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岩土力学
中国科学院武汉岩土力学研究所
岩土力学

中国科学院武汉岩土力学研究所

白世伟

月刊

1000-7598

ytlx@whrsm.ac.cn

027-87198484

430071

湖北省武汉市小洪山中科院武汉岩土力学研究所

岩土力学/Journal Rock and Soil MechanicsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是全国中文核心期刊、美国《工程索引》（EI）收录期刊，同时也是中国科学引文数据库、中国科技论文统计源期刊，且为《中国期刊网》、《中国学术期刊（光盘版）》、《万方数据库》、重庆维普全文收录，欢迎读者通过期刊网查阅本刊内容。本刊主要报道岩土力学与工程研究和工程获得的新理论、新成果、新方法。
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    微膨胀泥岩地基原位水分入渗响应特征试验研究

    余云燕丁小刚马丽娜崔文豪...
    647-658页
    查看更多>>摘要：红层泥岩的膨胀性和水敏性对地区公路、高铁的建设和工后变形控制构成了长期潜在威胁.为此,依托甘肃兰州一红层泥岩路堑段,开展了微膨胀泥岩地基原位水分入渗响应特征试验,分析泥岩地基膨胀变形量、膨胀力和体积含水率时空演化规律,并讨论了室内试验和原位试验的差异性.研究结果表明:红层泥岩地基水分入渗形式包括裂隙流和孔隙流,水分场具有明显的时空分布不均匀性,岩体裂隙对渗流、膨胀具有促进作用.入渗过程中泥岩吸水膨胀具有显著的时效性,原位地基膨胀量和膨胀力均经历骤增、减速增长和缓慢增长阶段,并未能达到收敛,浸润峰后泥岩表面逐渐软化甚至泥化,会导致地基承载力下降.室内试验对原位泥岩的水分入渗响应特征反映有限.

    岩石力学红层泥岩微膨胀原位试验水分入渗

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    荷载作用下多裂隙煤体力学特性与起裂角研究

    王磊商瑞豪刘怀谦陈礼鹏...
    659-673页
    查看更多>>摘要：为研究静态加载条件下裂隙几何位置及相互作用机制对煤体力学行为的影响,采用数字图像相关方法作为全场观测手段,以原煤预制不同位置分布下的三裂隙试样为研究对象,利用MTS816岩石伺服试验机进行单轴压缩试验,并结合颗粒流程序研究了裂隙不同位置分布状态下多裂隙煤体的力学特性、裂纹演化规律及破坏特征.与此同时,基于断裂力学理论讨论了T应力对煤体多裂隙尖端的影响形式及适用性.研究结果表明:当裂隙由平行共线分布向平行重叠分布过度时,煤样的宏观强度具有逐渐增强的现象;裂隙的分布形式会影响煤体的承压状态,当裂隙间距离较远时,应力场中应力薄弱区会独立存在,并随着压力增加逐渐扩展融合;而当裂隙趋于重叠分布时,应力集中区和薄弱区都会各自形成统一的受力整体,相互影响.多裂隙共线或偏置分布时,裂隙面以剪应力为主,拉应力为辅的驱动方式导致煤样发生拉剪复合破坏,而当多裂隙趋于重叠分布时,裂隙面上的剪应力转化为岩桥区拉应力,从而形成以拉应力为主导的方式驱动试样发生拉伸破坏.考虑T应力影响时,包含3个T应力分量(Tx,Ty和Txy)的起裂角理论预测值更适用于压剪应力状态下有限板多裂隙尖端裂纹扩展角度方面研究.

    多裂隙煤体DIC技术颗粒流模拟断裂力学力学特征扩展角度

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    分级动荷载下土石混合体滞回曲线形态特征试验研究

    黄锋米吉龙杨永浩董广法...
    674-684页
    查看更多>>摘要：城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在,自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差,对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感.滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征,研究土石混合体滞回曲线对回填区地铁的施工和运营安全具有重要意义.利用KTLDYN伺服电机控制式动三轴试验系统,采用分级加载的方式对回填区土石混合体试样进行了循环荷载试验,研究了含石量P、含水率ω、固结应力比kc和加载频率f对滞回曲线的形态特征(包括中心间距d、长轴斜率k、滞回曲线包围面积S和不闭合程度εp)和骨干曲线的影响.研究结果表明:土石混合体的典型滞回曲线整体呈长梭形,两端呈尖叶状.d、S、εp随着振级的增加呈非线性增大,k随着振级的增加呈对数关系衰减.同一振级下,d和εp随着P、kc和f的增大而减小,随着ω的增大先减小后增大;k随着P、kc和f的增大而增大,随着ω的增大先增大后减小;S与P呈正相关,随着ω的增大先增大后减小,随着kc和f的增大而减小.当动应变相同时,动应力和骨干曲线斜率均随P、kc和f的增大而不断增大;随ω的增大先增大后减小.

    土石混合体动三轴试验滞回曲线骨干曲线动力特性

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    循环加卸载过程中灰岩微细观损伤特征的试验研究

    刘汉香叶刁瑜别鹏飞朱星...
    685-696页
    查看更多>>摘要：岩石的动力学性质是影响岩质边坡地震动力稳定性的关键内因.地震产生的循环往复作用会造成岩石损伤和破坏,劣化岩石性能,降低岩质边坡的稳定性.为了深入研究岩石在动力荷载下的损伤特征,以某岩质斜坡出露的二叠系灰岩为研究对象,联合单轴循环加卸载试验和微细观试验,从微细观角度研究了岩样在循环加卸载过程中的损伤特征和损伤演化规律,分析了不同加载条件对微细观损伤的影响,开展了宏观和微细观参数的关联分析.研究结果表明:岩样内部的损伤是一个渐进性过程,在破坏前,随着应力幅值和循环周次的增加,表现为以小孔隙的生成、扩展和贯通为主,大孔隙的数量轻微增加且数量相对少得多;与变上限应力加载相比,变下限应力加载更有利于小孔隙的连通和大孔隙的形成,导致岩样内部微裂隙面积更大,在宏观上表现为平均弹性模量的降低;在变上限应力时,低应力幅值的循环荷载对岩石内部结构劣化效应比单轴压缩条件下的大,而高应力幅值的循环荷载反而可能对岩石内部孔隙有一定压密作用,导致孔隙度相对较小,劣化效应相对减弱;综合多种微细观损伤变量演化趋势,可判断岩样在循环加卸载下经历了一段裂纹稳定扩展的阶段,对应的上限应力和下限应力范围分别为(0.4～0.6)σf(σf为静态峰值强度)和(0.3～0.5)σf.研究成果有助于从微细观层次更好地理解岩石的动力学特性,为岩质斜坡在地震作用下的动力响应行为和灾害孕育及启动过程提供理论解释.

    灰岩微细观损伤单轴循环加卸载试验核磁共振试验电镜扫描试验

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    物理化学效应对膨胀土收缩特性的影响机制

    马田田于海文韦昌富伊盼盼...
    697-704页
    查看更多>>摘要：膨胀土由于其骨架带有较多的固定负电荷,层间存在与负电荷平衡的可交换阳离子,使得土体呈现较强的胀缩性.研究结果表明,膨胀土的胀缩性会受到孔隙溶液化学成分的影响.选用广西地区的强膨胀土作为研究对象,开展了不同浓度的NaCl溶液对膨胀土土-水特征.曲线和收缩曲线影响的试验研究,引入了粒间应力的概念对收缩曲线进行描述,该粒间应力考虑了渗透、毛细和吸附的影响.结果表明:孔隙盐溶液是通过渗透吸力对土-水特征曲线产生影响,对基质吸力的影响较小.土样在脱湿过程中的收缩变形是由粒间应力来控制的,类似于加压固结现象.大部分的收缩都发生在毛细阶段,为弹塑性变形;吸附阶段的收缩较少,为弹性变形.通过识别压缩曲线上的弹塑性分界点可以得出毛细和吸附作用的分界点,该分界点与独立测量的不同密实度下的持水曲线结果一致.结果表明,粒间应力能够更好地描述膨胀土的化学-力学行为,特别是在低含水率条件下.

    膨胀土土-水特征曲线收缩曲线孔隙盐溶液粒间应力

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    橡胶混合黏土小应变剪切模量特性试验研究

    周恩全白宇航姚缘王龙...
    705-713页
    查看更多>>摘要：为了研究橡胶混合黏土(混合土)的动变形特性,对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验,分析动剪切模量G和阻尼比λ的发展规律,并基于二元介质模型,提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比esk计算方法,进一步依托骨架孔隙比esk对混合土的最大动剪切模量Gmax进行评价.结果表明:掺入橡胶颗粒后,混合土的G减小,λ增大,且橡胶掺量增大时,混合土的G减小、λ增大;围压增大时,混合土的G增大、λ减小;橡胶粒径增大时,混合土的G增大、λ减小.随着橡胶掺量增大,骨架孔隙比esk增大,Gmax降低;在相同橡胶掺量时,随着橡胶粒径的增大,esk增大,Gmax升高.在Hardin公式的基础上,基于骨架孔隙比esk提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的Gmax表征模型,该模型具有较好的准确性,可为评价橡胶混合黏土Gmax提供依据.

    橡胶混合黏土动剪切模量阻尼比骨架孔隙比Hardin模型

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    基于纤维加固砂土静力液化评估的超孔隙压力系数研究

    张希栋董晓强段伟谢明星...
    714-724页
    查看更多>>摘要：纤维加固技术通过向土体中添加离散的抗拉纤维以改良土体的力学性能.通过对纤维加固疏松砂土开展不排水三轴压缩试验以分析其静力液化行为,并对比了不同超孔隙压力系数评估纤维加固砂土液化的可行性.试验结果表明,在不排水三轴压缩下,疏松砂土对静力液化异常敏感,而纤维加固可以有效阻止疏松砂土发生静力液化.纤维显著改变了砂土骨架在不排水三轴压缩下的有效应力路径,从而影响其液化行为.基于有效应力原理定义的传统超孔隙压力系数ru在评估纤维加固砂土的液化时具有明显缺陷.有效超孔隙压力系数r'u和骨架超孔隙压力系数r*u为纤维加固砂土的液化评估提供了更加合理的指标.借助基于混合物法则的本构模型框架,骨架超孔隙压力系数引入了纤维的应力贡献,揭示了纤维、砂土骨架以及孔隙水的荷载分担机制.当r*u=1时,砂土骨架的有效平均应力减小为0,纤维加固砂土发生液化.

    纤维加固砂土液化纤维应力超孔隙压力系数

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    基于3D打印的粗糙结构面模型表征及渗流特性试验研究

    王培涛黄浩张博王路军...
    725-736页
    查看更多>>摘要：基于Weierstrass-Mandelbrot(W-M)分形函数开展三维粗糙结构面表征,讨论了 W-M典型几何参数对三维曲面形态影响,分析确定对应于典型Barton节理JRC轮廓线的二维与三维W-M几何参数.基于自主设计结构面渗流测试系统,结合3D打印开展不同分形参数和开度的裂隙渗流试验,试验结果表明:随着水力梯度和粗糙度的增加,流体的流动表现出明显的非线性,Forchheimer方程的系数A与B都随着裂隙粗糙度的增加而增大,随着裂隙开度的增加而减小;随着裂隙粗糙度的增加,临界雷诺系数Rec趋于减小,说明流体流动趋于非达西流动.光滑表面流体的流场流速比较均匀;粗糙裂隙表面流场更加复杂,整个粗糙面上存在多个高流速区域和低流速区域.研究成果可为裂隙渗流特性研究提供了可靠的分析方法和模型.

    岩石裂隙渗流试验分形维数粗糙度3D打印

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    跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展特征试验研究

    李浩哲姜在炳范宗洋庞涛...
    737-749页
    查看更多>>摘要：针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素.结果表明:三点弯曲试验中裂缝可从顶板直接进入煤层,裂缝在界面处未转向,增大预制裂缝长度试件断裂所需的峰值应力降低;真三轴水力压裂试验条件下,由于煤层塑性强,顶板内裂缝高度、长度均大于煤层,顶板内声发射事件比例高于煤层;在裂缝穿层扩展的前提下,增大水平井与煤层顶面距离会导致裂缝穿层扩展时间延长,提高压裂液注入排量可增大裂缝进入煤层的穿透深度,但是易导致缝高失控、缝长降低,提出采用变排量压裂施工,初期压裂液大排量注入促使裂缝纵向穿层,随后降排量促进裂缝在顶板和煤层内横向延伸;多裂缝同步起裂时缝间存在竞争扩展现象,部分裂缝可能无法穿层扩展.研究成果可为掌握裂缝跨煤岩界面穿层扩展特点、优化设计压裂施工参数提供理论支撑.

    煤岩界面穿层压裂动态扩展数字散斑声发射

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    局域共振超材料表面波屏障带隙特性与隔振性能

    厉超庄培芝李利平张思峰...
    750-758,787页
    查看更多>>摘要：为有效解决轨道交通运营引发的地面振动问题,基于声学超材料概念提出一种局域共振超材料表面波屏障(locally resonant metamaterial surface wave barrier,简称LRMB)隔振方法,并采用混凝土和橡胶垫层构造出屏障结构.根据半无限空间弹性动力学理论,推导LRMB带隙计算的解析式,分析橡胶垫、混凝土参数对LRMB带隙特性的影响规律.基于轨道交通地面振动实测数据,探讨LRMB的隔振效果.研究结果表明:LRMB表面波带隙产生主要与其竖向振动有关,基于该模式建立的带隙计算方法是准确的;LRMB橡胶垫厚度增大,带隙起始频率降低,带隙宽度增大;LRMB橡胶垫宽度增大,带隙起始频率升高,带隙宽度减小:LRMB混凝土质量增大,带隙起始频率降低,带隙宽度增大:LRMB原胞数量增多,隔振效率提升,隔振效率达到20～25 dB;以济南轨道交通1号线工程为例,采用LRMB后地面振动衰减可达70％～80％,验证了 LRMB的良好隔振性能.

    声学超材料表面波波屏障带隙特性隔振性能

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