土力学的物理化学基础

韦昌富

（南华大学资源环境与安全工程学院，湖南 衡阳 421001）

摘  要：骨架（矿物）-水相互作用是影响土体工程力学性质的根本因素，但这一物理化学机制在经典土力学理论中长期未能被系统刻画，导致现有理论在解决多场耦合问题时存在明显局限，其中涉及黏土和化学问题尤为突出。为此，本文首次融合多孔介质连续理论与经典物理化学原理，建立了能够统一表征骨架-水相互作用的理论框架，用于定量描述饱和与非饱和土的热-流-力-化学多过程耦合行为。通过定义骨架-水相互作用势，提出了孔隙水组分相对化学势的概念，并构建了相对化学势的一般表达式以及多相孔隙介质系统的平衡条件；通过引入广义有效应力原理，推导了广义有效应力公式；建立了多相多组分渗流控制方程，揭示了热渗透与化学渗透的作用机制，并建立了理论上自洽的多相流模型；确定了孔隙水-冰/水合物体系的相平衡条件，阐明了相变过程与土体抗剪强度之间的内在联系。本文不仅为多物理场耦合作用下多相多孔介质的力学行为与本构模拟提供了统一的物理化学与连续介质力学理论基础，也为拓展土力学理论体系、提升其工程预测能力提供了新途径。

关键词：骨架-水相互作用；广义有效应力；渗流；渗透现象；相平衡

一种隐式稳定节点光滑有限元分解ALE法及其在大变形分析中的应用

陈  曦¹，吕彦楠¹，于玉贞²，崔柳生¹，许  哲¹，郭  菁¹

（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. 清华大学水利水电工程系，北京 100084）

摘  要：岩土工程常涉及土体大变形问题，采用基于小变形假设的有限元法对其进行分析会产生较大计算误差或因网格畸变而导致计算中断。分解任意拉格朗日-欧拉（ALE）法将网格变形与材料变形分离，分别执行更新拉格朗日（UL）步与欧拉步以便克服网格畸变引起的计算精度降低或计算中断问题。将稳定节点光滑有限元（NsFEMstab）法与ALE法相结合，提出一种新的NsFEMstab-ALE法，并提出一种用于网格自适应调整策略的动态布点法。以刚性基础地基大变形问题为例，对NsFEMstab-ALE进行检验，数值结果表明：①基于网格自适应调整策略的动态布点法能够有效解决大变形引起的网格畸变问题，实现网格疏密平滑过渡，确保大变形模拟过程中整个网格单元具有良好质量；②应用NsFEMstab-ALE法时，能够获得与参考文献相符的荷载-位移响应曲线以及合理的等效塑性应变云图和网格变形图。

关键词：土体大变形；稳定节点光滑有限元法；隐式有限元框架；自适应网格重划分；任意拉格朗日-欧拉法

径向振动作用下浆液在饱和砂土中扩散特性现场试验研究

李晓龙^{1, 2}，陈永利^{*1, 2}，刘小锋^{1, 2}，钟燕辉^{1, 2}，张  蓓^{1, 2}，王复明^{1, 2}

（1. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州 450001；2. 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室，河南 郑州 450001）

摘  要：现有振动注浆试验通常采用轴向振动方式，振动能量主要集中在钻杆末端，对径向大范围土体几乎无扰动效应。针对该问题，研发了一种频率可调的径向振动注浆试验系统，开展了不同激振条件下饱和砂土振动注浆试验，分析了振动频率、出浆孔埋深对地聚物浆液在饱和砂土中扩散性能的影响。结果表明，保持上限注浆压力不变条件下，各工况下浆液结石体宽度随振动频率的增大显著增加，与静态注浆相比，施加10，30，50 Hz振动激励后，结石体长度分别增大1%，20%和26%，宽度分别增大80%，113%和187%，随着出浆口深度增大，结石体宽度逐渐减小；注浆压力随时间呈缓慢上升、较快增长、急剧增大3阶段变化特征，随着振动频率增大，各阶段注浆压力升高速率减小，注浆持续时间与总注浆量增大，出浆孔埋深对各指标影响规律则恰好相反；不同时刻各测点附加土压力均随振动频率的增大而增大，随出浆孔埋深增大而减小，其中沿水平方向距出浆孔最近测点附加土压力最大，以该测点为中心，沿竖向下部测点附加土压力低于上部对称位置测点。

关键词：振动注浆；径向振动；扩散性能；现场试验

黏弹性土中横截面异形桩竖向动力响应理论分析

周  航^1,2，汪义圣^1,2，李运舟^1,2

（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)

摘  要：横截面异形桩在工程应用中日益广泛，但该领域的理论研究相对匮乏。基于Hamilton原理和变分运算在直角坐标系下导出异形桩-黏弹性土模型的控制方程。采用COMSOL建立带异形边界的二维土体模型，求解土体的控制方程，该方法克服了异形边界带来的土体位移函数求解困难的问题。运用MATLAB中的边值计算方法求解桩的控制方程，最后在MATLAB中编写迭代程序进行上述方程的耦合计算。建立了一套分析异形桩竖向动力响应的理论模型。将该理论模型的半解析解与现有解析解进行对比，验证了该方法的可靠性。最后，讨论了异形桩的横截面参数、桩-土模量比、桩的长细比等对桩顶复阻抗的影响。结果表明：随着外荷载频率增大，桩的横截面形状对桩顶阻抗的影响也逐渐增大，其中H形桩的异形效应相较于X形桩和矩形桩更为明显。

关键词：黏弹性土；横截面异形桩；Hamilton原理；异形效应；复杂边界条件；动力阻抗

动力湿化作用下土体水分迁移规律试验研究

马德良¹，韩弘驰²，董  静²，李  腾²，冯怀平^*2，杨志浩¹

（1. 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北 石家庄 050043；2. 石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043）

摘  要：揭示动力湿化作用下（dynamic slaking, D-S）路基土的水分迁移规律对于分析重载铁路翻浆冒泥病害成因至关重要。通过自主开发水-力联合测试系统，开展路基土的动力湿化三轴试验，通过电阻率特征分析水分迁移过程，揭示动力影响水分迁移过程的机理。建立了基于归一化电阻率的含水率计算方法，分析了动应力和干密度对水分迁移规律的耦合作用机制。研究发现，动力湿化作用下土样电阻率出现了“递减-递增-稳定”的三阶段演化规律，验证了水-力联合测试系统在动力湿化试验的适用性。随动应力升高，水分迁移速度降低了约11%，土样平衡含水率降低了约0.8%；随着干密度升高，土样前期含水率增速提高，较大干密度土样内部孔隙产生了抽吸现象，加速了底部水分向上迁移。本研究成果为完善土体动力湿化水分迁移模型、揭示路基翻浆冒泥病害发病机理提供了试验依据。

关键词：动力湿化；水分迁移规律；水-力联合测试；路基土

岩土颗粒多层次多分散几何形态的控制生成与离散元模拟

樊  猛¹，苏  栋^{*2,3, 4}，张  宁¹，蔡国军¹，陈湘生^{2,3, 4}

（1. 安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601；2. 深圳大学土木与交通工程学院，广东 深圳518060；3. 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；4. 矿山深井建设技术国家工程研究中心，广东 深圳 518060）

摘  要：颗粒材料（如砂土、卵石、道砟等）在岩土工程中有着广泛应用，深入理解其物理力学特性的影响机制对工程实践具有重要意义。大量研究表明，颗粒材料的宏观力学行为与其细观颗粒几何形态密切相关。然而，现有研究大多聚焦于单一几何形态指标，且常常局限于单分散分布。为此，首先在对真实岩土颗粒材料几何形态分布进行量化评价的基础上，通过引入多分散指数构建了多层次多分散几何形态分布的完整量化框架。接着，针对不同层次的几何形态分布，分别提出了相应的控制生成方法。最后，通过等压三轴固结的离散元模拟案例验证了所提出的颗粒生成方法的有效性。模拟结果表明，无论何种层次的几何形态，其多分散分布特性均会显著影响试样的初始堆积密度和平均配位数。本文的研究成果为系统探究多层次多分散几何形态对颗粒材料剪切特性的影响机理奠定了基础。

关键词：岩土颗粒；多层次几何形态；多分散分布；颗粒生成；离散元模拟

不排水条件下饱和黏土界面强度特性影响规律研究

廖晨聪^{1, 2}，黄骋驰²，苏新斌²，叶冠林^{1, 2}，郑东生³

（1. 上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2. 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系，上海 200240；3. 青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛 266000）

摘  要：吸力式基础与黏土海床的界面强度是评估安装贯入阻力的关键参数。由于海床完全被水淹没，其饱和状态、排水条件、孔隙水压等会对界面强度的发挥产生重要影响。已有的界面测试方法缺乏对土体饱和度、排水状态、孔隙水压等的准确测量与控制，无法体现海洋工程中土与结构的界面特性。通过改造传统应变式三轴仪实现了饱和黏土的完全不排水界面剪切与界面孔压的精确测量，开展了3种剪切速率、3种粗糙度以及4种固结压力下的界面剪切试验，对界面剪应力、偏应力、孔隙水压力、摩擦角、应力路径进行了分析。试验结果表明：剪切速率越快，界面滑动破坏的有效应力比和有效应力摩擦角越大，界面最大孔隙水压力随结构面粗糙度的增大而增大；界面剪切速率特性主要与土体本身的加载速率效应有关，随着剪切速率增大，界面孔隙水压力达到稳定所需的轴向应变越大。因此，严格控制黏土饱和度及剪切过程的不排水条件对界面剪切强度的精准量测十分重要，有助于准确计算沉贯摩阻力和吸力值，确保吸力式基础沉贯到位。

关键词：界面强度；剪切速率；饱和黏土；排水状态；孔隙水压力

场地的塑性变形对装配式马蹄形隧道结构地震响应的影响

江志伟^{1, 2, 3}，许成顺^*1，杜修力¹，谷  音⁴，吴成刚^{2, 3}

（1. 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 100024；2. 城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程研究中心，北京 100037；     3. 北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037；4. 福州大学土木工程学院，福建 福州 350108）

摘  要：因土体的强非线性特性，场地在震后场伴随着塑性变形响应，可对土体内的地下结构产生额外的荷载作用，但现有的地下结构抗震设计方法却并未考虑此部分作用，可能会给地下结构带来地震安全风险。基于装配式马蹄形隧道结构-场地体系和对应的自由场场地1g振动台模型试验结果，分析了自由场和非自由场场地的塑性变形及其对隧道结构地震响应的影响。结果表明：场地产生塑性变形后，装配式马蹄形隧道结构所受到的土压力分布明显改变，导致结构弯曲内力增大，变形更集中在管片接头处；结构也产生了一定的竖向收缩和水平外扩变形，局部与土体硬接触，导致该区域的土压力集中。因此建议设计时对重要地下结构增加水土静压力为偏载时的计算工况，使结构的承载能力进一步包络可能产生的内力响应。

关键词：土的塑性变形；装配式马蹄形隧道结构；1g振动台试验；地下结构抗震；暗挖装配式隧道

饱和砂中气体运移及地基破坏变形模型试验研究

龙轶雯^{1, 2, 3}，王思刘^1, 2，孙伟伦^{1, 2, 3}，孔德琼^{2, 1}，王路君^{2, 1}，朱  斌^{*1, 2, 3}

（1. 浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058；2. 浙江大学超重力研究中心，浙江 杭州 310058； 3. 浙江大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310058）

摘  要：气体赋存与运移现象在海底沉积物中普遍存在，相关规律和机理的研究对于海底设施服役安全评价、海底地貌变化解读以及温室气体泄露预测等方面具有重要意义。为研究饱和砂性土中气体运移及地基破坏变形模式，研制了具备持续恒流精准注气能力的双缸柱塞泵，对0.15～0.3 mm（SG组）和0.3～0.6 mm（LG组）两种粒径土样进行了注气试验。试验结果表明：同一粒径的土样中气体突破土体的临界压力与气体注入流量表现出较强的线性相关性，且两种粒径试验组的突破压力差值与其配位数线性插值得到的最小毛细管压力理论值近似。SG组砂土中普遍发生毛细入侵-劈裂破坏；LG组砂土在低速注气下仅发生毛细入侵，在高流量下则先毛细入侵再发展为劈裂。定义了两个无量纲参数Χ_C和Χ_E衡量毛细力和超孔压对土体破坏变形模式的影响：Χ_C影响毛细入侵过程中的运移方向和土体内部的气体饱和度；Χ_E>1为发生劈裂破坏的必要条件，且Χ_E值越大，初始劈裂起点高度越低。高流量SG组砂土试验中气体持续释放阶段的注气压力有明显的下降趋势，根据颗粒的流动特征可以推测土体发生流态化。分层土长历时注气试验结束呈现的V形土层特征可为流体管道反复喷发导致的地层变形相关假说提供试验论据。

关键词：气体运移；砂土；模型试验；毛细入侵；劈裂

内嵌地质不连续体对干热岩水力裂缝扩展的影响

解经宇¹，王  韧²，刘汉林³，赵  萌⁴，鲍  挺^*5，曹志成¹，宋继伟⁶

（1. 中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116；2. 中国石油集团工程技术研究院有限公司，北京 102206；3. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081；4. 湖北轨道交通设计研究股份有限公司，湖北 武汉 430024；5. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；       6. 贵州省地质矿产开发院，贵州 贵阳550008）

摘  要：开发干热岩需要建立增强型地热系统（enhanced geothermal system, EGS），其核心是通过水力压裂建立具备一定规模的人工热储。与沉积岩不同，花岗岩型干热岩中除发育有常见的天然裂缝外，还广泛分布石英脉等内嵌地质不连续体，其特点是结构面两侧岩石力学性质存在差异，这使得水力裂缝扩展路径存在不确定性。针对青海共和盆地干热岩热储层岩心开展水力压裂试验及有限元数值模拟，研究内嵌地质不连续体对干热花岗岩水力裂缝扩展行为的影响机制。结果表明：①以石英脉为代表的地质不连续体，受自身力学性质的影响，易诱导水力裂缝沿岩石基质体与不连续体交界面扩展；②随着地应力的逐渐增大，水力裂缝穿透地质不连续体的难度逐渐增加，不连续体与岩石基质体抗拉强度的差异越大，水力裂缝越难穿透地质不连续体；③实际干热岩压裂过程中，水力裂缝与大尺寸的地质不连续体沟通后沿交界面扩展造成结构面滑移，并展现出井口压力缓慢上升、微地震事件数量减少且原始波形S/P波振幅比上升的特点，诱发超过M_L1.5地震的可能性增大。研究可为花岗岩型干热岩控震压裂工艺设计提供理论与试验支撑。

关键词：干热花岗岩；水力裂缝；增强型地热系统；地质不连续体；共和盆地

基于MPM的短时强降雨作用下边坡响应研究

徐  鹏¹，孟宇涵²，李  婷²，杨广庆^*2

（1. 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北 石家庄 050043；2. 石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043）

摘  要：物质点法（MPM）是一种结合了拉格朗日法与欧拉法优点的无网格模拟方法，为降雨作用下边坡大变形模拟提供了新途径。基于二维两相单点物质点法分析了短时强降雨作用下不同土体饱和渗透系数、降雨强度时的边坡响应。研究结果显示：①边坡失稳启动时刻随着短时强降雨强度的减小而滞后，并且随雨强减小坡脚位移在失稳阶段由快速陡增模式演化为缓慢增加模式。②短时强降雨作用下边坡破坏模式主要为深层或浅层整体滑动、牵引式滑动，其中后者对应的边坡破坏程度更大。相同雨强时，土体饱和渗透系数较小、较大的边坡分别易产生浅层、深层滑动破坏。③土体饱和渗透系数减小时，降雨强度对边坡内孔隙水压大小及其分布规律的影响逐渐减弱。

关键词：物质点法；短时强降雨；两相单点；边坡；破坏模式

不同冷却方式下高温花岗岩巴西劈裂力学行为及细观破坏机制

孟尧尧^{1, 2}，靖洪文^*2，李  慧³，刘晓伟⁴，尹  乾^{1, 2}，张  涛^{1, 2}，于美鲁¹，孙治民⁵

（1. 安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室，安徽 淮南 232001；2. 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；3. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程安全全国重点实验室，湖北 武汉 430071；4. 延安大学西安创新学院数据科学与工程学院，陕西 西安 710100；5. 中国建筑第二工程局有限公司，北京 100071）

摘  要：为探究不同冷却方式下高温花岗岩巴西劈裂力学行为及其细观破坏机制，利用ABAQUS软件中的内聚力热-力耦合模型开展了高温花岗岩拉伸力学特性的数值模拟研究。通过深入分析试件内微裂纹随加载的起裂、扩展演化全过程揭示了不同冷却方式下高温花岗岩试件的细观破坏机理，并进一步探讨了晶粒边长和晶粒边界强度对高温花岗岩拉伸力学行为的影响。结果表明：采用内聚力热-力耦合模型不仅解决了矿物晶粒间的温度传递问题，同时能够有效模拟温度和冷却方式的变化对花岗岩力学特性的影响；随晶粒边长的增加，花岗岩抗拉强度不断增大，晶粒边界裂纹占比不断减少而穿晶裂纹占比不断增大，晶粒边界的控制作用在不断减弱；随晶粒边界强度的增加，花岗岩抗拉强度不断增大，晶粒边界裂纹数不断减少，总裂纹和穿晶裂纹数表现为不断减少和先增多后减少两种变化趋势。

关键词：岩石力学；高温花岗岩；冷却方式；内聚力热-力耦合模型；破坏机制

应力与水-岩耦合作用下灰岩蠕变特征及劣化机理

骆祚森^{1, 2}，何鹏娟^{1, 2}，朱作祥^{*1, 2}，李建林^{1, 2}，邓华锋^{1, 2}，杨  超^{1, 2} 

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

摘  要：三峡库区岸坡消落带岩体劣化问题一直是相关领域关注的热点。针对三峡库区碳酸盐岩岸坡消落带岩体劣化现象，重点考虑上覆岩层重力和库水位周期性升降变化耦合作用过程的模拟，设计开展应力与水-岩耦合下消落带灰岩的蠕变试验及微细观结构测试，分析其蠕变特征及劣化机理。结果表明：①应力与水-岩耦合作用下灰岩蠕变过程中，随着轴向应力水平和水-岩作用周期的增加，灰岩试样蠕变变形特性逐渐增强。②在应力水平R≤0.75下，试样历经较短水-岩周期后，变形趋于稳定，且应力水平越高，变形达到稳定历经的水-岩周期越长；在R≥0.8下，试样最终发生失稳破坏，且应力水平越高，发生变形破坏所历经的水-岩周期越短。③应力与水-岩耦合作用下，灰岩试样内部结构逐渐劣化，空隙逐渐增多、结构逐渐松散。④水-岩作用、裂隙扩展、应力状态调整三者间的循环促进作用控制着灰岩的劣化进程。相关研究成果可为库岸边坡长期变形稳定分析提供理论支撑。

关键词：岩石力学；水-岩作用；蠕变；微细观特征；劣化机理

基于赫巴流体的大型水平定向钻返浆流动模型

王志宇¹, 胡长明^*1,2, 王培岩¹, 杨  超³, 梁  慧³

（1. 西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055；2. 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室，陕西 西安 710055；3. 陕西华山路桥集团有限公司，陕西 西安 710016）

摘  要：明确大型水平定向钻穿越工程中返浆的流动方向，对于精确计算泥浆循环最小需要压力、返浆流量以及钻孔压力等参数至关重要。基于赫巴流体提出了一个计算返浆流动方向及上述物理参数的理论模型，并通过工程实例验证了模型的有效性和适用性。分析了管道安装过程中泥浆循环最小需要压力、返浆流量和钻孔压力的变化规律。此外，对泥浆流变特性、偏心率、出入土点高差、扩孔循环以及扩孔级差对返浆流动的影响进行了参数分析。所提出的模型充分考虑了返浆流动方向、出入土点高差等因素，可为大型水平定向钻穿越工程的返浆流动提供一个有效分析工具。

关键词：水平定向钻；返浆流动；赫巴流体；偏心环空；最小需要压力

水岩作用下变粒岩力学特性与局部损伤演化规律研究

王鲁男^{1, 2}，庞一博¹，尹晓萌^*3，张家豪¹，白洪瑜¹

（1. 辽宁石油化工大学土木工程学院，辽宁 抚顺 113001；2. 辽宁省石油化工特种建筑材料重点实验室，辽宁 抚顺 113001；3. 湖北文理学院土木工程与建筑学院，湖北 襄阳 441053）

摘  要：水岩作用是深部地下工程围岩损伤失稳的重要诱发因素。采用单轴压缩试验、数字图像相关技术及微观结构测试，研究在不同溶液长期浸泡下变粒岩力学性质、局部损伤及微观结构的变化规律，探讨水岩作用对力学特性与损伤演化规律的影响机制。结果表明：随着浸泡时间的增长，变粒岩的弹性模量和单轴抗压强度非线性降低，相应的劣化度非线性增加；矿井水条件下力学性质的劣化程度高于蒸馏水条件，但浸泡150 d后两者差距可以忽略。随着轴向加载的进行，应变场经历从均匀化到局部化再到破裂的过程，局部损伤发育水平逐渐升高，表现为损伤强度因子非线性增大、峰值应力后剧增，而损伤局部化因子波动性减小、峰值应力后持续下降。同时，水岩作用对局部损伤发育具有促进作用，峰值应力处的损伤发育水平随浸泡时间的增长而升高，矿井水的促进作用更明显。此外，变粒岩内水敏性物质与溶液发生水岩反应，造成孔隙发育，孔径增大，微观结构趋于破碎，且矿井水对微观结构的劣化更显著。

关键词：变粒岩；水岩作用；力学特性；局部损伤；微观结构

降雨诱发的黄土高原淤地坝溃决灾害快速动态评价研究

王  琳¹，唐  倩¹，于  沭²，薛一峰³，单熠博^{4, 5}

（1. 西安理工大学旱区水工程生态环境全国重点实验室，陕西 西安 710048；2. 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；3. 陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001；4. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；5. 水利部水库大坝安全重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：超标准降雨导致淤地坝溃决事件频发，亟需开展黄土高原淤地坝溃决灾害快速动态评价研究。以降雨诱发的淤地坝溃决灾害过程为研究核心，构建“雨-洪-沙-溃”灾害评价方法，将“土-水-沙”耦合作用贯穿于溃决灾害全过程，建立淤地坝水沙动力-溃坝数学模型。并以王茂沟流域2012年“7·15”降雨为实例，开展淤地坝溃决 状态快速判定、泥沙补给突变溃决影响规律研究、危险坝体快速定位研究，从而实现溃决灾害快速动态评价。结果表明：采用水沙动力-溃坝数学模型判定黄柏沟^#1坝、康河沟^#1坝和康河沟^#2坝溃决，结果符合实际溃决情况；考虑降雨诱发的径流激增和泥沙补给突变对溃决灾害评价的影响，黄柏沟^#1坝、康河沟^#1坝和康河沟^#2坝洪峰时间分别提前24，21，26 min，洪峰流量分别增大4.24%，1.53%，4.76%，洪峰时间提前，洪峰流量偏大，结果偏安全，有助于提前发出预警；随着降雨量的增大，忽略泥沙作用时所判定的溃坝数量均小于考虑泥沙作用时所判定的结果，泥沙作用不可忽视。

关键词：淤地坝；雨-洪-沙-溃；溃决灾害评价；泥沙补给突变

细粒污染对基层碎石填料筋土界面拉拔性状的影响

王家全^1,2，谭潇健^1,2，韦林邑^*1,2，唐  毅^1,2

（1. 广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006；2. 广西壮族自治区岩土灾变与生态治理工程研究中心，广西 柳州 545006）

摘  要：道路工程中，细粒会侵入加筋碎石基层造成污染，导致筋土界面力学性能劣化。考虑细粒污染量和法向应力两个因素，借助自主研发的可视化拉拔设备、数字照相量测技术以及MEMS无线传感器，开展了不同细粒含量下土工格栅与道路基层碎石填料的拉拔试验，探究了试验过程中拉拔力、颗粒位移、粗颗粒转角及土工格栅应变的变化规律，揭示了细粒污染对筋土界面作用的劣化机制。试验结果表明：随着细粒污染程度的增加，土工格栅拉拔力峰值逐渐下降，当污染程度为30%时，界面劣化因子达到了20%；细粒污染的润滑作用增大了粗颗粒的位移，缩小了间接影响区的范围，削弱了土工格栅的加筋效果；格栅上界面的颗粒扰动程度比较下界面更为显著，表征粗颗粒骨架稳定性的X轴上界面折角数量从细粒污染程度为0%时的8个减少至污染程度为40%时的1个，且随着污染程度的加剧，格栅变形程度也逐渐减小。

关键词：细粒污染；碎石基层；拉拔试验；土工格栅；数字照相量测技术；颗粒转角

基于CPT土分类图及其指标的土体液化评价模型

段  伟^{1, 4}，赵泽宁²，蔡国军^{*3, 4,2}，刘松玉²，张希栋¹，董晓强¹ 

（1. 太原理工大学土木工程学院，山西 太原 030024；2. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 211189；3. 安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601；4. 安徽省智能地下探测技术研究院 安徽 合肥 230601）

摘  要：静力触探（CPT）原位测试是国际上常用的土体液化势评价技术，而采用CPT测试技术的通用方法是以等效纯净砂为基础且仅适用于砂土和低塑性的细粒土。目前绝对多数的CPT液化评价方法将所有纯净砂（细粒含量<5%）视为相同。针对上述问题，首先回顾了以CPT测试参数的典型土分类图和液化判别曲线，基于土分类指数曲线与液化判别分界线的空间位置相似性，基于贝叶斯更新技术和似然估计提出了基于土分类指数相关的液化判别斜率法模型和土分类图液化判别曲线。结果表明：所提模型无需细粒含量估计或测试的CPT锥尖阻力转换为等效纯净砂的相应值。采用土分类指数I_B能够反映土体的压缩性，将影响贯入阻力的因素（如密度、超固结等）也考虑在内。土分类图及土分类指数联合修正锥尖阻力均可有效地用于液化评价。最后用实例验证了所提模型的正确性。

关键词：静力触探；土分类图；土分类指数；循环阻力比；液化概率

考虑双重孔隙结构的钙质砂CPT贯入离散元模拟研究

吴  恺¹，陈军旭¹，刘松玉¹，孙伟宸²

（1. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 210096；2. 河北地质大学城市地质与工程学院，河北 石家庄 050031）

摘  要：提出了一种考虑双重孔隙结构，并能够定量生成内孔隙度的钙质砂颗粒离散元数值模拟方法。针对钙质砂区别于石英砂的3个重要特征：丰富的双重孔隙结构、显著的颗粒形状长宽比、以及易破碎特性，开展了静力触探CPT（cone penetration tests）贯入钙质砂模拟研究，分析了CPT贯入过程中钙质砂双重孔隙度和颗粒形状因素对锥尖阻力和力链传递的影响。研究结果表明，内孔隙度是影响颗粒整体强度的主要因素，而外孔隙度则对颗粒间接触强度有显著影响。随着钙质砂内外孔隙度的增大，CPT贯入过程中锥尖阻力的最大值相应减小，同时贯入曲线的稳定区域范围增大，力链传递受到抑制。此外，颗粒形状的长宽比对钙质砂的堆积方式有显著影响。钙质砂颗粒的易破碎性是其另一显著特征，研究表明内孔隙度对颗粒破碎起着重要作用。

关键词：钙质砂；内孔隙度；长宽比；CPT；离散元；颗粒破碎

横观各向同性岩石热力耦合脆性断裂相场法模拟

张成凯^{1, 2}，周舒威^{*1, 2}，张雨恒^{1, 2}，田浚垚^{1, 2}，庄晓莹^{1, 2}

（1. 同济大学土木工程学院，上海 200092；2. 土木工程防灾减灾全国重点实验室，上海 200092）

摘  要：层理岩石的热致变形与破裂是地热开采与核废料储存等岩土工程中的关键问题，其行为受材料各向异性影响显著。为研究该类岩石的热致裂特性，在经典相场框架下引入横观各向同性本构和结构张量，提出了具有可表征热力各向异性的横观各向同性岩石脆性断裂相场模型，并通过解析解、数值解与试验结果对比验证了模型在动态、准静态热断裂方面的适用性和可靠性。进一步分析表明，4种热力参数的各向异性变化对裂纹扩展形态具有不同程度影响：层理方向上，裂纹萌生因刚度增大受到抑制，又因较低的临界断裂能和较小的热膨胀系数受到促进；而热导率增大则呈现出先促进后抑制的规律。同等各向异性水平下，热膨胀系数对裂纹扩展形态影响最大，力学参数次之，导热系数的影响最小。研究为涉及热力影响下具有层理构造的岩土工程致裂、止裂等措施提供了必要的手段和依据。

关键词：横观各向同性岩石；相场法；热裂纹扩展；热力参数各向异性；数值模拟

基于遗传算法的电磁波CT技术在深部地基注浆加固效果评价中的应用研究

黄生根, 李梓俊^*, 张  涵, 胡  波

（中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074）

摘  要：目前国内外针对深部地基注浆加固效果的评价研究还不够深入，特别是缺乏对注浆后固结体形态和分布范围的精准识别研究。注浆后固结体的精准识别的核心是层析反演算法，传统的层析反演算法都依赖于单一初始模型的选择，容易陷入局部最优解，无法实现对注浆后固结体的精准识别。建立了一种基于电磁波CT层析反演过程中目标函数模型求解的遗传算法，并通过数值模拟和现场测试进行了验证。结果表明：①MPGA智能算法增强了算法在全局搜索和局部搜索方面的能力；②MPGA智能算法在注浆后固结体的识别效果优于SGA智能算法，在反演计算过程中具有更高的准确性和稳定性；③MPGA智能算法反演效果显著，能精准识别注浆后固结体的形态和分布范围，对注浆后固结体的识别效果明显优于传统算法ART和SIRT。

关键词：深部地基；注浆加固；遗传算法；电磁波CT；层析反演

直剪试验和三轴试验强度指标关系的理论解

蔡继锋¹，蔡  建¹，胡中雄²

（1. 中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120；2. 同济大学，上海 200092）

摘  要：分析了正常固结土在直剪试验和三轴压缩试验中的应力莫尔圆变化规律。通过对比分析两种试验剪切过程中的应力路径，发现直剪试验与三轴压缩试验的应力路径方向不同。同一平面内两条不平行直线必存在一个交点，该交点同时代表直剪试验和三轴压缩试验破坏莫尔圆的顶点。通过分析得出与交点相对应的直剪试验和三轴压缩试验开始前土样固结莫尔圆的两个大主应力，即直剪初应力和三轴初应力。依据交点处应力相等的条件，建立了两个初应力之间的关系式。分析得出三轴压缩试验与直剪试验坐标系之间的转换方法。推导出以正应力为变量的一元一次方程式。当该一元一次方程中的正应力变量取任意值时方程式均成立，可得出此方程式的两个系数都为零，进而得到直剪指标和三轴压缩指标的相互转换公式。试验结果表明，理论值与实测数据基本一致，验证了所提出的理论关系的可靠性。

关键词：直剪试验；直剪初应力；三轴试验；三轴初应力；强度指标