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振杆密实法处理湿陷性黄土地基试验研究

刘松玉1,2,杜广印1,2,毛忠良3,高常辉1,2,曾  彪1,2,杨  泳4,章定文*1,2

(1. 东南大学交通学院,江苏 南京 210096;2. 江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室,江苏 南京 210096;3. 中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600;4. 江苏盛泰建设工程有限公司,江苏 连云港 222000)

摘  要:湿陷性黄土地基加固处理是中国西部开发建设工程中面临的问题之一,且面广量大。振杆密实法技术处理湿陷性黄土地基,采用自主研发的振杆密实设备,以甘肃中兰铁路客专项目工程场地为依托,提出了气动振杆密实法处理湿陷性黄土地基的施工工艺,并对处理效果进行了测试评价。原位测试和室内试验结果表明:处理后黄土为非湿陷性,平均湿陷系数为0.003;处理范围内土层锥尖阻力、侧壁阻力和标贯击数较处理前显著提高,面波波速提高15%左右,且土层各项物理力学性能指标均有明显改善。结果表明振杆密实法是湿陷性黄土地基处理的一项全新技术,具有节能环保、经济高效等优点,在黄土地区有推广应用前景。

关键词:振杆密实法;湿陷性黄土;室内试验;原位测试;湿陷性;振动影响

填充沟对地铁运营引起地基振动隔振效果研究

蔡袁强1,2,江乾明1,曹志刚*1,袁宗浩2,楼佳悦3,张盈哲3

(1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心,浙江 杭州 310058;2. 浙江工业大学岩土工程研究所,浙江 杭州310014;3. 浙江华云电力工程设计咨询有限公司,浙江 杭州 310014)

摘  要:为分析填充沟对地铁运营引起的地基振动隔振效果,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–地基–填充沟2.5维有限元分析模型。列车荷载模拟为一组符合列车轴载空间分布的常荷载,钢轨和浮置板简化为无限长Euler梁,衬砌与地基模拟为均质弹性体。理论模型通过钢轨与衬砌仰拱处、以及衬砌与地基处应力和位移连续条件进行耦合。混凝土填充沟模拟为地基中异质体,填充沟与地基交界面通过共用节点法处理,并在波数域中进行求解,最后通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的地基动力响应。计算分析了填充沟在不同列车速度、填充沟沟深、沟宽与隧道埋深等情况下的隔振效果。研究表明,填充沟隔振效果随沟深增加而显著改善,但隔振效果改善速率在填充沟超过一定深度后变缓;随着填充沟距地铁距离增加,沟前隔振效果减弱,而沟后隔振效果改善。随着列车速度增加,填充沟隔振效果变好。

关键词:填充沟;地铁荷载;2.5维有限元;隔振效果;移动荷载

冻融条件下加筋碎石桩复合地基路堤性状研究

陈建峰1,顾子昂1,王兴涛1,牛富俊2,叶观宝1,冯守中3

同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室,甘肃 兰州 730000;3. 武汉广益交通科技股份有限公司,湖北 武汉 430074)

摘  要:制作了一套加筋碎石桩复合地基冷冻试验系统,开展了1组加筋碎石桩复合地基路堤冻融离心模型试验和1组未冻融的对比试验,以研究加筋碎石桩复合地基经历季节性冻土后填筑的路堤在冻融条件下的性状。研究结果表明:冻融条件下加筋碎石桩复合地基在地基土未融化前,其桩顶和桩间土沉降基本一致,而在地基土全部融化后,桩间土沉降显著增大;冻融条件下路堤边坡基本保持初始坡度,路堤下地基沉降比较均匀,而未冻融组路堤边坡明显变缓,路堤下地基不均匀沉降明显;在复合地基和桩体均处于冰冻状态时,其桩顶和桩间土应力一致,当桩体先于桩间土融化后,桩顶应力减小而桩间土应力增大,而当地基土开始全部融化后,桩间土应力快速下降而桩顶应力快速增大,冻融条件下复合地基沉降稳定时的桩土应力比是未冻融条件下桩土应力比的2/3左右;冻融条件下由于路堤加载过程中桩顶周围土体处于冰冻状态,限制了桩顶侧向位移,而冻土层以下土体推动下部桩体向外位移,使得靠近路堤边坡下的桩体向路堤内弯曲,但弯曲变形量较小,而未冻融条件下的桩体则向路堤外弯曲且弯曲变形量较大;加筋碎石桩适合用于季节性冻土区湿地软土地基处理,其复合地基经历季节性冻土后填筑的路堤整体性能较好。

关键词:路堤;加筋碎石桩;复合地基;冻融;离心模型试验;沉降;

缓冲/回填材料——膨润土颗粒及其混合物研究进展

刘樟荣1,崔玉军1,3,叶为民*1,2,王  琼1,4,张  召1,陈永贵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. 法国国立路桥大学,法国 巴黎 77455;4. 同济大学高等研究院,上海 200092)

摘  要:膨润土颗粒是一种用于填充高放废物地质处置库中各种施工接缝和空隙的缓冲/回填材料。从膨润土颗粒的制备方法、填充技术与堆积性质、热传导特性、水力特性、结构演化规律及力学特性等6个方面,全面回顾和总结了近年来对膨润土颗粒的研究成果与最新进展,并分别指出了各方面值得进一步深入研究的几个课题。研究表明,膨润土颗粒可由多种方法制备,也可采用多种技术填充到处置库中,其堆积干密度和均匀性与充填技术、级配、堆积方式等因素有关,其热传导系数与干密度、含水率和温度等因素有关,其水力–力学特性与级配、干密度及温度等因素有关。通水水化或降低吸力过程中,颗粒混合物由初始松散结构逐渐转变为胶结融合结构,及至水化饱和后基本达到宏观上的均一化结构,但微观层次的均一化过程仍将持续漫长的时间。考虑到处置库实际运营工况的复杂性,科学高效的颗粒混合物填充技术、多场(热–水–化–力)耦合条件下的颗粒混合物水力–力学特性及结构演化规律是今后值得深入探索的研究方向。

关键词:深地质处置;缓冲/回填材料;膨润土颗粒;颗粒混合物

基督城易液化场地震后小应变剪切刚度演化规律研究

周燕国1,2,沈  涛1,2,王  越1,2,丁海军3

(1. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学岩土工程研究所,浙江 杭州 310058;3. 浙江交工集团股份有限公司,浙江 杭州 310051)

摘  要:饱和砂土场地的剪切刚度在强震扰动(如液化)后会发生显著下降并随时间逐渐恢复,因此基于震后调查获得的原位测试指标(如剪切波速)与震前原状土的相应指标之间存在差异,根据液化实例调查和原位测试指标建立的砂土抗液化强度评价方法存在系统误差。为定量评价这种差异并提出合理的修正方法,对新西兰基督城的REHS强震台站在2010年至2011年间的若干强震记录进行水平与竖向谱比(HVSR)分析,获得了该台站所在的易液化场地在地震前后小应变剪切刚度随时间的发展规律,发现场地平均刚度在震后瞬时显著下降后呈对数形式增长,恢复至相对稳定状态需要1~2周时间,而且在很长的一段时间内该刚度值均小于震前值。在此基础上,提出了综合考虑主固结和次固结作用的震后饱和砂土小应变刚度计算模型,并合理预测了REHS台站场地震后刚度随时间的恢复过程。该计算模型为将震后原位测试指标修正到对应于震前原状土的测试值提供了一种可行的手段,有助于提高当前基于液化实例调查的地震液化简化判别方法的可靠性。

关键词:砂土液化;剪切刚度;时间效应;HVSR方法;强震台站;基督城地震

平面P波入射下海底衬砌隧道地震响应解析分析

朱赛男1,李伟华*1,Vincent W Lee2,赵成刚1

(1. 北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;2. University of Southern California, Los Angeles, CA 90089-2531,USA)

摘  要:基于Biot流体饱和多孔介质和理想流体介质波动理论,采用Hankel函数积分变换法(HFITM),在考虑水下饱和土的流固耦合及水–土–结构动力相互作用条件下,给出海底衬砌隧道对平面P波散射问题的解析解。Hankel函数积分变换法能够较好地处理半空间表面边界条件,避免了传统研究中的“大圆弧假定”。在解析解的基础上,计算分析了入射角度、入射频率、海水水深和隧道埋深等因素对场地位移和隧道应力的影响。结果表明:入射角度、入射频率、海水水深和隧道埋深对场地位移和隧道应力影响明显;入射角不同时,场地水平位移和隧道动水压力随着入射角的增加而增加,竖向位移和隧道总应力随着入射角的增加而减小;入射频率不同时,隧道应力随着频率的增加而明显减小;海水水深不同时,水深为10倍隧道半径时的场地位移和隧道应力最大;隧道埋深不同时,场地位移和隧道应力随着埋深的增加而减小。

关键词:海底衬砌隧道;平面P波;散射问题;地震响应;解析解

基于双台阵模拟地震空间差动效应的模型箱参数解析

禹海涛1,陈希卓2,李  攀*2,3

(1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;2. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;3. 苏州大学轨道交通学院,江苏 苏州 215131)

摘  要:基于多台阵的地下结构振动台试验,需要借助模型箱的设计来实现地震空间差动效应的模拟,即通过模型箱将多台面离散差动输入转换为实际地震动连续差动输入。目前有关多台阵模型箱设计参数的选取尚无可参照的解析表达式或图表可循。针对典型的双台阵试验系统,建立双台阵模型箱的简化计算模型与荷载边界条件,基于积分变换和留数定理,推导出双台面输入条件下模型箱动力响应的解析解,直观给出模型箱动力响应与模型箱参数之间的解析关系。以实际地震动连续差动输入为目标,得到了基于双台阵模拟地震空间差动效应的模型箱参数解析表达式。最后通过多台面振动台空箱试验,验证了该模型箱参数解析表达式的正确性,可以用于指导基于双台阵模拟基岩面连续差动输入的模型箱设计。

关键词:地震动输入;空间差动效应;振动台;模型箱;解析解

地铁车站结构端部效应影响范围研究

王国波1,2,郝朋飞1,孙富学*2

(1. 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430070;2. 温州大学建筑工程学院,浙江 温州 325000)

摘  要:常规的地铁车站抗震设计均是选择跨中截面按平面问题进行计算分析和设计,但在靠近车站前后端墙的区域必然受端墙及区间隧道的影响,从而应考虑其空间效应,即端墙的端部效应。基于对地铁车站及区间隧道振动台试验的数值模拟,验证数值模型的合理性,然后对地铁车站结构端部空间影响范围进行一系列的数值分析,主要考虑地铁车站结构跨数及层数、土体参数、地震波类型及幅值以及区间隧道数量的影响。计算分析结果表明:车站结构的跨数、层数以及区间隧道的数量均会对地铁车站端部影响范围产生一定的影响,车站结构端部影响范围最大的为2层3跨车站,其影响范围为1.6B(B为结构宽度);地铁车站结构端部效应影响范围与其自身结构特性相关,而受土体参数和地震波类型及幅值影响较小,同时对比分析表明采用柱端弯矩作为端部影响范围的评价指标更为合理。

关键词:地铁车站;区间隧道;端部效应;地震响应

分数阶黏弹性地基中洞周超孔隙水压力消散特性分析

黄明华1,2,胡可馨1,2,赵明华1,2

(1. 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室,湖南 长沙 410082;2. 湖南大学土木工程学院,湖南 长沙 410082)

摘  要:针对黏弹性地基中洞周超孔隙水压力消散问题,首先,采用分数阶Merchant模型来描述洞周饱和软黏土的流变特性,并借助拉普拉斯变换及逆变换方法,推导该模型柔度函数;其次,基于饱和软黏土二维固结状态下超孔隙水压力消散的偏微分方程,采用保角变换和分离变量方法,推导超孔隙水压力关于时间和空间变量的两个独立方程及其在拉普拉斯域内的解析表达式;再次,基于Crump方法,建立时域内超孔隙水压力的数值计算方法,并将超孔隙水压力解答退化为弹性和整数阶黏弹性地基的情况,与已有解答进行对比,验证其可靠性;最后,基于建立的解答,对洞周超孔隙水压力的消散特性进行研究,分析分数阶阶次、模量比、黏滞系数和边界条件的影响。结果表明:分数阶阶次和黏滞系数对超孔隙水压力消散的影响均呈现为两个不同的阶段。在消散初期,分数阶阶次和黏滞系数越大,超孔隙水压力消散越快;而在消散后期,分数阶阶次和黏滞系数越大,超孔隙水压力则消散越慢。模量比越大所对应的饱和软黏土层越软,超孔隙水压力消散越慢,且模量比的影响在超孔隙水压力消散中后期更为明显。洞周排水边界条件对超孔隙水压力消散的影响,消散初期主要体现在靠近洞周一侧,之后,逐渐向远离洞周一侧延伸和传递。

关键词:岩土工程;黏弹性地基;超孔隙水压力;消散特性;分数阶导数

岩土工程简化可靠度设计方法——修正分位数法

杨智勇1,唐  栋*2,张  蕾3,祁小辉4

台湾大学土木工程学系,台湾 台北;2. 长沙理工大学水利工程学院,湖南 长沙 410114;3. 太原理工大学水利科学与工程学院,山西 太原 030024;4. 南洋理工大学土木环境工程学院,新加坡)

摘  要:现阶段多数规范推荐的半概率设计方法分项系数法与传统容许应力设计法具有相似的设计过程,易于被岩土工程师接受。然而,当实际岩土体参数统计量及分布类型等与分项系数设计法校准过程所采用的不一致时,分项系数法的设计结果往往会产生较大偏差。分位数设计法与分项系数法设计过程相似,且能够解决分项系数法设计偏差较大的问题。遗憾的是,该方法需要事先通过大量可靠度分析建立岩土结构物设计参数与有效随机维度间的回归函数,该过程不仅计算量较大而且十分繁琐,不利于工期紧迫条件下的快速可靠度设计。为此,提出了基于修正分位数法的岩土工程简化可靠度设计方法。首先介绍了原始有效随机维度–分位数设计法(ERD-QVM)和分位一阶二次矩可靠度分析方法,在此基础上提出了基于简单迭代算法的修正分位数法。最后以桩基础设计和方形基础设计为例阐明了所提方法的有效性。结果表明:修正分位数法为工期紧迫的岩土结构物可靠度设计提供了一种有效分析工具。修正分位数法不仅能够有效地避免原始ERD-QVM需要建立关于设计参数回归函数的问题,极大地降低原始ERD-QVM的计算量,而且能够得到合理的岩土结构物设计结果。修正分位数法设计结果更保守,原始ERD-QVM可能产生偏危险的设计,这对岩土结构物稳定性非常不利。两种设计方法具有相似的设计稳健性。

关键词:岩土结构物;可靠度设计;分项系数法;修正分位数法;分位一阶二次矩法

软土区双线盾构施工引起的土体变形及孔压研究

丁  智1, 2,洪哲浩1,冯丛烈1,魏新江1,徐  涛2,王  涛3

(1. 浙大城市学院土木工程系,浙江 杭州 310015;2. 澳门大学土木与环境工程系,澳门 999078;3. 中设设计集团股份有限公司,江苏 南京 210014)

摘  要:以杭州地铁2号线某盾构区间工程为背景,推导饱和软土双线盾构掘进引起的土体变形及孔压理论解,结合实际工程参数分析土体及超孔压变化规律;控制切口附加推力、盾壳摩擦力和盾尾注浆压力的取值,研究不同施工参数对土体竖向变形的影响。结果表明:盾构接近研究断面时,施工参数对土体变形的影响较大;当双线盾构推进通过研究断面一定距离后,其施工引起的横向地表位移变化和切口附加推力作用下的超孔压变化趋于稳定;盾壳摩擦力对孔压的影响范围主要集中在盾构穿越一半长度内;当双线盾构远离研究断面后,盾尾注浆作用产生的超孔压力趋近于0;研究结果可为杭州软土区类似盾构工程提供指导建议。

关键词:软土;双线盾构隧道;盾构施工;土体变形;孔压变化

一种模拟节点达西渗透流速的双重网格多尺度有限单元法

赵文凤1,谢一凡*2,吴吉春1

(1. 南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023;2. 河海大学水利水电学院,江苏 南京 210024)

摘  要:提出了一种用于模拟节点达西渗透流速的双重网格多尺度有限单元法(D-MSFEM)。该方法是多尺度有限单元法(MSFEM)与VedatBatu双重网格技术(D-FEM)的有机结合,不仅可以应用双重网格技术获得连续、精确的水头一阶导数,还可以应用多尺度基函数直接在粗网格上求解水头和达西渗透流速,从而突破了传统有限元基础框架的限制,具有极高的计算效率。同时,D-MSFEM还可以应用粗尺度节点的达西渗透流速和多尺度基函数直接获得细尺度节点的达西渗透流速,而无需在精细尺度上求解,能够节约大量的计算消耗。应用D-MSFEM和多种传统达西渗透流速计算方法对地下水稳定流和非稳定流进行了模拟,结果显示D-MSFEM具有极高的模拟效率和精度。该方法可为高效计算地下水达西渗透流速问题提供新途径。

关键词:双重网格技术;多尺度有限单元法;达西渗透流速;地下水流;数值模拟

基于耐震时程分析法的地下结构抗震性能评价

钟紫蓝,甄立斌,申轶尧,赵  密*,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:耐震时程分析法是基于给定的目标反应谱构造地震动强度随持时不断增大的人工加速度时程曲线,并用于工程结构非线性动力时程分析,有效反映结构从弹性进入塑性直至发生破坏的全过程,进而对结构抗震性能进行综合评价。为研究该方法在地下结构抗震性能评价中的适用性,以大开地铁车站为原型,建立土–地下结构相互作用有限元模型,基于中国抗震规范的设计反应谱生成3条耐震加速度时程曲线作为地震输入,同时选择15条天然地震动进行增量动力分析,对比研究了地铁车站的地震响应特征。研究结果表明:耐震时程分析结果处于增量动力分析结果的包络线之内,并与增量动力分析结果的均值曲线吻合较好,因此,耐震时程分析方法可以作为地下结构进行抗震性能评价的一种新的高效率方法;此外,场地基本自振周期对应的加速度反应谱强度比输入地震动峰值加速度更适合作为预测地下结构地震响应的地震动强度指标。

关键词:耐震时程分析方法;抗震性能评价;地下结构;增量动力分析;地震强度指标

基于对数骨架曲线的时域本构及其应用

董  青1,苏  杰1,周正华1,李小军*2

(1. 南京工业大学交通运输工程学院,江苏 南京 210009;2. 北京工业大学建筑工程学院,北京 100124)

摘  要:土层非线性地震反应分析的等效线性化方法会严重降低某一中频段增大相应的高、低频段的地震动非线性效应,且土体的塑性变形影响无法体现,尤其软弱土层、薄覆盖层场地地震反应分析结果与实际观测不符。从一维土层场地时域非线性地震反应分析出发,提出一种基于试验曲线确定的对数骨架曲线的函数表达式,其特点是渐近线上升较缓慢。基于Mashing准则,以加卸载转折点应力应变为参考应力应变点建立了对数动骨架曲线本构函数表达式。在此基础上,提出了基于对数动骨架曲线土体本构的交叠差分格式一维土层时域非线性地震反应分析方法,并以Microsoft Visual C++ 6.0为开发平台,自行编制了一维土层地震反应分析程序Soilresp1D,开展了于软弱土层、薄覆盖层场地和场地影响台阵场地的时域非线性地震反应计算分析。与基于双曲动骨架曲线本构的时域分析结果、等效线性化分析结果以及实际地震动观测记录对比,展现了提出的对数动骨架曲线本构的可行性及合理性。同时,对比结果表明,基于对数动骨架曲线本构的土层时域非线性地震反应分析方法适用于不同类型场地的地震反应分析,且尤其表现为对数动骨架曲线本构滞回圈较宽、阻尼比退化系数较大,更好地体现了实际土体的非线性和塑性特性。

关键词:对数骨架曲线;动骨架本构;时域非线性;阻尼比退化系数;应力–应变关系

薄层充填岩石节理剪胀特性试验研究

肖维民1,2,余  欢1,2,朱占元*1,2,李  锐1,2,刘伟超1,2

四川农业大学土木工程学院,四川 都江堰 611830;2. 四川农业大学村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心,四川 都江堰 611830)

摘  要:岩石节理剪胀特性是影响节理渗流的重要因素,主要受节理表面粗糙性和法向应力的影响。而对于充填岩石节理而言,其剪胀特性还受到充填介质的影响。为了研究薄层充填岩石节理的剪胀特性,首先制备了3组具有Barton标准剖面线形貌特征、充填度=0.00,0.25,0.50,0.75及1.00的薄层充填模拟岩石节理试件,然后在低、中、高三级法向应力下进行直剪试验,得到了薄层充填岩石节理试件法向位移–剪切位移曲线及其破坏特征。结果表明:在低法向应力条件下,节理表面粗糙性和充填度共同影响薄层充填岩石节理试件的剪胀特性,而在中高法向应力条件下,节理表面粗糙性是影响其剪胀特性的关键因素;薄层充填岩石节理破坏特征包含充填介质的剪切挤碎和节理上下表面粗糙凸起体被剪断两种,且随着充填度的增加,充填介质剪切挤碎逐渐占主导地位,成为薄层充填岩石节理试件的主要破坏特征。在此基础上,考虑充填介质对节理表面粗糙度系数JRC的弱化作用,建立了薄层充填岩石节理峰值剪胀角随充填度呈指数变化的经验关系式,并通过直剪试验数据和已有文献数据对其适用性进行了初步分析。

关键词:岩石力学;薄层充填岩石节理;直剪试验;剪胀;充填度

基于单试件法的节理岩体抗剪强度参数分析

邓华锋,熊  雨,肖  瑶,齐  豫,李  涛,许晓亮*

(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)

摘  要:试样之间的差异不仅影响节理岩体直剪试验结果的离散性,更重要的是影响节理岩体“多试件法”抗剪强度参数分析结果的合理性,为此,采用劈裂法制备了单节理砂岩试样,进行了节理面形貌扫描分析和直剪试验。研究结果表明:①由于制样条件限制,试样之间的差异不可避免,试样的非均匀性导致了试验结果的离散,使得试样使用顺序直接影响试验结果的分布规律;②基于Barton建立的节理面抗剪强度经验公式,提出了通过单个试样节理面形貌特征扫描分析或者单次直剪试验确定该试样节理面JRC值和抗剪强度参数的“单试件法”,为定量分析同组各试样之间抗剪强度参数差异提供了较好的思路;③提出了基于“单试件法”的节理岩体抗剪强度参数综合分析方法,将同组各试样在不同法向应力下的抗剪强度试验值和计算值一起进行拟合分析,使得每个试样在不同法向应力下的剪切力学特性都有体现,可以更加真实地反映该组试样节理面的剪切力学特性分布规律,而且可以消除试样使用顺序对试验结果的影响。

关键词:节理岩体;节理面;形貌;差异;试验顺序;分形维数;单试件法

考虑蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型研究

张  雷1,周宏伟*2,3,王向宇1,荣腾龙4,王路军5,车  俊1,王  雷1

(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)能源与矿业学院,北京 100083;3. 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083;4. 河南理工大学能源科学与工程学院,河南 焦作454000;5. 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 102211)

摘  要:为了考虑深部煤体的蠕变效应对煤体渗透率的影响,结合考虑体积蠕变的深部煤体非线性蠕变三维本构方程、Kozeny-Carman方程、含裂隙煤体渗透率计算方程建立了基于蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型。利用含瓦斯煤蠕变–渗流试验数据对渗透率模型进行参数拟合,确定了模型的物性参数,并对不同试验条件下的渗透率演化过程进行了模拟分析。结果表明:在弹性及黏弹性蠕变阶段,渗透率模型数值逐渐减小,符合煤体在低应力阶段蠕变过程中初始孔隙被逐渐压密渗透率减小的物理过程;在黏塑性蠕变阶段,渗透率模型能够表征加速蠕变阶段即渗透率突增阶段的演化趋势。此外,对分数阶渗透率模型中的关键参数进行了敏感性分析,发现随着煤体性质参数α0数值的升高,加速蠕变阶段即渗透率突增阶段越容易出现。分数阶导数阶次越高,弹性及黏弹性蠕变阶段渗透率下降速率越快,黏塑性蠕变阶段渗透率突增趋势越缓慢。

关键词:深部煤体;体积蠕变;分数阶;渗透率模型

不同阳离子对泥水盾构泥浆稳定性影响试验研究

孙金鑫1,钟小春*1,付  伟2,罗近海2,邓有春2

(1. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210024;2. 中国中铁一局集团有限公司,陕西 西安 710068)

摘  要:针对泥水盾构在滨海地区或海底掘进时含盐地层侵入会导致泥浆稳定性下降的问题,通过向泥浆中掺入盐溶液,测试泥浆泌水率、电位、特征粒径、滤失量等参数变化,利用胶体絮凝机理分析泥浆在不同盐溶液掺入下的稳定性。试验表明:①相较于掺入淡水,向膨水比为1∶15的泥浆中掺入浓度为1%的盐溶液时,泥浆电位下降、特征粒径增大、滤失量增加;②盐溶液通过降低电位和稀释作用影响泥浆稳定性。当掺入比超过5%后,继续掺入时,若盐溶液为NaCl则泥浆特征粒径d10继续增大而d50,d85基本不变,泥浆颗粒絮集、不泌水;若盐浓液为CaCl2、MgCl2,则特征粒径d10,d50,d85均基本不变,泥浆出现絮降、泌水;③Ca2+、Mg2+比Na+对泥浆稳定性影响更大,故在不同海域采用泥水盾构掘进时,应根据地下水盐分含量及种类有针对性地考虑其对泥浆稳定性的影响。

关键词:泥水盾构;泥浆泌水率;电位;盐溶液;絮凝作用;泥浆滤失量

管土界面摩擦疲劳效应对深水井口导管贯入阻力的影响

王  腾1,何家龙1,刘锦昆2

中国石油大学(华东)船舶与海洋工程系,山东 青岛 266580;2. 中石化石油工程设计有限公司(SPE),山东 东营 257026)

摘  要:深水井口导管在黏土中的贯入阻力与导管土体界面产生的摩擦疲劳密切相关。在导管安装过程中,管土界面会产生摩擦疲劳,使得导管–黏土界面处的侧摩阻力降低。采用ABAQUS软件中任意拉格朗日欧拉法(ALE)模拟导管的贯入过程,并通过子程序VUSDFLD和VFRIC来模拟导管土体黏性接触面的摩擦疲劳效应,研究了在均质黏土和非均质黏土中,摩擦疲劳对导管贯入阻力的影响,以及循环划井眼解卡的基本原理。研究结果表明:由于摩擦疲劳的影响,管土界面之间的黏聚力系数随贯入位移逐渐降低并趋近于土体的灵敏度倒数,从而导致单位侧摩阻力降低,在贯入结束时,均质土和非均质土中导管总贯入阻力分别减小42.60%,28.48%;导管划井眼时的上下循环运动,增大了土体的“累积剪切位移”,使得管土界面之间的摩擦疲劳增大,导管贯入阻力降低,使得“卡住”的导管可以继续贯入到设计深度。

关键词:导管;贯入阻力;黏性接触面;摩擦疲劳;划井眼

细观结构的非均质性对花岗岩强度及变形影响的颗粒流模拟

胡训健1,2,卞  康*1,2,谢正勇3,刘  建1,2,陈  明1,2,李冰洋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实验室,湖北 武汉 430071;2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 湖北省路桥集团天夏建设有限公司,湖北 武汉 430000)

摘  要:基于等效晶质模型建模方法,利用颗粒流软件PFC2D实现对花岗岩细观结构的重建,开展了一系列不同围压下的花岗岩常规三轴压缩试验研究。揭示了晶体粒径分布所造成的细观结构上的非均质性和Mohr–Coulomb强度准则和Hoek–Brown强度准则中各参数的关系以及对岩石脆性的影响。研究结果表明,非均质性对岩样受压加载情况下的应力–应变曲线具有显著的影响。随着非均质因子增加,岩石由均质变为非均质,弹性模量逐渐减小,泊松比增加。随着非均质性因子的增加,岩石抗压强度减小、内聚力增加、内摩擦角减小。对同一类花岗岩而言,Mohr–Coulomb强度准则和Hoek–Brown强度准则中各参数的取值并非恒定,而是一定程度上依赖于内部的细观结构。当岩石细观结构变化时,两种强度准则中的参数也随之改变。细观结构的非均质性对岩石的脆性指标影响较大,随着非均质性因子的增加,岩石脆性指标减小。

关键词:非均质性;强度;变形;花岗岩;颗粒流模拟;GBM模型

致密砂岩水平井多裂缝扩展及转向规律研究

夏彬伟,刘  浪,彭子烨,高玉刚

(重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044)

摘  要:为研究致密砂岩水平井割缝压裂裂缝扩展及转向规律,采用四维水射流割缝装置和大尺寸真三轴相似物理模拟试验系统,开展了不同缝间距、应力差、压裂排量对水平井多裂缝扩展规律的试验和数值模拟研究,建立了单张开裂缝和多裂缝扩展的应力理论模型和一套室内割缝压裂物理试验方法。通过剖样观察和压力曲线特征的类比分析得到以下结论:①多裂缝起裂后后续压力曲线的典型波动峰值,是致密砂岩多裂缝相互干扰的一个明显特征;小间距使得邻近裂缝处于高诱导应力区域,增加了应力干扰和裂缝偏转程度;②大排量使得裂缝内部净水压增大,多裂缝偏转角度和程度增大,更容易形成纵向缝;且处在中间裂缝受到抑制,大角度偏离最大主应力方向延伸并趋于两侧裂缝最终停止扩展,而两侧裂缝延伸的距离更长;③高应力差条件下,诱导应力场难以改变原始主应力的大小,降低裂缝转向的角度,起裂后后续压力曲线波动较平稳,裂缝更易形成平行于最大主应力方向的横切缝。研究成果可用于多段割缝压裂施工参数的优化设计,从而为不同地质条件的砂岩储层油气开采和煤矿中水力压裂坚硬顶板治理强矿压提供参考。

关键词:水平井;割缝压裂;缝间应力干扰;裂缝偏转

基于电机双轴加载的中小型隧道物理模拟试验系统研制与应用

李元海1,2,刘德柱2,杨  硕1

(1.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 221116;2. 中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116)

摘  要:为研究深部隧道围岩变形破裂过程及演化机理问题,并针对当前隧道工程试验系统中存在的关键问题,研制了一套结构紧凑、模型尺寸适中、稳压效果良好的双轴电机加载物理模拟试验系统。该系统由框架式反力架、伺服电机加载及控制系统、自行研制的数字照相变形量测系统和开挖辅助装置等部分组成,不仅可以用于中小型隧道物理模拟试验,还可完成普通相似材料的标准或非标准试件的单轴与双轴压缩试验研究等。最后给出类岩石材料单、双轴压缩试验及复合地层相似材料围岩变形破裂试验的应用实例,部分试验结果与类似研究成果基本一致,表明本套试验系统能够满足隧道围岩稳定性等问题研究的需要,同时,试验结果可为相关问题研究提供参考。

关键词:隧道;双轴加载;相似模拟;模型试验;数字照相量测

大型贯穿层间错动带尺寸效应研究

张春生1,沈俊良1,2,褚卫江1,2,刘  宁1,2,石安池1

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 310014;2. 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司,浙江 杭州 310014)

摘  要:白鹤滩水电站坝址区层间错动带具有规模宏大、贯穿性强、地质条件复杂等特点,对地下洞群稳定具有显著影响,由于层间错动带规模巨大,常规现场试验无法考虑波长起伏带来的影响,需引入尺寸效应分析。针对层间错动带力学参数取值开展了系统性研究工作,结合现场试验获取力学强度参数,通过引入数字近景摄影测量技术结合颗粒流数值方法对层间错动带进行尺寸效应分析。研究揭示了层间错动带的力学参数随粗糙度系数JRC、软弱充填厚度、尺寸效应变化的相应映射规律。在工程运用中,结合前期层间错动带研究成果,对白鹤滩尾调室穹顶进行形体优化,该实践方法可为其他工程提供相应参考。

关键词:层间错动带;白鹤滩;粗糙度系数;现场试验;尺寸效应;颗粒法

基于级配方程的粗粒土渗透系数经验公式及其验证

包孟碟1,2,朱俊高*1,2,吴二鲁1,2,王  龙1,2,陈  鸽1,2

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210024;2. 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心,江苏 南京 210024)

摘  要:粗粒土广泛应用于土石坝工程和道路工程,其渗流特性关系到工程的稳定性和安全性,渗透系数是衡量其渗流特性的基本参数,其中级配是影响渗流的关键影响因素。为研究级配对粗粒土渗透系数的影响,基于已有研究的渗透试验成果,采用连续级配方程对级配连粗粒土试验级配进行定量描述,研究级配与渗透系数的关系,建立了考虑级配曲线面积的渗透系数经验公式,并用现有其它文献的渗透试验成果验证所建立公式的适用性。结果表明,采用连续级配方程可以较好地定量描述级配连续粗粒土的级配曲线;基于级配面积建立的渗透系数经验公式适用于不同最大粒径及不同级配的粗粒土。

关键词:粗粒土;级配方程;渗透系数;级配曲线面积;适用性

 

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日期:2020年08月17日 11:22:23点击数:字号:【

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