2018年, 第35卷, 第3期　
刊出日期：2018-03-01

  

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  长江科学院院报. 2018, 35(3): 0-0.

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岩土力学试验与理论
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  冻融循环作用下砂岩卸荷强度特性试验及损伤特性研究

  朱珍德, 色麦尔江·麦麦提玉苏普, 方若进, 倪骁慧

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 1-5. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171094

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  建立在寒区的岩土工程,其岩石的损伤劣化不仅受冻融风化作用,而且还受到开挖卸荷的影响。采用冻融循环试验和三轴卸荷试验相结合的方法,对砂岩同时受2种破坏作用的强度特性和损伤特性进行系统的分析。分析结果表明:随围压的增加,冻融循环下岩石的破坏特性由张拉破坏逐渐转变为剪切破坏特征,随着冻融次数的增加,岩样明显产生侧向膨胀,侧边中部明显向外凸出,并出现了不同级别的张裂纹、环向裂纹及许多岩粉和岩石碎块;对于三轴卸荷试验,岩样的峰值强度随着冻融次数的增加而降低;扩容应力随冻融次数增加呈指数下降关系;破坏围压与冻融次数呈二次函数关系;冻融损伤值随冻融次数增加呈线性增长,表明岩样的损伤受冻融的影响逐渐增大。研究成果可为寒区岩土工程设计和施工提供指导。
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  冻结岩石节理面峰值剪切强度准则研究

  沈世伟, 韩亚鲁, 徐燕, 李火华

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 6-12. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171136

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  冻土区工程场地岩石节理作为力学薄弱面对工程的安全和耐久性有很大影响,因此研究冻结岩石的力学性质对冻土区工程建设有重大的意义。为了研究冻结岩石节理的剪切力学性质,试验选定青海省G214国道姜路岭路段4组不同粗糙度的凝灰岩天然耦合节理面,在设定温度下冻结后进行直剪试验。试验成果表明:冻结岩石节理面的峰值剪切强度与法向应力呈正比,与张开度和粗糙度呈反比。张开度大于节理面最大起伏差时,节理面以脱离破坏为主,其峰值剪切强度由冰与节理接触面的黏结力决定;当张开度小于节理面最大起伏差时,在较小法向应力下以冰层剪断破坏为主,在较大的法向应力下,冰层的剪断与节理面凸起的剪断同时存在,其峰值剪切强度由冰和节理面的剪切强度共同决定。研究推导出各破坏形式下的冻岩节理面峰值剪切强度准则,对分析岩石的边坡稳定性起着十分重要的作用。
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  高地应力钻孔岩心饼裂特征研究

  胡伟, 邬爱清, 陈胜宏, 刘元坤, 李永松

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 13-20. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171104

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  对锦屏深部高地应力环境下的钻孔岩心饼化现象进行了调查统计分析,在总结已有的研究成果基础上,对岩饼端面宏观破坏特征、饼化数量、厚度及钻孔特征进行了描述,通过数值方法模拟开展了钻孔岩心应力特征及饼化机理研究,并总结钻孔岩心饼化的应力场条件。研究结果表明:①钻孔过程中,岩心径向所形成的拉应力贯通区是岩心饼裂的主导因素,岩饼形貌受岩心中拉应力影响;②足够的应力场是岩心饼化的首要条件,应力场越高,钻孔岩心中拉应力越大,岩心裂纹触发与扩展的应力条件更加充分,所形成的岩饼厚度越小;③钻孔径向应力场增长对钻孔岩心内部拉应力有促进作用,钻孔轴向应力场作用效果相反;④定义了岩心中最大拉应力贯通线均值,与岩石抗拉强度相比较作为岩心饼裂判据,推导了岩心饼裂地应力场关系式,并算得锦屏T_2b大理岩饼化的临界地应力场条件为钻孔径向应力场>34.44 MPa。研究成果对高应力条件下地应力场的预测、钻孔取心等工作具有一定的借鉴意义。
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  节理在初始接触状态下空腔分布的确定及应用

  桂洋, 夏才初, 钱鑫, 喻强锋, 庄小清

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 21-25. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171100

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  上下节理面的初始接触状态对节理后续的剪切和剪切渗流特性起到了重要作用。自行研制的TJXW-3D型便携式岩石节理表面形貌测量仪具有识别标志点的功能,利用该表面形貌测量仪首先对侧面贴有标志点的处于初始闭合状态的节理试样和上下节理面分别进行扫描,扫描结束后利用标志点将上下节理面分别对齐到其在初始接触状态下的坐标系中,最终获得节理初始空腔数据。初步分析了3种不同粗糙度的节理面在初始接触状态下节理隙宽的分布规律,与前人研究成果基本吻合。各节理隙宽分布符合高斯分布,平均隙宽为0.31~0.41 mm。为了展示节理空腔的应用,将计算得到的节理初始空腔数据应用到节理法向闭合Brown模型中,与法向压缩试验结果进行对比。Brown模型预测结果比试验结果相对较大,主要原因在于Brown模型无法考虑各突起之间的相互作用。研究成果可为节理剪切-渗流的研究,尤其是为节理剪切渗流的数值研究奠定了模型基础。
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  岩样单裂隙几何参数对其破坏模式与强度的影响

  杨横涛, 林杭

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 26-33. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171081

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  在含单裂隙岩体的试验中,对裂纹类型和试样破坏模式的研究可以帮助预测裂纹的萌生、扩展等现象,然而在工程结构设计中,应该更加关注岩体的承载力,即破坏强度。为了研究裂隙与岩体强度的关系,采用FLAC^3D建立相应试样的数值计算模型,同时改变其中单裂隙的倾角、长度等参数,通过对多组试样的加载试验,研究了单裂隙的几何参数(裂隙倾角、长度和张开度)对岩样破坏强度的影响。结果表明:随着裂隙长度的增大,试样峰值应力不断降低;随着裂隙倾角的增大,试样峰值应力整体呈增大趋势,但是当倾角<60°时,增长较缓慢,当倾角>60°时,峰值应力迅速增大;在试验范围内,随着裂隙张开度的增大,试样峰值应力基本保持不变。研究成果可为预测含单裂隙岩体的裂纹扩展和强度提供参考依据。
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  基于尺寸效应的类岩石材料点荷载指标与单轴抗压强度对应关系研究

  林军, 沙鹏, 伍法权, 常金源

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 34-44. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171091

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  点荷载强度指标间接确定岩石的单轴抗压强度,具有独特的优势,被认为是一种现场测定、估算单轴抗压强度的最佳方法。通过总结大量国内外相关文献发现,目前的研究成果受岩石材料各向异性、数据模糊对应、仪器笨重、缺乏试验验证4个方面的影响,仍存在局限性。利用自行研制的便携式点荷载仪,针对各向同性的类岩石材料进行不同强度、不同尺寸、一一对应的点荷载指标和单轴抗压强度对应关系试验研究。试验结果表明:试验数据均服从正态分布规律,集中趋势明显;不同尺寸的测试结果证实,类岩石材料的点荷载指标具有明显的尺寸效应;结合实测数据,通过绘制P-D²_e关系曲线的修正方法得到相关系数最高为0.97,说明不规则样品的点荷载指标能够很好地统一到标准等效尺寸。采用统计分析方法建立点荷载指标和单轴抗压强度的线性方程,对应关系的相关系数为0.994,说明修正后的点荷载指标能够更好地建立相关性、提高精确度。通过不规则试件的点荷载测试验证上述关系式误差在15%以内。
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  热处理北山花岗岩热传导特性研究

  郭政, 赵星光, 李鹏飞, 谢敬礼, 刘月妙

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 45-51. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171109

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  高放废物地质处置库围岩的热传导特性是影响处置库布局和处置单元间距优化的关键因素之一。以北山花岗岩为研究对象,开展岩石在不同温度(200～800 ℃)处理后的热传导试验,探讨热处理对岩石导热系数的影响规律,分析其与常规物理参量的内在联系,揭示热处理岩石导热特性的饱水效应。研究结果表明:①岩样导热系数随热处理温度的升高而降低,导热系数的衰减速率在550～650 ℃阶段达到峰值;②随热处理温度的升高,岩样质量、干密度和纵波波速总体呈下降趋势,而岩样体积和孔隙率则逐渐增大,根据导热系数与纵波波速、孔隙率及干密度的关系,建立了热处理岩样导热系数的预测模型;③热处理前,饱水岩样的导热系数比干燥岩样增加了9.7%～12.1%,且两者呈近似线性增加的趋势;④热处理后,饱水岩样的导热系数随热处理温度的升高呈轻微下降趋势,且导热系数的饱水效应随孔隙率的增加呈近似线性增大。研究结果可为高放废物处置工程的设计和优化提供理论基础。
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  基于物理模型试验的岩溶塌陷定量研究

  吴庆华, 张伟, 刘煜, 崔皓东

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 52-58. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171079

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  岩溶塌陷研究成果主要集中于岩溶塌陷原因与影响因素等方面的定性研究,缺乏对岩溶塌陷机理的定量研究,导致目前对岩溶塌陷机理仍未形成统一的、系统的认识。因此,有必要利用物理模型试验,采用恒压取样与剖面压力监测技术,定量研究砂土覆盖岩溶口的岩溶塌陷全过程以验证“渗流液化论”塌陷机理,并研究黏土层对岩溶塌陷的阻隔作用。结果表明:①对粉砂-基岩结构地层,在岩溶管道水位持续下降过程中,发生了3次岩溶塌陷,其临界渗透破坏比降分别为0.525,2.500,3.400,单次岩溶塌陷最大塌陷速率逐渐降低,但其持续时间和塌陷程度增加,且初始岩溶塌陷过程明显比第2次和第3次岩溶塌陷过程复杂;②砂土覆盖岩溶管道的塌陷机理为“渗流液化论”;③地下水位波动加剧岩溶塌陷的形成;④黏土层的存在将岩溶塌陷的临界渗透比降由0.525增加至48.300,说明黏土层能显著提高岩溶覆盖层的安全性,可有效抑制岩溶塌陷发生。该研究成果弥补了目前在定量研究岩溶塌陷机理方面的不足,为岩溶塌陷防治提供理论支撑。
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  核磁共振技术在非饱和渗透特性研究中的应用

  陈宝, 张康, 黄依艺, 彭翔

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 59-64. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171096

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  瞬时截面法因能快速地测定岩土材料的非饱和渗透系数,而在非饱和土的渗透特性研究中得到了广泛应用,该方法需要在渗流过程中及时测定非饱和土的含水率(吸力),但目前测量方法存在含水率(吸力)探头尺寸较大、探头与试样贴合不紧密以及测量时间较长等问题。针对上述问题,将核磁共振技术应用于非饱和土渗透特性的试验研究,对白色硅酸盐水泥试样实现快速、无损的探测,获得了试样不同截面处的含水率随时间的变化情况,并用瞬时截面法计算得到白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数。结果表明:白色硅酸盐水泥的非饱和渗透系数随吸力的变化很大,在4.61×10^-12～7.59×10^-8 m/s之间;当吸力>1 MPa时,渗透系数随吸力的降低而缓慢提升;而当吸力降至1 MPa以下时,渗透系数呈现明显的陡升,量值提高多个数量级。与传统的水分测试技术相比,核磁共振技术在非饱和土渗透试验应用中有更大的适应性。
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  坚硬煤岩组合体变形破坏特征及冲击特性研究

  王宁, 姜耀东, 朱登元, 闫正余

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 65-69. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171103

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  为研究冲击地压机理,考虑冲击地压发生的“顶板-煤层”组合结构,进行了不同加载条件下的单轴组合样品试验,通过分析坚硬煤岩组合体在不同加载条件下的变形发展过程和破坏特征,初步得到组合体破坏的基本形式以及可能的突变条件。研究结果表明:试样的变形破坏呈现明显发展过程,随加载速率的变化表现为渐进破坏、劈裂破坏和整体破坏3种形式,伴随内部承载结构的削弱,最终发生整体突然失稳。结合煤岩相对滑动特性,通过分析典型冲击矿井的开采地质条件和采动效应,明确了坚硬煤岩组合条件下冲击地压的破坏模式,可为后续有针对性的灾害防治提供参考。
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  土工布应变的测量方法研究

  陈凌伟, 周小文, 彭卫平, 李波, 童军

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 70-74. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171072

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  土工布被广泛应用于各种加筋土工程当中,然而由于土工布应变测量难度大、精度低,在工程中发挥了多大的作用,产生了多大的变形尚不明确。针对土工布这类低弹性模量的柔性材料,提出采用柔性胶粘贴电阻应变片,通过对粘合剂粘贴形状与厚度等的精细控制,使得应变片能够与土工布协同变形,实现了土工布应变的准确测量。同时研制了一套用于土工布应力应变标定的设备,可将应变片测值转换为被测土工布的实际受力大小,并将其应用于离心模型试验中。研究结果为下一步研究土工布的加筋机理及其对模袋砂围堰稳定性的影响提供了技术保障。
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  软岩筑坝堆石料劣化特性研究

  黄泽安, 周跃峰, 何晓民, 张婷, 黄斌

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 75-78. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171440

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  为全面了解软岩料的工程性质,以软岩筑坝堆石料为对象,针对其劣化前后的力学特性与设计参数开展了室内试验研究。基于不同围压与压实度条件下的试验研究,分析了堆石料强度与变形的劣化规律,建立了压实度与归一化强度、归一化变形模量的关系,提出了堆石料的压实度控制指标。进一步结合水下休止角试验,针对堆石料的非线性强度尤其是低应力强度特性进行了分析。结果表明:劣化作用引起体积应变减小,劣化作用对模量的影响远大于对强度的影响;96%的压实度对于软岩填料而言较为合理,既保证了归一化的强度>0.9,归一化的变形模量>0.8,也确保了压实机械的效率;可采用击实样水下休止角试验来获得低应力状态下软岩填料强度参数,用三轴试验来获得的中高应力状态下软岩填料的强度得到软岩填料的非线性强度。研究成果可为正确评价软岩堆石坝的应力、变形规律和指导工程实践提供依据。
岩土工程测试与监测
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  阿尔泰山山前活动断裂带内现今地应力状态及稳定性分析

  周春华, 李云安, 尹健民, 汪洋, 艾凯, 唐谦

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 79-84. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171080

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  新疆阿尔泰地区分布着亚洲大陆内部一个规模宏大的活动构造带,同时,历史地震资料也显示阿尔泰山是一个比较活跃的地震带,分析断裂带内现今地应力状态对评价其地震活动的危险性具有重要意义。通过对布置在阿尔泰山山前活动断裂带内2个近700 m的深孔进行原位水压致裂法地应力测试,揭示了活动带内现今应力状态分布规律。结果表明:测试范围内空间主应力状态在埋深320 m左右由逆断型向走滑型转换,进而说明该复合断层近场存在应力分区现象;两孔实测最大水平主应力方位主要呈NW向,与震源机制解综合印证了区内NWW向断裂右旋走滑的活动特征。最后,基于实测地应力资料,结合库伦摩擦滑动准则及Byerlee定律对研究区内活动断裂的稳定性进行了力学分析,分析得出截至目前该活动断裂尚未具备诱发失稳的力学条件,处于相对稳定状态。这为其现今活动性研究补充了新的基础地质力学资料,为近场有关工程项目的选址提供科学参考。
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  钻孔孔壁切缝解除地应力测试方法数值模拟研究及工程应用

  李永松, 彭潜, 尹健民, 艾凯

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 85-91. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171135

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  为解决高应力环境中的地应力测试的难题,通过数值分析方法对试验过程中切缝深度的优化及切缝布置方案进行了模拟研究,并将该方法应用于锦屏地下实验室应力测量中。数值模拟结果表明:当初始应力场以平行于切缝方向应力分量为主时,切缝两侧应力完全释放所需的切缝深度最大,为16 mm。进行现场试验时,为了提高试验的可靠性,避免切缝之间的相互影响,往往一个给定的钻孔深度只布置一个切缝,且切缝间距一般>200 mm。测试结果表明测试部位岩体处于极高应力状态下,与钻孔钻进过程中出现岩芯饼化现象相符合。
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  隧道超前地质预报中的地质雷达波场特征分析与应用

  周黎明, 付代光, 肖国强, 张杨

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 92-96. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171127

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  为提取破碎带、 溶洞等隧道不良地质体的地质雷达剖面特征, 达到提高地质雷达(GPR)隧道超前预报结果准确性的目的, 采用二维时域有限差分法, 设计隧道环境下的水平破碎带、 倾斜破碎带、 空腔溶洞和含水溶洞的4种理论模型, 正演模拟其雷达剖面记录。 通过安江高速公路3个岩溶隧道GPR探测典型实例结果, 证明了本次正演模拟结果的有效性。 研究结果表明: GPR在短距离内识别破碎带、 溶洞等不良地质体的位置和水平发育情况上效果比较明显, 而对于不良地质体垂直发育情况以及倾斜角度方面存在一定的局限性。 因此, 以详细的工作面地质素描为基础, 利用隧道不良地质体雷达剖面特征对实测GPR资料进行分析, 可以获得较好的超前预报结果。
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  旧有隧道隐伏病害GPR探测异常特征分析及病害程度评价

  李宁, 刘振东, 郭秀军, 王莹莹

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 97-103. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171088

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  旧有隧道隐伏病害复杂多样,持续演变会对隧道结构与行车安全造成危害。虽然探地雷达技术(GPR)在隐伏病害调查中已应用广泛,但对GPR异常特征的认识并未统一,相应病害程度评价体系亦未建立。为进一步推动技术发展,归纳总结不同成因旧有隧道病害,建立相应介电模型,正演得到GPR理论图像并与工程实测图像对比,进行异常特征甄别;引入模糊数学的隶属度理论将多个因素进行综合评判,建立旧有隧道病害程度评判体系。研究表明:隧道衬砌裂缝和空洞会因填充介质不同,介电常数差异显著,多表现为同相轴错断或者局部性绕射增强的异常特征;衬砌非密实区和防渗层破坏区会持续发展成水-混凝土-残积物混合群块结构,具有多个反射界面,相应GPR图像波形杂乱,并伴有局部强反射。应用实例显示利用GPR诊测确定潜在病害区域后,在核定与旧有隧道隐伏病害相适宜的评价权重基础上,以建立的评价模型将多因素制约对象进行隶属度综合评判,能够较好地开展旧有隧道安全等级划分。
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  基于孔内超声扫描技术的空区立体轮廓确定方法

  汪进超, 王川婴, 唐新建

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 104-109. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171086

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  深部地下空区探测环境极其复杂,往往只能获取有限的探测数据点,常规的拟合方法只能得到较为粗糙的轮廓形态。鉴于此,结合孔内超声扫描技术,开展了空区立体轮廓确定的方法研究。首先,提出了针对超声扫描数据的预处理方法,判断有效数据点,并平滑处理非有效探测点,实现超声数据的有效筛选。其次,引入二次Bezier曲线,并提出了适用于空区水平断面拟合特点的曲线拟合方法,使Bezier曲线能够通过每一个有效探测点,实现空区轮廓的高精度拟合;水平断面轮廓拟合之后,叠加深度信息,采用线性插值完成空区轮廓的纵向插值拟合,实现空区的立体轮廓确定,并通过MatLab软件进行数据的计算和图像生成。最后,通过具体数据进行分析,并与其他拟合方法进行对比。结果表明:①孔内超声扫描系统能够为空区建模提供有效数据;②改进的Bezier曲线能够适用于空区水平断面轮廓的拟合;③基于超声扫描的空区轮廓拟合方法具有可行性和准确性。研究成果可为解决地下空区立体轮廓的绘制和地下深部的空区探测提供参考。
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  基于地质雷达法的非饱和黄土介电特性及界面反射机理研究

  吕高, 杨杰, 李宁, 胡德秀

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 110-115. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171083

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  基于地质雷达方法研究非饱和黄土的介电性能,以及地质雷达波在空气-黄土界面中的反射机理及规律,利用地质雷达等对非饱和黄土相对介电常数与电导率进行系统试验研究,分析了黄土混合相对介电常数与其固、气、液各相的相对介电常数的内在关系;提出不同压实度与含水率与黄土相对介电常数的数理关系,以及不同地质雷达天线频率对黄土含水率-相对介电常数物理关系的影响规律。分析结果表明:非饱和黄土相对介电常数与黄土含水率和压实度呈正相关的数理关系;相同的黄土试样测试的相对介电常数与地质雷达天线主频的大小正相关;不同含水率的非饱和黄土界面反射数值模型表明,含水率越大,地质雷达回波强度越大。以上结论对非饱和黄土工程的地质雷达法探测工作具有指导作用。
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  深海沉管隧道基础水下沉降监测技术

  王延宁, 蒋斌松, 张强, 陈运涛

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 116-121. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171076

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  为消除管节间差异沉降,港珠澳大桥岛—隧过渡段沉管基础采用挤密砂桩+堆载预压的地基处理方式。详细介绍了采用液体压差式沉降仪监测沉管隧道基础沉降的应用技术,并获得了较好的复合地基沉降数据。采用多种技术手段保证仪器埋设成功率,包括作业时机选择、导线接头及导线保护等。对试验结果进行分析,结果表明该技术运行稳定性高、数据误码率低、不易受风浪及施工干扰,可实现对沉管基础的连续稳定无线监测。
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  弱胶结地层立井井筒变形监测研究

  吕显州, 王渭明, 贾海宾, 潘格林, 赵增辉

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 122-128. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171234

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  针对弱胶结深厚松散地层立井井筒的灾变防控问题,基于双向受压混凝土强度破坏准则和厚壁圆筒空间轴对称问题位移解,研究新巨龙煤矿立井井壁的变形破裂极限值。采用深井多层位自动变形监测系统,在新巨龙煤矿副井井筒深度范围内选择了3个层位进行井筒变形连续动态监测,并评估了其井壁状态。结果表明:极限破坏状态下井筒内壁变形值为2.369 mm;在弱胶结地层底部含水层与基岩段交界处立井井壁变形量最大,约为井壁变形极限值的82.5%;井壁变形增量在一定范围内波动,其变形属于弹性变形。最后,根据监测得到的变形量反演了井筒的受力状态,所得井壁最大变形量区域的附加应力值小于井壁极限抗压强度。工程实践表明变形监测结果能够真实地反映井壁的受力状态,监测系统能够实现井壁安全状态的实时动态评估。
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  基于贯入阻力与含水率联测的黄土填方压实度检测方法

  于永堂, 郑建国, 刘争宏, 张继文, 杜伟飞

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 129-134. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171073

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  利用普氏贯入仪检测填土压实度时,填土的含水率变化会使测量结果产生较大误差。为消除含水率对普氏贯入仪压实度检测结果的影响,提出了普氏贯入仪、土壤水分传感器联合测试、数据融合建模的压实度检测方法。建立测试土模型时,采用普氏贯入仪、土壤水分传感器分别测定试样的贯入阻力和土壤水分传感器输出电压,同时采用灌砂法、烘干法测定试样的干密度和含水率,根据试验结果分析了含水率、干密度对贯入阻力的影响规律,构建了干密度、贯入阻力、土壤水分传感器输出电压三者的数学模型。试验结果表明:采取双传感器联合测试、融合建模,可使测试结果受含水率的影响明显减小,精度显著提高。研究成果可为开发集贯入阻力、含水率测试功能为一体的压实度检测设备提供参考。
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  后压浆桩抗压与抗拔现场对比试验

  张世民, 王虹波, 张四凤, 景峰卫, 李宗帅

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 135-138. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171078

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  随着建筑高度不断突破,其基桩承载力越来越大,可以通过成桩后压力注浆方式满足抗压和抗拔承载力的高要求。通过对后压浆法钻孔灌注桩进行现场抗压与抗拔的对比试验,对后压浆法施工钻孔灌注桩力的传递机理进行研究,对比分析了抗压桩与抗拔桩桩周摩擦力与承载能力的差别,明确了抗压桩与抗拔桩荷载传递路径与桩在破坏过程中力的发挥方式。研究表明:桩端与桩侧压浆技术提高了桩端的承载力与桩周的桩-土摩擦力,运用桩侧压浆技术使得桩在发挥效应时存在一种机械咬合力,增加了桩的竖向承载力,尤其是提高了抗拔桩的承载力。研究结果为以后更进一步研究在不增加桩长条件下利用机械咬合力提高抗拔桩承载力提供参考。
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  压裂液黏度对脉冲频率响应机理试验研究

  倪准林, 曹函, 彭灿威, 孙平贺

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 139-143. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171089

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  为探究页岩气开采过程中的脉冲水力压裂液流变性能对频率的响应情况,采用0,1,3,5,7 Hz 这5个不同频率对2种不同黏度(30 mPa·s和10 mPa·s)的瓜尔胶液进行脉冲剪切试验。试验结果表明不同黏度大小的压裂液对于脉冲频率的响应效果是有区别的:当采用相对高黏压裂液体系时,对于结构黏度和塑性黏度,随着频率增大,总体上两者都呈下降趋势;对于表观黏度,随着频率的增大,压裂液表观黏度先是不断受到剪切稀释而减小,当频率达到5 Hz后,即使频率进一步增大,压裂液黏度也基本变化不大;对于压裂液的流性指数则是随着频率的增大先增加后减少,且当频率为5 Hz时流性指数达到最大值。采用相对低黏压裂液体系时,结构黏度较塑性黏度变化平缓,这在压裂过程中泵入支撑剂阶段有利于支撑剂在储层裂缝中的运移,对于压裂后期稳缝有着重要作用;采用较低黏压裂液的表观黏度和流性指数对于频率的剪切稀释响应效果不是很明显。研究成果为页岩气储层的开采提供了技术参考。
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  白鹤滩电站左岸强卸荷区边坡稳定试验研究

  陈媛, 张林, 杨宝全, 杨金旺, 李思滢

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 144-150. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171107

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  针对岩质高边坡的稳定问题,提出了基于变温相似材料的降强法与倾斜抬升超载法相结合的综合法模型试验方法,建立了边坡稳定综合法试验安全评价方法,并针对白鹤滩电站左岸强卸荷区高边坡的稳定问题开展试验研究。通过典型剖面及卸荷区边坡的2个模型试验,获得了边坡在底滑面降强后的变形特性和破坏机理,揭示了缓倾结构面是影响白鹤滩边坡稳定的控制性因素,其失稳模式为滑移—拉裂的块体滑动破坏。试验结果表明,在底滑面前缘区域布置混凝土置换洞,可有效增强底滑面抗剪能力、减小边坡变形、阻止滑块形成,加固后的边坡稳定安全系数为K_SC=1.42～1.58。研究成果为白鹤滩边坡工程的安全评价和加固处理提供了科学依据,同时也为类似边坡工程提供参考。
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  BQ法边坡工程岩体质量指标计算的修正系数研究

  欧哲, 王铁, 杨家富, 邹明

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 151-158. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171099

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  《工程岩体分级标准》(GB/T 50218—2014)(简称《国标》)中给出了边坡工程岩体质量指标[BQ](简称边坡[BQ])的计算公式以及计算公式中修正系数的取值方法,用于国内边坡工程岩体质量分级和边坡自稳能力评估。通过对边坡[BQ]计算公式的研究,并参考其他常用的边坡工程岩体分级方法,指出了边坡[BQ]计算公式中的修正项和修正系数评价指标存在改进和完善的空间。在现有的边坡[BQ]计算公式的基础上,补充了坡高影响修正系数和应力状态影响修正系数以及相应的计算公式和取值标准,在结构面性状影响修正上细化了评价指标和相应的取值标准,使其更适用于复杂地质条件下的高陡边坡岩体分级,并给出了优化后的边坡[BQ]计算公式以及相应的BQ法边坡稳定性评价系统。研究成果有助于准确地进行边坡工程岩体质量分级,从而为评价边坡稳定性、设计加固方案提供参考依据。
岩石力学数值分析与评价
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  基于结构面几何参数的深部隧洞围岩破坏机理研究

  王克忠, 吴慧, 马菲

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 159-163. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171172

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  岩体的强度主要由结构面控制,为确定结构面对隧洞围岩的影响,在对围岩中单一结构面的应力分布和破坏形式进行理论分析的基础上,研究了结构面倾角以及结构面到隧洞中心的距离对节理围岩破坏机理的影响。并利用3DEC离散元程序分别对不同结构面分布、不同岩石强度和结构面强度下18种组合的围岩变形进行了计算,分析了结构面不同分布情况下围岩的破坏模式;对比分析岩石、结构面强度不同组合下岩石强度和变形特征,研究了结构面力学变形性质在岩体损伤破坏中的贡献。研究结果表明:结构面距开挖轮廓线越近越容易发生破坏;结构面倾角影响结构面首先发生破坏的位置;结构面的分布决定围岩首先发生破坏的位置,结构面的破坏不一定会导致围岩的破坏。研究成果对不同结构面组合分布的围岩变形和破坏分析具有一定的指导意义。
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  非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力与位移解析解

  陶钧烨, 吕爱钟, 尹崇林

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 164-170. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171119

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  基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,用ANSYS进行数值计算,并与解析解进行对比验证;计算隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向正应力以及围岩与衬砌之间的接触应力;讨论在不同侧压力系数、位移释放系数和内水压力下围岩与衬砌的应力分布规律。结果显示:解析解与数值解吻合较好;位移释放系数和内水压力对衬砌及围岩的应力分布影响显著,当位移释放系数和内水压力较大时,在衬砌内边界将出现拉应力区。研究结果为非圆形水工隧洞的围岩与衬砌的应力与位移分析提供了可行方法。
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  双参数地基模型的变截面Timoshenko梁横向振动分析

  高岱恒, 郑宏

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 171-175. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171085

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  为了考虑截面剪切变形和转动惯量对弹性地基梁横向振动的影响,研究并完善了基于Pasternak弹性地基模型上变截面Timoshenko梁的有限元分析方法,建立了任意截面的Timoshenko梁的模态分析方法。具体来讲,基于Timoshenko梁理论和牛顿第二定律建立了地基梁结构的运动微分方程,并对变截面的分析运用分段等效的思想,将梁离散成一个个均匀的梁段,每个有限单元都有4个自由度,使得每个有限元的单元和梁段一一对应。以完全支撑在弹性地基上的简支梁为例,分析了结构的自由振动的特性。通过与可信赖的半解析方法的结果进行比较,结果表明了该方法的准确性和有效性,并为变截面地基梁模型的分析拓展了一种思路。
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  秀山大桥重力锚支墩基础及锚块荷载分担比研究

  白雨东, 王帅, 张宜虎

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 176-179. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171121

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  秀山大桥重力锚支墩基础与锚块各自分开,地基与基础荷载分担比较为复杂,为研究锚碇系统各部位承载分担比和失稳模式,依托秀山大桥重力锚,建立锚碇、支墩桩基与地基相互作用的三维有限差分模型,以0.5P(P为缆索拉拔设计荷载,P=132 MN)为递增荷载进行极限加载模拟研究。结果表明:在(1~2)P时,锚块底板、锚块前端岩体、支墩基础、锚块侧边承担水平荷载平均占比为64%,23%,6%,7%;缆索荷载达到2.5P时,锚-岩接触面不均匀剪力引起锚块底部岩体拉伸破坏;支墩桩基达到极限承载力时的缆索荷载为3.5P,其破坏形式近似于单轴压缩破坏;随着荷载继续增大,锚块底板接触面逐渐张开,其承担水平荷载向锚前端岩体转移。研究成果为重力式锚碇的结构设计、地基加固及极限承载力分析提供了参考。
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  隧道地表沉降预测的黏弹模型

  孔庆聪, 李银平, 李硕, 杨博进, 李金龙

  长江科学院院报. 2018, 35(3): 180-186. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20171074

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  在隧道开挖及运行过程中,不可避免地会对岩土体产生扰动,引起隧道地表产生沉降,对于隧道地表沉降分析,目前尚无成熟的基于力学理论的解析模型。针对该问题,将水平隧道地表沉降问题近似为半无限空间内水平圆柱形孔洞受力收缩导致的边界位移问题,并通过求解弹性无限域内的轴对称平面应变问题,运用叠加原理推导得到含水平圆柱形孔洞的半无限空间地表沉降的弹性积分形式解析解。然后运用对应原理,将体积变形视为弹性,畸变视为Maxwell黏弹性,对地表沉降弹性积分形式解析解进行拉普拉斯变换,得到时空域上的地表沉降的黏弹性积分形式解析解,从而建立隧道地表沉降的黏弹模型。模型揭示隧道地表沉降槽宽度系数为0.6,与多地区沉降监测数据吻合良好,为隧道地表沉降预测提供了一套新的基于力学理论的方法。