UH模型超固结状态演化分析及离心模型试验验证

姚仰平1，张  奎1，王祖乐2，朱  斌*2

(1. 北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 102206；2. 浙江大学超重力研究中心，浙江 杭州 310058)

摘  要：本构模型是土力学求解强度变形问题的关键。研究揭示了剑桥模型在超临界侧强度过高、超固结状态下无法应力三维化、应力应变关系发生突变等存在的问题，分析了UH模型建立的超固结状态耦合演化机制及在弹塑性理论框架下实现的超固结状态与正常固结状态计算理论的统一，并基于三轴试验预测证明了UH模型能更加合理地描述超固结状态下土的应力应变关系。通过开展载荷板离心模型试验以及数值模拟验证可以发现，相较于剑桥模型，UH模型计算的地基土荷载变形曲线、侧压力系数分布更加准确，其本质是单元的应力应变关系更加科学、合理。研究证明UH模型的应用能显著提高超固结状态土体强度变形计算的准确性和实用性，对复杂岩土工程问题的计算求解具有重要理论价值和实践意义。

关键词：超固结状态演化；UH模型；剑桥模型；离心模型试验；数值模拟；地基荷载变形曲线

裂隙优势流入渗诱发堆积层滑坡浅层破坏机理研究

黄晓虎1, 2, 3, 魏兆亨1, 2, 3, 易  武1, 2, 3, 郭  飞1, 2, 3, 黄海峰1, 2, 3, 肖宇煌4

（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；3. 三峡大学湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站，湖北 宜昌 443002；4. 湖北省地质环境总站，湖北 武汉 430034）

摘  要：土体裂隙为雨水提供了入渗通道，沿此通道形成的优势流主导着降雨入渗过程，导致滑坡稳定性逐步恶化，促使变形持续发展。以徐洼滑坡为例，结合地质勘察、现场宏观巡查以及监测数据等，在分析徐洼滑坡变形特征的基础上，阐明裂隙对滑坡浅层破坏的影响，利用数值模拟，分析不同深度裂隙引起的优势流入渗过程，在此基础上，通过无限边坡模型，计算优势流作用下浅层滑坡的稳定性演化特征，最终厘清优势流入渗诱发浅层破坏机理。研究表明：①裂隙提高了坡体的透水性，坡体变形与裂隙发育相互促进，而引起浅层破坏的往往是滑坡变形产生地表拉张裂隙的持续演化；②裂隙改变了雨水的入渗过程，一部分沿坡体表面向下垂直入渗，一部分沿裂隙入渗至裂隙末端向四周扩散，随着裂隙发育，降雨入渗由优势流主导；③滑坡变形与裂隙发育的关系密切，无裂隙时，坡体仅表层处于不稳定状态，表现为表层侵蚀破坏，随着裂隙演化，裂隙影响深度内坡体处于不稳定状态，表现为滑动破坏，裂隙末端的暂饱和区为最危险滑面。

关键词：堆积层滑坡；优势流入渗；失稳机理；变形特征；浅层破坏

岩石结构面Grasselli二维粗糙度指标优化及其JRC估算

洪陈杰1，翁寒倩1，王  凯2, 3，黄  曼*2, 3，陶志刚1，杜时贵4

（1. 中国矿业大学（北京）隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室，北京 100083；2. 绍兴文理学院土木工程学院，浙江 绍兴 312000；3. 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室，浙江 绍兴 312000；4. 宁波大学土木与地理环境工程学院，浙江 宁波 315000）

摘  要：采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数 来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从 的物理意义出发，发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角，所有爬坡区提供的坡角之和定义为结构面内部起伏体粗糙贡献，将结构面迎剪侧表观平均倾角 和爬坡区内部平均坡角 叠加，提出岩石结构面粗糙度新指标 。通过获取十条标准JRC剖面线的 ，分析其与JRC之间的关系，建立基于 的JRC估算式。计算不同采样间距和不同采样方向下的新指标 ，结果显示 具有分形特征且能够反映结构面形貌各向异性。进一步将JRC估算式应用于JRC-JCS模型，通过对比已有研究得到的试验结果以及不同抗剪强度模型的预测效果，验证基于新指标 估算的JRC可以准确预测结构面峰值抗剪强度。最后，对二维指标 进行三维拓展，提出三维粗糙度新指标 ，并通过结构面形貌各向异性表征验证了其合理性。

关键词：岩石结构面；粗糙度；表观平均倾角；内部平均坡角；抗剪强度

基于颗粒破碎耗能的堆石料流变模型

陈子玉1，李国英1, 2，米占宽*1, 2，魏匡民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：由于堆石料流变的复杂性，现有的经验流变模型主要是根据流变试验结果，考虑围压和剪应力或其耦合效应的影响所建立，存在一定的随意性且存在参数多和物理意义不明确等问题。开展了红石岩堰塞料三轴压缩试验和流变变形试验，分析了流变过程中应变能与围压和应力水平的相关关系，得到了流变应变能的表达式；基于考虑颗粒破碎耗能的ROWE剪胀方程和流变过程中切线体积比保持不变的推论，推导得到了最终体积流变和剪切流变的表达式，所建立的模型可反映堆石料流变变形的机理。花岗岩堆石料、砂岩堆石料和砂砾料等其它堆石料的分析结果表明，提出的流变变形计算模型具有普适性。

关键词：堆石料；颗粒破碎；流变模型；破碎耗能；剪胀方程

不同推进比下螺旋桩在砂土中安装力的离散元研究

王  乐1 ，李  钰1，徐志军2，刘  波*3，张春会4, 5，田英辉6

(1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2. 河南工业大学土木工程学院，河南 郑州 450001；3. 香港理工大学土木与环境工程学系，香港 999077；4. 河北科技大学建筑工程学院，河北 石家庄 050018；5. 河北省岩土与结构体系防灾减灾技术创新中心，河北 石家庄 050018；6. 墨尔本大学基础设施工程系，维多利亚 3010)

摘  要：螺旋桩作为一种颇具潜力的海上风电基础形式，其安装问题是螺旋桩能否成功应用在海上风电工程中的关键。基于离散元方法，采用PFC3D模拟分析了螺旋桩在不同推进比下安装时的桩身受力情况以及对周围土体的影响。宏观上，研究了螺旋桩在不同推进比下安装时螺旋桩连杆侧壁、连杆端部、螺旋叶片上下表面的受力变化规律；微观上，分析了螺旋桩安装过程中桩周土体孔隙率、配位数及应力变化规律。研究表明：随着推进比的减小，螺旋桩安装时受到的竖向力与扭矩也随之降低，对桩周土体的扰动也更小；螺旋桩在推进比为1时安装与在推进比小于1时安装存在两种不同的安装机制。研究结果对进一步确定螺旋桩在不同推进比下的安装条件具有一定意义。

关键词：螺旋桩；推进比；砂土；离散元法

多层非均质边坡降雨入渗分析的改进Green-Ampt模型

蒋水华1，刘  贤*1, 2，黄劲松1，周创兵1

(1. 南昌大学工程建设学院，江西 南昌 330031；2. 中山大学土木工程学院，广东 珠海 519082)

摘  要：边坡降雨入渗分析对于降雨型滑坡加固设计、治理和风险防控至关重要。经典的Green-Ampt模型参数虽然具有明确的物理意义，计算便捷，但是忽略了入渗区客观存在的过渡层，并且不能有效分析考虑土体渗透系数空间变异性的多层非均质边坡降雨入渗问题。为此，提出了一种适用于多层非均质边坡降雨入渗分析的改进Green-Ampt模型，考虑了降雨入渗的椭圆形过渡层，推导了不同降雨历时下边坡含水率分布情况。同时，以无限长边坡模型为例，通过4种常见的边坡工况验证了该模型的有效性，并进行了降雨入渗条件下非均质边坡稳定性分析。结果表明：对于设定的4种工况，提出的改进Green-Ampt模型计算的边坡体积含水量分布、安全系数和滑动面深度与Richards方程数值解吻合，而基于修正Green-Ampt模型计算的边坡体积含水量和滑动面分布存在偏差，边坡安全系数偏小。此外，基于提出的改进Green-Ampt模型能够准确识别最危险滑动面位置。研究成果可为多层非均质边坡降雨入渗分析及降雨型滑坡加固设计及风险防控提供理论参考。

关键词：非均质边坡；降雨入渗；稳定性分析；改进Green-Ampt模型；空间变异性

隔离式螺旋桩抗压承载与抗地基冻融特性

李绪勇1，杨忠平*1, 2, 3，刘  纲1, 3，李勇华1，张益铭1

(1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 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；3. 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：基于针对竖向承载并消除地基冻融影响需求所设计的隔离式螺旋桩，结合物理模型试验与有限元数值方法，从桩体受力视角对比揭示了两种特征螺旋桩（S/D＜S/Dcr与S/D≥S/Dcr）受压沉降时桩身受力演化、荷载传递与地基响应特征，以及桩体几何参数对单桩承载力的影响规律及机理；验证了该新型桩抵抗地基冻融变形性能。结果表明：①两种特征桩型底螺旋及以下桩身在受荷沉降过程具有相同受力及演化特征，而其余上部螺旋端阻和螺旋间桩侧摩阻大小及演化特征差异显著。②S/D≥S/Dcr桩各螺旋端阻相当，且螺旋对下卧土施加附加应力显著提高了其下桩侧摩阻力，并主导了螺旋间桩侧摩阻自上而下近指数衰减趋势；S/D＜S/Dcr桩上部螺旋端阻仅约为1/5底螺旋端阻。③两种特征桩型单桩承载力随顶螺旋埋深比、螺旋直径与螺旋数量增长线性提升，随中心桩桩径增长先线性增大后加速衰减，桩型参数对S/D≥S/Dcr桩承载力影响更显著；S/D＜S/Dcr桩承载力随S/D增长显著提升，相反S/D≥S/Dcr桩承载力线性衰减。④螺旋桩较传统桩具有显著抗地基冻融变形影响优势，在冻土深度内设置隔离套可进一步消除影响。

关键词：隔离式螺旋桩；特征桩型；压缩荷载；受力演化；桩型参数；地基冻融

分配特殊群桩空间作用效应的双向m法

廖立坚1，苏  伟1，杨新安2，王雨权1

（1. 中国铁路设计集团有限公司，天津300308；2. 同济大学交通运输工程学院，上海 201804）

摘  要：群桩到单桩的作用分配是桩基计算的关键问题，针对规范中的单向m法只适用于平面作用的局限性，从单桩刚度、群桩刚度、受力平衡方程3个层面进行公式推导，建立了变形协调的群桩刚度矩阵和空间受力平衡方程，形成了适用于空间作用的双向m法，并以对称等长直桩、双向斜桩、不对称桩为计算实例，对比分析了单向m法和双向m法的计算结果。结果表明：单向m法计算对称等长直桩时，结果准确，计算双向斜桩时，单桩的弯矩和剪力波动较大，最大值偏小20%左右，计算不对称桩时，单桩外力之和与总外力不闭合，可信度低；而双向m法的理论解可覆盖这些桩基类型，结果更接近有限元数值解。研究成果为特殊桩基提供了一种快速且简便的计算方法，扩展了公路和铁路桥梁桩基设计规范的适用范围。

关键词：群桩；作用分配；空间作用；m法；双向斜桩；不对称桩

长期浸润状态下煤岩损伤机制研究

张慧梅1, 2，夏浩峻*2，张嘉凡1，杨更社2，袁  超1，申艳军3，路亚妮4

(1. 西安科技大学理学院，陕西 西安 710054；2. 西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054；3. 西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安 710054；4. 湖北工程学院土木工程学院，湖北 孝感 432000)

摘  要：富水状态下煤岩力学性能的持续劣化是导致煤矿水害的重要原因，为探究长期浸润作用下煤岩的渐进损伤特征，以神木地区弱黏煤为研究对象，首先以无压力水浸泡的方式模拟煤岩的长期浸润（15，30，60，120，240 d）；然后对干燥及浸润试样进行渐进破坏试验，辅以声发射（AE）监测，定量分析煤岩的软化特性；最后利用扫描电镜（SEM）和核磁共振（NMR）研究不同浸润时长下煤岩孔隙结构的劣化规律。研究表明：①煤岩饱和度随浸润时长的增加而增加，增加速度先快后慢，最后达到稳定。②随饱和度的增加，煤岩力学性能劣化；饱和后，随浸润时长的持续增加，煤岩力学性能仍持续劣化，表现为抗压强度、弹性模量的减小和累计振铃数的增加；③干燥处理后，原状煤岩表面干燥收缩，浸水后吸水膨胀，随着浸润时间的增加，小孔隙逐渐增多，孔隙结构趋于复杂。研究结果可为浸水煤岩失稳破坏问题提供有益参考。

关键词：煤岩；浸润时长；力学特性；多尺度；损伤机制

加载速率影响下板裂化脆性岩石失稳破坏试验研究

金爱兵1, 2，陈  龙1, 2, 3，吴顺川*1, 2, 4，郭  沛1, 2, 5，孙贝贝1, 2

（1. 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083；2. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083；3. 中铁开发投资集团有限公司，云南 昆明 650500；4. 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093；5. 煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室，北京 102211）

摘  要：深部脆性岩体开挖常发生板裂破坏，并可能进一步发生片帮剥落、岩爆等工程灾害，严重威胁深埋隧(巷)道施工安全。在深部岩体工程中，受构造应力、开挖条件和工程扰动等因素的影响，岩体开挖后应力重分布的速率、来压快慢均存在差别。为探究加载速率对板裂围岩失稳破坏的影响，采用脆性岩石加工成的板裂试样进行单侧限单轴压缩试验，对不同加载速率下试样宏观破裂、强度特性、声发射(AE)特征以及能量机制进行综合研究。结果表明：①低加载速率下试样发生大块剥落，整体失稳并发生分离，高加载速率下试样未发生大块分离，但有小块动力弹射现象；②低频、高幅信号的增多及b值的变化表明试样产生了突发式的裂纹失稳扩展，且这个过程中大小尺度破裂不断交替产生；③在平稳加载阶段，高加载速率使试样AE活动更加剧烈，而临近失稳及失稳破坏阶段则相反，且低加载速率下低频信号、大尺度破裂事件占比更大。因不同开挖方案、施工方法导致的围岩应力重布快慢差异，在工程上会导致围岩发生板裂后，进一步诱发不同模式破坏。

关键词：板裂；声发射；脆性岩石；参数分析；破坏模式

基于颗粒重组理论的水合物沉积物温-压耦合热力学模型

周  瑞1, 白  冰*1, 杨光昌2

(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. 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083)

摘  要：水合物沉积物赋存时的温度和孔隙水压变化对沉积物的力学性质影响明显。基于颗粒重组理论，通过引入温-压耦合系数δ、剪应变和体应变胶结应力衰减方式( ， )和水合物饱和度影响下的剪胀方程d，建立了水合物沉积物温-压耦合热力学模型。利用数值模拟结果同室内试验结果的对比分析, 从宏观力学性质变化和微观作用机理两个角度探讨了围压、水合物饱和度和温-压耦合系数对沉积物力学特性的影响。最后，对模型中的刚度系数和体应变衰减参数进行敏感性分析。结果表明：引入温-压耦合系数的水合物沉积物模型能够很好的描述沉积物赋存的温度和水压同其力学特性变化关系。环境温度降低和水压增大增强了微观层面水合物的胶结强度和刚度，宏观表现为峰值强度、应变软化和剪胀性提高。刚度系数 通过增大沉积物初始刚度使得沉积物表现出更强的峰值强度。体应变衰减参数 通过提高胶结应力衰减速率增强沉积物的应变软化特性。

关键词：温-压耦合系数；颗粒重组理论；热力学模型；水合物沉积物；剪胀方程

液滴微流控芯片系统研发与微生物矿化机理研究

张瑾璇，刘汉龙，肖  杨*

（重庆大学土木工程学院，重庆 400045）

摘  要：微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术是一种基于生物矿化作用的新型土体加固和修复技术。由于生物反应过程复杂，结晶影响因素多，MICP矿化机理目前还不明确。MICP微流控系统能够对微细尺度下的微生物矿化沉积规律进行可视化研究，但观测晶体生长尺度仍较大。设计了一种液滴微流控芯片，通过调控不相溶两相流体的流速，生成了直径约450 μm的扁球体弹状流液滴作为MICP微反应器，从而搭建了精度更高的微生物矿化液滴微流控芯片系统。通过该系统观测表明：碳酸钙结晶点周围的细菌分布均无变化，随着反应进行，晶体尺寸逐渐扩大，形貌不变；在晶体生长过程中，部分细菌吸附到晶体表面，但晶体周围无明显的细菌聚集现象。此外，采用扫描电镜进一步观测到碳酸钙表面细菌吸附部位存在孔洞。液滴微流控芯片系统为微生物矿化提供了一个精细的微米尺度反应器，为探究MICP成核机理提供了一种有效的分析方法。

关键词：液滴微流控；微流控芯片；MICP；碳酸钙；微生物矿化

深切V型峡谷物理驱动人工智能波动模拟

栾绍凯1，陈  苏*1，丁  毅1，金立国2，王巨科2，李小军1, 2

(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 100124；2. 中国地震局地球物理研究所，北京 100081)

摘  要：高山峡谷区场地地震效应是地震工程领域研究热点。V形峡谷引起的圆柱形SH波散射和衍射波函数的级数解已较为成熟，并为众多河谷区重大工程提供了合理、科学的地震动输入。采用物理驱动深度学习方法结合与解析结果的对比分析，近一步明确了V型河谷地形地震反应特性及复杂波场空间分布。此方法主要关注稀疏样本及可诠释性人工智能，结合强形式自动微分和软约束边界条件嵌入，建立深度神经网络实现半无限域地震传播模型。采用时间域分解策略，实现不同给定波场工况下V型河谷高精度预测。通过与解析解对比，评估了所提出的物理驱动人工智能方法的精度和效率。结果表明，物理驱动人工智能方法可应用于地形效应分析，柱面SH波在V型峡谷底端发生显著衰减与振荡，边缘区呈现放大效应。

关键词：物理驱动深度学习；河谷地震；波动模拟；科学人工智能

热渗透作用下有机污染物在双人工复合衬层中的一维运移模型

张春华1, 2, 黄江东2，邓正定2，谢海建*3，邓通发1, 2

（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.江西理工大学土木与测绘工程学院，江西 赣州 341000；3. 浙江大学平衡建筑研究中心，浙江 杭州 310058）

摘  要：建立了热渗透作用下有机污染物在双人工复合衬层中的一维运移模型，利用COMSOL Multiphysics数值软件对模型进行模拟计算并对相关参数进行参数分析。结果表明，即使渗滤液水头hw增大到10 m，双人工复合衬层底部浓度仅增加了4.9%，这表明渗滤液水头对有机污染物在双人工复合衬层中运移的影响较小。当热渗透系数达到5×10-11 m2·K-1·s-1时衬垫系统底部浓度增加了31.5%；热渗透系数kT>1×10-11 m2·K-1·s-1时，在双人工复合衬层的设计中需要考虑热渗透作用的影响。次衬层中土工膜上连接的褶皱长度和漏洞频率对有机污染物在双人工复合衬层中运移的影响则十分显著，褶皱长度由10 m增加到100 m时底部浓度增加了87%。在双人工复合衬层施工中，严格控制次衬层土工膜施工质量，减少褶皱和漏铜的产生，能有效提高衬垫系统的服役性能。

关键词：热渗透；双人工复合衬层；有机污染物；褶皱

移动荷载作用下层状横观各向同性饱和土中排桩的隔振效应

杨  帅1, 2，贾敏才*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：利用有限元-边界元耦合法评估了移动荷载下层状横观各向同性饱和土体中排桩的隔振效果。利用有限元法将排桩离散成单桩以及桩单元，基于Bernoulli-Euler梁理论得到桩的有限元矩阵方程；在桩-土边界，土体单元与桩单元进行了等节点离散，并以层状饱和地基的解析层元基本解作为核函数，利用边界积分法得到桩-土界面处地基的柔度矩阵；基于两阶段理论，将侧摩阻力响应与移动荷载直接引起的振动进行耦合，结合边界元法得到饱和地基的边界元方程；考虑Bernoulli-Euler梁和土体之间不发生相对滑移和脱开的位移协调条件，耦合有限元和边界元方程，得到排桩的动力响应方程；计算有无排桩隔振下某一观测点的位移，即可结合隔振理论分析排桩的隔振效率。在验证所提方法准确性的基础上，分析了桩长、桩身刚度、移动荷载速度以及横观各向同性参数对排桩隔振效应的影响。结果表明：最优桩长约等于2倍瑞利波长，超过该值隔振效果提高不大；桩与地基的刚度差越大，隔振效果越好；荷载速度超过剪切波速，桩基隔振表现反而更好。

关键词：层状横观各向同性饱和土；排桩；移动荷载；隔振效应；有限元-边界元耦合法

基于柱孔收缩理论的含气土盾构施工引起地表沉降研究

丁  智1, 2, 3，彭少杰*1，张  霄1，许教明2，魏新江2  

（1. 浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058；2. 浙大城市学院土木工程系，浙江 杭州 310015；3. 浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室，浙江 杭州 310015）

摘  要：依托杭州地铁塘青线盾构穿越含气地层的实际工程，对柱孔收缩理论进行修正，首次提出基于柱孔收缩理论的含气地层盾构施工引起地表沉降理论计算公式，并结合实际工程参数，分析隧道埋深、开挖半径、基质吸力等因素对含气地层盾构施工引起地表沉降的影响。研究表明：柱孔收缩理论计算结果与实测数据较为吻合，能较好地反映出含气地层盾构掘进引起的地表沉降特征；与饱和土工程不同，双线盾构穿越含气地层时，先行线引起的地表沉降更大；含气土等非饱和土中基质吸力通过改变土体内摩擦角和黏聚力进而影响土体特性，但较之于土体黏聚力，土体内摩擦角的变化对盾构穿越含气地层引起地表沉降的影响更大。

关键词：盾构隧道；含气地层；地表沉降；柱孔收缩理论

基于小孔应力集中的激光预钻孔条件下TBM滚刀侵岩模型建模与试验验证

张  魁1, 2，陈振宇2，杨  长2，郑学军2，张旭辉3

(1. 湘潭大学机械工程与力学学院力学博士后科研流动站，湖南 湘潭 411105；2. 湘潭大学复杂轨迹加工工艺及装备教育部工程研究中心，湖南 湘潭 411105；3. 湖南师范大学工程与设计学院，湖南 长沙 410081)

摘  要：激光发生器耦合安装到全断面岩石隧道掘进机（TBM）刀盘上，利用高能量激光辅助TBM掘进作业，理论上有望达到新型热-机械高效破岩之目的。针对激光辅助滚刀破岩，基于小孔应力集中理论的弹性应力状态计算方法，在空腔膨胀模型基础上，建立了一种考虑密实核衍生效应的激光预钻孔条件下滚刀侵岩理论模型，并对模型进行理论分析；随后开展双侧围压下的激光辅助缩尺比例滚刀侵岩试验，对理论模型进行试验验证。研究结果表明，刃宽及孔距均对侵岩垂直力有一定影响，且孔距较小时理论模型不再适用；经对比分析后，在理论模型与试验所得结果中，随着孔距的改变侵岩垂直力有着相同的变化趋势，侵岩垂直力大小较为符合，激光预钻孔条件下滚刀侵岩理论模型具有一定准确性。

关键词：TBM；理论建模；激光预钻孔；小孔应力集中；试验验证

小比尺条形基础承载力模型试验的尺寸效应研究

王一伟，刘  润，梁  超*

(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072)

摘  要：开展小比尺模型试验是土力学承载力研究中的重要方法，但小比尺模型的尺寸效应会影响试验的定量结果，导致小比尺试验一般仅能用于定性研究。在饱和砂土地基中开展了20组条形基础承载力的小比尺模型试验，通过改变基础尺寸、埋深以及砂土的密实度研究承载力的变化，进而引入离散元分析方法，采用抗转动模型模拟砂土颗粒的力学行为，对条形基础承载力试验进行模拟，从微观角度揭示小比尺模型试验尺寸效应的来源和对宏观承载力的影响规律。研究结果表明，饱和砂土地基密实度与基础埋深越大，小比尺实试验的尺寸效应越明显，尺寸效应的产生是应力水平变化、破坏模式改变以及渐进破坏程度综合作用的结果。

关键词：条形基础；地基承载力；小比尺模型试验；尺寸效应；离散元模拟；微观响应

高心墙堆石坝接触黏土与岸坡接触特性的离心模型研究

朱雨萌1, 3，李国英1, 2，米占宽1, 2，魏匡民1, 2，陈子玉1

(1. 南京水利科学研究院，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. 河海大学，江苏 南京 210024)

摘  要：为了提高砾石土心墙与岸坡之间的变形协调性，高心墙堆石坝通常在心墙与岸坡之间设置高塑性黏土，统称为接触黏土，接触黏土的变形特性对高心墙的应力变形性状和心墙的安全性有重大影响。开展了4组接触黏土与岸坡接触面的局部离心模型试验，通过调整施加的上覆荷载大小来探讨原型坝体不同高程处的接触面剪切位移发展规律。基于理论分析，提出了一个计算接触黏土与岸坡接触面离心模型试验中边界效应影响范围的解析表达式，以确定接触面离心试验中试验模型的相似比尺。试验结果表明：在原型坝体的不同高程处，接触黏土与岸坡之间均会产生一定的剪切位移，但不会出现分离现象；接触黏土和砾质心墙土变形主要以竖向下沉为主，并且接触黏土与砾质心墙土之间的沉降等值线变化较为连续，未出现陡变情况，这说明接触黏土起到了很好地协调变形的作用，因此在进行高心墙堆石坝的结构安全性分析过程中应考虑接触黏土与岸坡的接触效应。

关键词：高心墙堆石坝；接触黏土-岸坡接触面；离心模型；边界效应

冬季运行能量桩热力响应及系统性能监测与评价

孔纲强1, 2，陈  玉*1，杨  庆3

(1. 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002；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. 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：以湖北宜昌地区25 m2的建筑房间冬季供暖需求为应用场景，构建由能量桩、集分水器、热泵机组、循环水泵等组成的地源热泵系统，分析建筑房间实际冬季供暖需求条件下，能量桩系统持续或间歇运行对能量桩热力响应及系统性能的影响规律，并开展传统钻孔埋管地源热泵系统试验和空气源热泵系统试验进行对比分析。着重探讨实际运行条件下能量桩热力响应特性与传统TPT或TRT试验条件下获得结果之间的异同点，监测能量桩系统的供暖效果、能效比（COP）。持续运行试验对应桩顶出现最大温度降低值3.78oC及最大约束拉应力0.70 MPa（约为完全约束应力上限值的57.5%），运行桩较非运行对角桩对应承台部位产生的实测应变值差值在顶部和底部分别为19.98，17.78 。实测能量桩系统COP约为3.03，较相关空气源热泵系统提高约12.2%～21.2%（规范参考COP为2.50～2.70）。能量桩系统较常规空气源热泵系统，能提前约2.5 h到达预设温度，具有更快的启动速度。

关键词：能量桩；间歇运行；热力响应特性；能效比（COP）；现场试验

基于物质点-特征有限元耦合方法的向后侵蚀管涌模拟

王兆南1, 2，王  刚1, 2，金  伟1, 3

 (1. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045；2. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；3.中国电建集团成都勘测设计院有限公司，四川 成都 610072)

摘  要：向后侵蚀管涌是汛期堤坝中一种常见的渗透破坏形式，多发生在下游存在无保护出水口的二元结构堤基中。由于土体渗流在出水口处存在较高的水力梯度，使得固、液界面附近的土体极易被侵蚀带走，一旦侵蚀土体的上层存在不透水的黏土层时，便会形成不断向上游迎水侧发展的管涌通道，最终导致堤坝出现失稳破坏。基于向后侵蚀管涌的发展过程，采用局部水力梯度作为管涌发展的判别准则，结合饱和孔隙介质的耦合物质点-特征有限元法，发展了一个能够模拟向后侵蚀管涌的新方法。新方法将求解域内的物质点分为3种粒子类型，对满足管涌触发条件的粒子进行删除，以此表示被侵蚀带走的土颗粒。由于算法中的流体部分采用了广义的Navier-Stokes方程进行描述，因此新方法能够同时计算孔隙水渗流和管道流体的自由流动。通过对小尺度模型试验的计算，验证了新方法在向后侵蚀管涌问题中的适用性。

关键词：向后侵蚀管涌；耦合物质点-特征有限元法；临界水力梯度

不同膨胀潜势等级的膨胀土残余强度环剪试验研究

周葆春1，王江伟1，单丽霞1，李  颖1，郎梦婷1，孔令伟2

(1. 信阳师范大学河南省非饱和土与特殊土工程技术研究中心/建筑与土木工程学院，河南 信阳 464000；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)

摘  要：为探讨不同膨胀潜势等级的膨胀土残余强度与其成分特征的相关性，采用经自主改装的环剪仪开展Denver强膨胀土、荆门中、弱膨胀土环剪试验研究，并与排水反复直接剪切试验结果进行系统对比分析，在此基础上，用实测结果探讨残余强度与土成分特征相关关系的适用性。结果表明：①环剪试验测得Denver强膨胀土、荆门中、弱膨胀土有效残余强度内摩擦角分别为11.3°，12.3°，23.7°，比排水反复直接剪切试验测得的低1.7°～3.3°，并无应力相关性且具很好精度，更适于在工程中应用。②相关经验关系和公式存在高估或者低估膨胀土有效残余强度内摩擦角的情况。③残余强度与土成分特征间定性关系非常明确，上述经验关系对一般土性状况下残余强度预测较为准确；但在土成分复杂状况下，定量准确预测较为困难，这也反映出实测的重要性与必要性。

关键词：膨胀土；残余强度；膨胀潜势；环剪试验；反复直接剪切试验；成分特征

基于大刚度支护体系的新型暗挖技术

聂子云1，谭小兵1，朱占国1，关永平2

（1. 中国铁路设计集团有限公司，天津 300251；2. 台州市交通投资集团有限公司，浙江 台州 318000）

摘  要：传统暗挖技术存在施工风险大、施工效率低、对周边环境影响大、工程投资大等问题，很难适用于软弱地层或复杂环境下大型地下结构暗挖施工。为解决以上问题，提出一种基于大刚度支护体系的新型暗挖技术。新型暗挖技术利用纵向管幕、顶横梁和中间立柱构筑大刚度支护体系，支护体系各构件通过非开挖方式或者在管幕保护下利用小空间构筑，保证施工安全的同时，防止地层出现较大应力释放，支护体系构筑完成后即可进行大面积暗挖施工。新型暗挖技术工序简单、施工效率高、风险低、对周边环境影响小、工程投资小。数值分析和工程实例验证了新型暗挖技术的可行性和实用性，新技术为大型地下结构暗挖技术提供了新的思路。

关键词：大型地下结构；暗挖；大刚度支护体系；数值分析

水循环荷载作用下高面板堆石坝长期变形特性研究

杨启贵1，王艳丽*2，左永振2

（1. 长江设计集团有限公司，湖北 武汉 430010；2. 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北 武汉 430010）

摘  要：高面板堆石坝的长期变形是面板坝建设中的关键技术问题之一，已有研究大多将长期变形归结为堆石体蠕变的结果，但某些高面板堆石坝的变形原型监测资料显示，仅从堆石体蠕变角度难以解释高面板堆石坝长期变形的机理。通过水布垭面板堆石坝17 a的变形监测资料分析和室内低频循环荷载作用下堆石料变形特性试验，探讨了实际运行中库水位周期性变化形成的循环荷载对高面板堆石坝长期变形特性的影响。结果表明：①坝体填筑和初次蓄水引起堆石体的瞬时变形和蠕变，堆石体的后期变形主要是水循环荷载长期作用的结果。②水循环荷载作用下，堆石体的变形表现为两种形式，其一为不可恢复的永久变形（亦称为残余变形），其二为可恢复的弹性变形。③室内低频循环荷载作用试验得到的堆石料变形及其增长规律很好地验证了水循环荷载与堆石坝后期变形的相互关系以及后期变形的力学意义。研究成果为高面板堆石坝长期变形特性研究提供了新的思路，并为具有往复大消落特点的高面板堆石坝变形及安全控制提供借鉴。

关键词：水循环荷载；面板堆石坝；长期变形；实测资料；周期性小主应力；低频