智能大坝研究进展与发展路径思考

刘六宴^{1, 2}，李宏恩^{1, 2, 3}，高长胜^{1, 2, 3}，向  衍^{*1, 2, 3}

（1. 水利部大坝安全管理中心，江苏 南京 210029；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；3. 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：气候变化与强人类活动给水库大坝安全管理带来新的挑战，传统安全管理理念和技术手段已难以满足新阶段水库大坝安全高质量管理需求。云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的快速发展为水库大坝安全管理行业的数字化、网络化、智能化变革提供了重要契机。智能大坝作为水库大坝安全管理行业现代化发展的重要标志，是助力发展水利新质生产力的重要载体，如何利用智能技术升级改造传统水库大坝建设管理体系，有效提高建设管理效率与安全保障裕度成为行业研究的重点和难点。全面梳理了智能大坝建设的研究进展，提出了统筹水库大坝规划设计、施工建设、蓄水运行、除险加固等全周期的智能大坝建设与改造研究思路，建议了进一步发展智能大坝建设管理的实施路径。旨在持续提升水库大坝安全保障能力，推动大坝安全管理通过智能大坝建设由“工程管理”向“智慧管理”转变。

关键词：智能大坝；全生命期；智能改造；工程安全；信息技术；人工智能

考虑循环软化的非线性界面本构模型研究

蔡正银，范开放^*，朱  洵

（南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024）

摘  要：提出一种考虑循环软化、非线性的无厚度界面本构模型。首先，开展了砂土-钢界面的大型循环剪切试验研究，获取了界面循环剪切下强度参数指数型的软化规律，提出了考虑土体相对密实度和结构粗糙度耦合作用的循环软化表征方程；其次，将引入循环软化方程的双曲线模型作为骨架曲线模型，实现循环荷载作用下界面从初始状态演变至临界状态的模拟；最终，考虑界面剪切的非线性，构造了剪应力-剪位移的滞回圈模型，并总结了模型的强度参数、刚度参数与法向应力、土体相对密实度、结构粗糙度的经验公式。采用新建立的模型对试验结果和既有文献结果进行了预测，证明了其对界面循环剪切试验具有良好的模拟效果。

关键词：砂土-钢界面；循环软化；相对密实度；粗糙度；本构模型

主动区水泥搅拌桩加固对锚式板桩墙侧向减载机理研究

陈盛原，戴济群，关云飞^*，蔡正银，韩  迅

（南京水利科学研究院，江苏 南京 210029）

摘  要：水泥搅拌桩的侧向阻挡作用在软土地区基坑、码头等挡土结构工程应用中逐渐得到重视。采用土工离心模型试验研究了主动区水泥搅拌桩加固对锚式板桩墙侧向响应的影响；同时建立三维有限元数值模型对离心模型试验结果进行反演分析，进一步深究水泥搅拌桩复合地基的侧向减载效应及结构-土的相互作用机理；明晰了水泥搅拌桩桩长、桩间距及强度等地基加固参数对锚式板桩墙侧向减载效能的影响规律。结果表明：主动区水泥搅拌桩的设置会产生水平土拱效应，导致侧向荷载更多地被桩体承受，而桩间土体的侧向受力减小，进而削弱了作用于前墙的侧向土压力，有效改善墙体侧向变位和墙身弯矩；与地基未加固情况相比，主动区水泥搅拌桩加固减小了锚式板桩墙侧向主动土压力25.6%，弯矩32.4%和侧向变位26.7%。锚式板桩墙侧向变位随水泥搅拌桩强度、桩长的增大而减小，随桩间距的增大而增大；水泥搅拌桩的侧向减载效果随着开挖深度的增加越突出；当水泥搅拌桩桩长为端承桩，桩间距为两倍桩径时，其可获得较好的侧向减载效果。研究成果对控制挡土结构变形，降低工程造价提供了思路，可为日后类似工程的设计与施工提供参考依据。

关键词：锚式板桩墙；水泥搅拌桩；侧向减载；离心模型试验；数值模拟

混凝土面板堆石坝漫顶溃坝机理研究

赵鲲鹏¹, 陈生水^{1, 2, 3}, 钟启明^{*1, 2, 3}, 邓  曌¹, 宋智通¹

（1.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 水灾害防御全国重点实验室，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：混凝土面板堆石坝漫顶溃坝牵涉到复杂的水-土-结构耦合作用机制，本文通过水槽模型试验，基于水沙动力学、土力学和材料力学理论及方法，研究了面板坝漫顶溃决过程中坝体纵、坡面溃口的发展过程，揭示了溃口形态和溃口洪水流量的演变机制。总的来说，面板坝漫顶溃坝表现为堆石料的连续性冲蚀、溃口边坡间歇性失稳和悬空面板多次折断的耦合过程。在纵断面方向，下游坝坡堆石体溃口在漫顶水流作用下经历了尾部下切—陡坎溯源—侧壁坍塌—全断面冲刷—上冲下淤—河床稳定的过程，其间伴随面板的间歇性折断破坏；在坡面方向，溃决主要体现在堆石体溃口形态的演化，经历了溯源侵蚀-侧侵剥蚀-溃口边坡失稳坍塌，最终形成“八字形”溃口。溃口持续扩展引发的悬空面板间歇性折断导致溃口流量曲线呈现多峰特征，峰值大小可作为主、次要破坏程度的重要依据。研究结果为面板坝漫顶溃坝过程预测模型的建立与灾害风险评价提供了试验依据。

关键词：混凝土面板堆石坝；漫顶溃坝；堆石料冲蚀；面板折断；溃坝机理

前锋型降雨下草本植物根系固土护坡机理研究

姜宝莹^{1, 2, 3}，何  宁^{1, 2}，张桂荣^{*1, 2}，周金晶⁴，李欣然^{1, 2}，石  川^{1, 2}，张双林⁴

（1. 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210029；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；3. 黑龙江大学水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；4. 淮安市淮河入海水道二期工程建设处，江苏 淮安 223005）

摘  要：降雨作用易引发河道岸坡及其防护工程失稳破坏。为保证中国岸线生态修复工程的顺利实施，以根系生长12个月的（10 + 10）g/m²四季青+百喜草根系为例，研究前锋型降雨下草本植物根系固土护坡机理。应用大型物理模型试验，阐述前锋型降雨下裸土岸坡和植生岸坡的变形过程，揭示裸土和根系土体积含水率、孔隙水压力和基质吸力变化规律，获得裸土和根系土水力性质关系表达式。建立某一时刻降雨下岸坡稳定性分析模型，阐明前锋型降雨下岸坡稳定安全系数随岸坡深度及降雨时间的变化规律。结果表明：①前锋型降雨下，裸土岸坡的稳定性相较于植生岸坡更易受到前期150 mm/h降雨的影响，后期50 mm/h降雨对植生岸坡的稳定性影响较小；②前锋型降雨下，草本植物根系提高了30 cm深度含根土层稳定性，但降低了临近含根区域35～60 cm土体稳定性，对100 cm更深处土体稳定性的影响较小；③草本植物根系有利于延长岸坡保持稳定的时间，减轻岸坡的破坏程度，发挥较好的水土保持效应。为了保证岸坡的长期稳定性，草本植物根系需与其他工程结构共同作用。研究结果为长江中下游生态护岸工程实际建设提供必要的数据基础和理论支撑。

关键词：草本植物根系；前锋型降雨；岸坡变形；岸坡稳定性

深厚软土地基中桶式基础护岸的变位模式研究

潘卓杰^{1, 2}，关云飞^*1，李  武³，韩  迅¹，张红梅⁴

（1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；2. 河海大学土木与交通学院, 江苏 南京 210024；3. 中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032；4. 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：桶式基础结构常应用于深厚软土地基中作为防波堤或护岸，尤其作为护岸时受荷情况复杂。为探究不同阶段回填荷载作用下桶式基础护岸的变位模式及影响机制，开展了土工离心模型试验及有限元模拟，并提出了桶式基础护岸的变位分解计算方法。结果表明，桶内回填阶段桶底土体被压缩，桶体发生沉降变位；陆侧回填阶段下桶陆侧上部及海侧土体被挤压，桶体发生指向海侧的滑移变位以及指向陆侧的倾覆变位，且转动中心位于桶底海侧并斜向上逐渐逼近桶体；在深厚软土地基中针对桶周及桶底采用砂桩加固后，能够有效提高竖向承载力、减小沉降量，而对于侧向减载效果不明显。研究成果可以为桶式基础护岸的变位模式研究提供理论依据。

关键词：桶式基础护岸；深厚软土；变位模式；离心模型试验；数值模拟

土体冲蚀特性试验设备研制与应用研究

卢洪宁¹，钟启明^{*1, 2, 3}，单熠博¹，杨  蒙¹，胡  亮⁴

（1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；2. 水灾害防御全国重点实验室，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；4. 河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210024）

摘  要：土体冲蚀特性主要包括临界起动切应力和冲蚀速率两个指标，是土石坝溃口流量和溃口形态演化的控制性要素。传统冲蚀试验通过将测量获取的断面水流流速转化为摩阻流速，进而推求水流切应力。本文研发了采用桥式微应变切应力传感器直接获取水土交界面切应力的测试技术，在此基础上研制了一套土体冲蚀特性试验设备，该设备包括水动力系统、土体冲蚀系统和数据采集系统。水动力系统能够提供0～6 m/s的水流条件；土体冲蚀系统利用切应力传感器直接记录切应力的动态变化，通过将抬升装置与声波测距装置并联形成伺服位移控制系统，实现试样高度的自动调整，并实时监测冲蚀深度的变化；数据采集系统记录水流切应力与冲蚀速率之间的关系。试验结果表明，黏性土的冲蚀速率与水流切应力之间呈线性相关性，黏性土临界起动切应力随着压实度和黏粒含量的增加而显著增加，含水率对临界起动切应力影响较小。基于试验数据建立了黏性土临界起动切应力及冲蚀系数预测模型，验证结果表明，通过优化模型参数和引入更多土体相关特征，模型能够较好地反映黏性土临界起动切应力及冲蚀系数与土体特性之间的关系，为土石坝溃决模拟时坝料冲蚀参数的选择提供了科学依据。

关键词：土体冲蚀设备；水流切应力；断面流速；临界起动切应力；冲蚀速率

滑坡堰塞体材料空间变异性研究的试验方法

郭万里¹, 蔡正银¹, 简富献^{*2, 3, 4}

（1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；2. 重庆市城投路桥管理有限公司，重庆 400023；3. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；4. 重庆市市政设施运行保障中心，重庆 400015）

摘  要：滑坡堰塞体组成物质杂乱，颗粒分选显著，空间结构复杂，具有典型的空间变异特征，易在水流冲刷下形成溃坝洪水灾害。如何定量研究滑坡堰塞体孔隙比和级配等参量的空间分布特征是亟待解决的基础问题。在物理模型试验中引入了三维运动结构逆向重构技术（SfM），融合分块取样法，提出了滑坡堰塞体有序离散分块设计、图像采集和材料空间变异特征场量化分析等成套试验方法。基于该套方法开展了试验验证与应用，结果初步表明：滑坡堰塞体材料的颗粒级配与孔隙比在三维空间均存在显著的变异性；所提出的试验方法获取了孔隙比与级配组成的分布数据，赋予滑坡堰塞体材料空间分布信息属性，为量化宽级配堰塞体堆积形态和空间变异性奠定了数据基础和方法途径。

关键词：滑坡堰塞体；堆积结构特征；图像重构；空间变异；离散分块取样

基于自适应插值物质点法的心墙坝大变形分析研究

彭雪峰¹，吉恩跃^{*1, 2}，陈生水^{1, 2}，傅中志^{1, 2}，张意江^{1, 2}

（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：心墙坝变形模拟方法一直是行业热点与难点。传统的网格类方法如有限元、有限体积和有限差分常应用于变形分析。然而，它们在处理大变形问题时，由于网格畸变导致雅可比矩阵失态，使得计算无法进行。由此，在物质点法基本框架内，构造了对流粒子高斯插值函数，并结合粒子插值函数，提出了适用于流固耦合问题的自适应插值物质点法（AIMPM）。以Carsington心墙坝滑坡为例，利用AIMPM分析大坝从施工期到失稳滑坡全过程的演变规律，结果可得：①根据筑坝实际施工情况，AIMPM能够精准地描述坝体施工阶段的变形-孔压发展过程；②在获得坝体施工初始应力条件下，AIMPM可模拟出大坝从初始滑裂面的形成到最终溃坝堆积体的完整演化过程；③通过捕捉粒子的运行特征，可将坝体破坏过程分为3个阶段：刚体位移阶段，应力平衡阶段，速度收敛阶段。通过对经典心墙坝的精细化模拟，表明本文提出的自适应插值物质点法在小应变和大变形领域均能灵活应用，为心墙坝变形破坏分析提供了有效路径。

关键词：心墙坝；大变形；物质点法；数值方法；流固耦合

基于CT图像人工智能分析的砂砾料几何特征参数提取方法

彭家奕^{1, 2}，傅中志^{1, 2}，沈振中³，徐思远^{1, 2}

（1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；2. 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏 南京 210024；3. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210024）

摘  要：砂砾料是土石坝常用的填筑材料，其力学特性受到级配、颗粒形状和空间排布等颗粒几何特征的显著影响。准确获取这些几何特征是研究砂砾料力学特性的关键，对于土石坝设计和施工具有重要意义。本研究提出了一种基于新型深度学习模型的砂砾料CT图像分割方法，结合CT图像三维重建技术和拓扑原理，形成了一套完整的砂砾料几何特征参数提取方法，并研发了相应的程序，提供了算法流程和参数设置。研究结果表明，基于该方法的砂砾料CT图像分割精度高达95%，使用分割结果重建的三维模型进行计算，能够准确提取砂砾料的质心坐标、粒径、长宽比和球度等几何特征参数。研究还揭示了砂砾料试样具有砂粒位于试样底部、砾粒分布较均匀的空间分布特点，以及颗粒长宽比和球度概率密度呈偏态分布的形状因子分布特点。本研究有望为砂砾料力学特性研究提供新的技术手段，进而为优化土石坝的设计和施工提供新的思路。

关键词：砂砾料；颗粒几何特征；CT图像；深度学习模型；三维模型

JL混凝土面板堆石坝面板破损机理反演分析研究

黄文斌¹，吴俊杰²，米占宽^{*1, 3}，魏匡民^{1, 3}，王  芳¹

（1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏 南京 210024；2. 新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000；3. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：JL面板堆石坝最大坝高140.3 m，采用花岗岩和石英斑岩填筑，运行初期大坝出现了止水破坏和面板裂缝等问题，从而出现严重渗漏现象，严重影响大坝正常运行。基于大坝沉降观测数据和面板现场检测资料采用三维精细化数值模拟方法反演研究了JL大坝运行初期面板破损机理，再现了堆石坝体变形过程和混凝土面板应力演化性状。研究认为，大坝初次蓄水时发生的水位骤降导致了面板止水破坏，渗水冲蚀垫层区引起面板脱空，造成蓄水后面板在水压力作用下逐步破损和出现贯穿性裂缝。通过降低水位，对水上破损面板采用覆盖修复、水下破损面板采用浇筑环氧混凝土和脱空区灌浆修复等措施，大坝渗漏量得到有效控制。JL大坝面板破损案例给面板堆石坝设计施工以深刻的启示：面板堆石坝设计施工应保证各坝体分区以及面板与垫层之间的变形协调；运行期应避免水位骤降以防止内水外渗导致止水结构破坏和垫层料细颗粒流失；垫层区、过渡区和堆石区之间应严格满足反滤准则，避免面板开裂后垫层料细颗粒流失而导致的面板受力状态恶化。

关键词：JL面板堆石坝；面板裂缝；精细化模拟方法；面板破损机理

含黏土夹层砂性地基动力响应离心模型试验研究

陈锦祎^{1, 2}，傅中志^{*1, 3}，陈生水^{1, 3}，陈  聪¹，陈澄昊^{1, 3}

（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210024；3. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：自然界中河床覆盖层常由不同类型土层沉积而成，构成复杂，且常伴有黏土夹层。通过开展一系列离心机振动台模型试验，探究了黏土夹层对砂土覆盖层超静孔隙水压力、加速度响应及频谱特性影响。结果表明，采用分层击实法制备的模型在重复振动下具有更强的抗液化能力，浅层砂土液化行为受覆盖层厚度与黏土夹层影响；黏土夹层减弱了地表加速度响应，夹层处加速度放大系数明显降低，反映出材料阻尼对地震传播的削弱作用；虽然黏土夹层既能耗散振动高频能量又能削弱低频响应，缩小反应谱“平台段”范围，减小最大动力系数，降低诱发结构地震破坏的风险，但现行抗震设计规范仍可能低估深厚覆盖层对实际地震动的放大效应。

关键词：砂土；加速度响应；液化；覆盖层；黏土夹层

水泥固化高岭土物相分布的热力学模型预测研究

葛津宇^{1, 2}，徐  菲^*1，韩  迅¹，韩雪松¹，钱文勋¹，李怀森¹

（1. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；2. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210024）

摘  要：针对水泥固化土（水泥土）物相分布的定量分析，探索提出基于化学热力学模型的新方法。采用物相成分相对简单的商用高岭土，制备不同水泥掺量、胶水比，以及不同剂量NaOH/KOH激发的水泥土样品，并通过X射线衍射（XRD）与²⁹Si-核磁共振（²⁹Si-NMR）技术对样品的物相分布进行定性和定量表征。基于化学热力学模拟软件GEMS和数据库Cemdata18构建水泥土热力学模型，模拟不同水泥掺量和碱激发条件下水泥土的物相成分演化，并对比分析模拟结果与微观表征结果。研究表明：热力学模型能可靠预测不同配比下水泥土体系的物相分布演化规律；水泥和外掺碱对土体中高聚合度基团存在不同程度的“溶解−聚合”效应，并且碱的种类对黏土矿物的解聚及聚合产物的种类与结构特性有显著影响。

关键词：热力学；水泥土；物相预测；溶解-聚合；定量分析

软土地区预制桩搅拌植桩承载变形特性现场试验研究

王卫东^{1, 2}，杨  昱¹，吴江斌^{*1, 2}，王  萌^{1, 2}，钱建固¹，林  城³

（1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 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；3. 维多利亚大学工学院，维多利亚 V8P 5C2）

摘  要：搅拌植桩能有效发挥预制桩桩身强度，为明晰不同工艺对复合桩荷载传递机制的影响，本研究分别开展了辅助沉桩和自重沉桩的现场静载试验，并利用光纤监测技术分析了复合桩的荷载传递特性，揭示了两种工艺的承载力发挥机制。试验结果表明：两种施工工艺都能有效发挥预制桩桩身强度，其中自重沉桩表现出纯摩擦桩特性，侧摩阻力约为勘察报告建议的灌注桩侧摩阻力极限值（1.68～3.61）倍，发挥极限侧阻所需的桩土相对位移约为10～20 mm，辅助沉桩表现出端承摩擦桩特性，桩端阻力约为勘察报告建议的灌注桩端阻力极限值1.5倍，大部分土层侧摩阻力约为勘察报告建议的灌注桩侧摩阻力极限值（1.16～2.5）倍，发挥极限侧阻所需的桩土相对位移约为6.5～10 mm。同时分析了两种工艺的加固机理，自重沉桩通过渗透加固桩周土体，侧摩阻力提升较高，辅助沉桩通过桩端的挤扩效应，有效提升复合桩侧摩阻力和桩端阻力，在试验范围内，通过适当降低水灰比，辅助沉桩承载力可以进一步提升。

关键词：搅拌植桩；辅助沉桩；自重沉桩；侧摩阻力；桩端阻力

土工膜防渗水库渗漏的数值模拟方法研究

曹雪山¹，施钦译¹，薛  猛¹，廖志彬²，袁俊平^{*1, 3}，丁国权^{1, 3}

（1. 河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210024；2. 银川中铁水务集团有限公司，宁夏 银川 750004；3. 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）

摘  要：渗漏是水库运维安全的关键性影响因素，而关于土工膜缺陷渗漏的研究水平尚处于试验阶段，未见有报道土工膜防渗水库缺陷渗漏数值模拟方法方面的研究成果。首先，阐述土工膜缺陷渗漏的研究难点，并根据土工膜缺陷渗流特征，提出将缺陷土工膜及其接触层作为防渗层（简称缺陷土工膜防渗层）的反分析模拟方法；然后，基于1360 d的西夏水库渗漏监测数据，建立水库三维土工膜缺陷渗流模型，对西夏水库的10个运行过程反演缺陷土工膜防渗层等效渗透系数。结果验证表明，研究方法合理，并且揭示了随着西夏水库向动态高库水位运行，缺陷土工膜防渗层的等效渗透系数有降低、升高及稳定3个阶段，符合土工膜下粗粒土的渗透变形规律，与土工膜下监测点的渗压及渗压降的3个阶段对应。研究成果为土工膜防渗水库安全运营评价提供技术支撑。

关键词：土工膜；水库；缺陷土工膜防渗层；等效渗透系数；三维反演模型；渗漏特性；监测数据

盾构超近距离下穿对既有隧道变形的影响

戴正彬^{1, 2}，卢云龙^{1, 2} 

（1. 江苏省地质局第一地质大队，江苏 南京 210041；2. 江苏南京地质工程勘察院，江苏 南京 210041）

摘  要：近几年城市建设不断稳步发展，中国众多城市陆续加大开发建设城市轨道交通项目，地铁工程建设引起周边地表沉降和构筑物变形时有发生。依托南京某地铁盾构隧道工程，通过现场监测结合数值模拟方法，分析了盾构超近距离下穿时对隧道结构产生的影响，总结盾构施工引起的周边土体变形规律，为后续工程提供可靠经验。研究结果表明：分析现场实测值和模拟计算值可知盾构在靠近隧道时地表沉降量较小；隧道侧墙位移大体水平方向是朝向坑内移动，同时既有隧道结构的底板竖向位移变化量大于顶板中心轴线上的沉降变化量，主要取决于盾构掘进具体位置；盾构近距离下穿过程中对隧道抗拔桩影响显著，需及时动态调整盾构掘进压力；最大沉降位于盾构双线中心位置的正上方且为“V”形状。

关键词：超近距离下穿；盾构隧道；数值模拟；变形监测

基于CTNOA-SBL-MIC模型的长桩桩端阻力预测分析

翁锴亮^{1, 2, 3}，贾敏才^{*1, 2}，苏  燕³

（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试验室，上海 200092；3. 福州大学土木工程学院，福建 福州 350108）

摘  要：机器学习（ML）已被广泛应用于桩基工程建模，然而由于桩体受载发生位移至一定程度时，桩端阻力才会变得显著，故预测长桩的桩端阻力通常具有挑战性。为准确预测长桩的桩端阻力，筛选出力学效应、桩体属性和土体特性3个关键方面的相关因素，提出一种结合多折交叉验证、混沌序列、星鸦搜索算法、稀疏贝叶斯算法和最大信息系数检验的混合模型框架，在提升预测准确性的同时增强模型的可解释性。选择越南胡志明市所采集的920个长桩和超长桩实测数据作为基准数据集，以均方根误差、平均绝对误差和相关系数作为模型预测准确性的指标。结果表明，所提模型在点预测方面都优于现有ML模型的预测，多种指标的值都接近最优。同时，计算了桩端阻力多种影响因子的相关性强度，结合现实工程经验极大丰富了关于模型内部计算的可解释性，对软土地基下长桩的设计和研究具有深远意义。

关键词：大型长桩；桩端阻力；机器学习；混合模型；模型可解释性

软硬不均地层盾构机姿态控制试验研究

黄大维^{1, 2}，陈  凯^{1, 2}，徐长节^{*1, 2}，卢文剑^{1, 2}，曾小涛^{1, 2}

(1. 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室，江西 南昌 330013；2. 华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室，江西 南昌 330013）

摘  要：软硬不均地层是盾构施工过程中常遇到的不良地质之一，盾构机在掘进软硬不均地层时，刀盘受力不均易导致盾构机姿态发生变化，从而导致盾构隧道偏离设计轴线。为研究盾构机掘进软硬不均地层时，刀盘受力和盾构机姿态变化之间的关系，设计了1∶10的模型盾构开挖施工模型试验，对试验中软硬不均地层中盾构机受力状况进行了分析，并对试验施工过程中盾构机的姿态进行了监测和分析。试验结果分析得出：①盾构机在开挖软硬不均地层时，刀盘掘进硬土层时开挖面土体反力大于刀盘掘进软土层时开挖面土体反力，刀盘将受到额外的开挖面扭矩，从而导致盾构机刀盘扭矩增大；②盾构法施工上软下硬地层时，盾构机刀盘逆时针转动，刀盘右侧接触硬土面积分别大于、小于、等于左侧时，盾构机刀盘受到开挖面反力整体合力分别向左下、左上、左；盾构机刀盘顺时针转动时，受力方向相反；③盾构机在开挖软硬不均地层时，刀盘转向应频繁规律的改变，正反转交替掘进；④盾构机在地层中的姿态变化受本身固有姿态和盾构机受力的综合影响。

关键词：软硬不均；盾构施工；模型试验；盾构机受荷；盾构机姿态

基于空间滑动面变化的横观各向同性非饱和黄土强度准则及验证

郭  楠¹，杨校辉¹，贾世宁¹，陈正汉^{1, 2}

（1. 兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 陆军勤务学院军事设施系，重庆 401311）

摘  要：为了科学预测大面积填土地基的强度及变形特性，通过理论分析、系统的室内试验等手段，对横观各向同性非饱和重塑黄土的力学特性做了深入系统的研究。首先，基于空间滑动面强度理论，同时考虑成层地基的横观各向同性及非饱和特性，将基质吸力及横观各向同性参数引入Lade-Duncan强度准则，建立了横观各向同性非饱和黄土的强度准则；其次，设计了多种不同应力路径的非饱和三轴及真三轴试验，测定了横观各向同性非饱和黄土三维强度准则中的相关参数；然后，揭示了横观各向同性非饱和重塑黄土的强度、变形及水量变化特性；最后，将本文提出的强度准则与验证试验结果及Lade-Duncan强度准则、Mohr-Coulomb准则进行对比分析，初步验证了基于空间滑动面变化的横观各向同性非饱和黄土强度准则的合理性及适用性。研究成果可为大面积填土地基工程的设计提供理论支持和科学依据，对推动非饱和土力学的强度理论研究具有重要意义。

关键词：空间滑动面；横观各向同性；非饱和土；三维强度准则；真三轴试验

膨胀土自由膨胀率影响因素及试验机理研究

陈熠坤¹，储   亚^*1，蔡国军²，闫  超³，刘松玉⁴，韩爱民¹

（1. 南京工业大学交通运输工程学院，江苏 南京 211816；2. 安徽建筑大学，安徽 合肥 230009；3. 安徽省膨胀土力学与工程研究院，安徽 合肥 236025；4. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 210096）

摘  要：自由膨胀率是膨胀土膨胀性能判别和划分的重要参数，现有的《土工试验规程：GB/T 50123—2019》中自由膨胀率试验影响因素较多，试验机理尚不完善。亟需完善自由膨胀率试验机理以提高指标的科学性。以人工配置膨胀土为研究对象，深入研究国内GB/T 50123—2019和美国ASTM D5890—19两种主流自由膨胀率试验方法，讨论分析两种试验方法的影响因素和相关关系，提出了基于质量体积比的自由膨胀率修正方法。研究结果表明，土样类型、粒径、操作流程等因素都会对自由膨胀率（GB/T 50123—2019）和膨胀指数（ASTM D5890—19）产生显著影响。对于同种土样而言，粒径、颗粒形态引起的质量变化和操作流程中搅拌次数与遍数是自由膨胀率差异的主要原因。膨胀指数的变化受土膜覆盖程度影响。人工配置膨胀土中钠基膨润土占比增加，使膨胀体积、自由膨胀率和膨胀指数呈线性增加；自由膨胀率和膨胀体积的增长速率受粒径和颗粒形态的影响明显。随钠基膨润土占比的提升，GB/T 50123方法下，土体比膨胀体积呈线性函数增加；ASTM D5890方法下，比膨胀体积则呈向下开口的幂函数关系增加。为屏蔽粒径导致的质量差异，提出采用土颗粒相对质量密度对土体自由膨胀参数进行修正，修正后的真实自由膨胀体积不会受到颗粒形态、粒径大小、密实度等与质量相关的因素影响，且具有了更为严谨的物理意义，能更有效地反映出土体固有的膨胀性能。

关键词：膨胀土；自由膨胀率；膨胀指数；影响因素；试验机理

基于SPH方法的盾构隧道开挖面失稳全过程模拟

马阳晨¹，翁效林¹，孙钰丰^*1，叶  飞¹，马  越²，WONGK KHenry³, PARDOENBenoît³

（1. 长安大学公路学院，陕西 西安 710064；2. 陕西西咸海绵城市工程技术有限公司，陕西 咸阳 712000；3. 里昂大学国立国家公共工程学院，法国 里昂 69000）

摘  要：鉴于传统上基于网格的数值方法在模拟岩土材料大变形问题中的局限性，将一种无网格数值方法——光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics，SPH）应用于盾构隧道开挖失稳全过程模拟，包括土体渐进性失稳至极限平衡状态，再到土体破坏后的坍塌大变形。首先，建立了盾构隧道开挖SPH模型，通过将SPH模拟结果与理论解以及模型试验得到的极限支护力和开挖面破坏模式进行对比，验证了SPH方法在分析隧道开挖失稳大变形问题中的可行性。然后，在无支护力条件下对隧道开挖失稳全过程进行模拟，并分析了覆跨比、内摩擦角和黏聚力3个关键参数对土体破坏后坍塌大变形的影响。研究结果为今后解决隧道大变形问题提供了一种新的分析方法与视角。

关键词：隧道工程；大变形；开挖面失稳；光滑粒子流体动力学

竖向振动基桩周围饱和土动态响应研究

付鹏程^{1, 2}，吴君涛^{*1, 2}，易恩泽^{1, 2}，王奎华^{1, 2}，张智卿³，汤旅军⁴

（1. 浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058；2. 浙江大学平衡建筑研究中心，浙江 杭州 310063；3. 温州理工学院建筑与能源工程学院，浙江 温州 325035；4. 浙江水利水电学院建工学院，浙江 杭州 310018）

摘  要：基于Biot饱和多孔介质理论建立竖向激励作用下桩-饱和土耦合振动模型，研究三维轴对称条件下桩周饱和土振动响应规律。通过引入势函数并采用算子分解法及分离变量法，结合桩土耦合振动边界条件，求解得到饱和土与超静孔隙水压动态响应解析解。在退化工况下，解析解计算结果与既有桩周弹性介质土的动力响应结果几乎一致。基于经验证后的解析解，开展弹性波在完全饱和土中传播机理的研究。通过场地土位置-时间-响应关系，可明确观察到饱和土中存在的快纵波（P₁波）与剪切波（S波）。对不同工况下的桩-饱和土耦合系统进行参数分析，得到桩周饱和土的波动响应规律，其能够对基础减隔振以及桩基工程检测提供工程指导以及理论支撑。

关键词：桩基础；饱和土；动力响应；解析解；波动规律