岩土工程学报
 
 
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2019年 41卷 6期 刊出日期 2019-06-25

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987 全文
2019 Vol. 41 (6): 987-987 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 18608KB] ( 66 )
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988 目录
2019 Vol. 41 (6): 988-988 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 368KB] ( 11 )
论文
989 考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态与本构模型研究
蔡正银, 侯贺营, 张晋勋, 张雷, 关云飞, 曹永勇
临界状态是土力学中一个非常重要的概念,是许多土体本构模型建立的基础。对于珊瑚砂,由于显著的颗粒破碎,其变形特性和临界状态值得深入探讨。通过不同密度和不同围压组合的一系列三轴试验,研究了颗粒破碎对土体变形特性和临界状态的影响,建立了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂临界状态数学表达式,并将其引入砂土状态相关剪胀方程,提出了考虑颗粒破碎影响的珊瑚砂状态相关剪胀方程和本构模型。该模型仅采用一套模型参数就能较好地反映珊瑚砂在不同密度、不同围压条件下的应力变形特性,并且可以考虑珊瑚砂的颗粒破碎特性。
2019 Vol. 41 (6): 989-995 [摘要] ( 45 ) [HTML 1KB] [PDF 652KB] ( 90 )
996 深厚松软场地卓越周期与地面峰值加速度的空间变异特征:以苏州为例
陈国兴, 刘薛宁, 朱姣, 金丹丹, 许汉刚
基于区域地震构造与活动性特征,苏州存在遭遇近场中强地震、中远场强地震和远场大地震影响的风险。根据250 m深钻孔信息与111个不同深度原状土样的动三轴试验结果,采用修正Matasovic本构模型描述土的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的。基于393个钻孔的剪切波速资料,以剪切波速不小于700 m/s的岩土层为地震基岩,采用集中质量模型非线性分析法进行钻孔土柱地震反应分析,提出了场地卓越周期的弱震预测法,给出了场地卓越周期和地面峰值加速度(PGA)的空间变化特征:①在近场中强地震、中远场强地震和远场大地震的基岩弱震动作用下,场地卓越周期等值线图的空间变异性相似,但PGA放大系数等值线图的空间变异性与基岩地震动特性密切相关。②基岩峰值加速度小于0.1g时,PGA的大小主要取决于基岩峰值加速度;反之,基岩地震动频谱特性的影响不可忽略。
2019 Vol. 41 (6): 996-1004 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 4929KB] ( 41 )
1005 高岭-蒙脱混合黏土渗透各向异性的微观机理研究
周建, 徐杰, 余良贵, 罗凌晖
为研究高岭-蒙脱混合黏土中膨润土掺入量及固结应力对渗透各向异性比的影响,利用三轴渗透仪对高岭-蒙脱混合黏土展开一系列渗流试验,并从微观结构的改变上进行机理解读,研究发现:①加入膨润土后,渗透系数及渗透各向异性比明显减小,但随着膨润土掺入量的增加,渗透各向异性比趋于稳定,原因是影响渗透各向异性比的有效孔隙权重比趋于不变,导致渗透各向异性比不再发生明显改变;②随着有效固结应力的增大,混合黏土的渗透各向异性比不断增大。有效固结应力增大时,有效孔隙面积比和有效孔隙权重比均在增加,导致固结应力增大时渗透各向异性比增大;③综合膨润土掺入量及固结应力对混合黏土渗透各向异性比的影响,若从微观结构上定量分析,建议采用有效孔隙权重比作为微观参数。
2019 Vol. 41 (6): 1005-1013 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 1022KB] ( 48 )
1014 海水侵蚀下钢渣粉+水泥固化土强度劣化试验研究
吴燕开, 史可健, 胡晓士, 韩天, 于佳丽, 李丹丹
为解决水泥固化海相软土工程性差、耐久性低,钢渣堆放、水泥生产污染环境等问题,采用激发钢渣粉替换部分水泥形成新型固化剂,选取海水中对固化土侵蚀影响较大的3种离子,深入探究单一离子引起的固化土强度劣化性能。通过室内物理力学试验,得到固化土在不同离子浓度的海水和蒸馏水养护条件下,各组无侧限抗压强度(UCS)变化规律;通过X-射线衍射(XRD)和电镜扫描(SEM)试验,得到钢渣粉+水泥固化土的微观形貌和物相随侵蚀时间的变化规律。研究发现钢渣粉中C4AF和C2AF可有效降低离子的侵蚀作用,3种离子对固化土的劣化影响为Mg2+>Cl-> SO42-。Cl-侵蚀固化土会生成CaCl2和F’s盐,F’s盐的无胶凝性引起固化土劣化;SO42-与胶凝材料反应会生成石膏、硅钙石和钙矾石,当这些物质产生的体积膨胀量大于孔隙体积时,会使固化土产生裂纹;Mg2+侵蚀会生成Mg(OH)2沉淀、Mg—S—H和Mg—A—H,同时也会降低孔隙溶液pH值,引起水化物凝胶的分解,造成固化土强度劣化。从微观结构与物相变化分析宏观物理力学特性变化和侵蚀机理,为钢渣粉+水泥固化软土在工程上的使用提供一定的理论依据。
2019 Vol. 41 (6): 1014-1022 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 1891KB] ( 33 )
1023 基于非线性M-C准则的深埋土质隧道三维塌落破坏上限分析
于丽, 吕城, 王明年
围岩条件较差时,深埋土质隧道在隧道开挖过程中容易发生塌方,准确预测深埋土质隧道塌方土体的范围极其重要,目前能预测深埋土质隧道塌落范围的理论研究不够成熟。为了提前预测土质隧道围岩顶部塌落体的范围,基于非线性Mohr-Coulomb准则和极限分析上限法,推导出深埋土质隧道在三维破坏机制下塌落体的上限表达式,得到了深埋土质隧道塌落体范围的精确解。通过数值软件Matlab绘制出了塌落体的三维形状,研究了各参数对深埋隧道塌落体形状的影响,并与既有研究进行对比分析,研究结果表明:土体中各参数、隧道顶部圆弧的半径和支护力对深埋土质隧道塌落体的范围影响比较大;基于非线性Mohr-Coulomb准则下深埋土质隧道塌落体的上限分析可以求解出有、无支护力条件下塌落体的高度和宽度,求解合理、可靠,并能给出防止深埋土质隧道塌方发生的支护力大小,可为隧道工程设计提供理论依据。
2019 Vol. 41 (6): 1023-1030 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1445KB] ( 56 )
1031 深基坑内支撑支点水平刚度系数的解析解计算方法研究
金亚兵, 刘动
排桩(墙)加内支撑结构是深基坑支护常采用的支护结构,内支撑支点水平刚度系数是支护结构设计计算的重要参数之一。基于受压杆件的应力应变线弹性理论和变形协调假定,对水平对撑(简称对撑)、水平对撑带八字撑(简称八字撑)、水平斜撑(简称斜撑)、水平角撑(简称角撑)、竖向斜撑、水平环形撑(简称环撑)、带放射撑的单环环形撑(简称单环撑)以及带放射撑的多环环形撑(简称多环撑)等8种基本内支撑结构的支点水平刚度系数进行了解析解的推导,提出了8种基本内支撑结构的支点水平刚度系数的计算公式,利用算例对其中常见的四类内支撑结构的支点水平刚度系数进行了演算,并采用有限单元法进行了复核,结果表明,解析解与有限元法计算的结果相符程度较好,解析解可作为支护结构单元计算的初始输入数据。补充完善了现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120—2012)仅提供了水平对撑的支点水平刚度系数计算公式的不足,可供深基坑工程设计、施工人员参考。
2019 Vol. 41 (6): 1031-1039 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 811KB] ( 76 )
1040 伊犁黄土总吸力和基质吸力土水特征曲线拟合模型
张爱军, 王毓国, 邢义川, 于春亮, 赵庆玉
新疆伊犁黄土具有湿陷性强烈、易溶盐含量高的特点,描述其非饱和土应力状态中的吸力参量时,须同时考虑总吸力和基质吸力两个参量。为此,通过滤纸法开展了不同含盐量下伊犁黄土的土水特征曲线试验,测量了不同含盐下伊犁黄土的总吸力与基质吸力,计算了不同含盐量下土样中溶液浓度,分析了含盐量对湿陷的影响,基于Gardner模型,提出了可以考虑易溶盐含量影响的伊犁黄土总吸力和基质吸力土水特征曲线的拟合模型。研究结果表明:含盐量对新疆伊犁黄土的基质吸力有一定影响,对总吸力与渗透吸力影响较大;土样溶液浓度随着含盐量的增大而增大,总吸力与溶液浓度之间呈线性关系;随着土样内易溶盐含量的增加,土样湿陷系数明显增大;提出的土水特征曲线模型可以考虑易溶盐含量的影响,可以统一描述伊犁黄土总吸力和基质吸力随含水率、易溶盐含量变化的规律。
2019 Vol. 41 (6): 1040-1049 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 1508KB] ( 34 )
1050 初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究
许成顺, 李艳梅, 潘霞, 耿琳
选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。
2019 Vol. 41 (6): 1050-1057 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1597KB] ( 60 )
1058 基于Kӧtter方程的盾构掘进面上被切削土体受力研究
苏伟林, 李兴高, 金大龙
为了计算不同土体性质与不同掘进参数下盾构刮刀与土体之间的作用力以及由此带来的切削扭矩,引入了修正后的Kӧtter方程作为补充方程,求解出开挖面上土体在被动切削至破坏时滑动面上的应力分布,建立了被切削土体受力模型,求解出刮刀刃面与土体之间的正压力p、摩擦力Q与侧向土体间抗剪阻力U,进而推导出刀盘切削扭矩T的计算公式。分析得到特定刀盘上刮刀的p,Q,U值随土体c,φ值增大而增大,通过适当提高刮刀刃面粗糙度来增大摩擦可使土体更易被切至破坏;p,Q,U值随刀盘转速ω增大而减小,p,Q随支护荷载p线性增大且p对于被切削土体受力的影响在砂性土中较大,最终给出特定刀盘掘进至部分种类土体中的切削扭矩值作为工程参考。
2019 Vol. 41 (6): 1058-1065 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 931KB] ( 17 )
1066 场地放大系数的理论解答
李瑞山, 袁晓铭
场地系数是各个国家和地区规范中考虑地震动场地效应的关键指标,决定着各类工程结构设防水准,但国内外规范就此存在显著差别。采用土层-基岩理想场地模型,导出了土层场地与参考基岩场地地震动响应定量关系解析表达。提出了场地放大系数一般规律,并通过数值模拟验证了其可靠性,在此基础上对国内外规范场地系数的合理性进行检验。结果表明:土层场地地震动响应与参考基岩场地相比,在全频域空间恒定表现为放大,场地放大系数随场地变软整体表现出增大趋势,这与美国新规范场地系数取值和规律一致;中国规范中软场地系数取值严重偏于保守,强烈地震动作用下软场地系数小于1的现象不合理,中国规范Ⅳ类场地系数普遍小于Ⅲ类的取值方案有待商榷。
2019 Vol. 41 (6): 1066-1073 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 2130KB] ( 38 )
1074 岩石单轴压缩下损伤表征及演化规律对比研究
张国凯, 李海波, 王明洋, 李杰, 邓树新
采用声波、声发射一体化装置同步测试单轴压缩下花岗岩应力应变、超声波及声发射(AE)特征演化规律,分析岩石特征应力对应的宏-细观表征,通过裂纹体积应变、声发射及声波特征等共同量化岩石损伤演化过程。结果表明:裂纹体积应变和波速对应的损伤起始应力吻合较好,AE事件、幅值分布、b值对应的应力特征值基本一致,但AE事件表征的损伤累积开始早于宏观变形和声波;初始加载阶段波速及各项异性系数K均逐渐增加,之后变化趋缓,起裂应力后侧向波速开始减小,而K逐渐增大;峰值应力前裂纹的快速聚结引起AE信号幅值大幅增加,伴随的是b值的快速下降和AE累积能量的陡增;基于起裂应力后损伤才开始累积的假定,量化并对比了裂纹体应变、AE事件等多参量表征的损伤演化规律,发现花岗岩损伤累积绝大部分发生在损伤应力之后。裂纹体应变表征的损伤具有明确物理意义,但裂纹体应变计算中泊松比选取存在一定主观性,裂纹体应变、AE能量、模量等参数表征的损伤在接近峰值应力前均出现大幅增加,与b值的快速下降对应。综合对比分析,AE能量表征的损伤具有更好的可靠性,反映了岩石损伤破裂的本质特征。
2019 Vol. 41 (6): 1074-1082 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 1325KB] ( 64 )
1083 考虑地层变异性和土体参数空间变异性的边坡可靠度全概率设计方法
邓志平, 牛景太, 潘敏, 彭友文, 崔猛
目前边坡稳定设计研究中大多数考虑了土体参数的空间变异性,但忽略了地层变异性的影响。为此,提出了一种同时考虑这两类变异性的边坡可靠度全概率设计方法。在全概率设计框架内,将广义耦合马尔可夫链模型与随机场模型相耦合用于同时表征地层变异性和土体参数空间变异性,给出了所提方法的计算流程。利用澳大利亚珀斯市钻孔资料,以某边坡为例进行可靠度设计,为说明在边坡可靠度设计中同时考虑地层变异性和土体参数空间变异性的重要性,分析了仅考虑土体参数空间变异的情况,进一步分析了同时考虑两类变异性的情况,并对二者进行了比较。结果表明:所提出的边坡可靠度设计方法能够有效地考虑边坡中存在的地层变异性和土体参数空间变异性。当仅考虑土体参数空间变异性时,边坡可靠度设计结果很大程度上取决于所采用地层的分布情况,特别是地层分布中抗剪强度较强土体类型占比高于真实情况时,将导致得到的最优设计方案偏于危险。反之,若地层分布中抗剪强度较弱的土体类型占比高于真实情况,得到的最优设计方案偏于保守。因此,为准确地得到最优设计方案,在边坡可靠度设计中应同时考虑地层变异性和土体参数空间变异性的影响。
2019 Vol. 41 (6): 1083-1090 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 1386KB] ( 44 )
1091 深部直墙拱形隧洞围岩板裂破坏的模拟试验研究
宫凤强, 罗勇, 刘冬桥
为了解深部直墙拱形隧洞板裂破坏的发生过程和机制,采用TRW-3000真三轴试验系统对含直墙拱形孔洞的红砂岩立方体试样(100 mm×100 mm×100 mm)进行了真三轴试验,模拟了深度500 m初始地应力环境下直墙拱形隧洞板裂破坏过程,并利用岩样内部破坏视频监控系统对试验过程进行实时记录和监测。试验完成后,对试验过程中孔洞侧壁破坏过程、破坏特征进行了分析,并与同等深度的圆形孔洞洞壁破坏进行了对比。结果表明:在竖直应力为最大主应力和水平径向应力为最小主应力的条件下,直墙拱形孔洞破坏主要发生在两侧拱脚和拱腰之间,靠近自由面的围岩破裂为近似平行于最大主应力的板状薄岩片,呈典型的张拉板裂破裂特征;随最大主应力的增加,板裂破坏逐渐向孔洞水平径向发展,板裂岩片呈现中间厚、两翼薄的弧形特征,最终形成对称的V型槽破坏区,并具有明显的时间效应。与圆形孔洞的动力破坏特征相比,直墙拱形孔洞主要偏于静力破坏,且初始破坏所需应力水平高,孔洞侧壁在高应力环境中破坏更严重。
2019 Vol. 41 (6): 1091-1100 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 4873KB] ( 36 )
1101 季节性冻土中土工格栅加筋特性试验研究
陈榕, 王喜强, 郝冬雪, 宋洋洋, 薛楠
针对东北地区典型粉质黏土,通过一系列土工格栅在冻土中的拉拔试验,重点分析了土壤含水率及冻融循环作用对土工格栅加筋性能的影响,并基于拉拔摩擦强度、表观摩擦系数、界面摩擦阻力和端承被动阻力等理论,对试验数据进行了详细分析。研究发现:含水率对土工格栅加筋效果存在明显抑制作用,含水率从20%提高至32%时,筋土界面摩擦阻力和端承被动阻力均减小60%以上。而当含水率一定时(w=24%),冻融循环作用反而提高了土工格栅的加筋效果,经历7次冻融循环后,土工格栅加筋效果增幅为30%左右,主要是横肋前端承被动阻力的提高,而筋土间界面摩擦阻力变化不大。上述试验成果可为土工格栅在冻土地区的推广应用提供一定的理论依据。
2019 Vol. 41 (6): 1101-1107 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 705KB] ( 26 )
1108 考虑渣土特征的盾构施工力学动态耦合仿真研究
肖超, 谭立新, 陈仁朋, 钟志全, 阳军生
土压平衡盾构渣土作为开挖面支护力与土仓压力之间的传递介质,其力学性能直接影响到土仓压力的控制、开挖面支护力大小和地层变形等。通过编制离散元和有限差分耦合程序,模拟了土压平衡盾构机动态掘进过程,分析了渣土改良对土仓压力传递性和开挖面地层响应的影响。研究结果表明:盾构掘进过程中土仓压力会出现一定的波动幅度,越靠近刀盘,压力的波动幅度越大。刀盘转动角度对土仓压力有一定的影响。刀盘面板转至监测点水平线上时土压力较大,刀盘开口转至监测点水平线上时土压力较小。渣土改良能增大土仓压力传递系数,降低土仓压力的离散性。压力传递系数不是一个稳定值,而是一个受刀盘转动角度影响的变化值。
2019 Vol. 41 (6): 1108-1115 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2320KB] ( 39 )
1116 浅埋房式采空区下长壁采场动载矿压发生机制
霍丙杰, 荆雪冬, 范张磊, 谢伟, 段志华, 解振华
为了揭示浅埋房式采空区对下位煤层开采矿压显现的控制机制,降低工作面过房式采空区的动压显现强度和压架风险,以神东矿区霍洛湾煤矿2-2煤层房式采空区下3-1煤层长壁开采工作面动压特征为研究对象,将3-1煤层覆岩结构分为四类,利用理论分析和相似材料模拟等方法,系统研究了不同覆岩结构类型运动特征、力学模型及对3-1煤层长壁工作面的动压控制机制。结果表明:房式采空区稳定房柱下易形成上下位关键层双悬臂梁结构,双悬臂梁结构协同失稳是形成动载矿压的主要原因;房柱失稳区主关键层形成的不稳定砌体梁结构及靠近大煤柱未失稳的房柱随下位煤层开采滑落失稳是导致长壁工作面动载矿压发生的原因;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱失稳区时,工作面推出集中煤柱时的动载矿压是由于大煤柱两侧关键块已提前滑落失稳,两关键块间无作用力,倒梯形岩柱与亚关键层联合失稳作用结果;当3-1煤层工作面上覆前方为房柱稳定区时,工作面推出集中煤柱时,动载矿压是由房柱失稳所致。
2019 Vol. 41 (6): 1116-1123 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 1759KB] ( 22 )
1124 基于不完整边界先验信息的跨孔电阻率CT反演方法研究
刘征宇, 庞永昊, 王传武, 杨为民, 刘沈华, 王宁
跨孔电阻率CT方法是一种孔中精细化探测的方法。近年来,该方法在中小型地质异常(如溶洞、孤石等)探查方面取得了良好的应用效果。但是,作为一种直流电阻率法,其识别地质异常边界或界面的识别能力较差。通过钻孔、地震或者地质雷达方法,可以比跨孔电阻率CT方法更清楚的确定差异明显的岩性界面。从约束反演理论的角度出发,提出了不完整边界先验信息约束方法。首先依据地质雷达获得地质异常体的部分边界信息,定义从已知部分边界辐射的“虚拟内部区域”和“虚拟边界”虚拟边界的完整描述。通过设置具有“相同光滑度”的外部约束、“各向异性光滑度”的边界约束和“渐变光滑度”的内部约束,从而实现形态约束的构建。进一步的,将此先验信息约束融入跨孔电阻率CT反演方程中,形成了携带已知不完整边界信息的跨孔电阻率CT反演方法。然后,利用数值反演算例和孤石探测物理模型试验,检验了新方法的有效性和可行性。试验结果表明,新方法对异常体边界识别的效果得到明显改善。
2019 Vol. 41 (6): 1124-1132 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 3359KB] ( 13 )
1133 低温条件微生物MICP沉淀产率试验研究
孙潇昊, 缪林昌, 吴林玉, 王呈呈, 陈润发
低温导致微生物固化沉淀产率低,制约着该技术的应用。选取巨大芽孢杆菌,通过控制不同温度和pH值分析该菌种的生长繁殖特性和脲酶活性,并研究不同温度条件下的碳酸钙沉淀产率,通过采用营养液中添加尿素和低温驯化两种方法来提高低温条件下较低的沉淀产率,最后通过砂土固化试验,对比研究尿素添加方法和低温驯化对固化效果的影响。结果表明:温度越高,巨大芽孢杆菌的生长繁殖越快,脲酶活性越强,低温明显抑制其生长繁殖和脲酶活性;pH为8时,巨大芽孢杆菌生长繁殖最快,且脲酶活性最强;温度越高,沉淀产率越大;营养液中添加尿素和对巨大芽孢杆菌进行低温驯化都可以明显提高生长繁殖速度和沉淀产率,可以有效解决低温条件下碳酸钙沉淀不足问题,而将两者结合起来,沉淀产率提升更为明显;营养液中添加尿素和低温驯化都能提高砂土固化效果,而同时采用这两种方法固化效果提升更明显,该研究能有效解决低温条件沉淀少阻碍实际工程应用的问题,为后续低温条件微生物固化技术的应用打下基础。
2019 Vol. 41 (6): 1133-1138 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 620KB] ( 14 )
1139 真空预压的最终负压分布模式
胡亚元, 钱镜林, 张超杰
为了揭示真空度衰减特性和确定最终竖向有效应力,研究了底部半透水边界下真空预压的最终负压分布模式。首先通过边界齐次化理论建立了真空预压和堆载预压固结方程之间存在的等效关系,获得最终负压沿深度分布公式。其次根据固结完成后的稳定渗流方程,研究了单层地基、多层地基和砂井地基的最终负压分布特性。研究表明,在半透水边界条件下最终负压呈现随深度衰减现象。对于单层地基或竖向排水体通水量恒定的砂井地基,最终负压沿深度呈单一线性衰减;对于多层地基或竖向排水体通水量分段恒定的砂井地基,最终负压沿深度分段线性衰减;对于渗透系数连续变化地基或竖向排水体通水量连续变化砂井地基,最终负压沿深度曲线衰减。最终负压衰减速率随着边界透水系数增大而增大。渗透系数越大的地层,最终负压衰减越慢;上层土体与最底层土体的渗透系数之比越大,底部边界处的最终负压越大,反之越小。算例表明,采用半透水边界地基模型能较合理地模拟真空预压最终负压和最终竖向有效应力沿深度减小特性。
2019 Vol. 41 (6): 1139-1148 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 5299KB] ( 33 )
短文
1149 黄土-碎石毛细阻滞覆盖层储水能力实测与分析
焦卫国, 詹良通, 季永新, 贺明卫, 刘振男
中国西北地区气候较干旱,黄土分布广泛。就地取材采用当地的黄土作垃圾填埋场封场土质覆盖层具有技术可行性和良好的经济性。在西安江村沟垃圾填埋场建造了国内首个20 m×30 m大尺寸黄土-碎石毛细阻滞覆盖层现场试验基地,在基地开展了极端降雨试验。水量分配测试结果表明:总降雨量214.8 mm;坡面径流1.7 mm,占总降雨量的0.8%;土层存储(含蒸发)199.57 mm,占总降雨量的92.9%;渗漏13.53 mm,占降雨量的6.3%。基质吸力与水份运移规律分析结果表明:持续降雨条件下毛细阻滞覆盖层(900 mm)细粒土中表层土(15 cm深度以上)和底层土(85 cm深度以下)的孔压(或体积含水率)均较高;底层土孔压(或体积含水率)较高是由于碎石-黄土界面间毛细阻滞效应对水份下渗的阻滞作用,这是有别于单一土层降雨入渗水份运移的显著特征。储水能力评估结果表明:极端降雨试验实测黄土-碎石毛细阻滞覆盖层有效储水量为251.95 mm。采用室内吸湿土水特征曲线评估覆盖层有效储水能力,有效储水量理论值Sfac为218.75 mm,实测值较理论值大15.18%,结果偏于安全。采用现场吸湿土水特征曲线评估覆盖层有效储水能力,有效储水量理论值Sfac为278.32 mm,实测值比理论值小9.47%,偏于危险。防渗设计中建议采用室内吸湿土水特征曲线。
2019 Vol. 41 (6): 1149-1157 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2212KB] ( 22 )
1158 多孔介质中晶体的结晶压力分析
周凤玺, 应赛, 蔡袁强
孔隙溶液中结晶体产生的结晶压力是多孔材料宏观上形成介质变形、冻胀破坏的重要因素之一。以溶液-晶体的化学势平衡为基础,考虑了溶液中的粒子相互作用,分别对以过饱和比为驱动的盐分结晶体和以温度为驱动的冰结晶体进行了理论分析,建立了非理想溶液中晶体对孔壁产生的最大结晶压力模型,并对溶液的冰点温度进行了分析。以NaCl溶液和Na2SO4溶液为例,分别对不同浓度和不同温度下的盐、水结晶压力及冰点温度进行了参数分析。结果表明:对于盐分结晶体,其结晶压力与溶液的过饱和比、溶液活度以及结晶盐的类型密切相关;对于冰晶体,其结晶压力与环境温度以及溶液的活度相关。
2019 Vol. 41 (6): 1158-1163 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 586KB] ( 31 )
1164 裂隙岩体渗流溶质运移耦合离散裂隙模型数值计算方法
李馨馨, 徐轶
研究裂隙岩体渗流溶质运移问题对于岩土工程地下水污染物预测控制具有重要意义。基于离散裂隙网络模型,采用实体单元模拟基质岩块、无厚度单元模拟复杂裂隙网络,提出了裂隙岩体渗流溶质运移耦合的三维数值计算方法。针对无反应项和含反应项两种情况,通过算例分析了单裂隙中溶质迁移行为,并与精细模拟方法、解析方法的结果进行对比验证;进一步将该法应用于预测大规模裂隙岩体溶质浓度分布规律及发展趋势,并评价了主要影响因素。结果表明,该法可有效模拟裂隙网络、基质岩块中水分溶质传输行为;由于贯通裂隙网络的优势流影响,溶质羽主要受控于裂隙水的对流作用,出现了高度非均匀分布现象;通过参数敏感性分析发现,相较于岩块基质的扩散作用,裂隙开度产生的对流作用是影响浓度场分布的主控因素。在保证精度的前提下,该法可大幅减小计算量和计算时长,对于解决含复杂裂隙网络岩体渗流传质的三维数值模拟问题具有明显优势。
2019 Vol. 41 (6): 1164-1171 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 2016KB] ( 50 )
1172 土体干缩裂隙发育方向及演化特征的层间摩擦效应研究
曾浩, 唐朝生, 林銮, 徐金鉴, 刘俊东, 荣德政, 王东伟, 施斌
自然界中的土体通常成层分布,在干旱条件下,表层土体的干缩开裂过程极易受层间接触条件的制约。为了探究土层间摩擦效应对土体干缩裂隙发育方向及其演化特征的影响,开展了一系列室内干燥试验。试验共配置了3组初始饱和的泥浆样,在30℃的室温条件下干燥失水,通过在试样底部铺设不同粗糙度的砂纸来模拟不同土层间的摩擦效应。试验过程中对试样表面及侧面进行定时拍照,从不同角度记录了裂隙发育全过程,通过分析,获得了一些新发现:①干缩裂隙不仅能从土体表面向下发育,而且还可能率先从土体底部向上发育,这不同于以往的习惯性认识;②初始裂隙的发育位置受土质条件及基底摩擦条件的共同制约,对于非均质性比较严重或者表面存在明显“杂点”的土体而言,裂隙往往首先从表面“杂点”处产生并向下发育,而对均质性较好的土体而言,在基底摩擦效应的影响下裂隙可以率先从土体底部生成并逐渐向上发育,且土体底部的裂隙发育程度甚至会高于表面的裂隙发育程度;③底部生成的裂隙以斜向上发育居多,这可能与裂隙发育过程中受到的剪切应力作用有关;④干燥过程中,土体呈向心收缩,存在明显的收缩核现象;⑤基底摩擦效应能改变土体干缩开裂过程中内部应力场的演化,从而对土体的横向和纵向收缩应变及剖面含水率的空间分布产生影响,如基底摩擦越大,土体横向收缩应变越小,而纵向收缩应变越大。
2019 Vol. 41 (6): 1172-1180 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 2618KB] ( 31 )
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