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《岩土工程学报》2021年第5期中文摘要
日期:2021年04月27日 13:40:28点击数:字号:【

换填及排水改造对北疆输水渠道稳定性的影响

邓铭江1,蔡正银2,3,郭万里*3,黄英豪2,3,张  晨3

(1. 西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 710048;2. 彩神app下载安卓版土石坝破坏机理与防控技术水利部重点实验室,江苏 南京 210024;3. 彩神app下载安卓版岩土工程研究所,江苏 南京 210024)

摘  要:北疆渠道渗漏严重,膨胀性渠基土性质易劣化,使得渠道滑坡频发。为解决这一难题,建管部门对渠道进行了渠坡换填改造,同时在渠底设置了渗水抽排系统。通过室内试验和数值计算,分析了改造后渠坡的稳定性,得到如下结论:①换填料白砂岩的性质较为稳定,抗剪强度指标c,φ值基本不受干湿循环、冻融循环的影响;②滑弧由渠底贯通到渠顶,主要穿过内部的膨胀土层,而膨胀土的性质会随着“湿干”循环而劣化,仅在渠坡表层设置0.5 m厚的碎石和1.5 m厚的白砂岩换填层起到的抗滑作用较低;③渠道改造后滑坡发生量减小、渠坡稳定性提高,主要是排水体系的作用,将渗水及时抽排,降低膜后水位,保障了渠道内部膨胀土性质不再劣化,显著提高了渠道的稳定性;④为了保障渠道的长期稳定性,建议对渠道渗水进行持续抽排作业,将膜后水位控制在2 m以内。

关键词:北疆;输水渠道;换填;排水改造;稳定性

地下连续墙成槽整体稳定性的工程评价方法

黄茂松1,2,王鸿宇1,2,谭廷震1,2,李耀良3

 (1. 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;3. 上海市基础工程集团有限公司,上海 200002)

摘  要:当前分层地基中地下连续墙成槽整体稳定性验算多采用水平条分法。当槽段宽度与成槽深度比相对较小时,三维水平条分法所给出的计算结果可能偏于不安全。此外,验算时一般采用有效抗剪强度指标并按水土分算原则验算成槽稳定性。然而在当前我国大量的工程实践中,地质勘察报告往往仅提供直剪固结快剪强度指标,如何结合工程实践现状验算槽壁稳定性值得进一步的研究。首先介绍了水平条分法的理论框架,并详细讨论了水平条分法与楔形体滑体模式的内在联系。随后结合某一现场试验展开案例分析,指出了饱和黏土中三维楔形体模式存在的不足,并提出一种基于三维等效楔形体的改进方法。最后结合10个工程案例的验算结果,分析了二维与三维水平条分法在计算结果上的差异,以及强度指标选取和水土压力计算原则对分析结果的影响,为今后的工程实践提供参考。

关键词:地下连续墙;成槽稳定性;水平条分法;强度指标;安全系数

基坑施工对邻近运营隧道变形影响全过程实测分析

许四法1,周奇辉2,郑文豪3,朱永强2,王  哲*1

(1. 浙江工业大学岩土工程研究所,浙江 杭州 310023;2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122;3. 浙江国联建设有限公司,浙江 杭州 310052)

摘  要:既有运营地铁隧道因邻近基坑施工发生变形,对地铁隧道正常使用和安全运营带来不利影响。根据基坑施工期间邻近运营地铁隧道变形监测数据,对隧道变形从基坑围护结构施工开始至开挖结束进行了全过程分析。研究结果发现:TRD施工对邻近隧道存在挤土作用,隧道呈现“水平收缩,竖向拉伸”变形模式;三轴水泥搅拌桩施工引起隧道向基坑方向位移;地下连续墙施工对邻近隧道相当于侧向卸荷作用,隧道呈现“水平拉伸,竖向收缩”变形模式。围护结构与基坑开挖施工间隙产生的道床沉降量占总道床沉降量比例最大,达到了70.24%;隧道水平位移在围护结构施工阶段增加量最为突出,占总水平位移量43.81%;隧道收敛在基坑开挖阶段增加量最大,占总隧道收敛量的55.26%。建议类似工程根据隧道变形发展规律,制定不同施工阶段变形控制措施,使邻近隧道各项变形处于安全、可控范围。

关键词:基坑施工;隧道;围护结构;基坑开挖;全过程分析

山岭隧道洞口段地表沉降时序预测研究

王述红,朱宝强*

(东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819)

摘  要:地表沉降监测值具有复杂性及非线性动态变化特征,以往静态模型预测时常存在易受历史监测数据干扰且模型输入权值及阈值选择较为困难的问题,鉴于此,提出一种洞口段地表沉降动态预测方法。利用3次样条函数插值法将监测数据等距化,并结合时序分析理论和变分模态分解(VMD),将地表沉降分解为趋势项和随机项位移;通过采用灰狼优化算法(GWO)对在线贯序极限学习机模型(OSELM)的权值及阈值进行优化,建立了GWO-OSELM动态预测模型,分别对位移分量进行预测;以重庆市兴隆隧道洞口段为例,利用该模型进行预测,并与传统模型进行对比,最后探讨了激励函数的选择对模型预测性能的影响及随机项位移的部分影响因素。结果表明:非等距时序数据预处理后,模型能够有效地对位移分量进行预测,预测精度高、误差小,且Sigmoid激励函数更适合该模型,而地表沉降速率和拱顶下沉速率对随机项位移有重要影响。可为山岭隧道洞口段地表沉降的长期预测提供一种新的思路和方法。

关键词:山岭隧道;地表沉降;非等距时间序列;变分模态分解;灰狼优化;在线贯序极限学习机

频发微震下含水率对堆积体斜坡动力响应规律及失稳模式的影响

杨忠平1,2,3,李诗琪1,2,3,李万坤1,2,3,李  进1,2,3,胡元鑫4

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学),重庆 400045;3. 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室(重庆大学),重庆 400045;4. 渝武机场建设指挥部,重庆 401120)

摘  要:近年来,三峡库区微小地震频繁,同时库区堆积体斜坡广泛分布,频发微震作用下堆积体斜坡的稳定性值得关注。堆积体的含水率是影响斜坡稳定性的重要因素之"一。通过振动台物理模型试验,揭示频发微震作用下三峡库区巨厚堆积体斜坡土体含水率对斜坡动力响应及失稳模式的影响。结果表明:模型斜坡在频发微震作用下发生“阶梯状”滑出破坏,变形演化过程:裂缝产生并发育→裂缝扩展→上部裂缝贯通(上部滑体发生滑动)→底部滑动面贯通(斜坡失稳破坏);裂缝贯通导致斜坡堆积体滑出的过程中,高含水率模型发生“局部整体式”破坏,低含水率模型发生“溃散式”破坏;坡体加速度响应表现出明显的趋高趋表效应,导致斜坡坡肩位置率先出现裂缝,含水率增大对这些效应具有促进作用。

关键词:频发微震;堆积体斜坡;含水率;振动台试验;动力稳定性;失稳模式;三峡库区;滑坡

 剪切速率和法向加载频率对筋土界面剪切特性的影响

刘飞禹1,朱  晨1,王  军*2

(1. 上海大学土木工程系,上海 200444;2. 温州大学建筑工程学院,浙江 温州 325035)

摘  要:加筋土结构在道路工程中广泛应用,而车辆等动荷载对筋-土界面相互作用特性的影响不可忽略。采用动态直剪仪开展了一系列法向循环荷载作用下的砾石-土工格栅界面直剪试验。试验研究了4种剪切速率(0.1,1,5,10 mm/min)、4种法向加载频率(0.1,0.5,1,2 Hz)以及3种法向初始应力(20,40,60 kPa)对筋土界面剪切特性的影响。试验结果表明:法向循环荷载下的剪切应力及法向位移呈周期性动态变化;上峰值应力、上残余应力及剪切应力幅值随频率的增大而减小,随剪切速率的增大而增大,而下剪切应力受影响较小;剪切应力和法向应力的峰值相对时间差分别在频率为0.5 Hz和速率为1 mm/min时最大,而摩擦系数与法向应力的相对时间差约为0.5个周期;上峰值摩擦角随频率的增加而减小,随剪切速率的增加而增大。

关键词:筋土界面;法向循环荷载;剪切速率;加载频率

冻融环境下红砂岩三轴蠕变特性及其模型研究

宋勇军,张磊涛*,任建喜,陈佳星,车永新,杨慧敏,毕  冉

(西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西 西安 710054)

摘  要:为研究寒区岩体工程在冻融循环与长期荷载耦合作用下的时效力学特性,对不同冻融循条件下的饱和红砂岩进行分级加卸载三轴蠕变试验,研究冻融循环对岩石蠕变特性的影响。结果表明:冻融循环对红砂岩蠕变变形的影响与加载应力水平有关。低应力水平下,岩石黏弹性应变随冻融次数的增加近似线性缓慢增长;而高应力水平时则呈非线性增长;黏塑性应变随冻融次数的增加均呈近似线性增长,第四级加载应力水平(70%)为红砂岩蠕变变形特征的分界点。红砂岩稳态蠕变速率随冻融循环次数的增加呈指数型增长。根据红砂岩蠕变试验结果,建立考虑冻融循环作用影响及蠕变损伤的冻融-损伤蠕变模型,得到三维应力状态下岩石蠕变本构方程;对模型进行验证及参数识别,理论值与试验值吻合较好;分析了冻融循环作用对模型参数的影响。研究结果为寒区岩体工程的建设及长期稳定性分析提供理论依据。

关键词:红砂岩;冻融循环;分级加卸载蠕变试验;蠕变特性;蠕变模型

基于改进最小势能法的水平–竖向立体筋边坡稳定性分析研究

蒋建国,陈  媛,刘孙光,赵发嘉

(中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075)

摘  要:基于改进的最小势能算法提出了一种应用于水平–竖向(horizontal-vertical,简称H-V)立体筋边坡稳定性分析的新方法。在建立边坡支护系统的势能函数时考虑水平筋的摩擦势能、线弹性应变能以及竖筋变形势能的影响。通过单元体虚位移方向的静力平衡方程分析加筋边坡剪切势能,构建了适用于施加水平筋和H-V立体筋边坡的势能计算模型。通过计算系统势能最小时的虚位移进而求解边坡安全系数,简化了加筋边坡的分析过程,提高了计算效率,经与已有文献计算结果进行对比分析,证明计算方法的可行性。分析了不同土体强度参数黏聚力和内摩擦角对加筋边坡稳定性的影响,为立体加筋技术在工程中应用和推广提供参考。

关键词:改进最小势能法;边坡稳定性;水平–竖向体筋(H-V筋);安全系数

移动荷载作用下横观各向同性层状地基–薄板结构动力响应半解析研究

冯  多1,徐林荣*1,2,蔡  雨1,苏  娜1

(1. 中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075;2. 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室,湖南 长沙 410075)

摘  要:为研究各向异性和动载参数对层状地基–薄板结构动力响应的影响规律,在已有各向异性弹性动力学理论的基础上,利用积分变换及矩阵分析理论,获得移动矩形简谐荷载作用下横观各向同性层状地基–薄板(无限大)结构的稳态动力响应半解析解答。通过对比既有算例所得结果,验证半解析解的准确性,进而对板体位移动力响应进行参数分析。结果表明:各向同性、横观各向同性假设下的计算结果存在较大差异。移动荷载较静载使板体位移幅值不对称分布,且存在临界速度使荷载作用区域幅值最大。荷载激振频率增大会减小板体竖向位移的响应范围。第一层地基的各向异性水平相较其余层对板体位移影响较大,增大其n值(水平、竖直弹性模量比)可改善板体在动力作用下的位移响应分布特征。

关键词:移动荷载;横观各向同性;层状地基;弹性薄板;半解析解

自升式平台插桩对邻近平台桩基础的影响研究

张海洋1,刘  润*1,贾沼霖2

(1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072;2. 河北工程大学河北省智慧水利重点实验室,河北 邯郸 056038)

摘  要:自升式钻井平台可以往返于不同油气田实施钻修井作业,其作业地点常常紧邻导管架等固定平台,桩靴插桩导致的挤土效应会使邻近固定平台的桩基础受到附加水平荷载,这一荷载在桩基设计中并未考虑,因此成为平台稳定性的安全隐患。为此开展了离心模型试验,研究黏性土中不同桩靴插桩深度对不同距离桩基的水平变形影响;分别建立了基于球孔扩张理论及非线性地基梁模型的两阶段理论算法和基于三维CEL模型的大变形有限元分析法,求解了桩靴插桩导致的邻近桩基桩身附加弯矩及位移。对比离心试验结果,两种方法预测的桩身附加弯矩及水平位移均与实测值较为吻合,证明了分析方法的可靠性。同时发现桩靴插桩导致的桩身附加应力达到51 MPa,表明自升式平台插桩作业对邻近平台桩基础的影响不容忽视,最后给出了理论算法与大变形法在实际工程使用中的一些建议。

关键词:平台插桩;桩靴-桩相互作用;离心模型试验;弯矩;位移

单薄山体岩质高边坡爆破振动响应分析及安全控制

孙鹏昌1,2,卢文波*1,2,雷  振3,陈  明1,2,李瑞泽1,2,李福千3

(1. 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;2. 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072;3. 中国水利水电第八局工程局有限公司,湖南 长沙 410004)

摘  要:针对赤湾山高边坡爆破振动响应问题,开展了爆破振动实测数据分析和动力有限元数值模拟,分析了单薄山体岩质高边坡的爆破振动响应特征。结果表明:幅值方面,迎爆侧坡面存在明显的爆破振动高程放大效应,高程放大效应测点的主振方向偏于垂直坡面走向;背爆侧坡面爆破振动随爆心距增加整体呈衰减趋势。持续时间方面,迎爆侧坡面爆破振动完整波形持续时间和优势振动持续时间均随水平爆心距和高程增加而显著延长;坡顶附近,测点起振时刻越晚,其爆破振动峰值反而越大。频率方面,赤湾山边坡自振频率远大于常见单面边坡的自振频率;随水平爆心距和高程增加,迎爆侧坡面爆破振动视主频整体呈衰减趋势,优势频带由100 Hz左右衰减至15 Hz左右,且落在边坡固有频率内。结合赤湾山高边坡爆破振动响应特征和工程实际,采取电子雷管起爆网路、优化开挖程序和抵抗线方向、边坡支护防护等措施控制爆破振动。

关键词:岩质高边坡;爆破振动;单薄山体;放大效应;时频分析;振动控制

考虑颗粒破碎的钙质砂边界面循环本构模型

王兆南1,2,王  刚*1,2,叶沁果1,2,查京京1,2

(1. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆 400045;2. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045)

摘  要:钙质砂作为一种海洋生物成因的易破碎材料,由其构成的地基在海洋环境下长期受到动荷载的作用,故模拟钙质砂在循环荷载作用下的颗粒破碎及其对应力应变行为的影响具有重要意义。将引起塑性应变和颗粒破碎的机制分解为两种:有效球应力增加引起的压缩机制和剪应力比变化引起的剪切机制。压缩机制引起的颗粒破碎可由Hardin公式模拟,为适应复杂应力路径,在Hardin公式的基础上建立了增量型的压缩破碎模型。剪切机制引起的颗粒破碎满足两个“递减率”:①在每一个单向剪切过程中,颗粒破碎的累积速率总是在单向剪切起始处最大,并随着单向剪应变的增加而减小;②在总的剪切过程中,颗粒破碎的累积速率随颗粒破碎量的增大而逐渐减小。在边界面本构模型框架中引入所建立的压缩和剪切破碎模型,通过随颗粒破碎量移动的临界状态线反映颗粒破碎对模量、强度和剪胀等应力应变行为的影响,建立了一个考虑颗粒破碎的循环本构模型。通过对钙质砂的单调和循环三轴试验结果的模拟初步验证了所提出本构模型的合理性。

关键词:钙质砂;颗粒破碎;循环荷载;边界面;本构模型

不同物态配比碱渣-粉煤灰混合料强度特性

马加骁1,闫  楠*1,2,白晓宇1,2,张明义1,2,刘俊伟1,2,王永洪1,2

(1. 青岛理工大学土木工程学院,山东 青岛 266033;2. 山东省高等学校蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心,山东 青岛 266033)

摘  要:为改善传统碱渣土填筑方法工艺复杂、耗时较长的缺点,以山东海化集团的碱渣和粉煤灰为原材料,对不同物态和配比的碱渣土进行了室外填筑试验,并通过室内试验对液相填筑碱渣土的均匀性和强度进行改良。采用击实试验、轻型动力触探试验、便携式可变能量动力触探试验对现场填筑碱渣土的强度特性进行测试表征;采用自制的沉淀器模拟液相碱渣土的一维固结沉降,对液相填筑碱渣土的均匀性和强度进行改良和测试。结果表明,碱渣与粉煤灰固体的最优质量配比为7∶3,其最大干密度和最优含水率分别为0.88 g/cm3,64%。碱渣土液相填筑具有可行性,且液相填筑碱渣土的土体强度及均匀性明显优于液相-固相填筑的碱渣土。液相填筑的碱渣土存在一定的分层现象,电离子土壤固化剂能进一步提高土体均匀性,其最优掺量为0.019%。在碱渣土中掺入7%的石灰粉能有效激发粉煤灰活性,大幅提高碱渣土的承载能力。试验结果可指导碱渣土的填筑施工,进一步提高碱渣土的填筑效率和质量。

关键词:碱渣;粉煤灰;填筑方法;室外试验;改良试验

一种基于边界面的饱和软黏土弹塑性动本构模型

冯双喜1,雷华阳*1,2,3

(1. 天津大学建筑工程学院土木工程系,天津 300354;2. 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300354;3. 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室,天津 300354)

摘  要:弹塑性动本构模型对循环荷载作用下路堤和地基基础的设计具有重要意义,构建兼顾实用性和通用性的动本构模型是目前岩土工程设计面临的主要问题。在临界状态和边界面理论框架下建立了综合表征饱和软黏土循环退化、非线性、滞回和变形累积特性的弹塑性动本构模型。在–q空间中,将参数n,ξ引入剑桥边界面方程,提出了反映水滴形和类椭圆形的广义剑桥边界面方程,统一了边界面形状。结合三角形相似原理建立了加载面和屈服面之"间映射关系,形成了考虑循环退化模量场。通过常规的室内试验,确定了模型中9个参数。开展了等向循环加载和不等向循环加载的动三轴试验和数值模拟,分析了饱和软黏土应力–应变关系和应力路径,研究结果证明了试验结果与模型预测结果基本一致,模型可合理分析饱和软黏土的循环退化、非线性、应变累积和滞回特性。

关键词:饱和软黏土;动本构模型;边界面理论;广义剑桥边界面方程;循环退化

基于LBM-IMB-DEM分析岩土多孔介质的渗透淤堵特性

金  磊1,曾亚武2,程  涛1,李晶晶1

(1. 湖北理工学院土木建筑工程学院,湖北 黄石 435003;2. 武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072)

摘  要:岩土多孔介质中发生的渗透淤堵本质上是渗流与颗粒耦合作用的结果。开发了适用于岩土渗流-颗粒耦合模拟的格子Boltzmann方法-浸入运动边界-离散元法(LBM-IMB-DEM)数值计算平台并对岩土多孔介质的渗透淤堵过程开展了孔隙尺度的模拟,分析了多孔介质骨架颗粒分布、骨架颗粒粒径、孔隙率、骨架颗粒定向性及水压力等因素对其渗透淤堵特性的影响。结果表明:多孔介质中骨架颗粒的空间分布不同,其渗透淤堵特性也有所区别;多孔介质的骨架颗粒粒径或孔隙率越小,淤堵后的滞留颗粒越多,淤堵越严重;骨架颗粒定向性对淤堵特性有一定影响,当骨架颗粒为条形且其长轴与流动方向垂直时淤堵最为严重;随水压力增大,淤堵后滞留颗粒在多孔介质中的分布更趋于分散,淤堵更为严重;岩土多孔介质渗透淤堵的程度与其淤堵前的渗透性密切相关,透水性强的多孔介质相对不易发生淤堵。

关键词:渗透淤堵;渗流-颗粒耦合;格子Boltzmann方法(LBM);离散单元法(DEM);岩土多孔介质

岩土工程安全系数法稳定分析中的荷载与抗力

李广信

(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)

摘  要:讨论了在岩土工程的稳定分析中安全系数的定义及其不同的表示方式,指出了荷载与抗力的区分与界定的一些原则。提出在分析稳定问题时,静水下的岩土体与结构物的浮力应当与其重力具有相同身份;如用水压力计算应当与用浮力计算应得到相同的结果;对于在渗透场中的饱和土体,用其表面的水压力计算,应当与土骨架用浮力及渗透力计算得到相同的结果。指出在抗滑稳定分析中的力或力矩,作为荷载具有更大的权重,所以一些不确定性很小的反向力与力矩常常被当成负的荷载,因而用岩土材料的强度折减系数表示其安全系数可以正确地界定岩土抗滑稳定分析中的荷载与抗力。

关键词:安全系数;荷载;抗力;强度折减系数;水的作用

成都地区中等风化泥岩地基承载力取值试验研究

郑立宁1, 2, 3,陈继彬*1,周其健1,4,冯世清1,罗益斌1,沈  攀1

(1. 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610052;2. 中建地下空间有限公司,四川 成都 610073;3. 中国人民解放军陆军工程大学,江苏 南京 210007;4. 西南交通大学,四川 成都 611756)

摘  要:成都地区分布着俗称“川中红层”的中等风化泥岩,规范DB51T5026建议此类泥岩地基承载力特征值fa按岩石单轴抗压强度frk折减法确定,建议取值500~1000 kPa,而实践证明计算方法合宜性差且建议值偏低,但是更为合理的取值研究至今鲜有突破。通过对24个场地约100个原位平板载荷试验与同条件岩石单轴抗压强度试验工程案例进行对比分析,讨论了成都地区中等风化泥岩fa计算公式中ψ值取值及其与fa的相关关系。然后,依托成都高新区在建的某超高层建筑项目,进一步联合原位平板载荷试验(9组)和旁压试验(17孔),探讨了中等风化泥岩地基承载力取值影响因素及旁压实施的可行性。研究结果表明:成都地区中等风化泥岩地基承载力特征值fa普遍在1500~2500 kPa区间,折减系数呈现出随单轴抗压强度增加而递减的趋势,一般为0.37~0.7;对于相似性状的泥岩,平板载荷试验、钻孔旁压试验确定的泥岩fa可互为印证,试验值受承压板直径影响不显著。研究成果建议了成都地区中等风化泥岩地基承载力取值,同时提出了以单轴抗压强度或旁压试验结果作为设计依据的建议,实践证明其具有较强的适用性,对充分发挥红层软岩承载力具有一定的工程意义。

关键词:中等风化泥岩;承载力;单轴抗压强度;载荷试验;旁压试验

基于电镜成像原理的黏土微结构参数提取方法

申志福1,孙天佑1,白宇帆1,蒋明镜2,周  峰*1

(1. 南京工业大学交通运输工程学院,江苏 南京 210000;2. 天津大学建筑工程学院土木工程系,天津 300350)

摘  要:土体受静、动力作用发生变形的过程必然伴随着微观结构的变化。土体微结构变化的定量化描述是宏微观土力学中非常重要且具有挑战性的内容。提出了一种基于电镜扫描原理、从扫描图像中提取黏土微观结构局部几何信息的方法。首先基于电镜扫描过程中成像二次电子的产生数量、不同逸出方向的电子流强度基本原理和描述方程,从理论上建立了“高亮—阴影”过渡区电镜扫描图像的灰度与上、下两搭接黏土片的相对倾角、间距等局部黏土片排列几何参数间的理论关系。随后将该方法用于真实扫描图像分析,成功提取出成对黏土片的间距和相对倾角,理论预测的遮挡因子—距离关系与实测关系规律一致,证明了该方法的可行性;理论上,该方法受电镜扫描图像中常见的欠“曝光”、过“曝光”、随机噪声缺陷影响较小。

关键词:黏土;微观结构;电镜扫描;SEM图像;几何参数

基于FBG技术的増材制造土体内部变形特征研究

王南苏1, 2, 3,洪成雨*1, 3,朱  旻1, 3,张一帆4,王  俊1, 3

(1. 深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518060;2.上海大学力学与工程科学学院土木工程系,上海 200444;3. 深圳大学未来地下城市研究院,广东 深圳 518060;4. 香港理工大学3D打印研究中心,香港)

摘  要:将布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)传感器植入3D打印土体内部,开展3D打印不同阶段的土体应变变化特征研究。试验中主要考虑3个阶段,包括3D打印阶段、土体室内烘干阶段、单轴抗压试验阶段。试验中主要考虑改变土体的3D打印填充密度,分别为40%,60%,80%,100%。试验结果表明:増材制造技术打印的土体可根据FBG传感器测得的内部变形特征划分3个典型阶段,包括打印-横向膨胀变形阶段,土样干燥-变形收缩阶段,稳定的残余变形阶段。研究发现:①打印阶段中,土样的侧向变形与填充密度呈线性变化,且变形具有突变特征。100%填充密度土体应变增量是40%填充密度土体的4倍;②干燥阶段中,土样收缩变形呈现先非线性下降后伴随稳定阶段的现象,填充密度的提高导致收缩应变增大,伴随出现残余应变的时间发生滞后;③单轴抗压试验阶段,土体横向变形呈现急剧上升的现象,测得的横向变形与填充密度亦呈现线形关系。FBG传感器的结果显示,当填充密度从40%提高到100%时,土体的侧向破坏应变提高了1.1倍。

关键词:増材制造;布拉格光纤光栅;土体;变形特征

饱和黏土中不同刚度单桩水平循环加载离心试验

李  森1, 3, 4,俞  剑1, 2,黄茂松*1, 2

(1.同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;3.中交第三航务工程局有限公司,上海 200032;4.中国交建工程结构重点实验室,上海 200032)

摘  要:对正常固结黏土中具有不同桩土相对刚度单桩基础的水平静力及循环承载特性开展离心试验研究。在相同土层及桩基埋深条件下,通过调整模型桩材料及桩身截面几何尺寸,实现桩土相对刚度调节,对比组包括刚性桩、柔性桩和半刚性桩。在加载试验前执行T-bar循环插拔试验,各组试验土体强度与弱化参数一致,验证了制样的可靠性。桩基归一化荷载–位移曲线初始刚度和归一化极限承载力均随桩土相对刚度系数增大而增大,表明桩土相对刚度系数可用于描述水平受荷桩静力承载特性。尽管刚性桩刚度受循环荷载的影响更大,其循环稳定桩侧刚度仍显著优于柔性桩结果。循环稳定桩侧刚度与静力刚度比值随桩土相对刚度增大而减低,从长期刚度控制的角度,不断增大桩径不利于长期稳定承载,可通过增大桩基埋深提升长期承载的稳定性。

关键词:饱和黏土;水平受荷桩;循环加载;桩土相对刚度

不同膜厚复合土工膜的蠕变特性及模型研究

杨  武1,2,侍克斌*1,2,何建新1,2,刘  亮1,2,杨海华1,2

(1. 新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆 乌鲁木齐 830052;2. 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830052)

摘  要:复合土工膜被广泛使用于土石坝中,其长期变形性能对结构安全及稳定性至关重要。通过长达90 d的蠕变试验,对比分析了复合土工膜在不同厚度下的蠕变规律,对典型的经验蠕变模型进行了归纳分类,综合蠕变试验结果,提出了基于厚度水平的经验蠕变模型,验证了其适用性与可靠性;通过理论分析,提出了三参数黏弹性本构模型,应用Marquardt优化迭代算法及全局最优化求解模型参数,论证其合理性。结果表明:荷载施加瞬时位移量迅速增加,并随时间的增加应变增量逐渐减小,最后趋于稳定;当荷载为膜厚0.4 mm最大拉伸荷载的60%时,膜厚每增加0.1 mm,长期稳定时应变降低约6%;提出基于厚度的经验蠕变模型可有效反映应变与时间的关系,初始阶段的拟合效果更好;黏弹性本构模型中,厚度较薄时kelvin体对变形的影响更大,厚度较厚时弹性系数E1对变形的发展发挥着主要作用,本构模型能够较准确的反映材料蠕变的最终应变量。经验蠕变模型与本构模型结合可较好的预测不同厚度水平下复合土工膜的整体变形。

关键词:复合土工膜;蠕变性能;本构模型;长期变形

不同温度下水化针刺GCL+GM复合衬里的剪切特性

韩卓韦1,2,林  海*1,2,施建勇3

(1. 南昌大学建筑工程学院,江西 南昌 330031;2. 江西省尾矿库工程安全重点实验室,江西 南昌 330031;3. 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室(河海大学),江苏 南京 210098)

摘  要:针刺GCL和糙面土工膜(GM)组成的复合防渗衬里应用广泛,其在用于处置矿物冶炼废物或固体废弃物等情况时可能面临变化的温度环境。针对复合衬里剪切强度的温度效应问题,利用大尺寸温控水浴直剪仪对水化针刺GCL+GM复合衬里开展了不同温度下不限定剪切破坏面的整体剪切试验。获得了复合衬里在10℃~70℃温度范围内的剪切强度,揭示了复合衬里在不同水化温度条件和法向应力下的剪切破坏特征。试验结果表明:复合衬里的应力位移曲线在所有测试温度下都表现出明显的峰值和后峰值软化现象;复合衬里的峰值剪切强度和大位移抗剪能力均在接近室温的20℃条件下达到最大值,升高或降低温度都将使得复合衬里的剪切强度出现明显减小;温度环境的改变对复合衬里的剪切强度和破坏模式影响显著,温度效应对含土工合成材料边坡稳定安全的影响应引起重视。

关键词:温度;针刺GCL;复合衬里;剪切强度;破坏特征

基于岩芯图像深度学习的矿山岩体质量精细化评价

刘飞跃1,刘一汉2,杨天鸿*1,信俊昌2,张鹏海1,董  鑫1,张海涛3

(1.东北大学资源与土木工程学院岩石破裂与失稳研究所,辽宁 沈阳 110819;2.东北大学计算机科学与工程学院,辽宁 沈阳 110819;3.中国黄金集团内蒙古矿业有限公司,内蒙古 满洲里 021400)

摘  要:矿山工程为了获取准确的资源储量而进行的地质钻探往往会获取大量的岩芯图像,从中提取岩体结构信息进行岩体质量评价具有现实的工程意义。目前人工对钻孔岩芯进行岩石质量指标RQD的编录方法效率低下且受主观因素影响,为此首先使用Mask-RCNN深度学习实例分割网络从钻孔岩芯图像中自动识别出单排岩芯,进而从单排岩芯中识别出长度大于等于10 cm的岩芯段,进行RQD的计算;然后结合钻孔信息与地质模型,使用普通克里金插值得到可表征RQD非均匀性的块体模型,实现对岩体质量的精细化评价。乌山铜钼矿的应用结果表明深度学习方法可以准确地从岩芯图像中计算出RQD,同时地质统计学的使用可以有效地对岩体质量进行精细化表征,提出的方法在矿山工程中具有广泛的应用前景。

关键词:深度学习;岩芯图像;钻孔编录;RQD;岩体质量评价;地质统计学

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