黄土覆盖层水–气耦合运移土柱试验及数值模拟

詹良通1，2，邱清文 1，2，杨益彪3，徐文杰1，2，陈云敏1，2

(1. 浙江大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310058；2. 软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江 杭州 310058；3. 贵州省交通规划勘测设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081)

摘 要：基于水分储存与释放机理的土质覆盖层在干旱和半干旱地区垃圾填埋场具有较好的应用前景。前人研究土质覆盖层大多侧重于其雨水存储及防渗性能，忽略了填埋气在覆盖层中的运移及其影响。通过在黄土土柱底部通入甲烷和二氧化碳等比例混合气体模拟填埋气在覆盖层运移，在土柱顶部施加3 cm常水头模拟雨水入渗对黄土覆盖层中气压分布以及各气体组分分布的影响。基于试验结果，利用商业软件Geo-Studio中的Air/W模块对黄土覆盖层水–气耦合运移进行了数值模拟与分析。研究结果表明：模拟雨水入渗降低了上层黄土的导气系数，导致土柱中气压显著增加，呈现出先增加至“突破值”然后回落至“稳定值”；气压“突破值”约等于上部土体进气值；数值模拟能较好地模拟水分入渗过程并捕捉到气压变化趋势，但由于其无法模拟多组分填埋气在土柱中的复杂物理过程，导致气压的模拟结果与实测值存在差距。本文为更准确模拟分析土质覆盖层中水与填埋气耦合运移过程提供了一些建议。

关键词：黄土覆盖层；土柱试验；水–气耦合运移；气压；雨水入渗




岩石三维弹塑性损伤本构模型研究

杜修力1，黄景琦*1，2，金 浏1，赵 密1

(1. 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；2. 清华大学土木系，北京 100084)

摘 要：基于应变等效假设和真实应力概念的弹塑性损伤理论，在真实应力空间内，结合非线性统一强度模型，以广义塑性剪应变为硬化参数，并同时考虑应力水平对硬化速率的影响，建立了无损状态下岩石材料的弹塑性表达式；在名义应力空间内建立考虑围压对损伤速率影响的损伤演化方程，从而建立了岩石材料的三维弹塑性损伤本构模型。本构模型中各物理参数意义明确，与材料试验结果的对比表明，所建立的三维弹塑性损伤本构模型可较好地描述岩石材料在多轴受力情况下的变形与强度特性，为岩体工程的复杂非线性受力分析提供理论依据。

关键词：岩石材料；本构模型；非线性统一强度模型；弹塑性；损伤力学




考虑地层变异性和土体参数变异性的边坡可靠度分析

邓志平1，2，李典庆*1，2，曹子君1，2，方国光1，2

（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. 武汉大学水利水电学院，湖北 武汉 430072）

摘 要：现有边坡可靠度分析大多数只考虑土体参数的固有变异性，而忽略了地层变异性的影响。为此，提出了同时考虑地层变异性和土体参数固有变异性的边坡可靠度分析方法，利用耦合马尔可夫链模拟地层分布，采用基于乔列斯基分解的中点法离散土体参数随机场，采用有限元强度折减法计算边坡安全系数，通过蒙特卡洛法模拟进行边坡可靠度分析。利用澳大利亚珀斯市钻孔资料，以边坡可靠度问题为例阐明了同时考虑地层变异性和土体参数固有变异性的重要性，研究了钻孔布置方案对边坡可靠度的影响规律，结果表明：提出的方法能够有效地反映地层变异性和土体参数固有变异性对边坡可靠度的影响。当钻孔数目较少时，模拟的边坡土体类型分布与真实边坡土体类型分布相差较大，此时忽略地层变异性将导致边坡可靠度不精确的估计结果。钻孔布置方案对边坡失效概率和安全系数有明显的影响，钻孔应尽可能多的布置在边坡关键影响区域。边坡失效概率和安全系数统计量与钻孔数目并不呈单调关系，但是随着钻孔数目的增加，边坡失效概率和安全系数统计量逐渐收敛至“精确解”。

关键词：边坡；可靠度；地层变异；参数固有变异




堆石料广义塑性模型研究

卞士海1，2，3，李国英*2，3，魏匡民2，3，周 健1

(1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2.南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；3. 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点试验室，江苏 南京 210024)

摘 要：通过分析试验资料和以往研究成果，修正了堆石料不同围压下剪切过程峰值应力比表达式，论述了塑性模量对平均应力的依赖性。基于广义塑性理论框架，借鉴Lade-Duncan单屈服面模型中引入塑性功定义硬化规律的思路，对塑性模量进行了修正，提出了一种改进的广义塑性模型。为了验证改进方法的合理性，塑性模量改进方法被应用于刘恩龙模型，同时使用提出的修正广义塑性模型预测了另外两种堆石料试验。不同围压下模型的预测结果与试验结果吻合较好，表明修正的模型可以较好地预测堆石料的应力–应变特性。

关键词：广义塑性模型；塑性功；塑性模量；三轴试验；模型验证




采用K–刚度法设计的模块式加筋土挡墙数值模拟

陈建峰，张 琬

(同济大学地下建筑与工程系，上海 200092)

摘 要：基于一采用K–刚度法设计的模块式加筋土挡墙建立有限差分数值模型，并采用界面双曲线模型真实模拟底层模块–水平基座界面及水平基座–地基界面，研究实际模块式加筋土挡墙在工作应力下的性状，并进一步分析墙趾界面剪切特性。结果表明：数值计算的挡墙筋材应变分布、填土中各层筋材最大拉力、墙面筋材连接力和墙面最大位移值与实测值比较吻合；K–刚度法计算的填土中筋材最大拉力值与数值模拟和实测值吻合较好，但墙面连接处筋材因受地基沉降和填土压实产生的下拉力影响而大于填土中筋材最大拉力，故K–刚度法不能用于墙面筋材连接力的验算；相较于刚性地基，压缩性地基上模块式加筋土挡墙的墙趾正应力系数较大，而墙趾承担荷载比例较小；尽管基座–地基界面剪切刚度较模块–基座界面小很多，由于其承受的剪应力也很小，墙趾并不会沿着基座–地基界面发生滑移破坏，模块–基座界面对挡墙墙趾起到主要的约束作用。

关键词：加筋土挡墙；K–刚度法；模块；墙趾界面；数值模拟




大面积基坑开挖前预降水对支护墙变形的影响研究

曾超峰1，2，郑 刚3，薛秀丽1

(1. 湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201；2. 湖南科技大学 岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室，湖南 湘潭 411201；3. 天津大学建筑工程学院，天津 300072)

摘 要：首先基于工程实测，研究了大面积宽基坑土方开挖前群井预降水对支护墙变形的影响，实测到基坑开挖前降水引起的最大支护墙侧移达到15 mm，约为该基坑变形报警值的47.6%；并发现对于排桩支护墙，在支护侧布置降水井，可以起到减小坑内降水引起支护墙侧移的作用；然后开展了35个常见工况的三维流固耦合有限元数值计算，研究了基坑宽度对支护墙变形的影响规律及其机理。结果表明，宽度较大基坑在同一预降水时间和深度条件下将发生更大幅度支护墙侧移，而在通常的预降水深度（0～20 m）条件下，对于宽度为20～40 m的地铁基坑，降水引起的支护墙最大变形及其增量均对基坑宽度的变化十分敏感，而对于宽度大于40 m的基坑，在同一降水深度条件下，支护墙最大侧移仅有较小的差别。而引起上述规律的机理可用降水过程中基坑中轴两侧土体侧移的叠加效应强弱来解释，基坑宽度越小，降水过程中坑内土体侧移叠加效应越明显，最大支护墙侧移就越小。

关键词：深基坑预降水；支护墙变形；工程实测；有限元计算；叠加效应




饱和半空间表面无限长梁的沉降变形

王 鹏1，史 吏2，张丙钦1，谷 川1

（1. 温州大学建筑工程学院，浙江 温州 325035, 2.浙江工业大学建筑工程学院，浙江 杭州 310014）

摘 要：采用解析方法研究了饱和半空间表面无限长欧拉梁的沉降变形特性。假定梁与地基的竖向接触应力沿梁截面均匀分布、梁的挠度与梁截面下地基表面的位移均值相等，分别考虑地基表面完全透水及完全不透水情况，基于Fourier及Laplace联合变换获得了问题的解析解，并通过已有研究结果及ABAQUSTM有限元分析模型对比验证了解的正确性。分析结果表明，梁的弯曲刚度、地基的排水及不排水泊松比以及地基表面的透水条件对梁的沉降变形有明显影响。

关键词：饱和半空间；梁；沉降变形；时域




基于结构异性比的含瓦斯煤渗透各向异性研究

亓宪寅1，2，王 威1,2

(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室，湖北 武汉 430071；

2. 长江大学岩土力学与工程研究中心，湖北 荆州 434023)

摘 要：渗透率是煤层气生产中的重要参数，而原煤的结构异性导致其渗透率具有明显的方向性。假设煤体结构各向异性，建立基于结构异性比的煤体各向异性渗透模型，再进一步推导出瓦斯煤各向异性气–固耦合控制方程，并植入Comsol计算平台，系统研究了煤体各向异性对气体扩散和渗透的影响。理论和数值研究结果表明：煤体结构异性比和平行层理方向渗透率与垂直层理方向渗透率的比值之间存在指数关系，结构异性比越大，则渗透率比值越大；恒定围压条件下，结构异性比随压力的增大而增大，平行层理方向的渗透率与垂直层理方向的渗透率比值也在增大；恒定围体积条件下，结构异性比随压力的增大而减小，平行层理方向的渗透率与垂直层理方向的渗透率比值也在减小；本文模型计算数据与渗透各向异性试验数据吻合度高，验证了本文模型的合理性，可适用恒定围岩应力、恒定储层体积等多种条件的渗透各向异性研究。

关键词：含瓦斯煤；结构异性比；解吸附效应；渗透模型；各向异性；气–固耦合




细粒含量对细粒–砂粒–砾粒混合料动强度的影响

吴 琪1，陈国兴*1，2，周正龙1，黄 博3

（1. 南京工业大学岩土工程研究所，江苏 南京 210009；2. 江苏省土木工程防震技术研究中心，江苏 南京 210009；3. 浙江大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310058）

摘 要：从现有文献可以发现，含砾量、制样方法、相对密度和固结比等因素对饱和砂砾土动强度CRR的影响已有较多研究，但鲜有文献涉及细粒含量FC对砂砾土CRR的影响。通过一系列不排水循环三轴试验，研究了FC对细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的影响。基于颗粒接触状态理论，将细粒–砂粒–砾粒混合料分为类粗粒土、类细粒土和中间性态土；引入“循环流动”和“循环液化”描述类粗粒土和类细粒土的循环破坏过程，提出了适用于混合料的循环破坏标准。试验结果表明：随着FC的增大，混合料的CRR呈现出先降低后增大的特征，当FC = 30%时，混合料的CRR最低。通过分析发现，细粒–砂粒–砾粒混合料的CRR随骨架孔隙比ek的增大而降低，且当FC < 25%或FC > 35%时，两者有较好的指数关系，说明ek是合理地表征细粒–砂粒–砾粒混合料CRR的一个物理指标。

关键词：细粒–砂粒–砾粒混合料；细粒含量；动强度；颗粒接触状态；骨架孔隙比




循环荷载下岩体结构面本构关系与积分算法研究

邓 建1，2，肖 明1，2，谢冰冰3，陈俊涛1，2

(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. 江西省交通科学研究院，江西 南昌 330020)

摘 要：地下结构中广泛存在的各种不连续面是影响岩体工程力学特性的重要因素，研究结构面在循环荷载作用下的力学行为具有重要的工程意义。基于非关联塑性理论，同时定义加载剪胀段和反向剪缩段，建立了岩体结构面剪胀与塑性耦合本构关系；从结构面的基本损伤机制出发，基于拉、剪分离的思路，建立了一类基于能量原理的岩体结构面拉、剪损伤本构模型，该模型基于有效应力空间塑性力学基本原理，定义了岩体结构面拉、剪塑性Helmholtz自由能分量及损伤能释放率，建立了岩体结构面拉、剪损伤破坏准则。针对结构面在循环荷载作用下的强非线性问题，引入算子分解的思想，将弹塑性演化与损伤演化过程分开进行求解，提出了结构面弹塑性损伤本构关系的混合积分算法。分别进行了岩体结构面直剪和循环剪切试验的数值仿真，计算结果与模型试验基本一致，表明该模型在模拟非连续岩体复杂变形方面是合理有效的。

关键词：岩体结构面；剪胀；弹塑性损伤；Helmholtz自由能；本构模型；积分算法




酸雨作用下含磷固化剂处理铅锌镉复合污染土的半动态浸出试验研究

伍浩良1，2，刘兆鹏4，1，杜延军*1，2，薛 强3，魏明俐1，2，李春萍5

（1. 东南大学江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室，江苏 南京210096；2. 东南大学交通学院岩土工程研究所，江苏 南京 210096；3. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；4. 中国民航机场建设集团公司，北京 100101；5. 北京建筑材料科学研究总院固废资源化利用与节能建材国家重点实验室，北京 100041）

摘 要：酸雨pH可显著影响固化重金属污染土的浸出量。定量评价固化污染土在暴露条件下（例如酸雨）对周边水土体环境的影响，需要明确固化污染土的有效扩散系数和阻滞因子这两个关键参数。现有研究多集中在固化污染土的浸出特性和表观扩散系数，有关有效扩散系数和阻滞因子的研究很少。本次研究旨在研究改进的KMP固化剂固化重金属Pb、Zn、Cd复合污染土在酸雨作用下的有效扩散系数和阻滞因子。解吸附试验表明，随着污染土中重金属Pb、Zn、Cd浓度增加，固化污染土的解吸附量增大，且解吸附曲线满足Freundlich平衡吸附/解吸附方程。半动态浸出试验结果表明，污染土中重金属Pb、Zn、Cd浸出机制主要由扩散控制，且拟合曲线斜率分别为0.60，0.56和0.61，表观扩散系数Dobs为1.05×10-16，7.84×10-13和2.11×10-12 m2/s。结合解吸附试验和半动态浸出试验结果可知，Pb、Zn、Cd的阻滞因子Rd分别为17165.6，254.6和109.3，有效扩散系数De分别为1.82×10-12，1.96×10-10，2.34×10-10 m2/s。与其他学者结果相比，固化污染土中Pb的有效扩散系数低于其他学者的两个数量级，而Zn和Cd的求算结果与其他学者一致。

关键词：固化/稳定化；重金属污染土；半动态浸出；酸雨




强降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡可靠度分析

覃小华1，2，刘东升3，宋强辉1，2，吴 越3，张 裕1，2，叶 泳4

(1. 后勤工程学院军事土木工程系，重庆 401311；2.岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室(后勤工程学院)，重庆 401311；3. 重庆市地质矿产勘查开发局，重庆 401391；4.61243部队，新疆 830000)

摘 要：边坡土体因其自身的不均匀性及试验监测的不准确性，饱和渗透系数表现出一定的变异性。为探索强降雨条件下基岩型层状边坡的稳定性及失稳破坏概率，以笔者前期对基岩型层状边坡降雨入渗及其稳定性模型的研究为基础，结合Monte Carlo 法，建立了考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡稳定性可靠度计算模型，并基于MATLAB将这一计算过程程序化。最后，利用建立的基岩型层状边坡可靠度计算模型，得到了张家湾滑坡在不同饱和渗透系数变异系数及降雨强度下的失稳破坏概率，分析了饱和渗透系数变异系数及降雨强度对滑坡失稳破坏概率及安全系数均值的影响。计算结果表明在一定降雨条件下，当失稳破坏概率小于50%时，变异系数越大、滑坡发生失稳破坏的概率越大；当失稳破坏概率大于50%时，变异系数越小、滑坡发生失稳破坏的概率越大。

关键词：强降雨；基岩型层状边坡；可靠度分析；饱和渗透系数；失稳概率




圆弧状多层沉积凹陷在平面SV波入射下的动力响应

陈三红1，张郁山*2

(1. 中国地震局地球物理研究所，北京 100081；2. 中国地震灾害防御中心，北京 100029)

摘 要：利用波函数的Fourier-Bessel级数展开法，推导了含任意多个圆弧状沉积层的凹陷地形在平面SV波入射下动力响应的解析解。通过与单一沉积凹陷条件下所得结果的比较，验证了该解析解计算结果的正确性。利用该解析解，研究了凹陷地形上覆沉积介质的成层性，包括沉积层的层数、排列顺序、以及软弱夹层的厚度和刚度等，对地面运动的影响效应。

关键词：地震波；散射；解析解；凹陷地形；地震动




橡胶–砂颗粒混合物强度特性及微观机制试验研究

张 涛1，2，蔡国军*1，3，刘松玉1，3，段伟宏1，3，王鹏程1，3

(1. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 210096；2. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074； 3. 江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室，江苏 南京 210096)

摘 要：为揭示橡胶–砂颗粒混合物强度特性变化规律和微观结构特征，通过室内直剪试验、无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验，研究橡胶掺量、竖向应力和养护龄期等对颗粒混合物抗剪强度、内摩擦角、应力–应变关系和抗压强度的影响，同时定性评价颗粒混合物微观结构的变化，探讨橡胶–砂颗粒混合物相互作用的微观机制。结果表明：橡胶–砂颗粒混合物密度随橡胶掺量增加而线性减小；橡胶颗粒的添加会降低颗粒混合物的抗剪强度和抗压强度，内摩擦角与橡胶掺量呈线性减小关系；橡胶–砂颗粒混合物的应力–应变特征随橡胶掺量增加表现出由“脆性”向“韧性”转变的趋势；低橡胶掺量的颗粒混合物受荷介质主要是砂颗粒组成的受力链，橡胶颗粒可有效阻止砂颗粒的滑移和倾覆，高橡胶掺量的颗粒混合物主要依靠橡胶颗粒的大变形承担荷载。

关键词：废弃轮胎；橡胶颗粒；强度；应力–应变特征；微观机制




非饱和土地区高速铁路路基沉降预测模型

冯怀平1，耿会岭1，韩博文1，商卫东2，常建梅1

(1. 石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043；2. 河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050031)

摘 要：准确、合理地预测线路工后沉降是高速铁路建设的关键，现场沉降观测数据表明不同饱和度地区路基沉降曲线线型变化较大，基于饱和理论的沉降预测方法在工后沉降预测中存在不能准确描述沉降规律，且存在预测值偏小的风险。基于实测沉降规律，提出了一个适用于非饱和土地区路基的沉降预测曲线模型。分析了预测曲线模型的特点，并基于最小二乘法给出模型参数的求解方法。结合兰新铁路第二双线LXS-15标段沉降数据，提出相关系数、偏差度、稳定度为模型有效性检验指标，结合施工完成2 a的实测资料，进行了在施工完成3个月及6个月所提模型与规范要求3种预测模型的对比研究；对3条不同饱和程度高铁路基沉降预测结果表明所提出的非饱和土预测模型具有较好的精度和广泛的适用性，为非饱和土地区高速铁路建设合理判断工后沉降提供参考。

关键词：非饱和土；高速铁路；工后沉降；预测模型




岩石破裂失稳声发射监测频段信息识别研究

刘祥鑫1，2，张艳博1，梁正召2，刘善军3

(1. 华北理工大学矿业工程学院，河北 唐山063009；2. 大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心，辽宁 大连 116024；3. 东北大学测绘遥感与数字矿山研究所，辽宁 沈阳 110818)

摘 要：首先对声发射信号进行分频处理，分析岩石损伤破裂演化过程中声发射信号频段分布规律。根据岩石断裂模式与声发射频率存在一定的对应关系，证明了岩石破裂监测中声发射前兆优势频段的存在，进一步构建前兆优势频段的计算方法，确定声发射监测岩石破裂的最优短临预报参数。通过开展花岗岩圆形隧洞模型水平卸荷试验，分析整个过程的声发射信号，寻找前兆优势频段，以此验证方法的可靠性。研究结果表明，水平方向卸荷瞬间，隧洞两壁发生劈裂破坏，频段（31.25～62 kHz）的小波能量占比达73%以上。临近最终破裂，频段（7.8125～15.625 kHz）变能系数 由前一刻的0.5突增到15，具有典型的灾变响应特征，可以确定该频段为声发射前兆优势频段。选择 作为宏观破裂的短临预报参数，再结合临近最终破裂前声发射主频在频段（90～105 kHz）和（13～20 kHz）所出现的响应突现规律，可以为预测花岗岩圆形隧洞模型的失稳破坏提供预警参量。

关键词：岩石力学；声发射；频率；识别




龙门山北段千枚岩强度及变形特性对比试验研究

吴永胜1，谭忠盛1，余贤斌2，喻 渝3 ，李 磊1，郭小龙1

（1. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044；2. 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093；3. 中铁二院工程集团有限公司，四川 成都 610031）

摘 要：对成兰铁路龙门山北段隧道群4种典型千枚岩进行不同加载方位角的强度和变形特性对比试验研究，研究结果表明：加载方位角和岩石矿物成分严重影响千枚岩变形特性，并与围压水平有关。千枚岩单轴抗压强度随方位角变化呈“U”型的各向异性特征，所试验的4种千枚岩各向异性率由大至小对比关系为：HP>MP>QP>CP。试样一般在峰值应力前产生扩容现象，扩容起始应力和形式与加载方位角或层理发育程度相关。三轴压缩试验中，千枚岩垂直层理加载时的峰值强度、长期强度和残余强度比平行层理加载明显偏高，并随围压水平增加而增大。千枚岩不同加载方位角下单轴压缩试验破坏模式归纳为4种：层理面滑移剪切破坏、压拉剪切破坏、张拉破坏、复合破坏。

关键词：千枚岩；强度；变形特性；加载方位角




大直径钻孔卸压机理室内及数值试验研究

贾传洋1，2，蒋宇静*1，张学朋1,3，王 冬1，栾恒杰1，王长盛1,3

（1. 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东 青岛 266590；2. 临沂大学建筑学院，山东 临沂 276000；3. 长崎大学工学部，日本 长崎 852-8521）

摘 要：钻孔卸压能够有效降低巷道上方及其周围岩体弹性能量的积聚，降低区域冲击危险性。因此，对大直径钻孔卸压机理及其合理参数的深入研究具有工程应用价值。通过室内试验研究孔径、孔间距及孔深等参数对试样强度的影响，以及分析不同参数影响下试样破坏形态；同时借助颗粒流PFC研究不同参数条件下试样裂纹扩展形态及裂纹数量。研究表明：裂纹扩展贯通导致的应力释放是钻孔产生卸压作用的根本原因，且孔径、孔深越大，钻孔周围裂纹数量越多，主控裂纹纹路越清晰，钻孔卸压效果越好；同样随着孔间距越小，试样破坏形态由独立型破坏转变为贯通型破坏，试样破坏强度明显降低，卸压效果明显。

关键词：大直径钻孔；卸压机理；室内试验；数值试验




岩溶区嵌岩桩桩端承载性能研究

赵明华1，肖 尧1，徐卓君1，杨超炜1，胡 倩1，刘建华2

(1. 湖南大学岩土工程研究所，湖南 长沙 410082；2. 长沙理工大学运输工程学院，湖南 长沙 410076)

摘 要：为考虑岩溶区基桩嵌岩段岩层与顶板的整体承载效应及溶洞形状对桩端极限承载力的影响，在嵌岩桩桩端极限破坏模式研究的基础上，首先根据桩端极限破坏线与溶洞的位置关系，确定了溶洞发生破坏时的临界状态；其次，结合桩端岩层极限状态下的传力机制，分析了岩溶区嵌岩桩桩端极限破坏模式。然后，通过建立极坐标系，给出了溶洞发生冲切破坏、冒顶破坏的限定条件，并推导了不同破坏模式下岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算公式。最后，用试验数据与工程实例对本文理论进行验算，验算结果表明：理论计算结果与试验现象及工程实例结果较为吻合，可为岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算提供一些参考。

关键词：岩溶区；嵌岩桩；桩端；整体承载效应；极限承载力




贯通充填裂隙类岩石渗流特性试验研究

赵 恺1，王环玲*1，徐卫亚2，夏 季1

(1. 河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学岩土工程科学研究所，江苏 南京 210098)

摘 要：利用3D打印技术制作平行、合并、T型、斜交以及正交裂隙，通过模具浇筑成贯通充填裂隙类岩石试样，应用低渗透岩石惰性气体渗透测试系统测试不同围压加卸载条件下贯通充填裂隙类岩石渗流特性，研究具有不同渗透结构面试样在不同围压作用下气体渗透率的变化规律。通过试验研究发现：充填物相同情况下，开度相同，形式不同的渗透结构面试样渗透率不同，但数量级上不存在差异，以围压加载25 MPa为例，平行裂隙试样渗透率最大，合并裂隙试样渗透率最小；试样渗透率随围压变化曲线在围压加载阶段高于卸载阶段，不同渗透结构面试样渗透率随围压变化波动幅度不同；围压加载阶段贯通充填裂隙类岩石渗透率与围压关系符合多项式函数；不同试样渗透率对应力敏感系数随围压变化曲线在围压加载阶段变化趋势不尽相同，在围压卸载阶段各曲线变化趋于接近，呈“W”型，贯通充填裂隙类岩石渗透率对应力敏感性受渗透结构面影响。

关键词：气体渗透率；围压加卸载；贯通充填裂隙；渗透结构面




衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究

张 旭1，2，张成平*1，2，冯 岗1，2，韩凯航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. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)

摘 要：衬砌背后空洞的存在严重影响了围岩与衬砌之间的相互作用，极易引起衬砌结构破损并直接影响到运营安全。通过模型试验，系统研究了拱顶与拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构裂损演化过程及衬砌结构轴力和弯矩的变化规律。模型试验结果表明：①衬砌背后双空洞的存在，严重影响隧道结构的受力状态，易导致衬砌结构承载力不足；②拱顶与右拱肩背后存在双空洞条件下衬砌裂缝出现的顺序为：仰拱内表面裂缝→空洞间衬砌内表面裂缝→拱肩空洞右侧衬砌外表面裂缝→拱顶空洞左侧衬砌内表面裂缝→左拱脚衬砌外表面裂缝→右拱腰衬砌外表面裂缝；③空洞尺寸变化显著改变了衬砌内力分布，空洞尺寸的增加，引起两空洞间衬砌结构轴力减小而弯矩增大，使两空洞间的衬砌结构破坏程度更严重；④衬砌背后空洞的位置及数量对隧道结构裂损过程有较大影响，衬砌背后存在双空洞时衬砌裂缝的传播过程更复杂。研究成果可为衬砌背后多空洞影响下衬砌裂缝病害的防治和修复提供参考。

关键词：衬砌背后空洞；隧道结构；破坏过程；衬砌裂缝；衬砌内力；模型试验




Ca2+浓度对膨润土掺砂混合土渗透性能的影响

许四法，吴雪辉，胡 琦，张 勇，王 哲*

（浙江工业大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310032）

摘 要：垃圾填埋场底部铺设含黏土或膨润土掺砂混合土的防渗系统，防止渗滤液流入地下污染周边环境。采用模型试验研究Ca2+离子浓度和基础局部沉降对膨润土掺砂混合土渗透特性的影响。试验结果表明Ca2+浓度对膨润土掺砂混合土的渗透性能有较大影响，渗透液中Ca2+浓度超过一定值后混合土渗漏；Ca2+离子浓度与发生渗透时间之间有很大关系，浓度越高发生渗透的时间越短；同样沉降量条件下，含Ca2+离子溶液渗透的混合土均发生渗漏，而用蒸馏水作渗透液的没有出现渗漏；钠基膨润土遇Ca2+离子溶液后，当Ca2+离子浓度大于两倍Na+就会发生离子交换，钠基膨润土转化为钙基膨润土，混合土的防渗性能下降。因此开展Ca2+离子浓度对膨润土掺砂混合土渗透特性的研究具有较好的理论和实际意义。

关键词：膨润土掺砂混合土；局部沉降；Ca2+离子浓度；渗透量；离子交换




基于分形理论的堆石料级配设计方法

朱 晟1，2，邓石德1，2，宁志远1，2，王 京1，2

（1. 河海大学水文水资源与水利水电工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098；2. 河海大学水工结构研究所，江苏 南京 210098）

摘 要：根据分形理论，推导了堆石料级配的分形分布公式。利用6座心墙坝和5座200 m级面板坝工程的现场级配检测资料进行验证，相关系数基本在0.95以上，吻合较好；相对于不均匀系数Cu和曲率系数Cc指标，粒度分形维数可以更客观地反映堆石料填筑级配平均特性；对英安岩、凝灰岩和混合岩等不同母岩特性的缩尺堆石料进行了室内干密度试验研究，同时结合水布垭等4座大坝原级配堆石料的检测资料，研究了级配（粒度分形维数）与压实干密度的关系，认为级配是影响堆石料压实性能的主要因素；利用粗粒土级配的Cu，Cc与分形维数的关系，首次提出了堆石料、过渡料等大粒径筑坝材料的良好级配范围，其粒度分形维数在2.22～2.63之间。研究结论可为堆石料的级配设计与优化提供依据。

关键词：堆石坝；级配；粒度分形维数；干密度




动态巴西圆盘劈裂试验的极限分析解

杨仁树1，2，陈 骏*1，刘殿书1，2

（1. 中国矿业大学（北京） 力学与建筑工程学院，北京 100083；2. 中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083）

摘 要：通过极限分析上限定理对巴西圆盘动态劈裂试验的弹性解进行了优化，考虑高速冲击作用导致的岩石试件端部剪切裂纹对动态拉伸强度的影响，获得了计算动态拉伸强度上限解的新公式。通过对实测的砂岩动态劈裂试验结果的分析，对比了原始的弹性解和得到的上限解间的差别，研究表明砂岩的动态拉伸性能随加载率的变化不明显，随着加载率的提高，动态拉伸强度曲线较平缓，说明砂岩在动态作用下承受拉应力的能力较低，抗拉强度的变化范围较小。同时验证了基于极限分析法的岩石动态抗拉强度公式可以为砂岩的工程应用提供更安全可靠的参考值。

关键词：动态拉伸强度；巴西圆盘试验；极限分析；上限解；加载率