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《岩土工程学报》2020年第5期中文摘要
日期:2020年05月12日 14:18:45点击数:字号:【

基于Copula函数的堆石料非线性强度参数相关性及分布模型研究

孔宪京1,2,宋来福1,徐  斌*1,2,邹德高1,2

(1. 大连理工大学水利工程学院,辽宁 大连 116024;2. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024)

摘  要:堆石料非线性强度参数的不确定性及相关性是影响土石坝坝坡稳定可靠度分析结果的关键因素,但传统的正态分布模型无法准确地表征非线性强度参数的相关非正态分布特征。汇总了国内外124座土石坝工程的1257组筑坝堆石料非线性强度参数,基于Copula函数提出了堆石料非线性强度参数联合分布模型的构建方法。分别采用最小二乘法和BIC准则确定堆石料非线性强度参数的相关系数、最优边缘分布函数与最优Copula函数。结果表明:非线性强度参数间存在显著的正相关性;堆石料非线性强度参数的边缘分布和相关系数相同时,不同的Copula函数构造的联合分布函数差异显著;对于条件累积分布函数,当非线性强度参数取值减小时,基于不同Copula函数构造的非线性强度参数的条件累积分布函数差异越显著;与二维正态分布模型相比,基于Copula函数建立的非线性强度参数非线性强度参数联合分布模型灵活性强、适用范围广,能更准确地表征原始数据的分布情况,可为土石坝坝坡静、动力稳定可靠度分析提供简单、有效的分布模型。

关键词:非线性强度参数;Copula函数;相关性;联合概率分布模型;边缘分布

基于KL展开的可靠度分析方法及其应用

谭晓慧1,董小乐1,费锁柱1,龚文平2,修临天3,侯晓亮1,马海春1

(1. 合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009;2. 中国地质大学工程学院,湖北 武汉 430074;

3. 安徽省建设工程测试研究院有限责任公司,安徽 合肥 230051)

摘  要:空间变异性是土体的固有属性。为了分析土体空间变异性对岩土工程可靠度的影响,提出基于KL展开的一阶可靠度分析方法(KL-FORM)和基于KL展开的响应面法(KL-RSM)。两种方法均采用KL展开法进行随机场的离散,再采用FORM或RSM进行可靠度分析。通过将KL级数展开系数视为可靠度分析中的基本变量,将KL展开法与FORM或RSM有机地结合在一起。提出了确定KL展开项数的迭代计算方法,给出了KL展开法的流程图以及KL-FORM流程图。采用KL-FORM及KL-RSM对空间变异非饱和土体中浅基础以及不排水饱和黏土边坡的可靠度分析表明:KL-FORM及KL-RSM具有较高的计算精度与计算效率;在指定的随机场离散精度条件下,KL级数展开项数及基础工程的可靠指标均随着自相关距离的增加而减少。

关键词:空间变异性;可靠度分析;随机场理论;Karhunen-Loeve级数展开法;FORM;RSM

筒型基础–砂土地基动力响应的离心振动台试验研究

刘  润1,李成凤1,练继建1,马鹏程2

(1. 水利工程仿真与安全国家重点实验室(天津大学),天津 300072;2. 长江勘测规划设计研究院,湖北 武汉 430010)

摘  要:抗震规范要求对地震烈度大于Ⅷ度地区15 m以内的土层进行砂土液化判断。新型海上风电筒型基础入土深度较浅,对地震作用下砂土地基的液化较为敏感。为研究砂土中新型筒型基础与地基的地震响应规律,设计并开展了系列离心机振动台试验,监测了砂土中新型筒型基础与地基在震中和震后的加速度变化和孔压响应,分析了筒型基础影响砂土地基抗液化性能的规律性。结果表明:地震荷载作用下,砂土地基中筒型基础加速度响应系数大于1.0,且响应系数与基础重量呈正相关关系;新型筒型基础因其直径通常大于30 m,质量大于2000 t,与上部荷载的联合作用显著增加了地基中的附加应力,有利于提高砂土地基的抗液化能力;基于超静孔压比建立了筒型基础影响区域地基抗液化性能的判别方法,定量分析筒型基础提高砂土抗液化能力的程度。

关键词:新型筒型基础;离心振动台试验;砂土地基;加速度响应;孔隙水压力

疲劳荷载下大理岩累积损伤过程的应变速率响应

蔡燕燕1,唐  欣1,林立华2,陈华龙2,高海东3,李  刚3,俞  缙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. 厦门路桥工程投资发展有限公司,福建 厦门 361026;3. 中铁十八局集团有限公司,天津 300222)

摘  要:通过不同围压下4种应力比进行应力控制的大理岩等幅循环加卸载三轴压缩试验,探索疲劳荷载作用下岩石累积损伤过程中的应变速率响应特征。结果表明:①在低围压或高应力比条件下岩样易发生疲劳破坏。随循环次数增加,发生疲劳破坏岩样的弹性模量呈急速下降趋势,未发生疲劳破坏岩样的弹性模量小幅波动后趋稳。②加载过程中岩样轴向应变速率随应变发展呈“U”型演化趋势,体变速率随体变发展呈反“L”型演化趋势,临近破坏时轴向应变速率和体变速率均大幅增加。卸载过程中轴向应变速率呈倒“S”型演化规律,体变速率呈“U”型演化趋势。③每次加载的初始和终了应变速率各自均与其对应的残余应变呈线性正相关关系,当次加载的初始应变速率可反映岩样在之前疲劳作用下的累积损伤程度。④新建立的归一化初始应变速率和损伤因子有明显的线性关系,系数K随围压增大或应力比值减小而减小。未破坏岩样在后期循环加载时的归一化初始应变速率和损伤因子曲线出现“弯钩”型回缩现象。

关键词:疲劳荷载;等幅循环加卸载;三轴压缩试验;应变速率;损伤

混凝土面板堆石坝面板挠度分布式监测试验

何  斌1,何  宁1*,许滨华1,蔡  忍1,邵翰林2,张启灵2

(1. 金沙js娱乐场官方网站岩土工程研究所,江苏 南京 210024;2. 南京嘉兆仪器设备有限公司,江苏 南京 210037)

摘  要:混凝土面板堆石坝的混凝土面板安全是保证混凝土面板堆石坝安全运行的最重要保障,混凝土面板的挠度变形监测是混凝土面板安全监测的主要组成部分。基于分布式光纤传感技术,提出了一种混凝土面板挠度分布式监测新技术,开展了系统试验测试验证混凝土面板挠度分布式监测新技术测量精度并论证其可行性。建立了基于Matlab程序和准分布式散点应变测试数据的挠度计算方法,结果表明该方法所得计算值与实测结果吻合,各测点挠度变形测量的绝对误差<5 mm,平均相对误差<3%,挠度变形测量准确度达到mm级,能较好监测不规则挠度变形曲线,验证良好,且实现了全断面分布式挠度变形监测,证明了混凝土面板堆石坝的面板挠度分布式监测新技术的适用性和先进性,并适合大挠度变形测量,可满足300 m级混凝土面板堆石坝在全长范围混凝土面板分布式挠度监测需求。

关键词:混凝土面板;挠度变形;分布式光纤传感技术;测量精度

降雨对沟谷状黄土高填方地基增湿影响研究

朱才辉,李  宁

(西安理工大学岩土工程研究所,陕西 西安 710048)

摘  要:研究高填方地基在降雨条件下的入渗规律和增湿变形问题,对黄土沟壑区高填方的工后沉降形成机制探索和防排水设计具有重要意义。以某黄土高填方工程为背景,开展了填方区原位沉降监测和非饱和土的水–力特性室内试验,并基于流–固耦合数值方法,研究了不同降雨类型和不同压实度下高填方地基的入渗规律和增湿变形特性。结果表明:①黄土高填方地基因压实度不均和降雨类型差异,降雨影响深度为地表下2.0~7.0 m;②强降雨(暴雨、大雨)引起的增湿变形比为1.6%,大于中雨的1.2%和小雨的0.3%,不同压实度下(λ为0.88,0.93,0.98)强降雨引起的填方体增湿变形比分别为1.8%,1.5%,1.3%,采取适当的防排水措施对减小高填方地基增湿沉降的具有重要意义;③强降雨会引起填挖方交界面处产生过量的差异增湿沉降和剪切应变突变,这是导致填挖方交界处出现开裂和水毁的主要根源。

关键词:高填方地基;黄土沟壑区;降雨入渗;增湿变形

可折叠防沉板V-M加载模式下不排水承载力研究

孙立强1,2,刘  松1,2,付登锋1,2,齐玉萌*1,2,周  宸3

(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. 天津大学建筑工程学院,天津 300072;

3. 中兵勘察设计研究院有限公司,北京 100032)

摘  要:可折叠防沉板可有效解决单块防沉板因面积过大而导致的巨额安装施工费用问题,是深海油气资源开采生产系统中的新型基础结构。在服役期间承受竖向、水平、弯矩及扭矩等荷载的复合作用,其承载力不仅与防沉板的尺寸和地基土强度及其分布特性有关,而且还与可折叠防沉板两翼间距有关,导致不能直接采用传统的防沉板承载力计算方法进行计算。采用有限元方法对可折叠防沉板的不排水承载力进行三维数值模拟,计算得到竖向V、弯矩M加载条件下及组合V-M加载条件下的极限承载力,系统分析了单向(V,M)及组合(V-M)加载条件下的地基破坏模式,提出了单向承载力计算方法并建立了组合加载条件下的破坏包络线,进而提出了复合加载条件下的承载力计算方法,为可折叠防沉板的承载力设计提供依据。

关键词:可折叠防沉板;复合加载;破坏包络线;有限元分析;不排水承载力

盾构穿越临近地下挡土结构土压力及沉降影响模型试验

芮  瑞1,何  清1,陈  成*1,翟玉新1, 2

(1. 武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北 武汉 430070;2. 中铁建设集团有限公司,北京 100040)

摘  要:为了探讨盾构隧道穿越临近地下挡土结构时对挡土结构土压力和地表沉降的影响,自制了试验装置,采用活动门下沉模拟隧道地层损失,分别考虑隧道埋深与宽度比、隧道埋深与侧限宽度比、隧道埋深与距离比,进行了15组模型试验。利用挡土板上的18块悬臂式载荷计测得挡土结构土压力。利用粒子图像测速技术,获取地表沉降曲线,得到侧限条件下挡土结构土压力和地表沉降的影响规律。结果表明:盾构穿越临近地下挡土结构时,挡土墙底部土压力急剧减小,一定高度处土压力出现反转。隧道埋深与宽度比越小,底部土压力减小值变大,转折点提高,地表最大沉降增大;隧道埋深与侧限宽度比越大,土压力减小的范围越大,地表最大沉降越大;隧道埋深与距离比越大,对挡土结构土压力影响越大,地表最大沉降也越大。引入地表沉降最大值修正系数C1和沉降槽修正系数C2,建立了C1,C2的计算式,得到修正的Peck沉降预测公式,结果与模型试验实测值较为吻合。

关键词:盾构隧道;土压力;挡土墙;地表沉降;模型试验;相似土

考虑土拱发挥过程的非饱和砂土盾构隧道极限支护力计算方法研究

崔蓬勃1,2,朱永全*1,刘  勇1,王庆磊1,2,潘英东3

(1. 石家庄铁道大学土木工程学院,河北 石家庄 0500431;2.江苏建筑职业技术学院,江苏 徐州 221116;3.西南交通大学,四川 成都 610031)

摘  要:因施工中受注浆及掘进参数影响,地层损失引起的土拱效应逐渐发挥,滑面上剪应力逐渐增大至抗剪强度,同时应考虑表观黏聚力对剪应力的贡献作用,而Terzaghi公式并不能体现这些因素。针对该问题,基于主应力偏转理论,推导了非饱和砂土不同位置的侧压力系数公式,结合表观黏聚力公式和试验数据,得到与基质吸力相关的分段形式的表观黏聚力表达式,进而推导出不同土拱效应发挥程度下的松动土压力及盾构极限支护力的计算公式。算例结果表明同一埋深下,不同饱和度土层中拱顶处松动土压力随土拱效应发挥而逐渐减小且均远小于自重应力。随着含水率的增大松动土压力存在一个阈值;不同土拱效应发挥程度下,埋深越大,不同饱和度地层拱顶处松动土压力趋向不同的定值;盾构极限支护力公式计算结果亦存在同样规律,该结论将为非饱和砂土层盾构施工过程中土仓压力的合理设置提供理论指导,保证施工安全。

关键词:土拱效应;基质吸力;表观黏聚力;抗剪强度;松动土压力;极限支护力

盾构隧道二次衬砌合理施作时机模型试验研究

王士民1,陈  兵1,王先明1,鲁茜茜1,阮  雷2,蹇蕴奇1

(1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;2. 中建丝路建设投资有限公司,陕西 西安 710075)

摘  要:近年来,盾构隧道双层衬砌作为一种新的形式开始得到应用推广,但由于相关研究较少,导致盾构隧道双层衬砌结构体系关键参数尚不明确,其中二次衬砌合理施作时机便是其中之一。以狮子洋隧道工程为依托,采用相似模型试验对二次衬砌合理施作时机展开研究,研究结果表明:二次衬砌在盾构隧道双层衬砌中仅作为辅助承载结构,施作时机为57%~83%,结构径向收敛值和椭圆度随加载步变化最为缓慢,结构累计声发射数AE呈渐进性增长;施作过早或过晚,二次衬砌均不能有效抑制管片衬砌变形,且结构累计声发射数AE均呈阶梯型增长;随着二次衬砌施作时机推迟,二次衬砌与管片衬砌最大内力量值之比及结构开始出现宏观损伤破坏荷载级别均呈先增大后减小的变化规律。因此,在综合考虑双层衬砌结构加载过程中的变形历程及损伤特性,认为二次衬砌合理施作时机为57%~83%。

关键词:盾构隧道;管片衬砌;二次衬砌;施作时机;模型试验

砂土非共轴本构模型及其在地基承载力方面的应用

王  兴1,孔  亮*2,李学丰3

(1. 青岛理工大学土木工程学院,山东 青岛 266033;2. 青岛理工大学理学院,山东 青岛 266033;3. 宁夏大学固体力学研究所,宁夏 银川 750021)

摘  要:传统弹塑性模型隐含了塑性应变率与应力方向共轴的假设,无法模拟砂土在非比例加载条件下的非共轴特性。对传统模型隐含的共轴假设进行了剖析,将Hashiguchi等的广义非共轴塑性流动理论引入Li等建立的砂土状态相关剪胀模型中,构建了一个砂土的非共轴模型。Leighton-Buzzard砂的单剪试验模拟表明,非共轴模型能够更加合理地描试验结果。开发了相应的有限元程序,利用所建模型对不同孔隙比条件下的砂土地基承载力问题进行了模拟。探讨了非共轴参数取值对计算结果的影响,总体上预测结果展现出与单剪试验模拟相一致的规律。

关键词:砂土;非共轴;单剪试验;地基承载力

考虑多参数空间变异性的降雨入渗边坡失稳机理及可靠度分析

蒋水华1,2,刘  贤1,2,黄发明*1,黄劲松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:降雨入渗边坡稳定可靠度研究大多只考虑了土体饱和渗透系数空间变异性的影响,而忽略了土体抗剪强度参数空间变异性的影响。以无限长边坡模型为例,发展了可确定不同降雨历时边坡土体含水率分布和湿润锋深度的修正Green-Ampt入渗模型,探讨了土体多参数(饱和渗透系数和抗剪强度参数)空间变异性与降雨入渗相互作用下的边坡失稳机理,进而比较了不同降雨历时下的边坡失效概率。结果表明:考虑土体饱和渗透系数变异性时,降雨初期较小的饱和渗透系数变异系数对应较小的边坡失效概率,但随着降雨历时的增加,较小的饱和渗透系数变异系数反而对应更大的边坡失效概率。此外,降雨初期土体抗剪强度参数空间变异性引起的滑动面位置不确定性是影响边坡稳定性的关键因素。边坡除了会沿湿润锋附近和不透水层处失稳,还可能沿因抗剪强度参数空间变异性引起的软弱带处失稳,故考虑抗剪强度参数空间变异性对应的边坡失效概率更大。相比之下,降雨后期湿润锋的推进是影响边坡稳定性的关键因素,此时不管是否考虑了抗剪强度参数空间变异性边坡都主要沿湿润锋附近失稳,获得的边坡失效概率相近。

关键词:无限长边坡;降雨入渗;修正Green-Ampt模型;空间变异性;可靠度分析

开放型岩桥裂纹贯通机理及脆性破坏特征研究

陈国庆1,陈  毅1,孙  祥1,王  栋2,秦昌安1,林之恒2

(1. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059;2. 中铁二院工程集团有限责任公司,四川 成都 610031)

摘  要:端部开裂的裂隙岩体内部岩桥贯通是导致岩体突发失稳破坏的主要原因,脆性破坏特征明显。利用声发射仪和岩石力学刚性试验机,对不同长度开放岩桥开展单轴压缩试验,结合高速摄像机记录信息,分析了开放岩桥裂纹起裂、扩展、贯通规律及脆性破坏过程力学特性和声发射特征,并通过三维断裂力学理论揭示了开放岩桥裂纹起裂扩展贯通机理。研究结果表明:与闭合裂纹相比,开放裂纹岩桥主裂纹从下部预制裂纹内尖端起裂,往上部拐折扩展贯通岩桥和上端面,贯通过程岩桥发生逐次多级破坏,次裂纹主要沿主裂纹拐折处起裂扩展贯通岩桥及下端面;应力曲线表现出峰前“波动上升”和峰后“滞留–突降”特征,声发射参数“多峰值”现象明显,阶段性和突发性特征突出;同时,三维理论分析表明裂纹起始扩展方向与岩桥长度无关,沿最大压应力方向扩展。研究所得开放岩桥裂纹扩展贯通特征可为裂隙岩体突发失稳破坏过程提供理论依据。

关键词:裂隙岩体;开放岩桥;裂纹贯通;脆性破坏;声发射

基于IDA方法的两层三跨地铁地下结构地震易损性分析

钟紫蓝,申轶尧,郝亚茹,李立云*,杜修力

(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:以两层三跨地铁车站为研究对象,建立典型工程场地下的土–结构非线性相互作用分析模型,将基于IDA方法的结构地震易损性分析方法引入到地铁车站结构中,初步探讨适用于浅埋地下结构的地震动强度指标IM及地下结构地震响应随地震动幅值增大的变化规律,并建立浅埋地铁车站结构抗震易损性曲线,得到结构在不同地震烈度水平下的失效概率。分析结果表明:非自由场下地表处的PGA为合适的IM指标;与已有经验易损性曲线的对比结果表明易损性分析方法是可行的,可以定量的给出结构在不同性能水准下的失效概率,为地下结构的抗震设计提供参考。

关键词:增量动力分析;易损性分析;抗震性能;地震动强度指标;失效概率

基于比拟方程法的桩承式加筋体三维分析方法

李晓龙1,史宏彦2

(1. 广东粤路勘察设计有限公司,广东 广州 510000;2. 广东工业大学,广东 广州 510006)

摘  要:桩承式加筋体的载荷–变形是复杂的三维力学问题,目前三维理论分析方法尚不完善。鉴于此,以三维情况下方形布桩的加筋体为研究对象,将其视为受上部荷载和桩间土反力共同作用下的空间薄膜,并基于最小势能原理推导了其三维平衡偏微分方程组。鉴于该方程组具有形式复杂及高度非线性的特点,针对荷载均匀分布及无地基反力的情况,应用薄膜分析中的比拟方程法进行求解,据此计算加筋体的变形与拉力,初步建立了一种桩承式加筋体的三维分析方法。最后,通过一个现场试验算例计算和结果对比分析初步验证了三维分析方法的合理性。

关键词:桩承式加筋路堤;加筋体;三维分析;比拟方程法

基于黏聚力模型的土工格栅筋土界面作用模拟方法

陈  榕1,2,李  博1,2,郝冬雪*1,2,高宇聪1,2

(1. 东北电力大学建筑工程学院,吉林 吉林132012;2. 东北电力大学岩土工程研究所,吉林 吉林 132012)

摘  要:黏聚力模型被广泛应用于金属构件断裂过程的数值模拟。为深入分析土工格栅筋土界面关系,在格栅纵肋处采用罚函数法,在格栅横肋处采用黏聚力模型,并基于土工格栅横、纵肋条拉拔试验数据确定相关模型参数,进而对土工格栅整体拉拔试验进行了数值模拟。结果表明:黏聚力模型能有效地模拟格栅横肋的被动阻抗作用;格栅横肋前的土体破坏模式与Jewell提出的冲剪破坏模式相吻合;格栅横肋发挥的被动阻抗作用约占整体拉拔力的71%;采用黏聚力模型的筋土界面模拟方法与传统界面模拟方法相比更加准确。

关键词:土工格栅;界面作用;黏聚力模型;模拟方法

黄土中优势通道渗流特征研究

赵宽耀1,许  强*1,刘方洲2,张先林1

(1. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059;2. 佐治亚理工学院,佐治亚 30318)

摘  要:水对黄土灾害起控制作用,在自然边坡、工程边坡中,水的过量入渗均会对其稳定性造成影响,而优势通道在黄土水入渗中起到重要作用。通过物探手段探测研究区裂隙发育特征,通过自主设计单环渗透仪测量水在隐伏裂隙区的入渗量并结合高密度电法实时监测入渗过程,最后通过数值模拟分析优势流和基质流共同作用下不同灌溉强度下水的入渗特征。主要得出以下结论:①黄土中易被忽视的隐伏裂隙可为渗流提供优势通道。②揭示了高强度灌溉条件下黄土中优势通道中水的渗流过程:水优先入渗至优势通道内,同时在顶部渗流边界进行基质流入渗,水也会沿着优势通道向四周进行基质流扩散,该类基质流扩散以非饱和入渗的形式进行。③数值模拟中基质流和优势流耦合作用下不同灌溉强度下的渗流特征:高灌溉强度短历时条件下,优势流起主导作用,灌溉水可快速入渗至底部导致地下水位抬升,顶部基质流渗流为非饱和入渗;低灌溉强度长历时条件下,基质流起主导作用,基质流以饱和状态入渗,在地表形成一层饱和层,而优势流以非饱和状态入渗。

关键词:隐伏裂隙;优势通道;渗流过程;双渗透模型

机械法联络通道施工中主隧道的破洞响应分析

柳  献1,高一民1,张姣龙1,朱瑶宏2

(1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 宁波大学建筑工程与环境学院,浙江 宁波 315211)

摘  要:为研究盾构主隧道在机械切削过程中的结构响应,开展了两组平行足尺试验研究。两组试验分别采用钢筋混凝土管片和复合管片,均放置于七环立式试验架中,通过24个外部千斤顶模拟外部水土压力,通过内置盾构机和内支撑体系模拟真实施工过程。通过结合试验现象、结构环内变形和内力、环间变形等分析得到主隧道的破洞响应。试验结果表明,机械法联络通道破洞过程是管片和内支撑共同受力的过程,结构在开洞拆撑后是安全的。结构响应为环、纵向两个方向的内力重分布,分布范围和幅度受到衬砌结构性质,切削推力和内支撑刚度等的影响。在内支撑辅助受力的情况下,最危险工况为拆撑工况,弯矩增量达到40~60 kN·m。始发工况下受到较大影响的为第4环的切削侧,弯矩变化量达到50 kN·m。危险截面主要集中在第4环的切削侧和第3、第5环的顶部和腰部位置。纵向影响范围基本集中在中间三环到五环。内支撑在切削过程中承担主要的荷载变化。

关键词:机械切削;盾构隧道;复合管片;足尺试验;内力重分布

孔隙尺度下三维多孔介质扩散迂曲度的SPH计算

饶登宇,白  冰*

(北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044)

摘  要:多孔介质的扩散迂曲度是污染物在多孔介质中扩散速率的重要量度,研究扩散迂曲度对于研究污染物在多孔介质中的运移规律具有重要意义。迂曲度作为反映孔隙结构的复杂程度的量化指标,其值的大小与孔隙结构关系密切;而在常规宏观试验中难以实现对孔隙结构和试验条件的精准控制,因此有必要发展数值仿真试验技术对扩散迂曲度与孔隙结构的关系进行机理性研究。基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对重构三维土柱进行仿真试验,再采用曲线拟合可获取介质的扩散迂曲度值并确定有效扩散系数。分别采用颗粒流法(PFC)和蒙特卡洛方法随机生成三维球型颗粒堆积土柱和不同倾角的三维片状型颗粒重构土柱用于仿真试验,并根据计算结果探讨了颗粒类型和片状颗粒片层倾角对多孔介质扩散迂曲度的影响。计算结果表明:对片层状多孔介质,片层与浓度梯度方向的夹角对介质的扩散迂曲度影响明显;扩散迂曲度随着片层偏角的增大而增大;当片层走向与浓度梯度方向一致时迂曲度甚至可能小于同孔隙率的球状颗粒堆积体的迂曲度值。

关键词:多孔介质;孔隙尺度;扩散迂曲度;光滑粒子法;有效扩散系数

岩石高边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数弱化规律研究

杨建华1,2,代金豪1,2,姚  池*1,2,蒋水华1,2,姜清辉1,2

(1. 南昌大学建筑工程学院,江西 南昌 330031;2. 南昌大学江西省尾矿库工程安全重点实验室,江西 南昌 330031)

摘  要:岩石边坡爆破开挖引起的岩体力学性能劣化对边坡稳定具有不利的影响,Hoek-Brown(H-B)准则是快速估算损伤岩体力学参数的有效途径之一。针对白鹤滩水电站左岸834~750 m高程拱肩槽边坡爆破开挖,通过分析爆破后边坡岩体的声波速度,定量确定了H-B准则中扰动因子D的取值及其随深度的变化规律,在此基础上研究了损伤区内岩体力学参数的弱化规律。研究结果表明:随着岩体深度的增加,扰动因子D线性降低,损伤区内岩体变形模量线性增大,岩体单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角和黏聚力非线性增大;爆破开挖扰动下岩体单轴抗压强度弱化最为严重,内摩擦角弱化程度最小。研究成果可为边坡稳定性分析与支护设计的岩体力学参数取值提供参考。

关键词:岩石边坡;爆破;开挖损伤区;Hoek-Brown准则

土体等向固结曲线的Logistic模型

周凤玺1,2,邵彦平1,MUSA Abdallah Ibrahim Ahmed1

(1. 兰州理工大学土木工程学院,甘肃 兰州 730050;2. 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃 兰州 730050)

摘  要:基于非饱和土等向压缩试验和Logistic函数,提出了一种土体等向固结曲线的模型。首先,对目前土体体变方程中常用的单对数和双对数线性模型的不足进行了分析;然后,借助Logistic函数,建立了各向等压条件下的土体孔隙比和压力模型,并给出了模型中各参数的确定方法以及前期固结压力的解析表达;最后,通过与已有试验数据进行对比,验证了该模型的有效性,分析了各参数随非饱和土中吸力的变化规律。

关键词:等向压缩曲线;非饱和土;Logistic函数;前期固结压力    

冲击荷载下类煤岩组合体能量耗散与破碎特性分析

李成杰1,徐  颖*1,2,叶洲元3

(1. 安徽理工大学土木建筑学院,安徽 淮南 232001;2. 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,安徽 淮南 232001;3. 湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 411100)

摘  要:利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对类煤、岩单体及组合体试件进行冲击压缩试验,分析了试件能量耗散与破碎块度特征,通过对组合体煤、岩两组分碎块分别筛分,得到了各自的平均破碎块度,并依据单体试件平均破碎块度及破碎耗能密度与入射能之间的关系,获得了两种组分的破碎耗能密度,探究了两者吸能特性。结果表明:结合面的存在使得应力脉冲在组合体试件与压杆间传播做功过程更复杂,试件耗散能变化与煤单体接近,而小于波阻抗较大的岩单体。煤组分由于受到岩组分变形抑制作用而能量集聚程度更高,破碎耗能密度与破碎程度大于同等冲击强度下的煤单体,破碎过程岩组分的能量转移亦加剧了煤组分的破碎程度;相反,岩组分破碎耗能密度与破碎程度相比岩单体则偏小。复合煤岩体能量集聚程度更高,发生动力灾害所需的能量更低,在对复合煤岩巷道冲击地压和瓦斯突出动力灾害机理认识上及采取防治措施时应注意此特性。

关键词:煤岩组合体;SHPB;平均破碎块度;耗散能密度;能量分配

 

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