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基于黏聚力弱化边界面模型的深部洞室响应分析

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铁道科学与工程学报 2023年第6期 2396-2405页

作者：梁基冠黄林冲马建军杨宏伟中山大学土木工程学院(隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室(中山大学)南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)广东省海洋土木工程重点实验室广东省地下空间开发工程技术研究中心) 中山大学.深圳航空航天学院

在原位地应力和开挖卸载作用下，深部洞室围岩呈现硬化-软化响应，这一特性对洞室力学响应评估和支护结构设计有着重要影响。为研究开挖后深部围岩的硬化-软化响应，基于边界面理论框架，引入黏聚力弱化机制，结合改进的Rowe应力-剪胀... 详细信息

在原位地应力和开挖卸载作用下，深部洞室围岩呈现硬化-软化响应，这一特性对洞室力学响应评估和支护结构设计有着重要影响。为研究开挖后深部围岩的硬化-软化响应，基于边界面理论框架，引入黏聚力弱化机制，结合改进的Rowe应力-剪胀规律，构建了深部围岩黏聚力弱化边界面模型，将常见的屈服面-峰值强度面-残余强度面简化为初始（峰值）边界面-残余边界面，避免了屈服面参数测量误差对计算结果的影响。在该本构模型增量化应力-应变关系的基础上，引入Hencky应变以评估洞室大变形工况，并引入辅助变量完成坐标转换，推导了描述深部圆形洞室周围应力场分布的常微分方程组。进一步地，结合深部圆形洞室的地应力环境等边界条件，对常微分方程组进行求解，获得所研究工况下的深部洞室应力分布，并将所得结果与现有解答进行对比校验。随后，分别讨论了相同支护力与不同地应力组合，以及相同地应力与不同支护应力组合等工况下的洞室应力分布。此外，基于所得深部洞室应力分布解答，计算围岩特征曲线并与相关文献进行对比，并讨论残余黏聚力取值对围岩特征曲线的影响。相关结果表明：黏聚力弱化边界面模型可以较好地描述岩石试样的硬化-软化力学行为。采用黏聚力弱化边界面模型可以有效描述深部洞室周围的应力分布，并能为支护设计提供参考。所得的围岩特征曲线能有效反映围岩的响应特征，在中段同支护力下预测的变形值比经典解答略大，残余黏聚力取值对围岩特征曲线影响较大。本文相关结论可为深部洞室支护理论构建、施工方法研发和保障深部洞室安全提供参考。

关键词：深部洞室黏聚力弱化边界面理论响应围岩特征曲线

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一种均匀黏性土黏聚力计算方法

工程科学与技术 2019年第1期51卷 137-143页

作者：李相辉张庆松张霄蓝雄东安祺祎山东大学土建与水利学院山东济南250061

黏聚力是黏性土的重要力学性能参数,土的密度、孔隙比是影响黏聚力的重要因素,但密度、孔隙比变化时土的黏聚力难以估算。作者依据固体颗粒分子吸引力理论,研究了均匀黏性土黏聚力随孔隙比及干密度的变化规律。以颗粒均匀的黏性土为研... 详细信息

黏聚力是黏性土的重要力学性能参数,土的密度、孔隙比是影响黏聚力的重要因素,但密度、孔隙比变化时土的黏聚力难以估算。作者依据固体颗粒分子吸引力理论,研究了均匀黏性土黏聚力随孔隙比及干密度的变化规律。以颗粒均匀的黏性土为研究对象,将土体简化为由土颗粒与粒间孔隙2个部分、依靠土颗粒间吸引力连接而成的整体,将黏聚力简化为单位面积上土颗粒间吸引力的合力;基于此,提出均匀黏性土孔隙结构模型,推导了土颗粒净距与土体孔隙比的函数关系,分析了土颗粒净距随孔隙比的变化规律。根据Lifshitz固体颗粒分子吸引力理论,建立了均匀黏性土黏聚力与干密度、孔隙比之间的函数关系,据此提出一种考虑密度、孔隙比变化的均匀黏性土黏聚力计算方法。通过均匀细粒土的直剪试验测得了不同含水量下的黏聚力,将理论计算结果与直剪试验结果相对比,验证了所提黏聚力计算方法的合理性。结果表明:均匀黏性土颗粒净距与孔隙比正相关,但随孔隙比增大,其对土颗粒净距的影响逐渐减小;黏聚力与干密度正相关,与孔隙比负相关,且随干密度的增大,其对黏聚力的影响更加显著。

关键词：黏聚力孔隙比土颗粒净距分子吸引力直剪试验

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乳化沥青冷再生混合料早期黏聚力及影响因素

北京工业大学学报 2020年第8期46卷 963-970页

作者：汪德才郝培文郑州大学水利与环境学院郑州450001 河南省道路材料与结构工程技术研究中心郑州450006 河南省交通科学技术研究院有限公司郑州450006 长安大学特殊地区公路工程教育部重点试验室西安710064

为了研究乳化沥青冷再生混合料早期黏聚力指标缺失而引起的施工质量等问题,通过维姆(HVEEN)黏聚力试验方法研究了放置时间、乳化沥青特性与用量、沥青旧料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量及拌和用水量对其冷再生混合料黏聚力的影... 详细信息

为了研究乳化沥青冷再生混合料早期黏聚力指标缺失而引起的施工质量等问题,通过维姆(HVEEN)黏聚力试验方法研究了放置时间、乳化沥青特性与用量、沥青旧料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量及拌和用水量对其冷再生混合料黏聚力的影响规律,借助于统计产品与服务解决方案(statistical product and service solutions,SPSS)软件分析了4种影响因素的显著性,并根据室内试验结果推荐了乳化沥青冷再生混合料早期黏聚力控制指标及要求,在最后探讨了提升乳化沥青冷再生混合料黏聚力的具体技术方式.试验结果表明:乳化沥青冷再生混合料黏聚力随放置时间、乳化沥青用量及拌和用水量的增加呈现出先增大后减小的趋势,随RAP掺量的增加而增大,且最大黏聚力存在于冷再生混合料和易性良好时;乳化沥青平均粒径越小并非黏聚力越大;黏聚力试验与劈裂强度试验确定最佳拌和用水量具有良好的一致性.乳化沥青用量、拌和用水量、乳化沥青特性及RAP掺量对其冷再生混合料黏聚力影响显著;掺加布敦岩沥青、再生剂及采用丁苯橡胶改性乳化沥青的技术方式对其冷再生混合料黏聚力改善效果明显,而掺加玄武岩纤维的技术方式对其冷再生混合料的黏聚力稍有降低.

关键词：冷再生乳化沥青黏聚力评价方法影响因素技术方式

巷道围岩塑性软化区岩石内摩擦角与黏聚力变化规律

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煤炭学报 2018年第8期43卷 2203-2210页

作者：经纬薛维培姚直书安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中煤矿山建设集团有限责任公司安全科学与工程博士后科研工作站安徽合肥230000 安徽理工大学安全科学与工程博士后科研流动站安徽淮南232001 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001

为研究巷道(隧道)塑性软化区岩石的内摩擦角与黏聚力的变化规律,基于18项公开发表的试验研究成果,结合摩尔-库伦准则对岩石全应力-应变曲线峰后阶段内摩擦角和黏聚力的变化性质进行了分析。结果表明,岩石峰后阶段内摩擦角变化很小,可近... 详细信息

为研究巷道(隧道)塑性软化区岩石的内摩擦角与黏聚力的变化规律,基于18项公开发表的试验研究成果,结合摩尔-库伦准则对岩石全应力-应变曲线峰后阶段内摩擦角和黏聚力的变化性质进行了分析。结果表明,岩石峰后阶段内摩擦角变化很小,可近似认为不变。针对广泛应用的4阶段和3阶段应变软化模型,研究获得了围岩黏聚力与环向应变之间的线性关系及黏聚力软化模量的常量性质。研究结果揭示了围岩塑性软化区岩石内摩擦角和黏聚力的计算方法,黏聚力及黏聚力软化模量的变化规律,可为煤矿软岩巷道变形分区的研究提供参考。

关键词：内摩擦角黏聚力试验研究巷道(隧道)围岩塑性软化区

水土化学作用对土体黏聚力的影响——以蒙脱石-石英砂重塑土为例

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岩土力学 2017年第2期38卷 419-427,434页

作者：刘剑崔鹏中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院大学北京100049 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101

为研究水土化学作用对土体黏聚力的影响,通过将蒙脱石-石英砂重塑土分别浸泡于超纯水(正常水体)、p H=3的HNO3(酸雨)和p H=13.5的Na OH溶液(碱性废液)中,对黏聚力变化规律和机制进行了探讨。研究发现:超纯水条件下,黏聚力先上升后下降... 详细信息

为研究水土化学作用对土体黏聚力的影响,通过将蒙脱石-石英砂重塑土分别浸泡于超纯水(正常水体)、p H=3的HNO3(酸雨)和p H=13.5的Na OH溶液(碱性废液)中,对黏聚力变化规律和机制进行了探讨。研究发现:超纯水条件下,黏聚力先上升后下降再上升;酸性条件下,黏聚力先下降后上升再下降;碱性条件下,黏聚力先下降后上升再下降,后期出现反弹。温度对各种条件下的反应均有促进作用,但程度不一。X射线衍射(XRD)结果表明,酸会溶蚀胶结物蒙脱石,且没有新物质生成,导致黏聚力下降,浸泡中期黏聚力增大的原因尚不明确。碱性条件下有水化硅酸钙(CSH)生成,超纯水条件下还有碳酸钙(Ca CO3)生成。两种新胶结物均为离子化合物,晶胞之间以化学键相连,其键强度远大于相邻蒙脱石层组间的结合力强度。新生胶结物造成超纯水和碱性条件下黏聚力上升,化学溶蚀和离子交换是黏聚力下降的主要原因。此外,结合土质滑坡垂压和内摩擦角情况,分析了水土化学作用下的土体抗剪强度变化。超纯水条件下,抗剪强度总体变化不大;酸性条件下,抗剪强度变化与黏聚力变化一致;碱性条件下,抗剪强度表现为总体增大。

关键词：蒙脱石水土化学作用黏聚力水化硅酸钙

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冻融作用下冻结黄土黏聚力长期强度变化规律

岩土力学 2014年第8期35卷 2241-2246,2254页

作者：周泓张豫川张泽冯文杰周波武俊杰兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队西安710003

以陕西富平重塑黄土为研究对象,使土样在封闭系统下经历不同次数的冻融循环作用,分析不同次数的冻融循环作用下土体黏聚力的变化规律。试验利用球形模板压入试验测定冻结黄土的相对瞬时强度和长期强度,结果表明,第4次冻融循环后冻结黄... 详细信息

以陕西富平重塑黄土为研究对象,使土样在封闭系统下经历不同次数的冻融循环作用,分析不同次数的冻融循环作用下土体黏聚力的变化规律。试验利用球形模板压入试验测定冻结黄土的相对瞬时强度和长期强度,结果表明,第4次冻融循环后冻结黄土的相对瞬时强度最大,之后在第6次大幅度降低,第8次又大幅度增加,但小于第4次,第10次之后逐渐趋于稳定。冻结黄土的长期强度在冻融循环第8次时最大,第6次和10次强度相近,处于中间水平,第4、50、100次时强度最低。相对瞬时强度的变化和其孔隙比、密度的变化整体上是相互对应的,这种变化规律与冻融过程中的水分迁移有着密切的关系。长期强度与物理性质的关系并不明显,它是土样内部结构、矿物成分以及物理性质的综合反映。

关键词：冻融循环黏聚力相对瞬时强度长期强度

黏聚力随机场波动范围的各向异性对流态性滑坡滑动距离的影响

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岩土力学 2024年第4期45卷 1039-1050,1080页

作者：张卫杰张炜陈宇杜颖姬建高玉峰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 河海大学土木与交通学院江苏南京210024 江苏筑森建筑设计有限公司江苏常州213022

流态性滑坡的大变形运动过程受到诸多因素的影响,其中一个重要因素便是岩土体的强度参数。由于现场测试和室内试验的局限性,强度参数往往呈现出明显的空间变异性,同时在不同方向上具有不同的波动范围,即随机场波动范围具有各向异性。针... 详细信息

流态性滑坡的大变形运动过程受到诸多因素的影响,其中一个重要因素便是岩土体的强度参数。由于现场测试和室内试验的局限性,强度参数往往呈现出明显的空间变异性,同时在不同方向上具有不同的波动范围,即随机场波动范围具有各向异性。针对黏聚力随机场波动范围的各向异性对流态性滑坡滑动距离的影响问题,引入基于乔列斯基分解的中心点法实现了各向异性随机场的离散,采用摩尔-库仑破坏准则和非牛顿流体模型相结合的光滑粒子流体动力学(smoothed particl ehydrodynamtcs,SPH)分析方法模拟了流态性滑坡的滑动距离,在蒙特卡洛模拟框架上提出了流态性滑坡的随机分析方法。然后,通过羊宝地滑坡和水平地层模型的模拟,验证了流态性滑坡确定性分析方法和随机场离散方法的适用性。最后,根据汶川地震中王家岩滑坡的地形资料构建了概念性的滑坡分析算例,讨论了黏聚力随机场中各向异性波动范围影响下滑坡运动过程的变化,分析了滑动距离的概率分布规律。结果表明:竖直波动范围的增加会增大滑坡滑动距离的分布范围,使其表现出更强的离散性;在黏聚力参数符合对数正态分布的前提下,滑动距离的分布也符合对数正态分布,说明流态性滑坡滑动距离的概率分布与强度参数的不确定性具有一定的联系。

关键词：黏聚力波动范围各向异性流态性滑坡滑动距离光滑粒子流体动力学随机分析

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考虑黏聚力及地震力的浅埋偏压隧道围岩压力

中国矿业大学学报 2018年第4期47卷 780-790页

作者：张治国姜蕴娟刘明宫剑飞上海理工大学环境与建筑学院上海200093 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 岩土钻掘与防护教育部工程研究中心湖北武汉430074 中国建筑科学研究院北京100013

通过地震力偏角的旋转,在考虑水平、竖向地震综合作用下,采用拟静力法提出了黏聚力和内摩擦角分算的浅埋偏压隧道围岩压力解,通过与规范及既有文献比较,验证了计算结果的合理性,并探讨了浅埋偏压隧道围岩压力的影响因素.结果表明:竖向... 详细信息

通过地震力偏角的旋转,在考虑水平、竖向地震综合作用下,采用拟静力法提出了黏聚力和内摩擦角分算的浅埋偏压隧道围岩压力解,通过与规范及既有文献比较,验证了计算结果的合理性,并探讨了浅埋偏压隧道围岩压力的影响因素.结果表明:竖向地震力较小时,随水平地震效应增加,围岩压力、浅埋侧下滑力及深埋侧压力呈上升趋势,深埋侧下滑力及浅埋侧压力呈下降趋势;随竖向地震力增加,围岩压力先下降后上升;内摩擦角提高及黏聚力降低,均会引起围岩压力明显提高,同时双侧下滑力及压力有所降低.另外当地震力较小时,围岩级别越高,围岩压力、双侧下滑力和正压力值越小;随地震力增加,所得结果有不同程度的突变.

关键词：浅埋偏压隧道水平地震力竖向地震力黏聚力围岩压力

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黏聚力与摩擦角对三维边坡稳定性的影响分析

公路工程 2021年第6期46卷 30-33,73页

作者：吴海军张宗堂杨期君张巨峰王贤情湖南省交通科学研究院有限公司湖南长沙410015 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 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

在边坡稳定性分析的研究中,力学参数的选取至关重要。分别选取了16组不同黏聚力和摩擦角的边坡,基于有限差分软件FLAC^(3D)较为全面地研究了土体的黏聚力和摩擦角对三维边坡破坏模式和安全系数的影响。结果表明:边坡的安全系数随着黏聚... 详细信息

在边坡稳定性分析的研究中,力学参数的选取至关重要。分别选取了16组不同黏聚力和摩擦角的边坡,基于有限差分软件FLAC^(3D)较为全面地研究了土体的黏聚力和摩擦角对三维边坡破坏模式和安全系数的影响。结果表明:边坡的安全系数随着黏聚力和摩擦角的增大而增大,且黏聚力、摩擦角与安全系数之间的关系可以采用线性平面进行很好地拟合,拟合相关系数高达99%。

关键词：三维边坡黏聚力摩擦角安全系数