长江科学院院报

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齐文彪, 刘阳

长江科学院院报. 2012, 29(8): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.001

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吉林中部供水工程输水干线线路全长263.45 km，其中隧洞长133.98 km，管线PCCP（钢管、现浇涵）长129.47 km。针对该工程中的关键技术问题：分水枢纽类型、超长有压隧洞技术、TBM选型、隧洞穿越灰岩地区技术、水下岩塞爆破技术、隧洞预应力衬砌技术、直径5.1 m预应力涵技术等，结合中部供水工程的实际情况，从工程实例、技术可行性等方面进行了阐述。分水枢纽选择了调压井类型；总干线有压隧洞长为97.62 km；现浇预应力涵长为2.26 km；采用直线穿灰岩线路隧洞；选择开敞式TBM施工；根据隧洞覆盖层的特点，对15段衬砌应按抗裂设计考虑，采用预应力衬砌，衬砌段总长为14.756 km。工程规模巨大，特别是总干线超长有压隧洞为国内首例，又穿越灰岩地区，这在东北地区尚无先例，其勘察、试验、科学研究和专题研究还有待深入开展，为工程的决策提供重要技术支撑。

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基于塑性体积应变的梯度塑性理论研究

曾亚武, 黎玲, 熊俊, 曹源

长江科学院院报. 2012, 29(8): 7-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.002

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首先介绍了2种基本类型的梯度塑性理论以及两者间的差别，然后在材料的屈服函数中考虑硬化参数的梯度项，引入了梯度塑性理论的一般本构关系。考虑到岩石材料的特殊性，以塑性体积应变为内变量，在Drucker-Prager屈服模型中引入该内变量的梯度项，建立了岩石的一种内变量梯度塑性模型；在经典塑性理论基础上推导了塑性体积应变的表达式，得出了分析岩石应变局部化的增量本构关系。最后在平面应变状态下分析单向受力时岩石应变局部化状态，推导出了应变局部化带宽度的表达式，并且得出了带宽随局部化带参数变化而变化的结论。

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基于各向异性弹塑性模型的软岩巷道变形研究

王磊, 王渭明

长江科学院院报. 2012, 29(8): 12-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.003

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具有层状沉积效应的岩层呈现明显的各向异性特征，而传统各向同性力学模型不能准确描述巷道开挖非对称破坏现象。基于空间滑动面理论推导各向异性弹塑性模型，并采用C++编程形成动态链接库dll文件，实现在FLAC^3D中基于空间滑动面的各向异性弹塑性模型二次开发。通过设计模拟方案验证了模型的可应用性。根据巷道开挖支护模拟分析，在各向异性条件下，锚杆受力呈现非对称分布的状态，经破坏区锚杆加长后模拟计算，围岩塑性区明显减小，且锚杆受力趋向均匀。根据现场应用反馈，基于各向异性分析的关键区锚杆支护是可行的。

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考虑蠕变效应的岩石损伤起始准则

卞跃威, 夏才初, 肖维民, 朱合华

长江科学院院报. 2012, 29(8): 17-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.004

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现有的损伤起始准则多为应力的函数，即在应力空间中某一固定的曲面，得到的损伤起始面为介于初始屈服面与最终破坏面之间的固定曲面。基于现有损伤起始准则假定，考虑了蠕变变形的影响，提出了一种岩石损伤起始准则。该准则在应力空间中所形成的损伤起始面随着蠕变变形的增加而收缩。故此，根据该准则，岩石即使在应力水平低于瞬态损伤起始应力的情况下，也会随着时间的增加而达到损伤起始点，从而激活损伤过程直至达到最终的破坏状态。考虑蠕变效应的损伤准则可以很好地解释一些蠕变试验（包括常应变率试验、常加载速率试验和常应力蠕变试验等）结果。损伤起始准则中所包含的材料参数可以通过常规三轴试验和单轴蠕变试验很方便地确定。

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基于虚强度参数的塑性硬化模式

白冰, 李小春, 石露, 袁维, 汪海滨

长江科学院院报. 2012, 29(8): 24-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.005

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塑性理论中常采用等向硬化、随动硬化和混合硬化的假定来描述硬化函数的演化规律，这需要在屈服函数上增加相应的函数项，但这些关于硬化模式的假定不是必须的。提出了利用虚强度参数来描述介质塑性硬化规律，即在不改变屈服/破坏函数形式的条件下，只将其中的强度参数替换为塑性硬化参量的函数，便可以实现既避免硬化规律的先验假设，又可体现介质的硬化过程。采用一组煤岩的三轴加卸载试验数据研究了基于Coulomb-Mohr准则和基于Drucker-Prager准则及其强度参数的塑性硬化函数。结果表明，这2个函数的塑性硬化面子午线在应力空间中以平移和旋转2种方式体现介质的塑性硬化过程，并与已有煤岩试验数据一致。所提出的虚强度参数的概念为破坏准则中真实强度参数替换后作为硬化函数提供了一个逻辑的桥梁。

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现场岩体直剪试验声发射特征及其破坏机制

范雷, 周火明, 熊诗湖

长江科学院院报. 2012, 29(8): 29-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.006

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尽管应用声发射对岩石破裂过程的研究取得了诸多成果，但主要集中于小尺寸（≤10 cm）的岩块，对较大尺度（≥50 cm）岩体破坏机理研究还较少。采用最新的SAMOS声发射系统，对节理岩体现场直剪试验过程进行声发射测试。通过现场岩体直剪破坏过程中声发射特征参数与频谱特性研究，揭示了节理岩体破坏机制，深化了对岩体破坏机理的认识。测试结果表明节理岩体破坏过程中，声发射信号的主频范围为40～120 kHz，其直剪破坏过程可分为4个阶段：①弹性变形阶段，岩体内部没有声发射事件;②起裂阶段，声发射事件很少，岩体内部仅有少量的裂纹产生;③扩展阶段，声发射事件缓慢增加，岩体内部微裂纹不断扩展;④破坏阶段，声发射事件大量增加，微裂纹不断扩展贯通，岩体出现宏观破裂。根据研究结果可知：与传统的破裂从前端开始的观点不同，岩体试件中后端最先出现声发射定位事件，表明微破裂开始发生在岩体试件的中后端；随着剪应力的增加，声发射定位事件逐渐前移，当岩体进入破坏阶段后，微破裂集中于剪切面局部，岩体产生局部破裂化。

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大理岩岩体力学特性的水压-应力耦合试验研究

徐明明, 徐进, 任浩楠, 杨昊天, 何雅琴

长江科学院院报. 2012, 29(8): 34-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.007

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为研究裂隙水压力与应力条件对大理岩裂隙岩体力学特性的影响，利用MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统，采用特殊的试样制备和地质过程模拟方法，制备成与试验机围压系统、渗压系统融为一体的大理岩裂隙岩体试件，并对其进行了不同水压、不同围压下的水压应力耦合三轴压缩试验。试验结果表明：大理岩岩体强度性能与变形性能均具随水压升高而减小，随围压升高而增大的特征；水压从0到4 MPa的变化过程中，强度参数f 减小了20%左右，内聚力C大幅降低，变形模量E₀及E₅₀分别减小了7.7%和5.9%；围压从5 MPa到30 MPa的变化过程中，f 值略有降低，C值增大了2倍多，变形模量E₀及E₅₀分别增大了58%和50%。这些成果揭示了大理岩裂隙岩体力学特性的裂隙水压效应与围压效应，对实际工程问题的研究具有重要的参考价值。

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岩石非均质构成对宏观力学特性的影响研究

罗荣, 曾亚武

长江科学院院报. 2012, 29(8): 39-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.008

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利用岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法描述岩石的非均质构成，分别针对2类矿物细胞元和3类矿物细胞元构成的非均质岩石模型，研究了岩石非均质构成对其宏观应力-应变关系曲线的影响。基于岩石矿物构成定义了岩石的非均质度，根据数值模拟计算结果分析了岩石非均质度对岩石宏观力学参数（宏观弹性模量、极限强度）的影响。研究结果表明：均质岩石宏观力学特性由细胞元力学特性决定，非均质岩石宏观力学特性由细胞元力学特性和岩石非均质构成共同决定;在非均质度较小时，宏观弹性模量受岩石非均质性的弱化影响较小，反之，当非均质度较大时，宏观弹性模量受非均质性的弱化影响较大；宏观极限强度受岩石非均质性的弱化影响趋势与宏观弹性模量一致。

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附加质量法检测堆石体密度技术及应用评价

张建清, 周正全, 蔡加兴, 马圣敏, 马其

长江科学院院报. 2012, 29(8): 45-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.009

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为了准确、快速地检测大坝堆石体填筑的堆石体密度，同时实时地控制大坝堆石体施工填筑的质量，从附加质量法测试堆石体密度的基本原理与现场测试方法出发，研究了相关法求取密度、数据采集及处理、质量控制评价、三维可视化等一套关键技术。同时，独创性地利用GPRS实现了对工作现场的远程施工质量控制及检测过程的全程数字化；实现了堆石体密度检测的快速、精确化，以及施工填筑质量的实时控制。该技术在糯扎渡水电站中进行了应用，取得了很好的工程效果。

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光纤光栅传感监测在拱坝地质力学模型试验中的应用

杨庚鑫, 张林, 朱鸿鹄, 陈媛, 胡成秋

长江科学院院报. 2012, 29(8): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.010

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光纤光栅传感在土木工程原型监测中逐步得到广泛应用，然而在水工地质力学模型试验中应用较少。以木里河立洲拱坝地质力学模型为基础，在坝顶及上游坝面布置光纤光栅传感器，对坝体在超载过程中的应变进行监测，通过光纤光栅传感器监测得到的应变及变化曲线，分析了地质力学模型拱坝坝面的开裂破坏过程。成果表明：Kp=1.0时，坝体工作正常；Kp=1.2~2.2时，坝踵处出现初裂；Kp=2.2~3.0时，曲线有转折和拐点的出现，左岸坝肩岩体受内部结构面影响发生较大的位移；Kp=3.6~4.3时，坝体应变整体出现较大的波动，其中左拱端应变曲线C17测点出现较大拐点，左拱发生开裂；此后，应变曲线陆续出现波动或转向，坝体裂缝不断发展，直至逐渐失去承载能力。通过与常规的应变片检测方法进行对比分析，验证了光纤光栅传感器在地质力学模型试验中应用的可行性。

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锦屏超高压岩体水压致裂法地应力测试系统研制与应用

马鹏, 赵国平, 张永永, 吴春耕

长江科学院院报. 2012, 29(8): 58-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.011

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锦屏二级水电站引水隧洞上覆岩体一般埋深1 500～2 000 m，最大埋深约为2 525 m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，为超深埋长隧洞特大型地下水电工程。最大地应力可达到70 MPa以上，在隧洞开挖过程中，由于存在超高的地应力，局部岩体出现了强烈的岩爆和变形，给隧洞的设计、施工及安全带来很大的困难和隐患。加上钻孔中经常出现岩饼现象，常规的孔径应变法和水压致裂法地应力测试难以有效进行。为了能够实测到深部岩体的地应力状况，开展了超高压应力状态下的岩体地应力测试方法研究，成功研制出了超高压水压致裂法地应力测试系统，并在锦屏工程中得到了实际应用，取得了良好的测试成果。此测试系统的成功研发，为将来在公路、铁路、水电和矿业等领域的超埋深超高地应力的测试提供了条件。

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高清数字钻孔电视技术研发及其在水电工程中的应用

谭显江, 张建清, 刘方文, 付小明, 况碧波

长江科学院院报. 2012, 29(8): 62-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.012

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钻孔电视是能直观获得钻孔孔壁原状图像的地球物理方法，高清数字钻孔电视技术采用了先进的时间定时器，改进了光学工艺，加入了人-机互动调色功能的高分辨率摄像头，应用了消除电磁场对图像影响的处理技术，使其具有高精度、高分辨率和高保真度等特点。在某水电站坝址和围堰深厚覆盖层可视化研究中，利用高清数字钻孔电视技术，可清晰地获得钻孔孔壁原状图像，从而有效地查明工区的地质情况，为顺利施工提供技术保障，并为建立“数字化电子岩芯库”奠定了坚实的基础。

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钻孔弹模测试技术的应用研究

邓伟杰, 路新景, 房后国, 于立新

长江科学院院报. 2012, 29(8): 67-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.013

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利用改进的钻孔弹模计，结合云南某水电站工程，对测试点和工程工况条件进行了分析，对测试点位置、深度、方向的选择进行了探讨。对坝肩与坝基部位的岩体进行钻孔弹模测试，分析了变形曲线特征，讨论了如何选取合理的曲线段进行弹性模量计算，并与室内试验成果及承压板试验结果进行了对比分析。同时结合工程实际情况，通过对测试结果的综合讨论，为弹性模量和变形模量的取值提供了参考，为大坝建基面的选择提供依据。

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小官庄铁矿深部应力场分析

李文秀, 汪琦, 吉占华, 尹夏, 李冀飞

长江科学院院报. 2012, 29(8): 72-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.014

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为研究小官庄铁矿深部应力场尤其是水平应力对岩体移动的影响，根据小管庄铁矿原岩应力测试结果，对小官庄矿地应力场的分布规律进行定量的综合分析与研究；结合小官庄铁矿开采工程实际，对2个相邻采区围岩变形监测结果进行了讨论分析。分析结果表明：该矿地应力场是以水平压应力为主导的水平构造应力场；最大水平主应力方位与本采区主要地质构造方向有关，最大水平主应力与巷道轴向夹角的大小及卷道变形有关；布置分段巷道的方位是控制岩体移动变形的关键，而最佳方位是平行于最大水平应力方向。

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刚性钻孔弹模计在白鹤滩电站坝基岩体-变形参数测定中的应用

罗超文, 李海波, 马鹏

长江科学院院报. 2012, 29(8): 76-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.015

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白鹤滩水电站是我国继三峡、溪洛渡之后又一座千万kW级的水电站。白鹤滩水电站挡水建筑物为双曲拱坝，坝基岩体主要为二迭系厚层玄武岩，其中第三层（P₂ β₃）微晶隐晶玄武岩柱状节理发育，坝基岩体的变形参数是大坝设计的重要依据。介绍了钻孔弹模计试验原理、方法和白鹤滩水电站坝址区柱状节理玄武岩弹模试验成果，以及钻孔弹模计与现场承压板法对照性试验成果。对照性试验表明，钻孔弹模计试验岩体的变形参数可以直接在工程上应用。

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乌东德水电站右岸拱肩槽边坡稳定性研究

李会中, 王吉亮, 黄孝泉, 杨静, 刘冲平, 白伟, 冯龙

长江科学院院报. 2012, 29(8): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.016

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在对拱肩槽自然边坡工程地质条件详细调查的基础上，采用工程地质宏观分析和数值计算相结合的研究手段，对拱肩槽人工边坡整体稳定进行了系统研究；通过结构面组合分析，提出了人工边坡可能出现的块体失稳模式；从块体稳定性影响因素入手，建立了块体稳定性评价标准，并评价了块体的稳定性。工程地质宏观分析表明：拱肩槽边坡整体稳定性较好，数值模拟计算结果显示人工边坡变形特征不突出、稳定系数较高，人工边坡可能出现的块体多处于基本稳定状态。研究成果为工程设计与施工提供了重要依据，并对类似工程提供了可借鉴的经验。

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不同冲击频率与中主应力下细砂力学响应研究

刘锦伟, 李彰明

长江科学院院报. 2012, 29(8): 89-92. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.017

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使用SPAX—2000改进型真三轴试验系统对饱和细砂进行循环冲击动力固结试验，研究不同固结条件、不同冲击荷载作用频率与不同中主应力作用下细砂应力-应变关系等力学响应；并结合三轴剪切试验，分析对比了不同条件下冲击荷载作用后试样强度的变化特征。试验结果表明：中主应力增大，试样在冲击荷载的作用下更容易趋于密实，抗剪强度得到较大的提高；频率降低，在中主应力较小时动力固结后试样抗剪强度有明显的提高，而在中主应力较大时试样抗剪强度没有太大变化；表明了中主应力和冲击荷载频率是影响试样动力固结效果的重要因素。

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土石围堰分期拆除过程中的边坡稳定性分析

汪洋, 吴新霞, 尹健民, 吴从清, 周黎明, 艾凯

长江科学院院报. 2012, 29(8): 93-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.018

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为了确保爆区附近已建成的各种水工建筑物的安全以及降低爆破难度和工作量，围堰爆破拆除通常采用分期分区的方式进行。针对赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程进水口围堰分期拆除工程，采用三维有限差分方法结合强度折减法和拟静力法，分别对进水口围堰在削薄后造孔损伤前、削薄过程中受爆破荷载作用、造孔损伤后3种情形下的稳定性进行了综合分析，以确保围堰边坡在分期拆除过程中的整体稳定性，并论证分期拆除方案的可行性。数值计算结果表明：围堰背水面边坡削薄处理过程对围堰和背水面边坡的影响是局部的，对围堰背水面边坡的整体稳定性没有产生较大的影响，表明分期拆除方案是安全、合理的。

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排土场级配规律及其对稳定性影响的模型试验研究

任伟, 李小春, 汪海滨, 石露

长江科学院院报. 2012, 29(8): 100-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.019

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排土场的扩容和增高衍生出了一系列地质灾害现象。级配是排土料最重要的物理性质，决定了排土料的力学强度，但排土场内部级配很难调查清楚，因此揭示堆排过程中的级配规律非常重要。设计了一套进行排土场模型试验的装置，利用4组粒径分别为0.0075，0.02，0.1~0.2，0.8~1.0cm的材料，模拟排土料倾倒时的自然分选过程，并对形成的排土料分区进行筛选统计。试验结果表明：排土料模型试验体现了现场排土中出现的运动分异现象；在高度方向上，第1—3组含量随高度的降低而降低，第4组含量随高度降低而增加；在水平方向上，第1和2组越靠近排土场内部含量越低，第3组在水平方向上分布无明显规律，第4组越靠近土场内部含量越高。此外，按分区模型计算所得安全系数要明显小于水平分层的模型。研究成果可以为现场划分筛分高度提供指导，用最少的测点取得尽可能准确的级配数据，且分区模型能够更好地反应排土场整体性质。

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电子岩芯与电子岩芯库的研究及应用

马圣敏, 张建清, 刘方文, 蔡加兴, 杨少昆

长江科学院院报. 2012, 29(8): 106-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.020

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为了解决实物岩芯在取样、运输、存储与管理等方面存在的问题，提出了以电子岩芯替代实物岩芯并建立电子岩芯库的技术。该技术以高清钻孔电视提供的完整、清晰的孔壁图像数据为基础，利用孔壁图像与实物岩芯的耦合原理实现了电子岩芯及电子岩芯数据库管理系统。在实际应用中有效地解决了实物岩芯存在的问题，还提高了地质钻孔勘探的效率。目前，在云南乌东德水电站中进行了一系列工程应用，取得了非常好的效果。

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基于BP神经网络的堆石坝参数二次反演与变形预测

程壮, 陈星, 董艳华, 党莉

长江科学院院报. 2012, 29(8): 112-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.021

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在预测堆石坝长期变形时，常常需对堆石体流变参数进行反演。若同时对堆石体的瞬时变形力学参数和流变参数进行反演，则反演参数多，网络结构复杂，所需的训练样本数量大，反演效率低。根据堆石坝的监测资料，将堆石坝的沉降分解为瞬时沉降和流变引起的沉降，运用BP神经网络方法逐次增加训练样本，循环训练网络，将瞬时力学参数与流变参数分开来进行二次反演，训练样本少，反演效率高，输出结果用于预测能与监测资料较好吻合，可为类似工程提供参考和借鉴。

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PCSB固化建筑废渣的路面基层性能研究

毛静民, 李色篆

长江科学院院报. 2012, 29(8): 118-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.022

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从建筑废渣的基本性质入手，研究PCSB（Poly Chem Soil Binder）固化建筑废渣的机理，将建筑废渣与PCSB固化剂按照一定配合比掺和，制作试件，经过养护后测定其抗压强度，研究其作为路面基层材料的性能，讨论PCSB与建筑废渣固化的相容性，研究PCSB与建筑废渣混合料成型的最佳含水率和最大干密度。最后根据设计的PCSB固化建筑废渣配合比即时制作试件和延迟成型试件，按照标准条件、自然养护，测定饱水、不饱水的7d无侧限抗压强度。试验结果表明：PCSB固化建筑废渣的水稳性能、延迟成型凝结性能优越，能够以7%的PCSB掺量达到城市快速路和城市主干路的路面基层和底基层的抗压强度标准，用PCSB固化建筑废渣并制备路面基层材料具有可行性。

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复合地基桩体向垫层刺入量模型试验研究

亓乐, 王青松, 曲宁

长江科学院院报. 2012, 29(8): 125-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2012.08.023

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桩体刺入垫层量的分析研究是复合地基沉降和荷载传递规律的一个重要组成部分，它将进一步完善复合地基沉降理论。然而目前对于桩体刺入量的研究不多。为了解具有垫层复合地基的作用机理、掌握桩土的荷载分担及桩体刺入垫层的规律，进行了不同工况的复合地基模型试验，得到了一系列有益的结论。试验结果对复合地基沉降研究提供了理论依据和数据支持，对其设计起到一定的指导作用。

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2012年, 第29卷, 第8期　
刊出日期：2012-08-01

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