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土性对工程泥浆固化强度影响规律及微观机理

地球学报 2024年第1期45卷 123-130页

作者：卞夏叶迎春刘凯李晓昭樊朱益郭光泽张伟河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 龙游县林业水利局浙江衢州324400 中国地质科学院北京100037 江苏省建筑工程质量检测中心有限公司江苏南京210028

本文开展了一系列不同液限高分子吸水树脂固化工程泥浆无侧限抗压强度试验,探讨了泥浆土液限对固化效率的影响规律,对比研究了掺入高岭土对泥浆固化强度的改进程度,最后基于XRD和SEM试验揭示了液限和高岭土对固化泥浆强度影响的微观机... 详细信息

本文开展了一系列不同液限高分子吸水树脂固化工程泥浆无侧限抗压强度试验,探讨了泥浆土液限对固化效率的影响规律,对比研究了掺入高岭土对泥浆固化强度的改进程度,最后基于XRD和SEM试验揭示了液限和高岭土对固化泥浆强度影响的微观机理。结果表明:随着泥浆土液限的增大,固化泥浆土强度逐渐降低,固化效率随着泥浆土液限增大显著衰减,当液限增加10%,固化泥浆土强度qu平均减少48.2%。然而高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的强度,并且强度增长率随着龄期逐渐增大,对于龄期为90天时,增加40%高岭土能够提升固化泥浆土强度qu 1.17倍。微观结构试验表明泥浆土液限变化对水化产物产量的影响较小,固化泥浆土强度随泥浆土液限减小主要是由于固化泥浆土孔隙随着泥浆土液限增大而增多,使得微观结构松散从而导致强度降低。高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的水化产物产量,增强了固化泥浆土胶结强度,从而提升了固化泥浆土强度。因此,在实际工程中,一方面可以通过调配泥浆土液限来提高固化效率;另一方面可以通过掺入高岭土或者一些高岭土基废弃物(如高岭土尾矿)来提高固化强度,实现“以废制废”绿色环保的理念。

关键词：高分子吸水树脂液限高岭土微观机理无侧限抗压强度

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在役边坡耐久性弱化及整体稳定性影响分析

长江科学院院报 2024年第6期41卷 114-121,163页

作者：王华俊马永政卿翠贵叶文亚李春光赵勇博浙江省工程勘察设计院集团有限公司浙江宁波315012 宁波工程学院建筑与交通工程学院浙江宁波315211 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071

针对在役边坡长期耐久性能弱化及对整体稳定性影响问题,首先依据混凝土结构耐久性原理,建立边坡支护结构耐久性弱化分析模型,结合室内耐久性加速试验进行验证分析,接着基于混合型非连续变形分析法(HDDA)扩展了锚杆单元连接不同位移模式... 详细信息

针对在役边坡长期耐久性能弱化及对整体稳定性影响问题,首先依据混凝土结构耐久性原理,建立边坡支护结构耐久性弱化分析模型,结合室内耐久性加速试验进行验证分析,接着基于混合型非连续变形分析法(HDDA)扩展了锚杆单元连接不同位移模式块体的算法,利用该扩展型混合DDA法结合有限元法以分析耐久性弱化边坡稳定性问题,建立了总体计算基本框架。最后以浙江省某沿海公路边坡为案例进行分析,结果表明:在特定环境条件下边坡多型支护结构物在30~60 a内有锈胀开裂及断裂失效的可能性;假定锚杆不失效时边坡安全系数随年限增加存在一定降幅,而在考虑锚杆陆续失效时边坡安全系数降幅明显,需要提前采取加固措施。此外还表明混合型DDA法建模灵活、模拟结果合理,具有较好的应用价值。

关键词：边坡耐久性边坡稳定性支护结构混合型非连续变形分析法(HDDA) 有限元边坡安全系数

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对围岩-支护共同作用原理的讨论

地下空间与工程学报 2024年第S1期20卷 54-58页

作者：蔡晓枘喻勇西南交通大学力学与航空航天学院成都610031 西南交通大学应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031

围岩-支护共同作用原理在地下工程支护设计以及安全评价中发挥着重要作用,基于该理论的收敛约束法也是目前国际上通用的支护设计方法。但共同作用原理未考虑地下工程先开挖后支护的特点,而是假定开挖与支护在同一瞬间完成。目前已有学... 详细信息

围岩-支护共同作用原理在地下工程支护设计以及安全评价中发挥着重要作用,基于该理论的收敛约束法也是目前国际上通用的支护设计方法。但共同作用原理未考虑地下工程先开挖后支护的特点,而是假定开挖与支护在同一瞬间完成。目前已有学者证明隧道开挖与支护分别符合塑性力学定义的加载和卸载条件,这表明开挖是发生塑性变形的过程,而支护是发生弹性变化的过程。对满足莫尔-库伦屈服准则的圆形隧道进行理论分析,结果表明:由支护产生的围岩位移增量与支护应力成正比,而传统的围岩特性曲线并不符合该规律。使用有限差分数值计算软件FLAC对圆形隧道的开挖与支护进行验证计算,得到支护后围岩位移增量与支护应力的关系符合弹性变形规律。因此,此前广为应用的围岩-支护相互作用原理中的围岩特性曲线在塑性力学理论范畴内并不正确。

关键词：隧道开挖支护围岩-支护共同作用数值模拟

改进的区域生长算法在三维激光点云识别岩体结构面中的应用

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水文地质工程地质 2024年第2期51卷 101-112页

作者：徐志华郭戈孙钱程丰光亮何钰铭谢迪湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站湖北宜昌443002 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 湖北省地质局水文地质工程地质大队湖北宜昌443002

交错分布的结构面构成了岩体中的薄弱部位,准确高效的岩体结构面识别和特征信息提取可为岩体稳定性评价提供重要依据。三维激光扫描技术可以极大地提高结构面勘测效率和精度,但目前主流的点云分析算法存在结构面边缘识别模糊、点云分割... 详细信息

交错分布的结构面构成了岩体中的薄弱部位,准确高效的岩体结构面识别和特征信息提取可为岩体稳定性评价提供重要依据。三维激光扫描技术可以极大地提高结构面勘测效率和精度,但目前主流的点云分析算法存在结构面边缘识别模糊、点云分割准确性不能满足结构面特征信息提取精度等问题。因此,考虑岩体结构面点云位置与其邻域的空间关系,利用KD-tree数据结构进行最邻近搜索的体素下采样,在稳健随机Hough变换的基础上改进了区域生长算法,通过多特征值对区域生长分割参数进行修正,依据点云法向量差值和特征终值进行结构面分割,实现了结构面产状、间距、延展度信息的提取。研究结果表明:与传统的主成分分析法和随机抽样一致法相比,在室内块体模型组成的24个结构面中,该方法在相同区域具有更高的识别率和准确率,既能在复杂变化的平面区域保证数据的完整识别,也能在平面的尖锐位置较好地分割边缘点云。利用该方法可以将24个结构面分为6组,并在识别数据中获取对应的结构面特征信息,与实际测量结果相比,角度信息误差约为1°,距离信息误差1cm以内。利用该方法在长江干流蟒蛇寨斜坡岩体中成功识别出3组结构面同时计算各组结构面间距与延展度信息,并采用赤平投影图分析不同结构面组对斜坡稳定性的影响。所提出的方法在室内模型及现场斜坡验证效果良好,可以为岩体结构面识别分割提供稳定且有效的技术支撑。

关键词：三维激光扫描点云信息提取区域生长算法智能识别岩体结构面

基于优化变分模态分解的大坝变形组合预测模型:以丰满水电站为例

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科学技术与工程 2024年第26期24卷 11401-11408页

作者：叶玉龙张研袁普龙王峻峰桂林理工大学土木工程学院桂林541004 广西岩土力学与工程重点实验室桂林541004

大坝的变形通常受到多种因素的影响,监测数据表现出一定的非平稳性和随机性,为提高大坝变形预测的精度,提出了基于优化变分模态分解的大坝变形组合预测模型。该模型首先采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)寻找变分模... 详细信息

大坝的变形通常受到多种因素的影响,监测数据表现出一定的非平稳性和随机性,为提高大坝变形预测的精度,提出了基于优化变分模态分解的大坝变形组合预测模型。该模型首先采用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)寻找变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的最优超参数,然后将大坝变形分解为趋势项、周期项和随机项分量。针对分解后各分量的时序特点,采用时域卷积网络(temporal convolutional network,TCN)和长短时记忆网络(long short-term memory,LSTM)进行组合预测,对各分量预测值重构加成得到最终预测值。以实际工程数据为例,采用平均绝对误差(mean absolute error,MAE),均方误差(mean square error,MSE)和平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)等指标对模型量化评估,并与单一的预测模型进行比较。结果表明:本文提出的基于优化变分模态分解的大坝变形组合预测模型精度更高,可以有效提取大坝变形数据中隐含的信息特征,降低大坝变形时序数据的非平稳性,具有较高推广应用价值,为精准预测大坝变形提供了借鉴和指导。

关键词：大坝变形预测变分模态分解粒子群算法时域卷积网络长短时记忆网络组合模型

基于RSM的工业副产品改性硫铝酸钙水泥性能分析

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排灌机械工程学报 2024年第1期42卷 30-36页

作者：薛建飞梁冰何星星田多文冯佃芝舒立彬万勇辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 湖北省固体废弃物安全处置与生态高值化利用工程技术研究中心湖北武汉430071 国家能源集团乌海能源有限责任公司内蒙古乌海016000

为研究工业副产品烟气脱硫石膏(FGDG)、粉煤灰(FA)和石灰石(LS)对硫铝酸盐水泥(SAC)熟料无侧限抗压强度(UCS)和pH的影响规律,采用FGDG,FA和LS改性SAC熟料,并在7 d和28 d龄期进行UCS和pH测试.采用响应面方法(RSM),建立UCS和pH的回归模型... 详细信息

为研究工业副产品烟气脱硫石膏(FGDG)、粉煤灰(FA)和石灰石(LS)对硫铝酸盐水泥(SAC)熟料无侧限抗压强度(UCS)和pH的影响规律,采用FGDG,FA和LS改性SAC熟料,并在7 d和28 d龄期进行UCS和pH测试.采用响应面方法(RSM),建立UCS和pH的回归模型,分析各因素交互对其影响.研究结果表明:UCS和pH均受到FGDG,FA和LS单因素和各因素交互作用影响.FGDG和LS,LS和FA的交互作用对浆体7 d和28 d的UCS影响显著,LS和FA,FGDG和FA的交互作用对浆体pH 7 d影响显著,但对浆体pH 28 d影响并不显著.利用RSM-BBD多目标优化法进行优化各工业副产品,建立的回归模型具有较高的可信度和精确度,得到改性硫铝酸钙水泥满足高UCS低pH时各工业副产品的合适添加比,其试验值和预测值误差较小.

关键词：硫铝酸钙水泥烟气脱硫石膏粉煤灰石灰石响应面法无侧限抗压强度

应用DIC研究裂隙分布对层状复合岩力学特性及变形破坏影响

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中国测试 2024年第9期50卷 191-200页

作者：章德超肖桃李折海成刘永乐陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室陕西西安710123 长江大学城市建设学院湖北荆州434023

在储层压裂改造时,裂纹常在两种及以上的复合岩体中扩展,因复合岩岩性不同,会影响到压裂裂纹的走向和扩展。该文通过对含不同裂隙倾角和位置的复合试样进行单轴压缩试验,探究裂隙分布对复合岩体的力学特性、裂纹扩展及破坏的影响规律。... 详细信息

在储层压裂改造时,裂纹常在两种及以上的复合岩体中扩展,因复合岩岩性不同,会影响到压裂裂纹的走向和扩展。该文通过对含不同裂隙倾角和位置的复合试样进行单轴压缩试验,探究裂隙分布对复合岩体的力学特性、裂纹扩展及破坏的影响规律。主要结论如下:1)复合完整岩强度主要取决于强度较低的砂岩。2)裂隙分布对岩样力学性质的影响:3种裂隙位置的试样峰值强度随裂隙倾角增加而增加;在相同角度下,裂隙位于砂岩部分(FS)时劣化作用最强,裂隙位于大理岩部分(FL)时劣化作用最弱;裂隙分布对岩样破坏的影响:复合裂隙试样的裂隙位于砂岩时,试样的破坏主要为张拉破坏;裂隙位于交界面和大理岩时,砂岩部分随角度变化由拉伸破坏转变为剪切破坏,表现为“Y”形的破坏模式;裂隙倾角较小更易产生张拉裂纹,倾角较大更易产生剪切裂纹。3)复合裂隙样的裂隙倾角为0°~60°时,首先在裂隙尖端产生高应变区,随着加载的进行演变为应变局部化带,应变局部化带优先向较软的砂岩部分扩展。

关键词：复合岩石单裂隙单轴压缩裂纹扩展数字图像相关方法

剑麻纤维改良MgO-GGBS碳化粉质黏土物理力学性质与微观机制

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林业工程学报 2024年第5期9卷 161-168页

作者：蔡光华李纪王俊阁邱金伟张志华夏威夷陆海军南京林业大学土木工程学院南京210037 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010 江苏省环境工程技术有限公司南京210019 武汉轻工大学土木工程与建筑学院武汉430023

为解决传统固化剂——水泥的能耗高和环境污染大等问题,本研究采用MgO-粒化高炉矿渣(GGBS)碳化加固粉质黏土,采用剑麻纤维改善固化土的抗裂性,探讨了纤维掺量和纤维长度对碳化改良土物理和力学性质的影响。结果表明:在相同纤维长度下,... 详细信息

为解决传统固化剂——水泥的能耗高和环境污染大等问题,本研究采用MgO-粒化高炉矿渣(GGBS)碳化加固粉质黏土,采用剑麻纤维改善固化土的抗裂性,探讨了纤维掺量和纤维长度对碳化改良土物理和力学性质的影响。结果表明:在相同纤维长度下,随纤维掺量增加,MgO-GGBS碳化固化土样的体积增长率、含水率和内摩擦角增加,而黏聚力先增加后减小,无侧限抗压强度先增大后减小最终趋于稳定,黏聚力和强度的峰值出现在0.4%纤维掺量处。在相同纤维掺量下,随纤维长度增大,MgO-GGBS碳化固化土样的体积增长率先减小后增大,在长度10 mm时达到最小;含水率几乎不变;强度先增加后趋于稳定,在长度5~10 mm时提升显著;破坏应变增加,但几乎不受纤维掺量影响;碳化含纤维土样的黏聚力与内摩擦角先增加后减小,并在长度10 mm时达到最大。基于试验结果,提出了剑麻纤维改良MgO-GGBS碳化土加固的机理概念图,揭示了碳化土体基于纤维交织作用、固定作用和填充作用的改良机制。用MgO-GGBS-剑麻纤维等低碳材料代替水泥能显著提高碳化固化粉质黏土体的处理效果和抗裂性能。研究成果将对促进工业固废GGBS和农业废弃纤维在加固软弱地基土中的应用提供理论指导,对岩土工程“双碳”目标实现具有重要意义。

关键词：活性MgO GGBS 剑麻纤维无侧限抗压强度直剪强度

含共面双裂隙复合岩三轴力学行为及能量演化规律研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：司余洁肖桃李袁浩折海成赵云峰西南交通大学土木工程学院长江大学城市建设学院

大量深部岩体工程中广泛存在着不同性质岩石相互接触，局部构成了典型的复合岩体，而裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量演化及裂纹扩展规律都有着显著影响。为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量及微裂纹演化规律... 详细信息

大量深部岩体工程中广泛存在着不同性质岩石相互接触，局部构成了典型的复合岩体，而裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量演化及裂纹扩展规律都有着显著影响。为了研究裂隙构型属性和围压对复合岩力学行为、能量及微裂纹演化规律的影响，基于室内单轴和三轴压缩试验，采用离散元软件构建含共面双裂隙复合岩三轴压缩颗粒模型，系统研究了复合岩在不同裂隙倾角、长度和围压下的力学行为、能量及微裂纹的演化规律。研究结果表明：（1）裂隙倾角和围压的增加对岩样的力学特性有着优化作用，裂隙长度的增加对其有着劣化作用，且复合岩从单向受力转变为三向受力时，力学特性发生骤变，得到显著的优化；（2）随着裂隙倾角、长度及围压的增加，复合岩能量大小分别呈现“U”形分布、递减和递增的变化规律，能量的损耗主要出现在损伤应力以后；（3）岩样在变形加载过程中，产生的微裂纹以张拉裂纹为主，剪切裂纹主要出现在损伤应力后，裂隙几何参数和围压主要影响在相同应力阈值时的微裂纹演化特性。

关键词：离散元复合岩共面裂隙力学特性能量特征微裂纹