二阶Stokes波作用下多孔弹性海床动力响应解析解

王  哲1，周博豪1，张智卿2，李西斌*3

(1. 浙江工业大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310014；2. 温州理工学院建筑与能源工程学院，浙江 温州 325035；3. 浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 杭州 311300)

摘  要：基于二阶Stokes波理论，研究了非线性海洋波作用下多孔弹性海床的动力响应问题。利用Biot固结理论以及Verruijt储存方程，在笛卡尔坐标下建立了海床的控制方程。通过将海洋波函数拓展到复数域，采用严格的数学推导求得了海床动力响应的解析解，并将该解与既有解进行对比验证。最后分析了波浪和海床特征参数对海床有效应力、剪切应力和孔压分布的影响，结果表明波浪和海床的参数对海床动力响应具有显著的影响。其中波浪周期和水深对二阶Stokes波的二阶项有较大影响，渗透系数和剪切模量则分别影响海床动力响应的变化速率和幅值。

关键词：二阶Stokes波；海床；动力响应；解析解

近河谷地铁车站振动台模型试验研究

禹海涛1，王治坤2，张中杰3，宋  毅2

(1. 同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092；2. 同济大学土木工程学院，上海 200092；3. 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司，上海 200125)

摘  要：近年来沿海沿江城市建设涌现出大量紧邻河谷地形修建的地铁车站，由于河谷地形具有地震动放大效应，会对近河谷结构抗震安全性构成威胁，但目前关于河谷地形效应对近邻结构的影响机制尚不清晰。提出了近河谷地铁车站1g振动台模型试验方法，分别设计了3组深宽比为1/8，1/4和1/3的圆弧形河谷地形，开展了不同地形、不同地震动输入条件下的近河谷地铁车站振动台模型试验研究，并以平整场地条件（无地形效应）下的地铁车站振动台试验工况为参照，对比分析了河谷地形效应对车站结构地震响应的影响规律。试验结果表明：与平整场地车站结构响应相比，在水平横向地震动作用下近河谷车站结构的动力响应较大，尤其是近河谷车站顶板处的加速度放大效应高达1.27倍；受河谷地形效应影响，车站中柱弯矩显著增加，而且邻近河谷侧的车站侧墙弯矩放大更为明显，即与平整场地相比放大效应可达2.3倍，同时该侧墙顶部的动土压力峰值也显著增强；随着河谷地形深宽比的增加，地形引起的局部地震动放大效应逐渐增加，导致近河谷车站结构的地震响应更为显著。研究成果可为近河谷地形地铁车站结构的抗震设计和安全性评估提供科学依据。

关键词：地铁车站；地震响应；振动台试验；河谷地形效应

激光照射岩石热裂特性与裂隙分布研究

王义江1, 2, 3，郁东旭1，孙立鹏1，朱启银2, 3，王建州2, 3

(1. 中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏 徐州 221116；2. 深地科学与工程云龙湖实验室，江苏 徐州 221116；3. 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室，江苏 徐州 221116)

摘  要：激光辅助破岩是一种非接触式破岩技术，破岩效果主要受激光功率、照射时间和离焦距离等参数影响。选择石灰岩、砂岩和花岗岩3类岩石，开展了不同照射参数的破岩试验，分析了温度、射孔参数、比能、热裂效能、裂隙分布、矿物组分和微观结构等变化规律。结果表明，激光照射下3类岩石表面温度均超过2000℃、温度梯度最高可达1500℃/mm，相同位置处花岗岩表面温度和温度梯度最高、砂岩次之、石灰岩最低；3类岩石射孔直径、射孔深度和射孔速率均与照射参数密切相关，砂岩、石灰岩和花岗岩最大射孔速率分别为3.18，2.68，0.8 mm/s。相同照射参数下，比能较热裂效能高1～2个数量级，3类岩石比能排序为：花岗岩>石灰岩>砂岩。照射后岩样均存在数条主裂隙，沿径向延伸至试样边缘，石灰岩和花岗岩次生裂隙发育，砂岩未发现明显次生裂隙。照射后岩石矿物衍射强度和微观结构发生显著改变。

关键词：激光破岩；温度分布；比能；热裂效能；裂隙分布

不同充填度结构面抗剪强度尺寸效应试验研究

黄  曼1, 3，吴月伟1, 3，刘  丹*2，洪陈杰2，杜时贵4，罗战友4

(1. 绍兴文理学院土木工程学院，浙江 绍兴 312000；2. 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院，北京 100083；3. 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室，浙江 绍兴 312000；4. 宁波大学岩石力学研究所，浙江 宁波 315211）

摘  要：针对现有岩体结构面抗剪强度尺寸效应研究较少考虑充填程度差异影响的不足，首先基于渐进扩大法选取平均起伏差和平均起伏角相近的4种连续尺寸天然结构面形貌，并通过3D打印技术制作结构面面板，然后结合类岩石材料配制方法和毫米级充填装置制备5种充填度的充填结构面，最后通过课题组自主研发的大型结构面直剪试验系统开展3种法向应力条件下的室内直剪试验，获得充填结构面的剪切力学与破坏特征，并分析临界充填度和抗剪强度尺寸效应特性。结果表明：随着充填度的增加，结构面剪切破坏模式主要由“岩-岩”剪断破坏逐渐转变为“岩-土界面”滑动破坏，且结构面归一化峰值抗剪强度逐渐减小，直至达到临界充填度时趋于稳定；随着结构面尺寸的增加，临界充填度逐渐增加，变化范围为1.6～2.0；无充填结构面抗剪强度存在较明显的正尺寸效应，而充填结构面抗剪强度尺寸效应较不明显。通过尺寸效应机理分析发现，在不考虑结构面平均起伏角的影响下，平均起伏高度是影响临界充填度和抗剪强度尺寸效应的主要因素。上述研究可为充填结构面抗剪强度尺寸效应模型建立奠定试验基础。

关键词：充填结构面；“岩-土界面”破坏；抗剪强度；临界充填度；尺寸效应

临界状态土的物理标度律

费建波1, 2, 3，唐  昊1, 2, 3，介玉新4, 5, 6，陈湘生1, 2, 3

(1. 极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室（深圳大学），广东 深圳 518060；2. 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室（深圳大学），广东 深圳 518060；3. 深圳大学土木与交通工程学院，广东 深圳 518060；4. 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室，北京 100084；5. 清华大学水利部水圈科学重点实验室，北京 100084；6. 清华大学水利水电工程系，北京 100084)

摘  要：土的临界状态理论描述了土有效应力、抗剪强度与土密实度之间的对应关系，大量土力学试验还揭示了土体强度与加载速率存在相关性。考虑到颗粒物质是自然土体的实际载体，从颗粒物理本源出发，将流态颗粒惯性数I发展为考虑砂土密实程度（即初始颗粒体积分数ϕ0）的准静态颗粒物理惯性数Q=ϕ0[ln(I)+α]。以砂土的经典三轴试验数据为基础，探究了处于临界状态土的颗粒物理标度律，发现颗粒的摩擦系数μ与准静态颗粒惯性数Q之间满足简单的μ=ξQ线性关系。新建立的简单物理标度律能够统一刻画处于临界状态砂土的密实状态、剪切速率、围压和粒径等因素与土内摩擦角间复杂的经验关系。为描述受剪颗粒准静态变形的体变规律，进一步探索了临界状态下土颗粒体积分数与准静态颗粒惯性数间的相关性。对三维应力状态情况，引入一个新的无量纲量“中主应力数”对标度律进行拓展，可揭示中主应力对临界状态砂土摩擦特性的影响。

关键词：颗粒；临界状态；标度律；剑桥模型；砂土

氧化镁复合水泥固化硫酸盐渍土的力学、膨胀性能及微观机理

李文涛1, 2，孙章皓1, 2，庄  妍*1, 2, 3，肖衡林1, 2，付志伟1, 2，周鑫隆1, 2

（1. 湖北工业大学河湖健康智慧感知与生态修复教育部重点实验室，湖北 武汉 430068；2. 湖北工业大学土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430068；3. 东南大学土木工程学院，江苏 南京 211189）

摘  要：硫酸盐（渍）土易引发溶陷、膨胀、腐蚀地基等岩土灾害，而水泥固化会导致膨胀性矿物——钙矾石的生成，造成硫酸盐土体膨胀、强度损失和耐久性降低。为了避免上述问题，采用氧化镁（MgO）部分替代水泥（即MgO复合水泥），用于固化处理硫酸盐土（即石膏土）。通过开展垂直膨胀、无侧限抗压强度（UCS）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和核磁共振（NMR）试验，研究MgO与水泥配比对固化土膨胀特性和力学性能的影响规律，并揭示MgO复合水泥（MgO-水泥）固化硫酸盐土的微观机理。试验结果表明：随着MgO与水泥配比增加，固化土的总膨胀率先减小后增大，而UCS总体呈现为先增大后减小。在微观机理方面，加入适量MgO可减少钙矾石生成；而加入过量MgO后，水化硅酸镁（MSH）的形成抑制了水化硅酸钙（CSH）形成，削弱了CSH的影响。综上，MgO∶水泥（MgO∶C）=0.5∶9.5是固化硫酸盐土较优的MgO与水泥配比。

关键词：硫酸盐土；MgO-水泥；垂直膨胀；无侧限抗压强度；微观机理

高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩声发射演化特征及损伤本构模型

薛  熠1，张智豪1，刘  嘉*1，蔡承政2，张志镇2，高  峰2，时旭阳2，张  云2

（1. 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048；2. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221116）

摘  要：通过液氮（LN2）压裂在储层中形成大规模裂隙网络，可以有效提高干热岩储层的热能提取效率。为研究液氮冷冲击作用对不同温度储层的压裂机理和致裂效果的影响，对经过高温加热（25℃～400℃）和液氮冷冲击处理后的花岗岩试样进行单轴压缩试验，分析了花岗岩力学强度及声发射等多项参数的演化特征，并进一步构建了考虑声发射参数的损伤本构模型，用于评价和预测高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩的变形和强度特征。结果表明：高温和液氮冷冲击的联合作用显著劣化了花岗岩力学性能，峰值强度逐渐降低，最大降幅达到32.8%。同时随着加热温度的升高，不同矿物颗粒之间的热膨胀变形存在差异，导致矿物颗粒之间变形不协调。随着初始加热温度的升高，声发射最大b值平均值显著上升，最大增幅达到32.2%，且声发射振铃计数的初始静默阶段对应的应变量大幅度降低，最大降幅达到54.3%。随着加热温度的升高，液氮冷冲击作用使得微裂纹的生长更为密集，花岗岩在外部荷载作用下，微裂隙不断扩展贯通，更容易形成剪切变形，发生剪切破坏的起始应力水平逐渐下降，最大降幅达到62.3%，同时RA-AF散点值在剪切区域占比增加，最大增幅达到29.5%。此外，本文以声发射振铃累计计数为变量构建了考虑声发射参数的损伤本构模型，能够描述不同高温和液氮冷冲击处理后花岗岩各力学参量在变形破坏过程中的演化特征。

关键词：花岗岩；声发射；高温加热-液氮冷冲击；损伤破坏；本构模型

碱激发矿粉胶凝材料固化高含盐量浓缩液污泥试验研究

冯德銮，王  杰，王羽心，陈志城，梁仕华*

(广东工业大学土木与交通工程学院，广东 广州 510006)

摘  要：采用浸没式燃烧工艺处理生活垃圾填埋场渗滤液产生的浓缩液污泥副产物具有高易溶盐含量的特征。分别采用硫铝酸盐水泥和碱激发矿粉胶凝材料固化浓缩液污泥，对固化试样进行一系列无侧限抗压强度（UCS）试验、水稳定性试验和微观观测试验，分析硫铝酸盐水泥和碱激发矿粉胶凝材料对浓缩液污泥的固化效果和固化机理。研究结果表明：40%水泥掺量的固化试样的28 d无侧限抗压强度为1.95 MPa，浸水28 d后降低至零。30%矿粉掺量的固化试样的28 d无侧限抗压强度为14.8 MPa，浸水28 d后，仍达3.6 MPa，远大于垃圾填埋场的填埋强度要求。碱激发矿粉反应生成的三维网状胶凝材料和钙矾石晶体可对浓缩液污泥颗粒实现有效的包裹和胶结，是碱激发矿粉胶凝材料固化浓缩液污泥的微观固化机制。

关键词：浓缩液污泥；硫铝酸盐水泥；碱激发矿粉；水稳定性；固化机理

岩体结构面对爆破块度的影响机制研究

胡英国1, 2，饶  宇*1, 2，柴朝政3，吴新霞1, 2，杨招伟1, 2，周先平1, 2

(1. 长江水利委员会长江科学院，湖北 武汉 430071；2. 水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北 武汉 430071；3. 中国三峡建工（集团）有限公司，北京 100008)

摘  要：结构面对爆破块度形成的影响一直是爆破工程中的热点问题，与工程的长期运行安全和经济效益关系密切。首先基于玉龙喀什水利枢纽开展级配料爆破原位试验，通过对比岩体天然块度与爆破块度的对应关系研究了结构面对爆破块度形成的影响特性，结果表明对于5 mm以下的小粒径块度，爆破荷载与岩石本身的动抗压强度起主要作用；对于中大粒径块度，应力波的扰动和结构面对原始岩体的切割是最重要的影响因素，试验结果表明结构面对级配形成影响具有明显的分区特性；进而采用LS-DYNA的二次开发技术开展爆破块度数值仿真，结果表明由于粉碎区的冲击波峰值大，结构面对小粒径块度的形成影响并不明显，但结构面的存在改变了应力波传播过程，对于中大粒径块度则有明显影响；数值仿真与原位试验相互印证。最后在传统的KUZ-RAM模型基础上，引入修正的小粒径级配预测方法，采用自学习的方式修正岩体参数项，提出了基于分区机制的岩体爆破块度预测模型，结合工程数据与已有的爆破块度预测模型进行验证，结果表明本文所提的爆破级配分区预测模型在预测精度方面有所提高。

关键词：岩体；爆破；结构面；块度；分区；模型

上海深层黏性土的土样扰动评价方法

时振昊1, 2，屠梓真1, 2，钱建固*1, 2，黄茂松1, 2

（1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092）

摘  要：通过室内试验准确获取土样原位力学性质，需借助土样扰动评价方法进行扰动评估。现有的土样扰动评价方法大多针对浅层土，缺乏深层黏性土的相关研究。基于上海深层黏性土一维固结试验及剪切波速试验，结合结构性黏土本构模拟，对比文献中其他黏土试验数据，分析了既有土样扰动评价方法对深层黏性土的适用性，提出了基于剪切波速且排除应力和密实状态影响的土样扰动评价指标，利用本文及文献数据验证了上述评价指标的合理性。结果表明：①深层黏性土block样与钻孔样存在显著的扰动差异；②对于扰动程度相同的土样，现有评价指标∆e/e0随取样深度增大而增大，可能造成对深层黏性土土样扰动的高估，且无法区分不同取样方法引起扰动差异；③以室内与原位剪切波速比Vs,lab/Vs,in situ为扰动评价指标，无法反映取样方法对上海深层黏性土的扰动差异，对其他黏土给出的评估结果沿深度离散性较大；④提出的评价指标可以克服取样深度的影响，对同一地区黏性土，可以较好统一量化取样方法引起的土样扰动程度。

关键词：深层黏性土；土样扰动评价；取样方法；剪切波速

考虑温度与围压影响的冻结砂土非正交弹塑性本构模型

梁靖宇1，齐吉琳*1，张跃东1，路德春2，李昊雯1

（1. 北京建筑大学土木与交通工程学院，北京 100044；2. 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点试验室，北京 100124）

摘  要：冻土的受力变形特性受温度与围压的影响显著。为描述温度的影响，通过建立冻土三向拉伸强度与温度的非线性关系，并采用平移变换的方法将其考虑到屈服函数中。为描述围压的影响，通过建立潜在强度衰减因子，并将其引入统一硬化参量中，发展得出了考虑围压影响的硬化参量。最终，基于非正交弹塑性模型框架，在平移变换应力空间内建立了能够考虑温度和围压影响的冻土非正交弹塑性本构模型。模型预测结果与冻结粉砂三轴压缩试验结果的对比表明，所建立模型能够模拟不同温度和围压下冻结砂土应力–应变关系。其不仅能够反映冻土峰值抗剪强度随温度降低而增大的温度效应，还能描述围压增大条件下应力应变曲线由剪胀与软化型逐渐转变为剪缩与硬化型的规律。

关键词：冻土；本构模型；非正交塑性流动法则；温度效应；围压效应

地下水对CAES地下储气库气密性和围岩稳定性影响

万  发1, 3，蒋中明*1, 2，廖峻慧1，李海峰3

（1. 长沙理工大学水利与环境工程学院，湖南 长沙 410114；2. 长沙理工大学水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，湖南 长沙 410114；3. 珠江委水利科学研究院，广东 广州 510000）

摘  要：压缩空气储能（CAES）储气库密封和稳定是保证电站安全稳定运行的基础，储气库受力影响因素众多，且特性复杂，长期运行过程中气密性和稳定性的精准预测和评估一直是热点和难点。以考虑渗漏和传热过程的压缩空气热力学模型为非稳态边界、以热流固耦合理论为核心建立了储气库多物理场耦合下气密性和稳定性联合分析模型，探讨了洞周围岩中的地下水对储气库气密性和稳定性的影响。研究成果表明：①地下水的存在可使储气库每个循环气体损失量降低78%；②衬砌结构主要受拉应力作用，顶部和底部出现了应力集中现象，需进行加密配筋；③岩体中存在地下水有助于强化储气库内的气体密封效果。

关键词：压缩空气储能；热流固耦合；非稳态边界；应力应变；两相流

粉煤灰堆积体大断面连拱隧道失稳破坏模式及施工力学研究

余  涛1，廖  杭1，朱宁波1，姚志刚1，方  勇*1，李希文2，田青峰3

（1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031；2. 四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610093；3. 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

摘  要：国内目前并无在粉煤灰堆积体中采用暗挖法修建大断面连拱隧道的先例，给隧道的设计和施工带来了巨大挑战。依托盐坪坝隧道工程，开展了室内相似模型试验，探讨了该地层下大断面连拱隧道塌落拱演化规律及开挖施工力学行为。研究结果表明：连拱隧道在粉煤灰堆积体中开挖极易发生失稳，将失稳过程划分为4个演化阶段，破坏模式具有突发性、剧烈性、对称性、同步性特征；塌落拱高度约为隧道开挖跨度的40%。采用单侧壁导坑法开挖时粉煤灰堆积体承载力严重不足，根据相似换算关系左、右洞拱顶沉降分别为16.86，14.91 cm，需对地层实施注浆加固；地层沉降呈对称“双峰状”，先行洞相较于后行洞受开挖影响较大，中隔墙的承载作用能够有效降低地层位移，单洞压力拱向双洞压力拱转换过程中，中隔墙受到偏压作用容易向先行洞侧偏转，建议在先行洞开挖时中隔墙添加支撑物。

关键词：连拱隧道；粉煤灰堆积体； 模型试验；塌落拱；单侧壁导坑法

盾构开挖面泥水劈裂离心模型试验相似性分析及验证

罗维平1, 2, 3，李福豪3，袁大军1，朱合华2

（1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点试验室，北京 100044；2. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；3. 新加坡国立大学土木与环境工程学院，新加坡 117576)

摘  要：土工离心试验能够在小比尺模型中还原真实的应力场，为探明盾构开挖面泥水劈裂现象提供了一种有效的研究手段。盾构泥水劈裂涉及土体、泥水、隧道等多方面因素的相互作用，尤其多种流体的存在使得模型试验中量纲分析、试验参数缩放和数据解释更加复杂化，如何确定合理的相似比例是泥水劈裂离心模型试验成功的关键前提。在阐明盾构泥水劈裂基本物理过程的基础上，提出了基于无量纲数的模型试验相似性分析方法，通过Butterfield 量纲分析法建立了应用于土工离心机模拟盾构泥水劈裂的“隧道-土-泥水”系统相似性试验设计体系。该体系从尺寸、材料、无量纲数、时间等多方面保障了模型系统与原型系统的相似性，从而可以准确还原真实的盾构泥水劈裂物理过程。最后，通过开展盾构开挖面泥水劈裂离心模型试验，进一步验证本文提出的相似性准则。研究结果对泥水劈裂物理模拟的相似性分析具有一定的参考意义。

关键词：相似性分析；泥水劈裂；离心模型试验；无量纲数；盾构开挖面

鳞片桶壁吸力基础抗拔承载特性及破坏模式

梁  昊，李大勇*，吴宇旗

（中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580）

摘  要：鳞片桶壁吸力基础是一种从仿生角度提出的新型吸力基础，能够有效提升基础的抗拔能力，可用于锚固系泊漂浮结构及海上光伏。通过倾斜单调加载模型试验，研究了不同系泊深度处鳞片吸力基础的抗拔承载力、破坏模式。鳞片吸力基础抗拔承载力随加载角度 θ 增加而减小，随系泊深度增加先增大后减小，当 θ=20°，40°，60°，80°时，极限抗拔承载力较传统吸力基础增长8.4%，13.6%，41.2%和28.6%；当系泊深度位于0～0.58倍基础高度时，随着加载角度增加，鳞片吸力基础由前倾逐渐过渡为后倾转动破坏，而系泊深度为0.75～1倍基础高度时，基础发生后倾转动破坏，与传统吸力基础相比，鳞片吸力基础周围土体隆起与沉陷区域范围明显扩大，由此证明：鳞片吸力基础能够调动更多土体抵抗外荷载。基于Liu建立的理论计算模型，提出了最优系泊点处鳞片吸力基础抗拔承载力计算公式，并采用模型试验结果验证方法的准确性。

关键词：鳞片吸力基础；模型试验；抗拔承载力；破坏模式

基坑开挖坑底土拱效应离心模型试验及数值分析

吴  楷1, 2, 3，陈仁朋1, 2, 3，孟凡衍*1, 2, 3，王瀚霖1, 2, 3，程红战1, 2, 3

（1. 湖南大学地下空间先进技术研究中心，湖南 长沙 410082；2. 湖南大学土木工程学院，湖南 长沙 410082；3. 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室，湖南 长沙 410082）

摘  要：基坑开挖会导致坑底产生土拱效应。与活动门上方土拱效应相比，基坑底土拱效应发展方向与土体自重应力方向相同且具有不同的力-位移边界条件。为探究土拱效应影响下基坑底土体竖向应力和回弹变形等力学响应，开展了干砂地层基坑开挖离心模型试验，并同时进行了不同开挖深度和宽度的多工况下数值分析。研究表明，基坑底地层存在差异变形和应力转移现象，证明了坑底土拱效应的存在；基坑底存在松动区和土拱区，松动区内土体相对密实度明显下降，土拱区以下地层回弹量仅占坑底总回弹量的20%；开挖深度和宽度是影响坑底土拱效应形成-演化的关键因素，二者与松动区和土拱区高度呈正相关。研究结论可为预测基坑开挖导致的地层响应和下方既有地下结构变形控制提供支撑。

关键词：基坑开挖；土拱效应；离心模型试验；数值分析

砂卵石地层泥水盾构排浆管路渣石起动特性模型试验与仿真分析

孙  宇1, 2，李兴高*1, 2，郭易东1, 2，刘泓志3

(1. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044；2. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室，北京 100044；3. 中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

摘  要：泥水盾构在砂卵石地层掘进的过程中，由于排浆管路中存在大量不规则卵石，排浆管路输送尤为复杂。设计了环流试验装置，并基于计算流体动力学与离散单元法（CFD-DEM）耦合方法建立了三维瞬态数值模型，对不同形状、粒径、管路倾角、弯头及管径下的卵石起动特性进行了探究。在模型试验中，羧甲基纤维素钠（CMC）浆液被选为载液，透明亚克力管被选为载体；在CFD-DEM耦合模型中，分别通过流变测试和三维扫描技术考虑了浆液的流变性和不规则卵石的形状。结果表明：①当异形卵石粒径和管路倾角相同时，卵石的起动速度大小顺序呈现椭球状＞扁平状＞近球状；②当异形卵石形状和管路倾角时，卵石的起动速度随等容粒径的增大先增大后减小再增大；③对于球形卵石，在水平管路中，卵石的起动速度随粒径的增大先增大后减小再增大，在倾斜和竖直管路中，卵石的起动速度随粒径的增大而减小；④卵石的起动速度随管径的增大而增大；⑤卵石起动速度较大的位置主要出现在较大角度（如60°，90°）的弯头位置处，这是因为当管路倾角≥60°时，在弯头位置处将会出现漩涡区，漩涡区流速与主流区流速相反，阻碍卵石运动，因此在铺设管路时，应尽量减少倾斜角度较大（≥60°）管路的铺设，多采用水平管路或倾斜角度较小（≤45°）的管路。

关键词：泥水盾构；大粒径异形卵石；起动速度；模型试验；CFD-DEM耦合

砂颗粒矿物成分对MICP过程的影响及机理

刘  浩1，唐朝生*1, 2，吕  超1，章君政1，泮晓华1，王宝军1

（1. 南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210023；2. 南京大学（苏州）高新技术研究院，江苏 苏州 215123)

摘  要：微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是一种绿色环保的新型土体加固技术，具有广泛的应用前景。为了研究砂颗粒矿物成分对MICP过程的影响，分别选用石英砂和钙质砂为代表性研究对象，利用环氧树脂胶结固化后打磨制成样片，再在配置好的菌液和胶结液中对样片表面进行MICP处理，结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及超声震荡试验定量分析了碳酸钙产量、矿物晶型、晶貌及界面胶结特性。结果表明：①钙质砂颗粒比石英砂颗粒更利于微生物诱导生成碳酸钙，平均单位面积碳酸钙生成量前者约为后者的5倍；②两种砂颗粒表面生成的碳酸钙主要为球霰石和方解石，钙质砂界面能更低，诱导生成更多的方解石；③石英砂表面生成的碳酸钙主要为较大的球形颗粒，而钙质砂表面的碳酸钙形貌主要为板片状；④微生物在钙质砂颗粒上诱导生成的碳酸钙呈现更高的界面胶结强度，经超声波震荡后，石英砂颗粒上碳酸钙的质量损失率约为钙质砂的10倍。在此基础上，运用微生物学、晶体化学、结晶矿物学等其他相关学科的理论，系统分析了石英砂和钙质砂对MICP过程及效果的影响机理，取得了新的认识，对优化MICP技术在岩土工程中的应用有重要意义。

关键词：MICP；微生物矿化；钙质砂；石英砂；晶貌晶型；矿物成分

饱和珊瑚砂体应变发展模式与预测模型试验研究

王路阳1，吴  琪*1, 2，周正龙1，张鑫磊1，王炳辉3，陈国兴1

（1. 南京工业大学岩土工程研究所，江苏 南京 210009；2. 北京工业大学城市建设学部，北京 100124；3. 江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏 镇江 212100）

摘  要：珊瑚砂具有较好的排水条件，地震、波浪荷载作用下饱和珊瑚砂产生的排水变形易引起海床和附近结构物的破坏。利用GDS循环三轴仪，针对南沙岛礁饱和珊瑚砂试样进行了一系列循环排水加载试验，以探究细粒含量FC、相对密度Dr及循环应力比CSR对饱和珊瑚砂变形特性的影响。试验结果表明，饱和珊瑚砂的累积体应变εvp的发展速率和变形程度随FC、CSR的增大而增大，随Dr的增大而减小。饱和珊瑚砂εvp-N关系曲线呈现出循环平稳和循环蠕变两种发展模式。引入潜在破坏系数DP表征FC对εvp发展模式的影响，建立了DP×CSR-Dr框架的饱和珊瑚砂体应变发展模式评价方法。为表征FC及Dr对饱和珊瑚砂εvp-N关系曲线的影响，引入了骨架孔隙比esk*，发现两种发展模式下εvp-s与esk*均存在良好的相关性，遂建立了排水循环加载条件下饱和珊瑚砂的体应变发展模型，可以较好地预测饱和珊瑚砂的累积体应变发展规律。

关键词：珊瑚砂；细粒含量；累积体应变；等效骨架孔隙比；潜在破坏系数

圆化离散单元法的改进及其在岩体断裂过程中的应用

张德沧，毛  佳*，戴妙林，邵琳玉，赵兰浩

（河海大学水利水电学院，江苏 南京 210024）

摘  要：为精确模拟岩体断裂的演化过程，将有限单元法与圆化多面体离散元法相结合，提出一种用于模拟断裂全过程的三维可变形圆化多面体离散单元法。为模拟块体的真实破坏状态，该方法将每个岩体颗粒都离散成有限单元，沿有限单元的边界嵌入无厚度节理单元，最后采用判断节理单元状态的方式来捕捉断裂过程产生的裂缝，岩体颗粒与断裂表面之间的接触相互作用通过圆化多面体离散元法求解。通过5个算例说明新方法的准确性和有效性，可用于模拟准脆性材料的断裂全过程，且能够捕捉裂缝萌生和扩展以及块体之间的碰撞和变形。

关键词：圆化多面体离散元法；有限单元法；断裂；节理单元；准脆性材料

基于搜索分析深度学习网络(SaNet)的粗粒土级配识别

庞元恩，石国栋，段  煜，姚  敏，吉浩泽，罗  鸣，李茂彪，李  旭*

(北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室，北京 100044)

摘  要：粗粒土广泛应用于路基、土石坝等填方工程中，然而传统筛分法耗时低效,无法满足级配快速的质量检测需求。为解决上述问题，构建了黄河粉土、石英砂粗粒土“图像-级配”关系数据库，共22380张图像；针对二维图像与三维级配的不匹配的矛盾，构建了任意图像输入数量的搜索-分析网络（searcher-analyzer network，SaNet），基于该网络训练所得模型精度随图像数的增加稳定提升，黄河粉土，石英砂的级配识别平均误差分别为1.63%，1.21%，拟合优度分别为0.995，0.992。结果表明：基于SaNet架构构建的机器学习模型具有较高的级配识别精度，能够满足填方工程中实时无损的级配检测需求。

关键词：粗粒土；级配；卷积神经网络；搜索-分析网络；深度学习；图像识别

利用原位测试试验确定黄河口潮滩粉质土固结状态研究

张建民1, 2，单红仙3，王振强1, 2，王志才1, 2，王津津1, 2

(1. 山东省地震局，山东 济南 250014；2. 山东省地震工程研究院，山东 济南 250021；3. 中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100)

摘  要：黄河口泥沙快速堆积在河口一带，在波浪和潮波作用下，表层沉积物处于超固结状态，但试验中发现采用Casagrande作图法求取的黄河口粉质土先期固结压力往往偏大。为了了解黄河口粉质土固结状态、合理估算先期固结压力，在黄河口刁口流路三角洲叶瓣潮坪上，现场取土在试坑内配置了模拟黄河口快速沉积形成的流体状堆积物，利用原位测试手段（静力触探、十字板剪切试验和孔隙水压力测试），并在长期观测基础上，对比研究了1.0 m深度范围内试坑和潮滩原状土体固结过程及固结状态。研究发现：黄河口快速沉积粉质土在自重作用下固结很快，固结完成后，土体强度随时间发展呈现不均匀增长，沿深度方向从上到下出现高-低-次高不均匀固结特征；历经16个月后，试坑和潮滩原状土体先期固结压力进一步提高，固结不均匀性和结构性不断增强。从试坑土体自重固结完成后的实际固结状态及原状土体物理性质指标来看，Casagrande作图法结果偏大，采用静力触探比贯入阻力法、十字板剪切试验不排水抗剪强度经验公式法估算的试坑和潮滩原状土体先期固结压力数值更为可靠；同时该方法为土体固结状态研究提供了新途径。

关键词：黄河口；粉质土；固结状态；原位测试；先期固结压力

基于加速老化试验的铝酸钙水泥基复合材料固化飞灰长期稳定性研究

张文杰1，贾志伟2，李西斌3

(1. 台州学院建筑工程学院，浙江 台州 318000；2. 荆门市住房和城乡建设局，湖北 荆门 448000；3. 浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 杭州311300)

摘  要：酸雨淋滤是影响飞灰固化体长期稳定性的重要因素。在铝酸钙水泥（CAC）中加入磷酸二氢钠（NaH2PO4）和二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）得到CAC基飞灰固化/稳定化复合材料，基于加速老化试验研究了飞灰固化体的长期稳定性，通过浸出试验研究了重金属Cd、Pb、Zn的浸出毒性，进行连续提取试验研究了重金属化学形态变化，通过X射线衍射和扫描电镜分析揭示了相关机理。结果表明，固化体中Cd和Pb的浸出质量浓度在模拟老化的第26年达到最低，之后浸出浓度随时间增加，到第78年超出了限值；在模拟的104 a中Zn的浸出质量浓度一直增大。经CAC基复合材料固化/稳定化后，飞灰中Cd、Pb和Zn的有机结合态和残渣态占比增加，铁锰氧化物结合态占比减小；随着老化进行，铁锰氧化物结合态逐渐增多而残渣态减少，导致浸出浓度逐渐增加。CAC的水化产物、磷酸盐沉淀以及络合物使飞灰中团聚体增多、孔隙减小，从而减少了重金属浸出；加速老化试验之后，这些成分减少甚至消失，对重金属的封固效果减弱。本文可为飞灰长期安全处置提供理论依据和技术参考。

关键词：飞灰；铝酸钙水泥；固化/稳定化；重金属浸出；长期稳定性

砾粒土卸载-再加载力学特性大型平面应变试验研究

王  智1，邵  帅*2，邵生俊1, 3，严广艺4

(1. 西安理工大学岩土工程研究所，陕西 西安 710048；2. 西安理工大学建筑与城市规划系，陕西 西安 710048；3. 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室，陕西 西安 710048；4. 中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)

摘  要：针对水利和交通工程中平面应变类工程重复加卸荷问题，利用压力室平面应变改造后的西安理工大学大型土工真三轴仪在不同围压条件下对两种砾粒土进行固结排水平面应变卸载-再加载试验，研究了砾粒土在平面应变状态下的应力-应变关系和卸载回弹应变和卸载-再加载回弹坡度等力学特性。结果表明：砾粒土的颗粒圆度、孔隙比、母岩强度和围压均会影响剪切峰值应力及剪胀特性，颗粒圆度好、孔隙比小的砾粒土峰值应力较低且更易表现出剪胀特性，母岩强度低会促进应变软化并降低峰值应力，围压增大可抑制剪胀并使峰值应力增大；体积应变和广义剪应变卸载回弹量与应力水平和围压有关；回弹坡度随应力水平增大先增后减，密实度较大时回弹坡度较大；卸载-再加载过程中出现主应力轴旋转现象，零应变方向的应力并非一直为中主应力；回弹坡度显著大于初始切线坡度，回弹坡度与初始切线坡度之比随围压增大快速减小。

关键词：平面应变；卸载-再加载；砾粒土；剪切回弹特性；剪切回弹坡度