岩土工程学报
 
 
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2018年 40卷 11期 刊出日期 2018-11-25

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1957 全文
2018 Vol. 40 (11): 1957-1957 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 14000KB] ( 7 )
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1958 目录
2018 Vol. 40 (11): 1958-1958 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 359KB] ( 1 )
论文
1959 钻孔回填料与直埋式应变传感光缆耦合性研究
张诚成, 施斌, 刘苏平, 顾凯, 张磊, 魏广庆
钻孔回填料与直埋式应变传感光缆之间的耦合性,是决定分布式光纤感测(DFOS)技术能否利用一个钻孔精细化监测钻孔地层剖面变形分布的关键。利用自主研制的可控围压光缆-土体相互作用特性试验装置,探究了0~1.6 MPa围压下传感光缆与松填砂土以及击实砂-黏混合土之间的耦合性。试验与理论分析结果表明:在拉拔状态下,光缆-土体界面呈现渐进性破坏特征;在低围压下,光缆轴向应变随拉拔位移的增大而增大,且不断向光缆尾部传递;在高围压下,应变的扩展与传递被限制在很小的范围内;理想弹-塑性拉拔模型可较好地描述光缆-土体界面的渐进性破坏特性。提出采用光缆-土体耦合系数ζc-s定量描述光缆与土体之间的耦合性,将10000 με下的ζc-s值作为评价长期监测条件下两者耦合性的指标,并根据0.5,0.75,0.9三个ζc-s值将两者的耦合性分为强、较强、较弱以及弱4类。一定围压下,光缆与土体具有强耦合性;对于松填砂土与击实砂-黏混合土,该临界围压值分别为0.55 MPa与0.17 MPa。以苏州盛泽地面沉降为例,分析了钻孔回填料与传感光缆之间的耦合性,结果表明:距地表约16 m深度以内两者具有较强耦合性;而约16 m深度以下两者具有强耦合性,传感光缆的应变数据可准确反映地层的变形。这一研究成果为DFOS技术应用于钻孔剖面地面沉降监测提供了坚实的理论依据。
2018 Vol. 40 (11): 1959-1967 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 1802KB] ( 8 )
1968 各向异性软土基坑抗隆起稳定分析
蔡露, 周建, 应宏伟, 龚晓南
已有研究表明,不同软土沉积环境和应力历史不同,其各向异性规律也不相同。针对目前学术界常常采用统一规律来描述不同软土的各向异性特性的现象,基于空心圆柱扭剪仪(HCA)杭州软黏土试验结果,结合其他学者的常规强度试验结果,分析土体破坏的微观机理,通过分析总结和理论推导得到可以考虑土体特性的各向异性不排水抗剪强度理论公式。结合两种上限方法,并考虑破坏面上强度的折减(${{\tau }_{\text{f}}}=S{}_{\text{u}}\cdot \cos {\phi }'$),对软土基坑抗隆起稳定进行分析,探讨了两种上限方法的适用性,针对多个算例,分析了深宽比H/B、围护结构插入深度D、墙土界面摩擦特性等几何因素及土体有效内摩擦角${\phi }'$、各向异性强度比k及强度沿深度非均质变化的斜率$\lambda$等强度参数的影响,最后结合工程实例,验证了公式的适用性。
2018 Vol. 40 (11): 1968-1976 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 693KB] ( 3 )
1977 饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个FEM-IBEM耦合方法
梁建文, 朱俊
基于Biot孔隙介质理论,提出了饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个有限元-间接边界元(FEM-IBEM)耦合方法。方法考虑了饱和土骨架与孔隙水的动力耦合作用及饱和土-结构动力相互作用,并通过等效线性化方法考虑土体的非线性。该耦合方法的特点之一是有限元子域和间接边界元子域相互独立,非常适合并行计算,提高计算效率;特点之二是能够同时考虑有限元子域(近场)和间接边界元子域(远场)的土体非线性。通过与文献结果对比,验证了FEM-IBEM耦合方法的正确性和计算精度。以天津滨海地区一典型深厚饱和软土场地中两层双跨地铁车站为例,计算了地铁车站结构的地震内力和变形,并比较了饱和土体线性和非线性情况下地铁车站地震响应的差别,和饱和土体模型和单相土体模型情况下地铁车站地震响应的差别。研究表明:土体非线性对地铁车站结构的地震内力和变形具有显著影响;饱和土骨架和孔隙水的动力耦合作用对地铁车站结构地震内力和变形也有明显影响。
2018 Vol. 40 (11): 1977-1987 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1159KB] ( 3 )
1988 从流动到可塑状态软黏土的一维固结特性试验研究
雷国辉, 杨元上, 赵仲辉
软土在固结过程中含水率的减小将导致其物理状态从流动态进入可塑态,为研究物理状态变化对软黏土的压缩性和渗透性的作用影响,采用饱和重塑黏土,配制高于液限含水率和接近液限含水率的试样,分别开展不同压力作用下的一维固结试验,依据位移和孔压测试数据,对比分析了固结过程中的位移发展、孔压消散、压缩系数以及渗透系数的变化特性。结果表明:在流动状态下,位移快速发展,而孔压却存在明显的滞消现象;进入可塑状态后,压缩系数和渗透系数的对数随孔隙比的变化关系均发生明显的转折。这意味着,在软土固结问题的理论分析中,应考虑物理状态的变化对土体压缩性和渗透性参数变化规律的影响。
2018 Vol. 40 (11): 1988-1994 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 730KB] ( 4 )
1995 附加应力法计算刚性桩复合地基路基沉降
刘吉福, 郑刚, 龚晓南
部分刚性桩复合地基路基实际沉降超过计算沉降的重要原因之一是现有沉降计算方法存在严重缺陷。在分析桩土沉降关系和桩土作用的基础上,提出了路堤下刚性桩复合地基沉降计算新方法——附加应力法。首先根据桩土作用计算桩土附加应力,然后采用分层总和法计算复合地基沉降。经工程实例验证后,利用附加应力法研究了桩长、桩间距、扩底、桩帽等因素对路基沉降的影响,并与现行方法计算的沉降进行对比。分析表明:附加应力法可以考虑单桩竖向承载力、桩帽转移荷载能力、桩土相互作用等因素的影响,计算沉降与实测沉降接近;利用桩帽将路堤大部分荷载转移到桩顶可以有效减小路基沉降;扩底比桩长加大更经济合理;按“强桩、大间距、大桩帽”原则设计的复合地基比密桩复合地基更经济合理。
2018 Vol. 40 (11): 1995-2002 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 519KB] ( 4 )
2003 基于浆液-岩体耦合效应的微裂隙岩体注浆理论研究
张连震, 张庆松, 刘人太, 李术才
在微裂隙岩体注浆工程中,浆液-岩体耦合效应对注浆扩散过程影响显著。基于宾汉流体浆液本构模型并引入两阶段裂隙变形控制方程,建立考虑浆-岩耦合效应的裂隙注浆扩散理论模型。利用质量守恒条件实现浆液扩散锋面追踪与注浆流量分配,通过试错法实现压力场与速度场的迭代求解,建立可完整描述注浆扩散过程的步进式算法。利用所创建的理论模型及步进式算法,分析浆液压力场及裂隙开度的分布规律,并从浆液扩散半径、裂隙变形所吸收的浆液量两个方面分析不同裂隙开度条件下浆-岩耦合效应对裂隙注浆扩散过程的影响程度。研究结果表明:在微裂隙岩体注浆工程中,裂隙宽度越小,浆-岩耦合效应对注浆扩散过程的影响越显著,注浆压力取代裂隙初始隙宽成为影响浆液扩散半径的主控因素。最后结合青岛地铁花岗岩微裂隙注浆工程实例验证了理论模型及步进式算法的正确性。
2018 Vol. 40 (11): 2003-2011 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1302KB] ( 7 )
2012 武隆鸡尾山滑坡形成机理数值模拟研究
许强, 邓茂林, 李世海, 王杰
2009年发生的重庆武隆鸡尾山滑坡,因滑源区斜坡岩层整体缓倾山内,缺乏有效的临空面和滑移空间,因此,在滑坡孕育过程中存在前缘岩溶带压缩变形、底部剪切滑移、后缘拉裂以及最终前缘关键块体(岩溶带)侧向剪断滑出等一系列的复杂动力学行为。这一过程存在显著的连续变形向非连续变形的过渡与转化,单纯用连续介质的有限元和离散介质的离散元来分析模拟都很难取得较好的效果。为探究鸡尾山滑坡的孕育过程和失稳机理,运用将连续-非连续单元有机耦合的大型数值模拟软件CDEM,模拟鸡尾山滑坡的失稳过程和形成机制。研究表明:滑体前方岩溶发育带具有“可压缩性”,为滑体运动提供了一定的变形空间;滑源区下方的采矿活动产生应力重分布,滑带抗剪强度降低,滑体沿其底部软弱带发生剪切蠕滑,并逐渐形成滑体后缘拉裂缝;滑动块体在向前滑移过程中不断挤压向前缘“易压缩带”,坡体应力自组织调整,并逐渐在前部三角区形成垂直的第二破裂面,前缘抗力体(关键块体)形成,最后剪断岩溶带个别与稳定山体咬合岩块,整体失稳破坏。数值模拟结果较好地揭示了武隆鸡尾山滑坡前缘视倾向展布岩溶带“软基效应”所提供“准临空面”,重现了鸡尾山滑坡“蠕滑—拉裂—压缩(压碎)—剪切滑出”的致灾机理。
2018 Vol. 40 (11): 2012-2021 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 4034KB] ( 13 )
2022 冲击荷载作用下岩石动态响应预测研究
刘杰, 冯世国, 李天斌, 王瑞红, 雷岚, 王飞
利用已有大理岩对冲击波的动态响应图,验证在0.1 Hz不同加载方式下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式的适用性和合理性,提出加载速率波形曲线函数的适用条件。经研究表观弹性模量的拟合系数,提出了冲击压实系数a和冲击初始弹性模量b,以及岩样内部裂隙孔洞的压密效应系数a1和滑移错动效应系数a2,且有a=a1+a2,a1>0,a2<0。指出当岩样受到荷载作用时,岩样的压密作用与滑移错动作用是同时存在的,在加载段,|a1|<|a2|,在卸载段,|a1|>|a2|,致使加载段a<0,卸载段a>0。定义了加卸载速率响应比β,表征卸载段平均切线模量与加载段平均切线模量的比值,β值越大岩石的破坏程度越大,不同频率下,砂岩在三角波和正弦波加载方式下均有β≈2。各应变片的应变、变形速率、能量值的实测值与计算值均吻合较好,证明了在低速荷载下提出的岩石非线性动态响应预测模型及预测公式在高速冲击波随时间的毫秒级变化规律情况下具有较好的适用性和合理性,拓宽了该预测公式和模型的应用范围,对位移控制严格的工程设计和施工有现实意义。
2018 Vol. 40 (11): 2022-2030 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 731KB] ( 2 )
2031 深部开采动力扰动下底板应力演化及裂隙扩展机制
李春元, 张勇, 张国军, 高守阳, 王泓博

深部开采地应力增高及动力灾害增多驱动岩体裂隙扩展导致底板突水事故频发,使得研究动力扰动下裂隙扩展机制具有指导意义。根据弹性理论推导分析了顶板动力扰动对底板应力的影响,模拟计算了动力扰动下底板应力及位移演化规律,基于卸荷岩体理论分阶段研究了动力扰动下端部效应区及卸荷作用下突水通道发育区的裂隙扩展机制,结合岩体渗流特征分析了高承压水压力下裂隙的渗透作用,并进行了工程验证。结果表明:随动力扰动强度增加,端部效应区应力非线性增长;动力扰动强度越大,卸荷起点越高,越易满足裂隙扩展的临界应力;动力扰动强度决定了底板裂隙的扩展及渗透作用机制,当突水通道发育区渗透率突变增加的岩层深度大于隔水层厚度时将诱发底板突水。

2018 Vol. 40 (11): 2031-2040 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 2502KB] ( 4 )
2041 基于广义耦合马尔可夫链的地层变异性模拟方法
邓志平, 李典庆, 祁小辉, 曹子君
传统的广义耦合马尔可夫链模型是地层变异性模拟一种有效的工具。然而,由于岩土工程地质勘探过程中钻孔分布的稀疏性,广义耦合马尔可夫链水平方向转移概率矩阵不能直接估计,传统的广义耦合马尔可夫链模型不能直接用于地层变异性模拟。为此,提出了基于钻孔资料广义耦合马尔可夫链水平两方向转移概率矩阵的极大似然估计方法,验证了该方法的有效性,在此基础上采用信息熵图量化地层变异性。以爱尔兰地区都柏林市丹拉海尔港口处的一组钻孔资料为例进行地层变异性模拟,分析了钻孔布置方案对水平方向转移概率矩阵估计的影响,探讨了钻孔布置方案对地层变异性模拟的影响规律。结果表明:提出的水平方向转移概率矩阵极大似然估计方法能够有效地估计水平方向转移概率矩阵,从而为基于钻孔资料的地层不确定性分析奠定了基础。钻孔布置方案对各方向上转移概率矩阵的估计和地层变异性的模拟结果都十分重要,为获得准确的转移概率矩阵应提供足够的钻孔数据。钻孔位置对地层变异性模拟有明显的影响,应将钻孔布置于重点研究区域,尽量减少地层模拟不确定性。信息熵图能够直观地量化地层模拟的不确定性,可用于指导钻孔方案的布置。
2018 Vol. 40 (11): 2041-2050 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 4231KB] ( 0 )
2051 不同围压加载方式下土石混合体变形破坏机制颗粒流模拟研究
张强, 汪小刚, 赵宇飞, 刘立鹏, 林兴超, 石崇
土石混合体是一种非连续、非均质的混合多相介质材料,在轴向荷载作用下,由于内部变形的不均匀性,其变形破坏受围压加载方式影响显著。考虑刚性和柔性两种围压加载方式,采用颗粒流程序(PFC2D)开展了不同含石量和块石空间分布下土石混合体的双轴试验研究,从宏细观上探究了土石混合体在不同加载方式下的变形破坏规律。数值模拟研究表明:在不同围压加载方式下,受侧向变形约束不同的影响,土石混合体在峰后表现出了不同的力学特性,且在刚性加载下,其峰值偏应力较柔性加载下的高;同时,土石混合体在不同围压加载方式下局部化剪切带的形成演化过程也是不同的,其破坏型式不仅取决于围压加载方式,同时也决于块石含量和空间分布,在刚性加载下,多表现为复杂的多叉型破坏,在柔性加载下,多表现为非对称单叉型鼓胀破坏,而且随着含石量增加,破坏型式由简单的单叉型向复杂的多叉型转变,即使在相同含石量下,块石空间分布不同,破坏型式也不一样;土石混合体在不同加载方式下表现出了不同峰后力学行为的根本原因是由于内部土石颗粒间接触力的传递演化规律的不同所致,而且其应力应变关系是内部颗粒间切向接触力的外在宏观表现。
2018 Vol. 40 (11): 2051-2060 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 10390KB] ( 9 )
2061 描述饱和土热固结过程的一个非线性模型及数值分析
郭志光, 白冰
基于多孔介质热-水-力耦合过程理论模型,给出饱和土的热固结控制方程及状态方程。考虑温度和孔隙水压力对排水模量的影响,建立了弹性模量的非线性表达式。且与已有热固结试验结果进行了对比,计算结果与试验结论基本相符。分析表明:饱和土试样中孔隙水渗透率的变化,对水压力消散及体应变的演化过程有非常明显的影响;等温排水固结过程中固体基质被压缩且体应变的变化较大,而升温不排水过程中固体基质有发生膨胀的趋势;重力影响下,饱和土试样上部体应变较下部体应变大;温度荷载加载等级的增加,使得饱和土试样中不断产生较大的孔隙水压力,且随孔隙水的排出整体平均体应变逐渐增大。
2018 Vol. 40 (11): 2061-2067 [摘要] ( 2 ) [HTML 1KB] [PDF 1068KB] ( 2 )
2068 求解三维均质边坡安全系数的稳定性图表法研究
孙超伟, 柴军瑞, 许增光, 覃源, 李刚
边坡稳定性图表为初步评价边坡的稳定性提供了一种简单但却行之有效的途径。针对现有三维稳定性图表主要是基于极限平衡法和极限分析法提出的不足,采用基于场变量的有限元强度折减法,建立了一套求解三维均质边坡安全系数的稳定性图表。借助ABAQUS软件的二次开发平台UFIELD程序,设置岩土体黏聚力与内摩擦角为场变量的函数,场变量为增量步时间t的函数,从而通过控制增量步时间t实现黏聚力与内摩擦角的折减,通过一次计算即可求得边坡的安全系数,无需手工修改折减系数反复试算。结合3个典型算例对该方法的可靠性进行了验证,并进行了计算效率的比较。结果表明,该方法得到的安全系数可靠,且提高的计算效率。另外,将基于该方法提出的三维均质边坡稳定性图表用于快速获取边坡安全系数、设计边坡坡度和反演滑带土体的强度参数,是合理可行的。
2018 Vol. 40 (11): 2068-2077 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 1264KB] ( 4 )
2078 材料参数空间变异性对水泥固化淤泥填筑路堤稳定性影响研究
章荣军, 于同生, 郑俊杰
采用水泥固化疏浚淤泥(CSM)作为路堤填料既能有效解决砂石等理想填料资源的短缺难题,又能科学地减轻疏浚淤泥弃置给社会带来的经济和环境压力,值得大力推广。但实际工程中CSM材性参数往往表现出极强的空间变异性,明显影响路堤的稳定性,而常规确定性设计方法(CDDM)对此考虑不足。鉴于此,基于现场CSM材性参数统计特征,通过随机有限元法(RFEM)分析了不同工况下参数空间变异性对CSM路堤稳定性的影响规律,重点比较了RFEM可靠度方法和CDDM在CSM路堤设计中的差异,结果表明CDDM无法合理表征CSM材性参数强空间变异性的影响,设计结果往往偏于危险。最后,以RFEM分析为纽带,提出了CDDM稳定安全系数、路堤设计参数、材料参数变异系数和可靠度指标四者之间的对应关系,有助于实现在不改变CDDM设计架构前提下等效表征CSM材性参数强空间变异性影响的目的。
2018 Vol. 40 (11): 2078-2086 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1484KB] ( 1 )
2087 软土地区隔断墙控制基坑变形的作用机理及其效果研究
冯春蕾, 张顶立, 房倩, 侯艳娟
以天津软土地区20个地铁车站基坑实测资料为背景,建立地铁车站基坑标准化模型,采用有限元与正交试验相结合的方法,重点研究隔断墙距同侧围护结构的水平距离L、隔断墙的刚度E及其入土深度H 3个主要设计参数对其控制围护结构内力、侧移以及坑外地表沉降的作用。结果表明:3个参数的变化对基坑的变形控制均有不同程度的影响,其中L主要影响围护结构内力及地表最大沉降,最大沉降可减小60%以上;H主要影响围护结构最大侧移,最大可以减小为未设置隔断墙时的50%左右;而E在常规变化范围内对基坑变形的影响相对较弱。其次,通过引入“相似结构”双排桩的计算理论,建立了L与隔断墙分担围护结构内力及土压力间的定量关系。最后利用Kung等基于可靠度理论提出的预测基坑变形的方法分析软土地区隔断墙的控制效果,同时与实测值和有限元计算结果进行对比,验证了上述结论的适用性。
2018 Vol. 40 (11): 2087-2095 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 1241KB] ( 3 )
2096 土质边坡地震稳定性状态判定方法研究
张江伟, 李小军, 王晓明, 迟明杰, 王玉石

基于有限元强度折减法,对地震作用下土质边坡稳定性状态判定方法进行了研究。探讨了地震作用下坡体内部等效塑性应变区贯通率的计算方法,并利用有限元计算和统计分析方法建立了地震作用下坡体内部等效塑性应变区贯通率与边坡动力安全系数的对应关系。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2013)中边坡稳定性状态与边坡安全系数的对应关系,从而实现了利用坡体内部等效塑性应变区贯通率来判别边坡地震稳定性状态的方法。结果表明:当等效塑性应变区贯通率K=100% 时对应边坡稳定性状态为不稳定,当等效塑性应变区贯通率100%>K≥90% 时对应边坡稳定性状态为欠稳定,等效塑性应变区贯通率90%>K≥85% 时对应边坡稳定性状态为基本稳定,等效塑性应变区贯通率K<85% 时对应边坡稳定性状态为稳定。研究结果对于震后边坡稳定性的快速评价将具有重要的借鉴意义。

2018 Vol. 40 (11): 2096-2102 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1097KB] ( 5 )
短文
2103 酸碱污染重塑粉质黏土的塑性及其与力学特性的关系
高彦斌, 刘佳丹, 王雨滢
酸碱溶液会显著改变黏性土的力学特性因而在污染土的研究中备受关注。通过室内试验,详细研究了硫酸、盐酸和氢氧化钠污染重塑粉质黏土的现象、孔隙水离子成分以及土的塑性、压缩性和强度的变化规律。从孔隙溶液的pH值、离子交换以及土的结构三方面解释了硫酸和氢氧化钠污染土塑性增大、盐酸污染土塑性减小的机理。给出了这3种污染土的力学特性与塑性指标之间的关系,并与一些用于非污染重塑土的经验公式进行了对比。发现这3种酸碱污染土均表现出一定的结构性,尽管结构性形成的机理并不相同,但均导致压缩性增大,适用于非污染重塑土的经验公式会低估这类污染土的压缩性。研究发现这种低浓度的污染土的结构性不足以改变不排水抗剪强度cu与液性指数IL之间的关系,因而其强度可以大致通过未污染土的cu-IL关系来预测。
2018 Vol. 40 (11): 2103-2109 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1484KB] ( 2 )
2110 地震作用下锚固参数对岩体边坡锚固界面剪应力分布影响分析
言志信, 屈文瑞, 龙哲, 董建华, 江平
基于FLAC3D软件,以含软弱层的锚固岩质边坡为研究对象,通过修正的cable单元建模和改进剪应力提取方法,利用数值模拟方法系统地分析研究了地震作用下锚固参数对含软弱层岩体边坡锚固界面剪应力分布的影响。研究发现:随砂浆层厚度增加,砂浆-岩体界面脱黏增长,杆体-砂浆界面脱黏减小;随锚杆横截面积增大,锚固界面剪应力向锚头和锚根转移,脱黏增长;适当增加锚固段长度和减小锚杆间距均有利于边坡稳定;一定的锚固段长度下宜适当增大锚杆倾角。揭示了地震作用下锚固参数对边坡锚固界面剪应力分布和锚固机理的影响,对边坡锚固的设计施工具有重要参考价值。
2018 Vol. 40 (11): 2110-2119 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1411KB] ( 1 )
2120 考虑区间分布的幂律流体脉动渗透注浆扩散机制研究
张聪, 梁经纬, 阳军生, 张贵金, 谢亦朋, 叶新田
脉动注浆技术虽已得到了一定应用,但脉动压力下浆液的扩散机制研究则远滞后于工程实践。为了进一步推广和完善脉动注浆技术,基于注浆过程中脉动压力持续段流量恒定、压力间隔段流量为零的特点,考虑地层参数的不确定性,建立了脉动压力下幂律流体的渗透扩散模型,得到了脉动压力下幂律流体扩散半径的区间分布方程;设计了一套脉动渗透注浆模拟试验装置,得到了不同施工参数下幂律流体在地层内的分布形态;通过在数值模拟中构造脉动压力周期变化模型与孔隙率随机分布模型,实现了脉动压力下幂律流体渗透注浆浆液扩散过程的模拟。研究结果表明:脉动压力作用下幂律流体在地层内扩散范围并非是一个确定的量值,但基本集中在一定范围内,存在明显的扩散半径上下限;浆液扩散半径上下限受脉动注浆压力、脉动频率等影响明显,且上限差值随脉动注浆压力的增大而增大,浆液离散程度表现的更显著;理论计算、数值模拟与模型试验所得的浆液扩散半径随注浆压力的变化趋势一致,理论与数值计算得到的浆液扩散半径上下限数值误差均在可接受范围内,推导的理论公式和建立的数值模型均能较好的描述幂律流体在脉动压力下的扩散过程及区间分布。研究成果可为脉动渗透注浆理论、数值模拟以及实践工程提供一定的指导意义。
2018 Vol. 40 (11): 2120-2128 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1297KB] ( 1 )
2129 间断级配砂土中管线破损引起的渗流侵蚀模型试验
张冬梅, 杜伟伟, 高程鹏
频发的路面塌陷事故对城市安全造成了巨大威胁,主要原因是地下管线破损引起周围土体的渗流侵蚀,进而产生了地下空洞所致。针对目前常见的地下无压管线破损问题,提出了一种研究间断级配砂土中破损管线周围渗流侵蚀特性的模型试验方法。基于试验中的水土流失变化和受侵蚀区域的发展规律,揭示了间断级配砂土中侵蚀过程可分为快速侵蚀阶段、稳定侵蚀阶段和收敛阶段,土体中由于侵蚀变形产生的松动区和空洞扩展规律与砂土流失变化一致。对比不同工况的侵蚀量和最终侵蚀状态,得到了土体饱和度和水位高度通过影响渗流力而改变侵蚀量和空洞形态,土体级配则决定了可流失细砂含量,从而影响侵蚀量和空洞大小,而当管线破损形状只导致细粒流失时,破损尺寸的增加将增多流失路径数量,进而增大了侵蚀量,但此因素影响较小。
2018 Vol. 40 (11): 2129-2135 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 2215KB] ( 3 )
2136 基于联系云的围岩稳定性可拓评价模型
汪明武, 董景铨, 董昊, 周天龙, 金菊良
针对围岩稳定性评价具有模糊随机性及评价指标的区间离散分布特点,构建了基于联系云的围岩稳定性可拓评价模型,该模型首先依据评价指标的分类标准确定联系云数字特征,并通过联系云表达物元和标准可拓域,以模拟分析待评样本与评价标准间的关系,进而由云贴近度构建可拓综合评判矩阵,结合主、客观组合权重评定围岩稳定性类别,实现统一定量表征待评样本与等级间的动态联系,并给出待评样本所属等级的可靠度。实例应用及与其他方法对比的结果表明,该模型应用于围岩稳定性评价是有效可行的,为多重不相容指标的随机模糊性不确定分析提供了可能,克服了正态云模型不能有效模拟区间分布数据的缺陷。
2018 Vol. 40 (11): 2136-2142 [摘要] ( 3 ) [HTML 1KB] [PDF 604KB] ( 0 )
2143 致密砂岩储层水平井螺旋射孔参数优化研究
张儒鑫, 侯冰, 单清林, 谭鹏, 吴越, 郭小锋
射孔孔眼连接井筒和储层,提供泄油通道、有效降低储层破裂压力和引导裂缝走向。开展大型真三轴物理模拟试验,研究射孔长度、射孔密度、射孔孔径、射孔相位和射孔簇间距对裂缝起裂特征、扩展形态和储层破裂压力的影响规律。试验结果表明:射孔参数的改变本质上是改变射孔孔间距,孔间距决定孔眼之间的连通性,影响近井筒裂缝扩展形态和岩石破裂压力;射孔孔径和射孔密度的增加,减小孔间距,有利于裂缝间相互沟通,降低近井筒裂缝复杂性和岩石破裂压力;射孔相位的增大,增大孔间距,易产生分层复杂裂缝,岩石破裂压力增高;而射孔长度和射孔簇间距的变化对裂缝扩展形态没有影响。根据试验结论,给现场提出了射孔参数优化的理论基础和施工建议。
2018 Vol. 40 (11): 2143-2147 [摘要] ( 4 ) [HTML 1KB] [PDF 1891KB] ( 0 )
2148 土工离心试验应力相似差异特征与设计准则
王永志, 王海, 袁晓铭, 段雪锋
土工离心试验优越性的基础在于建立模型与原型相同的应力条件与分布,认识模型与原型之间应力相似差异与表征参数对控制系统误差和优化设计参数具有重要指导价值。引入总体分布应力、附加侧向应力和耦合动应力3个新概念与定义,对模型与原型之间应力差异特征、表征参数和设计准则等进行了深入研究。总体分布应力采用应力误差描述,表征参数为模型高度H和最大半径${{R}_{\max }}$;当$H/{{R}_{\max }}$≤0.3和0.15,可控制模型极限应力误差≤10%和5%。附加侧向应力由模型中心剖面向两侧宽度增大分布,由模型宽度b、有效半径${{R}_{\text{ef}}}$和有效离心加速度${{a}_{\text{ef}}}$决定大小;以100 kPa为标准,给出了不同离心加速度下有效半径与允许模型设计宽度关系。耦合动应力影响采用目标与额外应力比进行评价,以${{R}_{\text{ef}}}$和角速度$\omega $为表征参数,给出了应力比以10%和20%为标准的${{a}_{\text{ef}}}$-${{R}_{\text{ef}}}$的临界关系曲线;当${{a}_{\text{ef}}}$≥10g、${{R}_{\text{ef}}}$≥4 m时,耦合动应力的影响可以忽略。研究提出的新概念、表征参数和设计准则,为改进设备、模型参数设计和推动量化研究提供研究基础与参考依据。
2018 Vol. 40 (11): 2148-2154 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 583KB] ( 1 )
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