珊瑚岛礁场地非线性地震反应特征分析

陈国兴1，朱  翔1，赵丁凤1, 刘景儒2

（1. 南京工业大学岩土工程研究所，江苏 南京 210009；2. 海军工程设计研究院，北京 100070）

摘  要：南海珊瑚岛礁的地震安全问题是一个亟需解决的基础性科学问题。以某南海珊瑚岛礁为研究对象，开展了16组饱和珊瑚砂试样的动三轴试验，发现采用修正Matasovic本构模型描述珊瑚砂的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的，并给出了相应的模型参数。详细考虑岛礁场地的工程地质特性和珊瑚砂的动力非线性特性、自由场非均匀网格划分和人工边界条件，尤其强调了土体应力–应变滞回曲线的不规则加卸载准则，建立珊瑚砂岛礁场地的二维非线性地震反应分析模型，分析了珊瑚岛礁场地峰值加速度放大系数的空间变异特征、地表加速度反应谱的谱形与持时特征。结果表明：①峰值加速度随场地高程的增加总体上呈增大的趋势，10 m以浅放大效应显著，灰沙岛和港池区域尤为显著；②基岩输入地震动频谱特性对珊瑚岛礁地表谱加速度的谱形影响显著，地表谱加速度在周期小于0.7 s部分的反应非常显著。③地表地震动持时较之输入地震动持时均有所减小，地形地貌特征对地表地震动持时有一定程度的影响。该研究结果对南海类似珊瑚砂岛礁军事和民事功能设施的抗震分析具有借鉴意义。

关键词：珊瑚岛礁；珊瑚砂动力特性；非线性地震反应；地震动特性 

虑堆石料软化的坝坡随机地震动力稳定分析

孔宪京1，2，庞  锐1，2，徐  斌*1，2，周  扬1，2，邹德高1，2

(1. 大连理工大学建设工程学部水利工程学院，辽宁 大连116024；2. 海岸和近海工程国家重点试验室（大连理工大学），辽宁 大连116024)

摘  要：地震尤其强震作用下，土石坝筑坝堆石料会逐渐呈现出软化特性，影响坝坡安全。为有效评估堆石料软化对坝坡稳定性的影响，结合地震动随机性，考虑不同地震强度水平，提出了基于等价极值分布和广义概率密度演化方法的坝坡安全概率分析方法，并基于坝坡稳定最小安全系数、安全系数超限累积时间、累积滑移量3个物理量，对242 m高的面板堆石坝进行随机动力响应分析和概率可靠度分析。结果表明：地震作用过程中，随着地震强度的增加，考虑软化与不考虑软化的计算结果差别逐渐增大，因为地震作用下，堆石料软化特性逐渐显现；同时，在地震激励下，堆石料软化是一个渐进过程。因此，考虑坝坡堆石料软化，对高土石坝抗震性能分析具有重要的意义。此外，单纯从最小安全系数角度考察土石坝坡稳定性，是不合理的，需要结合安全系数超限累积时间和累积滑移量，全面评估坝坡的安全性。提出的随机概率分析方法，可以对土石坝坡的可靠度给出较为准确的评价。

关键词：高土石坝；堆石料软化；随机地震；坝坡稳定；概率分析

考虑分界面的黏性泥石流下游演进数学模型研究

邓  曌1，陈生水1,2，钟启明1,2

(1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏 南京 210024)

摘  要：基于分界面理论，以泥石流屈服深度对应的面为分界面，将黏性泥石流分为理想流体和Bingham流体，建立了模拟黏性泥石流演进过程的数学模型和相应计算方法。该模型基于泥石流的运动特征，注重不同层间泥石流流速的差异，并可合理反映泥石流运动速度对其演进形态的影响机制；同时，全面考虑了黏性泥石流在演进过程中所呈现的“舌状体”和“龙头”由上向下翻落现象，因此可更准确描述黏性泥石流在演进过程中的运动状态。采用3组模型试验结果对建立的数学模型与计算方法进行了验证，结果表明：模型计算得出的泥石流泛滥范围和最大堆积厚度与模型试验结果误差在±5%以内，验证了模型的合理性。

关键词：Bingham流体；分界面；交替方向隐式法；有限体积法

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

刘新荣1，3，何春梅*1，2，3，刘树林1，3，刘永权1，3，路雨明4，谢应坤5

 （1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 内江师范学院建筑工程学院，四川 内江 641000；3. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室

（重庆大学），重庆 400045；4. 重庆建工第七建筑工程有限责任公司，重庆 400045；5. 重庆市高新工程勘察设计院有限公司，重庆 400045）

摘  要：三峡库区（TGR）自蓄水以来微震活动加剧、强度增大，频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法，对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下：在不断地震作用后，边坡自振频率下降、阻尼比上升，自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大；在不同加载阶段，边坡坡面PGA放大系数不断降低，动力响应呈现减弱趋势；弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域；边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程，上部软、硬层滑落后，剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏；UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加，稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。 

关键词：频发微震；顺倾软硬互层边坡；振动台试验；UDEC离散元模拟；动力稳定性

适于不同深度土层液化的剪切波速判别公式

孙  锐，袁晓铭*

(中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080)

摘  要：剪切波速测试是工程上常用的现场技术，正逐步成为液化判别方法的基本指标之一。利用早期的Andrus数据库对中国《岩土工程勘察规范》方法和Andrus方法进行检验，发现了二者存在的问题。提出了双曲线形式的剪切波速判别模型和公式。采用新的Kayen数据库对三者进行了对比检验，并讨论了提高判别精度的可能性和方式。结果表明：中国现行的《岩土工程勘察规范》中剪切波速判别液化方法，无论对浅层还是深层土，判别结果均严重保守，甚至会把十分密实的砂土判成液化，十分不合理；国际上应用广泛的Andrus方法对浅层土判别结果过于保守，对深层土判别成功率可以接受，但其临界剪切波速曲线在深处存在回弯的不合理现象；所提出的双曲线液化判别模型和公式，能够深浅兼顾，无论对浅层还是深层土都能给出较好的判别结果，克服了中国规范方法和Andrus方法的弊端，且形式简单便于工程应用；采用剪切波速进行液化判别时，应采取多次测试，以降低数据离散性，提高判别的准确性。

关键词：液化；剪切波速；判别；深层土

数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟研究

刘东海，陈  辉

(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300354)

摘  要：为考虑实际施工质量对堆石坝结构性态的影响，提出了数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟分析方法。首先，基于数字化施工技术估计得到了大坝任意位置处的坝料压实质量。其次，通过室内试验，建立了坝料压实质量与力学模型参数的回归关系模型，从而实现大坝任意位置处模型参数的空间估计。在此基础上，通过程序开发，实现了任意单元计算模型参数的精细赋值。最后，采用精细有限元模型实现了高心墙堆石坝应力变形的数值模拟，并采用精细扩展有限元模型实现了心墙蓄水期可能水力劈裂的预测模拟。计算结果显示该方法可以更好地反映大坝施工过程的变形情况，提高了计算的准确性。该方法充分考虑了大坝实际施工质量下坝料力学参数在空间上的差异性，克服了传统方法采用同分区相同坝料力学参数而导致的计算精度不足的弊端。

关键词：心墙堆石坝；数字化施工；参数空间估计；精细模拟；扩展有限元；心墙劈裂

基于二阶锥规划理论的有限元强度折减法及应用

王冬勇，陈  曦*，吕彦楠，任晋岚

(北京交通大学土木与建筑工程学院，北京 100044)

摘  要：针对岩土体稳定性问题，常用的方法有极限平衡法和有限元强度折减法等。传统的有限元强度折减法通常需设置很大的最大允许非线性迭代次数（如200或500），计算耗时严重，此外，采用的平衡迭代和应力积分算法可能导致岩土体塑性区计算不够准确，进而影响稳定性分析结果。提出一种二阶锥规划有限元强度折减法，该方法基于Hellinger–Reissner混合变分原理和有限元法，将岩土体弹塑性问题构造成基于有限元框架的二阶锥规划问题，结合强度折减技术来分析岩土体稳定性。将该新方法应用于平面应变岩土体稳定性分析，结果表明：与传统的有限元强度折减法相比，新方法结果可靠，但其计算效率更高，所获得的塑性区更加平滑。

关键词：岩土体稳定性；二阶锥规划；强度折减技术；剪胀性；塑性区

基于岩碴粒径分布规律的TBM破岩效率分析

闫长斌1，姜晓迪1，刘章恒1，杨继华2，苗  栋2

(1. 郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450003；2. 黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003)

摘  要：岩碴的形状、大小及其粒径分布规律是综合反映TBM破岩效率的重要指标，也是TBM掘进参数与岩石性质的重要联系。根据盘形滚刀破岩机制，对TBM掘进岩碴进行了现场量测和筛分试验，获得了TBM岩碴尺寸特征和粒径分布规律。在此基础上，对实测岩碴尺寸和粒径分布数据进行了统计分析和理论分布函数拟合。分析了粗糙度指数与岩石强度、岩石耐磨性的关系，探讨了不同围岩等级下粗糙度指数随掘进推力的变化规律。研究结果表明：①片状岩碴的长轴与短轴之比约为1.5，而长轴与厚度之比则差别较大，其长轴、短轴和厚度均服从正态分布；②不同岩性条件下岩碴粒径分布均符合Rosin–Rammler函数分布；③岩碴粗糙度指数越大，TBM破岩效率越高；硬岩条件下岩碴粗糙度指数随单轴饱和抗压强度增大而减小，而中硬—软岩条件下则相反；④无论是软岩还是硬岩，岩碴粗糙度指数随岩石耐磨性增大而减小，岩石耐磨性越强，TBM破岩效率越低；⑤TBM破岩效率与围岩等级密切相关，可根据现场实测岩碴粒径分布规律，确定Ⅱ级和Ⅲ级围岩条件下TBM破岩效率最佳时的掘进推力区间。

关键词：TBM施工；岩碴；尺寸特征；粒径分布；Rosin-Rammler函数；粗糙度指数；破岩效率；掘进推力

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅱ：模型试验

涂兵雄1，俞  缙1，何锦芳1，程  强2，许国平3，贾金青4

(1. 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心，福建 厦门 361021； 2. 厦门源昌城建集团有限公司，福建 厦门 361004；

3. 福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建 福州 350025； 4. 大连理工大学 土木工程学院，辽宁 大连 116024)

摘  要：针对传统拉力型和压力型锚杆存在受力集中、锚固体与岩土体界面黏结强度发挥不充分、抗拔承载力偏低的问题，研发了一种新型拉压复合型锚杆。通过对传统锚杆及拉压复合型锚杆开展模型试验，对比研究了不同锚杆的极限抗拔承载力及其锚固性能。结果表明：拉压复合型锚杆极限抗拔承载力比传统拉力型锚杆大幅提高，拉压长度比为1∶2和2∶1时，分别提高79%和161%，且具有更好的位移延性和抗变形能力；拉压复合型锚杆峰后残余抗拔承载力显著提高，传统拉力型和压力型锚杆稳定残峰比最大值均不超过0.40，锚头相对拔出变形ξs=2.5%时，残峰比平均值分别为0.292和0.259；TC360-12锚杆和TC360-21锚杆稳定残峰比最小值分别不低于0.45和0.60，ξs=2.5%时，残峰比平均值分别为0.545和0.790；拉压长度比为2∶1的拉压复合型锚杆即将破坏时，受拉锚固段和承压锚固段协同承载能力更强，界面黏结强度得到充分发挥，锚杆极限抗拔承载力更高。

关键词：拉压复合型锚杆；模型试验；极限抗拔承载力；荷载位移曲线

土体劈裂注浆过程的数值模拟及浆脉形态影响因素分析

程少振1，2，陈铁林*1，2，郭玮卿3，张  玉1，2

(1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室，北京 100044；2. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044；

3. 广州地铁设计研究院有限公司，广东 广州 510000)

摘  要：针对现有数值方法对土体劈裂注浆中裂缝产生和扩展过程模拟困难的现状，采用自主研发的基于有限元与流体体积函数的数值方法对劈裂注浆过程进行了模拟研究，再现了土体劈裂注浆过程中裂缝的产生以及浆脉扩展过程。数值模拟获得的劈裂注浆浆脉扩展过程与已有理论分析及试验所得规律基本一致，表明采用该方法模拟土体劈裂注浆问题是可行的。在此基础上分析了注浆深度和土体模量两个因素对浆脉形态的影响规律。结果表明：数值模拟可以呈现劈裂注浆过程的几个阶段，包含“浆泡”挤密、初始竖向劈裂、斜向二次劈裂等阶段；在二次劈裂发生之前的挤密阶段和竖向浆脉扩展阶段，地层竖向位移增加较小，而二次劈裂之后的斜向浆脉的产生和扩展是地层竖向位移增加的主要阶段；随着注浆深度的增加浆脉的分支越来越少而且方向性更加明显，浆脉宽度也越来越小；随着土体模量的增大，注浆孔周边“浆泡”体积减小，浆脉的宽度逐渐变窄。工程实例的模拟表明，该数值模型能很好的反映工程现象，对工程实践具有一定的指导意义。

关键词：劈裂注浆；扩展过程；数值模拟；浆脉形态；影响因素

FRPFP模型滑坡监测预警关联规则挖掘分析

——以三峡库区江津到奉节段为例

赵久彬1，2，刘元雪1，2，刘  娜3，胡  明1，2

(1. 陆军勤务学院军事设施系,重庆 401311；2. 岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室，重庆 401311；3. 重庆市地质矿产测试中心，重庆 400042)

摘  要：采用传统的关联规则用于岩土工程监测预警领域的知识发现，在数据庞大情形下单机机器学习实时性差，无法获得多因素综合作用的规则。由于未对前后部项进行约束，得到的关联规则冗余度高，含有大量不符因果逻辑的规则。基于此，提出一种前后部项约束关联规则并行化FRPFP (fore-part and rear-part parallel FP-growth)算法，并在大数据分布式处理平台Spark下进行实现。通过对三峡库区奉节至江津库段滑坡的孕灾因子统计分类，采用7个滑坡发育基础因子和4个滑坡诱导因子作为前部集合，滑坡前缘、中部、后缘监测点位移参数为后部集合，采集研究区25个滑坡11年监测数据。以FRPFP算法为模型架构基于关联规则的滑坡监测预警大数据系统，设计区域滑坡危险性规则挖掘、典型滑坡危险性规则挖掘、滑坡发生原因分析挖掘3个功能，用于库岸滑坡稳定性预测和分析，为认清库岸滑坡的破坏机制和提升其预报水平提供新的思路。

关键词：FRPFP模型；关联规则；Spark平台；滑坡监测预警；三峡库区

基于静力触探试验的基坑开挖卸荷单桩水平承载力

损失预测研究

童立元1，2，李洪江*1，2，刘松玉1，2，杨  涛1，2

(1. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 210096；2. 东南大学江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室，江苏 南京 210096)

摘  要：选取典型成层地基场地并设计试坑开挖卸荷试验，开展了基于静力触探（CPT）测试的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失程度预测研究。通过在试坑开挖卸荷前后进行CPT原位测试，得到了试坑开挖卸荷前后的CPT贯入锥尖参数变化规律。进而基于CPT测试p–y模型研究了基坑开挖卸荷前后邻近既有单桩的水平承载力损失及桩身弯矩分布特征。分别考察了基坑开挖卸荷后邻近桩基试桩加载模式下的残余水平承载力和桩顶加载联合土体位移共同作用下的卸荷桩基水平承载特性。研究表明，依据真实卸荷土体CPT参数更能准确预测桩基水平承载力损失程度及损失特征，卸荷桩设计阶段须同时考虑卸荷桩较自由场地桩基的水平承载力损失及土体运动位移对桩基水平承载的影响。以上研究为合理确定基坑开挖引起的既有桩基水平承载力损失提供了一种技术思路，同时对卸荷桩水平承载性能评价具有参考意义。

关键词：静力触探；桩基；开挖卸荷；水平承载力；p–y曲线

逆断层附近非均匀应力场声发射测试与巷道稳定性

数值分析

彭  瑞1，欧阳振华1，孟祥瑞2，赵光明2，赵启峰1，石建军1，冯吉成1

（1. 华北科技学院安全工程学院，北京 101601；2. 安徽理工大学能源与安全学院，安徽 淮南 232001）

摘  要：由于断层带附近应力集中和围岩破碎严重给巷道断面布设和维护带来巨大安全隐患，需及时掌握断层附近地应力分布和围岩破裂形式及其对周边巷道稳定性影响。选取淮南某矿逆断层上、下盘进行试验，利用MTS试验系统配合声发射测试初始地应力场和岩石破裂方式，经ANSYS对比分析不同应力条件下逆断层附近巷道稳定性。经岩石力学试验发现，砂岩破坏后尺度较小、AE事件数较多，泥岩破坏后尺度较大、AE事件数较少。由地应力实测可知，逆断层附近以构造应力为主，上盘岩层挤压使得下盘总体受力偏大。开挖后巷道周边次生应力在一定范围内出现了应力跌落区，跌落区范围和围岩裂隙发育范围接近。同时，伴随着应力跌落的范围扩大、初始应力减小，岩层开始移动剧烈和围岩破裂范围扩大。由围岩塑性分布和岩层移动可知，调整后主应力有助于提高巷道稳定性。以上研究结果，以期为复杂埋藏环境下矿山巷道的布设和支护问题，提供一定的施工技术依据。 

关键词：逆断层；巷道；声发射；地应力；数值模拟

基于变形控制标准的高土石坝地震可靠度分析

吕小龙1，2，迟世春*1，2 

(1. 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024；2. 大连理工大学工程抗震研究所，建设工程学部水利工程学院，辽宁 大连 116024)

摘  要：基于可靠度分析的设计方法是科学定量地研究和保证岩土工程安全性的重要手段之一。通过定量考察土石坝工程中的不确定性因素，综合评估地震失效概率，可为高土石坝抗震设计和风险评估提供参考。以坝顶震陷率作为地震安全控制指标，提出了同时考虑地震和筑坝料参数不确定性的高土石坝地震可靠度分析方法。首先，采用地震烈度作为地震危险性的宏观衡量尺度，通过引入地震烈度概率模型，将基于概率烈度的地震动峰值作为地震强度因子，调整规范谱人工地震波的幅值进行动力有限元计算。然后，采用适用于处理小样本和非线性问题的高斯过程响应面法，建立筑坝料参数与坝顶震陷率之间的非线性映射关系，结合蒙特卡罗法计算高土石坝地震失效概率。最后，以紫坪铺面板堆石坝为例，应用该方法考察了设计基准期内的地震失效概率。

关键词：土石坝；地震可靠度；高斯过程响应面；紫坪铺面板堆石坝

碎屑流冲击柔性网的离散元仿真研究

肖思友1，2，3，苏立君*1，2，3，4，姜元俊1，2，3

(1. 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，四川 成都 610041；2. 中国科学院成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041；

3. 中国科学院大学，北京 100049；4. 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心，北京 100101)

摘  要：柔性网和碎屑流相互作用包括碎屑流散体运动冲击和柔性网连续大变形两个复杂的力学过程。由于目前柔性网和碎屑流相互作用的力学理论计算方法尚不成熟，为此提出一种利用Hertz–Mindlin黏结接触模型模拟柔性结构，利用无滑移的Hertz–Mindlin模型模拟碎屑流的离散元仿真方法。选择有横向支撑锚索的沟道碎屑流防护结构进行模拟计算，并定义碎屑流动能变化率Wk和碎屑流死区质量与碎屑流总质量之比Fm来对比碎屑流冲击柔性网和刚性挡墙的动态响应过程。结果表明：与冲击刚性挡墙不同的是，碎屑流冲击柔性网时冲击荷载首先沿坡面方向冲击，使承力锚索在水平方向和竖直方向均产生较大的变形。随后冲击荷载作用方向逐渐转变为以水平冲击为主，使堆积区上部锚索的水平偏移值和碎屑流在水平向的堆积范围增大。利用经验公式求得的作用于刚性挡墙的最大法向冲击合力与数值计算结果较为一致，而利用经验公式求得的作用于柔性网的最大法向冲击合力比数值计算结果大45%以上，因此利用经验公式计算碎屑流作用于柔性网的最大法向冲击力时，需要重新确定动土压力系数CD和弗洛德数Fr之间的关系。

关键词：碎屑流；柔性网；离散元方法；黏结模型；冲击

浅埋地铁隧道施工影响下含空洞地层的变形特征分析

蔡  义1，2，张成平*1，2，闵  博1，2，杨公标1，2

(1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室，北京 100044；2. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)

摘  要：地层空洞的存在使得隧道结构周围的地层环境变得更为复杂，在地铁隧道施工的影响下极易引起地表沉降加剧甚至地表坍塌。针对V级围岩地铁隧道，采用三维模型试验和数值模拟研究了不同位置地层空洞对地表沉降的影响规律以及空洞的变形特征，同时通过修正后的Peck公式对试验结果进行拟合分析。研究结果表明：空洞的存在使得地层损失加剧，地表沉降槽深度和宽度均有所增大，沉降槽曲线整体向空洞一侧偏移，通过修正后的Peck公式能较好地拟合出沉降曲线形态；从地表整体沉降形状上看，空洞上方一定范围内地表沉降较大，地表会出现明显的沉降盆形态；综合考虑空洞对地表沉降槽宽度和深度以及地层损失率的影响，认为空洞位于隧道斜上方是最不利位置，在施工过程中对这一方位地层空洞应重点关注；不同方位空洞的变形模式不同，主要表现为立式椭球体和卧式椭球体等变形模式。

关键词：浅埋地铁隧道；地层空洞；地层变形；数值模拟；模型试验

控制厚度条件下土体干缩开裂的界面摩擦效应

曾  浩，唐朝生*，刘昌黎，林  銮，王东伟，施  斌

（南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210023）

摘  要：土体厚度和界面粗糙度对土体干缩开裂有着重要影响，为了探究土体在不同厚度和界面粗糙度条件下的干缩开裂特性，开展了一系列室内干燥试验。试验中共配置了9组初始饱和的泥浆样，分别设置3种不同的土体厚度和3种不同的界面粗糙度，并在恒温30℃的条件下进行干燥，实时记录试样含水率变化及表面裂隙的演化过程，利用数字图像处理技术，对裂隙网络进行了定量分析，得到不同厚度和不同界面粗糙度条件下土体龟裂的动态发展过程及相关参数。试验结果表明：①界面粗糙度越大，龟裂发育速度越快，然而土体厚度越大，龟裂发育速度越慢，且土体整体收缩效应越明显；②界面粗糙度越大，龟裂发育程度越高，然而增加土体厚度可以削弱界面粗糙度对龟裂发育过程的影响；③土体厚度和界面粗糙度都对土体开裂时的临界含水率有重要影响，且两者对龟裂发育过程的影响具有耦合作用关系。最后，结合土体干燥收缩特性，探讨了上述两种因素对龟裂的影响机理。

关键词：龟裂；土体厚度；界面粗糙度；数字图像处理；定量分析；耦合关系

岩石的损伤、黏结和摩擦特性研究

尤明庆

(河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454003)

摘  要：收集文献上多种完好及损伤后岩石的常规三轴压缩强度，研究材料的损伤、黏结和摩擦特性及其对围压与强度之间关系的影响。围压增大使裂隙的摩擦承载能力增大，若达到附近材料或其他弱面承载能力后则不再直接影响试样的强度；材料局部损伤的影响随着围压增大降低，试样承载的主应力差以指数形式趋于极限，即最大剪切力等于材料的真实黏结力。大理岩塑性变形引起局部剪切屈服，但真实黏结力没有降低；加热600℃足够长时间后造成使晶界完全开裂则引起真实黏结力降低。岩石剪切破坏时强度与围压的关系可用指数准则描述；不过，花岗岩在围压 20 MPa之内可出现沿轴向劈裂破坏而强度随围压线性增加。

关键词：岩石力学；强度准则；损伤；塑性变形；高温烘烤；黏结；摩擦

高心墙堆石坝填筑标准的试验研究

朱  晟1,2，钟春欣1，王  京1,2，何顺宾3

（1. 河海大学水文水资源与水利水电工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210024；2. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210024；

3. 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610081）

摘  要：近期建成的几座高心墙堆石坝的监测资料表明，坝体的分区变形协调性并没有达到设计目标。为此，结合建设中的长河坝300 m级心墙堆石坝，开展了坝壳料的室内和现场大型相对密度试验，得到了相应的相对密度指标，并对各分区的填筑标准进行了讨论。结果表明：①由于级配为较好的分形分布、压实性优良，现场堆石区的填筑平均孔隙率达到19%，优于21%的设计指标，但相对密度仅为0.65；②根据规范要求设计的反滤2区、过渡区和堆石区的填筑相对密度在0.96～0.65之间，其压实程度存在明显差异，不易保证坝体各分区的变形协调；③采用与现场压实功能相匹配的室内相对密度试验技术，可解决高心墙坝的反滤料或面板坝的垫层料相对密度大于1的问题；④高坝堆石体的变形控制设计，需要考虑级配效应的影响，宜采用孔隙率和相对密度双控填筑指标。结论可为高堆石坝的设计与建设提供参考。

关键词：分形理论；堆石坝；填筑标准；孔隙率；相对密度；变形协调

海底滑坡对管线冲击力的数值分析

王忠涛，张  宇，杨  庆，王寒阳

(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116023)

摘  要：输送原油和天然气的海底管线常处于复杂的海洋地质环境，在海底滑坡的冲击下可能发生失稳破坏。以往研究成果多集中讨论海底滑坡对悬跨管线的冲击力，但对置于海床表面的管线受不同角度海底滑坡的冲击作用讨论较少，也未深入讨论悬跨高度对管线受海底滑坡冲击力的影响。基于Herschel–Bulkley模型，采用计算流体动力学CFD法模拟了不同冲击角度下海底滑坡对置于海床表面管线的作用力，对比已有模型试验成果提出了管线纵向和轴向阻力系数的计算公式。按照土力学方法对CFD数值计算结果重新整理，指出土力学和流体力学方法在计算管线受海底滑坡冲击力方面的实质对应关系，并给出管线破坏包络线的解析表达式。随后讨论了悬跨高度对管线受力的影响，最后提出了综合考虑冲击角度和悬跨高度影响的海底滑坡对管线作用力的计算公式。研究成果对海底路由选址和海底管线设计具有一定的应用价值。

关键词：海底管线；海底滑坡；CFD模拟；悬跨高度

基于扫描电镜图像的土体三维视孔隙率定量计算方法

冯怀平 1，2，马德良1，刘启塬1，叶朝良*1，2

(1. 石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043)；2. 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室，河北 石家庄 050043)

摘  要：通过扫描电镜来观察土体微观结构是目前研究微观土力学的重要手段。目前，大部分通过SEM图像反映土体孔隙率的研究多采用二维表观孔隙率定性分析，而此时得到是土体的二维表观孔隙率难以反映土体真实的三维孔隙率。因此，建立一种基于二维扫描图像计算三维孔隙率的计算方法具有重要研究意义。基于SEM电镜扫描图像，利用SEM图像处理软件IPP，变换不同的阈值得到不用阈值下的二维表观孔隙率，并且引入二重积分的思想，提出了一种基于SEM扫描电镜二维图像确定土体三维视孔隙率的计算方法。最后对不同种类的土进行了对比试验验证，结果表明本文提出的计算方法能够较好地反映土体真实的三维孔隙率。

关键词：扫描电镜；三维视孔隙率；IPP

特征应力空间中土的分数阶临界状态模型

梁靖宇，杜修力*，路德春，韩佳月

（北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京 100124）

摘  要：分数阶微分具有连续描述零阶微分到一阶微分的特性，曲线的分数阶梯度方向不再与曲线切线垂直。分数阶微分的梯度非正交性质，可用于描述土的塑性流动方向与屈服面非正交的特性。基于特征应力与临界状态理论，在特征应力空间中利用非正交流动法则描述土的塑性应变增量方向，从而建立土的分数阶临界状态本构模型。所建立的模型首次将分数阶微分与特征应力统一于临界状态理论框架内，一方面模型可以同时描述三轴压缩和三轴伸长试验条件下土的变形和强度特性，另一方面也给出了利用三轴试验确定分数阶阶次的方法。所建立的本构模型只有5个材料参数，参数物理意义清晰，可通过常规室内土工试验确定，且模型可退化为修正剑桥模型。通过对典型应力路径条件下的试验结果进行预测表明，所建的模型能够合理地描述土的变形与强度特性。

关键词：土；本构模型；分数阶微积分；特征应力；临界状态理论

火山灰改良粗粒硫酸盐渍土路基填料及其作用机理研究

张莎莎1，谢山杰2，1，杨晓华1，陈伟志3

(1. 长安大学公路学院，陕西 西安 710064；2. 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063；

3. 中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

摘  要：针对硫酸钠含量为2%的砾砂类硫酸盐渍土，开展了在不同石灰配比、石灰+火山灰配比工况下的击实试验、盐胀试验、溶陷试验、无侧限抗压强度试验，在此基础上，分析了其改良机理和微观特性，结果表明：掺加石灰或石灰+火山灰改良剂不仅可以有效减少砾砂类硫酸盐渍土的盐胀量，而且可以降低盐胀敏感温度区间；在采用无机改良剂改善硫酸盐渍土的盐胀变形时，应结合当地气候条件考虑，在温度较高地区可以适当减少改良剂掺量，温度较低时，适当增加改良剂掺量；相比于石灰改良土，掺加火山灰后，土样的压密阶段缩短，弹性阶段增长，土样达到强度极限时产生的应变减小，土体的结构性变强，抗变形性能增强；添加火山灰对于此类盐渍土的强度增长速率亦有加速作用；采用石灰掺量高于11%时或采用石灰+火山灰不少于15%时，改良后土体的盐胀和溶陷变形率均小于1%，7 d饱和无侧限抗压强度均不小于0.35 MPa。

关键词：高速铁路；路基工程；硫酸盐渍土；火山灰；粗粒土

氯化钠溶液饱和不同初始含水率膨润土的膨胀特性

于海浩1，2，孙德安*1，韦昌富2，颜荣涛2

（1. 上海大学土木工程系，上海 200444；2. 桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室，广西 桂林 5401004）

摘  要：采用不同初始含水率控制土颗粒扩散双电层的形成程度，进行了一系列氯化钠溶液饱和膨胀试验，探究了具有不同扩散双电层厚度膨润土样在不同浓度氯化钠溶液中的膨胀特性，并对不同初始含水率膨润土样进行核磁试验。核磁试验结果表明，当初始含水率小于10%时，最优T2值不随着含水率增加而增加，根据T2值与水的赋存半径关系，说明此时土样只有强结合水存在，即土样强结合水率为10%。这与用其它方法算出的强结合水率基本一致，说明核磁共振技术可测定出土样的强结合水率。膨胀试验结果表明，当初始含水率小于10%时，不同浓度氯化钠溶液饱和试样时，其膨胀性基本不变；而用氯化钠溶液初始含水率大于10%试样时，随着其浓度的增加，膨胀率明显降低。造成上述差异的原因是，当只有强结合水存在时，试样被氯化钠溶液饱和后，土颗粒会吸附水化的阳离子，增加土颗粒固定电荷，导致膨胀力增加，增加试样的膨胀性，而随着溶液浓度的增加双电层厚度与膨胀力降低，会降低试样的膨胀性。

关键词：膨润土；双电层；初始含水率；膨胀；核磁共振