工程地质学报
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2017年 25卷 6期
刊出日期 2017-12-25

工程地质力学
地质灾害与斜坡稳定性
地质工程实践
工程地质力学
1395 杨爱武, 张卫
基于两种波形作用结构性软黏土动力特性试验研究
利用GCTS动态空心圆柱扭剪仪,基于正弦波和方波两种波形循环荷载作用,考虑围压、振幅、频率及振次等因素的影响,研究结构性软黏土动力特性。试验结果表明:动应力低于土体结构屈服应力时,波形对动应力-应变关系曲线整体形状影响很小;动应力超过结构屈服应力时,应力-应变关系都呈软化型,方波软化程度高。同条件下,方波累积变形量总是大于正弦波。波形对孔压变化有影响,正弦波作用下孔压值总是大于方波。振幅对于孔压变化的影响表现为:稳定型幅值时上升速度快,数值也大于临界型幅值作用下的孔压值,即临界型幅值作用下的孔压滞后现象严重。屈服应变与动强度都随振次的增加呈减小趋势,最终都分别趋于一定值,最终数值大小都与波形有关,前者正弦波小于方波,后者正弦波大于方波。
2017 Vol. 25 (6): 1395-1404 [摘要] ( 268 ) [HTML KB] [PDF 6255KB] ( 203 )
1405 李志清, 沈鑫, 戚志宇, 胡瑞林
基于压汞法与气体吸附法的页岩孔隙结构特征对比研究
针对中国海相与陆相页岩孔隙结构特征的差异性,选取威远与焦石坝海相页岩及瑶曲陆相页岩为代表,采用薄片分析、压汞及气体吸附试验方法,开展孔隙结构特征与控制性因素分析,提出了孔隙大小命名划分新标准,将<2 nm、2~100 nm、0.1~1μm、1~10μm、10~100μm、>100μm分别称为超微孔、微孔、小孔、中孔、大孔、毛细孔6类,其中2~100nm微孔范围,样品孔隙发育程度由高到低依次为2#、5#、1#、6#、4#,10~100μm大孔范围,孔隙发育程度由高到低依次为2#、1#、4#、6#、5#;提出了孔隙分布均匀系数hu,经判定2#与5#样品与1#、4#、6#样品相比微纳米孔隙更发育,储气能力更强。采用DFT模型将N2吸附与CO2吸附结果及压汞实验结果统一起来,获得了纳米孔隙的连续分布规律。
2017 Vol. 25 (6): 1405-1413 [摘要] ( 264 ) [HTML KB] [PDF 3187KB] ( 171 )
1414 王洪建, 刘大安, 黄志全, 袁广祥, 吕晓春, 牛晶蕊, 赵子江, 石晓闪
层状页岩岩石力学特性及其脆性评价
页岩气储层的岩石力学特性对压裂改造效果影响极大,开展页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气开采中大规模体积压裂提供技术支持。本文对龙马溪组黑色炭质页岩进行单轴压缩试验,得到以下结论:(1)黑色页岩具有明显的层状薄片矿物结构,矿物主要成分为石英和方解石,结构面固有强度较高;(2)由于强结构面的影响,倾斜层理试件具有较高的弹性模量与单轴抗压强度,但是总体积应变量较小;平行或者垂直层理试件的弹性模量与单轴抗压强度较小,总体积应变量反而大;(3)随着层理倾角β的增大,层状页岩单轴压缩试验测得的起裂应力水平指标表现为"中间小两头大"的U型规律,即层理倾角为30°或60°时测量值较小,而0°或90°时较大;(4)岩石脆性是可压裂性的关键因素,层理角度为30°或者60°时,脆性指标较大,页岩的可压裂性更强,脆性指标的变化规律大致呈倒U型。本文的研究对评价页岩的可压裂性、提高压裂改造效果具有重要的现实意义和应用价值。
2017 Vol. 25 (6): 1414-1423 [摘要] ( 234 ) [HTML KB] [PDF 5633KB] ( 160 )
1424 郭林坪, 许文祥, 杨爱武, 刘晓强
空间递推平均法在估计土性指标自相关距离中的应用
像许多土层一样,黏性土层的土性参数也具有空间变异性。土性参数的空间变异性主要是由沉积和成岩等地质作用和环境因素导致的,而相关距离的确定是分析土性参数空间变异性的关键。为了分析天津南疆港地区土层参数的空间变异性,对确定土性参数相关距离的空间递推平均法及其改进方法进行了汇总分析,并结合地质勘查资料,运用改进的空间递推平均法对天津港地区典型土层的垂直相关距离进行了统计分析,得到了典型土层地区性代表值,对该地区岩土工程的可靠度分析及勘探点位的选取具有重要的指导意义。此外,还结合工程实例讨论了相关距离的贝叶斯估值法,贝叶斯估值法比直接取平均值确定自相关距离的方法更为可靠、合理,应用贝叶斯定理对天津港南疆石化码头淤泥及淤泥质黏土层的自相关距离进行估值,为今后该地区的取样间距选择提供参考,也为可靠度理论在该地区岩土工程中的应用提供有价值的参数。
2017 Vol. 25 (6): 1424-1429 [摘要] ( 211 ) [HTML KB] [PDF 935KB] ( 94 )
1430 张晓宇, 许强, 刘春, 施斌
黏性土失水开裂多场耦合离散元数值模拟
黏性土在失水过程中逐渐变形开裂,裂隙相互交错形成网络,这一过程涉及水热力等多场耦合的作用。本文基于南京大学自主研发的三维离散元软件MatDEM,采用紧密堆积离散元模型对土体开裂进行模拟。在此模型中,每个离散元单元代表一定体积的土颗粒、孔隙和孔隙水的集合体。单元具有含水量属性,并采用有限差分思想计算水分运移量,实现了水分场模拟。同时,考虑水分场对土体抗拉强度等力学性质的影响,建立水分场和应力场的耦合。在数值模拟中,假定土体表面水分以一定速率蒸发,根据试验数据由含水量计算单元直径和力学参数,从而实现黏土蒸发失水、收缩和开裂变形过程模拟。数值模拟与前人室内试验结果基本一致,能较好地再现开裂过程中的各个阶段。本文为研究多场作用下土体变形破坏模拟提供了一个新的思路。
2017 Vol. 25 (6): 1430-1437 [摘要] ( 220 ) [HTML KB] [PDF 3437KB] ( 125 )
1438 祁兆鑫, 余冬梅, 刘亚斌, 付江涛, 胡夏嵩, 李淑霞, 赵丹
寒旱环境盐生植物根-土复合体抗剪强度影响因素试验研究
为探讨寒旱环境盐生植物根系对增强土体抗剪强度的贡献,本项研究以柴达木盆地尕斯库勒盐湖区及其周边地区作为试验区,选取区内海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、无脉苔草(Carex enervis C.A.Mey.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、洽草(Koeleria cristata(L.)Pers.)5种优势盐生草本植物作为供试种,通过野外采集根-土复合体原状和不含根系的素土试样,且由表层向下层分层制取直剪原状试样方法,分别进行复合体和素土试样的室内直剪试验,分析不同取样位置深度处的含水量、垂直压力、根系分布形态、含根量以及根面积比5种因素对根-土复合体抗剪强度的影响。试验结果表明:随着取样深度位置处土体含水量增加,复合体黏聚力c值呈逐渐降低变化规律;5种植物根-土复合体和素土试样垂直压力和抗剪强度之间符合莫尔-库仑准则,5种植物根系起到浅层加筋作用且抗剪强度增幅为3.26%~57.18%。随着海韭菜和芦苇根-土复合体试样的根面积比(RAR)及无脉苔草、赖草和洽草根-土复合体试样含根量的减小,复合体试样黏聚力c值呈降低趋势;根面积比对海韭菜和芦苇根-土复合体黏聚力c值的影响程度,以及含根量对无脉苔草、赖草和洽草根-土复合体黏聚力c值的影响程度均相对大于含水量。5种植物根-土复合体在不同深度处黏聚力c值均显著高于素土黏聚力c值,其增强幅度为9.61%~182.56%,相比较而言,内摩擦角φ值变化相对较小。区内海韭菜根系对土体抗剪强度的增强作用相对较为显著,其次为芦苇、无脉苔草、赖草、洽草。该项研究结果对于进一步评价盐生植物根系增强土体强度作用,以及与试验区地质条件相类似的地区采用盐生植物有效防止水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有实际指导意义。
2017 Vol. 25 (6): 1438-1448 [摘要] ( 202 ) [HTML KB] [PDF 2585KB] ( 97 )
1449 赵建军, 解明礼, 李涛, 谭盛宇, 巨能攀, 步凡
饱水条件下千枚岩软化效应试验分析
水岩作用是造成水库岸边坡岩体强度劣化的主要因素,尤其对于千枚岩这类特殊性岩体,遇水时强度劣化现象尤为明显。本文以某边坡千枚岩为研究对象,设计了在不同饱水条件下的岩石常规三轴压缩试验,并综合分析试验结果随饱水时间变化规律。研究结果表明:千枚岩与水作用反应强烈,前60d岩石力学参数随饱水时间增加呈近线性降低,至70d逐渐趋于稳定,岩石变形逐渐由弹性变形为主演变为塑性变形为主;各参数劣化规律具有明显的时效性与非均匀性,随饱水时间增长,总体衰减幅度呈先增加后减小,最终趋于平稳的趋势;根据破裂面的剪切破坏模式,得出岩石饱水是一种从微观到宏观的累计损伤过程。该研究成果对于研究水库岸边坡岩体力学性质变化规律具有一定的参考价值。
2017 Vol. 25 (6): 1449-1454 [摘要] ( 195 ) [HTML KB] [PDF 2470KB] ( 106 )
1455 吴静红, 施斌, 曹鼎峰, 姜洪涛, 王雪帆, 尹建华
基于DFOS的排灌水条件下土体变形响应模型试验研究
黏土层和砂土层交替变化的多层土体在强烈开采地下水作用下极易产生压密固结而引发地面沉降灾害。本文针对含水层释水引起地面沉降问题,研制了地面沉降试验装置,进行了排灌水条件下含水层系统的沉降及回弹试验。采用分布式光纤感测技术对土体内部应变分布及含水率变化进行耦合监测,并分析了各分层对水位变化的响应特征。结果表明:黏土层和砂土层均表现出了排水压缩和灌水回弹特点,黏土层变形较砂土层明显。各层变形与含水率变化具有良好的对应关系,表现为砂土层变形和含水率变化基本同步,而黏土层变形略微滞后于含水率变化。黏性土压缩曲线具有明显的分段特征,排水时当含水率低于液限后迅速减小,黏土层压缩速率明显加快;回灌时当含水率高于液限后,回弹速率明显加快。试验结果对研究地面沉降机理、评价地面沉降潜力及地下水利用具有重要意义。
2017 Vol. 25 (6): 1455-1464 [摘要] ( 184 ) [HTML KB] [PDF 4704KB] ( 78 )
1465 徐云山, 曾召田, 吕海波, 范理云, 覃汉莲
高温下红黏土热导率的变化规律试验研究
目前国际上对高温下土壤热导率的试验和模型预测研究比较缺乏,通过KD2 Pro测试两种红黏土在较广温度范围(5~90℃)和含水率范围内的热导率,并选择IPCHT模型预测高温下体积含水率-热导率的变化规律。测试结果表明,两种红黏土的热导率对体积含水率的敏感程度与温度有关,且热导率均随温度的升高而增大,在90℃时热导率最高可达5℃的3~4倍。60~90℃范围内热导率随体积含水率的变化存在明显的临界含水率(对应土壤的塑性指数),但相同温度、体积含水率下,柳州红黏土中水汽潜热传输效应较桂林红黏土要明显。模型预测研究表明,除粉砂质黏壤土外,高温下IPCHT模型预测效果均不理想,经传质增强因子ξ修正后,柳州红黏土以及细砂的热导率预测值和实测值均相符得较好(RMSE<30%),但桂林红黏土的整体预测效果仍较差。
2017 Vol. 25 (6): 1465-1473 [摘要] ( 199 ) [HTML KB] [PDF 1944KB] ( 80 )
1474 陈陶, 徐金明
温度和压强对花岗岩中矿物微观物理力学特性的影响
岩石工程性质取决于岩石中不同矿物的微观特征,本次研究将从微观角度计算北山花岗岩中主要矿物(石英、黑云母和钠长石)的物理性质和力学性质。矿物的微观物理性质使用体积和密度来表征,矿物的微观力学性质使用杨氏模量和泊松比来表征;矿物的初始晶体结构、初始晶胞参数、单晶胞模型和超晶胞模型使用公开数据库获得;矿物晶胞的稳定构象由几何优化方法来实现;使用分子力学模拟,得到了不同矿物稳定构象的微观物理性质参数和微观力学性质参数;使用分子动力学模拟,分析了温度和压强对这些微观物理力学性质参数的影响。结果表明,花岗岩的3种主要矿物中,晶胞体积大小顺序是钠长石、黑云母、石英,晶胞密度大小顺序是黑云母、石英、钠长石;石英的杨氏模量为161.70~168.78GPa、泊松比为0.25,黑云母的杨氏模量为164.85~579.93GPa、泊松比为0.16~0.31,钠长石的杨氏模量为110.72~112.49GPa、泊松比为0.27;压强为0.0001GPa、温度从300K变化到500K时,石英晶胞体积增大0.17%、密度减小0.15%、杨氏模量和泊松比没有明显变化,黑云母晶胞体积增大0.24%、密度减小0.26%、杨氏模量增大140.55%、泊松比减小26.92%,钠长石晶胞体积减小3.76%、密度增大3.91%、杨氏模量增大319.71%、泊松比减小7.41%;温度为298K、压强从0.010GPa变化到0.020GPa时,石英晶胞体积、密度、杨氏模量和泊松比没有明显变化,黑云母晶胞体积和密度没有明显变化、杨氏模量增大53.79%、泊松比减小23.81%,钠长石晶胞体积和密度没有明显变化、杨氏模量减小36.24%、泊松比增大29.41%。研究结果对分析岩石宏观物理力学特性的微观机制具有一定的参考价值。
2017 Vol. 25 (6): 1474-1481 [摘要] ( 193 ) [HTML KB] [PDF 957KB] ( 104 )
1482 魏继红, 王武超, 杨圆圆, 朱峰, 范昊天
重复剪切作用下充填物对结构面力学性质的影响
目前,对于结构面的研究主要包括对剪切曲线形态的描述及结构面粗糙度、组数、充填物等因素对结构面强度参数的影响,一般情况下,这类研究的基础是结构面经受静荷载的作用。实际上,结构面也很容易遭受地震、水位升降、爆破等动力荷载的反复剪切作用,但是,至今对反复剪切作用下结构面力学特性的研究较少或缺乏系统性。笔者在室内直剪试验的基础上,研究了重复剪切作用下充填物对结构面变形和强度的影响。采用钢制模具和混凝土材料预制4种起伏角度结构面,在1.56MPa法向应力和两种充填状态下进行多次直剪试验,分析每次剪切过程中的切向应力和法向位移随切向位移的变化。通过对切向应力和法向位移随切向位移变化曲线分析可知,初次剪切时,起伏角度越大,结构面剪切破坏方式容易从滑移破坏过渡为剪断破坏;第二次剪切开始,无论起伏角度如何,结构面的剪切破坏方式基本上都转变为滑移破坏;充填物的存在基本不会改变结构面的剪切破坏方式,但会使剪切过程中结构面的爬坡效应增强,使结构面被剪断或磨损的作用减弱,峰值法向位移增大。
2017 Vol. 25 (6): 1482-1490 [摘要] ( 218 ) [HTML KB] [PDF 1962KB] ( 102 )
地质灾害与斜坡稳定性
1491 黄勋, 唐川
强震区侵蚀-溃决型泥石流的动力特性定量分析
强震作用导致流域内松散物源、微地貌及水文环境发生剧烈变化,致使强震区泥石流的形成机制和活动规律区别于普通泥石流。从启动判别、沟床侵蚀和溃决放大效应等3个方面入手,利用物理模型和数值模拟,定量分析了强震区泥石流启动-流通-堆积全过程的动力特性。结合案例验证了强震侵蚀-溃决型泥石流的力学机制。分析表明,泥石流沟床侵蚀是外部应力增加、内部强度衰减和松散物质基础3种机制的综合结果,沟道堰塞体溃决导致泥石流流量被瞬间放大,进而反馈到侵蚀机制中,导致泥石流规模剧增。红椿沟8 ·14泥石流案例验算显示,H02、H03堰塞体溃决导致泥石流流量放大至800.80m3 ·s-1,沟床侵蚀物质总量达34.72×104m3,约占总规模的50%。
2017 Vol. 25 (6): 1491-1500 [摘要] ( 214 ) [HTML KB] [PDF 3450KB] ( 95 )
1501 王飞, 唐辉明
雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制与演化
以甲西倾倒体为典型实例,从赋存环境、发育特征、形成条件等基础层面上分析雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制及演化过程。研究表明:区内大型倾倒体是斜坡岩体在叠加有残余构造应力的自重应力场中长期演化的产物,软硬相间的岩性组合、陡倾内的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是斜坡发生倾倒变形的控制性因素;斜坡倾倒是受节理面和层面控制的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;受河谷演化控制,斜坡变形破坏主要经历了4个演化阶段:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。该滑动面受倾向坡外破裂面控制,而并非沿最大弯折带发育。
2017 Vol. 25 (6): 1501-1508 [摘要] ( 207 ) [HTML KB] [PDF 5919KB] ( 142 )
1509 王畯才, 卢坤林, 朱大勇
基于室内模型试验的滑坡碎屑流堆积分布规律研究
本文利用室内物理模型试验,模拟了特定条件下滑坡碎屑流的滑动和堆积过程。获取了滑坡碎屑流堆积物的位置分布,并对其规律进行了分析,且在此基础之上对滑坡碎屑流运动机制进行了简单的分析。结果表明:碎屑流颗粒在滑坡发生后的最终位置分布兼具随机性和规律性;关于坡面中轴对称分布的碎屑流颗粒在滑坡后依然对称分布;堆积体中沿滑坡方向连续分布的颗粒在滑坡结束后最终位置分布在一定程度上并不连续;颗粒滑后位置分布受其滑前在颗粒整体中所处的位置影响较大;在沿坡面下滑过程中,碎屑流颗粒堆积体会发生内部的整体滚动。研究结果为滑坡-碎屑流运动机制的理论研究和复原滑坡初始状态提供了可靠的数据参考。
2017 Vol. 25 (6): 1509-1517 [摘要] ( 186 ) [HTML KB] [PDF 7357KB] ( 102 )
1518 魏婷婷, 范文, 于宁宇
基于典型剖面分析的区域斜坡稳定性分区方法
为了研究大范围内区域斜坡的稳定性,本文提出了一套基于典型剖面分析的区域斜坡稳定性分区方法。首先,在ArcGIS水文分析的基础上划分斜坡单元;其次,利用MATLAB开发程序,完成斜坡单元的剖分、典型剖面的搜索和提取工作;再次,利用MATLAB动态生成FLAC2D命令流文件,自动计算得到区域斜坡稳定性系数的分布;最后,基于定量计算在ArcGIS中对区域斜坡进行稳定性分区评价。本文选取陕西耀县幅1:5万环境地质调查区内黄土斜坡较发育段作为研究对象,对本方法进行验证。计算结果:(1)研究区域划分为不稳定区、基本稳定区和稳定区3个区;(2)整个方法体系采取智能化的设计理念,各计算步骤之间自动调用执行,程序衔接良好;(3)将GIS分析与外部计算相结合,实现单个斜坡的稳定性计算到区域的推广。
2017 Vol. 25 (6): 1518-1526 [摘要] ( 197 ) [HTML KB] [PDF 7045KB] ( 128 )
1527 罗刚, 胡卸文, 付建康, 马洪生, 尹丕华
高速岩质滑坡碰撞碎裂机理物理实验研究
大型高速岩质滑坡的碰撞碎裂解体对其运动特性有显著控制效应,进而影响堆积体的地质结构和稳定性。本文以唐家山高速滑坡为研究对象,基于地质分析原理,解译了滑体碰撞碎裂过程和特征。通过岩石坠落碰撞试验,量化了碎屑物粒径,岩块质量损失与碰撞速度的关系,得出碰撞速度增加会使碰撞块体质量损失增大,碎裂物粒径更小,从而降低滑体摩擦系数。开展碰撞前后岩块的岩石常规力学实验,发现碰撞后岩石的力学参数指标会降低。最后借助岩石滑槽碰撞模型试验,获取岩块撞击方式和撞击速度等对滑距和堆积形态的控制效应。研究可为高速岩石滑坡成灾范围的预测提供借鉴。
2017 Vol. 25 (6): 1527-1536 [摘要] ( 192 ) [HTML KB] [PDF 5980KB] ( 117 )
1537 梁敬轩, 胡卸文, 许晓君
基于不同地质要素土质边坡的地震变形破坏颗粒流模拟
为探讨地震作用下松散堆积体边坡的变形破坏特征,采用颗粒流模拟程序(PFC2D)输入水平向汶川地震波,对不同坡度及不同细观参数的土质边坡进行动力作用下变形破坏的全过程模拟。研究表明,相同地震力作用下坡度主要影响土质边坡的破坏范围,边坡越陡,破坏深度越大,破坏边界越靠后;而细观参数则影响边坡的破坏形式,黏性土边坡的滑体保持了较好的整体性,滑面呈弧形;而砂性土边坡的破坏具有流变性且滑面呈上陡下缓的折线形。
2017 Vol. 25 (6): 1537-1546 [摘要] ( 188 ) [HTML KB] [PDF 11035KB] ( 99 )
1547 蒋树, 王义锋, 唐川, 潘洪月, 王坤
金沙江下游金坪子Ⅱ区低速滑坡活动机理初探
金坪子滑坡是金沙江下游乌东德水电站下游方向距离大坝最近的一处巨型深厚崩坡积碎屑土古滑坡,以Ⅱ区活动部分为研究对象,在大量勘察试验成果以及长达11a的精确监测基础上,分析滑坡岩土体的物理力学性质以及滑坡的长期动态特征,特别是滑坡与降雨和地下水的动态响应关系,并基于Green-Ampt降雨入渗模型研究了降雨直接入渗补给地下水的可能性,利用极限平衡法探讨了理想刚塑性条件下该滑坡所受力的平衡关系,进而分析滑坡的活动机理。研究结果表明,滑坡的长期持续活动是滑带土黏性流变特征的表现,地表和深部位移均表现为牵引活动模式,地表自2005~2016年的平均位移速率为0.19~0.87mm ·d-1,深部以基底滑动为主,不同部位具有不同程度的内部变形。降雨是影响滑坡动态的最主要因素,在理想情况下,降雨很难直接入渗补给滑区地下水,地下水动态变化缓慢,与滑坡活动有一定正相关关系,但作用并不显著。与一些动态特征直接受地下水位影响的浅层低速滑坡不同,金坪子Ⅱ区的活动机理更可能是降雨在滑坡上部一定深度范围内形成暂态饱和区,滑体容重和渗透作用的变化影响了滑坡的动态。
2017 Vol. 25 (6): 1547-1556 [摘要] ( 202 ) [HTML KB] [PDF 5828KB] ( 103 )
地质工程实践
1557 兰恒星, 伍宇明, 李全文, 陈俊辉, 赵晓霞
龙马溪组页岩三维缝网重构及分形分析
传统上研究含气页岩宏观缝网特征的方法多是基于小样品开展,通过观察小样品的裂缝展布特征来了解页岩的裂缝发育的宏观特性。但是这类方法因尺度过小,缺乏代表性,不能获取连续面上的裂缝特征,难以分析裂缝发育和地应力方向之间的关系。为获取更详细的大尺度含气页岩的宏观裂缝特征,本文从重庆市涪陵地区石柱县采样获取2m×3m×0.7m完整大尺度岩块,并采用有序标号切割来获取30cm3规格岩样,在此基础上提取小岩样的表面裂缝并按照大尺度岩样切割的相对顺序构建三维裂缝网络。分析观测大尺度的三维裂缝网络可以发现,含气页岩的裂缝分布具有明显的规律性:水平主应力方向上的裂缝发育度普遍高于最小水平主应力方向;垂直方向上的裂缝与最小水平主应力的夹角为-62°。分维研究表明所有不同面上的裂缝均符合分维特性,说明小尺度裂缝特征和大尺度裂缝特征具有相似的规律性。此外,研究还表明最大水平主应力上的裂缝密度和分形维数最大,缝网结构最为复杂,最小水平主应力方向缝网结构次之,垂直主应力方向的裂缝结构最为简单;水平应力方向上主要以层理裂缝为主,垂直方向上以剪切缝为主,且与最小水平主应力的夹角为-62°。在掌握宏观裂缝分布特征基础上,研究可为页岩显微观测实验提供相应的理论依据。
2017 Vol. 25 (6): 1557-1565 [摘要] ( 200 ) [HTML KB] [PDF 4670KB] ( 94 )
1566 朱超祁, 周蕾, 张红, 程升, 焦欣然, 姜君, 申志聪, 贾永刚
南海北陆架坡表面沉积物的物理力学性质初探
南海北部陆坡工程地质环境复杂,并分布有大量油气资源,对该区海底沉积物的物理力学性质的研究是不可缺少的研究工作。本文利用2015年6月于"实验3"号科考船南海北部航次获得的箱式样和柱状样样品,在室内进行了含水率、天然密度、比重、微型扭力十字板以及微型贯入试验和压缩试验,获得了该处沉积物的粒度分布特征及物理力学性质参数。研究表明,南海北陆坡架表层沉积物类型以粉砂质黏土和黏土质粉砂为主,具有较高的含水率和较低的湿密度,抗剪强度、贯入阻力、压缩性等力学性质较差。沉积物的各项土工参数随深度呈现一定规律性的变化,且沉积环境、粒度成分和沉积年代等因素对其存在一定影响。
2017 Vol. 25 (6): 1566-1573 [摘要] ( 188 ) [HTML KB] [PDF 3486KB] ( 74 )
1574 黄明, 张冰淇, 陈福全, 黄治璟, 张旭东
串珠状溶洞地层中桩基荷载传递特征的数值计算
桩基下穿串珠状溶洞时的承载性状极其复杂,分析桩基荷载传递与溶洞稳定性的耦合响应特征具有重要意义。建立地质模型上述问题进行数值计算,主要得到以下结论:受桩侧荷载传递作用,顶板厚度与溶洞跨度之比小于某一数值时岩层将产生冲切破坏,比例相对较大时剪应力将集中分布并发生冲剪破坏;溶洞的存在使桩侧阻力分布存在多个极值点,其数量与上覆岩层厚度、溶洞数量及底板岩层厚度等相关;溶洞顶板临空面处侧阻力存在迅速衰减段,其范围受卸荷岩层厚度及岩层竖向位移影响较大,当外荷载增大到一定数值以后该区域侧阻力变化较小;中夹岩层处侧阻力极大值位于岩层中部,且随层厚的增大而减小,厚度较小时侧阻力呈等腰三角形对称分布,厚度较大时呈阶梯型分布,厚度越大阶梯跨度越大,分布越均匀;中夹岩层侧阻力分布受桩长变化影响较小,但下部底板侧阻力分布受桩长及外荷载影响较大;中夹岩层的荷载-位移曲线(Q-S')呈抛物线型变化,存在明显的屈服拐点,层厚越大竖向位移越小,相同外荷载作用下桩越长其位移越大;桩径越大,Q-S'曲线拐点对应外荷载越大,对应中夹岩层位移越大,但桩径超过某一值后影响程度逐渐变小。
2017 Vol. 25 (6): 1574-1582 [摘要] ( 174 ) [HTML KB] [PDF 3899KB] ( 64 )
1583 蒲建军, 梁庆国, 刘璐, 刘贵应
桩及桩板墙加固路基边坡的对比室内模型试验研究
设计了尺寸相似比为1:25的室内试验模型,对两组不同支护方式下预设滑面的边坡模型进行逐级水平推移式加载,对比分析了在横向荷载作用下抗滑桩及桩板式挡墙(后置式挡土板)两种支护结构的受力及变形特点(考虑深层滑坡)。研究发现:边坡-支护结构系统的破坏明显分为3个阶段,即滑体土压密阶段、支护结构主要变形阶段及支护结构失效阶段;距桩顶14cm的同一水平位置桩后土压力传递效率较低,与距加载板位置远近成反比,呈指数变化规律;抗滑桩仍是两种支护结构的主要受力构件,挡土板延长了模型破坏的主要变形阶段,加固效果显著;桩板支护结构较抗滑桩支护多承受一级荷载(0.5kN),承载力提高了14.29%;挡土板优化了桩后土压力的分布形式,使作用在整个桩背侧土压力合力的作用点更靠近锚固端,有利于抵抗桩身的挠曲变形。本研究可为这两种边坡支护结构形式的选择提供参考。
2017 Vol. 25 (6): 1583-1592 [摘要] ( 175 ) [HTML KB] [PDF 6029KB] ( 66 )
1593 陈林靖, 郑俊, 余其凤
坡顶面复合荷载刚性短桩工程设计要素分析
位于斜坡顶面的复合受荷桩,除受水平及竖向荷载共同作用产生的交叉影响外,还需考虑边坡效应,其承载力特性存在多种影响因素相互交叉作用,复杂程度远高于水平地面受荷桩。本文采用三维有限元软件对坡顶复合受荷桩进行多方面的数值模拟分析,研究发现同级荷载下随复合荷载加载角度增加其极限承载力呈先减小后增大的规律;竖向荷载对桩身水平位移的影响大于其对内力的影响;桩周均布土压力增大将使得桩身位移及内力随之增大;随临坡距增加边坡的影响作用将减小。
2017 Vol. 25 (6): 1593-1602 [摘要] ( 182 ) [HTML KB] [PDF 4338KB] ( 65 )
1603 杨岩, 刘松玉, 蔡国军, 彭鹏, 郑金伙, 江涛
球型全流触探仪的机理研究及工程应用综述
近年来,随着全球海洋开发战略的逐步开展,越来越多的工程建设和试验研究将在海洋中进行,为了掌握海底的土体环境,静力触探(CPT)技术在国内外海洋工程领域中的运用变得更加重要。本文根据国内外大量文献中相关海洋原位测试技术的报道,对海洋静力触探的国内外发展历程进行总结,重点阐述和研究了一种适用于海底淤泥质土的球型全流触探仪。分析结果表明,球型全流触探仪在海洋岩土工程勘察中具有很好的应用前景,且集测量数据精确可靠、试验方法多样化、理论解析丰富全面等优点于一身;利用球型全流触探仪能够有效避免较大的实测数据修正,贯入机理清晰严谨,开展循环贯入试验可以评价土的重塑特性,变速率贯入试验在评价应变速率和现场土体强度以及测试中土体固结状态之间的关系上具有优势;结合现场试验,对比分析传统CPT和球型全流触探仪的试验结果,并考虑海底软土的性质,摸索出一种可停靠球型探头新形式。
2017 Vol. 25 (6): 1603-1609 [摘要] ( 184 ) [HTML KB] [PDF 1866KB] ( 69 )
1610 苗鹏勇, 王宝军, 施斌, 曾绍洪, 孟志浩
分布式光纤桩基检测数据智能化处理方案的研究与应用
分布式光纤桩基检测时会产生大量的检测数据,对这些数据快速、准确的处理已成为当前分布式光纤桩基检测一个急需解决的问题,但是当前还没有专门的分布式光纤数据处理软件。介绍了桩基检测时,光纤的埋设工艺及数据处理面临的关键问题。根据感测光纤埋设特点以及后期数据处理过程中的关键步骤,提出了一个检测数据智能化处理的方案;并根据该方案用计算机语言编程生成了可独立运行的分布式光纤数据处理系统(Distributed optical fiber data processing system,简称DOFDPS);最后用工程实测数据对该软件的实际应用效果进行了验证。结果表明:该应用程序操作简单,能够对数据进行快速、准确、智能化的处理;处理结果能够真实反映实际情况,可以满足桩基检测数据处理的要求,可在分布式光纤桩基检测的数据处理中推广应用。
2017 Vol. 25 (6): 1610-1616 [摘要] ( 193 ) [HTML KB] [PDF 2130KB] ( 74 )
1617 孟祥连, 赵晓彦, 范智浩, 张士强, 齐磊
昆明泥炭质土地铁盾构等代层压缩模量试验研究
在城市地铁盾构施工过程中,地表沉降是重要的工程问题之一,不但影响地铁隧道的安全建设,更直接关系到周边紧临建筑物的正常运营。等代层压缩模量是控制地表沉降的关键参数,特别是软弱土层中的地铁盾构。等代层注浆材料与土体的混合比例关系、注浆后的养护时间是直接影响其压缩模量的重要因素。本文依托昆明地铁3号线石咀段泥炭质土层盾构工程,进行注浆材料与泥炭质土的不同比例关系及不同养护时间条件下的压缩模量试验研究。探索泥炭质土层中盾构等代层中浆体与土体的合理比例关系,并提出注浆后何时能达到预期的等代层压缩模量,为泥炭质土地区地铁盾构施工提供参考。
2017 Vol. 25 (6): 1617-1623 [摘要] ( 173 ) [HTML KB] [PDF 2333KB] ( 76 )
1624 孟振江, 彭建兵, 黄强兵, 郭瑞, 宋彦辉, 黄树华
基于断裂错动引起地铁隧道的变形响应研究
以西安地铁隧道穿越骊山山前断裂为研究原型,分析了该断裂的活动特征,并基于近场区地震危险性分析结果,对断裂黏滑活动可能产生的地表最大垂直位错量进行了预测;运用数值模拟方法,研究了断裂错动造成地层与隧道的变形响应特征,并对分段隧道结构受损的临界位错量值进行了分析验证;计算了断裂活动的影响范围,确定了地铁隧道穿越断裂带的主要设防区域。研究结果表明,随着断裂位错量的增大,上盘地层的沉降响应表现较明显,上下盘地层的差异沉降区域集中在断裂带附近,并呈"倒三角"形状逐渐向两侧扩展;当断裂位错量大于20cm时,上下盘远离断裂带的地铁隧道差异沉降尤为严重;当上盘沉降量达到50cm时,相邻分段隧道产生拉张、位错破坏;基于隧道拱顶处地层的竖向位移变化特征,得到地铁隧道穿越该断裂带的最小纵向设防长度为上盘40m、下盘15m,经对比验证,数值模拟计算结果与现场勘察结论一致;最后提出了相应的设防建议措施。
2017 Vol. 25 (6): 1624-1632 [摘要] ( 182 ) [HTML KB] [PDF 5018KB] ( 86 )
1633 刘镇, 黎杰明, 杨旭, 陆仪启, 周翠英
考虑邻近土洞影响的盾构掘进速度控制
盾构机穿越邻近土洞区域是在岩溶区修建的地铁隧道常常遇到的问题,为降低盾构掘进对土洞的扰动,以防止盾构突陷、偏离轴线或发生地面塌陷,需对穿越时盾构的掘进参数进行优化控制。针对当前主要根据经验选取掘进参数的不足,根据弹性力学Mindlin解建立了盾构穿越邻近土洞的力学模型,在此基础上,以掘进速度为控制变量,以掘进引起土洞顶部能量密度变化为指标函数,提出了穿越时的掘进速度最优控制问题,并利用梯度法进行了数值求解,最后将该方法运用于广州地铁九号线花-马区间盾构穿越邻近土洞问题的分析中。结果表明:该模型能有效反映盾构掘进时正面推力对土洞顶部的扰动;在该模型上建立的掘进速度最优控制问题,能对掘进速度的控制策略进行优化,优化结果与工程经验相符,具有一定工程应用价值。
2017 Vol. 25 (6): 1633-1639 [摘要] ( 175 ) [HTML KB] [PDF 1477KB] ( 85 )
工程地质学报


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