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卸荷与干湿循环联合效应下巴东组泥质粉砂岩膨胀特性研究

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三峡大学学报(自然科学版) 2024年

作者：赵二平蒋尚家章涵向国梁张聪车德龙三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 三峡大学土木与建筑学院

为了研究泥质粉砂岩在卸荷与干湿循环联合效应下的膨胀特性,开展了不同卸荷条件下的干湿循环试验,通过核磁共振揭示了不同卸荷条件下试样内部孔隙演变规律.基于Huder-Amberg本构修正建立了考虑卸荷损伤与干湿循环次数的泥质粉砂岩膨胀... 详细信息

为了研究泥质粉砂岩在卸荷与干湿循环联合效应下的膨胀特性,开展了不同卸荷条件下的干湿循环试验,通过核磁共振揭示了不同卸荷条件下试样内部孔隙演变规律.基于Huder-Amberg本构修正建立了考虑卸荷损伤与干湿循环次数的泥质粉砂岩膨胀本构模型并验证了其合理性.研究结果表明:随着干湿循环次数增加,试样膨胀率先增加后减小,在第4次循环时达到最大值;由于中、小孔隙在干湿循环后大幅度减少,大孔隙仅有少量增加,导致孔隙率随着干湿循环次数增加而减小;随着卸荷量增加,试样膨胀率减小,卸荷量和干湿循环次数的增加均会加剧岩样内部损伤程度,导致孔隙度下降,其中卸荷量的影响程度更大.

关键词：泥质粉砂岩卸荷干湿循环膨胀本构模型结构损伤机理

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卸荷损伤泥岩应力松弛特征及本构模型研究

地下空间与工程学报 2024年

作者：王宇黎瑾闫亮茆苏徽三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室

软弱岩体开挖卸荷形成的损伤对其支护加固后的应力松弛特性影响不可忽视。以红层泥岩为研究对象,开展了不同卸荷损伤程度泥岩的单轴应力松弛破坏试验,研究了不同应变水平及卸荷损伤程度对泥岩松弛特性的影响规律。结果表明:卸荷损伤泥... 详细信息

软弱岩体开挖卸荷形成的损伤对其支护加固后的应力松弛特性影响不可忽视。以红层泥岩为研究对象,开展了不同卸荷损伤程度泥岩的单轴应力松弛破坏试验,研究了不同应变水平及卸荷损伤程度对泥岩松弛特性的影响规律。结果表明:卸荷损伤泥岩在破坏前后的分级应力松弛试验中应力曲线均表现为不完全松弛,应力松弛曲线主要包含减速及稳定松弛两阶段,且各级应变水平下松弛量和松弛时间均随卸荷损伤程度增加呈线性增大趋势。基于分数阶微积分理论,选取R-L分数阶弹黏性元件(F元件),提出考虑黏滞系数时变特征的弹黏性时变元件(FT元件),然后引入卸荷损伤程度因子,提出考虑卸荷损伤的分数阶弹黏性时变元件(UFT元件),最后将该元件引入传统Burgers模型,建立了基于分数阶的非线性松弛本构模型。基于不同分数阶元件的理论本构模型计算值与试验数据对比表明,基于UFT元件的松弛本构模型具有更高的精确性,且不同应力水平及卸荷损伤程度下的模型理论计算成果与试验数据均较吻合,表明该松弛本构模型能够精确的描述卸荷损伤泥岩松弛特征。

关键词：卸荷损伤泥岩松弛特征弹黏性时变元件分数阶松弛本构模型

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3D打印弯曲根系拉拔力学特性试验研究

水文地质工程地质 2024年第1期51卷 82-90页

作者：丁瑜彭博识夏振尧刘振贤刘楚鑫三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 防灾减灾湖北省重点实验室湖北宜昌443002

天然根系具有不同弯曲形态,对根土相互作用特性影响极大。以往研究多将根系视为顺直,未充分考虑弯曲根系拉拔受力变形特征、破坏模式。利用3D打印技术制作弯曲根系,开展3种根径(2.0,3.5,5.0 mm)、5种弯曲度(1.00,1.05,1.10,1.15,1.20)... 详细信息

天然根系具有不同弯曲形态,对根土相互作用特性影响极大。以往研究多将根系视为顺直,未充分考虑弯曲根系拉拔受力变形特征、破坏模式。利用3D打印技术制作弯曲根系,开展3种根径(2.0,3.5,5.0 mm)、5种弯曲度(1.00,1.05,1.10,1.15,1.20)的根系拉伸、拉拔试验,探索弯曲根系的拉拔力学特性。结果表明:根系拉伸特性受到弯曲结构和自身材料性质共同影响,根系最大拉伸力、拉伸变形刚度随弯曲度增加而减小,随直径增加而增大;根系峰值拉拔力随弯曲度增加呈先增大后减小,弯曲度1.15时最大,峰值拉拔位移呈类似变化趋势;弯曲根系齿肋挤压土体形成啮合作用,有助于增强根土相互作用;弯曲细根系的拉伸力和拉伸刚度低,更容易与土体协同变形承担拉拔荷载。弯曲根系受力变形与直根系差异极大,研究结果可为弯曲形态根系固土评价提供理论参考。

关键词： 3D打印弯曲根系拉拔试验根土相互作用峰值拉拔力

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裂隙优势流入渗诱发堆积层滑坡浅层破坏机理研究

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岩土工程学报 2024年第6期46卷 1136-1145页

作者：黄晓虎魏兆亨易武郭飞黄海峰肖宇煌三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 三峡大学湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站湖北宜昌443002 湖北省地质环境总站湖北武汉430034

土体裂隙为雨水提供了入渗通道,沿此通道形成的优势流主导着降雨入渗过程,导致滑坡稳定性逐步恶化,促使变形持续发展。以徐洼滑坡为例,结合地质勘察、现场宏观巡查以及监测数据等,在分析徐洼滑坡变形特征的基础上,阐明裂隙对滑坡浅层破... 详细信息

土体裂隙为雨水提供了入渗通道,沿此通道形成的优势流主导着降雨入渗过程,导致滑坡稳定性逐步恶化,促使变形持续发展。以徐洼滑坡为例,结合地质勘察、现场宏观巡查以及监测数据等,在分析徐洼滑坡变形特征的基础上,阐明裂隙对滑坡浅层破坏的影响,利用数值模拟,分析不同深度裂隙引起的优势流入渗过程,在此基础上,通过无限边坡模型,计算优势流作用下浅层滑坡的稳定性演化特征,最终厘清优势流入渗诱发浅层破坏机理。研究表明:(1)裂隙提高了坡体的透水性,坡体变形与裂隙发育相互促进,而引起浅层破坏的往往是滑坡变形产生地表拉张裂隙的持续演化;(2)裂隙改变了雨水的入渗过程,一部分沿坡体表面向下垂直入渗,一部分沿裂隙入渗至裂隙末端向四周扩散,随着裂隙发育,降雨入渗由优势流主导;(3)滑坡变形与裂隙发育的关系密切,无裂隙时,坡体仅表层处于不稳定状态,表现为表层侵蚀破坏,随着裂隙演化,裂隙影响深度内坡体处于不稳定状态,表现为滑动破坏,裂隙末端的暂饱和区为最危险滑面。

关键词：堆积层滑坡优势流入渗失稳机理变形特征浅层破坏

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面板-挤压墙接触面的大型单剪试验及力学特性研究

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华北水利水电大学学报(自然科学版) 2024年

作者：孙大伟许鑫洋周少贇三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室

对于设置有挤压墙的面板堆石坝，研究面板-挤压墙接触面的力学特性是准确预测混凝土面板应力和变形的基础和评估大坝安全的重要参考。目前在面板-挤压墙接触面试验方面，存在一定的循环切剪试验成果而缺少单剪试验成果。为此，依托200m... 详细信息

对于设置有挤压墙的面板堆石坝，研究面板-挤压墙接触面的力学特性是准确预测混凝土面板应力和变形的基础和评估大坝安全的重要参考。目前在面板-挤压墙接触面试验方面，存在一定的循环切剪试验成果而缺少单剪试验成果。为此，依托200m级高坝，采用下盒装混凝土板和叠环装挤压墙板的二层填料模式，开展面板-挤压墙界面的大型单剪试验。鉴于试验过程中挤压墙板无断裂发生，面板与挤压墙板两块混凝土板之间发生滑动，所以采用无厚度单元模拟接触面变形较为合理。为此，采用损伤理论并引入包含虚剪应变的损伤因子，提出了描述接触面的剪应力-虚剪应变软化和硬化力学特性的损伤模型。确定了面板堆石坝的接触面模型参数，研究成果可应用于面板堆石坝应力变形计算，有助于提高后续有限元计算结果的精度。

关键词：堆石坝本构模型单剪试验挤压墙损伤

基于EICP原理强化掺磷石膏土壤的加固性能研究

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应用基础与工程科学学报 2024年

作者：肖海徐萌苒夏振尧朱志恩向瑞高峰张伦三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院三峡库区生态环境教育部工程研究中心

脲酶诱导碳酸钙沉淀技术（Enzyme Induced Carbonate Precipitation，EICP）是一种新型环保生物加固土体技术，磷石膏是一种可用于土壤加固的工业固体废弃物，而单加磷石膏土壤的加固效果有限，可以利用EICP技术对掺磷石膏土壤进行处理... 详细信息

脲酶诱导碳酸钙沉淀技术（Enzyme Induced Carbonate Precipitation，EICP）是一种新型环保生物加固土体技术，磷石膏是一种可用于土壤加固的工业固体废弃物，而单加磷石膏土壤的加固效果有限，可以利用EICP技术对掺磷石膏土壤进行处理。因此本研究设置7种磷石膏掺量（0%、2%、4%、8%、16%、32%和64%，磷石膏占土壤的质量百分比）和5个尿素浓度（0、0.5、1.0、1.5和2.0 mol/L），通过分析试样无侧限抗压强度、应力-应变曲线、破坏形态等以明确EICP反应对掺磷石膏土壤的加固性能的影响，并利用扫描电镜揭示其微观强化机制。结果表明：单加磷石膏时各试样的无侧限抗压强度为48.8～86.58 kPa，而经EICP反应后，尿素浓度为0.5、1.0、1.5和2.0 mol/L时试样无侧限抗压强度分别为77.94～94.86 kPa、86.39～123.86 kPa、114.58～134.34 kPa和91.11～117.11 kPa，强度提升了21.83%～110.00%。此外，本研究中试样无侧限抗压强度增长量与碳酸钙生成量呈显著的指数关系（P<0.05），表明碳酸钙胶结作用是试样抗压强度增大的主要因素。微观分析表明EICP反应过程中可利用磷石膏中的Ca2+，在试样中生成颗粒状以及球状CaCO3，包裹-填充-胶结土壤颗粒，从而提高土体强度。研究结果可为磷石膏资源化综合利用提供理论依据，也对磷化工产业可持续发展以及保护土地资源具有现实意义。

关键词：脲酶诱导碳酸钙沉淀磷石膏土壤加固无侧限抗压强度应力-应变曲线微观强化机制

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碎石及狗牙根覆盖对坡面波浪侵蚀影响研究

草业学报 2024年

作者：肖海陈珠宝夏振尧朱庆文刘德玉向瑞张伦三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学土木与建筑学院三峡库区生态环境教育部工程研究中心

波浪侵蚀是三峡库区消落带的主要侵蚀类型，植被、碎石均可有效的控制波浪侵蚀，但是碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响尚不清楚。本研究通过设置3种狗牙根覆盖度和9种碎石条件，以裸坡为对照，利用波浪冲刷试验分析不同条件下波压... 详细信息

波浪侵蚀是三峡库区消落带的主要侵蚀类型，植被、碎石均可有效的控制波浪侵蚀，但是碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响尚不清楚。本研究通过设置3种狗牙根覆盖度和9种碎石条件，以裸坡为对照，利用波浪冲刷试验分析不同条件下波压力和波浪侵蚀率，揭示碎石单一因素、植被单一因素和碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响。研究结果表明：碎石覆盖单一因素可有效消能26.49%～86.52%、减蚀8.70%～73.91%，波压力、侵蚀率随碎石粒径减小、覆盖厚度增加而减小。植被覆盖单一因素可有效消能4.10%～46.36%、减蚀19.56%～77.17%，波压力、侵蚀率随覆盖度增加而减小。碎石-植被协同措施消能减蚀效果优于单一措施，碎石-植被协同作用可有效消能28.95%～94.74%、减蚀28.20%～80.43%，协同措施下波压力、侵蚀率随碎石粒径的增大而增加却随碎石覆盖厚度、狗牙根覆盖度的增大而减小，在碎石粒径5～10 mm、碎石覆盖厚度60 mm、狗牙根覆盖度60%～70%时效果最好。多因素方差分析表明协同措施中波压力、侵蚀率的减少是碎石覆盖和植被覆盖的综合作用结果，其中对波压力的影响程度为碎石覆盖厚度>碎石粒径>植被覆盖度，而对波浪侵蚀率的影响程度为植被覆盖度>碎石层厚度>碎石粒径。本研究表明碎石-植被协同措施能有效达到消能减蚀的作用，可以作为岸坡土体波浪侵蚀控制的可持续性生态友好型的治理技术。该研究结果可以为消落带生态治理与生态重建实践提供指导和借鉴。

关键词：碎石狗牙根波浪压力波浪侵蚀率消落带

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含水泥岩卸荷蠕变数值模拟及劣化机制研究

岩石力学与工程学报 2024年第7期 1621-1635页

作者：王宇夏厚磊邓华锋李建林三峡库区地质灾害教育部重点实验室三峡大学湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站

为揭示含水泥岩卸荷蠕变破坏机制，开展不同含水率泥岩升轴压卸围压蠕变试验、细观结构测试及数值模拟分析。试验结果表明，含水率对泥岩蠕变变形影响显著，且同一蠕变应力水平下，轴向应变受含水率影响显著大于侧向。SEM图像分析表明... 详细信息

为揭示含水泥岩卸荷蠕变破坏机制，开展不同含水率泥岩升轴压卸围压蠕变试验、细观结构测试及数值模拟分析。试验结果表明，含水率对泥岩蠕变变形影响显著，且同一蠕变应力水平下，轴向应变受含水率影响显著大于侧向。SEM图像分析表明，含水率增大导致泥岩内部孔隙度增大，矿物颗粒被溶解弱化，由致密程度好、强度高向强度低、疏松多孔不规则的堆积结构转化；并基于真实的泥岩细观结构特征，生成了统计学上等价的细观结构网络，建立了相应的GBM-PSC数值模型，并进行了验证。数值模拟计算结果发现，各类微裂纹数量均随含水率增大而增加，晶内张拉裂纹数量呈先增大后稳定再增大趋势，而晶间剪切裂纹数量则随含水率增大而持续增加；接触切向力角度偏转值及平均孔隙度均随卸荷蠕变时间增大呈先减小后稳定再增大趋势，且含水率越大，变化趋势越显著。最后，建立干燥及含水泥岩三阶段卸荷蠕变劣化演化模型。研究结果可为水作用下软岩工程开挖卸荷蠕变变形破坏机制研究提供一定的理论参考。

关键词：岩石力学含水泥岩卸荷蠕变细观结构网络 PFC2D数值模型劣化机制

基于马尔科夫理论优化的地下咸水层CO_(2)溶解性能灰色预测模型

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大庆石油地质与开发 2024年第1期43卷 95-101页

作者：董利飞钟品志张旗董文卓余波韦海宇杨超重庆三峡学院土木工程学院重庆404120 三峡库区地质灾害教育部重点实验室(三峡大学) 湖北宜昌443002

在地下咸水层封存过程中,CO_(2)的溶解反应将会影响其封存容量和稳定性,并对周围环境和生态系统造成不利影响。为合理分析CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,基于马尔科夫理论对灰色GM(1,1)模型进行优化,构建CO_(2)溶解性能灰色预测模型... 详细信息

在地下咸水层封存过程中,CO_(2)的溶解反应将会影响其封存容量和稳定性,并对周围环境和生态系统造成不利影响。为合理分析CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,基于马尔科夫理论对灰色GM(1,1)模型进行优化,构建CO_(2)溶解性能灰色预测模型。通过预测单因素影响下CO_(2)在地下咸水层中的溶解性能,科学分析模型预测值与实测值的平均相对误差。结果表明:通过压强、温度及矿化度分析不同影响因素对CO_(2)在水中溶解性能,得出CO_(2)溶解性能灰色马尔科夫优化预测模型预测值与实测值的平均相对误差分别为0.37%、17.73%、0.21%;与灰色GM(1,1)模型相比,预测结果的平均相对误差分别降低了0.35、1.56、3.41百分点,CO_(2)溶解性能灰色预测模型预测精度更高。研究成果为CO_(2)在地下咸水层中的溶解封存提供数据支撑。

关键词：溶解性能 CO_(2)溶解封存马尔科夫理论灰色GM(1,1)模型相对误差预测性能咸水层

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