2016年 38卷 第1期
摘要：
结合研究团队多年的研究积累,分别从砂土与饱和软黏土两个方面阐述了在土体失稳与承载特性分析方法方面的理论研究成果。排水条件下密砂在到达峰值强度前可能会出现应变局部化失稳,而饱和松砂则可能出现分散性失稳;建立了基于三维非共轴塑性理论的变形分叉分析方法,分析了砂土平面应变试验和真三轴试验的应变局部化现象,进一步分析了各向异性砂土的强度特性和应变局部化现象,以及砂土的状态相关特性对应变局部化的影响;建立了基于状态相关本构模型的砂土应变局部化失稳弹塑性有限元分析方法,探讨了复合体理论和非局部塑性理论在消除有限元网格依赖性问题方面的可行性;建立了基于二阶功准则和状态相关本构模型的饱和砂土分散性失稳数值分析方法。提出了基于临界状态理论的饱和软黏土各向异性不排水强度理论公式,以及基于循环累积塑性应变的强度弱化公式,形成了适合低渗透性饱和软黏土的弹塑性静动力有限元分析方法;建立了非均质与各向异性软黏土地基稳定性问题的极限分析上限方法,进一步提出了不排水地基承载特性的虚拟加载上限分析方法,形成了分析地基承载特性循环弱化的弹塑性有限元法和虚拟加载上限法。所建立的分析方法将为砂土与饱和软黏土地基稳定性和承载特性的理论预测提供重要的技术手段。
结合研究团队多年的研究积累,分别从砂土与饱和软黏土两个方面阐述了在土体失稳与承载特性分析方法方面的理论研究成果。排水条件下密砂在到达峰值强度前可能会出现应变局部化失稳,而饱和松砂则可能出现分散性失稳;建立了基于三维非共轴塑性理论的变形分叉分析方法,分析了砂土平面应变试验和真三轴试验的应变局部化现象,进一步分析了各向异性砂土的强度特性和应变局部化现象,以及砂土的状态相关特性对应变局部化的影响;建立了基于状态相关本构模型的砂土应变局部化失稳弹塑性有限元分析方法,探讨了复合体理论和非局部塑性理论在消除有限元网格依赖性问题方面的可行性;建立了基于二阶功准则和状态相关本构模型的饱和砂土分散性失稳数值分析方法。提出了基于临界状态理论的饱和软黏土各向异性不排水强度理论公式,以及基于循环累积塑性应变的强度弱化公式,形成了适合低渗透性饱和软黏土的弹塑性静动力有限元分析方法;建立了非均质与各向异性软黏土地基稳定性问题的极限分析上限方法,进一步提出了不排水地基承载特性的虚拟加载上限分析方法,形成了分析地基承载特性循环弱化的弹塑性有限元法和虚拟加载上限法。所建立的分析方法将为砂土与饱和软黏土地基稳定性和承载特性的理论预测提供重要的技术手段。
摘要：
对代表目前研究水平的几个主要固结理论解析解进行了分析研究,结果表明,线性、非线性、大变形、次固结流变等条件下的固结理论解析解可用一个一般解形式来表示,而一般解的形式与经典Terzaghi固结理论解相同,只需用变量Dv(t)代替Terzaghi常数固结系数Cv。研究表明,不同的Dv(t)形式反映了固结模型中的不同假定,通过拟合试验得到的Dv(t)可以综合反映非线性、大变形与次固结等影响因素。在此基础上,建议了一个简便的固结变形时间过程计算方法。建议方法无须另行复杂的参数试验,方法简单实用,与试验结果吻合很好。
对代表目前研究水平的几个主要固结理论解析解进行了分析研究,结果表明,线性、非线性、大变形、次固结流变等条件下的固结理论解析解可用一个一般解形式来表示,而一般解的形式与经典Terzaghi固结理论解相同,只需用变量Dv(t)代替Terzaghi常数固结系数Cv。研究表明,不同的Dv(t)形式反映了固结模型中的不同假定,通过拟合试验得到的Dv(t)可以综合反映非线性、大变形与次固结等影响因素。在此基础上,建议了一个简便的固结变形时间过程计算方法。建议方法无须另行复杂的参数试验,方法简单实用,与试验结果吻合很好。
摘要：
为了研究深部隧（巷）道围岩稳定性机理与支护控制技术,以千米埋深为基本条件,考虑三轴六面恒压加载和数字照相量测先进技术的应用,研制了一套结构紧凑、特色鲜明的真三轴框架式大型物理模拟试验系统。该系统由模型加载反力框架、以扁油缸与真空回油为特色的液压加载控制系统、自行研制的数字照相变形量测与围岩应力测试系统和开挖支护辅助装置4部分组成,可用于长1000 mm×宽1000 mm×厚1000 mm的深部隧（巷）道大型物理相似模型试验研究。最后给出在深部矿山巷道围岩变形受力观测分析与围岩分区破裂化现象再现试验的应用实例。应用结果表明,本套试验系统对于研究包括矿山巷道、TBM隧道在内的深部隧（巷）道工程开挖与支护过程中围岩变形与应力分布规律及其稳定控制作用机理都具有重要价值。
为了研究深部隧（巷）道围岩稳定性机理与支护控制技术,以千米埋深为基本条件,考虑三轴六面恒压加载和数字照相量测先进技术的应用,研制了一套结构紧凑、特色鲜明的真三轴框架式大型物理模拟试验系统。该系统由模型加载反力框架、以扁油缸与真空回油为特色的液压加载控制系统、自行研制的数字照相变形量测与围岩应力测试系统和开挖支护辅助装置4部分组成,可用于长1000 mm×宽1000 mm×厚1000 mm的深部隧（巷）道大型物理相似模型试验研究。最后给出在深部矿山巷道围岩变形受力观测分析与围岩分区破裂化现象再现试验的应用实例。应用结果表明,本套试验系统对于研究包括矿山巷道、TBM隧道在内的深部隧（巷）道工程开挖与支护过程中围岩变形与应力分布规律及其稳定控制作用机理都具有重要价值。
摘要：
针对构皮滩水电站破碎页岩进行2点原位刚性承压板载荷蠕变试验,采用1级循环加载方式,试验压力为工程应力水平,试验历时1686,2299 h。试验揭示了该软岩如下蠕变特性：在工程应力下,岩体经历起始阶段减速蠕变和682,910 h较长时间的等速蠕变后,蠕变速率趋于零,总体呈衰减蠕变,并不发生塑性流动;卸荷后,经历瞬时回弹、弹性后效,存在较大的残余变形,残余变形大于总变形的50％。提出一种加载呈弹性、卸载不回弹的单向弹簧元件[HI]描述残余变形,将其与广义Kelvin模型串联组成变异广义Kelvin模型,该模型结构简单,可综合描述软岩加载呈衰减蠕变、卸载存在较大残余变形的蠕变特性。视岩体体积变形为弹性、畸变遵循变异广义Kelvin模型,基于相应性原理推导了岩体表面蠕变方程,以岩体蠕变方程拟合试验蠕变曲线,得到了模型参数。
针对构皮滩水电站破碎页岩进行2点原位刚性承压板载荷蠕变试验,采用1级循环加载方式,试验压力为工程应力水平,试验历时1686,2299 h。试验揭示了该软岩如下蠕变特性：在工程应力下,岩体经历起始阶段减速蠕变和682,910 h较长时间的等速蠕变后,蠕变速率趋于零,总体呈衰减蠕变,并不发生塑性流动;卸荷后,经历瞬时回弹、弹性后效,存在较大的残余变形,残余变形大于总变形的50％。提出一种加载呈弹性、卸载不回弹的单向弹簧元件[HI]描述残余变形,将其与广义Kelvin模型串联组成变异广义Kelvin模型,该模型结构简单,可综合描述软岩加载呈衰减蠕变、卸载存在较大残余变形的蠕变特性。视岩体体积变形为弹性、畸变遵循变异广义Kelvin模型,基于相应性原理推导了岩体表面蠕变方程,以岩体蠕变方程拟合试验蠕变曲线,得到了模型参数。
摘要：
滑坡的仿真模拟是分析滑坡运动过程并预测滑坡影响范围的重要手段之一。采用了基于岩土体弹塑性本构模型的光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法,模拟滑坡失稳后岩土材料的特性。该模型以经典弹塑性理论为基础,包含了线弹性变形和德鲁克-普拉格（Drucker-Prager,DP）屈服准则下非关联流动法则的塑性变形,由于考虑了岩土材料的塑性特征,该方法能够更加精确和真实地模拟滑坡运动过程。同时,结合地理信息系统（geographic information system,GIS）的数据管理与建模,进一步将该SPH模型应用到滑坡模拟的实例中。基于GIS平台,完成了能够自动生成计算模拟所需的滑坡粒子数据的C#程序。该程序同时生成了高精度的滑坡体实粒子和复杂、不规则的边界虚粒子。实现了一系列模型建模与模拟计算,并验证了该方法的精度,还将此模型与方法应用在汶川地震中引发的大光包滑坡实例中,模拟结果与现场收集数据十分符合。
滑坡的仿真模拟是分析滑坡运动过程并预测滑坡影响范围的重要手段之一。采用了基于岩土体弹塑性本构模型的光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法,模拟滑坡失稳后岩土材料的特性。该模型以经典弹塑性理论为基础,包含了线弹性变形和德鲁克-普拉格（Drucker-Prager,DP）屈服准则下非关联流动法则的塑性变形,由于考虑了岩土材料的塑性特征,该方法能够更加精确和真实地模拟滑坡运动过程。同时,结合地理信息系统（geographic information system,GIS）的数据管理与建模,进一步将该SPH模型应用到滑坡模拟的实例中。基于GIS平台,完成了能够自动生成计算模拟所需的滑坡粒子数据的C#程序。该程序同时生成了高精度的滑坡体实粒子和复杂、不规则的边界虚粒子。实现了一系列模型建模与模拟计算,并验证了该方法的精度,还将此模型与方法应用在汶川地震中引发的大光包滑坡实例中,模拟结果与现场收集数据十分符合。
摘要：
针对深埋圆形隧洞全断面爆破开挖,分析了岩体开挖瞬态卸荷力学过程及引起的围岩应力和应变能瞬态调整机制,讨论了瞬态卸荷动力效应的影响因素。计算结果表明,开挖岩体应变能越大、应变能释放速率越快,岩体开挖瞬态卸荷动力扰动越强烈。基于此,提出了依据炮孔周围爆生裂纹分布判断掌子面上主应力方向,各圈炮孔按掌子面上应变能密度由高到低的顺序分段起爆的施工期岩爆防治方法。该方法通过改变炮孔起爆网络显著地降低了岩体开挖瞬态卸荷的动力效应,可广泛用于水电、矿山、交通等行业深埋洞室贯通爆破。
针对深埋圆形隧洞全断面爆破开挖,分析了岩体开挖瞬态卸荷力学过程及引起的围岩应力和应变能瞬态调整机制,讨论了瞬态卸荷动力效应的影响因素。计算结果表明,开挖岩体应变能越大、应变能释放速率越快,岩体开挖瞬态卸荷动力扰动越强烈。基于此,提出了依据炮孔周围爆生裂纹分布判断掌子面上主应力方向,各圈炮孔按掌子面上应变能密度由高到低的顺序分段起爆的施工期岩爆防治方法。该方法通过改变炮孔起爆网络显著地降低了岩体开挖瞬态卸荷的动力效应,可广泛用于水电、矿山、交通等行业深埋洞室贯通爆破。
摘要：
裂隙破坏了土体的完整性,使土体渗透性在不同方向上呈现出明显差异,从而显著地影响了边坡降雨入渗规律。为了揭示裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响规律,利用Seep/W软件进行了数值模拟分析,分别就各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布区域等因素进行了讨论。最后结合工程实例分析了计算结果的合理性。结果表明:裂隙诱导各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布等因素均对边坡降雨入渗有一定的影响,在边坡排水设计与稳定分析时须予以考虑,降雨强度大于顺裂隙方向渗透系数时,裂隙诱导各向异性的影响才会表现出来。裂隙诱导各向异性主要影响降雨初期渗流场,随降雨历时增大,裂隙诱导各向异性的影响逐渐减小,长历时降雨条件下可不考虑这种影响。
裂隙破坏了土体的完整性,使土体渗透性在不同方向上呈现出明显差异,从而显著地影响了边坡降雨入渗规律。为了揭示裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响规律,利用Seep/W软件进行了数值模拟分析,分别就各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布区域等因素进行了讨论。最后结合工程实例分析了计算结果的合理性。结果表明:裂隙诱导各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布等因素均对边坡降雨入渗有一定的影响,在边坡排水设计与稳定分析时须予以考虑,降雨强度大于顺裂隙方向渗透系数时,裂隙诱导各向异性的影响才会表现出来。裂隙诱导各向异性主要影响降雨初期渗流场,随降雨历时增大,裂隙诱导各向异性的影响逐渐减小,长历时降雨条件下可不考虑这种影响。
摘要：
采用杂交有限元-离散元法（FDEM）,与日本等比尺浅埋隧道衬砌试验结果进行了对比分析。数值模型较好地再现了试验中衬砌结构性裂缝的初裂、增扩直至破坏的全过程。其次,建立荷载结构模型,针对影响衬砌开裂的3个主要荷载因素,即局部偏压、背后空洞和拱顶松弛地压,分别研究了这些压力不同作用位置、作用范围、作用大小下的裂缝扩展过程、分布规律。为用非连续方法研究衬砌裂缝开裂过程提供了借鉴,同时也为隧道衬砌裂缝病害的防治与加固修复打下了基础。
采用杂交有限元-离散元法（FDEM）,与日本等比尺浅埋隧道衬砌试验结果进行了对比分析。数值模型较好地再现了试验中衬砌结构性裂缝的初裂、增扩直至破坏的全过程。其次,建立荷载结构模型,针对影响衬砌开裂的3个主要荷载因素,即局部偏压、背后空洞和拱顶松弛地压,分别研究了这些压力不同作用位置、作用范围、作用大小下的裂缝扩展过程、分布规律。为用非连续方法研究衬砌裂缝开裂过程提供了借鉴,同时也为隧道衬砌裂缝病害的防治与加固修复打下了基础。
摘要：
针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在,微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展,以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏细观缺陷耦合的复合损伤变量（张量）。给出宏观损伤变量（张量）的计算公式,建立基于宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体在荷载作用下的三维复合损伤本构模型,利用试验数据对模型合理性进行验证,讨论不同围压下宏细观缺陷对裂隙岩体力学特性的影响规律。研究结果表明：①工程结构中的受荷岩体,其力学性能由宏观缺陷、细观缺陷以及所处应力状态所决定。单轴应力状态下,岩石力学性质具有明显的脆性,受裂隙几何分布影响较大,具有明显的各向异性。围压状态下,岩石力学性质具有明显延性特征。随围压增加,裂隙岩样的各向异性得到弱化,并趋于各向同性。②裂隙岩样常规三轴压缩试验时,若考虑岩石的压密过程,初始轴向应变在高围压时不能忽略。
针对非贯通裂隙岩体工程结构中的受荷岩体,提出受荷细观损伤与裂隙宏观损伤的概念。以完整岩石的初始损伤状态作为基准损伤状态,综合考虑裂隙宏观缺陷的存在,微裂纹细观缺陷在受荷下的损伤扩展,以及宏细观缺陷在受荷过程中的耦合,基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏细观缺陷耦合的复合损伤变量（张量）。给出宏观损伤变量（张量）的计算公式,建立基于宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体在荷载作用下的三维复合损伤本构模型,利用试验数据对模型合理性进行验证,讨论不同围压下宏细观缺陷对裂隙岩体力学特性的影响规律。研究结果表明：①工程结构中的受荷岩体,其力学性能由宏观缺陷、细观缺陷以及所处应力状态所决定。单轴应力状态下,岩石力学性质具有明显的脆性,受裂隙几何分布影响较大,具有明显的各向异性。围压状态下,岩石力学性质具有明显延性特征。随围压增加,裂隙岩样的各向异性得到弱化,并趋于各向同性。②裂隙岩样常规三轴压缩试验时,若考虑岩石的压密过程,初始轴向应变在高围压时不能忽略。
摘要：
近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲-伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲-伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲-伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 kHz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲-伸缩元联合测试得到剪切模量G0和侧限模量M0,试验结果表明围压和孔隙比对G0的影响程度均较对M0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲-伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。
近年来弯曲元在小应变动力特性测试中得到了广泛应用,但对弯曲-伸缩元的联合测试研究较少,国内对弯曲-伸缩元联合测试的研究几近空白。采用弯曲-伸缩元对福建砂进行了剪切波和压缩波联合测试,通过更宽区段激发频率和不同分析方法对剪切波速和压缩波速的确定进行了系统分析,得到了可靠的剪切波和压缩波传播时间确定方法。采用10~20 kHz峰值法和互相关法可较方便准确地确定剪切波传播时间;压缩波初始到达较易判断,激发频率对压缩波速影响较小。利用弯曲-伸缩元联合测试得到剪切模量G0和侧限模量M0,试验结果表明围压和孔隙比对G0的影响程度均较对M0的影响程度大。通过剪切波速和压缩波速可计算得到泊松比,随密实度和围压的增大泊松比均以线性规律减小。为弯曲-伸缩元的进一步应用提供了有效的方法。
摘要：
冻胀破坏是导致寒冷地区渠道输水利用系数低的主要原因。依托南京水利科学研究院大型土工离心机成功研制了热交换试验装置,该装置实现了渠道模型在离心场中与温度场的耦合。在此基础上开展了20g和30g下的不同渠基土含水率冻胀离心模拟的模型试验,根据试验结果探讨了渠道离心模型的换热过程以及封闭系统中渠基土含水率对渠道法向冻胀位移的影响。此外,根据试验结果验证了离心场下土体模型内传热速度是原型的N2倍的关系。所提出的渠道冻胀离心模拟装置和试验方法为北疆地区输水渠道冻害处治提供了新的研究手段。
冻胀破坏是导致寒冷地区渠道输水利用系数低的主要原因。依托南京水利科学研究院大型土工离心机成功研制了热交换试验装置,该装置实现了渠道模型在离心场中与温度场的耦合。在此基础上开展了20g和30g下的不同渠基土含水率冻胀离心模拟的模型试验,根据试验结果探讨了渠道离心模型的换热过程以及封闭系统中渠基土含水率对渠道法向冻胀位移的影响。此外,根据试验结果验证了离心场下土体模型内传热速度是原型的N2倍的关系。所提出的渠道冻胀离心模拟装置和试验方法为北疆地区输水渠道冻害处治提供了新的研究手段。
摘要：
吸力贯入式板锚（SEPLA）是一种系泊深海浮式结构的新型基础,在转动上拔的过程中其埋深和承载力会不断减小。采用包络面塑性极限分析方法,对吸力贯入式板锚在其转动上拔的过程中的埋深损失和承载力进行了模拟分析,并考虑锚链、土和板锚的相互作用。研究了切向偏心、锚链泥线夹角等参数对埋深损失、板锚转角、承载力的影响,并与离心机模型试验数据验证。研究结果表明,随着锚眼切向偏心的增大,板锚埋深损失逐渐减小,甚至出现埋深增大的现象,但相应的承载力显著降低。当偏心比ep/en<0.1时,板锚的承载力基本不变;当ep/en>0.1后,板锚的承载力随ep/en增大而减小。泥线处锚链倾角越小时,板锚的转动角度越小,获得的承载力效果越好。
吸力贯入式板锚（SEPLA）是一种系泊深海浮式结构的新型基础,在转动上拔的过程中其埋深和承载力会不断减小。采用包络面塑性极限分析方法,对吸力贯入式板锚在其转动上拔的过程中的埋深损失和承载力进行了模拟分析,并考虑锚链、土和板锚的相互作用。研究了切向偏心、锚链泥线夹角等参数对埋深损失、板锚转角、承载力的影响,并与离心机模型试验数据验证。研究结果表明,随着锚眼切向偏心的增大,板锚埋深损失逐渐减小,甚至出现埋深增大的现象,但相应的承载力显著降低。当偏心比ep/en<0.1时,板锚的承载力基本不变;当ep/en>0.1后,板锚的承载力随ep/en增大而减小。泥线处锚链倾角越小时,板锚的转动角度越小,获得的承载力效果越好。
摘要：
比表面积是黏性土重要的物理化学指标,选择合适的测试方法是正确获得这一参数的前提。采用亚甲基蓝（Methylene Blue）吸附法、乙二醇乙醚（Ethylene Glycol Monoethyl Ether）吸附法、甘油（Glycerin）吸附法以及风干含水率经验公式对5种黏土的比表面积进行试验测定及估算,试验结果表明：对于不含蒙脱石的土样,各种方法测试结果较为一致,偏差较小;但对于含蒙脱石的土样,EGME法的试验结果比其他方法偏小较多。通过X衍射对各种吸附液饱和后的蒙脱石土样进行试验后发现,风干状态下蒙脱石的晶层间距d001=15.6 Å,而经EGME法、甘油法、MB法饱和后d001分别变为15.9 Å,17.5 Å,19.0 Å,蒙脱石的晶层在甘油及MB饱和后扩展明显,便于吸附分子进入晶层内表面,因此分子覆盖效果更好。统计分析表明,土的比表面积反映了土中各亲水性黏土矿物组分及相对比例的综合影响,因此比表面积与液限、塑性指数及活性等物性指标具有相关性,可用幂函数形式来拟合,而黏粒含量不能反映黏土矿物类型对比表面积的影响,因此当统计试样的黏粒中同时含有膨胀性和非膨胀性矿物时,比表面积与黏粒含量相关性较差。
比表面积是黏性土重要的物理化学指标,选择合适的测试方法是正确获得这一参数的前提。采用亚甲基蓝（Methylene Blue）吸附法、乙二醇乙醚（Ethylene Glycol Monoethyl Ether）吸附法、甘油（Glycerin）吸附法以及风干含水率经验公式对5种黏土的比表面积进行试验测定及估算,试验结果表明：对于不含蒙脱石的土样,各种方法测试结果较为一致,偏差较小;但对于含蒙脱石的土样,EGME法的试验结果比其他方法偏小较多。通过X衍射对各种吸附液饱和后的蒙脱石土样进行试验后发现,风干状态下蒙脱石的晶层间距d001=15.6 Å,而经EGME法、甘油法、MB法饱和后d001分别变为15.9 Å,17.5 Å,19.0 Å,蒙脱石的晶层在甘油及MB饱和后扩展明显,便于吸附分子进入晶层内表面,因此分子覆盖效果更好。统计分析表明,土的比表面积反映了土中各亲水性黏土矿物组分及相对比例的综合影响,因此比表面积与液限、塑性指数及活性等物性指标具有相关性,可用幂函数形式来拟合,而黏粒含量不能反映黏土矿物类型对比表面积的影响,因此当统计试样的黏粒中同时含有膨胀性和非膨胀性矿物时,比表面积与黏粒含量相关性较差。
摘要：
针对无黏性土体,开展了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动3种墙体主动变位模式情况下墙后有限宽度土体土压力试验。通过观察墙后不同宽度土体的破坏过程及对土压力的全程量测,对其破坏模式及土压力分布规律进行了探讨。试验结果表明,墙后有限宽度土体的破坏面为一连续曲面,随着墙后土体宽度的增加,土体破坏面逐渐向外侧偏移,最终趋于某一固定位置,但始终位于库仑破坏面内侧。土压力值监测表明,库仑土压力理论并不适用于有限宽度土体。当填土宽度为有限宽度时,土压力值小于库仑主动土压力值,其差距随土体宽度减小而逐渐增大。当墙体平动时,土压力值沿墙高先增大后减小;墙体绕墙底转动时土压力值则呈线性增长趋势;而当墙体绕墙顶转动时,在挡墙上部出现了明显的土拱效应。
针对无黏性土体,开展了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动3种墙体主动变位模式情况下墙后有限宽度土体土压力试验。通过观察墙后不同宽度土体的破坏过程及对土压力的全程量测,对其破坏模式及土压力分布规律进行了探讨。试验结果表明,墙后有限宽度土体的破坏面为一连续曲面,随着墙后土体宽度的增加,土体破坏面逐渐向外侧偏移,最终趋于某一固定位置,但始终位于库仑破坏面内侧。土压力值监测表明,库仑土压力理论并不适用于有限宽度土体。当填土宽度为有限宽度时,土压力值小于库仑主动土压力值,其差距随土体宽度减小而逐渐增大。当墙体平动时,土压力值沿墙高先增大后减小;墙体绕墙底转动时土压力值则呈线性增长趋势;而当墙体绕墙顶转动时,在挡墙上部出现了明显的土拱效应。
摘要：
为探究沉积方向对各向异性结构性砂土力学特性的影响,首先采用椭圆颗粒生成两种不同沉积方向（水平与竖直）的各向异性净砂样,其次,引入一个考虑胶结厚度影响的微观胶接触模型从而生成各向异性结构性砂土。最后,对两种各向异性结构性砂土试样进行双轴压缩试验,并将水平沉积试样试验结果与室内试验结果对比验证该模型的可行性。同时,将两种不同方向试样的试验结果进行对比以探究沉积方向的影响。结果表明：两种试样应力-应变关系均呈软化及剪胀现象,水平沉积试样峰值偏应力较竖直沉积试样大,而二者残余阶段偏应力无明显差别;水平沉积试样临界孔隙比较竖直沉积试样大;胶结破坏速率及胶结破坏率变化与宏观力学特性变化相对应,且变化规律基本相同;水平方向沉积试样的胶结接触主方向始终保持竖直而竖直沉积试样的胶结接触主方向始终保持水平;在水平沉积试样中始终为水平分布颗粒长轴分布主方向,而竖直沉积试样中颗粒长轴逐渐向各向同性分布靠近。
为探究沉积方向对各向异性结构性砂土力学特性的影响,首先采用椭圆颗粒生成两种不同沉积方向（水平与竖直）的各向异性净砂样,其次,引入一个考虑胶结厚度影响的微观胶接触模型从而生成各向异性结构性砂土。最后,对两种各向异性结构性砂土试样进行双轴压缩试验,并将水平沉积试样试验结果与室内试验结果对比验证该模型的可行性。同时,将两种不同方向试样的试验结果进行对比以探究沉积方向的影响。结果表明：两种试样应力-应变关系均呈软化及剪胀现象,水平沉积试样峰值偏应力较竖直沉积试样大,而二者残余阶段偏应力无明显差别;水平沉积试样临界孔隙比较竖直沉积试样大;胶结破坏速率及胶结破坏率变化与宏观力学特性变化相对应,且变化规律基本相同;水平方向沉积试样的胶结接触主方向始终保持竖直而竖直沉积试样的胶结接触主方向始终保持水平;在水平沉积试样中始终为水平分布颗粒长轴分布主方向,而竖直沉积试样中颗粒长轴逐渐向各向同性分布靠近。
摘要：
针对传统差分演化算法在反演瑞雷波频散曲线中存在交叉概率和缩放因子选取不当导致反演结果不准确等问题,在传统差分演化算法的基础上,把控制参数直接编码到个体中,即采用参数自适应差分演化算法对高频瑞雷波频散曲线进行反演来获得近地表的横波速度结构。合成和实际数据的反演实验结果表明：参数自适应差分演化算法继承了传统差分演化算法简单、高效的特点同时,还可在频散曲线的反演中自动地选取合适的参数值并正确地进行反演迭代,无需再通过试验获得交叉概率和缩放因子两个控制参数;频散曲线反演中目标函数的收敛性好,改进算法在迭代的过程中能够快速收敛到全局最优;模型参数的概率分布高,即在大的空间搜索范围内,参数自适应差分演化算法仍然能够准确地搜索到真值范围并找到全局极小值,保证了反演的结果可靠度,使其能有效地应用于瑞雷波频散曲线的反演和解释。
针对传统差分演化算法在反演瑞雷波频散曲线中存在交叉概率和缩放因子选取不当导致反演结果不准确等问题,在传统差分演化算法的基础上,把控制参数直接编码到个体中,即采用参数自适应差分演化算法对高频瑞雷波频散曲线进行反演来获得近地表的横波速度结构。合成和实际数据的反演实验结果表明：参数自适应差分演化算法继承了传统差分演化算法简单、高效的特点同时,还可在频散曲线的反演中自动地选取合适的参数值并正确地进行反演迭代,无需再通过试验获得交叉概率和缩放因子两个控制参数;频散曲线反演中目标函数的收敛性好,改进算法在迭代的过程中能够快速收敛到全局最优;模型参数的概率分布高,即在大的空间搜索范围内,参数自适应差分演化算法仍然能够准确地搜索到真值范围并找到全局极小值,保证了反演的结果可靠度,使其能有效地应用于瑞雷波频散曲线的反演和解释。
摘要：
传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载-沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩-土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土-桩周土模量比、桩-土模量比、桩长径比、桩-桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明：计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。
传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载-沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩-土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土-桩周土模量比、桩-土模量比、桩长径比、桩-桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明：计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。
摘要：
动力触探是针对砾性土力学性能评价的一种原位测试技术,具有设备简单、操作方便等优势。分别在成都平原和美国Utah地区选取典型砾性土场地,进行中美联合动力触探和有效锤击能量的测试与标定,结果表明：①在成都平原3个砾性土场地获取了中国超重型动力触探1321个重锤锤击能量记录,锤击能量传递系数的平均值约为90%,标准差为7.7%,锤击数离散性受设备操作方法的影响较大;②在美国钻机上安装中国超重型动力触探标准探头,可以有效穿透选取的试验深度为20 m的砾性土场地,并进行分层、力学性能评价;③在美国Echo dam下游坝基上2个砾性土场地获取了美国动力触探1438个重锤锤击记录,锤击能量传递系数约为74%,标准差为8.7%,锤击数离散性受拉绳、钻杆摩擦力的影响较大;④对锤击数进行能量修正之后,以2008年汶川地震砾性土液化为背景、以动力触探锤击数为基本指标的砾性土液化判别方法,具有国际通用的可行性。
动力触探是针对砾性土力学性能评价的一种原位测试技术,具有设备简单、操作方便等优势。分别在成都平原和美国Utah地区选取典型砾性土场地,进行中美联合动力触探和有效锤击能量的测试与标定,结果表明：①在成都平原3个砾性土场地获取了中国超重型动力触探1321个重锤锤击能量记录,锤击能量传递系数的平均值约为90%,标准差为7.7%,锤击数离散性受设备操作方法的影响较大;②在美国钻机上安装中国超重型动力触探标准探头,可以有效穿透选取的试验深度为20 m的砾性土场地,并进行分层、力学性能评价;③在美国Echo dam下游坝基上2个砾性土场地获取了美国动力触探1438个重锤锤击记录,锤击能量传递系数约为74%,标准差为8.7%,锤击数离散性受拉绳、钻杆摩擦力的影响较大;④对锤击数进行能量修正之后,以2008年汶川地震砾性土液化为背景、以动力触探锤击数为基本指标的砾性土液化判别方法,具有国际通用的可行性。
2016, 38(1): 170-179.
DOI: 10.11779/CJGE201601019
摘要：
为了研究天然岩体结构面粗糙度评价结果影响因素,以重庆武隆地区大尺寸岩体结构面为例,运用三维激光扫描技术,基于Grasselli改进法描述粗糙度在不同采样方向、尺度与精度下的变化规律。结果显示：所选用的天然岩体结构面具有明显的各向异性、正尺寸效应和间距效应,因此在进行粗糙度评价时,采样方向务必与剪切方向保持一致,采样尺寸与采样间距应大于等于和小于等于有效采样尺寸与间距;为便于不同评价方法间结果对比,应保证在相同的采样参数下开展研究。
为了研究天然岩体结构面粗糙度评价结果影响因素,以重庆武隆地区大尺寸岩体结构面为例,运用三维激光扫描技术,基于Grasselli改进法描述粗糙度在不同采样方向、尺度与精度下的变化规律。结果显示：所选用的天然岩体结构面具有明显的各向异性、正尺寸效应和间距效应,因此在进行粗糙度评价时,采样方向务必与剪切方向保持一致,采样尺寸与采样间距应大于等于和小于等于有效采样尺寸与间距;为便于不同评价方法间结果对比,应保证在相同的采样参数下开展研究。
摘要：
短加筋土挡墙是一种在既有稳定墙体/陡坡前修建的短加筋土挡墙,但目前缺乏对短加筋土挡墙与稳定墙体/陡坡间连接形式及其作用的统一认识,对其工作机理的研究也有待深入。利用离心模型试验,结合系统的监测数据,对不同连接形式的模型墙顶沉降、墙面水平位移、土压力分布等规律进行了分析,探讨了短加筋土挡墙的行为特征以及墙后机械连接的作用。研究发现：短加筋土挡墙的竖向沉降和水平位移均较常规加筋土挡墙大且分布不均匀,墙后连接形式对短加筋土挡墙的变形存在明显的影响;短加筋土挡墙和其后稳定墙体/陡坡之间的压力远小于理论水平土压力值,稳定墙体/陡坡与短加筋土挡墙之间仅存在接触压力;短加筋土挡墙墙后设置机械连接可以显著提高整体稳定性,减小差异沉降,控制水平变形,而不设连接时短加筋土挡墙变形较大且易于垮塌破坏。
短加筋土挡墙是一种在既有稳定墙体/陡坡前修建的短加筋土挡墙,但目前缺乏对短加筋土挡墙与稳定墙体/陡坡间连接形式及其作用的统一认识,对其工作机理的研究也有待深入。利用离心模型试验,结合系统的监测数据,对不同连接形式的模型墙顶沉降、墙面水平位移、土压力分布等规律进行了分析,探讨了短加筋土挡墙的行为特征以及墙后机械连接的作用。研究发现：短加筋土挡墙的竖向沉降和水平位移均较常规加筋土挡墙大且分布不均匀,墙后连接形式对短加筋土挡墙的变形存在明显的影响;短加筋土挡墙和其后稳定墙体/陡坡之间的压力远小于理论水平土压力值,稳定墙体/陡坡与短加筋土挡墙之间仅存在接触压力;短加筋土挡墙墙后设置机械连接可以显著提高整体稳定性,减小差异沉降,控制水平变形,而不设连接时短加筋土挡墙变形较大且易于垮塌破坏。
摘要：
为研究非常规天然气开采过程中支撑剂的运移规律，自主研发水力加砂压裂试验装置。该装置主要由岩石三轴试验机、压裂液泵压伺服控制系统、声发射监测系统3个部分组成，且具有以下特点：①可以模拟不同地应力、不同排量条件下携砂压裂试验；②压裂液注入可以通过流量模式和压力模式控制；③改进的声发射探头具有耐高油压性能，能够用于三轴室内。采用该装置进行了不同地应力、不同排量以及携砂条件下水力压裂试验，结果显示：地压力越大、排量越大红色砂岩起裂压力越大；携砂压裂后的压裂面离裸眼越远，支撑剂浓度越低且支撑剂并不是遍布所有压裂面；声发射累计计数在初期比较稳定，呈线性增加，在起裂前迅速增多。
为研究非常规天然气开采过程中支撑剂的运移规律，自主研发水力加砂压裂试验装置。该装置主要由岩石三轴试验机、压裂液泵压伺服控制系统、声发射监测系统3个部分组成，且具有以下特点：①可以模拟不同地应力、不同排量条件下携砂压裂试验；②压裂液注入可以通过流量模式和压力模式控制；③改进的声发射探头具有耐高油压性能，能够用于三轴室内。采用该装置进行了不同地应力、不同排量以及携砂条件下水力压裂试验，结果显示：地压力越大、排量越大红色砂岩起裂压力越大；携砂压裂后的压裂面离裸眼越远，支撑剂浓度越低且支撑剂并不是遍布所有压裂面；声发射累计计数在初期比较稳定，呈线性增加，在起裂前迅速增多。
