考慮多次擾動影響的盾構隧道結構韌性評估方法及其應用

林星濤1,2,3，陳湘生1,2,3，蘇  棟*1,2,3，朱  旻1,2,3，韓凱航1,2,3，陳仁朋4

(1. 深圳大學土木與交通工程學院，廣東 深圳 518061；2. 深圳大學濱海城市韌性基礎設施教育部重點實驗室，廣東 深圳 518061；3. 深圳市地鐵地下車站綠色高效智能建造重點實驗室，廣東 深圳 518061；4. 湖南大學土木工程學院，湖南 長沙 410082)

摘  要：科學合理地評估盾構隧道結構狀態對保障列車安全運維至關重要。針對目前評估方法無法較好定量評估隧道結構的現狀，基于韌性理論，提出了多次擾動下盾構隧道結構韌性評估方法。首先，通過構建多階段隧道結構韌性分析模型，獲得了隧道結構韌性指標計算方法。其次，根據隧道結構在加載和卸載工況下的不同響應，提出了相應工況的結構性能分析指標。在此基礎上，定義了隧道結構韌性等級劃分標準。然后，探討了隧道結構性能恢復程度和加固決策時間對結構韌性程度的影響。最后，將該方法應用到新建平行隧道下穿既有隧道工程中。結果表明：采用不同結構性能指標獲得的韌性指標差異明顯。對于下穿隧道工程而言，僅以收斂變形作為隧道結構性能指標，會導致計算結果偏高，即高估結構的韌性，由下穿案例可知，隧道沉降和軌道板的差異沉降應該更需要關注，尤其是軌道板的差異沉降。研究成果將為盾構隧道結構安全評估及受損結構性能恢復提供重要參考。

關鍵詞：盾構隧道；韌性評估；性能指標；韌性指標

地表框架結構作用下隧道施工誘發的砂質地層變形

徐敬民1，2，章定文1，劉松玉1

(1. 東南大學交通學院，江蘇 南京 211189；2. 諾丁漢大學工程學院巖土力學研究中心，英國 諾丁漢 NG7 2RD)

摘  要：城市地鐵隧道施工不可避免的引起地層移動與變形，其運移規律不僅由施工狀況和地層條件決定，還會受到臨近結構物的影響。通過24組離心模型試驗，研究地表筏板基礎框架結構對隧道施工引起砂質地層移動與變形規律的影響。試驗中采用了建筑的長度、隔間寬度、構件厚度和樓層數量各不相同的5種鋁制框架結構，并考慮砂土密度、建筑附加荷載、結構與隧道相對水平位置的影響。通過粒子圖像測速技術測量地層與建筑的位移，并揭示了地表沉降與水平移動、土層移動、剪切應變和體積應變的等值線變化規律。研究結果表明，地表框架結構顯著影響地層水平移動，位于隧道上方的長建筑可顯著限制淺部土層的水平移動，影響程度與建筑荷載、筏板與地表土層間隙大小關聯；但偏心的短建筑則會增加土層的水平移動。建筑結構荷載增大土層沉降范圍，且影響程度隨荷載增加而增大。筏板對地層水平移動的約束導致筏板下方淺部土層中出現剪切帶，減輕了土層的收縮變形程度。砂土相對膨脹指數取決于相對密度和應力狀態，松散砂土地層表現出整體收縮響應，密砂地層體積變形隨隧道體積損失率的增加從收縮逐漸轉變為膨脹變形，而建筑的附加荷載輕微增加地層的收縮變形。研究成果可為城市地鐵隧道施工對鄰近建筑物安全評估和風險管控提供參考依據。

關鍵詞：隧道工程；地層變形；框架建筑；土與結構相互作用；離心模型試驗

考慮側壁摩阻的圍巖裂隙中膨潤土-砂混合物侵入過程及其模型

葉為民1，2，許利波1,王  瓊1，2，陳永貴1，2，陳  寶1，2

（1. 同濟大學地下建筑與工程系，上海 200092；2. 同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092）

摘  要：高放廢物處置庫建設與運營期間，作為緩沖/回填材料的高壓實膨潤土-砂混合物侵入裂隙，在降低圍巖滲透性的同時，會引起膨潤土的流失與可能的核素外泄，危及處置庫的運營安全。針對膨潤土-砂混合物侵入圍巖裂隙問題，開發試驗裝置，開展不同裂隙寬度（0.1，0.3，0.5，1.0 mm）情況下，不同含砂率（0%，15%和30%）的膨潤土-砂混合試樣（石英砂粒徑為0.075～0.1 mm）的裂隙侵入試驗；利用預先設置的高精度數字相機，定時拍攝膨潤土混合物侵入過程，再借助ImageJ圖像處理軟件，獲取侵入距離以及附屬（石英、長石與方石英等）與非附屬礦物（蒙脫石等）環寬度等參數；基于入侵過程中膨脹力與裂隙側壁摩阻力發展過程分析，構建并驗證考慮側壁摩阻的圍巖裂隙膨潤土侵入模型。結果表明：靜水條件下，裂隙中膨潤土的侵入距離、非附屬與附屬礦物環寬度等均隨裂隙大小的增大顯著增大，隨含砂率增大明顯減??；侵入達到平衡（穩定）后，擠出口處膨潤土干密度隨裂隙寬度的增大而減小，但隨試樣含砂率的增大而增大；附屬礦物環區的摩擦系數明顯大于非附屬礦物環區的摩擦系數，即附屬礦物環對膨潤土侵入過程具有更強的抑制作用；考慮側壁摩阻的膨潤土侵入模型計算值能夠較好地模擬實測值。侵入試驗與模型研究可為實際處置庫中膨潤土的侵入行為預測提供依據。

關鍵詞：膨潤土；侵入；圍巖裂隙；附屬礦物環；側壁摩擦；模型

擾動沖擊下弱膠結紅砂巖的能量耗散與分形特征

張慧梅1，陳世官*2，王  磊2，程樹范3，楊更社2，申艷軍4

(1. 西安科技大學力學系，陜西 西安 710054；2. 西安科技大學建筑與土木工程學院，陜西 西安 710054；3. 武漢大學土木建筑工程學院，湖北 武漢 430072；4. 西安科技大學地質與環境學院，陜西 西安 710054)

摘  要：為探索動態擾動后西部礦區軟巖夾層的能量耗散規律和破壞模式，利用分離式霍普金森壓桿裝置對弱膠結紅砂巖進行動態沖擊破壞試驗，分析該類紅砂巖在受到不同加載速率、不同次數擾動沖擊以及是否擾動的條件下，試樣在相同加載速率破壞性沖擊過程中的能量耗散與分形特征。試驗結果表明：在不同速率擾動沖擊作用下，隨著擾動沖擊次數的增加反射能遞增而透射能和耗散能呈減小趨勢，其中較高速率擾動沖擊下試樣的反射能高于低速率擾動沖擊，耗散能則相反，且低速率擾動沖擊下試樣的耗散能、能量耗散率和能量耗散密度高于較高速率擾動沖擊，表明低速率擾動沖擊下試樣的能量利用率更高；在破壞性沖擊試驗中，隨著擾動沖擊次數的增加，低速率擾動后試樣的破碎程度相較于未擾動與高速率擾動更為嚴重，對應分形維數Db低速率擾動>未擾動>高速率擾動，表明分形維數與擾動沖擊次數呈正相關，與擾動沖擊速率呈負相關；在相同擾動沖擊次數下，低速率擾動試樣的Db所對應累積耗散能和耗散能密度高于較高速率擾動試樣，而對應的累積反射能則相反。

關鍵詞：弱膠結砂巖；擾動沖擊；SHPB；能量耗散；分形維數

飽和塊狀混合回填土地基的一維固結分析

胡亞元，周煥慧

(浙江大學濱海和城市巖土工程研究中心，浙江 杭州 310058)

摘  要：用塊狀渣土置換軟弱地基和回填低洼谷地等是處置工程渣土的有效途徑。為了分析飽和塊狀混合回填土地基的固結性狀，運用混合物理論建立了其一維固結模型。首先，假定塊狀土固相和充填土固相之間滿足等應變條件，獲得了飽和塊狀混合回填土中各相應變與塊狀土孔隙變形和充填土孔隙變形的關系式。其次，在小應變條件下，根據自由能勢函數方程建立了飽和塊狀混合回填土的一維線彈性本構方程，再結合達西定律和應力平衡方程獲得了一維固結控制方程。再次，利用分離變量法得到一維固結解析解，通過退化本文模型與已有模型進行對比，驗證了本文模型的正確性。最后，基于所得解析解，分析了充填土孔隙滲透系數、塊狀土孔隙滲透系數以及流體交換參數等因素對飽和塊狀混合回填土地基固結性狀的影響。分析結果表明：充填土孔隙滲透系數對飽和塊狀混合回填土地基整體固結性狀起主導作用；在固結初期，塊狀土超孔壓會有一定程度的上升，且3個參數具有相似的作用機理。

關鍵詞：工程渣土；飽和雙重孔隙介質；混合物理論；一維固結；解析解

干濕循環對不同粒徑組崩解性砂巖改良膨脹土的影響

李國維1，2，王佳奕1，2，陳  偉1，3，吳建濤*1，2，曹雪山1，2，吳少甫4

(1. 河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210024；2. 河海大學道路與鐵道工程研究所，江蘇 南京 210024；3. 河海大學巖土工程研究所，江蘇 南京 210024；4. 中鐵二十局集團有限公司，陜西 西安 710016)

摘  要：基于引江濟淮工程研究利用河道開挖棄料崩解性砂巖改良膨脹土的長期效果。試驗結果表明：①崩解性砂巖改善膨脹土的壓實性和強度特性，巖屑粒徑小于2 mm時改良土的壓實性最優，砂巖物理改良土的直剪指標與巖屑粒徑正相關，砂巖水泥復合改良土的直剪指標主要受水泥改良作用控制，巖屑粒徑的影響不明顯；②崩解性砂巖對改良土干濕循環過程中的開裂具有抑制作用，砂巖物理改良土中巖屑粒徑大于10 mm時其周圍土中會出現裂隙集中現象，砂巖水泥復合改良土的裂隙率明顯小于純水泥改良土，與巖屑尺寸無顯著相關性；③崩解性砂巖具有延緩改良土在干濕循環過程中凝聚力衰減的作用，延緩作用受巖屑尺寸影響，巖屑粒徑在砂巖物理改良土中應不大于10 mm，在砂巖水泥復合改良土中應不大于5 mm；④崩解性砂巖微觀上的演化特征影響改良土宏觀上的裂隙發育和強度衰減規律。

關鍵詞：膨脹土；崩解性砂巖；粒徑；干濕循環；微觀機理

纖維加筋植被混凝土基材統計損傷模型研究

丁  瑜1，2，魏偉兵1，2，潘  波3，黃群智1，2，劉振賢1，2，劉大翔1，2

(1. 三峽大學三峽庫區地質災害教育部重點實驗室，湖北 宜昌 443002；2. 防災減災湖北省重點實驗室（三峽大學），湖北 宜昌 443002；3. 湖北省地質局第六地質大隊，湖北 孝感 432000)

摘  要：為研究纖維加筋植被混凝土基材的本構模型和損傷演化規律，考慮圍壓和纖維摻量兩個因素，基于Weibull分布建立了能反映基材力學特性的統計損傷模型，給出了模型參數的確定方法，探討了Weibull分布參數與圍壓、纖維摻量的關系。利用該模型對基材三軸試驗結果進行對比驗證；根據基材的破壞準則，推導了損傷閾值的確定方法；通過分析損傷演化特征與微元體的失效過程，對基材應力–應變關系和損傷軟化規律進行了闡釋。分析結果表明該模型曲線與試驗結果吻合度較高，能較好反映纖維加筋基材加載過程中的損傷軟化特性；加筋基材損傷閾值與峰值應變之比保持在0.4～0.6之間。本文研究為準確分析和評價基材的力學性質提供了理論參考。

關鍵詞：植被混凝土基材；損傷演化；Weibull分布；統計損傷；損傷閾值

全吸力范圍非飽和土水力滲透系數的計算

翟  錢1，2，朱益瑤1，2，葉為民3，杜延軍4，戴國亮1，2，趙學亮1，2

（1．東南大學混凝土及預應力混凝土結構教育重點實驗室，東南大學橋梁研究中心，江蘇 南京 210096；2. 東南大學土木工程學院，江蘇 南京 210096，3. 同濟大學土木工程學院，上海 200092，4. 東南大學交通學院，江蘇 南京 210096)

摘  要：非飽和土水力滲透系數決定了水分在非飽和土體中遷移的速率，因此非飽和土水力滲透系數是研究水分在非飽和土中遷移規律的關鍵參數。一般情況，滲流數值計算軟件將水力滲透系數方程作為輸入參數，水力滲透系數方程的準確性直接影響滲流模擬結果的可靠性。常用的非飽和土水力滲透系數方程大多基于毛細水的相關理論，在低吸力區其計算結果與試驗數據吻合度較高，但在高吸力區計算結果與試驗數據差異顯著。將全吸力范圍分為毛細水滲流主導區、膜態水滲流主導區、氣態水滲流主導區，并分析了不同形態的水分在非飽和土體中遷移規律的控制機理。全吸力范圍的非飽和土水力滲透系數定義為表觀滲透系數，其包含毛細水滲透系數、膜態水滲透系數和氣態水滲透系數。通過剖析毛細水、薄膜水以及水蒸氣在非飽和土體中遷移機理，推導不同形態水分滲透系數的數學表達，最終得出全吸力范圍非飽和土的水力滲透系數計算方程。

關鍵詞：孔徑分布；滲流函數；毛細水滲流；膜態水滲流；氣態水滲流

基于格子Boltzmann方法的土石混合體的滲流特性研究

金  磊1，曾亞武2，程  濤1，李晶晶1

(1. 湖北理工學院土木建筑工程學院，湖北 黃石 435003；2. 武漢大學土木建筑工程學院，湖北 武漢 430072)

摘  要：為了探究土石混合體的滲流特性，基于顆粒離散元法和三維離散元模型虛擬切片技術建立了土石混合體的三維隨機孔隙結構模型并將其體素化，引入三維格子Boltzmann方法從孔隙尺度對其滲流開展了模擬，并據此分析了塊石含量、相對密實度和塊石粒徑對土石混合體滲透率的影響，最后探討了不同條件下塊石含量對土石混合體滲透率存在不同影響的內在機制。研究結果表明：當相對密實度和塊石粒徑不變時，隨塊石含量增加，土石混合體的滲透率總體上是逐漸增大的，且增大的速率越來越大；相對密實度越高，土石混合體的滲透率越低；塊石粒徑對土石混合體的滲透率存在一定程度的影響，當塊石含量小于臨界值時，塊石粒徑越大則滲透率越小，而當塊石含量高于臨界值時，塊石粒徑越大則滲透率越大；當土石混合體中土體的密度保持不變時，其滲透率隨塊石含量增加先減小后增大。

關鍵詞：土石混合體；格子Boltzmann方法；滲流特性；滲透率；孔隙尺度模擬

黏土的結構性定量化表征及其彈塑性本構模型研究

李吳剛1，楊  慶2，劉文化1，楊  鋼2，孫秀麗1

(1. 江南大學環境與土木工程學院，江蘇 無錫 214122；2.大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116024)

摘  要：結構性可增強土骨架的穩定性，在相同的應力條件下，結構性土與重塑土相比可保持更大的孔隙比。從結構性土的形成過程出發，詳細分析了結構性對土體變形特性的影響及變形過程中結構性的衰退規律，提出了土體結構的定量化表征參數——相對結構度，并給出了該變量在土體變形過程中的演化方程。隨后基于該參數推導了結構性土的體變方程，該方程反映了結構性土在變形過程中土體結構對壓縮特性的影響。最后，結合修正劍橋模型推導了三軸應力狀態下結構性土的本構模型，該模型可較好地預測結構性土的力學與變形特性，通過3種天然結構性土的試驗結果與模型預測對比驗證了本模型的合理性。

關鍵詞：結構性土；本構模型；體變方程；壓縮指數

球形蒸汽源增濕非飽和黃土水熱運移規律試驗研究

李建東1,2，王  旭*,1,2，張延杰1，蔣代軍1，劉德仁1，胡  淵1

(1. 蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730070；2. 道橋工程災害防治技術國家地方聯合工程實驗室，甘肅 蘭州 730070）

摘  要：非飽和土中的水-汽-熱耦合運移是一個受多因素影響的復雜過程。利用重塑非飽和黃土填筑模型，通入一定壓力的高溫水蒸氣，研究蒸汽壓梯度、溫度梯度和含水率梯度共同作用下重塑非飽和黃土中的熱濕遷移規律，并利用模型試驗邊界條件，解得球形蒸汽源增濕非飽和黃土時水熱運移主控方程的一組特解。結果表明：球形蒸汽源在非飽和黃土中運移時，水分和溫度的遷移范圍近似于橢球體。水蒸氣沿徑向運移時，隨著蒸汽壓逐漸消散，運移速率降低，溫度傳導速率減小。蒸汽壓較大時，增濕速率、增濕范圍和增濕程度都將增大；在有效增濕范圍內，土體含水率在11%～17%間變化，接近土體的最優含水率，增濕效果較好；高溫水蒸氣在土體中的傳熱包括高溫蒸汽傳熱和溫度梯度引起的熱傳導，有效增濕范圍內主要以高溫蒸汽傳熱為主，溫度遷移速率屬于快速遷移階段。有效增濕范圍外以溫度梯度引起的熱傳導為主，屬于緩慢遷移階段；實測值和計算值對比發現，代數顯式解析特解能較好地反映試驗中土體溫度和含水率的變化規律。研究結果可為非飽和黃土中水熱遷移和蒸汽增濕技術提供理論參考。

關鍵詞：非飽和黃土；水-熱運移；增濕；模型試驗

堆石料微側壁摩擦力固結儀的研制與應用

王  龍1，朱俊高*1，袁俊平1，陸陽洋2

(1.河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098；2.南京水利科學研究院巖土工程研究所，江蘇 南京 210024 )

摘  要：固結儀是研究堆石料長期變形特性最常用的儀器之一，但其應用受到側壁摩擦力的限制。針對此問題，研制了一種加載穩定、可測量側壁摩擦力的新型固結儀，介紹了該儀器的結構和工作原理。采用由互不接觸的尼龍片組成襯墊貼于固結儀內壁的方法減小側壁摩擦力。對風干堆石料進行固結試驗，系統研究比較了襯墊層數為1～3層和厚度分別為0.3和0.5 mm時該方法的效果。試驗結果表明，3層0.5 mm襯墊的效果最優；與無襯墊時相比，該方法下試樣側壁摩擦力平均下降91%，豎向應變是無襯墊時的1.2～1.8倍。將容器內壁覆蓋3層0.5 mm襯墊作為減小側壁摩擦力方法，對風干堆石料分別進行了使用該方法和無襯墊條件下的流變試驗。結果表明，微側壁摩擦力條件下試驗結束時試樣的豎向應變和次固結系數分別是無襯墊時的2.0和2.2倍。該儀器有效解決了側壁摩擦力問題，提高了長期變形試驗結果的可信性。

關鍵詞：堆石料；微側壁摩擦力；固結儀；襯墊；流變試驗

基于CT掃描的砂巖主次裂紋擴展特征及影響因素研究

王  帥1，2 ，許  瑩*1，2，張艷博1，2，姚旭龍1，2，劉祥鑫1，2，梁  鵬1，2

(1．華北理工大學礦業工程學院，河北 唐山 063210； 2．華北理工大學河北省礦業開發與安全技術重點實驗室，河北 唐山 063210)

摘  要：為了研究巖石在壓應力條件下主次裂紋的萌生及擴展規律，對砂巖在單軸壓縮條件下的破裂過程進行CT掃描試驗，分析了砂巖中主次裂紋的形貌特征；同時，定量探討了砂巖在不同變形階段主裂紋的表面積和體積以及次生裂紋的分形維數，并運用Image pro plus 6.0和Image J 軟件計算了砂巖在不同高度位置主次裂紋的長度和數量，研究了主次裂紋的擴展及其影響因素。研究結果表明，主導砂巖破裂的是萌生于砂巖表面兩種不同方向的主裂紋，主裂紋表面積和體積的增長速率隨著荷載水平的增加而不同。在主裂紋的周圍產生了許多次生裂紋，次生裂紋的分形維數隨著荷載水平的增加而非線性增加。不同荷載水平下，砂巖在不同高度位置的主次裂紋長度和數量變化各不相同。在砂巖破壞前，影響砂巖主次裂紋擴展的主要因素是主裂紋的長度，在砂巖破壞后，影響砂巖主次裂紋擴展的主要因素是次生裂紋的長度。該結論對未來巖石破壞失穩的預測分析奠定了理論基礎。

關鍵詞：CT掃描試驗；主裂紋；次生裂紋；荷載水平

改進的Picard法在非飽和土滲流中的應用研究

朱帥潤1, 2，李紹紅3，何  博1, 2，吳禮舟*1

（1. 重慶交通大學山區橋梁及隧道工程國家重點實驗室，重慶 400074；2. 成都理工大學環境與土木工程學院，四川 成都 610059；3. 西南交通大學地質工程系，四川 成都 610031）

摘  要：Richards方程廣泛應用于非飽和滲流的數值模擬以及其他相關領域。在數值求解中，可以采用有限體積法進行數值離散，進而采用Picard方法進行迭代求解。然而，為了獲得可靠準確的數值解，通常均勻網格的空間步長是很小的，特別是在一些不利的數值條件下，比如降雨入滲于干燥土壤中，這往往使得迭代過程耗時，甚至不收斂。因此，結合Chebyshev形式的非均勻網格，提出了一種基于非均勻網格的兩層網格校正法的改進Picard迭代方法（NTG-PI）。通過3個非飽和滲流算例，并與傳統方法和解析解對比，對改進方法的數值精度、收斂率和加速效果進行了驗證。結果表明，相對于傳統的Picard方法和自適應松弛Picard方法，提出的方法NTG-PI可以在較少的離散節點數下獲得較高的數值精度，以及較高的計算效率。該方法可以對非飽和滲流的數值模擬提供一定參考。

關鍵詞：非飽和滲流；Picard迭代；數值精度；非均勻網格；兩層網格校正方法

引入因子分析的結構面粗糙度RBF復合參數模型

尹  宏，王述紅*，董卓然，侯欽寬

（東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819）

摘  要：結構面粗糙度的表征是預測峰值剪切強度的基礎性工作，單一參數無法全面反映結構面的形貌特征，而由各表征參數并列構成的指標系統是一個存在信息重疊的非線性系統，為此引入因子分析通過正向標準化實現參數降維可有效剝離交叉信息，同時將正向標準化的指標系統通過RBF神經網絡結構實現非線性參數的線性映射，實際運行過程中選取6個反映結構面粗糙度的統計參數并建立JRC反算關系，構建76組訓練樣本和37組測試樣本，建立了一個反映結構面形貌起伏高、起伏角、接觸度的多指標復合參數模型，同時固定隱含層神經元的數目從而提高運算速度，通過實測數據計算相對誤差和決定系數進行性能評價。利用樣本數據和巖石結構面直剪實驗驗證了模型的預測精度。最后討論了因子分析的適用性和可能的誤差分析。

關鍵詞：巖石；結構面；粗糙度；RBF神經網絡；因子分析

磨料水射流沖擊孔隙巖體的SPH模擬研究

周新超，馬小晶*，廖翔云，齊思維，李宏煜

（新疆大學電氣工程學院，新疆 烏魯木齊 830047）

摘  要：針對磨料水射流沖擊含孔隙巖體的動態過程，依據光滑粒子流體動力學（smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法，將含磨料顆粒的水射流和具有孔隙的巖體離散為一系列的粒子，分別引入NULL型和H-J-C型本構關系描述磨料水射流和巖體的力學特性，建立了磨料水射流沖擊孔隙巖體模型，通過模擬射流沖擊巖體問題，并與已有研究結果進行對比驗證了所建模型的有效性，在此基礎上，著重對磨料水射流沖擊含孔隙巖體的動態破損過程進行模擬研究，分析了巖體的孔隙特性和射流參數對巖體破損效果的影響。計算結果表明，孔隙的尺寸和分布情況會影響巖體破損坑的形狀，孔隙度對巖體的破損程度影響較大，其他因素對巖體的破損效果具有不同程度的影響。研究結果可為工程中提高射流破巖效率提供理論依據。

關鍵詞：光滑粒子流體動力學；磨料水射流；離散孔隙構建；填充物；隨機分布位置 

考慮軟土軟化效應時單樁基礎水平循環受荷的

有限元數值模擬

慕東霖1，田英輝2，王  樂1，肖  忠*1

(1. 天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072；2. 墨爾本大學基礎設施工程系，澳大利亞 墨爾本)

摘  要：海洋環境中的單樁基礎受到風、波浪、海流等循環荷載長期作用，在循環荷載作用下樁和軟土之間的接觸面上的剪應力和樁周軟土的剪切強度均會降低，從而影響樁基的承載特性。結合試驗手段，通過界面剪切試驗獲得了Q235鋼與天津濱海淤泥質軟黏土之間的循環界面摩擦系數，通過動三軸試驗獲得了天津濱海淤泥質軟黏土的循環軟化參數，為量化樁土界面循環摩擦特性和樁周軟土循環軟化特性提供了一種參數獲取方法。在此基礎上，結合可考慮軟土應變軟化效應的軟土本構模型，建立了不排水軟基上單樁基礎受水平循環荷載作用的有限元模型，研究了單樁在受到水平循環荷載作用下的樁頭位移-反力響應與樁身截面彎矩的發展規律，并獲得了循環荷載作用后樁周土體軟化區域的發展規律。計算結果表明：隨著循環振次的增加，樁基周圍土體軟化區域不斷發展，高水平循環位移作用下土體軟化區域沿深度發展程度高，對應樁身最大彎矩出現位置下移。

關鍵詞：有限元數值分析；界面剪切試驗；動三軸試驗；單樁基礎

基于分數階黏彈性地基模型的群樁時效行為研究

艾智勇1,2，葉梓坤1,2，劉文杰1,2

(1. 同濟大學地下建筑與工程系，上海 200092；2. 巖土及地下工程教育部重點實驗室，上海 200092)

摘  要：基于有限單元法，將群樁劃分為有限個2節點單元，從而構建了豎向受荷群樁的有限元求解方程；為了模擬飽和軟黏土的流變特性，通過Laplace變換，推導了分數階導數Merchant模型中的應力–應變關系；引入彈性-黏彈性對應原理，得到橫觀各向同性分數階黏彈性飽和軟土地基的邊界元解答；考慮樁-土界面處的位移協調，將群樁有限元求解方程和地基邊界元解答進行耦合，推導出群樁-土相互作用方程；再根據群樁承臺的位移協調條件，求解得到群樁基礎狀態量的時變解答；基于以上理論，設計了數值算例，以驗證方法的正確性，并分析了分數階次對群樁時效行為的影響。

關鍵詞：分數階導數；黏彈性；橫觀各向同性；多層飽和軟土地基；軸向受荷群樁；邊界元-有限元耦合法

黏土在不同應力條件下的滲透過程分析

宋林輝1，王興亞1，吳昊宇1，周克發2，梅國雄3

 (1. 南京工業大學數理科學學院，江蘇 南京 211800；2. 南京水利科學研究院大壩安全與管理研究所，江蘇 南京 210029；3. 廣西大學土木建筑工程學院，廣西 南寧 530004)

摘  要：滲透性是黏土的重要工程性質之一，通過滲透系數進行表征，其機理在于水在黏土中的滲透過程。采用研制的剛性壁固結滲透裝置，開展9種應力條件下的黏土滲流試驗，并運用熒光示蹤技術定量分析試樣不同位置處的過水率和流道率，以刻畫黏土的滲透過程。試驗結果表明，試樣同一橫截面上的過水率變化范圍很大，分布很不均勻，水在滲流過程中容易出現優勢流道，且優勢流道的分布呈隨機無規律性；受水力滲透固結的影響，不同橫截面上的過水率和流道率也存在差異，靠近水體的土層的參數值最大，沿滲流方向呈遞減趨勢；黏土的過水率和流道率均隨水力梯度的增加而增加、隨固結壓力的增加而減小，但就影響程度而言，水力梯度較固結壓力更顯著。

關鍵詞：黏土；滲透過程；熒光示蹤；過水率；流道率

基于巖石峰前起裂及峰后特征的脆性評價方法

高美奔1，2，李天斌*2，陳國慶2，孟陸波2，馬春馳2，張  巖2，陰紅宇2，鐘雨奕2

(1. 西華大學應急學院，四川 成都 610039；2. 成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

摘  要：現有研究表明巖石脆性與其內部微裂紋起裂、擴展有密切聯系，但考慮巖石起裂特征的脆性評價指數并不多見，在對脆性理論以及起裂特征分析的基礎上，提出了一種基于巖石峰前起裂及峰后特征的脆性評價方法。首先，結合George和Tarasov & Potvin等對脆性的描述和定義，從理論上分析了基于巖石峰前起裂及峰后特征脆性評價方法的可行性。其次，構建了表征巖石峰前脆性特征的分量Bi和表征巖石峰后脆性特征的分量Bii，并將兩者之積作為表征峰前起裂和峰后應力跌落特征的脆性指數BI。最后，結合不同加載方式、圍壓以及巖性條件下花崗巖、砂巖和大理巖試驗數據對其進行了驗證。結果顯示：圍壓5～35 MPa時，大理巖脆性與圍壓呈負相關關系；圍壓5 MPa時，三軸卸荷試驗條件下花崗巖脆性比三軸壓縮試驗條件下大?；◢弾r、砂巖、大理巖相應的脆性指數BI值分別為0.684，0.336，0.186，計算結果與試驗結果吻合。提供了一種從起裂和應力跌落角度評價巖石脆性的新思路，對豐富室內巖石脆性分析與評價具有一定指導意義。

關鍵詞：巖石力學；硬巖；起裂；脆性指數；峰后特征

上海地區軟土旁壓加卸載變形特性試驗研究

張  晗1, 2, 4，楊石飛1, 4，王  琳*1, 2, 4，林天翔3, 4

(1. 上?？辈煸O計研究院（集團）有限公司博士后科研工作站，上海 200093；2. 同濟大學地下建筑與工程系，上海 200092；3. 上海交通大學土木工程系，上海 200240；4. 上海巖土與地下空間綜合測試工程技術研究中心，上海 200093)

摘  要：軟土具有強度低、壓縮性高的特點，在不同應力狀態、應力路徑下其變形呈現明顯不同的非線性特征，研究軟土的原位變形特性對各類地下工程土體變形的控制具有重要意義。通過對上海地區不同深度土體進行原位旁壓加卸載試驗，從加載及卸載兩個維度對原位土體的變形特性進行描述。通過旁壓加載試驗結合室內小應變三軸試驗，獲取了土體剪切模量G隨剪應變的變化規律；通過旁壓卸載試驗研究軟土原位卸荷回彈變形特性，探討了各層土不同卸載前載荷水平及卸載等級下，土體模量比Ev與卸載比R之間的內在關系。研究結果揭示了軟土在加載情況下的剛度衰減規律及卸荷條件下影響剛度特性的關鍵因素，為控制地下空間開發中的土體變形問題提供借鑒。

關鍵詞：軟土；旁壓加卸載試驗；剛度衰減；卸載等級；卸載前載荷水平

飽和砂土壩基液化超重力振動臺試驗研究

楊凱文1，2，李俊超1，2，王  鋒3，陳  濤4，汪玉冰*1，2，鄒德高5，劉京茂5

（1. 浙江大學超重力研究中心，浙江 杭州 310058；2. 浙江大學軟弱土與環境土工教育部重點實驗室，浙江 杭州 310058；3. 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；4. 四川華能瀘定水電有限公司，四川 成都 610041；5. 大連理工大學水利工程學院，遼寧 大連 116024）

摘  要：壩基作為水利水電工程重要基礎設施的核心部分，其在地震作用下的動力響應和穩定性受到廣泛關注。針對飽和砂土壩基的動力響應和液化規律，開展了兩組超重力振動臺試驗，分析了飽和砂土地基在壩閘荷載作用下的地震響應規律。根據兩組離心試驗結果，地震作用下自由場地地基下層土體發生軟化，上層土體發生液化噴砂，加速度放大系數和超靜孔壓比沿深度方向呈現先減小后增大的趨勢；壩基在荷載邊緣的土體中出現液化現象，加速度放大系數隨深度逐漸減小而土體超靜孔壓比隨深度逐漸增大。壩閘荷載能夠增大壩基土體中的有效應力，減小超靜孔壓比。超靜孔壓消散后土體的密實度、剛度提高。最后，基于非線性有限元分析軟件GEODYNA，對兩組離心機試驗進行了數值模擬，結果吻合較好。試驗結果和數值模擬結果為飽和砂土壩基的設計與加固提供了依據。

關鍵詞：壩基；液化；上覆荷載；地震響應；離心模擬