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黏土中爆炸成坑地冲击耦合效应实验研究

爆炸与冲击 2023年第6期43卷 158-171页

作者：时本军李杰郭纬徐天涵徐小辉李干蒋海明陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007

为获得黏土中爆炸成坑体积与耦合地冲击能量的关系,采用10.5 g TNT厘米级球形炸药球作为爆炸源,在Φ1500 mm×1490 mm分层式爆炸装置中开展了变埋深条件下的爆炸实验,利用3D扫描设备记录不同埋深下弹坑的真实体积,并通过动态土压力传感... 详细信息

为获得黏土中爆炸成坑体积与耦合地冲击能量的关系,采用10.5 g TNT厘米级球形炸药球作为爆炸源,在Φ1500 mm×1490 mm分层式爆炸装置中开展了变埋深条件下的爆炸实验,利用3D扫描设备记录不同埋深下弹坑的真实体积,并通过动态土压力传感器测得地冲击传播衰减规律。实验结果表明:随埋深增大,耦合至黏土中的有效地冲击能量急剧增大,装药中心下方的有效弹坑体积与耦合至黏土中的有效地冲击能量基本呈正比关系,当装药比例埋深与封闭爆炸条件下爆炸空腔半径相当时,耦合至黏土中的有效地冲击能量基本达到饱和。结合实验结果给出了黏土中爆炸耦合地冲击能量分配随装药比例埋深的变化规律,建立了地下爆炸等效封闭当量计算方法,为地下工程抗爆设计提供了理论依据。

关键词：爆炸成坑黏土等效封闭当量地冲击耦合系数

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黏土热–力学特性对能量桩力学特性的影响

岩土工程学报 2022年第1期44卷 53-61页

作者：陆浩杰孔纲强刘汉龙吴迪陈永辉重庆大学土木工程学院重庆400045 河海大学土木与交通学院江苏南京210024 青岛理工大学理学院山东青岛266033

能量桩运行会导致土体温度场的改变,从而影响桩周土的热–力学特性,进而影响能量桩的变形、桩–土界面应力及承载性能。将ACMEG-T土体热本构模型在ABAQUS软件中进行二次开发,通过编写UMAT子程序对能够反映黏土热–力耦合特性的三轴试验... 详细信息

能量桩运行会导致土体温度场的改变,从而影响桩周土的热–力学特性,进而影响能量桩的变形、桩–土界面应力及承载性能。将ACMEG-T土体热本构模型在ABAQUS软件中进行二次开发,通过编写UMAT子程序对能够反映黏土热–力耦合特性的三轴试验结果进行模拟与分析,验证了模型的可靠性。建立数值模型,研究了土体热–力学特性对能量桩位移、桩–土界面应力及桩身轴力的影响规律。研究结果表明,温度变化会导致土体产生累计沉降,并进一步导致桩侧产生负摩阻力;在负摩阻力的影响下,能量桩会产生额外的沉降以及不可恢复的轴力;土体热–力学特性对能量桩力学特性的影响效应随着土体超固结比的增加逐渐减弱。

关键词：能量桩黏土本构模型超固结比数值模拟

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黏土在不同应力条件下的渗透过程分析

岩土工程学报 2022年第4期44卷 755-761,F0003页

作者：宋林辉王兴亚吴昊宇周克发梅国雄南京工业大学数理科学学院江苏南京211800 南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所江苏南京210029 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

渗透性是黏土的重要工程性质之一,通过渗透系数进行表征,其机理在于水在黏土中的渗透过程。采用研制的刚性壁固结渗透装置,开展9种应力条件下的黏土渗流试验,并运用荧光示踪技术定量分析试样不同位置处的过水率和流道率,以刻画黏土的渗... 详细信息

渗透性是黏土的重要工程性质之一,通过渗透系数进行表征,其机理在于水在黏土中的渗透过程。采用研制的刚性壁固结渗透装置,开展9种应力条件下的黏土渗流试验,并运用荧光示踪技术定量分析试样不同位置处的过水率和流道率,以刻画黏土的渗透过程。试验结果表明,试样同一横截面上的过水率变化范围很大,分布很不均匀,水在渗流过程中容易出现优势流道,且优势流道的分布呈随机无规律性;受水力渗透固结的影响,不同横截面上的过水率和流道率也存在差异,靠近水体的土层的参数值最大,沿渗流方向呈递减趋势;黏土的过水率和流道率均随水力梯度的增加而增加、随固结压力的增加而减小,但就影响程度而言,水力梯度较固结压力更显著。

关键词：黏土渗透过程荧光示踪过水率流道率

黏土地层盾构隧道开挖面失稳离心试验及数值模拟

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第5期56卷 503-512页

作者：雷华阳刘敏钟海晨许英刚袁大军天津大学建筑工程学院天津300354 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300354 北京交通大学土木建筑工程学院北京100091

通过开展离心模型试验和数值模拟,对黏土地层中盾构隧道开挖面的失稳破坏特征进行了研究.通过开挖面支护力-开挖面板后退位移关系曲线,获得了开挖面支护力呈快、缓和稳的3阶段变化特征,开挖面支护力-位移曲线中未呈现支护力反弹现象,比... 详细信息

通过开展离心模型试验和数值模拟,对黏土地层中盾构隧道开挖面的失稳破坏特征进行了研究.通过开挖面支护力-开挖面板后退位移关系曲线,获得了开挖面支护力呈快、缓和稳的3阶段变化特征,开挖面支护力-位移曲线中未呈现支护力反弹现象,比对应砂土地层更慢达到极限值,极限支护力值为5%~7%初始竖向土压力.地表沉降在开挖面失稳过程持续增加;埋深比为1.0时,横向地表沉降槽形状变化明显.在隧道中心轴线高度处,纵向土压力沿纵向随远离隧道截面距离逐渐增大,纵向土拱率值逐渐增大,且远小于对应竖向土拱率值.根据盾构开挖面失稳过程中竖向土压力沿深度变化曲线、纵向土压力沿掘进方向变化曲线,以及横向土压力沿横向变化曲线的拐点可得到失稳松动区和扰动区的范围.埋深比为1.0时,在隧道中心轴线水平面内隧道截面前方0.5D以外区域,纵向土压力和横向土压力的变化比竖向土压力更加显著.相比传统开挖面失稳分析中仅对竖向土压力变化规律进行的研究,提出应同时研究三向土压力的时空变化规律.

关键词：盾构隧道开挖面失稳离心模型试验数值模拟黏土

单向冻结粉质黏土已冻区分凝冰分布规律试验研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 407-416,432页

作者：王震朱珍德胡家豪周子玉汕头大学土木与环境工程系广东汕头515063 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 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究所江苏南京210098

在单向冻结中,已冻区分凝冰的产生和发展是影响冻融土结构性特征的重要因素。选取降温速率(0.5~0.005℃/s)、冷端温度(–30~–70℃)、暖端补水(无补水、恒压补水)等3种单向冻结边界条件,探究其对已冻区分凝冰发育的影响规律。基于光学... 详细信息

在单向冻结中,已冻区分凝冰的产生和发展是影响冻融土结构性特征的重要因素。选取降温速率(0.5~0.005℃/s)、冷端温度(–30~–70℃)、暖端补水(无补水、恒压补水)等3种单向冻结边界条件,探究其对已冻区分凝冰发育的影响规律。基于光学显微数字拍摄,自主研发了裂纹显微测量系统,为分凝冰裂纹的原位、无接触式测量提供了便利。试验研究发现:(1)不仅是温度梯度、暖端补水条件,单向冻结冷端降温速率对已冻区分凝冰分布也会产生影响,传统模型(如分凝模型)计算的水分迁移量难以准确反映已冻区冰裂纹分布特征;(2)冻结锋面移动速率对已冻区分凝冰宽度的影响大于温度梯度;(3)冻结过程中已冻区分凝冰宽度随0℃线移动速率呈指数形式变化。最后基于0℃线移动速率提出了已冻区分凝冰宽度预测的经验公式,为工程中评估变降温速率条件下黏土的单向冻胀破坏提供了参考。

关键词：单向冻胀降温速率黏土分凝冰裂纹超低温

基于球形静力触探的嘉兴海域软黏土强度特性研究

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太阳能学报 2024年第4期45卷 134-142页

作者：王宽君汪明元沈侃敏王栋王新泉中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江省深远海风电技术研究重点实验室杭州311122 浙江华东岩土勘察设计研究院有限公司海洋岩土工程勘察技术与装备浙江省工程研究中心杭州310014 中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 浙大城市学院工程学院杭州310015

针对海上风力机基础设计中的软黏土强度评价问题,通过在浙江嘉兴海域开展球形静力触探试验和室内试验,标定得到适合中国浙江嘉兴海域淤泥质粉质黏土的球形静力触探因子N_(ball)。采用固结快剪试验结果标定得到的N_(ball),DS范围为6.70~1... 详细信息

针对海上风力机基础设计中的软黏土强度评价问题,通过在浙江嘉兴海域开展球形静力触探试验和室内试验,标定得到适合中国浙江嘉兴海域淤泥质粉质黏土的球形静力触探因子N_(ball)。采用固结快剪试验结果标定得到的N_(ball),DS范围为6.70~14.91,总平均值为10.58,标准值为10.91;采用三轴UU试验结果标定得到的N_(ball),UU范围为7.75~23.75,总平均值为17.44,标准值为19.03。采用标定得到的N_(ball)值可较好地解译嘉兴海域软黏土的强度,建议采用三轴UU试验结果标定得到的N_(ball),UU的标准值19.03作为强度下限值解译参数,采用固结快剪试验得到的N_(ball),DS的标准值10.91作为最优强度(中值)解译参数。

关键词：海上风电场黏土抗剪强度球形静力触探球探因子

考虑黏土结构性影响的柱孔卸荷收缩问题解析及数值验证

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中国公路学报 2023年第5期36卷 88-98页

作者：张亚国肖书雄翟张辉张勋黄沛长安大学建筑工程学院陕西西安710061 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

圆孔收缩理论是岩土开挖问题的主要分析方法之一,然而已有研究中大多未考虑土体的结构性影响。为此,采用结构性参数和结构损伤速率分别表征土体结构性强弱和损伤快慢,基于S-CLAY1S模型求解了不排水条件下各向异性天然结构性黏土中的圆... 详细信息

圆孔收缩理论是岩土开挖问题的主要分析方法之一,然而已有研究中大多未考虑土体的结构性影响。为此,采用结构性参数和结构损伤速率分别表征土体结构性强弱和损伤快慢,基于S-CLAY1S模型求解了不排水条件下各向异性天然结构性黏土中的圆柱孔卸荷收缩问题。首先推导了反映应力-应变关系的弹塑性刚度矩阵,进而联立硬化法则和塑性区大变形理论,得到了关于有效应力分量、各向异性分量和结构性参数的微分方程组,并结合边界条件进行了求解;同时编写了S-CLAY1S模型的显式积分算法,通过相应的有限元数值解验证了理论解的正确性。结果表明:土体结构性对圆孔卸荷收缩过程影响显著,结构损伤使得孔周有效应力减小和超孔隙水压力增大,该现象随着土体结构性增强变得更为明显;土体抗剪强度随其结构破坏而降低,土体表现出应变软化特征,分析认为是缩孔过程中土体结构破坏引起的应力释放所致。参数分析表明结构损伤速率越大,缩孔过程中土体结构损伤效应的影响越显著。研究结果可为隧道围岩压力计算、竖井收缩变形预估以及钻孔泥浆护壁压力预测等提供理论依据。

关键词：道路工程柱孔收缩解析解黏土结构性各向异性显式算法

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多因素影响下黏土比热容变化规律及预测模型

岩土力学 2023年第S01期44卷 1-11页

作者：雷华阳薄钰马长远王磊章纬地天津大学建筑工程学院天津300354 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300354

在“双碳”目标背景下,土体比热容作为重要的热物理性质参数之一,在能源地下结构、地铁通风计算、地埋管线、核废料处置、冻结法施工、农耕灌溉等众多领域有着重要的意义。对不同初始干密度、初始含水率的黏土试样,在不同温度条件下开... 详细信息

在“双碳”目标背景下,土体比热容作为重要的热物理性质参数之一,在能源地下结构、地铁通风计算、地埋管线、核废料处置、冻结法施工、农耕灌溉等众多领域有着重要的意义。对不同初始干密度、初始含水率的黏土试样,在不同温度条件下开展了比热容测试分析,探讨了其变化规律及机制。试验结果表明:黏土比热容随初始干密度、初始含水率的增加而线性增加,且与温度的三次方呈正比。比热容变化机制与黏土三相比例变化、固相晶格振动、水冰相变等因素有关。建立了考虑多因素的黏土比热容预测模型,与反向传播神经网络(BP-ANN)预测模型、简化理论预测模型、其他经验预测模型的交叉验证结果显示,该模型在适用范围、预测性能等方面都具有较优的表现,可为理论计算、数值仿真、工程实践中黏土比热容的取值和计算提供可靠参考。

关键词：黏土比热容预测模型多影响因素热物理性质

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无纺土工织物过滤黏土的反滤特性试验研究

岩土力学 2022年第S02期43卷 275-281页

作者：杜春雪徐超杨阳彭善涛张鹏程同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海勘测设计研究院有限公司上海200434

在土工织物反滤排水工程中,织物滤层在应力、渗流实际工况下的反滤特性是保证工程安全的关键问题。为揭示无纺土工织物过滤黏土的反滤机制,采用自主研制的可施加法向压应力的梯度比渗透仪试验装置测定黏土-无纺土工织物滤层体系的渗透系... 详细信息

在土工织物反滤排水工程中,织物滤层在应力、渗流实际工况下的反滤特性是保证工程安全的关键问题。为揭示无纺土工织物过滤黏土的反滤机制,采用自主研制的可施加法向压应力的梯度比渗透仪试验装置测定黏土-无纺土工织物滤层体系的渗透系数k_(T)、各分层土的渗透系数k_(j)、梯度比R_(G)和试验前后土工织物试样的质量变化情况,研究在不同水力梯度、应力水平下无纺土工织物过滤黏土的反滤特性。结果表明:黏土-无纺土工织物滤层体系的渗透系数k_(T)和梯度比R_(G)随着时间的增加而减小,并最终趋于一个稳定值;增大水力梯度可以改善黏土-无纺土工织物滤层的透水性,增加应力水平会降低土工织物滤层的透水性且提高其保土性;渗流作用下,被保护土层表现为靠近无纺土工织物的底层土渗透系数最小,远离无纺土工织物的最上层土的渗透系数最大;堵塞系数λ与黏土-无纺土工织物滤层体系的渗透系数k_(T)、梯度比R_(G)存在内在的关系,在特定的应力-渗流作用下可能存在一个临界堵塞系数,大于该值时将造成无纺土工织物滤层的反滤失效。

关键词：土工合成材料反滤梯度比试验黏土无纺土工织物