

路德春,李晓强,梁靖宇,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:在特征应力空间中,Drucker-Prager形式的强度准则可以合理描述岩土类材料的真三维强度特性,即特征应力具有以各向同性形式的表达式描述岩土类材料各向异性力学特性的功能。在特征应力空间中,利用插值函数法直接提出了正常固结土的新的屈服函数,结合笔者已在特征应力空间中提出的塑性势函数,直接建立了正常固结土的真三维弹塑性本构模型。模型只有7个材料参数,每个参数均具有明确的物理意义,可利用室内试验简单确定。通过模型功能分析以及与文献中试验结果的对比验证表明,本文模型可简单合理地描述正常固结土的真三维变形与强度特性,并且可简化为修正剑桥模型。

关键词:本构模型;特征应力;真三维;非关联流动法则

土石混合体三维细观结构随机重构及其力学特性颗粒流数值模拟研究

张  强1,2,汪小刚1,赵宇飞1,刘立鹏1,林兴超1

(1.中国水利水电科学研究院岩土工程研究所,北京 100038;

(2. 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验,四川 成都 610065)

摘  要:土石混合体是一种非连续、非均质、各向异性的土石混合多相介质,其力学性质极为复杂,与内部土石细观结构密切相关。从细观结构层次出发,运用计算机随机模拟技术,建立了一种基于不规则块石的土石混合体三维细观结构重构方法,并基于FORTRAN语言开发了相应的三维细观结构随机模拟系统(RMS3D),在此基础上,考虑块石的不规则形状,建立了土石混合体的离散元模型,并采用颗粒流程序对其开展了不同法向应力下三维直剪试验模拟,探究了块石空间分布对其力学特性的影响。研究结果表明:土石混合体的力学性质受内部块石空间分布影响显著,在相同级配和含石量下,不同块石空间分布的土石混合体试样的剪应力–剪切位移曲线和法向位移–剪切位移曲线均不相同,尤其是在峰后呈现出了明显的差异,且后者开始出现差异时相对于前者滞后;另外,受剪切面上块石阻碍的影响,由于试样内部块石空间石分布的不同,导致不同试样剪切破坏后所形成的剪切带的形态和厚度也存在一定的差异。

关键词:土石混合体;力学特性;细观结构;随机重构;颗粒流;块石空间分布

降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏研究

张良以,陈铁林,张顶立

(北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044)

摘  要:膨胀变形是膨胀土边坡失稳破坏的重要因素之一,研究分析降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏过程具有重要的实践意义。基于膨胀应变与基质吸力增量的线性关系,将膨胀性引入非饱和流固耦合模型当中,建立一种适用于膨胀土工程的非饱和渗流场–应力场–膨胀应变场多场耦合数值计算方法。结合应变软化模型,分析单次降雨诱发下膨胀土边坡入渗过程以及边坡渐进破坏全过程。结果表明,非饱和膨胀土边坡在单次降雨诱发后,坡体发生以坡脚为起始逐渐向坡顶扩展的破坏,具有明显的时间延后性、多层逐级后退式的特点。膨胀土的膨胀性、强度参数对坡体破坏形式具有显著的影响,膨胀土边坡破坏既保留了一般黏性土的共性也呈现出干缩湿胀的特殊性。

关键词:非饱和;膨胀土;多场耦合;渐进破坏;后退式破坏 

密砂中圆形锚上拔承载力尺寸效应分析

陈  榕1,符胜男2,郝冬雪*1,史旦达3

(1.东北电力大学建筑工程学院,吉林 吉林 132012;2. 中国电力工程顾问集团东北电力设计研究院有限公司,吉林 长春 130021;3. 上海海事大学海洋科学与工程学院,上海 201306)

摘  要:通过模型试验和有限单元法分析了密砂中圆形锚板上拔承载力的尺寸效应问题。分别对直径为20,50,400 mm的锚板在埋深比为2~6时进行拉拔试验,获得上拔力和位移关系曲线及极限上拔力。基于不同埋深比时板径与上拔承载力系数关系曲线,可发现:相同埋深比时,随着锚板直径增加,上拔承载力系数逐渐减小;且随着埋深比增加,此现象愈明显。考虑密砂强度随应变发展而出现的软化现象,对理想弹塑性Mohr-Coulomb模型进行改进,基于改进的模型对上述12个拉拔试验进行有限元数值模拟,同时与理想弹塑性模型模拟结果进行比较。结果表明:理想弹塑性模型严重高估锚板上拔承载力,而考虑土体软化的模型能够模拟锚板上拔过程中破坏面上土体强度逐渐发挥的过程,计算得到的极限承载力与试验结果吻合较好。尺寸效应产生的原因一方面由于应力水平对土体强度的影响,另一方面由渐进破坏引起;埋深比越大,随着锚板直径增加,周围土体依次进入破坏的过程愈加明显。

关键词:圆形锚板;上拔承载力;尺寸效应;破坏模式;渐进破坏

考虑阻尼修正的Pyke滞回模型研究

刘方成1,杨  峻2,吴孟桃*1,3

(1. 湖南工业大学土木工程学院,湖南 株洲 412007;2. 香港大学土木工程系,香港;3. 天津大学土木工程系,天津 300072)

摘  要:阻尼比反映了土体滞回耗能的特性,是土的重要动力特性参数。土的滞回本构模型能同时真实反映土的动剪模量衰减和阻尼比非线性变化特性,是保证场地及土–结构体系动力响应分析精确度的关键。针对经典的Pyke滞回本构模型,基于文献实测的动剪模量曲线和阻尼比曲线,研究了其对土体阻尼比的预测精确度,发现Pyke模型在大应变幅值时将显著高估土的阻尼比。针对此缺陷,结合前人提出的基于阻尼的滞回曲线方程和Pyke模型加卸载准则,提出了考虑阻尼修正的D-Pyke滞回模型。该模型假设双曲线形滞回曲线的饱满程度由形状系数确定,而后者则由当前加载曲线的滞回应变幅值所对应的实测阻尼比确定。滞回曲线的应变幅值与应力幅值之间通过骨架曲线相互关联,而应力幅值则由Pyke所建议的加卸载准则确定。通过针对粉质黏土的循环单剪试验结果,验证了D-Pyke模型相比于Pyke模型能够更为合理地同时模拟土的非线性动剪模量和阻尼比特性。模型同时继承了Pyke模型能更好地模拟土的循环加载棘轮效应、加卸载准则简单的优点,可为随机动力荷载作用下土体响应问题分析提供合理的本构行为模拟。

关键词:滞回本构模型;阻尼比;动力特性;不规则加载;循环单剪试验

基于突变理论的高压岩溶隧道掌子面稳定性研究

王志杰,高靖遥*,张  鹏,关  笑,季晓峰

(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:为研究马蹄形隧道前方存在正交高压溶洞时中间岩墙的承压能力和破坏模式,在考虑溶洞位置和尺寸对中间岩墙稳定性影响的基础上,建立掌子面失稳破坏的圆锥台模型,并通过势能判据的尖点突变理论得到掌子面失稳时的溶洞临界压力。同时开展室内模型试验,揭示高压溶洞与隧道正交时中间岩墙的破坏特征,并结合数值计算对掌子面破坏模型进行了补充验证。研究结果表明:溶洞临界压力随中间岩墙厚度、围岩等级的增大而增加,随溶洞尺寸的增大而减小,且围岩弹性模量的变化对中间岩体的稳定性有显著影响;中间岩墙厚度超过0.35倍洞径后,溶洞已不是造成掌子面破坏的主要因素;引入压力扩散角 描述溶洞与隧道处于不同正交位置时中间岩墙的破坏形态,发现溶洞临界压力与靠近溶洞一侧的隧道边界曲率正相关。破坏模型贴近工程实际,所得结果与试验基本吻合,可为高压岩溶隧道的设计与施工提供参考。

关键词:高压岩溶隧道;掌子面破坏特征;相似模型试验;突变模型;压力扩散角

考虑加载速率影响的冻结含盐砂土强度准则研究

高  娟1,2,3,赖远明1,3,常  丹4,牛亚强5

(1. 中国科学院西北生态资源环境研究院,甘肃 兰州 730000;2.甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司,甘肃 兰州 730000;

3. 中国科学院大学,北京 100000;4. 北京交通大学,北京 100044;5. 兰州交通大学,甘肃 兰州 730070)

摘  要:围压、加载速率等外部条件对冻结盐渍土强度影响显著。对-15℃德令哈含盐砂土进行了一系列不同加载速率、不同围压下的常规三轴剪切试验,依据广义非线性强度理论建立了考虑加载速率影响的冻结含盐砂土强度准则。依据试验结果采用二次函数拟合得到了子午面上的破坏函数,分析了加载速率对冻结含盐砂土强度及内摩擦角的影响。通过修正的Lade-Duncan强度准则给出了 平面上的破坏函数,探讨了加载速率对子午面破坏函数及偏平面形状函数的影响。提出的模型能够反映在加载速率、压融以及冰晶破碎等因素共同影响下的冻结含盐砂土强度的非线性特点。

关键词:加载速率;强度准则;主应力空间;冻结含盐砂土

竖向正方形锚板水平拉拔极限承载力三维统一理论解研究

胡  伟1,2,高文华1,2,赵  璞3,刘顺凯3,4,龙诚璧1,2

(1. 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室,湖南 湘潭411201;2. 湖南科技大学土木工程学院,湖南 湘潭 411201;

3. 海南大学土木建筑工程学院,海南 海口 570228;4. 中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075)

摘  要:针对竖向正方形锚板水平极限拉拔力学机理和承载力理论研究存在人为区分浅埋、深埋,但界定标准不统一的问题,对其开展了破坏机制分析和极限承载力三维统一理论解的研究。通过板前四棱锥土核在垂直于板平面的竖直面和水平面投影三角形的形状演化来分别反映竖向和水平向破坏机制随土性、埋深比等因素变化的对称性;构建了竖向正方形锚板水平极限拉拔的三维统一力学模型;依次取不同受力体进行极限力学平衡分析;推导了拉拔极限承载力三维统一理论解。与其他理论方法、试验数据的对比验证表明:新的力学模型很好地实现了一个模型来反映不同埋深比范围破坏机制的连续变化规律,无需再人为区分浅埋和深埋;统一理论解计算结果不仅与室内模型试验数据符合的很好,也和现场、大尺寸室内试验数据吻合;较3种国外方法计算结果更加接近于实测值,且具有更小的离散性,平均值总体上偏于安全,在4种方法中表现最好。

关键词:竖向正方形锚板;水平拉拔;破坏机制;三维统一力学模型;极限承载力

离子固化剂改性蒙脱土吸附水特性及持水模型研究

黄  伟1,刘清秉*2,项  伟1,张云龙1,王臻华1,DAO Minh Huan1

(1. 中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074;

2. 中国地质大学教育部长江三峡库区地质灾害研究中心,湖北 武汉 430074)

摘  要:采用不同浓度离子固化剂对天然钙蒙脱土进行改性处理,开展素土与改性土在相对湿度(P/P0)0.01~0.95区间的水汽等温吸—脱附试验,通过持水速率曲线、晶层d001演化曲线及红外光谱特征峰解析蒙脱土吸附水进程中主控因素的演化规律,据此提出水合状态变化的界限相对湿度区间,在此基础上,分别从阳离子水化能和晶层表面水合能角度,建立了离子固化剂改性蒙脱土微观持水方程。试验结果表明:对于钙蒙脱土,在0<P/P0<0.15~0.2,阳离子与水分子结合形成单层“水化壳”;在0.15~0.2<P/P0<0.45~0.5,阳离子形成2层“水化壳”;当0.45~0.5<P/P0<0.8~0.9,晶层基面进一步吸附水分子形成2层完整水化膜。在极高吸力段(ψ>200 MPa),蒙脱土持水能力只受控于层间阳离子水化作用,而在中高吸力段(15 MPa<ψ<200 MPa),晶层基面与水之间的分子作用力是影响蒙脱土表面水合能及持水性状的主要因素。在特定吸力范围内,离子固化剂通过改变相应的物化性质参数(阳离子交换量、比表面积)从而弱化蒙脱土持水能力。基于微观水合机制所构建的持水方程能够很好预测本次试验及文献报道的数据结果,不同吸力段的持水模型可量化表征离子固化剂对蒙脱土吸附水性状的调控机理。

关键词:离子固化剂;阳离子;晶层基面;水合机制;吸附水;持水模型

两层三跨框架式地铁地下车站结构弹塑性工作状态与抗震性能水平研究

庄海洋1,任佳伟1,王  瑞1,苗  雨2,陈国兴1

(1. 南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 210009;2. 华中科技大学土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074)

摘  要:针对目前缺乏对现有地铁地下车站结构抗震性能水平的认识,根据相关规范的规定,设计了7种研究不同场地类别,并考虑输入地震动强度,分析了两层三跨框架式地铁地下车站结构的动力损伤特性及其抗震水平。结果表明,地铁地下车站结构的弹性和弹塑性工作性态层间位移角限值分别小于地面钢筋混凝土框架结构的对应值;同时,地铁地下车站结构从弹性极限工作状态到弹塑性极限工作状态所对应的层间位移角的差值也较小,说明其抗震延性明显比地面钢筋混凝土框架结构的要差。基于计算结果,分析了不同输入地震动强度下地下结构层间位移角、结构与土体的刚度比和输入峰值加速度之间的关系,建立了该类地铁地下车站结构层间位移角随地下结构与地基的刚度比和输入地震波峰值加速度变化的预测公式,以及该类地下车站结构层间位移角限值与抗震性能水平的一一对应关系,初步给出了该类地下车站结构基于层间位移角的抗震性能水平划分和物理描述。

关键词:地铁地下车站结构;结构与地基的刚度比;抗震性能水平;弹塑性工作性态;层间位移角

冻土与结构接触面冻结强度压桩法测定系统研制及试验研究

石泉彬1,2,杨  平*1,谈金忠3,汤国毅3

(1. 南京林业大学土木工程学院,江苏 南京 210037;2. 泰州职业技术学院建筑工程学院,江苏 泰州 225300;

3. 江苏南京地质工程勘察院,江苏 南京 210041)

摘  要:为探究冻土与结构接触面冻结强度影响因素及其影响规律,依据接触面冻结强度传统定义,应用压桩法原理研制冻土与结构接触面冻结强度测定系统,并利用该系统开展多影响因素条件下接触面冻结强度测定试验研究。试验研究表明:冻土与结构接触面冻结强度呈现脆性破坏及应变软化,残余强度呈周期性波动及衰变等典型特征;冻土与结构接触面冻结强度受接触面温度和粗糙度影响显著,在试验温度范围内,分别呈线性和对数函数关系。利用埋设于抗压桩身侧面的微型土压力传感器,揭示了接触面压应力沿桩身分布规律,以及接触面压应力随冻结时间、剪切位移变化规律,并将其与接触面温度、冻结强度等变化规律进行对比分析和验证。

关键词:冻结强度;压桩法;测定系统;冻土;接触面

不同填料土工织物散体桩桩体单轴压缩试验

陈建峰1,花嘉嘉1,冯守中2

(1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 武汉广益交通科技股份有限公司,湖北 武汉 430074)

摘  要:选用碎石、圆砾和砂3种填料,以及5种不同强度的聚丙烯土工编织布套筒,制备成15组尺寸为300 mm×600 mm,填料压实度=0.9的土工织物散体桩,对桩体进行单轴压缩试验,以研究不同填料土工织物散体桩在轴向荷载作用下的强度特性。研究结果表明:不同填料桩体在单轴压缩下具有不同的破坏模式,碎石填料局部刺破编织布套筒形成较大破口,圆砾填料致套筒横向筋丝断裂、纵向筋丝分离,而砂填料致套筒横向筋丝断裂较均匀且无明显破口。桩体强度与筋材和填料强度均呈正相关关系,3种填料桩体轴向应力–应变曲线在加载初期因填料受到初始压密而略有上凹,而后近似线性增长至桩体强度,峰值强度后呈现应变软化现象;综合本文试验数据及前期所做的单轴、三轴压缩试验数据,修正了桩体强度理论计算公式,得到的桩体强度修正值与试验值吻合较好。

关键词:土工织物散体桩;单轴压缩试验;应力–应变曲线;桩体强度;填料

围压对TBM滚刀破岩影响的数值模拟研究

翟淑芳1,曹世豪1,周小平2,毕  靖2

(1. 河南工业大学土木建筑学院,河南 郑州 450000;2. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045)

摘  要:采用一种新的无网格数值计算方法—广义粒子动力学法(GPD),研究了水平方向围压为0,5,10,15,20 MPa条件下,全断面隧道掘进机(TBM)滚刀的破岩过程及破岩模式,分析了围压对岩体可掘性的影响。得到:①围压的存在抑制中央裂纹的扩展;②随着围压的增加,赫兹裂纹的扩展方向发生偏转,与水平面的夹角变小;③相同贯入度下,随着围压的增加,滚刀法向力及其掘进指数均增加。利用GPD法分析了锦屏二级水电站隧道施工中,含节理的岩层中高地应力对TBM滚刀破岩的影响,成功模拟出高地应力下节理岩体的板裂化现象,得到高地应力能够使岩体产生板裂化促进滚刀破岩。

关键词:广义粒子动力学;围压;破岩;板裂化;TBM

低温环境下南海海底泥流的流变试验及模型

郭兴森1,年廷凯*1,2,3,范  宁1,焦厚滨1,贾永刚3

(1. 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;2. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221008;3. 中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室,山东 青岛 266100)

摘  要:海底泥流是海底斜坡失稳后演化的流态化滑坡体,常对海洋工程设施造成严重破坏,而目前针对这种泥流的流变特性研究较少,特别是考虑海底低温环境。基于南海北部陆坡软黏土原状样制备泥流,采用RST流变仪开展具有不同温度与含水率的泥流流变试验,引入Herschel-Bulkley模型对流变参数进行深入探讨,建立考虑低温效应与含水率变化的海底泥流综合流变模型。进一步,通过相态转化、布朗运动与粒际作用的理论,解释并分析了海底泥流的流变特征及其变化机理。研究表明:与常温条件相比,低温环境下泥流的剪应力与表观黏度显著提高,且随着剪切速率的增加差距变大,平均变化量可超过35%。这一成果可为海底泥流运动过程数值模拟与海底滑坡灾害预测提供科学依据。

关键词:南海;海底泥流;低温流变试验;综合流变模型;流变机理

南宁地铁区域饱和圆砾土大型动三轴试验研究

马少坤1,2,王  博1,刘  莹1,2,邵  羽1,3,5,王洪刚1,王艳丽*4

(1. 广西大学土木建筑工程学院,广西 南宁 530004; 2. 广西大学工程防灾与结构安全重点实验室,广西 南宁 530004;

3. 广西新发展交通集团有限公司,广西 南宁 530029;4. 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北 武汉 430010;5. 广西路桥工程集团有限公司,广西 南宁 530029)

摘  要:以南宁地铁区域圆砾层土质为研究对象,对饱和状态下的圆砾土开展了一系列大型排水动三轴试验,分析了相对密实度、动应力幅值和振动次数对饱和圆砾土累积应变、应力–应变滞回圈和孔压的影响。研究表明,饱和圆砾土累积轴向应变 –振动次数N曲线在动应力幅值较小时为稳定型曲线,呈双曲线增长规律,其参数 与初始相对密实度Dr呈线性关系;动应力幅值较大时为破坏型曲线,呈幂函数增长规律。饱和圆砾土应力应变滞回圈形状呈双直线型,其面积在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大后减小,其割线模量随着振动次数的增加先减小后增大。饱和圆砾土的孔压在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大再减小,且循环加载后期Dr=0.5试样的孔压大于Dr=0.3和Dr=0.7试样的孔压,这与不同初始相对密实度条件下粗粒土的破碎特性有关。

关键词:饱和圆砾土;大型动三轴试验;动力特性;相对密实度

含水率变化下压实路基土动态回弹模量试验研究与预估模型

刘维正1,曾奕珺1,姚永胜*2,张军辉2

(1. 中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075;2. 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:路基土动态回弹模量MR是路面设计和使用性能评价采用的关键参数,运营期间受含水率变化影响显著。以压实红黏土为研究对象,制备了6个不同含水率和3种不同压实度的试样,采用滤纸法测试了不同状态下的基质吸力,并通过动三轴试验研究了含水率、压实度、动偏应力和围压对动态回弹模量的影响。试验结果表明:MR随压实度、围压的增大而增大,随动偏应力增大呈非线性减小;MR随含水率增大急剧降低,从最佳含水率增加4.5%时,不同压实度下MR均降低约50%,动偏应力和压实度对MR的影响随含水率增大逐渐减弱;MR随含水率和饱和度的变化规律与土性显著相关,而不同土样的MR随基质吸力变化趋势基本一致。进而引入基质吸力,建立了综合考虑含水率和应力水平影响的压实路基土MR预估模型,通过本文和文献试验数据证实了该模型的适用性,并基于13种土样的试验结果建立了模型参数与物性指标之间的经验关系。

关键词:动态回弹模量;路基土;基质吸力;预估模型;回归分析

考虑砂土渗透性变化的吸力锚沉贯及土塞特性研究

王  胤,朱兴运,杨  庆

(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:吸力锚负压沉贯过程中锚内部常常产生土塞现象,这将阻碍锚体的进一步沉贯,影响吸力锚在海床土体中的安装深度,最终导致吸力锚承载力的降低,本研究通过1g条件下室内模型试验研究土塞的形成机理。通过试验模拟吸力锚水下砂土中吸力沉贯过程,借助高分辨率相机记录锚体整个沉贯过程,同时利用微型孔压传感器测量锚内外负压值随沉贯深度变化情况。试验过程中发现吸力锚内部土柱在向上渗流作用下发生细颗粒迁移现象,且随着沉贯深度的增大,土塞隆起的高度逐渐增加。提出土塞的形成是由于吸力锚内部土体膨胀引起的,进而引起渗透系数的增加。本研究分析了渗透系数在锚体沉贯过程中的变化情况,并对Houlsby和Byrne提出的吸力锚砂土中沉贯吸力计算模型进行了改进,从而获得更加准确的沉贯吸力随沉贯深度变化关系理论计算方法,为吸力锚的工程设计和施工提供理论依据。

关键词:吸力锚;沉贯吸力;土塞;渗透系数;渗流

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