区域土特征函数：概念与原理

袁晓铭1, 卢坤玉1, 汪云龙1, 袁近远2, 陈龙伟1

(1. 中国地震局工程力学研究所，中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150800；2. 黑龙江科技大学，黑龙江 哈尔滨 150027)

摘  要：作为区域土特征理论研究的起点，以土力学和土动力学经典理论和实际资料为基础，提出了相应的概念、原理、准则和实证。从土的经典本构模型出发，提出了双控制参数的概念，以此作为区域土特征理论的基础。提出了区域土特征函数的概念，阐明了其定义、内涵和外延，提出了包括控制性、普适性、完备性、原位性、一致性、可操作性和存在性等属性要求在内的区域土特征函数构建准则。针对常见的砂土和黏土，提出了采用特征函数表征其区域土力学和工程特性的思想，给出了构建方法，阐明了其原理，通过17个国家77个地区实际函数关系的分布特征，论证了砂土和黏土特征函数的存在性。

关键词：土的区域性特征；双控制参数；区域土特征函数；特征函数

非静水压巷道塑性区半径的复变函数实用解答与应用扩展

张常光1, 2，李宗辉1，孟祥忠1，王晓轮1，李天斌2

（1. 长安大学建筑工程学院，陕西 西安 710061；2. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059）

摘  要：针对非静水压力作用下圆形巷道的非圆塑性区边界线求解，首先通过类比提出围岩弹性区应力的简洁复变函数，基于理想弹−塑性模型和Mohr-Coulomb准则并利用围岩弹塑性交界线处的应力连续条件，建立了巷道塑性区半径的复变函数实用解答，其次采用弹−脆−塑性模型和统一强度理论以考虑围岩强度的峰后脆性下降与中间主应力效应，推导了巷道塑性区半径的复变函数扩展解答，最后给出所得解答的适用条件，并与文献理论解答和实测结果进行对比。研究结果表明：所得复变函数实用解答具有显式解析表达和易于计算分析等优点，其正确性与精度得到文献摄动解和高精度复变函数解的充分性验证；所得扩展解答保留了原实用解答的所有优点，能合理描述围岩强度的峰后脆性下降与中间主应力效应而工程应用前景广阔，与深埋巷道实测松动圈吻合良好。

关键词：非静水压力；巷道塑性区半径；复变函数；峰后脆性；中间主应力效应

软土地基历史建筑地下空间开发的设计与实践

王卫东1, 2，胡  耘*2, 3，沈  健2, 3，徐中华2, 3

(1. 华东建筑集团股份有限公司，上海 200011；2. 上海基坑工程环境安全控制工程技术研究中心，上海 200011；

3. 华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院，上海 200011)

摘  要：上海历史风貌区某街坊保护性综合改造项目，为满足更新扩容需求，于历史建筑（B楼）下方并紧贴文保建筑（A楼）新增3层地下空间，面临既有建筑保护、空间受限条件下施工作业等众多技术难题。综合地下空间开发需求、文保和历史建筑保护要求、软土地质条件、狭小作业空间、安全、造价和工期等各方面的因素，采用历史建筑利用首道支撑作为平移平台并与基坑开挖同步的往复平移技术，实现了大体量砌体建筑地下空间整体开发及对历史建筑的保护；采用以低净空锚杆静压桩与文保建筑条形基础组成沉降控制复合加固基础为主的文保建筑变形控制技术，实现了新增地下空间施工期间紧邻文保建筑的保护。结合该项目的成功实施，介绍历史建筑下方、紧贴文保建筑新增地下空间所遇到的问题、解决思路、采用的关键技术及实施效果。

关键词：软土地基；地下空间开发；文保建筑；历史风貌建筑；往复平移；基础加固

 可折叠防沉板不排水单向承载力上限解

孙立强1，王晓雪1，孙铨志*1，封晓伟2

(1. 天津大学建筑工程学院，天津 300355；2. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024)

摘  要：海底可折叠防沉板是有效解决独立式防沉板因面积过大而带来安装施工困难且费用高问题的一种新型海洋浅基础。服役期间，其不排水承载力、破坏机制严重依赖两翼间距和地基土不排水强度分布规律。为揭示可折叠防沉板的承载特性并建立其承载力计算方法，结合数值模拟和理论分析的手段，揭示了不排水条件下可折叠防沉板在竖向V、水平H、弯矩M荷载作用下的地基破坏机制及其随两翼间距、土体不排水强度分布的演变规律。进而基于揭示的破坏机制，分别建立了对应的运动许可速度场，联立虚功率方程和内部能量耗损函数建立了可折叠防沉板单向承载力上限解，并编制了求解程序。通过与数值计算结果对比，不排水承载力上限解高于数值解9.0%以内，计算精度较高。成果解决了传统独立式防沉板承载力计算理论不适用于可折叠防沉板的问题。

关键词：可折叠防沉板基础；极限分析上限解；数值分析；破坏机制

 温度和盐/碱作用下膨润土-砂-石墨缓冲材料膨胀力性能演化

刘晓燕1, 3, 4，刘路路2, 3, 4，蔡国军*3, 4，刘松玉4

(1. 中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏 徐州 221116；2. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验，江苏 徐州 221116；

3. 安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601；4. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 211189)

摘  要：缓冲材料是核废料等高放废物地质处置库的最后一道工程屏障，要想科学合理地评估缓冲材料的实际工作性能，需对温度场和化学场作用下非饱和缓冲材料的膨胀特性有清晰的认识。以膨润土-砂-石墨缓冲材料（BSG）为硏究对象，基于自主研发的膨胀力试验装置，系统研究了温度、化学溶液对BSG混合物的膨胀力的影响。结果表明：高温和化学溶液降低膨胀力。阳离子类型的影响通过其化学活性的差异来解释。Ca2+离子具有比Na+离子更高的交换容量。温度对膨胀力的影响超过了阳离子类型，在室温条件下，加入CaCl2溶液的BSG混合物的膨胀力高于加入NaCl溶液的，而高温下规律则相反。随着NaOH溶液pH值的增加，膨胀力减小。在较高的温度下，下降速率取决于NaOH溶液pH值。高浓度的OH-有利于双层膨胀和土体结构重排，不同浓度的NaOH溶液对膨胀力的影响表现为Na+和OH-的相互作用。土体结构重新排列引起的双层膨胀力的增加和膨胀力的降低分别由双层厚度的减小和蒙脱石和硅酸盐矿物的溶解控制。

关键词：膨胀土-砂-石墨混合物；膨胀力；温度；盐溶液；碱溶液

 基于Chebyshev-Galerkin-KL展开的土质边坡稳定可靠度分析

顾  鑫1, 仉文岗*1, 2, 3, 欧  强1, 2, 3, 王  林4, 覃长兵1, 2, 3

(1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045；3. 重庆大学库区环境地质灾害

防治国家地方联合工程研究中心，重庆 400045；4. 北京师范大学国家安全与应急管理学院，广东 珠海 519087)

摘  要：提出了一种基于Chebyshev-Galerkin-KL（Karhunen-Loève）展开的新型随机场离散方法，推导了该方法的理论公式，并研发了基于Python语言的边坡滑体体积计算及其失效模式自动识别的高效程序。采用一个水位上涨时的非饱和土坡算例验证了方法的有效性。结果表明：所提随机场生成方法为求解第二类Fredholm积分方程提供了一种新思路，可准确表征岩土体参数的空间变异性。基于Python提出的边坡风险评估程序，与随机有限元计算过程不耦合，极大地提升了开展边坡风险评估的效率，从而增强预测滑坡致灾风险的时效性。此外，研究中非饱和土坡算例可靠度分析结果表明：水位上涨速度越慢，最大水位高度越高，该边坡的安全程度将越低。岩土体参数的竖向空间变异性对该算例边坡安全系数的影响甚微，但对滑体体积的影响较为显著。在对水位上升条件下的边坡开展可靠度分析时，应关注抗剪强度参数间的负相关性，否则将会低估边坡的安全程度。

关键词：Chebyshev-Galerkin-KL展开法；空间变异性；边坡稳定性；可靠度分析；失效风险

 基于极限状态内力分析的台阶式加筋土高挡墙内部稳定性设计方法

张  飞1, 2，陆晓义1, 2，贾世林1, 2，舒  爽1, 2，高玉峰*1, 2

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210024；2. 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心，江苏 南京 210024)

摘  要：分级台阶设计常用于加筋土高挡墙中，目前相关设计方法滞后于实际工程。基于极限平衡法建立了台阶式加筋挡墙的筋材内力计算方法，用于确定极限状态下筋材内力分布，从而提出了台阶式加筋挡墙内部稳定性设计方法。从安全设计所需的筋材强度和筋材长度两个方面开展参数分析，揭示了台阶宽度、分级级数、分级挡墙高度等因素对挡墙内部稳定设计结果的影响规律。分析结果表明：稳定所需的筋材强度和长度随台阶宽度增加而减小，超过台阶临界宽度后筋材强度不变，直到各级挡墙完全独立筋材长度不变；台阶总宽度固定时，相比简单的放坡方式，台阶分级可以显著减小筋材强度和长度，宽度较大时双级挡墙筋材用量最少；上级挡墙高度稍大于总墙高一半时，双级挡墙稳定所需筋材强度和长度最小。

关键词：挡墙；加筋土；极限平衡；稳定性分析；台阶

 基于齐次化构建原理的非饱和土瞬态渗流问题解析解

陈佩佩1, 3, 张兴博2, 金  铭2, 齐吉琳*2

（1.北京建筑大学理学院，北京 100044；2. 北京建筑大学土木与交通工程学院，北京100044；3. 北京工业大学建筑工程学院，北京 100124)

摘  要：非饱和渗流现象在地表广泛存在，其在诸多岩土工程实践方面具有重要价值。通过使用Gardner指数型土水特征曲线及渗透系数函数，对描述非饱和渗流的Richards方程和相应定解条件进行线性化及无量纲化。而后，基于齐次化构造原理对线性无量纲化的入渗控制方程等价分解，并采用分离变量技术进行解析计算，得到了无量纲渗透系数、渗流速率、体积含水量和基质吸力水头的解析表达式。选取典型土层作为研究对象，分析土层稳定渗流时地表入渗速率突增情形下的渗流演变规律。结果表明：湿润峰向土层深处的移动速度随时间逐渐减慢。粗粒土的饱和渗透系数对非饱和渗流由稳态发展到再次稳态有显著的影响。距离地表越近，渗流速度增大到稳态需要的时间越短；距离地表越远，其受地表边界作用发生响应的时间越晚。基质吸力水头和体积含水量的垂直方向上的分布仅取决于边界条件。

关键词：非饱和渗流；Richards方程；解析解；齐次化数学构造；分离变量法

 紫外诱变产脲酶菌株加固粉土的试验研究

张建伟1, 2，赵聪聪1，尹  悦1，石  磊1, 2，边汉亮1, 2，韩智光1, 2

（1. 河南大学土木建筑学院，河南 开封 475004；2. 开封市特殊土改性与修复工程技术研究中心，河南 开封 475004 ）

摘  要：为提高微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术的固化效果，采用紫外诱变技术对产脲酶菌株进行改良，筛选出优良菌株。随后结合先拌和菌液后滴注胶结液（尿素和氯化钙）的方式，运用改良后菌株来固化粉土。通过无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量测定和微观试验分析，来对比诱变前后菌株固化粉土的效果。结果表明：紫外诱变技术可以有效改良产脲酶菌株的性能，使菌株的脲酶活性、矿化生成的碳酸钙含量得到提高；使用紫外诱变后菌株来固化粉土，可显著提高土体的无侧限抗压强度。该研究从源头来选育优良菌株，有效提高了MICP技术的固化效果。

关键词：紫外诱变；巴氏芽孢八叠球菌；脲酶活性；碳酸钙含量；粉土固化

 考虑封底效应的圆形围堰渗流场解析解及应用

黄  娟，和  振，余  俊*，和炜杰

（中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075）

摘  要：将圆形围堰周围渗流场分为4个区域，用分离变量法分别得到柱坐标系下4个区域的水头分布级数解形式，结合区域间的连续条件，并利用贝塞尔函数正交性得到考虑封底效应的圆形围堰稳态渗流场解析解。该解析解能求解成层土情况下围堰涌水量及封底层渗流水压力，并能退化到各向同性土层中围堰未封底情况。通过与数值计算结果以及其他近似法计算结果的对比，证明了该解析解的正确性及有效性。基于解析解，分析了封底层渗流水压力分布规律，结合工程实例探讨了考虑渗流影响的封底层失稳破坏规律。结果表明：渗流作用下封底层所受水压力并非均匀分布，而是呈现中心小四周大的分布形式；封底层渗透系数及厚度会显著影响渗流水压力的大小及分布。

关键词：圆形围堰渗流；解析解；封底层；渗流量；渗流水压力

 基于冻胀量与时间平方根之比确定冻胀分级的探讨

何浩松1，滕继东*1, 2，张  升1, 2，盛岱超1, 2, 3

(1. 中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075；2. 高速铁路建造技术国家工程研究中心，湖南 长沙 410075；

3. 悉尼科技大学土木与环境工程学院，悉尼 2007）

摘  要：冻胀分级指标是寒区基础工程设计和冻胀防治的关键指标，目前既有方法多认为冻胀分级是材料的一种基本属性，常使用经验或半经验的分级指标表示土体冻胀能力，但缺乏理论支撑。而冻胀试验复杂、耗时长，不利于指标测试。为提出合理简单的冻胀分级指标，首先从冻胀机制角度出发，建立非饱和土冻胀解析模型，并对模型进行了验证。基于该模型提出了以冻胀量和时间平方根之比作为确定冻胀分级的新指标R (mm/h0.5)，并以大量冻胀试验结果为依据，提出当R＜0.21时，对应低冻胀等级，当0.21≤R≤1.18时，对应中等冻胀等级，而当R＞1.18时，对应强冻胀等级。此外利用统计概率分析了冻胀过程中各指标数值的概率密度分布，发现新指标R在冻胀过程的集中程度和稳定性是最高的。新指标R具有理论基础，同时耦合了土性参数和冻结环境因素，突破了既有冻胀分级指标的局限性，完善了现有冻胀分级体系，为寒区工程设计和冻胀防治提供理论依据。

关键词：冻胀；分级；机制；土性参数；冻结环境因素；新指标R

 水封石油洞库污染物运移规律研究

蒋中明1, 2，钟  兵1，万  发1

(1. 长沙理工大学水利与环境工程学院，湖南 长沙 410114；2. 长沙理工大学洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室，湖南 长沙 410114)

摘  要：水封石油洞库储油可能造成地下水污染。明晰石油污染物在裂隙岩体中的运移规律是库区地下水污染防控的前提。为揭示石油污染物在洞周围岩地下水中的运移规律，基于裂隙-孔隙双重介质模型，采用数值模拟方法研究了石油中的特征污染物——苯的运移扩散过程，并分析了裂隙倾角、裂隙开度、基质渗透率和纵向弥散度对苯运移规律的影响。研究表明：储库正常运行50 a后，苯的迁移被限制在较小的范围内，不会到达水幕系统，也不会进入到地面表层下的水体中。在长期运行条件下，相邻洞周围岩中的污染晕可相互连通，并将引起相邻洞罐中油品污染物之间的交叉污染。苯的竖向污染距离对纵向弥散度和裂隙倾角大小敏感性强，而对裂隙开度和基质渗透率的敏感性较弱。洞室间岩柱中轴线上苯的最大浓度对裂隙倾角最为敏感，且随裂隙倾角和基质渗透率的增大而减小，随纵向弥散度和裂隙开度的增加而增大。

关键词：水封石油洞库；裂隙岩体；污染物运移；双重介质模型

 考虑竖向地震作用的大型地下框架结构易损性分析

邱大鹏1, 2，陈健云3，王文明*1, 2，曹翔宇4

(1. 山东建筑大学土木工程学院，山东 济南 250101；2. 建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室，山东 济南 250101；

3. 大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024；4. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029)

摘  要：基于增量动力分析（IDA）方法，探究了单一水平向地震及水平向与竖向地震联合作用下大型地下框架结构地震响应的IDA曲线，揭示了竖向地震对结构不同危险位置响应的影响规律；针对结构的层间水平变形与弯曲变形，提出分别选择层间位移角与层间梁柱转角作为性能评价指标，阐明了竖向地震对结构抗震性能的影响机理，得到了单向和双向地震分别作用下结构的地震易损性曲线。研究表明：竖向地震作用对结构基于层间位移角的地震易损性影响较小，但会增大外侧结构的局部弯曲变形并降低结构基于弯曲变形的抗震性能，基于层间梁柱转角的地震易损性明显提高，建议综合层间位移角与层间梁柱转角对双向地震动作用下大型地下结构的地震易损性进行全面地评估。

关键词：大型地下框架结构；增量动力分析；抗震性能；竖向地震；易损性分析

 非平衡吸附条件下双分子反应性溶质运移规律研究

王浩越1, 2，陈宏信*1, 2，冯世进1, 2，王文韬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：针对溶质非平衡吸附特征，建立了非平衡吸附条件下双分子反应性溶质一维运移模型，考虑了在对流、弥散、吸附（平衡和非平衡）、反应（氧化反应和自然需氧量反应）耦合作用下的溶质运移过程，选用COMSOL对模型进行数值求解。研究结果表明：①非平衡吸附条件下污染物去除的第一阶段为氧化反应主导的快速修复，第二阶段为非平衡吸附主导的慢速修复；②考虑非平衡吸附可以更加精准刻画污染物拖尾效应；③化学反应速率影响数、平衡吸附比例影响数以及非平衡吸附速率影响数均对污染物的去除效率产生显著影响，且的影响程度与平衡吸附占总吸附比例f相关，佩克莱数Pe影响较小；④在，，较小且Pe较大的情况下，拖尾效应较为严重，必须考虑非平衡吸附。

关键词：非平衡吸附；两点模型；双分子反应；溶质运移；拖尾效应

 膨胀土裂隙发育特征定量化方法的试验研究

曹雪山1, 2，章  纬3, 李国维1,2 , 吴建涛1, 袁俊平*1, 2

(1. 河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210024；2. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210024；

3. 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

摘  要：裂隙是导致膨胀土强度衰减与渗透性增强的重要影响因素。根据膨胀土裂隙发育特征提出闭合曲线定位的裂隙定量化方法，据此进一步研究了裂隙对膨胀土强度、渗透性的影响。研究结果表明该方法不仅可显著减小裂隙宽度的相对误差，而且相比面裂隙率，线裂隙率避开了土样外边线收缩对裂隙发育特征影响的处理问题，进而提高了裂隙量测值的合理性；根据不同宽度等级的线裂隙率变化规律，丰富了裂隙演化特征；根据干湿循环次数与裂隙特征参数、土体强度参数及渗透性等的相互关系，进一步揭示了裂隙对强度、渗透性的线性定量关系，于是以裂隙发育特征代替干湿循环次数可解决实际工程中的干湿循环次数难以定量化的问题。因此，以闭合曲线定位法建立的定量化裂隙指标，较面积法更利于膨胀土性状的评估和裂隙研究的工程应用。

关键词：膨胀土；裂隙；定量化方法；强度；渗透性；闭合曲线定位

 石碑塬低角度黄土地层液化滑移特征与机理振动台试验研究

柴少峰1, 2，王兰民*2，王  平2，郭海涛2，夏晓雨2，车高凤2，王会娟2

(1. 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080；2. 中国地震局(甘肃省)

黄土地震工程重点实验室，甘肃 兰州 730000)

摘  要：在野外调查、勘探与室内试验的基础上，通过振动台模型试验对1920年海原地震宁夏石碑塬低角度液化滑移启动机理、地貌形成特征、失稳过程及其滑动机制进行研究。结果表明：石碑塬低角度液化滑移是1920年海源地震在特殊地层结构及高烈度地震动共同作用下产生的饱和砂质黄土地层的液化滑移；液化滑移过程包括液化启动、抛射加速、滑移堆积等3个阶段，液化滑移具有高速和长距离流动特性；试验结果表明液化启动是大规模滑移的触发机制；高峰值的地震加速度放大及惯性抛射是液化滑移高速远程的驱动机制；特殊的下部隔水层和中部饱和砂质黄土层的地层结构是大规模低角度滑移形成的物理基础；液化程度的差异造成不同层位土体的运移速度差及拉张推挤作用是形成峰谷相间波浪起伏地貌的原因。研究结果对强震作用下低角度黄土地层地震液化滑移灾害机理的认知与该类滑坡灾害防治技术方法的创新具有重要的参考验证价值。

关键词：石碑塬；地震液化；滑移特征；滑移机制；振动台试验

 考虑不确定性的TBM施工速度加权随机森林预测模型

闫长斌1，高子昂1，姚西桐2，汪鹤健3，杨风威4，杨继华4，卢高明5

(1. 郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001；2. 广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029；3. 国网河南省电力公司开封供电公司，

河南 开封 475000；4. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；5. 盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001)

摘  要：TBM施工速度影响因素众多，具有显著的不确定性。对于地质参数的模糊性，采用岩体分级系统RMR、岩石耐磨性CAI和岩石硬度H衡量地质条件；对于施工过程中机械参数的随机性，利用TBM刀盘推力TF与转速RPM等主动控制参数进行分析；同时提出以其他因素停机时间占比来量化人为因素的不确定性。依托兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实测数据，建立了考虑不确定性的TBM施工速度预测数据库和加权随机森林算法模型，并与随机森林、支持向量回归、BP神经网络等预测方法进行了对比分析。研究表明，加权随机森林模型中测试集的预测结果均方根误差和决定系数分别为1.59，0.97，预测精度及可靠性均优于其他3种模型。该模型采用不同权重赋值的方法优化超参数，具有高精度、不易过拟合等优点，表现出更好的泛化能力和鲁棒性。

关键词：隧道掘进机（TBM）；施工速度；不确定性；加权随机森林；支持向量回归；神经网络；预测模型

 相变黏土在三轴压缩下的渗透和应力应变特性研究

杨家琦，刘东海*，王泽帆

(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350)

摘  要：掺混石蜡基相变材料的相变黏土为寒区黏土心墙冬季施工过程中防冻控温问题的解决提供了新途径，但关系到其筑坝服役性态的渗透和力学特性尚需深入研究。基于三轴渗透-压缩试验，研究了相变黏土在不同应力和变形状态下的力学和渗透特性。研究结果表明：相变黏土的应力-应变曲线为硬化型，剪胀现象不明显，其强度指标与其相同初始干密度条件下的纯黏土较为接近，但刚度指标存在差异，分析认为在相同初始干密度下，非极性石蜡基相变材料掺入会显著增加土体的脆性，但对其他力学指标影响较小；相变黏土的渗透系数总是小于相同条件下的纯黏土，表明疏水性的石蜡基相变材料能够显著提升土料的抗渗性；以孔隙比和偏应力水平为变量，建立的回归模型能够很好预测相变黏土在不同应力和变形状态下的渗透系数，可为相变黏土作为心墙筑坝所用的普通黏土的替代材料提供依据。

关键词：石蜡基相变材料；相变黏土；三轴压缩；力学特性；渗透特性

 黏土岩中水泥锚固体滑脱的有限-离散元模型初探

程树范1，曾亚武1，高  睿*1, 2，张嘉凡3，覃祥瑞4

(1. 武汉大学土木建筑工程学院，湖北 武汉 430072；2. 三明学院建筑工程学院，福建 三明 3650043；3. 西安科技大学力学系，陕西 西安 710054；4. 西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054)

摘  要：锚固体与围岩有效黏结是保证锚杆（索）系统正常工作的重要前提，为研究黏土岩内水泥锚固体在拉拔荷载作用下的滑移脱黏机理，开展黏土岩三轴试验、黏土岩-水泥砂浆界面直剪试验和水泥锚固体拉拔的物理模型试验，基于有限-离散元方法（FDEM），建立黏土岩-水泥砂浆的二元体模型，对水泥锚固体拉拔过程进行模拟。研究表明：黏土岩黏聚力小于黏土岩-水泥砂浆界面的切向黏结强度，低法向压力时二元体的剪切破坏多为黏土岩的剪切破坏，但黏土岩内摩擦角较大，高法向压力下界面抗剪强度低于黏土岩，二元体剪切破坏逐渐转变为界面脱黏；考虑剪切失效的双线性黏聚力模型在模拟软岩破坏时是适用的，而二元体黏结界面更适合通过黏结-摩擦模型模拟；水泥锚固体拉拔失效过程可分为黏结变形阶段，界面脱黏阶段，剪胀咬合阶段和滑移阶段4个阶段，界面脱黏后，锚固体附近黏土岩的剪切破坏也是导致锚固失效的重要因素，剪胀咬合阶段的咬合力决定了锚固体的峰值抗拔能力。研究结果对于软岩地区锚固结构设计有一定的指导作用。

关键词：二元体界面；黏聚力单元；剪胀作用；锚杆（索）锚固体；有限-离散元方法

 一种基床系数计算方法及其在反应位移法中的应用

程新俊1，许  翔1，景立平2，崔  杰3，梁海安1

(1. 东华理工大学土木与建筑工程学院，江西 南昌 330013；2. 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，

黑龙江 哈尔滨 150080；3. 广州大学土木工程学院，广东 广州 510006)

摘  要：地下结构抗震分析中对基床系数的取值局限于经验值，没有反映地层在受震过程中的不利变形及土层埋深对基床系数的影响，存在一定计算误差。为考虑土层地震反应和土层埋深的影响，基于非饱和砂土场地振动台模型试验和土层一维剪切梁模型，分析了土层剪应力-位移演变规律，提出了考虑地震响应的非饱和砂土基床系数随土层深度变化的计算方法，结合地下结构抗震分析算例验证了计算方法的合理性和适用性。研究结果表明：土层剪应力-位移滞回结果受地震动频谱特性和输入地震动峰值（PGA）的影响；等效基床系数随土层埋深的增大而增大；提出的基床系数取值方法可以用于改进反应位移法，有效模拟不同埋深处地层对地下结构的约束作用，以动力时程分析为基准，相较于传统反应位移法，改进后的反应位移法在侧墙（误差2.11%）、中柱的弯矩（误差10.69%）、层间位移角（误差0.07%）计算精度上得到了提升。

关键词：地下结构抗震；振动台模型试验；反应位移法；基床系数；变形模式

 基于有效应力原理的泡沫改良粗粒土不排水残余剪切强度计算模型

钟嘉政1, 2，王树英*1, 2, 3，冯志耀1, 2，朱汉标1, 2

 (1. 中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075；2. 中南大学隧地工程研究中心，湖南 长沙 410075；

3. 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室，湖南 长沙 410075）

摘  要：泡沫常用于土压平衡盾构渣土改良，流动性良好的泡沫改良粗粒渣土有利于盾构进排土顺畅和土舱压力传递，进而避免地层过大变形和失稳。从泡沫改良粗粒土不排水压缩和剪切机理出发，推导了不排水条件下带压泡沫改良粗粒土流动大变形后的残余剪切强度统一理论模型。首先基于理想气体定律和土的有效应力-应变双曲线方程求解不排水一维压缩时的有效应力，然后推导不排水剪切引起的超孔隙压力和残余状态下剪切强度与有效应力的关系式，再构建剪切速率相关的残余剪切强度计算模型。采用不排水加压十字板剪切试验验证了计算模型的准确性，试验值与理论值的平均误差约10%，表明该计算模型可用于确定泡沫改良粗粒土连续流动时的残余剪切强度。最后开展了影响因素分析，竖向总应力增大能提高残余剪切强度，而泡沫注入比增加能降低残余剪切强度；残余状态下流动大变形泡沫改良粗粒土的屈服应力和塑性黏度均与竖向总应力呈正相关，而与泡沫注入比呈负相关。

关键词：泡沫改良粗粒土；剪切大变形连续流动；有效应力；率相关残余剪切强度；不排水加压十字板剪切试验

 边桩加强型素砼桩复合地基承载试验研究

李国维1, 2，苏  彤2, 3，周春儿*4，李林杰2，熊  力2

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210024；2. 河海大学岩土工程研究所，江苏 南京 210024；

3. 湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司，湖南 长沙 410007；4. 广东省航运规划设计院有限公司，广东 广州 510050)

摘  要：为提高素砼桩复合地基的加固效果，试验研究边桩加强型素砼桩复合地基在大荷载快速加荷下的承载机制。研究表明：素砼桩复合地基将大部分荷载传递到桩端下卧层承担，相对减小了浅层软土的压缩、剪切变形，利用了深层土体的抗压、抗剪性能。试验荷载在42 d内累计达到350 kPa时地基整体稳定性良好，大荷载下复合地基中素砼桩会发生倾斜或弯曲，桩身混凝土在软硬土层交界处存在拉裂损伤破坏的隐患，地基稳定性分析时应考虑桩身混凝土损伤影响。加强型边桩对素砼桩复合地基具有显著的控稳作用，相同布桩型式的边桩等强地基则不能保持地基稳定，控稳作用主要是限制浅层土体的水平位移，加强桩的有效深度取决于持力层所能提供的抗力大小。边桩等强地基失稳时素砼桩桩体破坏是有序的，边桩位置属于先期破坏的桩位，设置加强边桩的方案是合理的。

关键词：素砼桩；复合地基；边桩加强；大荷载；混凝土损伤

 考虑流固耦合效应的土体非线性动力本构模型及其三维数值实现

白笑笑1, 张慧洋1, 王秋哲1, 赵  凯*1, 2, 鹿庆蕊1, 庄海洋1, 2, 陈国兴1, 2

（1. 南京工业大学岩土工程研究所，江苏 南京 210009；2. 江苏省土木工程防震技术研究中心，江苏 南京 210009）

摘  要：波浪作用导致海床土体产生复杂的流固耦合效应，即土体受到正应力差和剪应力的三维耦合剪切作用，瞬态超孔隙水压力呈振荡与累积两种增长模式且引起土体循环软化。现有Masing型非线性动力本构模型未能完全考虑该流固耦合效应。现将Davidenkov骨架曲线拓展至三维应力空间，采用“扩展Masing”法则构造土体应力–应变滞回曲线，基于Biot动力固结理论，将Byrne提出的剪切-体积应变耦合模型引入体积相容方程作为累积超孔压增长的源项，建立了一个可描述流固耦合效应的土体非线性动力本构模型。基于FLAC3D计算平台实现了该本构模型的二次开发，通过与模型理论值对比保证了程序的计算精度，与土单元循环扭剪试验对比验证了该本构模拟土体动力流固耦合效应的可行性与合理性，为利用FLAC3D进行海洋岩土工程的研究提供了有效手段。

关键词：波浪作用；振荡与累积超孔压；非线性动力本构；循环软化；砂土液化

 裂隙对土体水分蒸发过程的影响

牟  文1，唐朝生*1, 2，程  青1，田本刚1，刘伟杰1，胡慧聪1，施  斌1

（1. 南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210023；2. 自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室，江苏 南京 210049）

摘  要：工程中的土体在干旱气候作用下易发育干缩裂隙，裂隙的存在对土体的工程性质有重要的影响。为了研究裂隙对土中水分蒸发过程的影响，在模拟干旱条件下对含裂隙土体开展了一系列室内蒸发试验。采用预制裂隙的方法，制备了一系列包含不同裂隙条数（0～3）和裂隙宽度（5，10，15 mm）的试样，基于获得的含水率、蒸发速率随干燥时间变化结果，重点分析了裂隙条数、宽度和分布特征对蒸发过程的影响机制。结果表明：①裂隙对土体水分蒸发过程有重要影响；②试样的蒸发速率和减速率阶段对应的临界含水率随裂隙条数的增加呈增加趋势，在5 mm裂隙宽度条件下，每增加一条裂隙，试样的蒸发速率增加约14%，对应裂隙面的蒸发通量约为试样表面的15%～18%；③试样的蒸发速率和裂隙面的蒸发贡献随裂隙宽度的增加亦呈增加趋势，裂隙宽度每增加1 mm，试样的蒸发速率增加约2% ，当裂隙宽度从5 mm增加到15 mm时，对应裂隙面的蒸发通量从试样表面的18%增加到51%，但裂隙宽度对试样进入减速率阶段时的对应的临界含水率无影响；④裂隙分布对蒸发速率的影响主要由裂隙蒸发面和裂隙腔体内的相对湿度梯度和热量传输控制，并可能存在裂隙宽度阈值效应。

关键词：土体蒸发；裂隙影响；裂隙条数；裂隙宽度；土体龟裂；蒸发速率