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负孔压可以为饱和黏土地基的结构基础提供抗拔阻力,准确计算负孔压的大小对研究上拔承载力的意义重大。通过等向固结的三轴伸长试验研究了卸荷状态下饱和黏土中孔压的发展规律,提出了计算超静负孔压的方法;结合修正剑桥模型和Henkel孔压理论,揭示了卸荷作用下超静负孔压产生的机制,合理地解释了在卸荷过程中超静孔压由负转正的过程。研究表明,卸荷试验条件下广义剪应力产生正孔压,而平均主应力对孔压的贡献为负,卸荷初期广义剪应力产生的正孔压不足以抵消平均主应力产生的负孔压,因此,超静孔压呈现负值。研究成果为负孔压预测以及上拔承载力研究提供了理论依据。

为研究地震作用下锚固系统的动力响应,采用振动台进行格构梁锚杆支护滑坡模型试验。试验分别输入汶川波、EL Centro波、正弦波作为地震激励,监测锚杆轴力、坡体加速度和位移时程,研究锚固滑坡在地震作用下的动力响应差别、不同位置锚杆在地震作用下的受力机制。结果表明：低量级地震波（0.05 g~0.40 g）作用下,坡脚相对坡体的其他部位,浅表效应表现明显,坡脚滑面由于反复的揉搓作用,更容易出现裂缝,影响整个锚固体的稳定;建议在拟静力法设计的基础上,在滑坡坡脚密集地打入短锚杆或土钉以平衡坡脚滑面处出现的不协调往复运动。高量级地震波作用（0.6 g~0.8 g）下,坡肩处坡表效应表现明显、坡顶滑面处裂缝宽度不断增长,更易出现崩裂、崩滑等现象;建议加长坡顶的第1排锚杆,以抑制坡顶滑面处裂缝的下切发展;同时在坡顶面垂直地打入短锚杆或种植根系发达的植物护坡。格构梁锚固系统不会出现素土边坡的整体性破坏,强震作用下,首先是坡脚锚杆的承载能力受到损伤,顶层锚杆的抗拉力则因坡顶面及上表面的拉裂急剧增长。研究结果为更加合理地进行锚杆抗震设计提供了良好的基础。

多因素作用下石膏岩软化特性

为了研究隧道施工过程中石膏质围岩软化特性,以三叠系下统嘉陵江组地层中的石膏岩为研究对象,进行了多因素正交软化试验研究,分析了浸泡时间、溶液温度、24SO-浓度对石膏岩软化后力学参数的影响规律。研究结果表明：石膏岩的软化系数和弹性模量随着浸泡时间的增加而减小,减小速率也随之降低;软化系数和弹性模量随溶液温度的升高而呈线性减小;在影响石膏岩软化后力学参数3个因素中浸泡时间的影响最大,权值高达80%,温度次之,权重为16%左右,而24SO-浓度对石膏岩的软化影响非常微弱;建立了浸泡时间与溶液温度两个因素耦合作用下石膏岩软化后单轴抗压强度与弹性模量变化情况预测公式。在试验数据及结论的基础上从围岩坚硬程度划分、防排水措施及支护措施等方面提出了石膏围岩隧道的施工措施及建议。

超临界CO2作用下页岩力学特性损伤的试验研究

随着社会对清洁能源的需求不断扩大,超临界CO_2强化页岩气开发技术受到广泛关注。为研究超临界CO_2对页岩力学特性的影响,将四川盆地志留系龙马溪组页岩作为研究对象,对其进行不同浸泡时间条件下的超临界CO_2浸泡试验,并通过劈裂试验和三轴压缩试验,获得浸泡前后页岩强度与变形的变化规律,进而结合SEM、XRD等系列页岩微观测试,初步探讨超临界CO_2与页岩的相互作用机制。研究结果表明：超临界CO_2浸泡后页岩的抗拉强度、三轴抗压强度、弹性模量均出现不同程度的下降,而随浸泡时间的加长,页岩强度的损失量增大。初步分析表明：在超临界CO_2作用下,一方面改变了页岩的颗粒骨架和孔隙结构,另一方面改变了页岩的矿物成分组成,降低页岩岩石颗粒间的胶结程度,从而劣化页岩的力学性质。

含水率对大应变下橡胶砂动剪模量和阻尼比的影响

橡胶砂作为轻质耗能填料在工程中应用广泛,其含水状态随应用领域及外界因素变化而不同。研究含水率变化对橡胶砂动剪模量和阻尼比的影响,对于其合理应用具有重要意义。利用大型循环单剪试验装置对6种含水率的橡胶砂在3种竖向压力下进行了循环剪切试验,得到了动剪应变幅值在1%~3%范围时,橡胶砂动剪模量和阻尼比随含水率变化的试验现象。结果表明：橡胶颗粒的加入使得纯砂的动剪模量随含水率的衰减受到抑制,当橡胶颗粒含量达到30%时,橡胶砂动剪模量随含水率的增大反而表现出增大的趋势;随着橡胶颗粒含量的增大,橡胶砂阻尼比随含水率的增大表现出衰减的趋势;虽然离散性较大,但含水率对橡胶砂动力特性的影响不可忽略,橡胶砂动剪模量受含水率影响的平均最大变化幅值可达20%,阻尼比受含水率影响的平均绝对变化值接近0.025;在动力特性随含水率的稳定性方面,橡胶颗粒质量含量为20%的橡胶砂表现相对较好。

不同固结条件下尾矿动孔压演化规律

地震作用下尾矿坝有液化失稳的危险,尾矿动孔压的演化规律可以间接体现其液化过程。为研究尾矿动孔压的演化规律,开展了一系列的动三轴试验。结果表明：尾矿动孔压演化具有明显的阶段性,在等压固结时可用S形反正弦函数曲线描述,在偏压固结时可用J形指数函数曲线描述;尾矿材料在等压固结条件下临界孔压接近于围压,在偏压固结条件下临界孔压小于围压,且随围压及固结应力比的增大而减小,随尾矿平均粒径的增大而增大。基于极限平衡理论推导了等压固结和偏压固结条件下的临界孔隙水压力方程,从理论上阐释了试验结果所揭示的动孔压演化规律,可以为地震区上游式尾矿坝的抗震设计提供参考。

堆石料Gudehus-Bauer亚塑性本构模型改进及参数确定方法

研究了Gudehus-Bauer亚塑性本构模型和模型参数的求取方法。采用侧限压缩试验曲线求取模型参数颗粒硬度hs和指数n。根据模型方程的推导,建立了拟合指数？和？与围压之间的关系,并提出了新的拟合参数。考虑到堆石料具有明显的剪胀、剪缩性,在Gudehus-Bauer模型线性项中增加了主要控制体积应变项？tr（（5）ε）σtr（σ）,以改善模型对堆石料体积应变曲线的描述。采用堆石料大型侧限压缩试验、常规三轴试验分别验证了新的拟合参数和改进后的Gudehus-Bauer亚塑性本构模型。与堆石料试验成果比较,提出的新拟合参数与改进后的Gudehus-Bauer亚塑性本构模型可以较好地模拟堆石料的应力-应变特性,并较好地改善了堆石料体变曲线的模拟结果。对改进后的模型作了常规三轴加、卸载模拟,模拟结果反映了改进的Gudehus-Bauer亚塑性本构模型具有一定的卸载适应性。

超孔隙水压力对低塑性黏性土桩土界面抗剪强度的影响

研究黏性土中桩土界面的抗剪强度及其参数受超孔隙水压力影响的规律,对工程实践具有重要意义。利用自制的大型恒刚度直剪仪,完成了一系列不同界面粗糙度、不同试样含水率和不同剪切速率试验条件下的直剪试验,分析了在不同试验条件下超孔隙水压力变化规律,进而得到考虑超孔隙水压力的桩土界面抗剪强度及其参数的变化规律。研究结果表明：随着界面粗糙度等级提高,桩土界面超孔隙水压力减小,桩土界面抗剪强度、有效黏聚力和有效摩擦系数增加;随着含水率的增加,桩土界面超孔隙水压力增加,桩土界面抗剪强度降低,含水率对桩土界面抗剪强度的影响主要是改变了桩土界面的黏聚力,黏聚力先增大后减小,对摩擦系数的影响较小;特定试验条件下,随着剪切速率的增加,桩土界面超孔隙水压力增加,桩土界面抗剪强度降低,桩土界面黏聚力先增大后又减小,变化幅度不超过2 k Pa,对摩擦系数的影响较小。因此,桩土界面抗剪强度及其参数是界面粗糙度、试样含水率和剪切速率变化引起超孔隙水压力变化共同影响的结果,试验结果可供相关工程设计参考。

水平双向荷载耦合对饱和软黏土动力特性的影响

地震过程中剪切波可用大小和方向上相互耦合的水平两向剪切来模拟。以温州典型软黏土为对象,采用多向动单剪系统（VDDCSS）进行不排水应力控制的循环单剪试验,重点研究了水平双向耦合荷载作用下循环剪应力比（SSR）和相位差？对饱和软黏土动力特性的影响,试验组数共计19组。试验结果表明：在单向循环剪切荷载作用下温州正常固结饱和软黏土的门槛循环应力比SSR_（x,menkan）为0.096,临界循环应力比SSR_（x,limit）为0.15;水平双向耦合荷载作用下,双向循环应力比SSR（SSR_x（28）SSR_y）的提高以及循环次数N的增加会促进剪应变？的增加和孔压u的发展;当SSR稍微大于SSR_（x,menkan）时,？的增加也会阻碍？和u发展,在临界循环应力比SSR_（x,limit）附近,？的存在会急剧加快土样总应变和孔压的发展,当SSR〉SSR_（x,limit）时,相位差？的存在对土样总应变和孔压发展的影响基本可以忽略。

基于模型试验的桩间距对组合式钢管抗滑桩抗滑效果的影响分析

通过大型物理模型试验分别对3种不同桩间距组合式钢管抗滑桩治理滑坡的力学效应进行研究,对比分析桩顶位移、剪出口位移、桩身弯矩随荷载的变化规律和桩体、滑坡的破坏情况,讨论桩间距对组合式钢管抗滑桩抗滑效果的影响。试验结果表明,当桩间距由18.7 cm依次增大至23.5、28.0 cm,即由3.9d增大至4.9d、5.8d（d为小直径圆形钢管的外径）,同等荷载作用时桩顶水平位移、剪出口水平位移、桩身弯矩逐渐增大,但桩间距由3.9d增大至4.9d时,位移与弯矩的增大幅度远大于桩间距由4.9d增大至5.8d。建议在组合式钢管抗滑桩设计中,若滑坡推力较小,可适当增大桩间距至5.8d甚至更大;若滑坡推力较大,应适当减小桩间距至3.9d甚至更小。无论滑坡推力较大或者较小,桩间距为4.9d的组合式钢管抗滑桩治理滑坡的性价比均较低。

悬臂抗滑桩静、动力学性能试验的全过程

基于悬臂抗滑桩治理堆积型滑坡的静、动力离心模型试验,利用土压力传感器、应变片以及加速度传感器采集到的试验数据,研究了静、动力条件下抗滑桩的受力特性,分析了被治理滑坡的地震响应特征。结果表明：静、动力条件下桩后土压力以及桩身弯矩的分布规律均不同;桩后静土压力大于地震动引起的动土压力,但桩身静弯矩远小于地震动引起的动弯矩;桩后动土压力和动弯矩随峰值地震动的增大而增大;地震作用时土压力和桩身弯矩最大值的作用点低于静力的;滑体加速度响应存在浅表放大效应和高程放大效应,坡肩附近的波型转化现象显著,抗震设计时应予以重视。

粉质黏土填料在K30试验加载进程中的变形时间效应状态分析

变形稳定标准和分级加载制度是影响K_（30）试验效率和准确性的关键因素,与加载进程中填土的变形时间效应状态密切相关。开展了3组最优含水率下压实系数K分别为0.90、0.95和1.00填土模型的小型平板载荷试验,获得了不同荷载作用下填土变形时程曲线和弹塑性变形数据,讨论了在K_（30）试验加载进程中填土变形状态的变化及其对加载稳定时间的影响。试验表明：良好压实的粉质黏土填料,在K_（30）试验进程中的变形以弹性为主,处于缓慢收敛状态,随着加载级数增加,塑性变形比例逐渐增大,变形时间效应呈现出由微弱进入明显状态的演化趋势,变形1.25 mm对应于缓慢收敛中的微弱时间效应亚状态;＂变形速率不超过0.01 mm/min＂变形稳定标准分级加载时间随时间效应指数呈加速增长规律,能在保证试验精度的基础上提高试验效率;以最大荷载下填土变形时间效应不应超过显著状态、变形量不小于1.25 mm为约束条件,针对5级加载、0.04 MPa荷载增量的加载制度,可得K_（30）试验的适宜范围为60~160 MPa/m。

高铁列车荷载作用下桩网复合地基振动特性模型试验

桩网复合地基是高速铁路广为应用的基础形式之一,其在高速列车荷载作用下的振动响应对列车运营安全和周围环境有着至关重要的影响。基于此,以现浇X形桩为对象,建立了桩网复合地基大比例尺模型,开展了桩网复合地基在高铁列车荷载作用下的动力响应特性研究,揭示了加载频率、加载幅值及振次的改变对桩网复合地基振动速度影响的规律。试验结果表明：速度响应幅值沿着路堤横向衰减较快,路堤耗能作用显著,列车运行产生的振动对周边环境影响较小。速度响应幅值沿桩网复合地基深度方向的衰减规律与横向振动传播规律有所不同。速度响应幅值从轨道板与钢筋混凝土底座到基床表层,衰减最快;加筋碎石垫层次之,相当于一个隔震垫层;地基中桩的存在使振动衰减变得缓慢,使由列车运行引起的振动影响深度加大。速度响应幅值随着加载频率的增加而逐渐变大,在25 Hz时出现峰值;速度响应幅值随着加载幅值的增加逐渐变大;速度响应幅值随着振次增加而基本保持不变。

硫酸盐渍土含水率单次递减条件下的盐胀特性

为探究硫酸盐渍土在含水率递减下的盐胀特性,通过自主设计的试验装置,在室内开展了11组含水率单次递减下的盐胀试验,共历时2 868 h。结果表明：在含水率单次递减下硫酸盐渍土的起胀含盐量约为1.2%。含盐量〈1.2%时,土体干缩,干缩量与含盐量近似呈下凸的二次抛物线规律,且干缩峰值含盐量约为0.5%;含盐量≥1.2%时,土体膨胀,且盐胀率与含盐量近似呈线性增大规律。盐胀敏感含水率区间受含盐量影响很小,含盐量从1.5%增至4.0%,盐胀敏感含水率区间基本稳定。此外,含水率递减速率与含盐量呈负相关规律,同一含盐量的硫酸盐渍土,其含水率的递减速率随含水率的降低亦减慢。基于以上试验结果,进一步开展了4组单次降温下的盐胀对比试验,结果表明：含盐量升高时,起胀温度区间逐渐升高,盐胀敏感温度区间的区间范围逐渐扩大。单次降温下的盐胀率均高于含水率单次递减下的盐胀率,且随着含盐量的升高两试验条件下的盐胀率差值趋于一常数。研究结果对西北地区高含盐量的残余型硫酸盐渍土地基的盐胀性评价具有重要指导意义。

缺陷岩体加速协同化破坏机制及前兆信息辨识

缺陷岩体对地下煤体的安全开采构成威胁,同时对工程长期安全运行带来较大的隐患,分析其破坏前后所展现的物理量变化特征,将为岩体失稳提供前兆辨识信息。以含缺陷单元的石膏组合体为研究对象,研究其破坏-失稳时空演化过程,捕捉和比较失稳前关键时刻对应物理场信息的变化差别,探讨岩体破坏失稳前由独立活动向整体协同化运动的过程。试验结果表明：缺陷组合体完全破坏分为强偏离线性、静态亚失稳和动态亚失稳3个阶段;首先相对强段为承载主体,弱段出现孤立的应变积累区和释放点并作用于强弱接触面;之后弱段积累区迅速增多并扩展和迁移,不同性态岩体呈现应变协同化传递具有单元性和区域性特征;最终应变释放点相互贯通,强弱段相互作用加强使得协同化程度达到最大,成为岩体进入全面失稳快速破坏的标志。为进一步验证上述试验结果的科学性、合理性,以某矿井断层采动涌水为工程背景,制作采场断层模型并进行双向加载试验,研究断层失稳错动引发涌水的过程及触发条件,揭示了断层亚失稳阶段协同化破坏机制。上述试验结果表明缺陷岩体进入亚失稳阶段是协同化破坏开始的标志。

土石混合料剪切特性及块石破碎特征

通过室内大型直剪试验和基于PFC~（2D）的颗粒离散元数值模型,探讨考虑块石破碎的土石混合料的剪切特性及块石破碎特征。以土石混合料室内大型直剪试验和筛分试验为基础,提出了一种能真实描述块石形态特征并准确反映块石破碎效应的土石混合料颗粒离散元数值建模方法,模拟并分析了6种含石量土石混合料在4种不同法向应力作用下的剪切特性及块石破碎特征。结果表明：土石混合料抗剪强度随含石量的增大而增大,且基本符合摩尔-库仑（M-C）强度准则,随着含石量增大,内摩擦角呈现＂慢—快—慢＂增长趋势,黏聚力则呈现先增后减再增大的变化趋势。剪切后土石混合料块石破碎形式可归纳为表面研磨、局部破碎、完全破裂、完全破碎4种方式。提出了一种新的颗粒破碎指标,该指标能够准确描述粒径大于5 mm的块石的破碎程度,其随含石量和法向应力的增大而增大。通过对土石混合料颗粒离散元数值模型剪切面的分析发现,剪切面出现＂剪斜＂现象,其起伏程度随含石量增大愈加明显,且随着含石量增大剪切面附近剪裂隙数量增多,土石混合料在剪切过程中的破坏为拉-剪混合破坏。

基于光纤检测技术的夹泥灌注桩模型试验

将分布式光纤传感技术用于夹泥灌注桩定量检测。建立了加热光纤与桩身介质的单层圆筒壁一维传热模型,利用桩体中光纤的温升变化规律检测夹泥桩的含泥量。开展含泥量分别为0、33.3%、50.0%、66.7%、100.0%的夹泥桩光纤检测模型试验,确定合适的加热功率范围和加热时间,并对光纤传感器进行标定,研究不同夹泥桩中光纤温升变化情况和桩身介质导热系数,发现在相同加热功率下,随着含泥量增大,光纤温升速率变快、增加幅度变大。进一步分析表明,含泥量与桩身介质导热系数之间存在确定的线性关系,并推导出两者数量关系式。通过声波检测对比试验,分析了该技术的测量精度。结果表明,桩体含泥量大于10%时,光纤检测法的精度与声波检测法较为接近。通过以上研究,为定量检测灌注桩的完整性提供了一种思路。

弹塑性耦合应变定义与本构方程

岩石屈服之后,弹性参数随塑性变形而变化,即岩石具有弹塑性耦合特征。在弹塑性耦合框架和现有应变分类、定义、本构方程研究的基础上,主要做了以下工作：结合岩石压缩试验,从损伤和塑性变形角度分析了弹性参数随塑性演化的现象;重点研究了加载增量步的应变特征,将与加载应力增量对应的应变增量分解为符合广义Hooke定律的弹性应变增量de~e、不符合广义Hooke定律的弹性应变增量de~e和塑性应变增量de~e;通过采用加载增量步之后的弹性参数将de~e与ds构造弹性关系,分别在应变空间和应力空间中建立了适用于加载、中性变载和卸载条件的本构方程;对表征物质微观结构变化的内变量进行了讨论。所提出的应变分类和定义方法概念清晰,适合于应变强化阶段和应变软化阶段,且所建立的弹塑性耦合本构方程能够反映不同加载条件对弹性参数变化速率的影响,符合岩石的弹塑性耦合力学特性。

考虑排水条件和粗料含量的砂砾石土动残余变形特性

采用改进的GDS循环三轴试验系统对5种级配的饱和砂砾土在不排水、单面排水和双面排水条件下进行了动残余变形试验,系统研究粗料含量P_5（粒径大于5 mm颗粒质量百分比）和排水条件对饱和砂砾土动残余剪应变和动残余体应变的影响。试验结果表明：动残余剪应变随粗料含量和排水面数的增加而显著降低;循环加载30周产生的不排水动残余剪应变是单面排水条件下动残余剪应变的2~3倍,是双面排水条件下的4~9倍。砂砾土的动残余体应变随粗料含量增大而减小,随着排水面数的增加而增大;双面排水动残余体应变是单面排水动残余体应变的2.0~2.5倍。

结构性砂土静力触探试验离散元分析

为研究结构性砂土静力触探的宏微观力学特性,在10 g重力场中生成一个净砂地基;将一个考虑胶结厚度的微观胶结接触模型引入到净砂地基中以生成结构性砂土地基;用一定速率移动探杆以模拟结构性砂土中的静力触探过程,其中,探杆由4面刚性墙组成。结果表明,随着贯入深度的增加,锥尖贯入阻力逐渐增大,增长速度逐渐减慢,在达到临界深度后贯入阻力在某一定值附近波动;锥尖部位有明显的力链集中现象,力链的集中程度和范围会随着贯入深度的增加而逐渐提高和扩大;静力触探过程中,探杆两侧的土体经历了明显的加载和卸载过程,且土体主应力方向发生偏转;离探杆越远,主应力偏转速度越慢,最终偏转角越小;不同深度处平均纯转动率（APR）的变化趋势基本相同,而APR最大值会随着土体深度而逐渐增加;探杆的贯入会使土颗粒间胶结发生破坏,胶结的破坏形式主要有拉剪破坏和压剪破坏两种,而拉剪破坏数目要比压剪破坏数目多。

土-水特征曲线与核磁共振曲线的关系

土-水特征曲线在非饱和土的研究中扮演着重要的角色,其预测方法的研究具有重要的科学意义。以武汉黏性土为研究对象,在土-水特征曲线试验和核磁共振（NMR）试验的基础上,利用Fredlund-Xing模型对试验数据进行拟合分析。结合KST模型和Young-Laplace理论,建立了基质吸力与土体中孔隙水的弛豫时间（T_2）之间的理论关系式,试验结果表明该理论关系式并不能简单有效的描述基质吸力与T_2值之间的实际关系。基于土-水特征曲线和NMR试验结果,建议了基质吸力与T_2值之间的经验关系式,在此基础之上,给出了基于NMR曲线的不同初始干密度非饱和黏性土土-水特征曲线的预测方法。

破碎围岩重载铁路隧道基底结构动力特性现场试验研究

通过张家口至唐山付营子隧道现场大型激振试验,模拟研究了V级围岩条件下轴重为250、270、300 k N重载列车作用时隧道基底结构压力响应,并提出了各测点动压力在轴重下降时的衰减规律。根据现场实测的压力-时程图,分析了各结构面动压力的横向和竖向传递规律。结果表明：双线隧道重载线路因直接受重载列车荷载作用而使半幅测点动压力均大于客车线路,重载线路轨道下方相应测点在不同轴重作用下的动压力均大于其他测点,对比IV级围岩表面的试验结果得出破碎围岩条件下重载位置的结构和围岩容易出现压力集中,从而引发结构开裂或围岩空洞。列车荷载在基底结构竖向传递过程中先受到道床结构和仰拱填充的缓冲作用,衰减较大,在仰拱结构中衰减较少,以目前的基底结构设计厚度难以满足轴重提升的需求。

基于广义子集模拟的土坡系统可靠度分析

如何有效地评价边坡的系统可靠度并识别出对边坡稳定性具有重要影响的关键滑面一直是边坡稳定性分析的关键问题。提出了基于广义子集模拟的边坡系统可靠度分析方法及代表性滑面识别方法,并推导了基于广义子集模拟的边坡系统可靠度计算公式及边坡中滑面对边坡系统失效的相对贡献量化公式。基于广义子集模拟计算结果,采用概率网络评价方法识别边坡代表性滑面。以一个双层黏性土坡和芝加哥国会切坡算例验证了所提方法的有效性。结果表明：提出的基于广义子集模拟的边坡系统可靠度分析方法可有效地估计边坡系统及其单一滑面的失效概率,对于具有低失效概率水平边坡可靠度的求解,其计算效率明显优于传统蒙特卡洛模拟方法。此外,对于单个失效模式而言,广义子集模拟与子集模拟计算效率相当。对于多个失效模式的失效概率计算问题,广义子集模拟不需要重复对每个失效模式失效概率进行计算,计算效率明显优于子集模拟。提出的代表性滑面选择方法是在系统失效概率及单滑面失效概率的高效计算基础上实现的,代表性滑动面能够较好地代表边坡系统失效,从而有效地降低了边坡系统失效概率对代表性滑面数目及代表性滑面失效概率估计准确性的依赖性。

隧道岩质围岩亚级分级可靠度分析方法及其工程应用

在隧道工程岩体分级中,由于岩土体参数本身的不确定性,加之各定性、定量评定指标在获取过程中由仪器误差、人为操作等产生的离散性及随机性,往往是应用同一评价体系及分级标准,却得出不同的评判等级,尤其是在围岩亚级分级中,评定结果鲁棒性差,甚至出现跳级,这就决定了围岩类别的可靠性的存在。据此,基于《工程岩体分级标准》,通过分析岩石强度及岩体完整程度等评价指标的概率分布规律,引入体系可靠度分析理论,构建不同围岩等级的功能函数,经Monte Carlo法计算围岩隶属于各评定等级的可靠概率,进而提出了基于国标BQ法的围岩亚级分级可靠度分析方法。该方法充分利用了分类系统本身蕴含的信息,考虑了评价指标的不确定性及离散性,所计算可靠性指标可更为直观地对围岩等级作出稳健评估,且可靠概率在一定程度上综合考虑了包括局部破碎带、软弱夹层等掌子面围岩信息的离散程度。研究成果应用于济南绕城高速老虎山超大断面隧道的围岩亚级分级中,所评价结果与实际围岩等级完全吻合,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估,为合理确定工法转换区间,优化支护参数提供数据支撑。研究成果对类似超大断面隧道的围岩亚级分级有一定参考价值。

灰岩隧道掘进机隧道点荷载试验评价岩石强度方法的研究与探讨

使用隧道掘进机（TBM）开挖隧道时刀盘和盾体阻碍了对岩石状态的观察,这时可使用岩渣对岩石条件进行预测和评价。从滚刀破碎掌子面产生的岩渣中选取块状岩石进行点荷载试验可以获得岩石强度,但是受过滚刀损伤作用的岩石强度值与未受损伤的岩石强度值之间的关系尚不明确。从吉林引松供水工程TBM破岩产生的岩渣中挑选块状试样进行点荷载试验,同时在产生岩渣的相应位置钻取岩芯获取点荷载强度,与单轴抗压强度进行了对比,记录了取样地点地质状态、试样的尺寸、破碎状态以及等效断裂面积。结果表明：岩渣中的岩块受到滚刀作用产生的损伤强度值有所下降,为完整取芯试样的63.25%,原岩越完整受损程度越大;灰岩点荷载强度换算岩石单轴抗压强度系数约为25.3,直接使用岩渣时建议系数约为42.1;峰值荷载与等效断裂面积成正比;尺寸过大的试块往往与岩体原有裂隙有关,强度极低,不适宜用作点荷载试验。研究结果为TBM隧道现场快速获取岩石强度参数提供了方法和依据。

基于压水试验的地层渗流场反分析

地下工程建设过程中,地下水分布以及岩体渗透参数确定至关重要。基于对解决欠定反分析问题的目标函数分析,通过利用适应度函数、地质统计原理和变差函数等优化,得到了解决地层渗透系数一类水文地质问题的罚函数,为解决欠定的反分析问题提供了一个优化评判准则,并结合粒子群算法建立优化反分析数学模型;提出利用压水试验钻孔水头变化反分析得到地层渗透系数的新方法。对南京地铁上元门车站,进行现场压水试验得到钻孔水头高度,利用经过罚函数优化的反分析数值计算获得地层渗透系数,对压水试验区域的电阻率跨孔CT探测验证了该方法区域上的正确性,该区域的钻孔原位渗透系数测试验证了该方法在数值上的准确性。结果表明,经过罚函数优化的反分析计算的准确率达到90%,说明该方法有助于得到全面的地层水文地质信息,对后续的治理具有指导作用,希望能对类似工程有一定的借鉴意义。

地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形

对地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形计算方法进行研究。考虑盾构轴线与水平面的夹角？（即隧道埋深变化）,对林存刚公式进行修正,结合正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失的共同作用,提出全新的土体垂直变形计算公式。算例分析结果表明：在隧道埋深较浅工况下,新方法计算结果与林存刚公式的计算结果差异较大,新方法计算得到的开挖面前方地面隆起和后方地面沉降均较大;盾构上仰掘进时,随着？增大,由正面附加推力、盾壳摩擦力及土体损失引起的纵向土体垂直变形曲线呈上移趋势,由附加注浆压力引起的纵向土体垂直变形曲线则呈下移趋势;地面沉降最大值变小,但地面横向沉降槽范围逐渐变大。

高地应力地下厂房预应力锚索预紧系数

为了有效控制围岩大变形,避免围岩破坏,常常对围岩变形突出的高边墙、洞室交叉口区域采用预应力锚索加固。目前,对于具有时效变形特征的高地应力、低强度应力比的地下厂房锚索预紧力相关研究尚较少报道。以锦屏一级水电站地下厂房为代表的高地应力地下厂房,在围岩开挖过程中表现出显著的时效变形特征,从而导致锚索、锚杆内力持续增加,甚至内力超出强度极限而破坏。为合理设置锚索预紧力,基于围岩时效变形特征,提出了围岩时效释放荷载计算方法,并推导了预应力锚索预紧系数计算公式。该公式可以解释不同地应力环境以及不同支护强度、不同施锚时间对锚索预紧力的影响。与锦屏一级地下厂房锚索预紧系数实际采用值对比分析可见,所提出的预紧系数公式较为合理,具有工程实践指导作用。

平推式滑坡运动距离计算模型

平推式滑坡是四川盆地红层地区和三峡库区普遍存在的一类十分特殊的滑坡。多发育于近水平砂、泥岩互层的斜坡中,岩层倾角一般仅3°~5°,最陡者也不超过10°。基于平推式滑坡的地质力学模型及运动过程分析,利用能量守恒的原理推导了平推式滑坡运动距离的理论计算公式。进行了3组物理模型模拟试验,第Ⅰ组试验模拟滑坡后部裂缝在不同宽度及水头高度作用下滑坡体的运动距离,对推导的理论公式进行校验。通过对比分析认为,平推式滑坡前缘剪出口地下水排泄状态呈少量点状排泄时,滑坡基底扬压力分布形态整体上与矩形更加接近。为了进一步校验理论公式,进行了第Ⅱ组、第Ⅲ组试验,每组分别固定初始水头高度和初始裂缝宽度,模型设置了前缘整体渗水和完全堵塞两种情况。物理模拟试验验证了理论公式的可靠性和适用性。将理论公式应用于狮子山滑坡运动距离的计算,应用结果表明计算公式适用性良好。研究成果对平推式滑坡防治具有一定的指导意义。

分幅开挖方式下高应力硬岩地下洞室的微震特性及稳定性分析

高应力硬岩大型地下洞室开挖卸荷导致围岩片帮、塌方事故频发,严重威胁现场施工人员及设备的安全。从降低围岩局部破坏风险的角度考虑,白鹤滩水电站右岸主变室第Ⅳ层采用分幅开挖方案。通过构建微震监测系统,研究分幅开挖下岩体的微震特性及稳定性,监测结果表明：上游半幅开挖诱发的微震事件、能量大于下游半幅诱发的,且上、下游半幅开挖均表现出了掌子面贯通前微震事件、能量增大的特性,这主要受两相向掘进掌子面前方支承压力叠加的影响;上游半幅开挖诱发微震事件频发且出现了丛集现象,下游半幅开挖诱发的微震事件较少且事件空间分布离散,规律性不明显;采用Schmidt数、事件活动率与累积视体积、能量指数与累积视体积评价研究区域的稳定性,结果显示,较之于应变硬化阶段,处于应变软化阶段的岩体发生不稳定变形破坏的风险较大。研究结果可为白鹤滩水电站地下洞室施工方案的优化提供重要参考,同时也可为其他类似工程的施工提供借鉴。

泡沫混凝土隧道减震层减震机制

基于泡沫混凝土隧道减震材料,通过室内试验研究了不同密度、围压、应变率条件下泡沫混凝土材料的力学特性。试验结果表明：随着密度的增加,试样的单轴破坏形态由骨架坍塌破坏逐渐转化为劈裂剪切破坏,峰后应变软化与材料脆性增强;随着围压的增加,材料强度增加且延性增强,峰后由应变软化逐渐转换为应变硬化。在中等应变率范围内（10~（-5）/s~10~（-3）/s）,随着应变率的增加,泡沫混凝土材料的强度近似呈指数增长,同时峰后残余应力增长明显,且塑性应变越大,应变率对峰后应力的影响越大。基于上述试验结果初步建立了泡沫混凝土材料的本构模型。依托嘎隆拉隧道,采用数值方法研究了减震层剪切模量、厚度及减震层-衬砌界面特性3个因素对减震效果的影响规律,相关研究成果可为高烈度区隧道工程减震层的设计提供参考。

考虑固结历史的结构性软土路基沉降数值模拟

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长期沉降,分析了土层结构性、渗透性、软土层厚度对路基沉降发展的影响。结果表明,土层初始结构性越强,加载阶段孔隙累积值越大,施工沉降越大;工后土体结构性变化越大,土层压缩越明显。土体渗透性影响路基沉降,渗透性越小,累积孔压越大,沉降时间越长,总沉降量与工后沉降占比越大。软土层厚度影响路基沉降发展,土层越厚,路基最终沉降越大,沉降稳定时间越长。

破碎岩体压实特性的三维离散元数值计算方法研究

研究破碎岩体的压实特性是矿井地下工程的基础工作之一,由于破碎岩体所处环境的隐蔽性与危险性,常采用实验室测试和数值计算的研究方法。提出了一种三维破碎岩体模型构建方法,即在3D Voronoi建立完整岩体数值模型的基础上,通过预定孔隙率,随机删除完整岩体中的块体反演破碎岩体结构,测定破碎岩体的压实特性。该方法可较真实地反映破碎岩体的块度特征、碎胀特性与压实特性,与现有研究方法有较高的吻合度,为矿山地下工程的安全控制提供了新的有效的研究方法。

基于钻孔数据的三维地层建模关键技术

在基于钻孔数据进行三维地层建模方法中,钻孔样本间地层层序不一致导致建模时难以确定各地层的拓扑关系,快速准确地确定各地层层序和充分利用钻孔数据是建模的关键难点之一。拟通过综合考虑区域内所有钻孔数据,基于地质解释方法理论,以地层出现次数频率高原则进行全自动确定地层层序。首次引入子钻孔递归思想,利用表面建模方法,自下而上逐层创建三维地层模型,可确保钻孔数据不丢失且准确地应用于地层建模中,并能适应地层尖灭、地层超覆、透镜体等复杂地质构造。该方法地学意义明确,具有鲁棒性好、运行效率高及可操作性强等特点,算法已在同济曙光软件中实现,并已在多个实际地质建模工程中得到了验证。研究结果表明,该算法能充分利用已有钻孔信息,建模过程全自动完成,对复杂地层建模亦具有较强的适应性。

三维区域地面沉降数值模拟

由于地裂缝研究及地表变形监测技术（例如GPS,In SAR等）的快速发展,抽取地下水引起的地层水平位移受到关注。传统区域地面沉降模型虽然求解快速但不能模拟水平位移;比奥模型虽然能够模拟土体的三维变形,但模型求解的计算量较大,较少应用于大尺度的区域地面沉降数值模拟。为解决以上问题,推导了解耦三维地面沉降数学模型,模型推导过程显示：比奥模型假设法向总应力和不变,则可简化为解耦三维地面沉降模型;解耦三维地面沉降模型假设土体仅有垂向一维变形,则可简化为传统区域地面沉降模型。同时通过数值试验验证了解耦三维地面沉降模型可以作为比奥模型的替代模型和传统区域地面沉降模型的改进模型,用来模拟抽取地下水引起的三维区域地面沉降。

不排水抗剪强度非平稳随机场模拟及边坡可靠度分析

边坡可靠度分析中通常假定采用平稳或准平稳随机场表征土体参数的空间变异性,然而大量现场试验数据表明,土体参数如不排水抗剪强度沿土体埋深常呈现明显的非平稳分布特征,即其均值和标准差均随埋深发生变化,因此亟需发展土体参数非平稳随机场模型及其模拟方法。针对目前不能有效单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,提出了一种有效的不排水抗剪强度参数非平稳随机场模型,并给出了土体参数二维非平稳随机场模拟方法计算流程,同时将新提出的模型与现有非平稳随机场模型及平稳随机场模型进行了系统比较。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出模型的有效性,并揭示了不排水抗剪强度非平稳分布特征对边坡可靠度的影响规律。结果表明：提出模型能够有效地单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,考虑土体参数均值和标准差随埋深增加而增大的特性,可为表征土体参数非平稳分布特征提供了一条有效的途径。此外,与采用非平稳随机场模拟土体参数空间变异性相比,采用常用的平稳随机场模型会低估边坡失效概率,从而造成偏危险的边坡工程设计方案。

深部岩石考虑残余强度时三轴试验离散元定量模拟及参数分析

深部岩石在工程中具有高应力、大变形等典型特点,因此,高围压下考虑岩石残余强度的三轴试验对于分析深部岩石力学特性具有重要意义。离散单元法是分析岩石力学特性的重要数值方法,但是长期以来采用离散单元法定量模拟岩石的三轴试验一直存在诸多挑战,即数值模拟与室内试验得到的应力-应变全过程曲线难以定量匹配。采用改进的三维胶结抗弯-扭模型对深部砂岩考虑残余强度时的三轴试验进行了定量模拟,实现了数值模拟与室内试验应力-应变全过程曲线的定量匹配,获得了岩石较大的峰值/残余内摩擦角及非线性强度包线,克服了经典BPM模型存在的3个突出问题。通过参数分析,研究了峰值/残余内摩擦角及黏聚力与离散元微观参数之间的关系,同时这些大量的算例也证明了该模型具有较高的计算效率,可以满足模拟三维室内常规试验的要求。

基于二阶功准则的岩质滑坡准静态-动态转化数值分析

地质不连续带的破坏往往对岩质边坡的失稳起控制性作用。二阶功破坏准则可以分析除振颤失稳外的所有材料失稳问题,因此,利用该准则分析了岩体不连续带的材料失稳破坏问题。首先从数学上解释了使用二阶功分析二维地质不连续带的优势;而后将二阶功破坏准则引入FLAC有限差分计算软件,并根据相关监测数据对南芬铁矿岩质滑坡进行了二维数值分析。滑坡是一个准静态到动态的转化过程,动能的突然爆发标志着准静态-动态转化的发生。二阶功和二阶动能之间存在直接关系,据此关系估算出的南芬铁矿岩质边坡动能演化曲线可以证明二阶功对岩土材料失稳破坏判别的有效性。

基于混合离散的砌石挡土墙边坡极限承载力下限分析

将极限分析下限法理论、混合数值离散思想和线性规划结合起来研究砌石挡土墙边坡的极限承载力。采用三角形有限单元离散土体来模拟土体的连续介质力学特性,构建土体静力许可应力场的约束条件,采用块体单元离散砌石体来模拟砌石体的非连续介质力学特性,构建砌石挡土墙的静力许可应力场的约束条件;同时建立有限元单元和块体单元交界面的约束条件;然后以超载系数为目标函数建立求解砌石挡土墙极限承载力的下限法线性规划模型,并使用内点算法进行最优化求解,获得边坡的极限荷载（或安全系数）和对应的应力场。通过3个算例的分析验证了所提方法的正确性。所提方法是将混合数值离散思想引入极限分析领域的一次尝试。

一种快速制备不同含水饱和度岩石试样的方法

岩石的含水饱和度对其力学参数有着较大的影响,针对目前关于制备不同含水饱和度岩样普遍存在着精度低、时间长、岩样含水分布不均匀等问题,根据化学-热力学原理,提出一种快速有效制备不同含水饱和度岩样的方法。该方法通过调节放置有岩样的恒湿负压环境的湿度,从而精确控制岩样最终稳定时组分水的逸度,以致控制岩样最终的含水饱和度。由于恒湿环境中水蒸气的逸度是恒定的,当环境中水蒸气的逸度与岩样中组分水的逸度不同时,外界恒湿环境中的水蒸气与岩样中组分水形成逸度差,当环境中水蒸气逸度小于岩样中组分水的逸度时,岩样中组分水渗出;反之,则水渗入岩样,最终岩样中组分水的逸度达到与外界恒湿环境相同的状态,制得相应含水饱和度的岩样。岩样是放置在负压环境中制备的,在负压环境中岩样孔隙中的空气减少,水蒸气在岩样中的渗透加快,从而缩短了岩样达到稳定的时间。根据气液平衡原理,岩样稳定时,岩样各个部分组分水的逸度相同,因此,制得的岩样含水分布均匀。

岩石多功能剪切试验测试系统研制

详细介绍了所研制的岩石多功能剪切试验测试系统的主要功能、技术指标和仪器组成,并开展了一系列相关力学试验。该试验测试系统主要包括试验装置、测量系统和控制系统3部分,最大法向拉伸应力为40 MPa,最大法向压缩应力为120 MPa,最大水平剪切应力为120 MPa,试样尺寸为50 mm？50 mm？50 mm;可开展多种力学试验,包括直接拉伸试验、直接剪切试验、拉伸-剪切试验和压缩–剪切试验。利用该试验测试系统对花岗岩进行试验研究,研究结果表明：直接拉伸试验中,试样发生脆性破坏,声发射信号瞬间达到峰值,破坏断面表现出拉伸破坏特征;直接剪切试验中,试样发生多次破坏,破坏瞬间声发射信号均发生突增,破坏断面表现出剪切破坏特征;拉伸-剪切试验中,试样在拉应力作用下剪切强度显著降低,声发射信号在破坏阶段表现强烈,破坏断面既有拉伸破坏特征也有一定的剪切破坏特征。上述力学试验结果,表明了所研制的岩石多功能剪切试验测试系统能够开展多种力学试验,为进一步研究岩石的剪切力学特性提供新的测试手段。

用于颗粒土微观力学行为试验的微型三轴试验仪

颗粒土的微观力学行为（如土颗粒的运动与破碎等）决定着其宏观应力-应变行为,如应变局部化、应力硬化等。为研究颗粒土的微观力学行为,开发了一台微型三轴试验装置。它的轴向加载系统由伺服控制的步进转动马达与涡轮传动的减速器组成,围压由GDS压力控制器提供,压力室采用高透光率,高强度的轻质材料制成。借助于X射线显微CT及图像处理分析技术,该装置能实现对干砂土微尺寸试样（直径为8 mm,高度为16 mm）在三轴剪切条件下微观特性的无损检测。采用该三轴试验装置对粒径为0.60~1.18 mm的LBS（Leighton Buzzard sand）试样在1.5 MPa的围压下进行了试验。结果显示,试验装置测得应力-应变曲线合理,显微CT图像特征清晰,能够用于颗粒土体微观土力学行为的试验研究。

无人机摄影测量在高陡边坡地质调查中的应用

在高陡边坡的地质调查中,测量岩体结构面的工作经常受到复杂地形的限制无法正常开展,急需一种全方位的精确测量技术。结合近年来低空低速小型无人机技术的快速发展,使用搭载单镜头的小型无人机,基于多视立体视觉算法（PMVS）和运动结构恢复算法（Sf M）对目标物进行三维重建,通过现场试验和数据后处理,总结出了一套无人机摄影测量技术在高陡边坡地质调查中的应用方法,并得到了初步的研究结论：轻小型的单镜头多旋翼无人机能够采集到有效的地形数据,在三维点云中处理使用基于最小二乘法的平面拟合算法,可以提取出准确的结构面参数,进一步将这些结构面绘制在赤平极射投影图中,能实现高陡边坡的数字化岩体产状测量。

基于毛管浸润技术的岩石孔隙率无损测试

以岩石主要表征参数孔隙率变化作为岩石损伤分析的着力点,开发了一种无损的定量分析岩土损伤的毛管浸润技术。通过对孔隙土体的毛管浸润试验研究了浸润速率、浸润面积和浸润深度随孔隙率的变化规律,提出了毛细管束模型并对毛管浸润技术的机制进行了深入研究。相对于现有的有损且不可重复测量技术,毛管浸润技术操作简便,成本低廉,且对于特定的损伤岩体,可以通过试验建立滴定参数与力学参数的联系。基于毛管束模型中毛管浸润对孔隙体下部的作用,分别建立了毛管浸润的圆柱模型1、圆柱模型2和球状模型,由上部液柱下降高度（35）h以及表面浸润面半径a推算下部孔隙体中液体浸润深度L。根据实际孔隙土体的浸润参数对上述模型进行验证计算,指出球状浸润模型能够更好地模拟实际毛管浸润过程中液体的浸润深度情况。基于毛细管束模型,由浸润参数即浸润深度与浸润速率的关系,分别建立了3种模型的孔隙率计算公式。针对球缺模型的孔隙率n？进行验算,发现计算值与实测孔隙率的误差不超过10%,指出在求解一般精度要求下的孔隙率时,用该孔隙率公式计算的结果是合理有效的。

一种适用于室内模型试验的循环加载装置研制及试验研究

设计了一套适用于室内模型试验的循环加载装置,该装置主要由水平滑动系统、动力系统以及反力架系统组成,具有稳定可靠,制造加工成本低廉,且荷载幅值和频率可调节等优点。将装置输出的实测荷载与理论值进行对比,并利用该装置对海洋风机单桩式基础进行循环荷载试验研究,结果表明：实测荷载与理论值之间的拟合相似程度为91.3%,输出荷载稳定可靠;淤泥质软土地基中单桩式基础的位移在循环加载初期增长很快之后逐渐趋于稳定,桩后土体与桩分离形成间隙,桩前及桩侧土体出现径向裂纹;桩身弯矩会随着加载次数的增加而呈现累积增加的趋势,最后逐渐趋于稳定,桩身最大弯矩出现在土表下4D~5D（D为桩径）。基于以上结果表明,该循环加载装置设计合理、能够提供稳定可靠的荷载,且能满足模型试验的要求。

《岩土力学》2017年第3期被EI收录论文（38篇,收录率100%）