软弱地层盾构姿态偏移引起的隧道附加土压力计算方法研究

肖明清¹，封  坤²，王  维²，王运超²

（1. 中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430071；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）

摘  要：施工过程中盾构隧道掘进轴线往往很难保持理想状态，刀盘会出现沿隧道洞周各个方向偏移的情况，导致刀盘圆心与管片圆心不重合，从而使现有盾构隧道荷载计算方法难以适用。鉴于此，建立了盾构姿态偏移下的地层变形分析模型，提出了盾构姿态偏移引起的隧道附加土压力计算方法，并基于既有的应力函数形式，结合一定的边界条件推导了盾构姿态偏移下隧道附加土压力计算公式。最后，通过数值计算和现场实测对附加土压力公式的合理性进行了验证，并针对主要影响参数开展了敏感性分析。结果表明：附加土压力理论计算结果与数值计算结果在拱顶及拱底上误差较大，但二者在整体上表现出较好的吻合性；太沙基公式忽略了盾构姿态偏移对隧道土压力的影响，导致计算出的土压力与隧道实际土压力相差较大，修正公式计算结果与现场实测结果更加吻合；软弱地层中盾构姿态偏移引起的隧道附加土压力对隧道埋深变化的敏感性逐渐减弱，而对偏移量、土体弹性模量、内摩擦角及黏聚力的变化较为敏感。

关键词：盾构隧道；软弱地层；结构荷载；姿态偏移；附加土压力；现场实测

考虑孔径和物化特性的胶结型能源黏土离散元模拟方法

张旭东¹，蒋明镜^*2

（1. 天津大学建筑工程学院，天津 300072；2. 苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215009）

摘  要：甲烷水合物是重要的清洁能源，广泛分布于中国南海的黏质储层（能源黏土）中。能源黏土的力学行为受多场影响（温度-反压-化学）和多种因素（孔径-水合物饱和度-黏土物化特性）的影响，力学特性复杂。研发能反映能源黏土在复杂应力路径下力学响应的数值分析方法，对中国甲烷水合物安全开采至关重要。首先引入水化学势建立了考虑孔径和黏土物化学特性影响的水合物强度、刚度半理论公式，并将这一公式引入到结构性黏土的接触模型中，建立了考虑孔径和物化特性影响的胶结型能源黏土接触模型。并在离散元模拟过程中通过初始组构参数建立了孔径的识别方法，将计算得到的孔径与接触模型关联，模拟了等向压缩试验、常规三轴试验和真三轴试验，分析了胶结型能源黏土的压缩特性，强度和剪切特性的影响，并与现有研究成果进行对比，结果表明离散元模拟得到的试验结果与室内试验结果一致。离散元模拟结果分析表明较高的水合物饱和度和含水率，较低的温度均会增大胶结型能源黏土的屈服强度和峰值强度，较高的水合物饱和度会显著增强能源黏土的剪胀性，且硬（软）化规律和临界状态强度与中主应力系数密切相关。

关键词：胶结型能源黏土；离散元模拟；力学行为

砂土孔隙结构对注气减饱和过程气体运移的影响研究

秦程朝¹，陈育民^*1，陈润泽¹，汪子君¹，SARAJPOOR Saceed²，韩  一¹，冯  义³

（1. 河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098；2. 重庆大学溧阳智慧城市研究院智慧地下空间中心，江苏 溧阳 213300，3. 中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

摘  要：注气减饱和法是一种通过工程措施将气体注入可液化土体内部，通过减小土体的饱和度以提高土体抗液化强度的方法。开展了饱和砂土注气减饱和过程的可视化薄板模型试验，考虑了粒径分组和密实程度的影响。结果表明：①根据注气量和砂土排水量的对比，可将气体注入砂样内部的过程分为4个阶段：Ⅰ突破阶段，Ⅱ内部运移阶段，Ⅲ扩展溢出阶段，Ⅳ稳定溢出阶段。注入气体的运移形态受孔隙结构内的孔喉尺寸和连通性控制，其主要呈现出两种典型特征：以惯性力主导的通道流和以黏性力和毛细管力主导的室流。②Ⅰ阶段的最小注气压力P_min等于静水压力u和毛细管阻力P_cr之和。P_cr与特征粒径d_eff呈负相关，而与D_r呈正相关。③粗砂组中气相饱和度S_r,a与d_eff呈现正相关，与D_r呈现负相关，且在Ⅱ和Ⅲ阶段均显著变化。中细砂组和细砂组S_r,a与d_eff呈现负相关，与D_r呈现正相关，且集中在Ⅱ阶段中变化。④粗砂组实现减饱和的过程主要依赖易于扩展的连通通道，而中细砂组和细砂组主要依赖气体在选择流动路径的途中在低流动阻力区域内的积累。

关键词：减饱和法；气体运移形态；孔隙结构；微观机理；图像处理

室内加速水环境温度PVC-P土工膜老化试验研究

张宪雷¹，刘贺松²，马少帅¹，杨鹏鹏¹

（1. 华北水利水电大学水利学院，河南 郑州450045；2. 新疆哈密抽水蓄能有限公司工程部，新疆 哈密839124）

摘  要：增塑聚氯乙烯土工膜（PVC-P）作为主体防渗材料应用于面膜堆石坝和抽水蓄能电站库底防渗结构，针对运行期PVC-P土工膜水环境下耐久性是否满足工程服役周期要求问题，选用中国3种PVC-P土工膜展开室内加速水环境老化和轴向拉伸力学性能试验，探究了PVC-P土工膜断裂应变的衰减规律；运用阿伦尼乌斯公式构建了PVC-P土工膜水环境老化模型，分析并预测了试验用土工膜使用寿命，利用20℃试验温度自然老化最长时间180 d试验数据验证了模型的准确性。研究表明PVC-P土工膜寿命周期与库水温度、增塑剂的含量以及材料厚度有关，20℃温度下材料A服役周期49.05 a，材料B与材料C分别为153.76，181.30 a。

关键词：PVC-P土工膜；水环境老化试验；阿伦尼乌斯公式；老化模型；寿命周期

太空环境下颗粒材料流动特性离散元分析：立柱坍塌试验

石安宁^{1, 2}，蒋明镜^*3，杨耿超⁴，郭颂怡⁵，王思远¹，林嘉禹¹

（1. 天津大学建筑工程学院土木工程系，天津 300072；2. 华电科工股份有限公司，北京 100070；3. 苏州科技大学土木工程学院，苏州 江苏 215009；4. 中山大学航空航天学院力学系，广州 广东 510006；5. 香港大学土木工程系，香港 999077）

摘  要：随着世界对深空探测的兴趣日益增加，研究太空环境对颗粒柱坍塌流动特性及破坏模式的影响对于太空探索中的原位资源利用、基地选址及建造具有十分重要的指导意义。采用离散单元法对不同范德华吸引力影响下颗粒柱崩塌流动特性及破坏模式进行了研究。首先使用考虑范德华吸引力的三维完整接触模型，以模拟不同范德华力作用下的颗粒柱坍塌；随后进行了不同范德华力工况下的颗粒柱坍塌离散元模拟；最后对不同工况下颗粒柱坍塌的流动特性及破坏模式进行了对比分析。离散元结果表明：在颗粒柱坍塌过程中，高速度梯度、高转动速度颗粒及稀疏接触位置分布具有较强的正相关性。随着范德华力的增加，颗粒柱坍塌破坏模式分为弥散型、局部型和稳定型（即无破坏）3种。在弥散型破坏中，范德华力对颗粒平动速度、转动速度、流动性系数、能量转换和能量耗散占比影响不明显，而在局部型破坏中，范德华力的增加会显著降低颗粒平动速度、转动速度及流动性系数，使重力势能消耗量和阻尼耗散能占比明显减小。

关键词：范德华吸引力；颗粒柱坍塌；离散单元法；流动特性；破坏模式

区域土特征函数：差异性

卢坤玉^{1, 2}，袁晓铭^*2

（1. 铜陵学院，安徽 铜陵 244000；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 150800）

摘  要：作为区域土理论和方法的核心内容之一，开展了区域土N-v_s特征函数差异性实证分析及评价方法研究。针对世界上目前拥有的实测N-v_s特征函数，提出了差异性定量评价结果，并建立了不同地区N-v_s特征函数差异性评价方法。收集整理了13个国家42个不同地区砂土N-v_s特征函数和22个不同地区黏土N-v_s特征函数，以此构成了1092组对比工况，通过分析揭示了不同地区实测N-v_s特征函数差异性的统计学特征及一般规律。结果表明，全球不同地区实测N-v_s特征函数大多具有显著及以上差异，其中极显著差异约占1/3以上，工程意义上无差异不超过10%。以41组N-v_s函数关系为样本，构建了不同地区砂土和黏土N-v_s特征函数差异性概率与差异性等级计算公式，并通过了既有全部数据的检验。研究结果从实证角度支持了N-v_s函数关系可以作为区域土一种特征函数的概念，并在实证角度使土性质具有区域特征的认识从感性上升到理性，同时也为解析不同地区土性质的差异性提供了技术手段。

关键词：N-v_s特征函数；世界各地区差异性现状；差异性评价方法

考虑颗粒破碎及与状态相关的双屈服面弹-塑性本构模型

陈嘉瑞¹，汤耀岚²，张春顺^{*1, 3}

（1. 武汉大学土木建筑工程学院，湖北 武汉 430072；2. 蒙纳士大学土木工程学院，蒙纳士 3800；3. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072）

摘  要：大量试验研究表明，岩土颗粒材料在荷载作用下会发生颗粒破碎，导致粒径分布曲线(GSD)改变，从而显著影响其力学特性。因此，建立能够考虑颗粒破碎影响的本构模型对于精确预测颗粒材料的应力-应变关系至关重要。首先总结了Hardin提出的破碎演化模型的特点和局限性，而后结合大量颗粒破碎试验结果，提炼出能够反映颗粒破碎特性的双曲线破碎演化模型，并基于该模型修正了弹性柔度矩阵C^e，使其考虑颗粒破碎的影响。其次，建立了与颗粒破碎相关的临界状态方程，清晰揭示了随着颗粒破碎增加，材料临界状态线斜率随之增大的特性，并将这一特性融入状态参量中，推导了考虑颗粒破碎效应的塑性柔度矩阵C^p。最后，结合修正后的弹性和塑性柔度矩阵，建立并验证了考虑颗粒破碎与状态相关的双屈服面弹-塑性本构模型。

关键词：本构关系；颗粒破碎；破碎演化；双屈服面

高内压作用下混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析

金俊超^{1, 2}，景来红^{1, 2}，宋志宇^{*1, 2}，苏  凯³，杨风威^{1, 2}，刘光昆^{1, 2}

（1. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2. 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南 郑州 450003；3. 水资源工程与调度全国重点实验室（武汉大学），湖北 武汉 430072）

摘  要：高内压作用下衬砌混凝土开裂引发的内水外渗问题，是当前压力隧洞运行中频繁遇到的困难之一。引入黏聚单元模拟裂缝的非连续拓展，改进软件ABAQUS内置接触模拟衬砌-围岩交界面，研究建立了高压隧洞混凝土衬砌渗流-应力-开裂分析方法。进一步，对物理模型试验及工程监测数据进行了仿真模拟，并探讨了连续/非连续分析方法各自的特点。结果表明：混凝土衬砌在高内水压下，不可避免发生开裂，且裂缝分布呈现少而疏的特征；在裂缝处形成稳定渗流通道后，衬砌内外壁渗透压差迅速下降，围岩成为承担水荷载的主体；钢筋应力在整个加载过程中表现出缓慢增大—增加—急剧下降—维持较小值的变化历程。连续介质分析模型与非连续分析方法的计算结果整体规律一致，但在需要精确描述裂缝非连续拓展过程时，须采用渗流-应力-开裂非连续分析方法，连续介质分析方法无法模拟上述特征。

关键词：高压隧洞；混凝土衬砌；黏聚单元；裂缝拓展；内水外渗

水平不共面单调及循环荷载下裙式吸力基础承载特性

张雨坤¹，宫伟远¹，李大勇^{*1, 2}，张  恒¹

（1. 山东科技大学土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛 266590；2. 中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580）

摘  要：裙式吸力基础具有承载力高，控制侧移能力强的优点，非常适合作为深远海超大容量海上风机基础形式。作用于海上风机结构的风浪荷载具有长期不共面性，导致基础承载特性异常复杂。开展模型试验，研究砂土中裙式吸力基础在不共面单调荷载（模拟风荷载）和循环荷载（模拟波浪荷载）作用下的累积侧移、运动规律及水平承载力变化规律。试验结果表明，共面加载下，裙式吸力基础运动方向与荷载方向始终一致；不共面加载下，裙式吸力基础在水平面内逐渐向单调荷载方向运动，这种现象随循环荷载幅值和双向循环加载程度的增大逐渐明显。相同循环荷载次数下，裙式吸力基础总累积侧移最大值出现在单调荷载和循环荷载夹角为30°情况，说明将风浪荷载等效为共面作用进行分析设计，结果将偏于危险。各荷载夹角下，裙式吸力基础的总累积侧移均小于传统吸力基础。基于试验结果，得到了不共面单调及循环荷载共同作用下，裙式吸力基础水平面内总累积侧移预测公式。此外，裙式吸力基础在共面及不共面加载后，水平承载力均较加载前有所提升，原因为循环加载使基础周围砂土变密实。然而，不共面加载后，裙式吸力基础承载力低于共面加载情况，降低幅度随单调荷载和循环荷载夹角的增大逐渐增加。加载前后，裙式吸力基础水平承载力均显著高于传统吸力基础。研究成果对裙式吸力基础在深远海风电的推广应用提供了借鉴。

关键词：裙式吸力基础；不共面水平单调和循环加载；模型试验；累积侧移；水平承载力

堆石料分数阶广义塑性模型

李海潮¹，魏英杰²，童晨曦³，范怡飞¹，蔡  靖^*1,4

（1. 中国民航大学交通科学与工程学院，天津 300300；2. 中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083；3. 中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075；4. 民航机场智能建造与工业化工程技术研究中心，天津 300300）

摘  要：将Caputo分数阶微分方法引入传统的广义塑性理论，建立了适用于粗粒土的分数阶广义塑性模型。该模型采用分数阶流动法则，通过将分数阶应力微分算子作用于屈服函数，可以得到新的剪胀方程，并最终给出新的加载方向和塑性流动方向的表达式。研究成果表明：分数阶数是关于状态参量的表达式，在剪切过程中状态参量的演变会诱导加载方向和塑性流动方向之间的夹角发生变化，并在临界状态等于零；因此，岩土材料具有动态非正交变形特点，而经典的非关联流动法则在描述该特性时存在理论不足，需要引入额外的塑性势函数。建立的分数阶广义塑性模型能够为解决该理论难题提供新的研究思路，在确定状态参量和塑性模量等方面，该模型也与传统方法有所不同。通过将模型计算结果与不同类型堆石料的排水和不排水三轴压缩试验结果进行对比，均取得了较好的拟合效果，初步证明了模型的有效性。

关键词：堆石料；分数阶流动法则；广义塑性理论；状态参量；本构关系

纤维加筋珊瑚砂力学特性及非共轴角计算模型

蔡燕燕¹, 宣章清¹, 张小燕², 刘家顺³, 薛  鹏¹, 朱要亮⁴, 俞  缙¹

（1. 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心，福建 厦门 361021；2.中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京100083；3. 辽宁工程技术大学土木工程学院，辽宁 阜新 123000；4. 福建江夏学院工程学院，福建 福州 350018）

摘  要：为研究纤维加筋珊瑚砂的强度和变形性质，开展不同密实度和聚丙烯纤维掺量的珊瑚砂常规三轴试验和空心扭剪试验及非共轴角计算模型研究。结果如下：①相比素珊瑚砂，聚丙烯纤维珊瑚砂强度有显著提升，且最佳纤维掺量在0.3%左右，密实度为65%时纤维加筋珊瑚砂强度提升效果较好；②主应力轴旋转下，加筋珊瑚砂剪应变随密实度的增大而减小，旋转90°后珊瑚砂体积略微膨胀，非共轴角总体表现为先减小后增大的趋势，密实度越高，珊瑚砂共轴性越强；③建立了一种考虑共轴和非共轴耦合变形的纤维加筋珊瑚砂非共轴角计算模型，试验数据验证了纤维加筋珊瑚砂非共轴角计算模型的准确性。

关键词：聚丙烯纤维；珊瑚砂；非共轴角计算；纤维掺量；密实度

能源砂土地基中吸力筒贯入的场-域耦合数值模拟研究

司马军¹，陈志杰¹，蒋明镜^{2, 3}，李博迪⁴

（1. 武汉大学土木建筑工程学院，湖北 武汉 430072；2. 苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215009；3. 同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092；4. 中建三局集团有限公司，湖北 武汉430064）

摘  要：吸力筒具有安装简便、成本低、施工效率高等优点，在深海能源开发中具有广泛应用前景。由于水合物在海床广泛分布，吸力筒在深海能源土地层中吸力贯入将面临水合物性质变化带来的工程挑战。基于商业软件PFC^3D+ FLAC^3D和含水合物多孔介质的多相流分析程序TOUGH+HYDRATE，针对能源砂土地基中吸力筒吸力贯入问题，提出了一种实用的包括多场耦合与离散-连续耦合的场-域耦合数值模拟方法。首先，模拟了不含水合物净砂地基中压入和吸力贯入过程，与前人研究成果进行了对比，验证了耦合方法的合理性。随后，模拟了初始水压为8 MPa、水合物饱和度为10%的能源砂土（MHBS）地基中吸力筒吸力贯入过程，分析了其贯入特性。主要结论包括：①MHBS地基中吸力贯入时，筒内土体“逐层开裂”，土塞随贯入深度增加呈现“阶梯状”增高，最终土塞高度明显大于净砂地基。②MHBS地基中贯入阻力、吸力和排水量均显著大于净砂情况；受地层开裂影响，贯入阻力与吸力在数值上呈明显的波动变化，波峰值随贯入深度增加而减少，波谷值随贯入深度增加而增大。③吸力导致温-压-化场参数变化以及水合物部分分解，使得能源砂土的力学强度降低；与不考虑力学强度变化相比，吸力筒贯入阻力与吸力有所减小，但最终土塞高度变化不大。④MHBS地基中，贯入速率与贯入阻力和吸力呈正相关，贯入速率与土塞高度的相关性较差。研究对含水合物地层中吸力筒施工有一定的参考意义。

关键词：深海能源土；吸力筒贯入；数值模拟；多场耦合；离散-连续耦合

循环加卸载作用下大断面黄土隧道衬砌结构受力试验研究

洪秋阳^{1, 3}，来弘鹏²，周  阳²

（1. 安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601；2. 长安大学公路学院，陕西 西安 710064；3. 安徽建筑大学建筑健康监测与灾害预防技术国家地方联合工程实验室，安徽 合肥 230601）

摘  要：浅埋大断面黄土隧道修建后极易出现地表裂缝，在季节性降雨或农业灌溉的周期性入渗作用下，衬砌结构经历反复加卸载作用，引发严重结构病害。鉴于此，探究了循环加卸载作用下大断面黄土隧道衬砌结构受力规律，分析了不同荷载峰值、不同循环加载次数下衬砌结构力学响应特征和破坏机制。研究结果表明：循环加卸载作用下隧道衬砌结构呈现弹性变形、渐进开裂、裂缝扩展3种响应模式，对应外荷载分别为小于53.2%，79.8%～100%以及大于开裂值。弹性变形模式中衬砌结构内力值稳定，轴力小于-932 kN，弯矩为-233～230 kN·m；渐进开裂模式中结构经历多次加卸载后表面出现裂缝，最小安全系数由0.34～0.42下降至0.23以下；裂缝扩展模式中结构已开裂部位在加卸载过程中出现应力集中，裂缝迅速扩大，未损伤部位内力值保持稳定。

关键词：隧道工程；浅埋黄土隧道；循环加卸载；模型试验；衬砌结构；受力特征

颗粒形状和倾角对颗粒柱坍塌影响的超二次曲面离散元模拟

金  磊¹，叶  阳²，孙翰卿^3,4

（1. 江苏开放大学建筑工程学院，江苏 南京 210036；2. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074；3. 华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510640；4. 广州市设计院集团有限公司，广东 广州 510620）

摘  要：岩土体中颗粒形状各异且可能具有定向排列，明确颗粒形状和倾角对颗粒柱坍塌特性的影响对地质灾害防治有重要意义。基于超二次曲面离散元法模拟颗粒柱的坍塌过程，并着重分析颗粒形状（长宽比A和块度B）及初始颗粒长轴倾角θ对颗粒柱坍塌特性的影响并探究其物理机制。研究结果表明：相对于A为1（各向等长）的情形，A越大（越细长）或越小（越扁平），颗粒柱坍塌的最终跑出距离减小而最终堆积高度增加；随着B增加（棱角越突出），颗粒柱坍塌的最终跑出距离减小而最终堆积高度增加；θ≈0°（近水平）的颗粒柱的最终跑出距离明显小于其它颗粒倾角的情形，且呈现出先在侧向自由面局部颗粒被挤出、而后位于上部的颗粒逐渐滑落的运动模式；对于低柱，其运动模式以滑移为主，θ≈135°（近堆积后斜坡的顺坡向）的颗粒柱的最终跑出距离最远；对于高柱，前期垮塌效应明显，θ≈90°（近直立）的颗粒柱的最终跑出距离最远；不同颗粒形状和倾角对颗粒柱坍塌特性的影响与能量的转化演变过程及细观结构特征密切相关。

关键词：颗粒柱坍塌；颗粒形状影响；颗粒倾角影响；超二次曲面；离散元法

土著微生物固化增强盐漠土力学性能及其抗侵蚀效果

白振宇¹，张  文^*1,4，袁  媛²，张玉蓉³，王如泽¹，Lashari Zuhaib ul Hassan¹

（1. 青海大学土木水利学院，青海 西宁 810016；2. 青海职业技术大学，青海 西宁 810016；3. 杭州市水利水电勘测设计院有限公司，浙江杭州3100094；4. 青海省建筑节能材料与工程安全重点实验室，青海 西宁 810016）

摘  要：利用微生物矿化的原理开展荒漠沙土的固化抑尘研究，已成为中国西北地区荒漠生态修复领域的科技前沿。然而，在高原环境下通用脲解型微生物的脲酶活性受到不同程度的抑制。因此，筛选寒旱荒漠环境中原生（土著）极优脲解型微生物用以固化荒漠沙化土成为该领域研究的新思路。从青海高原干旱区盐漠土中筛选极优脲解型微生物，通过灌注法、喷洒法及水侵蚀法，对盐漠土进行固化试验研究，分析土著微生物固化盐漠土的物理化学特征、力学强度变化及其抗侵蚀能力。结果表明：青海高原盐漠土中存在极优脲解型微生物（Z7）属于益生菌，在5%盐浓度环境下，Z7酶活最高值为2.075 U/mL。Z7固化盐漠土的无侧限抗压强度提高了26.8倍，表层土抗剪强度提高了9倍左右，表面失土速度平均降低70.5%，抗侵蚀能力提高了6.5倍。研究结果表明土著尿解型微生物对松散盐漠土具有固化抗蚀的应用潜力，为高原干旱区盐漠环境生态修复提供了新的策略支持。

关键词：高原寒旱环境；盐漠土；MICP；土著极优脲解型微生物；固沙抗蚀

宽级配饱和珊瑚土场地剪应力-剪应变非线性响应动力离心试验研究

王体强^{1, 2}，王永志^{*1, 2}，屈盅伶^{1, 2}，梁小丛^{3, 4}，陈平山^{3, 4}，兰景岩⁵

（1. 中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080；2. 地震灾害防治应急管理部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080；3. 中交四航工程研究院有限公司，广东 广州 510230；4. 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519080；5. 燕山大学建筑工程与力学学院，河北 秦皇岛 066004）

摘  要：珊瑚土作为热带和亚热带地区港口工程及军事、民事设施建设场地的重要土体，其在接近真实场地条件和地震自下而上传递下的循环剪应力、剪应变行为尚缺乏认知。基于动力离心试验可较真实模拟场地应力分布、排水条件、地震传递等优势，开展了典型水平饱和珊瑚土场地模型试验，探讨了珊瑚土场地的循环剪应力、剪应变时空分布特征与演化规律，比较了循环剪应力、剪应变与超静孔压比发展的关联性，并求解分析了不同埋深珊瑚土动剪切模量、阻尼比随剪应变的变化关系和发展模式。结果表明：反演获得剪应力-剪应变滞回圈具有良好的光滑性、连续性和规律性，随着循环次数增加，滞回圈逐步向水平倾斜且面积逐步扩大，呈明显的强度软化特征；同一荷载下，剪应力随埋深增加而增大，剪应变随埋深增加而先增加后减小，并随荷载强度的增大而增大，基岩峰值加速度0.05g~0.3g正弦荷载下，剪应变主要集中于0.01%～2%。荷载强度逐渐提高条件下，剪应力与超静孔压比随埋深变化的关联性不明显，但超静孔压比增加对剪应力随埋深的增长表现出一定约束作用；而剪应变与超静孔压比随埋深的分布具有显著的一致性，当孔压比超过0.6时，土层剪应变将显著增加。求解的动剪切模量随埋深增大而增大、随剪应变增大而减小，具有良好的规律性；而阻尼比随埋深增大而减小，相对离散性偏大，与计算方法和液化强非线性相关；最大剪切模量明显低于单元试验结果，且典型水平饱和场地的珊瑚土动剪切模量比更符合Martin-Davidenkov模型。

关键词：动力离心试验；珊瑚土；反演分析；剪应力；剪应变；演化特性

液化场地板桩挡土墙抗震性能及地震风险分析

邱志坚，张雨欣，古  泉

（厦门大学建筑与土木工程学院，福建 厦门 361005）

摘  要：地震极易诱发饱和砂土液化及土体侧向大变形，导致滨水区板桩挡土墙倾斜过大、甚至破坏。为了研究砂土液化对板桩挡土墙抗震性能及地震风险的影响，采用一种新型的多屈服面弹塑性本构模拟饱和砂土地震液化特性，考虑孔隙水与土颗粒的动力耦合效应，建立液化场地板桩挡土墙试验的有限元分析模型。通过拟合Ottawa砂抗液化强度曲线和板桩挡土墙离心机试验数据，验证了饱和砂土本构和有限元分析模型的准确性。基于试验验证后的计算模型，选取了100条地震动记录作为模型输入，考虑地震不确定性因素对板桩挡土墙抗震性能的影响，从有效性、相关性、实用性和效益性等4个方面综合评价了8个常用的地震动强度指标，并选择累积绝对速度(CAV)作为最优地震动强度参数。根据非线性动力响应分析结果，构建了液化场地板桩挡土墙结构的易损性曲线和地震风险曲线，在概率理论框架下分析了土体渗透率对板桩挡土墙结构地震风险的影响。通过引入地震风险分析方法，可有效评估液化场地板桩挡土墙的抗震性能，为类似的板桩结构抗震设防提供借鉴和参考。

关键词：砂土液化；本构模型；板桩挡土墙；地震风险分析；渗透率

不同PCM结晶度的相变黏土碾压过程离散元模拟 

刘东海¹，谷泽永¹，陈  辉¹，王文东²

（1. 天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 300350；2. 天津水务投资集团有限公司，天津 300202）

摘  要：掺入石蜡基相变材料（PCM）的相变黏土可为寒冷地区黏土心墙的冬季施工防冻控温问题提供一种新的解决方案。但是，PCM在不同温度下特有的相态变化（即结晶度不同）会导致相变黏土呈现不同的压实特性，不同PCM结晶度的相变黏土碾压参数控制标准有待进一步研究。考虑到现场碾压试验不仅成本高，而且在多变环境下难以控制PCM达到设定结晶度的试验温度，采用PFC 3D软件，根据碾轮及荷载模拟相似率，建立了不同PCM结晶度下相变黏土碾压离散元模型，通过室内击实试验对离散元模型的有效性进行验证，分析了不同碾压参数对相变黏土压实质量的影响，进而给出不同PCM含量及其不同结晶度下的相变黏土的推荐碾压参数。结果表明：激振力过小时，即使增加碾压遍数也难以达到大激振力的压实效果，适当提高激振力有利于压实；PCM的结晶度提高会使相变黏土压实干密度降低，通过增加碾压遍数、减小碾压速度和适当减小摊铺厚度等措施，可提高相变黏土的压实效果，达到PCM未结晶时的最大干密度。研究可为不同施工温度下分析相变黏土的碾压质量提供新的方法，也可为不同PCM结晶度下心墙相变黏土压实质量控制提供理论依据。

关键词：相变黏土；压实质量；碾压参数；控制标准；离散元模拟

饱和土不排水剪切滑移面倾角探究

宋二祥，林世杰

（清华大学土木工程系，北京 100084）

摘  要：对于饱和土不排水剪切破坏滑移面的倾角业内一直存在不同看法。通过数值计算与理论分析对此问题进行讨论，认为饱和土内一点在不排水剪切破坏时的滑移面与主应力面的夹角在理论上应为45°，并尝试给出对此判断的解释。指出土受剪破坏时的滑移面未必总是剪正应力比最大的面。对于饱和土的不排水剪切，其强度决定于有效应力，但变形应是决定于本构总应力，即有效应力与孔隙超静水压之和。也就是说，饱和土中一点在不排水剪切破坏时的滑移面倾角是由本构总应力所对应的摩擦角φ_u=0°确定的。此外还简要讨论了这里的滑移面倾角与文献中讨论较多的剪切带倾角的区别与联系，并对后者在实际工程中出现的可能性给出看法。

关键词：饱和土；不排水剪切；破坏滑移面倾角；剪切带

关于“饱和土不排水剪切滑移面倾角探究”的讨论

李广信^{1, 2}, 于玉贞^{1, 2}

（1. 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室，北京 100084；2. 清华大学水利水电工程系，北京 100084）

摘  要：针对宋二祥等在“饱和土不排水剪切滑移面倾角探究”一文中所提出的饱和土不排水条件下滑移面倾角为45°的主张进行讨论。根据有效应力原理，土的强度与破坏是由作用于土骨架上的有效应力决定的；按照莫尔-库仑强度理论，当大主应力方向分别为竖直与水平方向时，这一倾角应为45°±j¢/2，大量的试验结果与工程实践也都证明了45°±j¢/2倾角是基本符合实际的。讨论了一些影响饱和土不排水条件下滑移面倾角的因素，但这些因素都不会产生45°与45°±j¢/2之间这样大的差距。并特别指出，在对饱和土进行极限平衡分析与数值计算时，其分析对象可以是饱和土体或土骨架。前者材料的主要力学性质为j=0°与de_v=0，这时莫尔-库仑强度理论将退化为特雷斯卡强度准则，土力学退化为材料力学；后者的主要力学性质为内摩擦角为j¢，具有可压缩性和剪胀（缩）性，这时de_v=0只是其分析的边界条件。最后，进行了饱和砂土的三轴不排水试验，结果表明其滑裂面倾角基本为45°+j¢/2。

关键词：饱和土；不排水剪切；滑移面倾角；有效应力原理

应力和水-岩耦合作用试验系统研制及应用

邓华锋^1, 2，骆祚森^1, 2，李建林^1, 2，李焯芬^1, 2，王孔伟^1, 2，张景昱^1, 2，程其芬^*1, 2

（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）

摘  要：水-岩作用导致消落带岩体劣化已成为影响岸坡变形稳定的重要因素之一，为了解决库岸边坡岩体赋存复杂水力环境和应力环境耦合作用试验模拟的瓶颈，在系列水-岩作用试验设备研制基础上，研制了YRQ-1000型岩石应力和水-岩耦合作用试验系统，主要由水压力加载系统及控制单元、动静水模拟控制单元、烘干、风干装置及控制单元、轴向应力加载及测试单元、轴向、径向变形测试单元和软件控制单元等组成。该试验系统实现了应力与水压力、浸泡-风干过程循环耦合作用的真实模拟，具备应力、变形、水压力、温度等参数测试和实时显示功能。系列试验结果验证表明，该试验系统可以满足库水压力和应力耦合作用下岩石的蠕变试验、应力和水-岩耦合作用下岩石蠕变试验，试验过程中的应力、水压力加载及控制满足稳定性要求，各参数的测试工作状态良好，试验系统整体运行可靠。该试验系统的研制，为高坝大库水库蓄水及长期运行导致的库岸边坡岩体损伤劣化效应及机制分析提供了良好试验平台。

关键词：岩石力学；库岸边坡；消落带；应力和水-岩耦合作用；试验系统

台阶单孔爆破振动预测模型的构建与参数确定

李洪超^{1, 2}，韩昊轩¹，李胜林^*3，李  晨⁴，贾  贝⁵，王樨尧⁶

（1. 昆明理工大学公共安全与应急管理学院，云南 昆明 650093；2. 昆明理工大学城市学院，云南 昆明 650053；3. 中国矿业大学（北京）力学与土木工程学院，北京100083；4. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310008；5. 中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038；6. 中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610036）

摘  要：基于调制白噪声的过程确定频率函数，选取gamma函数作为强度函数，构建能够描述波形随机性及非平稳性的台阶单孔爆破振动预测模型；以现场实测波形为对比样本、残差相似度为评价指标，用试错法计算得出符合现场实测波形的模型参数大致区间；对各参数试错区间进行划分并利用正交设计与极差分析计算得到模型最优参数，将模型最优参数代入到爆破振动预测模型中，模型输出波形曲线与现场实测波形的峰值时刻、峰值振速、持续时间、主频的较好吻合，证明了所构建模型以及参数确定方法的正确性；将本模型输出峰值振速与萨道夫斯基公式预测结果分别与实测波形的峰值振速进行对比，较小的计算误差证明了模型所具有的优越性。

关键词：台阶单孔爆破；振动预测模型；波形残差相似度；K-S双样本检验；正交试验与极差分析

岩土新发现——高原淡水藻类诱导产生碳酸钙

孙银磊¹，李志妃¹，张先伟^*2

（1. 云南大学建筑与规划学院，云南 昆明 650500；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071）

摘  要：鉴于高原淡水藻类诱导产生碳酸钙的研究领域尚属探索初期，聚焦于高原独特环境下淡水藻类在岩石表面的生物矿化作用，重点分析了藻类诱导产生的沉积物特性及其力学性质。通过X射线衍射（XRD）试验，确认了该沉积物的主要成分为碳酸钙沉淀。进一步，利用扫描电子显微镜（SEM）观察了碳酸钙的微观结构，并结合点荷载试验和巴西劈裂试验分析了碳酸钙沉积对岩石力学强度（抗压和抗拉强度）的具体影响。研究结果表明，高原淡水藻类具备诱导产生碳酸钙的功能，其诱导产生的碳酸钙沉积具有一定的力学强度，但力学强度弱于其附着的岩石，并揭示了碳酸钙沉积的微观结构特征与其对岩石力学性质影响之间的内在联系。作为一项岩土新发现——高原环境下淡水藻类诱导碳酸钙，可以为理解生物矿化作用在岩石风化、沉积及地质工程稳定性评估中的潜在作用提供了科学依据。

关键词：高原淡水藻类；碳酸钙沉积；矿物成分；岩石力学性质；微观结构