一个简单的循环加载CSUH模型
姚仰平，王方宇，魏 然
（北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 100191）
摘 要：土在循环荷载作用下会表现出滞回特性。在黏土砂土统一硬化（CSUH）模型基本框架下，通过构建弹性滞回圈和提高低应力塑性刚度，建立了一个简单的考虑循环加载的H-CSUH模型。①通过引入反映初始卸载模量的参数κ0和反映模量变化速率的参数w，将e-ln(p+ps)空间中卸载线的弹性响应修改为非线性，并满足完全弹性滞回。②通过构建乘数ζ，建立了新的硬化方程Hh，进一步提高了模型在低应力下的塑性刚度。与已有模型相比，H-CSUH模型形式简洁，参数较少，且实现了对黏土和砂土在循环荷载作用下滞回特性的统一描述。应用模型对不同黏土和砂土的排水和不排水试验结果进行了预测，验证了模型的合理性。
关键词：滞回特性；循环加载；黏土；砂土；统一模型
基于强震动记录统计分析的不同场地分类方法比较
李小军1, 2，程晓芳1，荣棉水1，张 斌3
（1. 北京工业大学桥梁工程与韧性全国重点实验室，北京 100124；2. 防灾科技学院，河北 三河 065201；3. 中国地震局地震预测研究所，北京 100036）
摘 要：以特定深度范围内岩土层等效剪切波速作为控制参数的单指标场地分类及以特定深度内土层等效剪切波速和覆盖土层厚度作为控制参数的双指标场地分类是国际上的两大类场地分类方法，两类方法的适用性和合理性一直是工程界所关注和讨论的问题。工程场地分类的基本用途是合理地考虑场地条件对地震动影响以确定建设工程的设计地震动参数，同一分类场地中强震动记录频谱特性的一致性程度是说明场地分类方法合理性的最有效标准。利用日本KiK-net观测台网的强震动记录和台站钻孔资料进行统计分析，探讨了已有的多个场地分类方法的差异和优劣。首先采用中国、美国和日本等国家规范中及近年来提出的几种新的场地分类方法分别进行台站场地类别划分和强震动记录分组，而后针对不同分类方法中同类场地台站的地表地震动加速度记录进行加速度反应谱（包括峰值加速度）与震级和震中距关系的统计分析，并通过加速度反应谱统计残差分析，探讨了不同场地分类方法中同类场地台站强震动记录加速度反应谱的一致性和聚类性。研究结果表明：在所研究的场地分类方法中，土层等效剪切波速和覆盖土层厚度为控制参数的双指标的中国抗震规范场地分类方法为最优方法。
关键词：场地分类；剪切波速；强震动记录；加速度反应谱；残差分析
地下结构排水盲沟减压抗浮简化设计方法
潘 泓1, 2，刘荣照1, 2，骆冠勇*1, 2，彭斯格1, 2，曹 洪1, 2
（1. 华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510640；2. 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510640）
摘 要：目前，排水盲沟减压抗浮系统中排水盲沟设计主要采用数值法分析计算，尚无简单实用的简化计算方法。基于盲沟为等水头边界及入渗量均布于盲沟单元等假定，建立排水盲沟网格简化模型，得到平面布置为矩形的盲沟单元水头分布解析解，给出入渗量、单元几何尺寸等参数即可算得盲沟单元内水头分布。提出均匀入渗和非均匀入渗情况下底板入渗量分布的计算模式。通过算例验证，简化方法适用前提为盲沟及结构底板底部布置有渗透性远大于土体的疏水层，简化算法与有限元结果的相对误差较小且结果偏于保守，可用于盲沟布置的设计。对典型土层算例对比发现：若底板下部地层为弱透水层中夹有一层强透水层，底板入渗量会均匀分布，盲沟可等间距均匀布置；若下部地层无强透水层，入渗量大部分集中在距帷幕1倍~1.5倍坑底含水层厚度范围内，盲沟间距应在该范围内减小，在底板中部增大。
关键词：抗浮；排水减压；排水盲沟；渗流；简化方法
低应力和湿化路径下膨胀土的力学行为与本构模拟
周葆春1，江星澐1，马全国1，单丽霞1，王江伟1，李 颖1，易先达1，孔令伟2
（1. 信阳师范大学河南省非饱和土与特殊土工程技术研究中心/建筑与土木工程学院，河南 信阳 464000；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071）
摘 要：膨胀土典型变形与破坏现象通常发生在低应力和湿化路径共同作用下，有必要深入研究从非饱和到饱和、从湿化到破坏的膨胀土力学行为及其湿载耦合效应规律。为此，以双压力室非饱和土三轴试验系统、Fredlund 土水特征曲线仪为主要平台，开展系统的控制吸力的湿载耦合试验，历时近800 d，获得了低应力和湿化路径下荆门黄褐色中膨胀土持水、变形、破坏等力学行为规律。在此基础上，采用Barcelona basic model描述其湿载共同作用下的应力-应变-强度行为，采用van Genuchten模型描述其非饱和渗流行为。结合10 a来该土样的其它试验结果，标定了低应力和湿化路径下荆门黄褐色中膨胀土完整的13个BBM参数以及VG模型参数。本构模拟结果表明上述模型与参数能够较好再现低应力和湿化路径下该膨胀土的力学行为。
关键词：非饱和土；湿载耦合；非饱和应力-应变-强度行为；非饱和渗流；Barcelona模型；van Genuchten模型
相变黏土单向冻融作用下冻胀特性的试验研究
王泽帆，刘东海*，岳雪琴，杨家琦
（天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 300354）
摘 要：掺混相变材料（PCM）的相变黏土以其防冻控温的特性，使黏土心墙、渠道、坝堤、道路等场景下的负温施工成为了可能。针对冬季施工现场日循环冻融作用的环境特点，在室内模拟开展封闭系统、分段控温、浅冻结条件下的单向冻融试验，研究相变黏土冻胀特性及在冻融循环作用下冻胀发育规律及机理。结果表明：相变黏土的冻胀特性较不掺混PCM的黏土（素土）得到了改良，经历冻融循环后，相变黏土的最终冻胀量远小于相同冻融循环次数下的素土试样，且土料的冻结锋面下移速率及水分迁移程度降低；多次冻融循环后，素土的冷生构造产生了更为显著的发育，而相变黏土未表现出明显的冻胀敏感性，冷生构造的形成和发育都非常缓慢。分析认为，初始饱和度较低、孔隙较大以及PCM的高潜热储能、冻缩性、阻水性等是使相变黏土冻胀特性得到改良的主要原因。研究可为相变黏土作为潜在大坝心墙、渠道、坝堤、道路的建设材料提供寒区冬季施工防冻提供了理论依据。
关键词：负温施工；相变黏土；冻融循环；冻胀特性；相变材料
考虑孔口周边均匀切应力作用的柱形孔扩张二维弹塑性分析
于旭光
（唐山工业职业技术大学，河北 唐山 063299）
摘 要：为了求解两向不等压应力场和孔口剪切应力共同作用下的柱形孔扩张弹塑性统一解，首先将应力函数展开为三角级数形式，推导了弹性区应力和位移；接着采用统一强度理论和相关联流动法则，推导了塑性区应力和位移；最后通过保角映射函数确定了弹塑性交界线，进而根据弹塑性交界线处的应力连续条件，采用最小二乘法确定了弹性区应力和位移中的常系数。新提出的弹塑性统一解提供了一种求解柱形孔扩张问题的新框架，不仅扩展了Tresca屈服准则下的解，还可以反映柱形孔扩张时的“非圆效应”。通过与复变函数法、试验值对比验证了解的正确性，并且分析了各个参数对弹塑性交界线、应力和位移的影响。
关键词：两向不等压应力场；均匀剪切应力；统一强度理论；相关联流动法则；最小二乘法
地层侧压力系数对盾构隧道双层衬砌结构力学特性影响模型试验研究
马晓斌，王士民*，刘 畅，钟美昀
（西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031）
摘 要：当今盾构隧道的建设规模愈发庞大，洞身穿越的地层复杂多变，单层管片衬砌结构往往难以满足隧道安全性和耐久性要求，由此双层衬砌结构得到了更加广泛的关注。为探究不同地层中盾构隧道双层衬砌结构的适用性，依托广深客运专线狮子洋盾构隧道工程，通过相似模型试验，以侧压力系数（0.5，0.6，0.7，0.8）为指标对比分析了不同地层条件下双层衬砌结构力学特性的变化规律。试验结果表明：地层侧压力系数增大，双层衬砌整体更加趋于静水压力场状态，管片衬砌与二次衬砌极限轴力值增大，弹塑性临界点与内力突变点滞后。当侧压力系数从0.5增至0.8时，双层衬砌的极限承载能力提升了66.39%，最大径向位移从15.17 mm减小为9.45 mm，管片衬砌侧向位移受限，二次衬砌辅助管片衬砌承载能力提升。高地层侧压力条件下管片衬砌裂纹发育程度下降，局部掉块现象减少，双层衬砌整体结构的可靠性提升。
关键词：盾构隧道；双层衬砌；模型试验；侧压力系数；力学特性
循环荷载下不同裂隙方向饱和原状膨胀土动力特性试验研究
高志傲1, 2，孔令伟*1, 2，王双娇2, 3，黄珏皓1, 2，赵浩武4
（1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程安全全国重点实验室，湖北 武汉 430071；2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室，北京 100029；4. 中南大学自动化学院，湖南 长沙 410083）
摘 要：裂隙方向是导致膨胀土力学特性各向异性的重要原因之一，为探究裂隙倾角对土体的动力特性的影响，以安徽淠史杭灌区不同裂隙倾角的原状膨胀土（α为0°，22.5°，45°，67.5°，90°）为研究对象，采用GCTS动静真三轴仪对土体进行单向循环荷载试验。研究裂隙倾角、围压和不同动应力幅值对膨胀土累积塑性应变、动弹性模量及阻尼比变化特征的影响。试验结果表明：随着循环荷载幅值增大，同一裂隙角度试样的累积应变不断增加，所研究的5个裂隙角度中，α=67.5°试样将产生更大的累积塑性应变。在低围压下裂隙角度对土体临界动应力幅值影响较大，其各向异性特征显著，随着围压增大，土体各向异性减弱。随着裂隙角度的增大，试样动弹性模量呈现出先减小后增大的趋势，在α=67.5°时，试样动弹性模量最小，循环振动荷载幅值增大到临界动应力时，动弹性模量加速减小；根据阻尼比随振动次数的变化特征，提出了能够考虑其衰减速率、初始阻尼比和稳定阻尼比特征的表述模型，并分析了动应力幅值和围压对裂隙膨胀土阻尼比变化的影响。研究结果对揭示动荷载下裂隙膨胀土力学特性的各向异性，确保膨胀土地区铁路路线和轨道交通的安全运营具有重要意义。
关键词：膨胀土；裂隙方向；循环荷载；累积塑性应变；动剪切模量；阻尼比
基于粒形特征影响的月壤静力学及流动特性离散元研究
石安宁1，蒋明镜*2，王思远1，林嘉禹1
（1. 天津大学建筑工程学院土木工程系，天津 300072；2. 苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215009）
摘 要：由于月壤独特的颗粒形态及物理力学特性，研究其与不同材料间静力学及流动特性差异对于月球原位资源利用、基地选址及建造具有重要指导意义。基于真实月壤粒形特征数据，采用离散单元法对月壤静力学及流动特性进行了研究。首先基于嫦娥五号携带返回月壤样品粒形特征，使用三维完整接触模型，确定不同粒径月壤形状参数（抗转动系数β），以期反映真实月壤样品宏观静力学及流动性响应；随后对月壤、丰浦砂及玻璃珠等材料进行不同围压下三轴试验和不同转速下转筒试验离散元模拟；最后对3种材料的静力学及流动特性进行了对比分析。离散元模拟结果表明：在三轴试验模拟中，相较于其他材料，真实月壤表观黏聚力及内摩擦角明显偏大，且在剪切过程中表现出一定剪胀特性。在转筒试验模拟中，相较于其他材料，真实月壤工况稳态倾角和剖面孔隙比更大，而剖面剪切速率及配位数更小。在一定惯性数范围内，真实月壤有效摩擦系数最大，使其表现出较低的流动性。
关键词：嫦娥五号；月壤粒形特征；转筒；离散元；流动特性；有效摩擦系数
水动力-应力-化学溶蚀耦合作用下劣化灰岩能量演化规律与损伤本构模型
杨忠平1, 2, 3，侯善萌1，张益铭1，高宇豪1，刘新荣1, 2, 3
（1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045；3. 重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心，重庆 400045）
摘 要：库水位常年周期性波动，导致消落带基岩处于水动力冲蚀的干湿循环状态，加之覆岩的自重作用，促使基岩强度的劣化。为研究水动力-应力-化学溶蚀耦合条件下岩体劣化规律，在现场调查基础上，开展了该耦合条件下灰岩试样劣化试验，阐明了此条件下灰岩能量演化规律并提出了损伤本构模型。结果表明：根据能率-位移曲线，将岩石破坏过程划分为易损区压密、微裂隙闭合、弹性变形、微裂隙扩展及峰后破坏5个阶段；随着劣化应力的增加，部分耗散能提前释放，耗散能与弹性能相等时的应变逐渐减小；随着干湿循环次数的增加，其破坏时总能量对应力的敏感性增强；揭示了水动力-应力-化学溶蚀耦合机理；提出了水动力-应力-化学溶蚀耦合作用下考虑压密阶段劣化灰岩的损伤本构模型，预测精度较高，可为库区灾害预测防治提供一定的理论指导。
关键词：水动力-应力-化学溶蚀耦合；单轴压缩；能量演化；Weibull分布；本构模型
非饱和砂土中深埋活动门试验松动土压力计算
赵 云1, 2，杨忠方1，张 朋*1，凌道盛2
（1. 河南工业大学土木工程学院，河南 郑州 450001；2. 软弱土与环境土工教育部重点实验室（浙江大学），浙江 杭州 310058）
摘 要：合理确定深埋活动门上方松动土压力对分析土与结构物之间的相互作用具有重要意义。传统的土拱模型和松动土压力计算方法主要针对干燥和完全饱和土体，较少涉及到非饱和土的研究。基于ABAQUS有限元软件建立不同饱和度下深埋活动门数值模型，根据数值试验结果，通过考虑非饱和土中基质吸力的影响，建立了非饱和砂土中深埋活动门上方松动土压力分析模型，随后结合大主应力圆弧拱理论和非饱和土抗剪强度理论，给出了松动区高度和松动土压力计算方法。通过与非饱和活动门试验结果和数值模拟结果对比，验证了模型的合理性。参数结果分析表明：松动土压力随着饱和度的增加呈现先减小后增加的趋势，在临界饱和度处，松动土压力值最小；随着活动门埋深的增加，归一化松动土压力呈现缓慢减小的趋势。
关键词：土拱效应；非饱和土；活动门试验；松动土压力；理论计算
盾构隧道正交侧穿既有桥梁桩基临界安全距离研究
王 超，邹金锋*，舒 丹，伍钦铧
（中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075）
摘 要：为探究盾构隧道穿越既有桥梁桩基的安全施工距离，以正交侧穿施工为例，考虑桩基剪切效应的影响，利用Pasternak双参数地基模型，构建既有桥梁桩基与在建隧道中间土体水平位移的平衡微分方程，进而推导桩-隧中间土体的水平位移解析解。在此基础上，基于尖点突变理论确定桩-隧中间土体势函数的标准表达式及其系统突变失稳的充分必要条件，据此建立盾构隧道正交侧穿既有桥梁桩基临界安全距离计算方法，通过数值模拟和现场实测验证其工程适用性，并基于该方法分析盾构隧道正交侧穿既有桥梁桩基临界安全距离的主要影响因素。结果表明：临界安全距离与桥梁桩基桩径比之间近似为指数函数关系，且二者呈正相关；临界安全距离与盾构隧道深径比呈二次函数关系，随深径比增大，临界安全距离先增大后减小，且在盾构隧道深径比为8.1时达到最大值。理论值与数值模拟所得估测值拟合良好，且现场测量结果及相关规范也进一步验证了方法的工程适用性。本研究为类似隧道穿越工程设计和施工方案优化提供了理论依据。
关键词：盾构隧道；既有桥梁；桩基；正交侧穿；桩-隧中间土体；尖点突变理论；临界安全距离
基于落石视频监测的露天矿岩质边坡临滑预警研究
刘飞跃1, 2, 4，杨天鸿*2，朱万成2，杨振琦3，邓文学2，李 华2，陈澫赟1
（1. 安徽理工大学深部煤炭资源智能绿色开采安徽省联合共建学科重点实验室，安徽 淮南 232001；2. 东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819；3. 天津大学建筑工程学院，天津 300350；4. 金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽 马鞍山 243071）
摘 要：高陡岩质边坡稳定性是露天矿安全生产的核心问题，开展边坡临滑预警研究、给出合理的预警时机具有现实的工程意义。通过对32个岩质滑坡案例的临滑前兆信息进行整理分析，提出“落石/岩体运动是岩质边坡的普适性临滑预警前兆”的认识；利用露天矿边坡安全监测规范里要求的视频监测数据，采用基于运动目标追踪的机器视觉方法，识别计算出实现落石频率与运动区域面积的动态识别与量化计算，通过设定阈值可以对滑坡启动但尚未波及区域提供提前量为数十秒至数小时的临滑预警。以国外某露天采石场滑坡与研山铁矿N26线滑坡为例开展工程应用研究，结果表明岩质滑坡全过程包括偶有落石、小规模落石、落石成行和整体滑坡4个阶段，对于6，30 m高的两个岩质滑坡案例，预警提前量分别为35，113 s。基于落石视频监测的露天矿岩质边坡临滑预警方法具有广泛的应用前景，但仍需进一步的现场验证和深入研究。
关键词：露天矿；岩质边坡；临滑预警；落石监测；运动目标追踪
考虑土体盐碱化影响的注浆絮凝-真空预压法加固疏浚淤泥试验研究
王 军1, 2, 3, 4，张凯宇1，倪俊峰*1, 2, 3, 4，符洪涛1, 2, 3, 4，彭 怡1
（1. 温州大学建筑与土木工程学院，浙江 温州 325035；2. 浙江省软弱土地基与海涂围垦工程技术重点实验室，浙江 温州 325035；3. 滨海软土地基防灾减灾技术浙江省工程研究中心，浙江 温州 325035；4. 浙江省海涂围垦及其生态保护协同创新中心，浙江 温州 325035）
摘 要：为了解决疏浚淤泥渗透性差和排水固结时间长等难题，常常采用絮凝-真空预压法处理，针对既有地基，本研究提出注浆絮凝-真空预压的地基处理方法。针对不同初始含水率的土体，设计并开展了不同石灰掺量的室内模型试验，研究其对疏浚淤泥的加固效果。试验过程中监测了孔隙水压力、排水量、沉降量的变化，试验结束后检测了土体的pH值、含盐量、含水率及十字板剪切强度等指标。在考虑强度增长和土体盐碱化影响的基础，研究得出了注浆絮凝-真空预压法的最优石灰掺量。然后通过龙湾二期滨海湿地修复工程的现场试验进一步验证了注浆絮凝-真空预压法的有效性。研究结论可为类似疏浚淤泥处理工程提供设计参考。
关键词：疏浚淤泥；石灰改性；淤堵；注浆絮凝-真空预压法；土体盐碱化影响
游离氧化铁赋存形式对脱吸湿条件下红黏土热传导性能的影响
徐云山1, 2，肖子龙1，孙德安*2，李建平1
（1. 福建理工大学地下工程福建省高校重点实验室，福建 福州 350108；2. 上海大学土木工程系，上海 200444）
摘 要：游离氧化铁赋存形式对红黏土热传导性能的影响尚不清楚。利用热探针法对去除游离氧化铁前后原状和压实样的热传导性能进行测试，并结合红黏土在脱、吸湿条件下微观结构特征的演化，探讨了游离氧化铁和制样方式对其热传导性能的影响机制。热传导性能试验结果表明，相同含水率下压实红黏土的热传导系数小于原状样，平均约小4.8%。同条件下去铁后原状样的热传导系数比未去铁试样平均高约29.3%，去除游离氧化铁后原状样的热传导系数在含水率变化曲线上呈现滞回减弱现象。微观试验结果表明，去铁后原状试样的孔隙数量明显少于未去铁试样，未去铁原状样存在少量孔径约为10 μm的较大孔隙，去除游离氧化铁后原状样中较大的孔隙基本上消失。游离氧化铁对红黏土试样热传导性能的影响机制可理解为，游离氧化铁以“包膜”“桥接”和“附着”形式将土粒或团聚体集聚胶结起来，去铁后，部分较大团聚体分散为较小团聚体或土粒，充填土中较大孔隙，从而增加土颗粒间的接触与传热路径。
关键词：红黏土；游离氧化铁；赋存形式；热传导性能；土体微观结构
湿热交替下粉砂质泥岩裂隙动态扩展及机制研究
曾 铃1，郭 雨1, 4，高乾丰*2，罗锦涛1，查焕奕2，卞汉兵3
（1. 长沙理工大学土木工程学院，湖南 长沙 410114；2. 长沙理工大学交通运输工程学院，湖南 长沙 410114；3. 桥梁工程安全控制教育部重点实验室（长沙理工大学），湖南 长沙 410114；4. 湖北交投鄂西高速公路建设管理有限公司，湖北 武汉 430051）
摘 要：湿热交替作用下粉砂质泥岩裂隙扩展是导致其边坡崩塌破坏的重要原因。围绕粉砂质泥岩的裂隙扩展问题，开展湿热交替试验和巴西劈裂试验，分析全过程裂隙发育规律及湿化、受热过程裂隙发育的差异性，探究湿热交替、裂隙对抗拉强度的影响，结合耗散结构理论研究开裂机制。结果表明：粉砂质泥岩湿化时裂隙闭合、受热时裂隙张开，在湿热交替中裂隙发育表现出螺旋式的动态增长规律，受热过程裂隙发育程度均大于湿化过程，裂隙发育差异性系数从2.18逐步减小至1.43。湿热交替、裂隙倾角减小均会劣化粉砂质泥岩的抗拉强度，随交替次数增多劈裂过程能量吸收能力减弱，弹性能占比减小、耗散能占比增多。粉砂质泥岩裂隙扩展可看作耗散结构逐步形成的过程，在湿热交替过程中能量、物质交换方式不断变化，内部结构不断调整，达到临界状态后，系统突变裂隙萌生扩展。研究结果可为粉砂质泥岩边坡安全防护提供一定的理论参考。
关键词：边坡工程；粉砂质泥岩；湿热交替；裂隙扩展；能量耗散
饱和土一维有限应变固结控制方程辨析
王玮瑜1, 2，雷国辉*1, 2，赵 鑫1, 2，戴传杰1, 2，谷遇溪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：饱和土的一维有限应变固结控制方程存在多种表达形式，有Eulerian描述和Lagrangian描述，各有不同的控制变量，包括孔隙率、孔隙比、应变、固结比和超静孔压。为明辨其适用条件，考虑固相的压缩性，建立了两种描述方法间基于孔隙率、孔隙比和位移的坐标转换关系，以及控制变量的时间导数间的转换关系，分析了两种描述方法便于求解的固结问题，并基于Eulerian描述，考虑固相和液相的压缩性和惯性，推导了一维有限应变固结控制方程组，包括连续性方程、动量平衡方程和达西渗流定律。忽略固相和液相的压缩性和惯性后，该方程组简化为一个具有单一控制变量的固结微分方程，通过坐标转换和时间导数转换，也得到了Lagrangian描述下的固结微分方程。将其退化为现有不同形式的有限应变固结控制方程，依据退化过程中涉及的基本假设，明确了这些控制方程的适用条件。
关键词：固相和液相；压缩性；Eulerian和Lagrangian空间和时间转换；自然应变；固相和液相惯性；达西定律
超低温作用下花岗岩力学特性及地下LNG储库稳定性研究
李纯纯1，熊 峰*2，张国华1, 3，华东杰1，曹伟腾1，唐志成1
（1. 中国地质大学（武汉）工程学院,湖北 武汉 430074；2.长安大学陕西省公路桥梁与隧道重点室验室，陕西 西安 710064；3. 中国地质大学（武汉）地质探测与评估教育部重点实验室,湖北 武汉 430074）
摘 要：花岗岩分布广泛、强度高，是低温液化天然气（LNG）地下存储的理想介质。然而LNG形成的极端低温（-162℃）使得花岗岩岩体性质发生改变，影响储库安全。为了探究超低温下花岗岩力学特性，开展了-90℃~-165℃低温环境下干燥和饱和花岗岩单轴压缩试验、热膨胀测试以及微观观察。试验结果表明，当温度从-90℃降低到-165℃时，饱和花岗岩的抗压强度和弹性模量分别提高31.1%，24%，干燥状态花岗岩的弹性模量提高了12.8%，而抗压强度变化不明显。力学强度提升主要原因在于随着温度的降低，干燥花岗岩因为自身矿物结构低温收缩导致内部颗粒胶结作用增强；饱和花岗岩由于含有孔隙水，遇低温冻结成冰，使岩石空隙与裂纹黏结得更加紧密，岩石内部结构更为致密。通过试验数据建立了岩石线膨胀系数与温度的负相关经验关系式，嵌入到COMSOL的热-力耦合模型中，实现了低温LNG储库 长期稳定性分析。随着运营年限增加和温度降低，岩石产生冻胀效应，岩层间发生挤压变形，导致地表出现隆起风险，同时这项研究也对地下岩体空间工程发展具有重要意义。
关键词：超低温；花岗岩；单轴压缩试验；微裂纹；冻胀；储库稳定性
泥水盾构排浆管砾石沉积特性及对泥浆影响规律
李 振1, 3，邓朝辉2，李树忱*1, 4，袁 超5，彭科峰1, 3
（1. 山东大学岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250012；2. 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063；3. 山东大学齐鲁交通学院，山东 济南 250061；4. 中国矿业大学力学与土木工程学院, 江苏 徐州 221116；5. 山东大学土建与水利学院, 山东 济南 250062）
摘 要：为研究泥水盾构掘进风化岩层时排浆管内砾石的输送特性，基于CFD-DEM方法建立排浆管砾石输送模型，分析砾石输送过程中的速度分布、受力特征、运动形式，以及砾石床层对泥浆流动的影响规律，研究砾石尺寸、砾石形状、泥浆流速和泥浆相对质量密度对砾石沉积特性的影响。研究表明，砾石颗粒以沙丘状床层间歇式推移。砾石速度沿高度分层，表层砾石速度快，运动以碰撞和滚动为主；近壁层砾石速度慢，运动以滑移为主。近壁层和表层砾石间存在过渡层。砾石床层使管道内泥浆流速和压力局部增大。砾石床层速度随泥浆流速增大呈现线性增大。砾石床层高度随砾石尺寸增大而增大。泥浆相对质量密度越大，砾石受到曳力越大。砾石形状系数越小，输送难度越大。建立砾石沉积风险评价指标，通过传速系数α和增压系数β对砾石沉积风险评价，并提出针对性调控方法，为预防和处理砾石沉积堵塞提供参考。
关键词：泥水盾构；CFD-DEM耦合；砾石输送；沉积堵塞；颗粒床推移
聚丙烯酸钠改性钙基膨润土工程特性及微观结构研究
陈宏信1, 2，牛松荧1，冯世进*1, 3，薛钦培1，李正霏1，石福江1
（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. 土木工程防灾减灾全国重点实验室，上海 200092）
摘 要：中国钙基膨润土（CaB）资源丰富，近年来作为竖向隔离墙膨润土泥浆的替代材料备受关注。然而，由于天然钙基膨润土膨胀能力与化学相容性较差，对其工程特性的改进成为关键问题。为此，研究以聚丙烯酸钠（PAAS）为改性剂对钙基膨润土进行改良，确定了制浆—干燥—研磨法制备聚丙烯酸钠改性钙基膨润土（PAAS―CaB）的最佳制备条件。系统测试了改性膨润土的工程特性及微观结构，结果表明，改性剂掺量为8%时，PAAS―CaB膨胀指数可达34.0 mL/（2g），聚丙烯酸钠改性显著提高了钙基膨润土的吸水膨胀性能及化学相容性，为降低了膨润土泥饼的渗透系数。随PAAS掺量的增加，泥浆马氏黏度增大，滤失量和pH值减小，泥浆密度则主要由膨润土掺量控制。与未改性的CaB相比，PAAS―CaB在微观上表现出整体性更好的片层结构、更小的蒙脱石晶层间距。聚丙烯酸钠主要通过桥联包覆作用与接枝共聚合作用改善钙基膨润土性能。研究为优化PAAS―CaB制备工艺提供了可靠依据，为CaB的工程应用提供了可行的技术路径。
关键词：隔离墙；钙基膨润土；聚丙烯酸钠；工程特性；微观结构
中国规范CPT砂土液化判别模型的改进与概率形式
赵泽宁1, 2，段 伟3，蔡国军*2, 4，武 猛5, 2，刘松玉2
（1. 香港科技大学土木与环境工程系，香港；2. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 211189；3. 太原理工大学土木工程学院，山西 太原 030024；4. 安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601；5. 河海大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210098）
摘 要：静力触探（CPT）因其高效可靠等优点被广泛用于评估砂土液化势。目前中国常用的《岩土工程勘察规范》中典型CPT方法（岩规法）在涉及细粒和深层土的液化判别结果方面存在不合理性，并且结果难以整合到概率风险评估中。本研究考虑细粒含量、不确定性和采样偏差的影响，基于贝叶斯加权最大似然估计法，建立CPT双曲线概率模型以改进岩规法，并推荐采用液化概率（PL）=15%所对应的临界锥尖阻力表达式作为确定性方法。最后用实际案例验证所提模型的可靠性。结果表明：CPT双曲线模型中的临界锥尖阻力随深度增加逐渐增大并稳定，更能反映土体的动力特性。模型适用范围更广，可用于深层土和细粒含量较高的土，准确性高于岩规法和国际通用的Robertson和Wride方法。在不确定性较高的场地，概率模型在一定程度上可以作为确定性模型的替代或补充。
关键词：砂土液化；静力触探；双曲型模型；概率；细粒含量
毛细-吸附作用下考虑温度和孔隙比影响的土-水特征曲线研究
刘 爽1，刘汉龙1, 2, 3，肖 杨*1, 2, 3
（1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045；3. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心，重庆 400045）
摘 要：土-水特征曲线是非饱和土重要的本构关系之一，温度和孔隙比显著地影响土-水特征曲线。结合现有的吸附和毛细模型，引入毛细凝聚因子，建立了考虑毛细-吸附作用的土-水特征曲线模型。引入温度相关的水-气界面张力和润湿热，推导了温度相关的浸润系数解析解和基质吸力，从而建立了毛细-吸附作用下考虑温度影响的土-水特征曲线模型。基于不同孔隙比土的孔隙分布曲线可以通过平移、缩放获得，建立了考虑孔隙比的毛细水模型，结合吸附水模型提出了考虑温度和孔隙比的毛细-吸附解耦的土-水特征曲线模型。模型参数可通过两组同温不同孔隙比和一组不同温度的试验结果确定。对比模型预测与试验结果发现该模型较好地预测了多种土在不同温度和孔隙比下的土-水特征曲线。
关键词：非饱和土；温度；孔隙比；毛细作用；吸附作用；毛细冷凝
