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《巖土工程學報》2019年第1期中文摘要
日期:2019年01月18日 11:05:03點擊數:字號:【

河谷場地地震波傳播解析模型與放大效應

高玉峰

(河海大學巖土工程科學研究所,江蘇 南京 210024)

摘  要:從形態上看,自然界存在平坦、凸起和凹陷3種常見的地形及場地條件,而河谷場地是一種常見的凹陷地形,且在河谷場地修建了大量工程(如土石壩、橋梁等)。實際震害調查表明地形及場地條件對地震災害影響很大。針對河谷場地地震波傳播解析模型與放大效應,全面總結了筆者及其課題組長期以來的研究成果。主要包括以下4個方面:①提出了近源地形與場地效應的概念,用線源柱面SH波模擬入射地震波,平面波是其遠場入射的特例,構造了線源柱面SH波自由場,定義了近源激勵下的放大因子,實現了入射波波前彎曲及其地形放大效應,為其它地形和場地引起的近源放大效應研究開啟了新的可能。②構建了非對稱V形河谷地震波傳播解析模型,包括亥姆霍茲運動方程、河谷表面自由邊界條件及虛擬輔助邊界應力與位移連續條件,提出了區域分解與區域匹配分兩步走的策略,首先將整個區域分解成3個符合極坐標系的子區域,在子區域中對運動方程進行求解獲得相應的波場(含有未知系數),然后將各個子區域的波場在邊界進行匹配,利用邊界條件求解未知系數,從而獲得整個區域的波場解答以及柱面SH波的二維散射規律,揭示了非對稱V形河谷的差異放大效應,這將對建在非對稱V形河谷上的大跨度工程有著不可忽視的影響。③U形河谷在地球表面是普遍存在的,由于缺少實際地震記錄和理論研究,U形河谷的地形放大效應仍然未知。構建了U形河谷解析模型,本質上也就是亥姆霍茲方程的邊值問題,并得到了這個問題的波函數級數解,發現了U形河谷谷底對地震波的異常放大現象,改變了學術界以往認為凹陷地形底部地震動一定會衰減的不全面認識,并被用來解釋中世紀暖期亞利桑那州的大量山體落石與滑坡現象。④河谷常有沉積物(覆蓋層),覆蓋層將進一步加劇地震放大效應。構建了線源柱面SH波半圓形沉積谷解析模型,并給出了其解析級數解,發現覆蓋層對地震波有明顯的放大效應,且覆蓋層阻尼比較小時劇烈放大,這將加劇工程結構的破壞。最后,考慮河谷場地地震放大效應進行河谷兩側邊坡地震穩定性分析,及土石壩地震反應分析與壩坡地震穩定性分析,認為河谷場地地震放大效應對邊坡工程與土石壩工程抗震分析有著重要的影響。

關鍵詞:河谷場地;地震波;波函數級數解;放大效應;邊坡地震穩定性;土石壩地震反應;壩坡地震穩定性

大石峽砂礫石壩料滲透特性及其影響因素研究

陳生水1,2,凌  華1,2,米占寬1,2,苗  喆3,梅世昂1,2

(1. 南京水利科學研究院,江蘇 南京210029;2. 水利部土石壩破壞機理與防控技術重點實驗室,江蘇 南京210029;3. 中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710065)

摘  要:利用試樣截面尺寸為1000 mm×1000 mm的超大型滲透儀和Φ300 mm的常規大型滲透儀,針對大石峽面板壩筑壩砂礫石料的滲透特性開展了較為系統的試驗研究。結果表明:砂礫石料小于5 mm細粒含量對其滲透系數、抗滲透破壞能力及其破壞模式均具有重要影響;經過縮尺的砂礫石料滲透特性試驗結果將高估原型料的排水性能和抗滲透破壞能力;試樣尺寸越大,在振動壓實制樣過程中,砂礫石料中細顆粒離析至試樣表面的現象越嚴重,為提高試驗結果的可靠性,利用超大尺寸滲透儀開展試驗時,應模擬現場砂礫石料實際振動碾壓過程進行制樣;大石峽高面板壩筑壩砂礫石料小于5 mm細顆粒含量較高,滲透系數偏小,有必要在墊層區和主堆砂礫料區之間設置過渡反濾區,以提高墊層區料的抗滲透破壞能力。

關鍵詞:土石壩;砂礫石料;滲透特性

往復水平荷載作用下不同樁型單樁水平承載性能足尺對比試驗研究

鄭  剛1,2,劉  暢*1,2,劉永超3,胡秋斌1,王成博1,康谷貽1,劉彥坡1 

(1. 天津大學建筑工程學院,天津 300354;2. 濱海土木工程結構與安全教育部重點實驗室,天津 300354;3. 天津市樁基技術工程中心,天津300301)

摘  要:選取天津市漢沽區典型軟土場地,針對預應力管樁、預應力空心方樁、鉆孔灌注樁共38根足尺樁,展開現場原位土體條件下的單樁擬靜力試驗;探究各樁型足尺樁在考慮樁–土相互作用條件下受到樁頂低周往復水平荷載作用時的承載性狀及抗震性能,并基于不同樁型做出對比。通過對預應力樁、增配不同數量非預應力筋形成的復合配筋樁及灌注樁的破壞形態、荷載–位移關系、位移延性的對比分析,結果表明:常規預應力樁延性較差,呈脆性破壞;增配非預應力筋是提高預應力樁抗震性能的有效措施;復合配筋樁的位移延性及耗能能力得到顯著改善,呈延性破壞;不同配筋率的灌注樁的位移延性系數均在4.5以上,具有較好的延性及耗能性能;復合配筋樁及灌注樁的位移延性系數均隨非預應力筋配筋率的增加呈先增大后減小的趨勢,存在一個最優的非預應力筋配筋率,使得其位移延性最好。

關鍵詞:預應力樁;鉆孔灌注樁;非預應力鋼筋;擬靜力試驗;水平承載性能

飽和軟黏土固結過程中的不排水抗剪強度特性

雷國輝1,2,高  翔1,2,徐  可1,2,鄭澤宇1,2

(1. 河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇 南京 210024;

2. 河海大學江蘇省巖土工程技術工程研究中心,江蘇 南京 210024)

摘  要:集成大直徑固結儀和微型十字板剪切儀的功能,開發和研制了飽和軟黏土固結過程中可以隨時開展剪切試驗的系統裝置,考慮超孔壓隨時間和空間變化的不均勻性,在微型十字板剪切儀板頭處的空心軸桿底端配置微型孔壓計,并在大直徑固結儀中配置微型土壓力計,使其具備自動實時監測在十字板剪切試驗測點處有效應力變化的功能。利用該系統裝置,開展了飽和軟黏土在不同固結壓力作用下,固結過程中不同時點的十字板剪切試驗,實時監測了固結過程中的變形和孔壓變化過程,得到了十字板剪切試驗測點處的有效應力和不排水抗剪強度,分析了固結過程中不排水抗剪強度和有效應力之間的相關關系。結果表明,在不同固結壓力作用下,固結完成后的不排水抗剪強度與有效應力呈現出傳統的線性關系,但是,在某一固結壓力作用下,固結過程中的不排水抗剪強度卻隨有效應力的增長呈非線性增長,而且,在不同固結壓力作用下,固結壓力越大,固結過程中達到相同的有效應力時所對應的不排水抗剪強度越大。固結過程中的不排水抗剪強度并不僅僅取決于剪前固結有效應力,還與剪前孔隙比相關,孔壓消散速率小于變形速率是導致固結初期、剪前固結有效應力較小時,不排水抗剪強度較快增長的主要原因。

關鍵詞:軟黏土;固結;不排水抗剪強度;微型十字板;剪前孔隙比

基于特征應力的正常固結土三維彈塑性本構模型

路德春,李曉強,梁靖宇,杜修力*

(北京工業大學城市與工程安全減災教育部重點實驗室,北京 100124)

摘  要:在特征應力空間中,Drucker-Prager形式的強度準則可以合理描述巖土類材料的真三維強度特性,即特征應力具有以各向同性形式的表達式描述巖土類材料各向異性力學特性的功能。在特征應力空間中,利用插值函數法直接提出了正常固結土的新的屈服函數,結合筆者已在特征應力空間中提出的塑性勢函數,直接建立了正常固結土的真三維彈塑性本構模型。模型只有7個材料參數,每個參數均具有明確的物理意義,可利用室內試驗簡單確定。通過模型功能分析以及與文獻中試驗結果的對比驗證表明,本文模型可簡單合理地描述正常固結土的真三維變形與強度特性,并且可簡化為修正劍橋模型。

關鍵詞:本構模型;特征應力;真三維;非關聯流動法則

土石混合體三維細觀結構隨機重構及其力學特性顆粒流數值模擬研究

張  強1,2,汪小剛1,趙宇飛1,劉立鵬1,林興超1

(1.中國水利水電科學研究院巖土工程研究所,北京 100038;

(2. 四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗,四川 成都 610065)

摘  要:土石混合體是一種非連續、非均質、各向異性的土石混合多相介質,其力學性質極為復雜,與內部土石細觀結構密切相關。從細觀結構層次出發,運用計算機隨機模擬技術,建立了一種基于不規則塊石的土石混合體三維細觀結構重構方法,并基于FORTRAN語言開發了相應的三維細觀結構隨機模擬系統(RMS3D),在此基礎上,考慮塊石的不規則形狀,建立了土石混合體的離散元模型,并采用顆粒流程序對其開展了不同法向應力下三維直剪試驗模擬,探究了塊石空間分布對其力學特性的影響。研究結果表明:土石混合體的力學性質受內部塊石空間分布影響顯著,在相同級配和含石量下,不同塊石空間分布的土石混合體試樣的剪應力–剪切位移曲線和法向位移–剪切位移曲線均不相同,尤其是在峰后呈現出了明顯的差異,且后者開始出現差異時相對于前者滯后;另外,受剪切面上塊石阻礙的影響,由于試樣內部塊石空間石分布的不同,導致不同試樣剪切破壞后所形成的剪切帶的形態和厚度也存在一定的差異。

關鍵詞:土石混合體;力學特性;細觀結構;隨機重構;顆粒流;塊石空間分布

降雨誘發膨脹土邊坡漸進破壞研究

張良以,陳鐵林,張頂立

(北京交通大學城市地下工程教育部重點實驗室,北京 100044)

摘  要:膨脹變形是膨脹土邊坡失穩破壞的重要因素之一,研究分析降雨誘發膨脹土邊坡漸進破壞過程具有重要的實踐意義。基于膨脹應變與基質吸力增量的線性關系,將膨脹性引入非飽和流固耦合模型當中,建立一種適用于膨脹土工程的非飽和滲流場–應力場–膨脹應變場多場耦合數值計算方法。結合應變軟化模型,分析單次降雨誘發下膨脹土邊坡入滲過程以及邊坡漸進破壞全過程。結果表明,非飽和膨脹土邊坡在單次降雨誘發后,坡體發生以坡腳為起始逐漸向坡頂擴展的破壞,具有明顯的時間延后性、多層逐級后退式的特點。膨脹土的膨脹性、強度參數對坡體破壞形式具有顯著的影響,膨脹土邊坡破壞既保留了一般黏性土的共性也呈現出干縮濕脹的特殊性。

關鍵詞:非飽和;膨脹土;多場耦合;漸進破壞;后退式破壞 

密砂中圓形錨上拔承載力尺寸效應分析

陳  榕1,符勝男2,郝冬雪*1,史旦達3

(1.東北電力大學建筑工程學院,吉林 吉林 132012;2. 中國電力工程顧問集團東北電力設計研究院有限公司,吉林 長春 130021;3. 上海海事大學海洋科學與工程學院,上海 201306)

摘  要:通過模型試驗和有限單元法分析了密砂中圓形錨板上拔承載力的尺寸效應問題。分別對直徑為20,50,400 mm的錨板在埋深比為2~6時進行拉拔試驗,獲得上拔力和位移關系曲線及極限上拔力。基于不同埋深比時板徑與上拔承載力系數關系曲線,可發現:相同埋深比時,隨著錨板直徑增加,上拔承載力系數逐漸減小;且隨著埋深比增加,此現象愈明顯。考慮密砂強度隨應變發展而出現的軟化現象,對理想彈塑性Mohr-Coulomb模型進行改進,基于改進的模型對上述12個拉拔試驗進行有限元數值模擬,同時與理想彈塑性模型模擬結果進行比較。結果表明:理想彈塑性模型嚴重高估錨板上拔承載力,而考慮土體軟化的模型能夠模擬錨板上拔過程中破壞面上土體強度逐漸發揮的過程,計算得到的極限承載力與試驗結果吻合較好。尺寸效應產生的原因一方面由于應力水平對土體強度的影響,另一方面由漸進破壞引起;埋深比越大,隨著錨板直徑增加,周圍土體依次進入破壞的過程愈加明顯。

關鍵詞:圓形錨板;上拔承載力;尺寸效應;破壞模式;漸進破壞

考慮阻尼修正的Pyke滯回模型研究

劉方成1,楊  峻2,吳孟桃*1,3

(1. 湖南工業大學土木工程學院,湖南 株洲 412007;2. 香港大學土木工程系,香港;3. 天津大學土木工程系,天津 300072)

摘  要:阻尼比反映了土體滯回耗能的特性,是土的重要動力特性參數。土的滯回本構模型能同時真實反映土的動剪模量衰減和阻尼比非線性變化特性,是保證場地及土–結構體系動力響應分析精確度的關鍵。針對經典的Pyke滯回本構模型,基于文獻實測的動剪模量曲線和阻尼比曲線,研究了其對土體阻尼比的預測精確度,發現Pyke模型在大應變幅值時將顯著高估土的阻尼比。針對此缺陷,結合前人提出的基于阻尼的滯回曲線方程和Pyke模型加卸載準則,提出了考慮阻尼修正的D-Pyke滯回模型。該模型假設雙曲線形滯回曲線的飽滿程度由形狀系數確定,而后者則由當前加載曲線的滯回應變幅值所對應的實測阻尼比確定。滯回曲線的應變幅值與應力幅值之間通過骨架曲線相互關聯,而應力幅值則由Pyke所建議的加卸載準則確定。通過針對粉質黏土的循環單剪試驗結果,驗證了D-Pyke模型相比于Pyke模型能夠更為合理地同時模擬土的非線性動剪模量和阻尼比特性。模型同時繼承了Pyke模型能更好地模擬土的循環加載棘輪效應、加卸載準則簡單的優點,可為隨機動力荷載作用下土體響應問題分析提供合理的本構行為模擬。

關鍵詞:滯回本構模型;阻尼比;動力特性;不規則加載;循環單剪試驗

基于突變理論的高壓巖溶隧道掌子面穩定性研究

王志杰,高靖遙*,張  鵬,關  笑,季曉峰

(西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室,四川 成都 610031)

摘  要:為研究馬蹄形隧道前方存在正交高壓溶洞時中間巖墻的承壓能力和破壞模式,在考慮溶洞位置和尺寸對中間巖墻穩定性影響的基礎上,建立掌子面失穩破壞的圓錐臺模型,并通過勢能判據的尖點突變理論得到掌子面失穩時的溶洞臨界壓力。同時開展室內模型試驗,揭示高壓溶洞與隧道正交時中間巖墻的破壞特征,并結合數值計算對掌子面破壞模型進行了補充驗證。研究結果表明:溶洞臨界壓力隨中間巖墻厚度、圍巖等級的增大而增加,隨溶洞尺寸的增大而減小,且圍巖彈性模量的變化對中間巖體的穩定性有顯著影響;中間巖墻厚度超過0.35倍洞徑后,溶洞已不是造成掌子面破壞的主要因素;引入壓力擴散角 描述溶洞與隧道處于不同正交位置時中間巖墻的破壞形態,發現溶洞臨界壓力與靠近溶洞一側的隧道邊界曲率正相關。破壞模型貼近工程實際,所得結果與試驗基本吻合,可為高壓巖溶隧道的設計與施工提供參考。

關鍵詞:高壓巖溶隧道;掌子面破壞特征;相似模型試驗;突變模型;壓力擴散角

考慮加載速率影響的凍結含鹽砂土強度準則研究

高  娟1,2,3,賴遠明1,3,常  丹4,牛亞強5

(1. 中國科學院西北生態資源環境研究院,甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司,甘肅 蘭州 730000;

3. 中國科學院大學,北京 100000;4. 北京交通大學,北京 100044;5. 蘭州交通大學,甘肅 蘭州 730070)

摘  要:圍壓、加載速率等外部條件對凍結鹽漬土強度影響顯著。對-15℃德令哈含鹽砂土進行了一系列不同加載速率、不同圍壓下的常規三軸剪切試驗,依據廣義非線性強度理論建立了考慮加載速率影響的凍結含鹽砂土強度準則。依據試驗結果采用二次函數擬合得到了子午面上的破壞函數,分析了加載速率對凍結含鹽砂土強度及內摩擦角的影響。通過修正的Lade-Duncan強度準則給出了 平面上的破壞函數,探討了加載速率對子午面破壞函數及偏平面形狀函數的影響。提出的模型能夠反映在加載速率、壓融以及冰晶破碎等因素共同影響下的凍結含鹽砂土強度的非線性特點。

關鍵詞:加載速率;強度準則;主應力空間;凍結含鹽砂土

豎向正方形錨板水平拉拔極限承載力三維統一理論解研究

胡  偉1,2,高文華1,2,趙  璞3,劉順凱3,4,龍誠璧1,2

(1. 湖南科技大學巖土工程穩定控制與健康監測省重點實驗室,湖南 湘潭411201;2. 湖南科技大學土木工程學院,湖南 湘潭 411201;

3. 海南大學土木建筑工程學院,海南 海口 570228;4. 中南大學土木工程學院,湖南 長沙 410075)

摘  要:針對豎向正方形錨板水平極限拉拔力學機理和承載力理論研究存在人為區分淺埋、深埋,但界定標準不統一的問題,對其開展了破壞機制分析和極限承載力三維統一理論解的研究。通過板前四棱錐土核在垂直于板平面的豎直面和水平面投影三角形的形狀演化來分別反映豎向和水平向破壞機制隨土性、埋深比等因素變化的對稱性;構建了豎向正方形錨板水平極限拉拔的三維統一力學模型;依次取不同受力體進行極限力學平衡分析;推導了拉拔極限承載力三維統一理論解。與其他理論方法、試驗數據的對比驗證表明:新的力學模型很好地實現了一個模型來反映不同埋深比范圍破壞機制的連續變化規律,無需再人為區分淺埋和深埋;統一理論解計算結果不僅與室內模型試驗數據符合的很好,也和現場、大尺寸室內試驗數據吻合;較3種國外方法計算結果更加接近于實測值,且具有更小的離散性,平均值總體上偏于安全,在4種方法中表現最好。

關鍵詞:豎向正方形錨板;水平拉拔;破壞機制;三維統一力學模型;極限承載力

離子固化劑改性蒙脫土吸附水特性及持水模型研究

黃  偉1,劉清秉*2,項  偉1,張云龍1,王臻華1,DAO Minh Huan1

(1. 中國地質大學(武漢)工程學院,湖北 武漢 430074;

2. 中國地質大學教育部長江三峽庫區地質災害研究中心,湖北 武漢 430074)

摘  要:采用不同濃度離子固化劑對天然鈣蒙脫土進行改性處理,開展素土與改性土在相對濕度(P/P0)0.01~0.95區間的水汽等溫吸—脫附試驗,通過持水速率曲線、晶層d001演化曲線及紅外光譜特征峰解析蒙脫土吸附水進程中主控因素的演化規律,據此提出水合狀態變化的界限相對濕度區間,在此基礎上,分別從陽離子水化能和晶層表面水合能角度,建立了離子固化劑改性蒙脫土微觀持水方程。試驗結果表明:對于鈣蒙脫土,在0<P/P0<0.15~0.2,陽離子與水分子結合形成單層“水化殼”;在0.15~0.2<P/P0<0.45~0.5,陽離子形成2層“水化殼”;當0.45~0.5<P/P0<0.8~0.9,晶層基面進一步吸附水分子形成2層完整水化膜。在極高吸力段(ψ>200 MPa),蒙脫土持水能力只受控于層間陽離子水化作用,而在中高吸力段(15 MPa<ψ<200 MPa),晶層基面與水之間的分子作用力是影響蒙脫土表面水合能及持水性狀的主要因素。在特定吸力范圍內,離子固化劑通過改變相應的物化性質參數(陽離子交換量、比表面積)從而弱化蒙脫土持水能力。基于微觀水合機制所構建的持水方程能夠很好預測本次試驗及文獻報道的數據結果,不同吸力段的持水模型可量化表征離子固化劑對蒙脫土吸附水性狀的調控機理。

關鍵詞:離子固化劑;陽離子;晶層基面;水合機制;吸附水;持水模型

兩層三跨框架式地鐵地下車站結構彈塑性工作狀態與抗震性能水平研究

莊海洋1,任佳偉1,王  瑞1,苗  雨2,陳國興1

(1. 南京工業大學巖土工程研究所,江蘇 南京 210009;2. 華中科技大學土木工程與力學學院,湖北 武漢 430074)

摘  要:針對目前缺乏對現有地鐵地下車站結構抗震性能水平的認識,根據相關規范的規定,設計了7種研究不同場地類別,并考慮輸入地震動強度,分析了兩層三跨框架式地鐵地下車站結構的動力損傷特性及其抗震水平。結果表明,地鐵地下車站結構的彈性和彈塑性工作性態層間位移角限值分別小于地面鋼筋混凝土框架結構的對應值;同時,地鐵地下車站結構從彈性極限工作狀態到彈塑性極限工作狀態所對應的層間位移角的差值也較小,說明其抗震延性明顯比地面鋼筋混凝土框架結構的要差。基于計算結果,分析了不同輸入地震動強度下地下結構層間位移角、結構與土體的剛度比和輸入峰值加速度之間的關系,建立了該類地鐵地下車站結構層間位移角隨地下結構與地基的剛度比和輸入地震波峰值加速度變化的預測公式,以及該類地下車站結構層間位移角限值與抗震性能水平的一一對應關系,初步給出了該類地下車站結構基于層間位移角的抗震性能水平劃分和物理描述。

關鍵詞:地鐵地下車站結構;結構與地基的剛度比;抗震性能水平;彈塑性工作性態;層間位移角

凍土與結構接觸面凍結強度壓樁法測定系統研制及試驗研究

石泉彬1,2,楊  平*1,談金忠3,湯國毅3

(1. 南京林業大學土木工程學院,江蘇 南京 210037;2. 泰州職業技術學院建筑工程學院,江蘇 泰州 225300;

3. 江蘇南京地質工程勘察院,江蘇 南京 210041)

摘  要:為探究凍土與結構接觸面凍結強度影響因素及其影響規律,依據接觸面凍結強度傳統定義,應用壓樁法原理研制凍土與結構接觸面凍結強度測定系統,并利用該系統開展多影響因素條件下接觸面凍結強度測定試驗研究。試驗研究表明:凍土與結構接觸面凍結強度呈現脆性破壞及應變軟化,殘余強度呈周期性波動及衰變等典型特征;凍土與結構接觸面凍結強度受接觸面溫度和粗糙度影響顯著,在試驗溫度范圍內,分別呈線性和對數函數關系。利用埋設于抗壓樁身側面的微型土壓力傳感器,揭示了接觸面壓應力沿樁身分布規律,以及接觸面壓應力隨凍結時間、剪切位移變化規律,并將其與接觸面溫度、凍結強度等變化規律進行對比分析和驗證。

關鍵詞:凍結強度;壓樁法;測定系統;凍土;接觸面

不同填料土工織物散體樁樁體單軸壓縮試驗

陳建峰1,花嘉嘉1,馮守中2

(1. 同濟大學地下建筑與工程系,上海 200092;2. 武漢廣益交通科技股份有限公司,湖北 武漢 430074)

摘  要:選用碎石、圓礫和砂3種填料,以及5種不同強度的聚丙烯土工編織布套筒,制備成15組尺寸為?300 mm×600 mm,填料壓實度?=0.9的土工織物散體樁,對樁體進行單軸壓縮試驗,以研究不同填料土工織物散體樁在軸向荷載作用下的強度特性。研究結果表明:不同填料樁體在單軸壓縮下具有不同的破壞模式,碎石填料局部刺破編織布套筒形成較大破口,圓礫填料致套筒橫向筋絲斷裂、縱向筋絲分離,而砂填料致套筒橫向筋絲斷裂較均勻且無明顯破口。樁體強度與筋材和填料強度均呈正相關關系,3種填料樁體軸向應力–應變曲線在加載初期因填料受到初始壓密而略有上凹,而后近似線性增長至樁體強度,峰值強度后呈現應變軟化現象;綜合本文試驗數據及前期所做的單軸、三軸壓縮試驗數據,修正了樁體強度理論計算公式,得到的樁體強度修正值與試驗值吻合較好。

關鍵詞:土工織物散體樁;單軸壓縮試驗;應力–應變曲線;樁體強度;填料

圍壓對TBM滾刀破巖影響的數值模擬研究

翟淑芳1,曹世豪1,周小平2,畢  靖2

(1. 河南工業大學土木建筑學院,河南 鄭州 450000;2. 重慶大學土木工程學院,重慶 400045)

摘  要:采用一種新的無網格數值計算方法—廣義粒子動力學法(GPD),研究了水平方向圍壓為0,5,10,15,20 MPa條件下,全斷面隧道掘進機(TBM)滾刀的破巖過程及破巖模式,分析了圍壓對巖體可掘性的影響。得到:①圍壓的存在抑制中央裂紋的擴展;②隨著圍壓的增加,赫茲裂紋的擴展方向發生偏轉,與水平面的夾角變小;③相同貫入度下,隨著圍壓的增加,滾刀法向力及其掘進指數均增加。利用GPD法分析了錦屏二級水電站隧道施工中,含節理的巖層中高地應力對TBM滾刀破巖的影響,成功模擬出高地應力下節理巖體的板裂化現象,得到高地應力能夠使巖體產生板裂化促進滾刀破巖。

關鍵詞:廣義粒子動力學;圍壓;破巖;板裂化;TBM

低溫環境下南海海底泥流的流變試驗及模型

郭興森1,年廷凱*1,2,3,范  寧1,焦厚濱1,賈永剛3

(1. 大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室,遼寧 大連 116024;2. 中國礦業大學深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室,江蘇 徐州 221008;3. 中國海洋大學山東省海洋環境地質工程重點實驗室,山東 青島 266100)

摘  要:海底泥流是海底斜坡失穩后演化的流態化滑坡體,常對海洋工程設施造成嚴重破壞,而目前針對這種泥流的流變特性研究較少,特別是考慮海底低溫環境。基于南海北部陸坡軟黏土原狀樣制備泥流,采用RST流變儀開展具有不同溫度與含水率的泥流流變試驗,引入Herschel-Bulkley模型對流變參數進行深入探討,建立考慮低溫效應與含水率變化的海底泥流綜合流變模型。進一步,通過相態轉化、布朗運動與粒際作用的理論,解釋并分析了海底泥流的流變特征及其變化機理。研究表明:與常溫條件相比,低溫環境下泥流的剪應力與表觀黏度顯著提高,且隨著剪切速率的增加差距變大,平均變化量可超過35%。這一成果可為海底泥流運動過程數值模擬與海底滑坡災害預測提供科學依據。

關鍵詞:南海;海底泥流;低溫流變試驗;綜合流變模型;流變機理

南寧地鐵區域飽和圓礫土大型動三軸試驗研究

馬少坤1,2,王  博1,劉  瑩1,2,邵  羽1,3,5,王洪剛1,王艷麗*4

(1. 廣西大學土木建筑工程學院,廣西 南寧 530004; 2. 廣西大學工程防災與結構安全重點實驗室,廣西 南寧 530004;

3. 廣西新發展交通集團有限公司,廣西 南寧 530029;4. 長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室,湖北 武漢 430010;5. 廣西路橋工程集團有限公司,廣西 南寧 530029)

摘  要:以南寧地鐵區域圓礫層土質為研究對象,對飽和狀態下的圓礫土開展了一系列大型排水動三軸試驗,分析了相對密實度、動應力幅值和振動次數對飽和圓礫土累積應變、應力–應變滯回圈和孔壓的影響。研究表明,飽和圓礫土累積軸向應變 –振動次數N曲線在動應力幅值較小時為穩定型曲線,呈雙曲線增長規律,其參數 與初始相對密實度Dr呈線性關系;動應力幅值較大時為破壞型曲線,呈冪函數增長規律。飽和圓礫土應力應變滯回圈形狀呈雙直線型,其面積在動應力幅值較小時隨著振動次數的增加先增大后減小,其割線模量隨著振動次數的增加先減小后增大。飽和圓礫土的孔壓在動應力幅值較小時隨著振動次數的增加先增大再減小,且循環加載后期Dr=0.5試樣的孔壓大于Dr=0.3和Dr=0.7試樣的孔壓,這與不同初始相對密實度條件下粗粒土的破碎特性有關。

關鍵詞:飽和圓礫土;大型動三軸試驗;動力特性;相對密實度

含水率變化下壓實路基土動態回彈模量試驗研究與預估模型

劉維正1,曾奕珺1,姚永勝*2,張軍輝2

(1. 中南大學土木工程學院,湖南 長沙 410075;2. 長沙理工大學公路養護技術國家工程實驗室,湖南 長沙 410114)

摘  要:路基土動態回彈模量MR是路面設計和使用性能評價采用的關鍵參數,運營期間受含水率變化影響顯著。以壓實紅黏土為研究對象,制備了6個不同含水率和3種不同壓實度的試樣,采用濾紙法測試了不同狀態下的基質吸力,并通過動三軸試驗研究了含水率、壓實度、動偏應力和圍壓對動態回彈模量的影響。試驗結果表明:MR隨壓實度、圍壓的增大而增大,隨動偏應力增大呈非線性減小;MR隨含水率增大急劇降低,從最佳含水率增加4.5%時,不同壓實度下MR均降低約50%,動偏應力和壓實度對MR的影響隨含水率增大逐漸減弱;MR隨含水率和飽和度的變化規律與土性顯著相關,而不同土樣的MR隨基質吸力變化趨勢基本一致。進而引入基質吸力,建立了綜合考慮含水率和應力水平影響的壓實路基土MR預估模型,通過本文和文獻試驗數據證實了該模型的適用性,并基于13種土樣的試驗結果建立了模型參數與物性指標之間的經驗關系。

關鍵詞:動態回彈模量;路基土;基質吸力;預估模型;回歸分析

考慮砂土滲透性變化的吸力錨沉貫及土塞特性研究

王  胤,朱興運,楊  慶

(大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室,遼寧 大連 116024)

摘  要:吸力錨負壓沉貫過程中錨內部常常產生土塞現象,這將阻礙錨體的進一步沉貫,影響吸力錨在海床土體中的安裝深度,最終導致吸力錨承載力的降低,本研究通過1g條件下室內模型試驗研究土塞的形成機理。通過試驗模擬吸力錨水下砂土中吸力沉貫過程,借助高分辨率相機記錄錨體整個沉貫過程,同時利用微型孔壓傳感器測量錨內外負壓值隨沉貫深度變化情況。試驗過程中發現吸力錨內部土柱在向上滲流作用下發生細顆粒遷移現象,且隨著沉貫深度的增大,土塞隆起的高度逐漸增加。提出土塞的形成是由于吸力錨內部土體膨脹引起的,進而引起滲透系數的增加。本研究分析了滲透系數在錨體沉貫過程中的變化情況,并對Houlsby和Byrne提出的吸力錨砂土中沉貫吸力計算模型進行了改進,從而獲得更加準確的沉貫吸力隨沉貫深度變化關系理論計算方法,為吸力錨的工程設計和施工提供理論依據。

關鍵詞:吸力錨;沉貫吸力;土塞;滲透系數;滲流

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