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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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    降水与蒸发交替作用下西北土遗址盐分迁移与赋存规律

    谌文武王科玉祁强张少冉...
    2209-2220页
    查看更多>>摘要：中国西北干旱地区土遗址,广泛受到地基土盐渍作用的影响.针对当前土遗址载体研究不足的现状,基于室内试验,以NaCl为迁移盐分,借助电导率、含水率等参数及表面劣化情况探究了长城遗址体在短时强降雨-自然干燥循环作用下,地基与墙体根部盐分迁移规律.研究发现,随着降雨-干燥循环次数的增加,土遗址立面逐渐出现了底部崩解(掏蚀)、表面析盐、表皮开裂、空鼓等现象,土遗址根部毛细水上升、盐分迁移和表面劣化,3种现象互有关联.在经历数次循环后,地基中盐分供给模式发生了调整,地基-土遗址根部盐分迁移只在有限范围内进行,基于这些研究结果,得出了降雨-蒸发交替作用下地基与土遗址根部盐分迁移机制.所做研究可为土遗址根部酥碱掏蚀的防治提供参考.

    土遗址盐胀降雨入渗毛细上升水盐运移

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    基于电阻的冻结砂砾土孔隙冰压融效应研究

    贾海梁王亚彪魏尧胡彬华...
    2221-2231,2241页
    查看更多>>摘要：为验证冻结砂砾土压缩过程中是否存在压融效应,对不同含水(冰)状态与不同冻结温度的砂砾土进行无侧限压缩试验和电阻测试,通过核磁共振测定饱和砂砾土的未冻水含量.结果表明:(1)砂砾土压缩过程电阻均先快速降低后趋缓,仅有干燥样品在应力峰值点后出现电阻增大的现象;(2)电阻快速降低阶段干燥样品的电阻降低率小于饱和冻结样品,-4 ℃饱和样品该值为26.8％,其值为相同温度下干燥样品的4倍;(3)随温度降低,电阻快速降低阶段的降低率先增加后减小;(4)随温度降低,自由水与毛细水的相对含量快速减小,吸附水的相对含量先小幅增加后缓慢降低.分析认为:冻结砂砾土压缩过程中存在压融效应,这导致样品在受荷过程中高应力区未冻水含量增大,而融水会沿未冻水膜向低应力区的孔隙迁移、复冰进而改变孔隙结构;冻结温度在-2～-4 ℃区间附近,压融效应更容易发生.

    冻结砂砾土压融效应无侧限压缩试验电阻导电路径

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    珊瑚礁灰岩平板撞击试验与状态方程研究

    马林建邓家军王明洋李洪亚...
    2232-2241页
    查看更多>>摘要：为研究强动载下浅层珊瑚礁灰岩的冲击压缩特性和状态方程,采用一级气体炮试验装置对浅层珊瑚礁灰岩开展了200～500 m/s冲击速度下的平板撞击试验.基于试样自由面粒子速度时程曲线,分析了浅层珊瑚礁灰岩孔隙演化与冲击波传播的相互作用,确定了一维应变条件下浅层珊瑚礁灰岩的动态强度和冲击绝热关系.试验结果表明:冲击波压缩过程中,浅层珊瑚礁灰岩因孔隙塌缩和基质滑移产生塑性变形,导致冲击波在试样中展宽为"弹性先驱波-变形波"的双波结构,变形波的传播速度和能量随冲击压力的增大而增大;2.9×104～7.5×104s-1应变率下,浅层珊瑚礁灰岩的Hugoniot弹性极限值和动态屈服强度分别为0.109±0.03 GPa和0.074±0.02 GPa;建立了 0.4～1.2 GPa压力范围浅层珊瑚礁灰岩的Hugoniot线性关系,将其压力-比容(P-V)关系分成弹性段和压实段,浅层珊瑚礁灰岩相比于陆源多孔石灰岩在强动载下的压缩性更大;最终建立了可描述浅层珊瑚礁灰岩低压区孔隙压实过程的压力-孔隙度(P-α)状态方程.

    岩石动力学珊瑚礁灰岩平板撞击孔隙演化冲击响应状态方程

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    改性黄麻纤维协同水泥固化重金属铅污染土的强度及毒理性分析

    李敏路通于禾苗吴海铭...
    2242-2250页
    查看更多>>摘要：改性纤维兼具良好的吸附能力和机械强度,在污染土治理方面具有广泛的应用前景.优选黄麻作为纤维材料,分别采用均苯四甲酸二酐、聚苯胺和双氧水进行改性,结合无侧限抗压强度、土体阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC)、电导率(electrical conductivity,EC)、pH值等指标探究改性黄麻纤维协同水泥的固化效能,并借助醋酸缓冲溶液法分析其毒理性演变规律.结果表明,适宜的改性黄麻纤维协同水泥固化铅污染土可同步实现强度提升和毒性释放的控制,协同固化污染土较单一水泥固化污染土,无侧限抗压强度提高了 76.78％,浸出毒性量降低了 64.73％,且10次冻融循环作用下浸出毒性的波动缩小至1/3.黄麻纤维水解所生成碱性纤维素会引起水泥固化污染土 pH的增大,羧基类酸性官能团的改性有助于借助中和作用进一步促进水化反应,增强水化硅酸钙(calcium silicate hydrate,CSH)凝胶的生成.黄麻特别是改性纤维的引入对于EC和CEC的增益显著,纤维水泥协同固化作用下EC提高量可达单一水泥固化提高量的2.25倍,是增强吸附固化稳定性的关键.但由于纤维团聚、微粒间聚合及金属离子间静电斥力的影响,固化污染土强度和浸出毒性与纤维掺量及纤维长度并非呈正相关关系,3种改性方式中酸酐改性黄麻纤维吸附固化效果受纤维长度和掺量影响较小,且在强度和毒性控制指标方面均表现良好,统筹考虑工程应用和生态发展需求,纤维掺量0.9％+纤维长度18 mm的酸酐改性黄麻纤维适合用于协同水泥进行重金属污染土的固化处置.

    重金属污染土固化/稳定化强度毒理性改性纤维水泥

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    不同超临界CO2浸蚀时间后冲击煤体能量演化与破坏特征

    王磊杨震宇陈礼鹏王勇...
    2251-2262页
    查看更多>>摘要：在未采煤层封存CO2时,注入的CO2受高温高压影响会处于超临界态,影响煤层稳定性.为研究超临界CO2浸蚀后煤体受扰动影响引起的能量耗散与破坏特征,基于自主研发的高压气体吸附/解吸试验系统对煤体开展不同超临界CO2浸蚀时间(0、2、4、6d)的吸附试验,利用分离式霍普金森压杆试验系统对超临界CO2作用后的煤体开展冲击压缩试验,并结合高速摄像仪拍摄了冲击过程,分析了冲击煤体的能量耗散规律,阐明了煤体的破坏裂纹演化与破碎分形特征.研究结果表明:相同冲击荷载下,不同超临界CO2浸蚀时间后煤样的应力-应变曲线变化趋势类似,可划分为弹性能量耗散、塑性能量耗散和峰后能量耗散3个阶段.随超临界CO2浸蚀时间增长,煤样吸能能力减弱,冲击煤样表面裂纹数量增多,裂纹网络及扩展方向逐渐复杂,煤样破碎更加剧烈,破碎粒径减小,破碎形态更加复杂,最后确定了不同浸蚀时间后煤样破碎分形维数与耗能密度的线性相关关系.研究结果对于开展注CO2强化深部煤层气开采工程探索具有一定的理论意义.

    CO2地质封存超临界CO2冲击荷载能量耗散破碎分形

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    压缩空气储能人工硐库热力耦合解析方法研究

    贾宁刘顺王洪播
    2263-2278,2289页
    查看更多>>摘要：压缩空气储能人工硐库在充气和抽气循环过程中,空气温度、压力,以及硐壁密封层、混凝土衬砌和围岩的温度、应力和应变一直处于变化之中.联合求解这些变量是工程设计中的关键技术,也是理论分析的难点.在一维热传导基本解和人工硐库空气温度基本解的基础上,基于硐壁对流换热和热传导能量守恒,提出人工硐库内空气热力学计算与硐壁热传导的耦合解析方法.与数值模拟结果进行了对比,验证了所提方法的正确性.对一个钢质密封层人工硐库实例进行了分析.结果表明,充抽气过程引起硐库内空气温度的剧烈变化,空气压力变幅明显大于基于恒温假定得到的压力变化结果.硐壁温度周期波动影响深度有限,当混凝土衬砌厚度大于周期波动影响范围后,围岩温度以持续升高直至稳定为特征,围岩强度和稳定性分析可以不考虑周期循环温度的影响.密封层受温度和空气内压双重作用明显,密封层设计需考虑材料的热机械疲劳问题.混凝土衬砌内外表面环向应力和法向应变特征差异巨大,不同工况下内外表面环向应力可能接近混凝土材料的抗压和抗拉强度,混凝土材料的抗压和抗拉强度同为设计的控制因素.混凝土衬砌可以减小围岩压力,但作用有限.在适当的埋深条件下,选择适当的充气压力,可以保证围岩处于弹性状态.

    压缩空气储能内衬硐库解析方法温度气体内压应力应变

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    循环荷载作用下分数阶饱和黏土地基的动力固结分析

    王立安余云燕任新陈辉...
    2279-2289页
    查看更多>>摘要：在Biot固结理论框架下,利用分数阶Kelvin模型描述土骨架流变效应,考虑孔压消散和土骨架流变的耦合作用.通过建立周期性循环荷载的时空域解析函数,在柱坐标系下构建半空间饱和黏土地基的三维轴对称动力固结控制方程.采用Hankel-Laplace联合变换及张量运算推导控制方程在变换域的解析解,然后利用数值反演得出物理场的时空域解.通过算例分析,对循环荷载作用下饱和黏土地基的动力固结特性开展研究.结果表明,饱和黏土在主固结阶段的沉降速率较慢,而次固结阶段的沉降速率加快;循环荷载作用下,土骨架流变性越强,土体的累积沉降发展越快,土体位移波动幅值随黏性阶数的增大而减小,而且黏性阶数越大位移滞后性越明显;土骨架流变性导致孔压响应滞后于有效应力,孔压与有效应力的螺旋曲线发生水平移动;在循环荷载的卸载阶段,正应力随外荷载的减小而减小,但切应力随之增大,土体因发生剪胀现象而产生负孔压.

    分数阶Kelvin模型饱和黏土地基动力固结循环荷载Hankel-Laplace变换

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    不同固结路径下钙质砂固结排水强度性状研究

    陈军浩张艳娥王刚王恒...
    2290-2298页
    查看更多>>摘要：钙质砂是我国南海岛礁建设的主要吹填材料,岛礁建筑施工中钙质砂地基将受到不同固结路径外荷载作用,开展不同固结路径下钙质砂的固结排水强度特性研究是岛礁地基建设的迫切需求.对取自我国南海某吹填岛礁的钙质砂开展不同固结路径三轴固结排水剪切试验,探究钙质砂的强度参数和颗粒破碎程度随固结路径的演变规律.研究结果表明:钙质砂的应变软化和剪胀特性随平均有效应力的增大、有效主应力比的增大而逐渐减弱;与等向固结工况相比,随着有效主应力比减小至0.45时,钙质砂固结排水峰值强度折减系数介于0.60～0.95之间;在常规应力范围内,当有效主应力比增大,峰值内摩擦角呈减小趋势,介于38°～53°之间.在固结阶段,颗粒破碎程度随偏应力的增大而变大,但在剪切完成后颗粒破碎程度反而最小,剪切阶段的颗粒破碎占主导地位;验证了不同固结路径下峰值内摩擦角与相对破碎率的定量关系式,计算得到的峰值内摩擦角预测值为实测值的0.8～1.2倍.固结应力路径和固结压力不同引起的颗粒破碎程度差异,是导致剪切后钙质砂固结排水强度性质差异的主要原因.

    钙质砂应力路径固结排水强度颗粒破碎内摩擦角

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    考虑温度效应的盾构刀盘黏附试验及堵塞防治

    王修伟李树忱刘祥坤万泽恩...
    2299-2310页
    查看更多>>摘要：土压平衡盾构在黏性地层掘进时易产生刀盘结泥饼、堵塞等问题,不仅会导致排渣不畅降低掘进效率,并且频繁的开仓处理会增加工程风险,而掘进会产生大量热量影响土体黏附性.采用自主研发的刀盘旋转黏附试验系统,探究刀盘温度与含水率、黏土含量、黏土类型等因素联合作用下刀盘黏附效果,并分析了泡沫剂、抗黏剂在不同掺入比下堵塞防治效果.研究结果表明:温度升高会使得旋转扭矩与刀盘表面的土体黏附量降低,但会加速黏土硬化;土体含水率、黏土含量对于扭矩影响趋势相反,但对黏附量影响规律相同,随着土体含水率或黏土含量增加,黏附量先增加后降低,含水率在20％、黏土含量在30％时黏附性最强;膨润土比高岭土黏附性更强;土体含水率、黏土含量与黏土类型对于黏附量的影响可以使用稠度指数进行表征,随着稠度增加黏附量会出现先增加后降低的趋势,稠度指数在0.50～0.75时土体黏附性最强,低稠度指数土体对温度敏感性更强;单独添加泡沫剂会降低土体黏附量,但在注入比为70％时,仍存在大量土体黏附;使用泡沫剂+抗黏剂联合改良在注入比为50％时改良效果较好,继续增加注入比对土体改良效果影响较小.研究成果对于评估黏性地层土压平衡盾构掘进堵塞风险与黏性土渣土改良方案选择具有一定的指导意义.

    土压平衡盾构刀盘堵塞黏性地层温度效应渣土改良

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    岩性差异对裂缝穿层扩展的率相关断裂特征影响

    汪文瑞张广清孙伟李帅...
    2311-2323,2337页
    查看更多>>摘要：薄互层致密砂岩储层由于层间岩性差异、纵向非均质性强等原因,导致主裂缝难以垂向扩展,提高裂缝扩展速率可有效促进裂缝穿层扩展.为研究裂缝穿层断裂过程中的率效应机制,采用人工预制水泥-砂岩试件进行了三点弯断裂试验,通过数字图像法监测了裂缝扩展至层间接触界面处时的断裂过程区(fracture process zone,FPZ)发育特征;基于断裂动力学理论,提出了考虑率效应的裂缝扩展路径预测模型.研究结果表明:低速扩展时裂缝形态曲折,FPZ呈现短、宽的现象,高速扩展时裂缝平直,FPZ呈现长、窄的特点;FPZ存在离散性,且存在相互吸引的特点,裂缝从低弹性模量岩石向高弹性模量岩石低速扩展时层间接触界面处会提前产生高应变区,导致裂缝扩展至层间接触界面处时沿层扩展,高速扩展无此现象;岩石抗拉强度与裂缝穿越单元体的平均抗拉强度呈正相关关系,低扩展速率裂缝优先沿微缺陷扩展,导致岩石抗拉强度降低,高扩展速率裂缝优先沿自相似方向扩展,穿过大量高强度单元导致岩石抗拉强度增加;裂缝与层间接触界面夹角越大,裂缝越容易穿层扩展,裂缝与层间接触界面夹角为30°时,夹角影响效果最大,夹角超过30°时影响效果逐渐下降.研究结果对水力压裂参数优化、增加水力裂缝高度、提高薄互层致密砂岩油气产量具有重要意义.

    薄互层致密砂岩层间力学性质率相关断裂断裂过程区能量释放率

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