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《岩土工程学报》2021年第7期中文摘要
日期:2021年07月07日 14:21:07点击数:字号:【

多孔介质中纳米零价铁运移行为的试验研究

胡黎明1,林丹彤1,劳敏慈2

(1. 清华大学水利系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;

2. 香港科技大学土木及环境工程系,香港)

摘  要:纳米零价铁是一种前景广阔的环境修复材料,目前针对应用纳米零价铁进行地下水污染修复已经开展了广泛的研究。然而,现有研究多关注于注入纳米零价铁的运移能力,对于负载污染物后纳米零价铁的迁移行为缺少研究。本文研究了磷负载前后纳米零价铁的团聚趋势以及运移能力,分析了流速、离子浓度、多孔介质粒径级配等因素对磷负载纳米零价铁运移能力的影响。结果表明,磷负载纳米零价铁的团聚趋势相对于反应前纳米零价铁较低,其运移能力则强于吸附磷之"前的纳米零价铁,这是由于吸附磷增加了纳米零价铁的表面负电荷进而阻碍了颗粒团聚。离子浓度对于磷负载纳米零价铁的运移能力有显著的影响,低离子浓度、高流速有利于磷负载纳米零价铁的运移。磷负载纳米零价铁在中玻璃珠中的运移能力强于细玻璃珠和粗玻璃珠,在天然砂中的运移能力则小于在中玻璃珠中的运移能力。利用DLVO理论以及胶体的粒桥、颗粒阻塞和表面沉积等多种滞留机理对试验中观察到的现象进行了解释。在含有高岭土的天然砂中,磷负载纳米零价铁的运移能力很弱,且沉降试验表明高岭土可以促进磷负载纳米零价铁的团聚沉降,这表明磷负载纳米零价铁有可能富集在含有高岭土的土层中。在应用纳米零价铁吸附地下水中的污染物时,应考虑污染物对于纳米零价铁运移能力的影响,并结合环境条件对该影响进行评估和控制。

关键词:纳米零价铁;地下水修复;磷负载;多孔介质;地下水条件;DLVO(Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)理论

基于拟静力推覆分析的大开车站和区间隧道地震损伤研究

许紫刚1,许成顺*2,杜修力2,吴  晔2

(1. 华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室,江西 南昌 330013;

2. 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:目前关于大开车站及区间隧道地震损伤的研究多集中于动力时程分析方面,但其呈现建模过程复杂,计算效率不高等特点。以原始大开车站、区间隧道以及新建大开车站为研究对象,首先,开展了构件层面的拟静力推覆分析,考虑地震荷载下中柱所受的荷载与约束条件,获得了不同竖向压力下中柱的抗震性能曲线;其次,开展了土–结构体系的拟静力推覆分析,采用改进的地下结构Pushover分析方法,再现了水平和竖向地震荷载作用下大开车站及区间隧道结构的地震破坏情况。分析结果表明:大开车站较区间隧道的横向和纵向跨度更大,尤其是考虑竖向地震动作用后,中柱的轴压比显著提升,普通钢筋混凝土中柱易出现变形能力不足而引起的脆性破坏;新建的大开车站中柱采用钢管混凝土结构,相同荷载工况下其表现出更好的承载力和延性性能,极大地提高了车站结构的安全性能。

关键词:大开车站;拟静力推覆分析;竖向地震动;轴压比;地震损伤

基于分形理论的堆石料颗粒破碎极限和概率研究

陈子玉1,李国英*1,魏匡民1,武利强2,朱雨萌1

(1. 彩神app下载安卓版岩土工程研究所,江苏 南京 210024;

2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

摘  要:为了研究具有分形级配的堆石料颗粒破碎规律与初始分形维数和围压的关系,采用粗粒土大型三轴试验仪,针对不同初始级配的缩尺堆石料,展开不同围压下的颗粒破碎试验,通过计算颗粒破碎前后分形维数的变化,建立围压与颗粒分形维数D的关系式,对现有的颗粒破碎度指标Br的上限值进行修正,利用分形颗粒集合体的概念对颗粒破碎概率进行计算。研究结果表明,堆石料的初始分形维数D0影响其应力应变特征;堆石料颗粒破碎存在极限值,分形维数和破碎度指标与破碎前后分形维数和围压相关;颗粒集合体可以用来计算分形级配堆石料分形维数变化规律,颗粒集合体中颗粒破碎概率与粒径无关,不同粒径颗粒具有相同的破碎概率,随着围压增加破碎概率增加,且存在上下限值,破碎概率与初始分形维数D0相关。

关键词:堆石料;分形维数;颗粒破碎;破碎概率;级配

考虑土与结构非线性接触特性的格形地下连续墙围护结构

力学性状研究

郭盼盼1,龚晓南*1,汪亦显2

(1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心,浙江 杭州 310058;

2. 合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009)

摘  要:格形地下连续墙(简称“格形墙”)作为一种相对新型的无内支撑式基坑围护结构,其力学性状研究滞后于工程实践。基于将双曲线接触模型嵌入到商用软件中的二次开发,开展了砂土中格形墙围护结构的受力变形特性有限元分析。墙土间的接触采用线性和非线性两种本构模型,砂土的应力应变关系采用基于UMAT子程序自定义的亚塑性本构模型模拟。与已有离心模型试验结果的对比验证了本文有限元模型的有效性。研究结果表明,考虑墙土间非线性接触特性得到的格形墙围护结构的力学性状更为准确,其内在机理为双曲线接触模型能够反映出墙体底部与土体间接触面剪应力的非均匀分布特性以及关键节点的剪应力集中现象。作用于墙体上的土压力未达到极限状态,且具有明显的空间分布特性。墙体水平位移模式为悬臂式,墙顶竖向位移模式为前墙沉降后墙隆起的整体旋转式。前后墙两中隔墙中间位置的弯矩分布规律类似。研究成果对于格形墙围护结构的设计优化具有积极作用。 

关键词:格形地下连续墙;基坑;非线性接触模型;数值模拟;力学特性

分体高频响应微型孔隙水压力传感器研制与性能评价

汤兆光,王永志*,段雪锋,孙  锐,王体强

(中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080)

摘  要:孔隙水压力是岩土物理试验和原位工程监测的关键力学指标之"一。针对动力离心试验高频、瞬时荷载特点与动态孔压测试需求,研发了一种分体高频响微型孔压传感器DSP-II,以国际公认标准孔压传感器PDCR-81为参考,开展多组静/动力标定试验和土工离心模型试验,验证其测试精度、频响速率和稳定性。主要结论:①DSP-II传感器在提高频响速率、测试精度、寿命周期等方面,建立了关键技术与设计方法。②动力标定试验表明DSP-II和PDCR-81传感器具有基本相同动力性能,响应时间分别为4.93 ms和4.97 ms,幅值误差为0.483%和0.575%,可满足频率≤200 Hz地震、爆炸等动力离心试验孔压测试需求。③逐级加载和39 d后重复静力离心试验,不同埋深DSP-II和PDCR-81测试结果与理论值高度吻合,平均幅值误差和重复性指标分别为0.347%和0.392%,0.157%和0.169%,表明二者具备优良的长期稳定性和一致性。④各动荷载离心试验中两种传感器的测量结果极为一致,最大峰值滞时和最小相关系数分别为1.76 ms和0.9908,证明DSP-II达到了国际标准孔压传感器的量测性能。

关键词:孔隙水压力;微型传感器;分体结构;高频响应;性能评价

振动台试验中地下结构地震响应预测方法

江志伟1,2,刘晶波1,许成顺2

(1. 清华大学土木工程系,北京 100084;

2. 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:考虑土–结构相互作用的地下结构大型振动台试验成本极高,周期长,通常难以在短期内多次重复开展,为保证试验顺利开展,在试验前对其响应开展预测工作具有重要意义。采用完全数值模拟进行预测的方法在模型试验中已得到广泛的使用,但这种方法有时会产生较大误差,特别是对于强非线性的地下结构振动台模型试验。为提高预测方法的准确性,提出了一种整体式反应位移法数值模拟与自由场试验相结合的方法来预测地下模型结构在振动台试验中的地震响应。首先,介绍采用自由场振动台试验获取整体式反应位移法计算参数的方法,基于此,分别采用所提出方法和传统全数值方法预测某地铁车站结构模型在振动台试验中的地震响应,并将预测结果与后续试验结果进行对比。结果表明:所提出方法预测结果准确性较传统全数值方法预测结果准确性有大幅提升,方法可用以定性地预测后续试验结果,并可在一定程度上指导和完善后续试验方案。

关键词:地下结构;地震响应;振动台试验;试验预测;整体式反应位移法;抗震

驻波作用下粉土海床累积液化机制分析

胡瑞庚1,刘红军*1,2,时  伟3

 (1. 中国海洋大学环境科学与工程学院,山东 青岛 266100;

2. 海洋环境与生态教育部重点实验室, 山东 青岛 266100;

3. 青岛理工大学土木工程学院,山东 青岛 266033)

摘  要:波浪被防波堤或岸壁反射时形成驻波,使其前面的水域发生强烈振荡,海床发生液化,可能导致结构物失稳破坏。以黄河三角洲粉土海床为研究对象,进行一系列驻波水槽试验,研究驻波作用下波腹剖面土体累积液化机制,在此基础上,采用数值模型进一步研究驻波作用下波浪参数(水深、波陡)和土体参数(饱和度)对海床累积液化的影响规律。结果表明:驻波作用下海床累积液化的发生与循环应力水平有关,当循环应力比χ达到累积液化所需的临界值χcr时,发生累积液化,深层土体累积液化所需的χcr大于浅层土体。波腹剖面土体液化所需的χcr远大于波节剖面,发生初始液化所需的时间大于波节剖面,液化深度小于波节剖面。波腹剖面土体累积液化是由波节及相邻位置向波腹剖面传递的超孔隙水压力Pres1,和波腹剖面土体受循环正应力影响发生静压屈服引起的超孔隙水压力Pres2两部分共同作用所致。本试验中,在深度z=-0.05 m,波浪作用时间t≈600 s时,前者贡献比α1≈54.3%,后者α2≈45.7%。波节和波腹剖面土体累积孔隙水压力沿深度分布模式有差异,随水深减小,波陡增加,饱和度减小,海床液化深度在波节和波腹剖面均增大。

关键词:驻波;累积液化;超孔隙水压力;波腹剖面;波节剖面

基于应变区间折减理论的频率相关等效线性化方法

郑山锁1,2,张晓宇1,2,龙  立1,2,陈方格1,2,贺  钧3,李  平4

(1. 西安建筑科技大学土木工程学院,陕西 西安 710055;

2. 结构工程与抗震教育部重点实验室,陕西 西安 710055;

3. 中国启源工程设计研究院有限公司,陕西 西安 710055;

4. 陕西师范大学,陕西 西安 710055)

摘  要:为了克服传统等效线性化方法高频段响应被低估的问题,基于传统等效线性化分析原理,结合目前各种频率相关的等效线性化理论方法,提出了考虑有效应变区间折减的频率相关等效线性化方法。采用标准化应变谱表征等效应变与频率的关系,引入剪切应变弹性阈值概念,修正标准化应变谱幅值在弹性应变范围内的频段,同时采用Gaussian平滑方法拟合标准化应变谱,建立有效应变区间折减系数的分段函数,并利用竖向台阵的地震动实测记录对本文方法的可靠性和适用性进行考察。各类场地的分析结果表明:本文方法考虑了地震动高频成分所对应的较大剪切模量和较小阻尼比的实际情况,给出了场地地震反应在高频段的优化结果,可为实际工程的抗震设计提供可靠依据。

关键词:频率相关;等效线性化;区间折减;场地地震响应分析

基于一阶逆可靠度方法的空间变异土坡坡角设计

蒋水华1, 2,刘  贤1, 2,黄发明*1,黄劲松1,周创兵1, 2

(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)

摘  要:边坡稳定性分析及设计是岩土工程中的经典问题,目前常用的确定性分析(单一安全系数)方法没有量化边坡工程中各种不确定性的影响,概率分析方法则需要进行多次可靠度试算,计算量较大。为此,提出了适合任意坡角的空间变异土坡模型重构方法,基于一阶逆可靠度方法对少量实际试验数据条件下空间变异土坡坡角进行可靠度设计。并以一个代表性的砂土边坡为例对坡角进行可靠度设计,验证了提出方法的有效性。结果表明:提出的方法可以在少量试验数据条件下获得切合工程实际的边坡设计方案,为土坡坡角可靠度设计提供了一条有效途径。对于文中砂土边坡,提出方法仅需进行4,5次迭代计算,便可获得满足目标失效概率的土坡最优坡角。相比之"下,确定性分析方法因不能定量地解释边坡工程多种不确定性因素的影响,获得的设计方案与边坡工程实际相差较大。就文中算例而言,对于目标失效概率1×10-4,采用提出方法设计的砂土边坡坡角应小于14.13°;相比之"下,采用确定性分析方法设计的边坡坡角与之"相差较大。

关键词:边坡;可靠度设计;空间变异性;一阶逆可靠度方法;实际试验数据

高置换率散体材料桩-不透水桩多元组合桩复合地基固结分析

卢萌盟1,2,敖祖瑞*1,2,李东旭1,2,李传勋3

(1. 中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221006;

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 221006;

3. 江苏大学土木工程与力学学院,江苏 镇江 212013)

摘  要:多元复合地基是近年出现的一种新型的复合地基形式,其利用两种或者两种以上的桩型对地基土进行加固,以期达到提高地基承载力,减小工后沉降,加速地基固结的作用。以高置换率散体材料桩联合不排水桩的多元复合地基为研究对象,通过引入散体材料桩内径、竖向渗流,对散体材料桩和土体均采用固结方程进行求解,同时考虑多元桩和土体共同承担外部荷载,推导了该多元组合型复合地基的固结控制方程及解析解答,并对解答的合理性进行了验证,最后对多元组合型复合地基的固结性状进行分析。

关键词:复合地基;高置换率;固结;散体材料桩;不透水桩

基于现场实测数据统计的隧道围岩全过程变形规律及

稳定性判据确定

孙振宇1,张顶立*1,侯艳娟1,李  奥1,2

(1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044;

2. 苏交科集团股份有限公司,江苏 南京 210019)

摘  要:隧道围岩全过程变形是认识支护与围岩相互作用演化机制的基本前提,也是围岩稳定性评价和支护设计的重要依据。在对40座隧道与地下工程围岩全过程变形进行收集和整理的基础上,系统分析了隧道围岩全过程变形及其关键节点、围岩变形速率与变形加速度分布规律与影响因素。研究表明:隧道围岩超前变形量和基本稳定变形量随施工进度呈总体增大趋势,随开挖半径呈减小趋势,而相应的位移释放率则无明显相关关系;随着围岩级别的增大,超前变形量与基本稳定变形量增大,而相应的位移释放率则反而减小;通过改进Hoek公式对深、浅埋条件下围岩全过程变形进行拟合,拟合优度在0.95以上,可为围岩损失位移的求解提供依据;隧道围岩变形速率随时间发展趋势为先增大后减小,而变形加速度则表现出“正弦曲线”特征,二者随隧道半径和施工速率变化显著。根据分析结果,指出对于不良地质条件下的大断面隧道,围岩变形速率小而变形持续时间长,此时围岩稳定性的判断应以变形加速度作为主要指标,并进一步给出了变形加速度阈值的确定方法。

关键词:隧道工程;围岩;全过程变形;统计分析;变形速率;变形加速度;稳定性判据

深埋黄土盾构隧道围岩压力解析

韩兴博1,2,叶  飞*1,2,冯浩岚1,韩  鑫1,田崇明1,雷  平1

(1. 长安大学公路学院,陕西 西安 710064;

2. 公路大型结构安全教育部工程研究中心,陕西 西安 710064)

摘  要:随着盾构隧道工程的发展,越来越多的深埋黄土盾构隧道逐步出现。对其围岩压力进行准确计算对衬砌设计及服役期的安全评价具有重要意义。围绕深埋黄土盾构隧道围岩压力的计算,考虑盾构隧道衬砌与围岩的径向变形连续条件,基于芬纳公式,推导了盾构隧道衬砌内力、围岩应力及围岩变形的解析解;引入黄土结构性参数,给出了适用黄土盾构隧道的围岩压力解析解;结合隧道开挖后围岩的广义剪应变,构建了黄土隧道围岩结构性参数的求解方法;结合黄土结构性参数,讨论了围岩增湿对黄土结构性参数及围岩压力的影响。研究发现:广义剪应变在塑性区内沿径向增大,在弹性区内逐渐减小,2倍塑性区半径外基本稳定;围岩的黄土结构性参数在塑性区内可认为均匀分布;围岩含水率由2%增加至20%时,塑性区的扩大幅度约为33%,围岩压力的增幅约为10%。研究成果以期对深埋黄土盾构隧道的围岩压力计算提供思路。

关键词:盾构隧道;黄土围岩;围岩压力;芬纳公式;结构性参数

基于地震记录和SSI方法的高土石坝模态识别

王茂华1,2,迟世春*1,2,周雄雄3

(1. 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024;

2. 大连理工大学建设工程学部水利工程学院工程抗震研究所,辽宁 大连 116024;

3. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100)

摘  要:采用实测地震记录来识别高土石坝的模态参数是进行大坝动力特性研究的一种可行的方式。根据地震中坝体监测点记录的数据构建协方差驱动的随机子空间模型(stochastic subspace identification, SSI),通过构造多个不同维度的Hankel矩阵来形成稳定图,可以很好地剔除虚假模态,形成较清晰的稳定轴,采用谱系聚类的筛选方法,不仅可以有效地识别坝体的固有频率和阻尼比,而且实现了物理模态参数的自动识别,规避了人为选择引入的误差。通过两个数值算例验证了提出的随机子空间法应用于地震数据分析的有效性和精度,并将其应用于糯扎渡心墙堆石坝的模态参数识别,获得了合理的坝体固有频率和阻尼比,表明该方法可以较好地识别出坝体的模态参数,具有很好的工程应用,可以为高土石坝抗震安全有限元分析提供一定的依据和参考。

关键词:土石坝;模态参数;随机子空间;Hankel矩阵;稳定图;谱系聚类

求解非均质渗流场的改进数值流形方法

周凌峰1,王  媛*1, 2,冯  迪1

(1. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210024;

2. 河海大学水利水电学院,江苏 南京 210024)

摘  要:精确的流速场计算是模拟非均质多孔介质渗流、溶质运移以及污染物迁移等过程的基础。常规方法计算得到流速场精度低、连续性差。高阶流形方法可以显著提高流速场计算精度,但对于高水力梯度问题,流速场依然是不连续的,且常常伴随着线性相关问题,导致求解精度降低,甚至求解失败。针对这一问题,采用两种改进的权函数构造流形单元上的总体近似函数,编制相应的程序,消除高阶覆盖函数带来的线性相关问题,且分别得到节点连续和全局连续的流速/梯度解。通过若干算例对改进权函数程序的收敛性和精度进行分析。

关键词:数值流形方法;非均质;达西流速;权函数;高阶

气态水迁移诱发非饱和粗粒土冻胀的试验研究

刘建龙1,滕继东*1,2,张  升1,2,盛岱超1,2,3

(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;

3. 悉尼科技大学土木与环境工程学院,悉尼 2007)

摘  要:寒区高铁粗粒土路基冻胀机理问题一直困扰科研和工程技术人员,气态水迁移诱发冻胀是目前广被关注的解释之"一,但在直接试验证据方面研究较少。为证明气态水迁移可以诱发非饱和粗粒土冻胀,并进一步阐释非饱和粗粒土的冻胀机制,基于新开发的粗粒土冻胀试验仪,开展了系列的室内试验。结果表明,仅有气态水补给条件下,无细粒含量的粗粒土发生了明显冻胀,试验测得6 cm高的土柱336 h的冻胀量可达8.30 mm,672 h的冻胀量达到23.46 mm。基于X-CT扫描试验观察了气态水补给下冻胀粗粒土中冰的分布特征,发现在恒定温度梯度下冻土中无层状分布的冰透镜体,仅存在一条包含分凝冰和饱和孔隙冰的水平冻结带。冻胀试验发现土柱的冻胀量随温度梯度的增大而增大;梯度降温更有利于气态水的迁移补给,并导致更大的冻胀;土柱的初始含水率越高,越不利于气态水在土中的迁移,冻胀量越小。气态水补给诱发冻胀的试验现象,对传统液态水在细颗粒中成冰冻胀的冻土理论形成了较好补充,同时对揭示寒区高速铁路路基的冻胀机制有重要价值。

关键词:冻胀;非饱和粗粒土;气态水迁移;试验研究

基于TOUGHREACT的岩石水力损伤耦合数值模型研究

刘  武1,2,过申磊1,陆  倩1,郑连阁3,袁文俊1

(1. 合肥工业大学土木水利工程学院,安徽 合肥 230009;

2. 三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学),湖北 宜昌443002;

3. 劳伦斯伯克利国家实验室,伯克利 94701)

摘  要:从细观力学角度出发,充分考虑水-力耦合条件下岩石细观特征及其演化,结合热力学理论,建立基于TOUGHREACT的岩石细观水力损伤耦合数值模型。模型可较好地考虑任意微裂纹滑移剪胀、损伤扩展和法向压缩闭合等细观力学行为对岩石宏观变形破坏、渗透性演化和水流运动过程的影响。采用室内煤岩注水破坏试验成果对数值模型的正确性和有效性进行验证,进而开展现场尺度下岩石注水响应的应用模拟研究。模拟结果表明,注水引起的岩石损伤与压力增高区的分布同时受注入流量、现场应力水平与初始微裂纹各向异性分布等因素的影响。岩石宏观水力耦合响应的模拟有赖于内部微裂纹结构的准确表征。研究成果对深化岩石水力耦合研究具有一定参考意义。

关键词:岩石力学;水力损伤耦合;渗透性演化;数值分析;细观力学

靶向激活产脲酶微生物加固钙质砂试验研究

董博文1,刘士雨*1,2,俞  缙1,蔡燕燕1,涂兵雄1

(1. 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心,福建 厦门 361021;

2. 华侨大学福建省智慧基础设施与监测重点实验室,福建 厦门 361021)

摘  要:针对产脲酶微生物设计了6种不同的靶向激活方案,进行钙质砂的生物矿化加固试验。通过无侧限抗压测试、碳酸钙生成量测定、SEM和XRD试验分析,评价钙质砂的加固效果,得出最佳靶向激活方案,最后通过高通量测序的分析结果分析激活前后的钙质砂中微生物群落的变化情况。结果表明:①靶向激活方案中YE和NH4Cl的浓度会显著影响激活的效果,其中0.2 g/L的YE、100 mmol/L的NH4Cl、初始pH值为9.0的激活方案效果最好;②钙质砂中新生成的方解石含量越多、分布越均匀,则钙质砂的加固效果越好,在最佳的激活方案下矿化加固后砂柱的平均UCS值可提高至350 kPa;③靶向激活改变了微生物的群落组成,使产脲酶微生物成为优势物种。

关键词:靶向激活;钙质砂;生物矿化;方解石;微生物群落

页岩油储层多甜点压裂裂缝垂向扩展试验研究

侯  冰1,武安安1,常  智1,尤  源2,寇晓璇1,张丰收3,4

(1. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249.;

2. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西 西安 710018;

3.同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室,上海 200092;

4. 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092)

摘  要:鄂尔多斯盆地延长组长7段发育丰富砂岩和页岩多薄互层叠置的页岩油资源,勘探开发评估资源量达数十亿吨以上。但页岩油储层多甜点层叠置,层理、裂缝发育、各向异性和非均质性显著,压裂改造时缝高垂向延伸距离短,体积压裂改造难度大。基于室内真三轴室内压裂物模试验,针对长庆长7段井下连续储层段获取的全直径致密砂岩和页岩全直径岩心,利用混凝土包裹全直径井下岩心测试真三轴环境下的水力裂缝起裂和垂向延伸形态,揭示长7段页岩油储层多甜点岩性压裂裂缝垂向扩展机理。试验发现:页岩油储层层理呈“千层饼”状且胶结弱,压裂液易沿层理渗滤,在垂向应力与最小水平主应力之"差小于12 MPa时,水力裂缝形态多呈现水平缝,压裂液沿层理逐层渗滤。排量增大到30 mL/min时,页岩易发生剪切滑移破坏,形成高倾角水平缝或跳跃台阶缝。垂向应力与最小水平主应力之"差曾加到14 MPa时,会产生明显的垂向穿层缝,纵向沟通多套甜点层。无论排量高低(30,15 mL/min),垂直缝均沟通多个层理,压裂液会在沿垂直缝上下延伸过程中,当被弱胶结层理面捕获时,沿层理缝渗滤扩展,产生“十”字型或“丰”字型的复杂缝。压裂施工时,优选垂向应力与最小水平主应力差值大的层位射孔,有利于水力裂缝穿层扩展增加复杂裂缝体积,提高页岩油储层体积改造效果。

关键词:页岩油储层;井下全直径岩心;压裂;物理模拟;裂缝扩展;储层改造

任意形状深埋隧道地震响应解析解

禹海涛1,2,陈  功3

(1. 同济大学土木工程防灾国家重点实验室,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. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092)

摘  要:考虑地层-结构相互作用的拟静力法广泛应用于隧道抗震设计和分析,而以拟静力法为基础推导出的解析解则更是备受工程设计人员所青睐,但现有解析方法仅适用于圆形或矩形隧道。以均质地层中的任意形状深埋隧道为对象,将衬砌简化为均质地层中的壳体,并考虑隧道内部中隔墙的影响,建立了远场剪切波作用下隧道结构和地层各自的控制方程,结合地层与结构之"间不滑移和全滑移两种典型接触边界,运用复变函数及保角映射方法,推导出均质地层中任意形状深埋隧道地震响应的解析解。通过与有限元基准模型在相同计算条件下的结果对比,验证了本文解析方法的正确性。最后应用该解析表达式开展多工况参数化分析,揭示了地层–结构相对刚度比和中隔墙厚度等因素对不规则断面隧道结构的地震响应的影响规律。结果表明:隧道结构内力响应随地层-结构相对刚度的增大而增大,而位移响应则相反;不滑移条件下隧道的内力响应要大于全滑移条件的内力响应,而位移响应相比全滑移条件则较小;与不考虑中隔墙的隧道相比,当中隔墙厚度大于隧道衬砌厚度1.5倍时,中隔墙的存在将显著增大衬砌的最大内力响应。

关键词:隧道工程;地震响应;任意形状;解析解;复变函数

某地下水封石油洞库海水入侵评价与控制方法研究

乔丽苹1,王小倩1,王者超*2,崔少东3,郭家繁2,钟  威3

(1. 东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819;

2. 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,辽宁 沈阳 110004;

3. 中国石油天然气管道工程有限公司,河北 廊坊 065000)

摘  要:为防止海水入侵引起Cl-浓度升高,影响地下水封石油洞库的使用寿命,以某地下水封石油洞库建设工程为依托,开展了海水入侵评价与控制方法研究。采用有限元数值模拟方法分别获得了在无水幕系统、水平水幕系统、水平和竖直双水幕系统条件下地下水封石油洞库的地下水渗流场和溶质运移特征。研究表明:通过设置竖直水幕系统,增强洞室周围淡水流向海水的对流作用,达到阻止海水入侵洞室的目的;只设置水平水幕系统无法完全抑制海水入侵,必须增设竖直水幕系统后才达到完全抑制海水入侵的效果;在达到抑制海水入侵效果的前提下,库区水位可以满足洞室水封性的要求,但涌水量有所增大。研究结果可为滨海地区地下水封石油洞库水幕系统抑制海水入侵防治措施选择提供一定理论依据。

关键词:地下水封石油洞库;水幕系统;海水入侵;水封性;涌水量

原状黄土的结构性与渗气特性的关联性初探

张登飞1,陈存礼2,舒迎涛3,庞腾腾4

(1. 西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室,陕西 西安 710069;

2.西安理工大学岩土工程研究所,陕西 西安 710048;

3. 哈尔滨电气国际工程有限责任公司,黑龙江 哈尔滨 150028;

4.西安市建筑设计研究院有限公司,陕西 西安 710054)

摘  要:对3个地区的不同含水率原状黄土进行了等向压缩与渗气性同步测定试验,分析了原状黄土等向压缩过程中变形特性与渗气特性,探讨了压缩特性与渗气性之"间的关联性通过引入用渗气性定义的结构性参数,提出了描述湿载耦合作用时原状黄土压缩变形的表达式。研究结果表明:原状黄土的渗气性变化与压缩特性的变化过程呈良好的关联性,渗气性可反映原状黄土组构与湿度不同而引起结构势差异及其应力作用引起黄土结构势的损伤过程;把结构屈服时某一含水率与参考含水率土的渗气系数之"比定义为结构比参数,通过将不同含水率下结构比参数引入到等向应力变量中而得到了具有归一性的压缩曲线;据此,提出了以参考含水率的原状黄土的压缩曲线为基础,统一、连续描述非饱和原状黄土屈服前后压缩变形模式,其计算与试验结果皆吻合较好。

关键词:土的结构性;等向压缩特性;渗气特性;原状黄土

双孔隙压实膨润土的细观导热模型

周殷康1,2,阎长虹*2,郑  军3,谢胜华1,项国圣1

(1. 安徽工业大学建筑工程学院,安徽 马鞍山 243002;

2. 南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023;

3. 南京地铁集团有限公司,江苏 南京 210008)

摘  要:压实膨润土导热系数是评价核废料处置库散热安全以及计算温度场分布的关键指标,准确预测不同条件下压实膨润土导热系数对于处置库的安全设计具有重要意义。数值模拟是预测土体导热系数的有效途径之"一,然而,由于压实膨润土双孔隙结构的复杂性,基于细观数值模拟的压实膨润土导热模型较少。建立了一种适用于双孔隙压实膨润土导热系数的细观模型,选取了不同含水率和孔隙比下5种典型压实膨润土160个实测导热数据,并与模型预测导热系数值进行比较。结果显示膨润土导热系数的模型预测值基本在实测值±20%范围内,有效验证了模型的可靠性,表明本文模型在压实膨润土导热系数预测方面的潜力。为复杂双孔隙压实膨润土导热系数的精确预测提供了一种新的思路和方法。

关键词:压实膨润土;双孔隙;导热系数;细观模型

考虑颗粒破碎的堆石料剪胀特性研究

石北啸1,2,刘赛朝*3,吴鑫磊3,常伟坤3

(1. 彩神app下载安卓版岩土工程研究所,江苏 南京 210024;

2. 水利部水库大坝安全重点实验室,江苏 南京 210024;

3. 河北工程大学水利水电学院,河北 邯郸 056038)

摘  要:针对某高堆石坝的筑坝堆石料开展大型三轴排水剪切试验,研究堆石料在不同孔隙比及不同应力状态下的颗粒破碎与剪胀特性关系,结果表明,不同孔隙比堆石料在低围压下都表现出剪胀,但随围压增大,堆石料的剪胀现象均逐渐消失并转为剪缩。提出了破坏剪胀率概念,用以描述堆石料颗粒破碎与其剪胀特性的关系,试验发现,随着堆石料颗粒破碎率增加,破坏剪胀率呈幂函数规律减小,剪胀现象逐渐消失;随着堆石料初始孔隙比增加,破坏剪胀率减小,但试验围压越大,初始孔隙比对剪胀特性的影响越小。基于上述试验结果,提出了堆石料初始孔隙比与其剪胀性和颗粒破碎的关系式,用于不同围压下堆石料剪胀特性的预测。

关键词:堆石料;三轴试验;相变应力比;破坏剪胀率

临岸深筒形基坑支护结构整体抗倾覆稳定计算方法

王成华,桂玉倩

(天津大学建筑工程学院,天津 300350)

摘  要:临近岸坡的深筒形基坑支护结构有发生整体倾覆破坏的可能性。通过室内模型试验与有限元数值模拟对倾覆破坏形式进行了研究,并提出了砂性土中支护结构整体抗倾覆稳定安全系数的计算方法。该计算方法考虑了支护结构空间效应、坑内及坑外临岸坡侧有限土压力的影响。通过实例计算发现,临岸深筒形基坑支护结构整体抗倾覆稳定安全系数随土的重度、内摩擦角的增大而增大;岸坡距离结构越远、坡角越小、坡深越小,结构越安全;远离岸坡侧坑外超载值越大,结构越不安全;当结构与岸坡距离、岸坡高度达到一定值时,基坑支护结构整体抗倾覆稳定安全系数趋于稳定。

关键词:深筒形基坑;抗倾覆稳定;模型试验;数值模拟;空间效应

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