软土基坑抗隆起稳定性的改进圆弧滑动法

黄茂松^{1, 2}，付臣志^{1, 2}，时振昊^{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：大量软土基坑工程实践表明，当挡土构件插入比较小或较大时，采用现行规范圆弧滑动模式验算方法计算的基坑抗隆起稳定安全系数存在明显偏大的问题。基于极限分析有限元对现行规范方法存在的问题进行了深入剖析，揭示了抗隆起稳定安全系数、圆弧滑动半径、挡土构件提供的抗滑力矩随挡土构件插入比增加的变化机理，提出了挡土构件插入比上、下限值的计算公式及改进的圆弧滑动模式验算方法。通过工程实例对比分析检验了改进方法的合理性。改进方法解决了现行规范方法存在的问题，可为深基坑支护结构设计及现行规范方法的修订提供有益的参考。

关键词：基坑；抗隆起稳定性；圆弧滑动法；极限分析有限元；安全系数

城市小净距隧道运营期渗流场-应力场演变规律及防排水结构优化

陈子全¹，何  川^*1，喻炳鑫¹，李  铮^{1, 2}，张  航²，刘冒佚²

（1. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点试验室，四川 成都 610031；2. 重庆市城市建设投资（集团）有限公司，重庆 400023）

摘  要：复杂水文地质环境富水隧道在运营期的结构安全问题及其与地下水环境的互馈机制受到越来越多的重视。为探究城市小净距隧道在运营期的渗流场-应力场演变规律并提出合理的防排水方法，基于重庆市科学城隧道开展了变水头及强降雨条件下的渗流模型试验与数值模拟研究，揭示了衬砌水压力与围岩压力的演变过程，提出了一种基于排水量-结构安全性协同调控的地下水环境保护主动控制技术。研究结果表明：城市小净距隧道左右洞形成的降水漏斗在空间上部分重叠并相互影响，水压力在水平方向呈“W”形分布，随着埋深增大或减小逐渐演变为下凹弧形，其水平方向影响范围超过80 m。注浆圈对水压力与围岩压力的折减效果随着水头高度的增加而减弱，水头高度为30～50 m时注浆圈对总荷载的折减比例约为18.6%～40%。小净距隧道衬砌荷载分布呈现出显著的非对称性。强降雨过程中，衬砌荷载演变可划分为缓慢增长、快速增长、逐渐稳定3个阶段，高水压引发的二次衬砌开裂和突水灾害主要集中在拱腰、拱脚和隧道底部。高水压地段建议增设衬砌底部排水盲管，生态环境敏感区隧道地下水排放需采取主动调控技术，从而保护地下水环境的生态平衡。

关键词：城市小净距隧道；运营期；渗流场-应力场；衬砌力学性能；防排水结构；主动调控

考虑接头非线性转动效应的盾构隧道纵向变形简化解

张志伟¹，郑  刚¹，程雪松^*1，梁荣柱²，杨海滨³，赵  静³，仲志武³

（1. 天津大学建筑工程学院，天津 300072；2. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 410074；3. 中铁建（天津）轨道交通投资发展有限公司，天津 300072）

摘  要：纵向轴力和接头螺栓屈服会引起外荷载作用下盾构隧道环间接头转动刚度的显著非线性变化，现有盾构隧道纵向变形计算方法多是将隧道简化为具有恒定抗弯刚度的等效连续长梁，难以反映环间接头的非线性转动效应。首先，考虑盾构隧道横向性能和环间螺栓弹塑性行为，基于严格的隧道横断面椭圆参数方程推导其环缝分别处于弱拉弯、纯弯和压弯状态下的环间接头转动刚度计算公式；其次将盾构隧道沿纵向简化为一系列由非线性转动弹簧和线性剪切弹簧连接而成的Timoshenko短梁，同时采用沿隧道外壁均匀分布的法向和切向Winkler地基弹簧模拟土-隧道相互作用；然后借助状态空间法推导外荷载作用下盾构隧道纵向不连续位移解答，并提出轴向压力作用下隧道纵向变形迭代求解流程；最后通过对比已有理论方法和某基坑开挖引发下方盾构隧道纵向变形工程的实测结果验证所提方法的合理性，并基于某地表堆载诱发盾构隧道纵向变形的工程案例研究纵向轴力和横向刚度对隧道纵向变形的影响。研究结果表明：盾构隧道环间螺栓屈服会显著增大接头张开量和环缝的受拉面积；轴向压力的施加能够显著降低隧道因基坑卸荷引发的纵向位移、接头张开和环间错台变形。参数分析表明：随着纵向轴力由拉力增加为压力，既有隧道最大纵向位移和最大截面转角均逐渐减小，且减小速率先增大后减小，而最大接头张开量近似线性减小；既有隧道横向刚度的降低会导致其纵向位移和接头张开量的显著增加以及环间错台量的略微减小。

关键词：盾构隧道；环间接头；非线性转动效应；纵向梁-弹簧模型；状态空间法

侧部注浆点布设对盾构隧道受荷变形影响分析

黄大维^{1, 2}，陈后宏^{1, 2}，赵梽錡^{1, 3}，徐长节^*1，耿大新¹，江强波¹

（1. 华东交通大学山区土木工程安全与韧性全国重点实验室，江西 南昌 330013；2. 华东交通大学综合立体交通信息感知与融合江西省重点实验室，江西 南昌 330013；湘西土家族苗族自治州公路建设养护中心，湖南 吉首 416007）

摘  要：盾构隧道纠偏注浆作为一种非开挖隧道变形整治技术得到了工程应用，但纠偏注浆点的布设暂无依据，也缺乏相关分析。为了分析不同纠偏注浆点对隧道变形纠偏效果的影响，在室内模型试验的基础上建立侧部注浆仿真模型，开展了纠偏注浆点的布设方式对盾构隧道的影响分析。在已建模型的基础上对侧部单点和多点注浆模式的多种工况进行模拟，读取不同工况下隧道所受单位水平轴力、附加土压力、直径变化以及挠曲变形数据，分析表明：盾构隧道在水平注浆压力作用下会发生竖椭圆变形，且盾构隧道向注浆对侧发生水平挠曲变形；注浆点与隧道的净距离越小，注浆对隧道侧部产生的最大水平土压力越大，但注浆附加土压力的影响范围越小，当纠偏范围较小时，建议采用单点注浆；相同注浆量下，多注浆点均匀注浆既有利于盾构隧道附加土压力的均匀分布，当纠偏范围较大时，建议采用多点同时注浆的模式。

关键词：隧道工程；注浆模式；数值模拟；盾构隧道；注浆纠偏；模型试验

考虑地形效应的群桩竖向动力阻抗

瞿立明¹，李  雄¹，丁选明²，杨长卫³，廖  昕¹，陈治良¹

（1. 西南交通大学地球科学与工程学院，四川省环青藏高原交通廊道地质灾害生态化防治工程技术研究中心，四川 成都 611756；2. 重庆大学土木工程学院，重庆400450；3. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都610031）

摘  要：基于哈密顿最小作用量原理推导单桩竖向阻抗理论公式，考虑振动波传播的方向性差异，提出合理的斜坡双桩相互作用因子计算方法，最后结合承台变形协调条件和力学平衡方程获得群桩竖向阻抗。开展参数分析，研究了不同桩长径比、桩-土刚度比、不同桩间距条件下相互作用因子和群桩动阻抗。结果表明，相互作用因子和群桩动阻抗随频率的变化规律具有明显的波动特征，地形效应对群桩阻抗的影响强弱依赖于频率，在特定频率处，地形效应较为显著，且陡坡、长桩、硬土中的群桩动阻抗与平地群桩差异更为明显，忽略地形效应可能会给斜坡群桩动阻抗计算结果带来较大的误差。

关键词：群桩；动力阻抗；相互作用因子；理论解；地形效应

一维压缩条件下砂-黏土混合物热导率演化规律

张  涛¹，蔡国军²，杨玉玲^*1，张家铭³，周逸文³

（1. 南京工业大学交通运输工程学院，江苏 南京 210009；2. 安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601；3. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074）

摘  要：为揭示应力条件下天然砂-黏土混合物热导率的演化规律，通过一维压缩试验、干密度和热导率测试，研究混合物热导率k随应力水平和黏土掺量f的变化规律、热导率k与干密度ρ_d的内在联系、孔隙液对混合物堆积特性和传热效率的影响，基于二元介质堆积理论，构建考虑应力状态和黏土掺量的混合物热导率计算模型，同时探讨了混合物结构演化特征和微观传热机理。结果表明：砂-黏土混合物热导率k随黏土掺量f增加呈“先增大、后减小”趋势，孔隙液既显著降低颗粒间热阻，又提高k对f和应力水平变化的敏感性，最大热导率值发生在f=40%附近；干密度ρ_d变化与k相近，f在30%~40%范围时，ρ_d值最大；增大竖向应力有利于提升混合物压实特性，但孔隙液对ρ_d值影响甚微；混合物临界掺量f*、最小孔隙比e_min与应力状态、孔隙液和颗粒形貌等密切相关；提出的混合物热导率计算模型综合考虑了应力水平和组分含量的影响，具有良好的适用性；颗粒变形与破碎以及空间结构演变是进一步揭示多元颗粒混合物传热机制的重要内容。

关键词：热传导；堆积特性；颗粒土；竖向应力；计算模型

考虑土的粒径级配及变形的土-水特征曲线模型

唐晓林^{1, 2, 3}，童立红^{*1, 2}，徐长节^{1, 2}，丁  智^{3, 4}，丁海滨^{1, 2}，柳  伟^{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. 江西省地下空间技术开发工程研究中心，江西 南昌 330013；3. 浙大城市学院土木工程系，浙江 杭州 310015；4. 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：土的粒径分布（particle size distribution，简记为PSD）已被广泛应用于估算土-水特征曲线（SWCC），且土的孔隙分布（pore size distribution，简记为POSD）对SWCC具有重要影响，建立PSD与POSD之间的关系对于研究SWCC具有重要意义。通过对大量试验数据分析表明：粒径与孔径之间在双对数坐标下存在线性“阶梯”状的分布规律，粒径越大，线性“阶梯”越明显；粒径越小，“阶梯”逐渐消失并趋向于线性分布。基于这一结论，首先，根据线性“阶梯”状的分布规律构建粒径与孔径之间的关系；其次，根据Young-Laplace方程，引入粒径分布函数和孔隙比，建立考虑土的粒径级配考虑及变形的SWCC模型。最后，通过多组试验数据进行验证，结果表明本文所提出的模型均能较好地符合试验观测，验证了模型的可靠性。

关键词：土-水特征曲线；粒径级配；Young-Laplace方程；土体变形

基于裂隙网络几何特征参数的岩体溶质传输过程预测模型研究

佴宇鏖^{1, 2}，周佳庆^{*1, 2}，李长冬²，郭利国³，甘馥硕²，朱寅斌²

（1. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072；2. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074；3. 广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州510010）

摘  要：裂隙岩体中溶质传输的机理与运移过程预测是水工岩石力学与水文地质领域的研究前沿和热点，同时也是基岩裂隙含水层污染治理、高放射性核废料安全处置、地下资源高效开发、渗漏示踪及灾害化学信号解译等应用需求的关键瓶颈难题。开展了不同裂隙网络几何特征下的岩体溶质运移过程模拟，系统性分析了裂隙密度、裂隙离散性、裂隙平均开度对溶质运移过程的定量控制机制。分析结果表明，裂隙密度和平均开度在岩体溶质传输过程中起决定性控制作用，而裂隙分布离散系数对溶质传输过程的影响程度，则取决于特定裂隙网络形成的连通路径系统。在此基础上，建立了基于裂隙无量纲密度和平均开度的岩体关键传质系数（水动力弥散系数D和溶质传输速度V_t）参数化表征公式。通过将岩体关键传质系数的参数化表征公式，嵌入宏观对流-扩散经典解析解中，构建出了基于裂隙网络几何特征参数的岩体溶质传输过程预测模型。最后，通过与不同工况下的岩体溶质传输数值模拟结果对比，验证了所提预测模型的有效性。所构建的溶质传输过程预测模型，能够仅依据裂隙网络几何特征参数和水动力条件，实现溶质传输过程的高保真度预测。研究成果对于低成本、快速高效地预测裂隙岩体中的物质运移过程提供了重要支撑，对于地下环境污染快速评估、地下资源高效开采具有重要理论意义；所揭示的裂隙网络几何特征对溶质传输特性的定量控制机制，为岩体结构演变与水化学信号关联机制的研究奠定了理论基础，在水化学信号示踪岩体灾变状态及灾害早期预警方面具有潜在应用价值。

关键词：裂隙岩体；裂隙网络；溶质传输；穿透曲线；预测模型

循环荷载下粗糙节理剪切力学特性与剪切行程的关系研究

叶思哲^{1, 2}，张  强^{*1, 2}，李  涛^{1, 2}，代万里^{1, 2}，时林坡^{1, 2}，王红英^{1, 2}

（1. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221116；2. 中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏 徐州 221116）

摘  要：为探究粗糙节理面受循环剪切作用下力学特性的演化规律，采用自主研制的岩石节理双向动态循环剪切试验系统进行了循环剪切试验，研究不同剪切行程下粗糙节理面的剪切应力、法向位移、剪胀角的演化规律。结果表明：①正向剪切后的负向剪切峰值随着剪切距离的增大逐渐减小，首次剪切负向峰值强度从4.13 MPa降低至2.94 MPa；②随着剪切行程的增加，剪切刚度不断减小并趋于稳定，正向剪切刚度均值从473.69 MPa/m降至21.37 MPa/m，负向剪切刚度均值从413.82 MPa/m下降至8.95 MPa/m；③剪切行程较小时，法向位移随循环次数的增加趋于稳定；剪切行程较大时，随循环次数的增加，法向位移会不断减小，但剪应力、剪胀角等参数的变化已趋于稳定，表明一定范围内的磨损作用对节理面力学性质的影响是有限的；④剪胀角的变化趋势与节理面形貌相关，总体上随着循环次数的增加剪胀角不断减小，最后趋于稳定。

关键词：岩石力学；剪切试验；节理面；循环剪切；剪胀角

粗糙裂隙渗流-溶蚀耦合过程可视化试验及渗透性演化规律研究

王  婷，王子龙，李炎隆^*，何亚宁

（西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048）

摘  要：西南地区岩溶区域分布广泛，水资源丰富，是中国未来水资源开发的主战场。探究岩溶过程中溶蚀模式的发育规律及其对岩体渗透特性影响，对保证涉及岩溶发育区的水利工程设施的选址、建设及长期运行安全至关重要。为此，研发了粗糙裂隙渗流-溶蚀耦合过程实时可视化试验平台，开展了不同流速下的粗糙裂隙渗流-溶蚀试验，研究了流速影响下粗糙裂隙溶蚀形态、溶蚀速率、裂隙开度变化、溶蚀模式转变及渗透性演化规律。试验观测到：随着流速的增加，溶蚀模式从紧凑溶蚀转变为“虫孔”溶蚀，进而转变为均匀溶蚀。根据穿透长度理论，定义了考虑裂隙长度的有效Da数Da_eff,L，确立了溶蚀模式从紧凑溶蚀向“虫孔”溶蚀，进而向均匀溶蚀转变的临界转变条件分别为Da_eff,L≈10与Da_eff,L≈1，并得到了本文试验结果的验证。渗流-溶蚀耦合作用使裂隙渗透率的变化规律不再符合立方定律；在相同的开度变化时，“虫孔”溶蚀的渗透率增长最迅速，并远远大于立方定律，所需突破流量PV_bt最小。研究成果可为自然及工程中岩溶过程的认识与控制提供参考依据与技术思路。

关键词：粗糙裂隙；渗流-溶蚀耦合；可视化试验；理论判据；渗透率演化

深部充填节理岩体锚固抗力力学模型研究

宋  洋¹，王贺平^*1，金佳旭¹，刘家顺¹，毛镜涵¹，张维东²

（1. 辽宁工程技术大学土木工程学院，辽宁 阜新 123000；2. 北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082）

摘  要：锚固抗力计算模型是节理岩体锚固理论研究的核心问题，其中充填节理软岩的锚固机制更为复杂并且尚未明确。基于结构力学理论，将锚杆挤压变形区内的约束应力视为矩形分布模式，并将约束应力取值修正为包含充填物强度、充填度因素的公式表达，建立了考虑转角大变形条件下的充填节理软岩锚固抗力力学模型。进一步开展恒定法向刚度CNS边界条件下加锚充填节理岩体剪切试验进行验证。相关研究结果表明：在深部岩体力学边界影响下，锚杆剪切变形段长度与锚杆直径比值基本处在0.7～1.5。随着的增加，锚杆抗剪贡献率理论计算值分别为9.8%，16.5%，22.0%，34.8%。其中剪力、轴力二者提供的节理面抗力比值，由2.83降低为0.72，说明当锚固角度90°时，剪力首先承担主要抗力行为，当发生较大转角位移时，剪力不再明显增加，逐渐由轴力提供抗力行为直至锚固体系失效破坏。进一步对30°～90°条件下锚杆抗力分布特征进行了系统的分析，综合验证了模型合理性，可为节理岩体锚固设计理论提供参考借鉴。

关键词：锚固抗力模型；充填度；约束应力；全长黏结型锚杆；CNS边界

水平冻结下软黏土水热力响应及冷生构造研究

张  虎^{1, 2}，胡金涛^*1，郑  波³，杨岁桥¹，东宇轩¹，鲁  明¹，梁  煜¹，邢利军¹

（1. 东北林业大学土木与交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2. 冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；3. 中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 611731）

摘  要：利用自主研发的一维可视化水平冻结装置，在不同温度梯度下对软黏土开展了单向水平冻结试验，并对土体纵剖面冷生构造的发育过程进行了全程观测。结果表明水平冻结过程中水分迁移会引起温度、水分、孔隙水压力、土压力等水热力响应，温度梯度是水分迁移的主要诱因。在重力作用下，水平冻结过程中土体发生双向水分重分布，但水平向水分迁移量显著高于竖直向。冻结120 h后，冻结区含水率显著高于初始含水率，最大值常出现在离冻结锋面1～3 cm处；未冻区的含水率要普遍低于初始值，这表明未冻区存在脱水固结现象。此外，水平冻结过程中软黏土纵剖面具备清晰显著的冷生构造，其形成主要是低温吸力和结晶应力诱导张拉应力增大作用的结果。以冷生构造的形态、密度和分布特征为依据，将其定性划分为整体状、纤维层状、薄层状、厚层状。该项研究成果初步揭示了水平冻结过程中软黏土水-热-力-构造响应过程，为准确阐述水平冻胀机制提供了必要的理论参考。

关键词：软黏土；水平冻结；水分迁移；分凝冰；冷生构造

小型TRD工艺在有机污染场地垂直阻隔工程的应用研究

麻统孝¹，庄  恒¹，王  水²，倪  浩¹，潘  月²，冯亚松²，刘登峰³，杜延军^*1

（1. 东南大学岩土工程研究所江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室，江苏 南京 211189；2. 江苏省环境科学研究院，江苏 南京 210036；3. 北京中岩大地科技股份有限公司，北京 100000）

摘  要：以某有机污染场地垂直阻隔工程为依托，以垂直切割搅拌器为主体施工设备，采用小型TRD工艺和原位垂直切割搅拌工艺建造了长度为70 m，深度为7.0，5 m的垂直阻隔屏障。通过现场试验与室内试验结合的方法，研究了膨润土材料的施工和易性。结果表明，水固比为4∶1时，有机黏土改良膨润土材料无法充分水化，活性炭改良膨润土材料的马氏黏度和流动度无法满足小型TRD工艺施工要求，六偏磷酸钠改良膨润土材料可满足小型TRD工艺施工要求。垂直阻隔屏障施工14 d后沿屏障深度方向取样，在室内开展颗分、含水率、液塑限、pH、特征元素（Na）全量分析和柔性壁渗透等试验，研究垂直阻隔屏障材料的土工参数沿深度方向的均匀性。结果表明，在清洁自来水渗透下，小型TRD工艺段屏障材料的渗透系数（1.3×10^-10～2.4×10^-10 m/s）低于原位垂直切割搅拌工艺段屏障材料的渗透系数（7.5×10^-10～9.3×10^-10 m/s）。对比分析了小型TRD工艺段、原位垂直切割搅拌工艺段两类屏障材料的含水率、液限、特征元素（Na）全量、pH沿屏障深度方向的变异系数。结果表明，小型TRD工艺段屏障材料上述4个参数的变异系数低，沿深度方向的均质性更好。

关键词：小型TRD；垂直阻隔屏障；渗透系数；变异系数

基于原岩随钻振动信号的岩石单轴抗压强度快速预测试验研究

刘河清^{1, 2, 3}，刘建康^{*1, 2}，郝  建^{1, 2}，郑义宁⁴，肖  勇⁵，胡  慧^{1, 2}，栾学坤^{1, 2}

（1. 山东科技大学能源与矿业工程学院，山东 青岛 266590；2. 山东科技大学省部共建矿山岩层智能控制与绿色开采国家重点实验室培育基地，山东 青岛 266590；3. 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；4. 山东能源集团鲁西矿业有限公司郭屯煤矿，山东 菏泽 274700；5. 山西省煤炭地质115勘查院有限公司，山西 大同 037000）

摘  要：为了揭示随钻振动信号与岩石单轴抗压强度之间的响应关系，实现单轴抗压强度的快速感知预测，基于随钻振动信号提出了混合遗传算法优化（GA-BP）的单轴抗压强度人工神经网络快速预测方法。运用傅里叶变换及数学运算提取花岗岩、石灰岩、页岩、砂岩和煤5种原岩（煤）振动信号时域、频域的特征值，构建不同神经网络预测模型并分析比较各模型的预测性能。研究结果表明：经遗传算法优化的GA-BP神经网络模型决定系数R²为0.778，较之BP神经网络模型提升了9.4%；构建的模型对于单轴抗压强度有着较好的预测能力，所用方法为岩石力学参数快速获取技术的智能化和自动化发展提供了新的技术路径。

关键词：随钻振动信号；单轴抗压强度；时域、频域特征；神经网络

土工格栅与砾性土界面特性的拉拔试验研究

王家全^{1, 2}，林  鸿^{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：路基工程中，长期受到上部荷载作用的加筋砾性土填料易发生细粒侵入现象，造成筋土界面力学特性劣化。基于拉拔速率、相对密实度、法向应力等因素，对土工格栅与不同细粒含量的含高塑性细粒砾性土进行拉拔试验，探讨了多因素耦合对筋土界面强度特性与体变特性的影响规律。研究结果表明：在不同拉拔速率下，细粒含量增加会导致拉拔阻力曲线由硬化变为软化，界面剪缩性逐渐增强。中密实度时，细粒含量0%的拉拔阻力曲线由于颗粒分布不均匀出现阶梯式下降。剪缩性在低密实度、高细粒含量时显著。法向应力相同时，细粒含量提高会导致峰值拉拔阻力和位移减少，制约剪胀性。综合摩擦因数比K与法向应力、细粒含量F_c呈幂函数关系。细粒含量10%为砾性土界限细粒含量，该细粒含量下的土工格栅与砾性土的拉拔界面强度与变形特性发生过渡变化，体变从剪胀向剪缩转化，界面强度逐渐降低。

关键词：路基工程；细粒含量；拉拔试验；界面特性

新型凝胶电极强化铜铅污染黄土电动去除效率的试验及内在机理研究

康农波^{1, 2}，郑文杰^{*1, 2}，胡文乐^{1, 2}，王艺涵^{1, 2}

（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）

摘  要：以人工配制铜铅污染黄土为研究对象，采用团队自制新型凝胶电极并结合电动修复技术，研究污染黄土铜铅离子迁移规律，以土工合成材料（EKG）和新型凝胶电极为电动修复的对照组，通过采用新型凝胶电极结合不同强化手段的联用方式下，分析试验过程中电动修复参数的演变规律，揭示不同的强化方法对重金属离子去除效率的影响及内在机理。结果表明：酸预处理结合阴极酸碱度的自主调控能够显著降低阴极附近的沉淀现象和降低pH值，致使整个环境体系利于阴阳离子定向迁移，从而提高电流和温度，强化电动修复去除效率，进而表明该方法去除铜铅重金属的有效性及强化去除的可行性，而交换电极与点加酸联用手段显著降低阴极附近离子的聚集问题；基于新型凝胶电极的微观机理，该电极具有极小的电化学极化、低电阻和高导电性等方面的优越性能。因此，本研究提出了一种采用新型凝胶电极结合新的强化手段提高去除效率的方法，并解决电动过程中“电化学极化”和“聚焦效应”问题。

关键词：黄土；电动修复；凝胶电极；聚焦效应；去除效率

分形导数西元流变模型及其工程应用

尹  倩^{1, 2}，龚维明^{*1, 2}，戴国亮^{1, 2}, 王博臣^{1, 2}, 竺明星³, 阮  静⁴, 刘  强⁵, 张  凡⁵

（1. 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，江苏 南京 211189；2. 东南大学土木工程学院，江苏 南京 211189；3. 江苏科技大学土木与建筑工程学院，江苏 镇江 212100；4. 江苏省交通工程建设局，江苏 南京 210004；5. 中交公路规划设计院有限公司，北京 100000）

摘  要：软土具有典型的非线性流变特性，传统黏弹塑性元件模型难以高效描述其三阶段流变行为。采用分形阻尼器取代传统阻尼器，考虑软土的损伤演化，提出了改进的能完整描述包含衰减流变、稳定流变及加速流变在内的三阶段黏弹塑性流变特性的分形导数西元流变模型，并给出了解析解。模型具有精度高和计算简捷的特点，与试验结果吻合良好，证明了其合理性。基于ABAQUS平台，编制了分形导数西元黏弹塑性流变模型的UMAT子程序，并通过软土三轴流变试验和路堤工程实例验证了子程序的有效性。结果表明，所建立的模型及开发的子程序能准确地反映软土的完整三阶段非线性流变特性。

关键词：分形导数；软土流变特性；黏弹塑性；ABAQUS；UMAT

基于动态CT扫描的非饱和颗粒材料水-力特性微观试验研究

栾纪元，葛尚奇，王冀鹏^*

（山东大学土建与水利学院，山东 济南 250001）

摘  要：现有非饱和土力学主要聚焦于宏观或介观单元体尺度的研究，有关非饱和土的精准的微观试验研究仍然较为缺乏。针对非饱和土体微观水-力耦合试验的需求，研发适用微焦点CT（computed tomography）三维成像系统的微型非饱和三轴试验装置，开展吸力控制条件下的三轴剪切-动态CT扫描试验，获得干燥与非饱和状态颗粒材料试样在三轴剪切试验过程中多个状态的微米级高分辨率三维CT图像，运用图像标记处理与代表体积单元（RVE）分析方法，探究了微观因素对非饱和颗粒材料整体水力-力学特性的影响规律。结果表明，非饱和颗粒材料三轴剪切排水过程中，试样内连续分布的大体积孔隙水团逐渐排出或分解为离散的小体积液相团簇，颗粒间接触位置及孔隙中喉道处的小体积水相团簇（液桥）的联结作用是影响非饱和试样整体强度提升的主要微观因素之一；气-液交界面表面积变化峰值出现在30%饱和度左右，在25%～35%的饱和度范围（轴向应变2%～5%）存在较多弯月面，增大的气-液交界面面积对整体强度提升存在增益效应，固-液交界面面积主要由饱和度决定，其变化对整体强度提升无明显影响；亚颗粒尺度的颗粒间接触配位数演化行为可以表征颗粒骨架结构的变化规律，非饱和状态试样剪切排水初期（轴向应变0～2%），样品湿润程度降低，颗粒间接触配位数略有增多，摩擦力增大，且颗粒间接触处形成的液桥可减缓颗粒材料的接触损失，两者均可提升应力增长阶段的整体强度。

关键词：非饱和颗粒材料；微型三轴试验装置；X射线CT扫描；微观力学特性

近断层地震动下顺倾边坡非规则坡面对抗滑桩最优位置加固效果研究

杨岩松¹，肖  宇¹，李得建^*1，程  肖²，俞强山¹，余鹏程¹

（1. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031；2. 四川大学灾后重建与管理学院，四川 成都 610065）

摘  要：自然界中顺倾边坡坡面大都呈非规则形态，其坡面几何凹凸特性和节理特性对边坡稳定性影响显著，使得采用抗滑桩加固边坡存在最优加固位置问题，并且在具有短时高能的近断层脉冲地震动下该问题显得更为突出。基于此，采用极限分析上限法和Newmark永久位移法建立了基于非规则坡面的抗滑桩加固边坡能耗分析模型，通过开展不同坡面的顺倾边坡理论与数值计算的失稳区域对比，验证了所提改进方法计算结果的准确性。结果表明：①坡面几何特性对边坡稳定性的影响更依赖于边坡折线角度β_i的大小，其次是折线高度a_i；②随黏聚力c_r和内摩擦角φ_r的增大，β_i对边坡稳定性的影响逐渐变大；节理倾角在10°～25°范围内，其对凸面坡稳定性影响最敏感；③非规则坡面顺倾边坡在脉冲地震动下抗滑桩最优加固位置相对于非脉冲地震动下更敏感，上凸下凹面坡抗滑桩最优加固位置在边坡中部偏上（x_p/x_l=0.6～0.7）。凹面坡、凸面坡、上凹下凸面坡及直线面坡抗滑桩最优加固位置在中部左右（x_p/x_l=0.4～0.6）。研究成果可为类似工程中近断层非规则坡面顺倾边坡抗滑桩最优加固位置提供理论支撑和指导。

关键词：非规则坡面几何特性；近断层脉冲地震动；顺倾边坡；永久位移；抗滑桩最优加固位置

不同级配GMZ膨润土颗粒混合物的热传导特性研究

张  召^{1, 2}，叶为民^*1，李昱宛^{1, 3}，贺  勇^{1, 2}，王  琼¹，陈永贵¹

（1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092；2. 中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083；3. 中船勘察设计研究院有限公司，上海 200063）

摘  要：作为高放废物深地质处置库施工接缝的回填材料，膨润土颗粒混合物导热性能对处置库安全评价至关重要。以中国深地质处置库首选缓冲/回填材料高庙子（GMZ）膨润土为对象，开展了水化过程中、自由填充和给定干密度条件下不同级配膨润土颗粒混合物试样的导热性能试验。结果表明，对于自由填充情况的颗粒混合物，导热系数随粒径的增加呈先增加后降低变化，而给定填充密度的混合物导热系数随粒径的增加单调降低；连续水化过程中，不同级配混合物导热系数的时程曲线均可分为快速增长段和稳定段，其发展趋势与稳定时间受颗粒组成影响；膨润土颗粒水化膨胀充填粒间孔隙，浸润峰由上、下端不断向中部发展，混合物由颗粒型结构逐渐向连续均匀型结构发展；接近饱和状态后，颗粒混合物和压实膨润土的导热系数随干密度的发展规律具有一致性。

关键词：深地质处置；膨润土颗粒；导热系数；粒径级配

基坑地下水回灌模型试验研究

曾超峰^{1, 2}，陈宏波^{1, 2}，王  硕^{1, 2}，薛秀丽^{1, 2}，蔡  钢^{1, 2}，朱  彤³，韩  磊⁴，徐长节⁵

（1. 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室，湖南 湘潭 411201；2. 湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201；3. 中国建筑股份有限公司，北京 100029；4. 中国建筑第八工程局有限公司，上海 200122；5. 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）

摘  要：基坑降水会引发基坑周围环境显著沉降，地下水回灌则常用来限制抽水引起的沉降；然而，在实际回灌工程中，往往需要预先开展多组回灌试验来测试回灌效果，并以此为依据确定正式的回灌运行方案；如果能在实验室环境中对各种回灌工况进行缩尺物理模拟，将有助于更加经济且高效地确立回灌优化方案。以天津某地铁基坑工程为背景开展了基坑抽水与回灌室内模型试验，探讨了在实验室尺度下再现实际基坑地下水回灌的可行性；具体地，通过布设水位观测井、位移传感器及应力传感器，实时监测了基坑抽水与回灌过程中坑内外水位变化、围护结构侧移和其两侧水土压力变化及坑外地表沉降，探讨了不同回灌量条件下水位及坑外地表沉降随时间的变化规律。研究表明：①实验室尺度下的基坑抽水-回灌试验可较好地再现实际基坑抽水与回灌所带来的水位下降与抬升；②在坑外紧邻基坑围挡处进行回灌时，回灌井底部附近水压力明显增大，由此可诱发相应位置处围挡向坑内运动并进而导致坑外地面沉降，实际工程中应谨慎确定紧挨基坑围挡处回灌井的回灌量以避免围挡向坑内的大幅偏转及由此带来的沉降增量，对于地表变形需严格控制的工程，不宜将回灌井设置在坑外紧邻基坑围挡处。

关键词：基坑降水；地下水回灌；地表沉降；变形控制；模型试验

上覆回填土的吹填淤泥地基反向真空预压法试验研究

高紫阳^{1, 2, 3, 4}，王  军^{1, 2, 3, 4}，高明伟¹，朱萧霄^{*1, 2, 3, 4}，符洪涛^{1, 2, 4}，徐  昭⁵，吕有畅⁵

（1. 温州大学建筑工程学院，浙江 温州 325035；2. 浙江省软弱土地基与海涂围垦工程技术重点实验室，浙江 温州 325035；3. 浙江省超软土工程技术与智能化监测国际科技合作基地；，浙江 温州 325035；4. 浙江省滩涂整治及生态保护协同创新中心，浙江 温州 325035；5. 温州市瓯飞开发建设投资集团有限公司，温州 浙江 325000）

摘  要：针对传统真空预压加固吹填淤泥地基时，深层土体加固效果不佳和真空压力沿程损失大等问题，提出了反向真空预压法，即采用反向排水板将真空压力直接施加于深层土体。通过室内模型试验，探究了回填土厚度对反向真空预压法加固效果的影响。结果表明：与传统真空预压法相比，反向真空预压法处理的排水量增加了16.46%，深层土体十字板剪切强度提高了20.50%，土体的整体加固效果得到显著改善；随着回填土厚度的增大，淤泥层十字板剪切强度沿深度方向递减的幅度明显减小，处理效果更加均匀。此外，通过与传统真空预压法现场对比试验发现，反向真空预压法处理后土体的表层沉降量增大15.70%，深层土体孔压消散量增加了26.20%，平均十字板剪切强度提高了21.12%。因此得出反向真空预压法是一种有效的地基处理方法，尤其深层土体加固效果更优。

关键词：反向真空预压法；RPVD；回填土

大直径双层配筋管桩接头抗弯性能试验研究

戚玉亮^{1, 3}，唐孟雄²，黄柯柯^{1, 3}，梁伟键¹

（1. 广州建筑产业研究院有限公司，广东 广州 510663；2. 广州建筑股份有限公司，广东 广州 510030；3. 广州建筑产业开发有限公司，

广东 广州 510663）

摘  要：传统的抗侧力管桩焊接接头部位存在抗弯承载力不足而出现破坏，成为影响影响其安全和使用的关键问题。本论文基于大直径内外双层配筋管桩接头进行了足尺模型抗弯试验，研究了优化双层配筋构造、改进钢筋锚固方式、提高混凝土强度等级、添加钢纤维等增强措施，对管桩接头抗弯性能、变形破坏特征、裂纹分布特点的影响。研究结果表明，焊接管桩接头极限弯矩达不到整桩的规范值，其主要失效模式是两端板上部被挤压变形下部呈鼓形张开，桩箍上边缘的混凝土压碎，桩身下部混凝土变形拉裂。采取的增强措施仅在一定程度上提升了两节管桩接头开裂弯矩的阈值，随着端板开洞数量的增加，管桩接头的抗弯承载力随之降低。最后提出了新型抗弯管桩接头，其采用套箍和端板处设置加劲肋接头构造形式，并在桩接头处换用钢纤维混凝土桩身，该种接头有效提高了管桩接头的抗弯性能，使管桩具有良好的韧性与延性。

关键词：大直径管桩；抗弯承载力；足尺模型试验；新型抗弯管桩接头；钢纤维混凝土