重大水利工程大坝深水检测及突发事件监测预警与应急处置研究及应用

蔡跃波1，向  衍*1, 2, 3，盛金保1, 2, 3，孟  颖1

（1. 南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所，江苏 南京 210029；2. 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029；

3. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：中国高坝建设水平世界领先，但安全运行保障水平相对滞后，应对洪水、强震、地质灾害、异常干旱或低温、恐怖破坏等极端事件的应急保障能力相对薄弱，安全风险不容忽视。从基础与应用基础、应用技术研发、集成示范与推广3个层面进行综述，包括：非常规条件下大坝性能演化与灾变机理、极端条件下大坝安全诊断和风险控制、大坝失事早期预警标准与应急响应机制等基础理论研究；大坝深水检测载人潜水器、大坝深水渗漏探测、深孔泄水建筑物疏堵与闸门修复、大坝突发事件应急监测与隐患快速探测、深水环境大坝缺陷修补、极端条件下大坝应急抢险与损毁快速修复等关键技术研发；100 m级深水环境大坝安全检测技术集成示范，极端条件下大坝溃决早期预警与应急处置技术推广应用。对最新研究进行了综述和总结，并对今后的主要发展方向提出了建议。

关键词：重大水利工程；大坝深水检测；突发事件；监测预警；应急处置

三维化方法对土的平面应变强度和变形的影响分析

姚仰平,武孝天,崔文杰*

（北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 100083）

摘  要：临界状态本构模型需要通过三维化来反映材料在三维应力状态下的力学特性。采用不同三维化方法在描述应力罗德角和偏应力对应力应变的影响程度上具有差异性，在平面应变条件下，这种差异性对土的应力应变计算结果影响往往非常显著。以K0固结土的统一硬化（UH）本构模型和空间滑动面（SMP）强度准则为例，分别采用变换应力（TS）方法和g(θ)方法这两种常用方法对模型三维化，推导了相应的三维弹塑性刚度矩阵[Dep]，阐述了不同方法在三维应力应变计算过程上的本质区别。相比g(θ)方法，TS方法可以合理描述不同K0状态下土的应力水平对偏平面上屈服曲线形状的影响规律，即由低应力比下的近圆形转变为剪切破坏时的SMP破坏准则形状，实现了土体从剪切屈服到剪切破坏的一致性。通过对一系列平面应变单元试验和边值问题的分析计算结果表明，采用TS方法三维化的UH模型预测结果与已有试验规律更为吻合。在不同K0固结条件下，由于计算得到的破坏面呈现不规则形状，采用g(θ)方法往往过高或过低地估计平面应变条件下土体的应力水平。

关键词：三维化方法；本构模型；平面应变；土的应力应变

多道锚杆基坑局部锚杆失效引发连续破坏的机理与控制

郑  刚1, 2，王若展1, 2，程雪松*1, 2，雷亚伟3，李溪源2，周  强4

(1. 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室，天津 300072；2. 天津大学土木工程系，天津 300072；

3. 中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160；4. 中国建设基础设施有限公司，北京 100044)

摘  要：多道锚杆支护体系具有节约施工空间、变形控制效果好等优点，广泛应用于深基坑支护中。然而局部锚杆失效引发的基坑连续破坏事故时有发生。针对此问题，采用有限差分法研究了多道锚杆支护体系中局部锚杆失效引发的土压力与支护结构内力变化及结构连续失效规律，初步揭示了局部锚杆失效后的荷载传递路径及其引发基坑连续破坏的机理。多道锚杆支护体系中，首道锚杆局部失效对邻近未失效锚杆影响大，但会引起支护桩弯矩下降，最下道锚杆局部失效则相反，但仅一道锚杆局部失效影响相对较小，均小于基坑深度相同的单道锚杆支护体系，然而多道锚杆整列同时局部失效影响显著大于单道锚杆支护体系，更易引发连续破坏，因此应采用隔道加强等设计或施工措施将局部锚杆失效控制在一道内。局部若干根锚杆失效导致邻近受影响最大的锚杆依次失效时，锚杆失效数量较多后，初始锚杆失效位置对连续破坏发展传递路径不再产生影响，锚杆连续破坏接近于整列失效，且呈倒梯形水平向扩展。多道锚杆支护体系中发生整列锚杆失效时，冠梁或腰梁极易发生破坏，造成支护桩弯曲破坏，加快基坑连续垮塌过程，因此应对冠（腰）梁进行局部锚杆失效工况下的设计，以提高基坑防连续破坏整体安全性能。

关键词：基坑；多道锚杆基坑；连续破坏；荷载传递机理

K0固结珊瑚砂的应力-应变模型及变形参数研究

张季如，彭伟珂，郑颜军

（武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070）

摘  要：珊瑚砂作为岛礁吹填地基的填料，在填筑期的应力路径具有K0固结的特点。利用三轴试验系统对不同初始相对密度的珊瑚砂进行了一系列的K0固结试验，研究了珊瑚砂的应力–应变特性，测试了珊瑚砂的K0系数和颗粒破碎率。基于广义虎克定律，建立了幂函数形式的非线性弹性模型来描述K0固结珊瑚砂的应力–应变关系，提出了变形参数的函数表达式，并将模型计算结果与试验曲线进行了对比。结果表明：K0固结珊瑚砂的应力-应变关系可用幂函数表示。随着轴向有效应力的增加，K0减小，颗粒破碎率增大。在相同的轴向有效应力条件下，珊瑚砂的初始相对密度越小，K0越大，颗粒破碎率越高。在K0状态下，随着轴向有效应力的增加，珊瑚砂的切线模量增加，切线泊松比减小。珊瑚砂的初始相对密度越大，相同轴向有效应力下的切线模量越大，切线泊松比越小。幂函数模型合理地预测了一定应力范围内K0固结珊瑚砂的应力–应变关系，模型及变形参数反映了K0固结的应力路径对应力–应变关系的影响。

关键词：应力-应变模型；变形参数；珊瑚砂；K0固结；静止土压力系数

双孔隙结构重塑非饱和膨胀土的抗剪强度特性

钱建固1, 2，林志强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：针对具有双孔隙结构（即集聚体间和集聚体内孔隙）及双峰持水曲线的内乡膨胀土压实样，进行了一系列宽广吸力范围内非饱和土三轴剪切试验及峰值强度演化规律的研究。试验结果表明：在净应力相同的条件下，中低吸力下的应力应变关系为应变硬化，伴随明显的剪缩变形；高吸力下为峰值后软化，在经历了1%～3%的体积收缩变形之后开始出现剪胀。试样的脆性随吸力的增加而增长，在中低吸力下呈桶形或中心鼓形的延性破坏模式，在高吸力下发生应变局部化现象，伴随着明显的剪切带出现。此外，脆性增加了峰后软化的幅度，表现为峰值偏应力与残余破坏状态之间的差值增大。基于区分毛细和吸附作用的双峰持水曲线（SWRC）模型，针对内乡膨胀土与其它具有双孔隙结构及双峰SWRC的土体在毛细吸应力空间进行了峰值强度分析，将吸力从孔隙应力尺度乘以毛细饱和度变为骨架应力尺度时，其呈现的强度包络线为双折线特征。理论分析表明，低吸力范围内，双孔隙结构非饱和土的抗剪强度由饱和强度与毛细吸应力贡献；高吸力范围内，抗剪强度应由饱和强度、毛细吸应力与胶结作用提供。

关键词：非饱和土；双孔隙结构；土体持水曲线；抗剪强度；毛细；胶结

岩土体大变形分析的Cosserat-粒子有限元法

唐洪祥1，崔家铭2，张  雪3，张  磊1，刘乐天4

(1. 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；2. 中国电建集团 西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710100；

3. 利物浦大学土木工程与工业设计系，利物浦 L69 3BX；4. 大连万达体育文化旅游开发有限公司，辽宁 大连 116000）

摘  要：粒子有限元法（PFEM）既继承了有限元法坚实的数学基础，又具有模拟大变形、复杂边界问题的能力，在流固耦合、岩土工程领域有广泛的应用。但另一方面，岩土体在大变形过程中往往具有应变软化特性和应变局部化现象，为保持问题求解的适定性，需要在本构方程中引入正则化机制，采用Cosserat连续体理论是引入正则化机制有效方法之一。将PFEM计算方法与Cosserat连续体理论结合，发展了Cosserat-PFEM方法。与传统PFEM中使用三角形单元不同，提出的新方法将边界识别、网格划分相互独立进行，使得四边形等单元的使用成为可能，以提高数值求解的精度与克服三角形单元对应变局部化问题模拟的倾向性。算例表明，本文发展的Cosserat-PFEM方法及基于ABAQUS软件开发的程序是可靠和有效的，拓展了PFEM的应用范围，具有模拟大变形问题并保持问题适定性的能力，适用于大变形渐进破坏问题的模拟。

关键词：粒子有限元；Cosserat连续体；边界识别；大变形；四边形单元

水-岩和重复剪切次序作用下节理岩体损伤效应及模型

邓华锋1, 2，王文东1, 2，李建林1, 2，冯云杰1, 2，李冠野1, 2，齐  豫1, 2，陈兴周3

(1. 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002；2. 三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002；

3. 西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054)

摘  要：水库蓄水运行过程中，部分库岸边坡出现了明显的台阶式变形趋势，消落带岩体处于库水位周期性升降变化和阶段性重复剪切次序作用下。基于此，设计进行了节理岩体的水-岩作用试验，并在不同水-岩作用周期进行重复剪切试验，研究结果显示：①在水-岩和重复剪切次序作用下，节理岩体的抗剪强度、剪切刚度、节理面粗糙度系数均呈现先陡后缓的劣化趋势，比较而言，前4个作用周期的劣化趋势尤为明显，而且法向应力越大，劣化趋势越明显；②由重复剪切导致的抗剪强度劣化趋势在初始状态时尤为明显，之后随水-岩作用周期的增加迅速减弱，由水-岩作用导致的抗剪强度劣化趋势在前4个作用周期较为明显，随后趋于平缓；③将节理面岩壁损伤区域分为水-岩作用损伤区域、水-岩和重复剪切次序作用损伤区域，对JRC-JCS抗剪强度模型进行了修正，验证分析表明修正后的模型计算值与试验结果吻合较好。相关研究方法和成果可为库岸边坡消落带节理岩体性能劣化分析提供较好参考。

关键词：消落带；水-岩作用；重复剪切；次序作用；损伤

覆岩厚度变化应力异常机制及冲击矿压诱发机理

曹安业1，白贤栖*1，蔡  武1，温颖远1, 2，李许伟1，马  祥1, 3，黄  锐1, 3

（1. 中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2. 新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047；

3. 伊泰广联煤化有限责任公司红庆河煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017202）

摘  要：顶板覆岩结构是影响煤矿冲击矿压发生的主要因素之一，在坚硬覆岩厚度变化区也容易诱发冲击矿压，这一现象在内蒙深部矿区逐渐凸显。基于弹性力学理论分析了覆岩厚度变化区煤层应力异常的力学机制，采用FLAC3D数值模拟方法研究了覆岩厚度变化对煤层应力分布特征和能量演化的影响规律，揭示了坚硬覆岩厚度变化区煤层开采诱发冲击矿压的机理。研究结果表明：坚硬覆岩较厚区的构造应力比较薄区大，覆岩厚度变化越大或覆岩性质差异越大，构造应力变化越大；工作面在覆岩厚度变化区开采时，受超前支承压力与突变的构造应力叠加影响，覆岩厚度变化区至较厚区应力集中程度较大，该区域积聚的弹性能主要向工作面前方巷道释放，冲击矿压危险更大。两例覆岩厚度变化区工程案例分析表明，在坚硬覆岩厚度变化区及变化区向较厚区过渡时微震事件分布较多，能量释放剧烈，巷道破坏明显，与理论分析较为吻合。

关键词：冲击矿压；覆岩厚度；构造应力；异常；微震活动；案例分析

角点型非共轴模型的半隐式应力积分算法及应用

陈洲泉1, 2, 3, 4, 陈湘生1, 2, 3, 4, 庞小朝3, 5, 苏  栋1, 2, 3, 4, 林星涛1, 2, 3, 4

（1. 深圳大学土木与交通学院，广东 深圳 518060；2. 深圳大学滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室，广东 深圳 518060；3. 深圳大学未来地下城市研究院，广东 深圳 518060；4. 深圳市地铁地下车站绿色高效智能建造重点实验室，广东 深圳 518060；5. 铁科院（深圳）研究设计院有限公司，广东 深圳 518060)

摘  要：针对基于屈服面角点非共轴理论建立的弹塑性本构模型，提出了对应的半隐式应力积分算法。在考虑非共轴项的应力更新方程中，塑性流动方向采用显示表示。构建非共轴塑性流动的Gram-Schmidt正交化过程则是基于已知应力条件定义。根据张量之间的正交性，进一步简化模型的应力更新方程，再推导该方程的牛顿迭代格式。然后将该算法编写进ABAQUS的材料用户子程序Vumat，将该非共轴模型应用于有限元分析。在Explict分析模块中，分析了不同非共轴模型参数模拟单剪试验和活动门问题的效果，并与共轴模型结果进行了对比。结果显示该半隐式算法收敛性好，强健有效，适用于工程分析。

关键词：半隐式积分算法；非共轴；弹塑性理论；活动门问题

考虑主应力偏转和土拱效应的干砂盾构隧道掌子面极限支护力计算方法研究

张  宇1, 2，陶连金*2，刘  军1，赵  旭2，郭  飞3，边  金4

(1. 北京建筑大学土木与交通工程学院，北京 102627；2. 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；

3. 北京市政建设集团有限责任公司，北京 100048；4. 广东海洋大学海洋工程学院，广州 湛江 524094)

摘  要：深埋干砂盾构隧道在施工过程中存在显著的土拱效应，如何确定考虑土拱效应的隧道掌子面极限支护力至关重要。基于极限平衡法和楔形体理论，提出了一种多层抛物线承载拱模型。根据隧道不同埋深下掌子面失稳破坏的特征和土拱类别，将隧道状态划分为浅埋隧道、过渡隧道和深埋隧道。考虑多层抛物线承载拱区域主应力偏转角和侧向土压力系数的连续性，并假定抛物线承载拱为满足合理拱轴线三铰拱结构，推导了过渡区和深埋区多层抛物线承载拱荷载传递的计算公式，进而通过极限平衡法计算得到掌子面极限支护力。将本模型计算结果与已有理论模型、模型试验和数值结果进行对比，验证了本模型计算得到的掌子面极限支护力和失稳破坏区的合理性。最后，通过参数分析讨论了土体内摩擦角对隧道浅埋和深埋分界线以及极限支护力的影响。该研究成果可为深埋干砂盾构隧道极限支护力的预测提供理论依据。

关键词：盾构隧道；极限平衡；极限支护力；理论解析；土拱效应

热扩散作用下污染物在CCL中运移的一维解析模型及其应用

张春华1，黄江东1，李晓宙1，谢海建*2，陈  赟3

（1. 江西理工大学江西省环境岩土与工程灾害控制重点实验室；江西 赣州 341000；2. 浙江大学平衡建筑研究中心，浙江 杭州 310058；

3. 浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028）

摘  要：建立了污染物在对流、分子扩散和热扩散作用下压实黏土衬垫（CCL）的一维运移解析模型，并获得解析解。无量纲设计曲线表明对流作用对污染物在CCL中运移的影响至关重要；然而随着热扩散作用的增强，对流作用的影响会有所减弱。参数敏感性分析结果表明，当渗滤液水头达到3 m时，10 a的底部浓度和通量分别是无对流情况下的3.5～4.9倍和5.9～15.1倍；当热扩散作用较强（M=-5）时，10 a底部浓度和通量是无热扩散作用下的2.6倍和3.5倍；温度升高会增大土的渗透系数，从而影响污染物在CCL中的运移，在衬垫系统设计过程中应予以考虑。提出了衬垫厚度设计简化计算方法，并以西安江村沟填埋场为例，对CCL进行了简化设计；结果表明：若要保证渗滤液中的Cl-和As击穿CCL的时间大于50 a，则CCL的厚度分别需要不小于11.16 m和1.75 m。

关键词：解析模型；温度；热扩散；渗滤液；简化设计

主应力轴旋转条件下冻结黏土累积塑性应变与临界动应力特性研究

张斌龙1, 2，王大雁*2，马  巍2，雷乐乐3，周志伟2

(1. 青海大学土木工程学院，青海 西宁 810016；2. 中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃 兰州 730000；

3. 东华理工大学土木与建筑工程学院，江西 南昌 330013)

摘  要：冻土作为寒区工程的基础和人工冻结工程的支护壁，经常承受动荷载的扰动，研究其在动荷载作用下累积塑性应变和临界动应力特性，可为寒区工程和人工冻结工程变形控制和稳定评价提供重要参考。为揭示主应力轴旋转对冻结黏土累积塑性应变和临界动应力特性影响，采用冻土空心圆柱仪进行了一系列考虑围压影响的动三轴试验和纯主应力轴旋转试验，分析了冻结黏土累积塑性应变、累积塑性应变率和临界动应力特征变化。研究表明，冻结黏土试样轴向累积塑性应变随着循环次数的增多而增大，围压的增大则会抑制冻结黏土轴向累积塑性应变发展速度，而主应力轴旋转效应会加快冻结黏土轴向累积塑性应变发展速度。冻结黏土轴向累积塑性应变率呈现3种不同变化趋势，提出了基于累积塑性应变速率判别的冻结黏土塑性变形行为划分准则，并建立了冻结黏土塑性安定和塑性蠕变临界动应力表达式，证实了主应力轴旋转条件下冻结黏土临界动应力显著降低。研究结果对冻土工程的设计、施工、稳定评价和寒区资源开发都具有重要的指导意义。

关键词：主应力轴旋转；冻结黏土；累积塑性应变；安定性理论；临界动应力

考虑微拱效应的隧道管棚受力机制分析与支护效果评价

李  然1, 2, 3，王圣涛1，王静峰*2，张顶立3，陈  平1，潘红桂1，李  奥3, 4

(1. 合肥工业大学，安徽 合肥 230099；2. 中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023；3. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室，

北京 100044；4. 苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019)

摘  要：考虑管间微拱效应、初期支护滞后效应、应力释放时空效应和基床系数变化特性，将管棚在轴向上划分为不同受力区段，建立深浅埋隧道管棚的力学理论模型，进而通过参数分析揭示管棚力学响应受影响规律。研究表明：①管棚在环向上表现为微拱效应，具有承载减跨效果，管棚外载为管间微拱转移的岩土压力；②管棚轴向上体现为长梁效应，发挥荷载传递作用，将超前围岩荷载传递至后方初支；③基于Pasternak弹塑性地基梁理论，推导了管棚挠度和内力的理论解，较既有理论解更贴近实测结果；④提出了围岩/初期支护承载比和管棚挠曲变形以量化评价管棚支护效果，为合理控制管棚变形并有效传递围岩荷载，软岩大跨隧道开挖进尺不得大于2 m，拱顶附近30°范围内的管间距较其他部位应缩短5～10 cm。

关键词：管棚；隧道工程；微拱效应；受力机制；变形预测

饱和红层泥岩填料动力及耗散能特性试验研究

陈  康1, 2，刘先峰*1, 2, 3，蒋关鲁1, 2，袁胜洋1, 2，潘申鑫1, 2，余  祯1, 2

(1. 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川 成都 610031； 2. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031；

3. 新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830023)

摘  要：路基基床变形控制是保证高速铁路线路平顺性的重要前提之一，基床变形由外部荷载和路基填料动力特性决定。通过不同围压和动应力下的动三轴试验研究了饱和红层泥岩填料动力及能量耗散特性，结果表明：饱和红层泥岩填料的累积变形、应变速率和等效模量具有内在相关性，可通过状态边界面表征。围压变化将引起状态边界面形状和大小的改变，动应力则决定了填料动力响应在状态边界面中的位置。填料耗散能具有两阶段特征，先随振次增加而衰减随后到达稳定状态。填料的累积变形、变形速率和等效模量与耗散能大小有关，同样可通过状态边界面表征，耗散能则受动应力水平影响。当相对能量水平低于20%，填料累积变形最终能够稳定，处于动力稳定状态；当相对能量水平位于20%～60%，填料处于动力临界状态；而当相对能量水平高于60%，填料的长期稳定性无法保证，处于动力失稳状态。

关键词：红层泥岩；高速铁路；路基填料；动力特性；耗散能

外荷载随时间变化下考虑起始电势梯度的一维电渗固结解析解

葛尚奇1, 3，江文豪2，郑凌逶*3, 1，谢新宇1, 4，谢康和1

(1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心，浙江 杭州 310058；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071；

3. 浙大宁波理工学院，浙江 宁波 315100；4. 浙江大学温州研究院，浙江 温州 325035)

摘  要：将起始电势梯度的概念引入电渗固结理论，基于相关假定建立了外荷载随时间变化下考虑有效电势衰减的一维电渗固结控制方程，利用变量代换和分离变量法获得了电渗固结通解，并给出了常见加荷形式下解析解的表达式。将退化解与已有解析解进行比较，并将所提解与有限差分解展开对比，验证了所提解答正确性。基于所提解析解，分析了相关参数对软土地基电渗固结特性的影响。结果表明：起始电势梯度的存在降低了超孔隙水压力绝对值和沉降量；水力渗透系数的减小有利电渗排水固结过程的进行，且电渗透系数与水力渗透系数比值越大，沉降量越大、电渗排水固结效果越好；当采用电渗联合堆载预压法加固时，电渗作用可降低因外荷载引起的正超孔隙水压力的最大值，提高固结排水时土体的稳定性。

关键词：电渗；起始电势梯度；变荷载；解析解；固结

基于动态图像技术的南海钙质土颗粒形态特征研究

刘  鑫1, 2，李  飒*1, 2，尹福顺1, 2，姚  婷3

(1. 天津大学建筑工程学院，天津 300350；2. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；

3. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071)

摘  要：颗粒形态是一项重要的细观指标，影响着粒状土的物理力学性质。钙质土因为其特殊的生物成因，有着复杂的颗粒形态。为了研究其颗粒形态特征，采用PartAn 3D颗粒动态图像分析仪对粒径0.5～20 mm的南海钙质土颗粒开展形状测试，采用延伸率、扁平度、球形度、圆度、棱角度和凸度指标定量描述颗粒形态特征。结果显示：南海钙质土颗粒的延伸率、扁平度、球形度和圆度符合正态分布，而棱角度和凸度符合幂律分布；颗粒形状以块状居多，随着粒径的减小，钙质土颗粒变得更扁平，形状更规则；通过研究样本数量对颗粒形状量化结果的影响，建议采用形状指标的算术平均值量化单一粒组钙质土颗粒形状特征时，颗粒数目不少于600。最后，运用统计学中的主成分分析方法，得到一个综合考虑钙质土颗粒形状信息的新指标，建立了该指标与钙质土最大、最小孔隙比的关系。

关键词：钙质土；动态图像技术；颗粒形状；最大孔隙比；最小孔隙比

基于分散机理的细粒土分散性判别方法研究

陶  然1, 2，孟敏强1, 2，张文博1, 2，樊恒辉*1, 2，文纪翔1, 2，郭弘东1, 2，杨秀娟1, 2

（1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100；2. 西北农林科技大学岩土工程研究所/特殊岩土博物馆，陕西 杨凌 712100）

摘  要：针孔、碎块、双密度计、孔隙水可溶性阳离子和交换性钠离子百分比等现有评价细粒土分散性的5种常规试验方法，操作过程繁琐，耗时耗力。基于细粒土分散机理，通过人工配制不同黏粒含量、不同碳酸钠质量分数的土样，研究细粒土分散性常规判别试验方法的适用性，提出快速准确评价细粒土分散性的方法。试验结果表明，分散土可分为物理性分散土（可称之为低凝聚性土）、化学性分散土、物理-化学复合型分散土，其中黏粒含量10%是细粒土产生物理性分散的界限。泥球、孔隙水可溶性阳离子和交换性钠离子百分比试验适用于所有细粒土，针孔和双密度计试验适用于黏粒含量不低于10%的细粒土。当黏粒含量低于10%时，采用泥球试验的判别结果作为判别依据；当黏粒含量不低于10%时，以泥球和针孔试验的判别结果作为综合判别依据，并且以最强的分散性判别结果为准。双密度计、孔隙水可溶性阳离子、交换性钠离子百分比和酸碱度试验仅作为细粒土分散机理的解释性试验，不参与综合判别。

关键词：分散土；分散机理；判别方法；适用性；综合评价

大理岩应变型岩爆红外前兆特征试验研究

宋月歆1，任富强*1, 2，刘冬桥2

(1. 辽宁科技大学土木工程学院，辽宁 鞍山 114000；2. 中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点试验室，北京 100083）

摘 要：为探究大理岩应变型岩爆的红外前兆特征，通过不同加载方式下单面临空的真三轴岩爆试验，模拟应力集中型和动力触发型岩爆的发生过程，使用红外热像仪监测两类岩爆的红外温度场变化过程，从平均红外温差、方差、升温速率、红外图像及傅里叶频谱图等方面分析了岩爆前兆信息，并探讨了不同类型岩爆前兆特征的差异。结果表明：岩爆发生前平均红外温差、方差及升温速率曲线均出现明显突增，其中平均红外温差突增分别提前应力集中型和动力触发型岩爆10，20 ms，可作为有效岩爆前兆；动力触发型岩爆发生前方差会出现小幅波动且升温速率有明显下降趋势，与温差曲线中岩爆前的一小段降温过程相对应，而应力集中型岩爆方差与升温速率无明显波动特征；岩爆前平均红外温差图像出现高低温异化现象，表现为：应力集中型岩爆前红外图像出现明显的倒“Y”型高温区域，动力触发型岩爆平均红外图像出现高温区域下移现象；此外，两类岩爆傅里叶频谱图中的垂直谱图均出现大量高频低幅的主要分量。

关键词：大理岩应变型岩爆；前兆特征；红外温差；傅里叶频谱图

南海北部陆坡区深海软土宏微观特征与力学特性研究

蒋明镜1, 2, 3，刘阿森2，李光帅2

(1. 苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215009；2. 天津大学建筑工程学院，天津 300350； 3. 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系，上海 200092)

摘  要：针对中国南海深海软土的研究对于南海资源开发利用具有重要意义。由于取样困难，目前针对深海软土的研究较少，另外深海软土赋存环境特殊，其特性与常规软土有显著差异。通过基础物化特性试验、环境电镜扫描（ESEM）、一维固结及蠕变试验、常规三轴试验、对南海深海软土的材料特性、微观结构、压缩及蠕变特性、三轴剪切特性进行研究分析。试验结果表明该深海软土具有高含水率、低密度、高孔隙比、高饱和度的特点，为高液限粉土，矿物成分中以方解石和伊利石为主。电镜扫描结果显示该深海软土呈片状层理堆积结构，存在疏松架空骨架和贯通孔隙，能储存大量孔隙水，土体中存在生物残骸。一维固结及蠕变试验中，深海软土压缩性强，次固结变形大，固结系数随着竖向压力的增加而减小，次固结系数随着竖向压力的增加先增大后减小。在固结不排水三轴试验中，该深海软土表现出应变硬化特征，有效应力路径呈现先加载后卸载的特征，固结排水三轴试验中，应变硬化的特征更显著，有效应力路径呈现持续加载的特征。

关键词：深海；软土；微观结构；压缩；剪切；固结试验；三轴试验

分布式光纤传感技术在高面板堆石坝内部变形监测中的应用

何  斌1, 2，徐剑飞3，何  宁*1, 2，张中流1，周彦章1, 2，汪璋淳1，孔  洋1，易  伟4

(1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029；

3. 江苏句容抽水蓄能有限公司，江苏 句容 212400；4. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

摘  要：面板堆石坝内部变形监测是评价其变形稳定和安全的重要指标，针对传统监测技术在高面板堆石坝内部变形监测方面的不足，提出了一种基于分布式光纤传感技术的高面板堆石坝内部变形监测方法，在200 m级高面板堆石坝中开展应用研究。对比研究了3种光纤布设方式（分别安装于45a型工字钢、6分镀锌钢管和保护沙层中）测量水平位移的可行性，3种布设方式实测结果最大平均差值均小于1.0 mm，说明3种方式测量一致性较好。结合数值计算和传统水管式沉降计测量结果，基于分布式光纤传感技术的坝体内部变形结果与数值计算结果基本吻合，且沉降监测结果与水管式沉降计测得量值的平均误差小于10 mm，表明本技术可以满足高面板堆石坝内部变形监测需要，验证了基于分布式传感光纤技术在坝体内部变形监测应用的合理性和可行性。

关键词：高面板堆石坝；内部变形；分布式光纤传感技术；监测

水泥砂浆扩体预制桩竖向承载特性试验研究

郜新军1, 王剑博2, 张  浩*1, 段鹏辉1, 周同和1, 包建新1

(1. 郑州大学，河南 郑州 450001；2. 郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450065)

摘  要：水泥砂浆扩体预制桩是一种新型的扩体桩技术，通过孔内土体全置换灌浆后植桩工法和厂拌高质量灌浆料的应用，改善了扩体桩整体承载性能，扩展了预制桩的工程应用范围。为了揭示其竖向承载特性，基于足尺试验，开展了不同桩顶承压方式与引孔条件下扩体桩承载性能研究。结果表明：桩顶承压方式对扩体桩整体承载性能影响相对较小，但对扩体桩内部荷载传递机制影响明显；与扩体桩全截面承压相比，内部预制桩单独承压时，预制桩轴力相对较高，且随深度增加衰减速度较快，预制桩-水泥砂浆相互作用更明显；引孔条件不同会造成桩端支撑条件变化，对扩体桩承载性能影响明显，超引孔扩体桩（SC）的承载力大于等引孔扩体桩（EC）和短引孔扩体桩（LC）；各试桩均呈现扩体桩整体下沉破坏，说明预制桩-水泥砂浆界面剪切能力大于水泥砂浆外侧壁与土之间的剪切作用；当采用强度大于15 MPa的外包材料时，可不考虑预制桩与外包材料界面破坏。

关键词：水泥砂浆扩体桩；现场试验；承载性状；加载方式

土石混合体三轴剪切试验及三维多重剪切边界面模型

曾章波1，黄  华1，梅龙喜1，裴志勇1，邹  熠2，方火浪*2

(1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122; 2. 浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058)

摘  要：土石混合体是介于离散和连续介质之间的特殊地质材料，其颗粒分布特征和力学特性是控制土石混合体高填方工程稳定性的重要因素。以白鹤滩水电站库区象鼻岭移民安置点防护堤工程为依托，利用大型三轴试验仪，对两种土石混合体填筑料在3种不同围压条件下进行固结排水剪切试验，分析了土石混合体的偏差应力和体积应变随轴向应变的变化规律以及剪缩和剪胀特性。在此基础上，根据粒状土的临界状态和边界面弹塑性理论，引入了适合于土石混合体的临界黏聚力和状态参数，并基于空间随机分布微观剪切结构，建立了土石混合体状态相关三维多重剪切边界面模型。通过模型模拟结果与三轴剪切试验结果的比较，验证了该模型能够合理地描述土石混合体在低围压下的应变软化和剪胀特性，以及在高围压下的应变硬化和剪缩特性。

关键词：土石混合体；三轴剪切试验；应力-应变关系；剪胀性；多重剪切；边界面

考虑蠕变特性的高应力软岩隧道变形预测方法与实践

郭新新1，汪  波*2，王振宇2，于家武3

(1. 成都理工大学环境与土木工程学院，四川 成都 610059；2. 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；

3. 中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201)

摘  要：为研究高应力软岩蠕变特性对隧道围岩变形预测的影响，以木寨岭公路隧道为依托，首先采用三维计算模型与多元线性回归相结合的方法分析初始地应力场，并结合围岩段落划分，选择典型计算断面；其次，提出基于[BQ]值的围岩参数取值方法，确定典型计算断面的围岩参数；而后，开展基于M-C模型和Cvsic模型的断面变形计算，剖析岩体蠕变特性对围岩变形的影响；最终，对比了预测结果与实际围岩变形。结果表明：①岩体蠕变特性对围岩变形具有明显增大效应，围岩位移增长量与横断面平均主应力呈正相关；②围岩条件越差，蠕变增大效应越显著；横断面平均主应力越大，蠕变增大效应中位移增长量越大，而位移增长率变化不明显；③蠕变特性对围岩变形等级预测有明显影响，M-C模型预测结果弱于Cvisc模型，与实际围岩变形情况存在较大差异。研究结果为在高应力软岩隧道变形预测中引入岩体蠕变效应奠定了实践基础。

关键词：高应力软岩隧道；变形预测；蠕变效应；数值模拟；工程检验