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基于耗散能量的饱和黄土动孔压模型

岩土力学 2023年第8期44卷 2238-2248页

作者：简涛孔令伟柏巍舒荣军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试验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

通过一系列不排水动三轴试验探究了饱和黄土振动液化过程中孔隙水压力和累积耗散能量的演化模式,并讨论了围压、动应力幅值和固结应力比对其演化过程的影响。结果表明:饱和黄土的孔隙水压力和耗散能量随着循环荷载作用逐渐累积。固结围... 详细信息

通过一系列不排水动三轴试验探究了饱和黄土振动液化过程中孔隙水压力和累积耗散能量的演化模式,并讨论了围压、动应力幅值和固结应力比对其演化过程的影响。结果表明:饱和黄土的孔隙水压力和耗散能量随着循环荷载作用逐渐累积。固结围压抑制孔隙水压力增长而消耗更多能量;更大的动应力幅值使得孔隙水压力增长更快而消耗能量更少;等压固结下,孔隙水压力增长至围压从而触发初始液化,而偏压固结下,通常先达到振动液化应变标准而孔隙水压力并没有增长至围压水平,并且固结应力比越大,液化时孔隙水压力越小,消耗能量也更少。归一化孔隙水压力u/σ0’与累积耗散能量W/Wf之间关系受围压、循环应力比和固结应力比影响较小,可统一用双曲线模型表示。

关键词：饱和黄土振动液化孔隙水压力累积耗散能量

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我国深地储能机遇、挑战与发展建议

科学通报 2023年第36期68卷 4887-4894页

作者：杨春和王同涛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

能源清洁化和低碳化是全球能源发展的不可逆趋势[1].图1给出了全球可再生能源装机容量及其增长速率(2017~2022年)[2],年平均增长速度为8.88%.其中,风电和光伏发电装机容量增加幅度最为显著,其次为生物质发电,水力发电增加不显著.中国作... 详细信息

能源清洁化和低碳化是全球能源发展的不可逆趋势[1].图1给出了全球可再生能源装机容量及其增长速率(2017~2022年)[2],年平均增长速度为8.88%.其中,风电和光伏发电装机容量增加幅度最为显著,其次为生物质发电,水力发电增加不显著.中国作为能源消费大国,能源消费主要以煤炭为代表的化石能源为主,但能源清洁化已经成为国家能源发展重大的战略部署.以天然气和风能、光能等为代表的清洁能源规模化应用是实现“双碳”战略和能源结构升级转型的关键.2016~2022年,清洁能源在我国能源消费占比从19.1%增加到25.9%,年均增长速率达到5.2%,其中风能、光能累计装机容量从2.46亿千瓦增加到7.60亿千瓦.清洁能源已经成为我国能源重要构成部分,并且是我国能源今后开发利用的重点,预计到2060年清洁能源在我国能源消费占比将会达到80%.

关键词：年平均增长速度能源消费可再生能源升级转型清洁能源增长速率生物质发电能源结构

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改进的岩质凸块的超载储备极限平衡法

岩土力学 2023年第2期44卷 425-432页

作者：肖国峰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

脱离模式是块体理论提出的有限可动块体的失稳模式之一。虽然直接塌落是地下工程中最常见的失稳现象,但是目前依然缺少适用的定量分析方法,这使得地下工程的开挖和加固设计缺乏必要的理论支撑。为此,提出了一种改进的考虑渐进破坏的岩... 详细信息

脱离模式是块体理论提出的有限可动块体的失稳模式之一。虽然直接塌落是地下工程中最常见的失稳现象,但是目前依然缺少适用的定量分析方法,这使得地下工程的开挖和加固设计缺乏必要的理论支撑。为此,提出了一种改进的考虑渐进破坏的岩块稳定分析方法。主要改进了3处:(1)引入超载基数和超载方向两个参数来量化描述储备荷载;(2)提出了Tan和Scal两种超载基数设定方式;(3)超载方向设定在节理锥的边界扇面上。算例验证结果表明,改进方法完全兼容现有双面滑模式的安全系数算法,实现了脱离模式的定量稳定性分析。最后,讨论了改进方法的刚度参数取值方法及其敏感性。

关键词：块体理论岩体稳定分析刚体极限平衡嵌固模式超载储备安全系数超载基数超载方向

基于光纤光栅的深部硬岩隧洞三维扰动应力测试系统研制及工程应用

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 261-274页

作者：李邵军郑民总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

扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基... 详细信息

扰动应力及其演化是深埋隧洞围岩稳定性及灾变的最重要因素,目前对硬质围岩三维扰动应力的研究局限于解析解和数值模拟,缺乏可靠的原位测试技术与装备。考虑深部硬岩隧洞工程复杂地质环境,系统分析扰动应力的测试原理和理论基础,研发基于光纤光栅与空心包体的扰动应力综合传感技术,研制三维扰动应力单孔多点分布式原位测试系统;通过密封油压高精度标定设备,实现对空心包体单元光栅和传感器装置的整体精确标定,结合室内混凝土模型试验,验证了应力测试系统的准确性。以锦屏地下实验室二期隧洞工程为依托,开展扰动应力现场测试,首次原位测试获得深部硬岩隧洞开挖过程中不同深度的三维扰动应力变化,系统分析扰动应力大小、方向的演化特征、规律及其与施工活动的关系,并进一步验证光纤光栅空心包体应力测试系统的工程适用性和可靠性。研究成果为深部硬岩工程扰动应力测试和演化特性研究提供了科学方法和技术支撑。

关键词：地下工程深部硬岩隧洞三维扰动应力光纤光栅原位测试

盐分对含二氧化碳水合物泥质粉细砂力学特性的影响规律

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天然气工业 2022年第10期42卷 139-149页

作者：周远韦昌富陈盼周家作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中国科学院大学

影响含水合物沉积物力学性质的因素较多,深海海床地层处于含盐环境,而目前盐分变化对含水合物沉积物力学性质的影响报道较少,其规律尚未厘清。为此,通过含不同浓度氯化钠盐溶液试样制备含二氧化碳水合物泥质粉细砂土,并在不同围压条件... 详细信息

影响含水合物沉积物力学性质的因素较多,深海海床地层处于含盐环境,而目前盐分变化对含水合物沉积物力学性质的影响报道较少,其规律尚未厘清。为此,通过含不同浓度氯化钠盐溶液试样制备含二氧化碳水合物泥质粉细砂土,并在不同围压条件下进行三轴剪切试验,揭示了盐分对应力—应变关系、强度、刚度、剪胀性的影响规律。研究结果表明:(1)盐分使含水合物土的相平衡线发生偏移,在相同初始含水率下,盐分导致土中水合物饱和度降低,未合水含量增加;(2)合成相同水合物饱和度,含盐分水合物土的初始含水率要高于不含盐分水合物土,导致含盐分水合物土的抗剪强度低于不含盐分水合物土;(3)盐分对含水合物土的黏聚力有较大影响,随着水合物饱和度的增加,含盐水合物土的黏聚力略有增加,而不含盐水合物土的黏聚力明显增加。结论认为:(1)盐分对含水合物泥质粉细砂抗剪强度特性的影响是通过改变未合水含量产生的,未合水越多,土的强度越低,割线模量越小,剪胀性越不明显;(2)含水合物土的强度特性不仅与水合物的饱和度有关,还与未合水含量密切相关,传统上仅考虑水合物饱和度对含水合物土抗剪强度的影响,不能准确描述物理—化学作用下含水合物土强度特性的演化。

关键词：三轴剪切抗剪强度盐分二氧化碳相平衡含水合物土水合物饱和度未合水含量

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加锚隐伏顺层岩质边坡滑剪破坏分析方法研究

岩石力学与工程学报 2023年第10期42卷 2456-2465页

作者：孙朝燚陈从新郑允刘才华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

全长黏结型锚杆在边坡加固工程中得到广泛应用,但加锚隐伏顺层岩质边坡的锚固机制和评价方法还需进一步发展和完善。基于加锚隐伏顺层岩质边坡滑剪破坏机制建立滑体柱状力学模型,采用极限平衡原理结合锚杆抗力贡献提出该类滑剪破坏分析... 详细信息

全长黏结型锚杆在边坡加固工程中得到广泛应用,但加锚隐伏顺层岩质边坡的锚固机制和评价方法还需进一步发展和完善。基于加锚隐伏顺层岩质边坡滑剪破坏机制建立滑体柱状力学模型,采用极限平衡原理结合锚杆抗力贡献提出该类滑剪破坏分析方法,在此基础上开展锚固角度和锚杆直径对加锚边坡稳定性影响的讨论分析,并将理论分析结果与离散元软件(UDEC)计算结果进行对比分析。研究结果表明,全长黏结型锚杆的拉剪耦合作用增加了滑体的抗滑能力;锚杆加固隐伏顺层岩质边坡存在一个最优锚固角度,这个角度近似为层面摩擦角值大小;加锚隐伏顺层边坡的稳定性随锚杆直径增大呈幂函数的提高趋势;数值模拟和理论计算结果吻合较好,验证了所提分析方法的合理性和准确性。研究成果对该类边坡的稳定性评价和治理设计具有指导意义。

关键词：边坡工程全长黏结型锚杆岩质边坡隐伏顺层边坡极限平衡分析方法

考虑先期卸荷影响的花岗岩残积土湿化特性试验研究

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岩土工程学报 2022年第S1期44卷 154-159+165页

作者：舒荣军孔令伟王俊涛简涛周振华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中国科学院大学

边坡开挖引起的卸荷作用可能会影响后续降雨入渗过程中土体的增湿力学行为，而以往的湿化试验研究对此考虑不多。为此，针对花岗岩残积土开展了一系列（先）卸荷剪切-（后）湿化试验，探究围压和先期卸荷程度对土体湿化特性的影响。此... 详细信息

边坡开挖引起的卸荷作用可能会影响后续降雨入渗过程中土体的增湿力学行为，而以往的湿化试验研究对此考虑不多。为此，针对花岗岩残积土开展了一系列（先）卸荷剪切-（后）湿化试验，探究围压和先期卸荷程度对土体湿化特性的影响。此外，还进行了（先）湿化-（后）卸荷剪切试验以考察开挖与降雨次序的影响。试验结果表明：花岗岩残积土具有湿化变形各向异性，水平方向湿化变形潜能大于竖直方向；湿化变形总体水平随固结围压的增大而提高；随着先期卸荷程度的增大，轴向与剪切湿化应变逐渐增大，“湿胀”增强，侧向湿化变形由收缩向膨胀转变；开挖与降雨次序对土体变形特性具有重要影响，与先降雨后开挖工况相比，先开挖后降雨时土体轴向应变和剪应变较大而侧向应变和体应变较小；土体湿化之后的强度性能随先期卸荷程度的增大而降低，且主要表现在黏聚力方面。

关键词：花岗岩残积土湿化试验先期卸荷应力路径湿化变形强度

跨活断层隧道断错灾变与防控技术研究现状和展望

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岩石力学与工程学报 2022年第S01期41卷 2711-2724页

作者：朱勇周辉张传庆沈贻欢张宁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

跨活断层隧道/隧洞近年来在水利、公路、铁路、地铁等工程中不断出现,然而其断错灾变机制与防控技术的研究并没有跟上工程建设的发展。为此,搜集国内外已建跨活断层隧道/隧洞工程案例和遭遇地震断错破坏的案例,分析隧道在蠕滑、黏滑错... 详细信息

跨活断层隧道/隧洞近年来在水利、公路、铁路、地铁等工程中不断出现,然而其断错灾变机制与防控技术的研究并没有跟上工程建设的发展。为此,搜集国内外已建跨活断层隧道/隧洞工程案例和遭遇地震断错破坏的案例,分析隧道在蠕滑、黏滑错动作用下的破坏过程与破坏特征,回顾隧道断错灾变机制研究所采用的工程地质模型、力学模型、错动位移模式,以及所采用的解析方法、数值模拟与物理模拟方法,并对已有断错防控措施及其设防原理进行总结。在上述研究的基础上,分别针对断错工程问题、断错灾变机制与断错防控措施进行讨论和展望,提出跨活断层铁路隧道断错防控不仅应考虑隧道结构安全,还应考虑围岩、路轨、线路和列车的安全,初步评估蠕滑、黏滑和近断层地震动对上述铁路隧道相关研究对象所产生的风险大小,认为应加强断层围岩错动力学性质演化、黏滑断错动力学模拟和线路断错曲线半径影响的研究,并分别给出铁路隧道设计和运营阶段应考虑的设计原则。研究结果对于跨活断层隧道/隧洞工程的设计、施工、运营、维护具有一定的参考价值。

关键词：隧道工程跨活断层隧道断错灾变机制断错防控蠕滑黏滑近断层地震动

原生各向异性影响下湛江黏土小应变剪切模量特征

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岩土工程学报 2021年第S2期43卷 19-22页

作者：刘炳恒孔令伟舒荣军李甜果简涛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试验室中国科学院大学

为了研究原生各向异性对湛江黏土小应变剪切模量的影响,对a=0°,22.5°,45°,67.5°,90°方向的原状试样进行了一系列不同围压下的共振柱试验。试验结果表明:在同一围压下,不同a试样经孔隙比函数归一化的最大动剪切模量G;/F（e）与90°... 详细信息

为了研究原生各向异性对湛江黏土小应变剪切模量的影响,对a=0°,22.5°,45°,67.5°,90°方向的原状试样进行了一系列不同围压下的共振柱试验。试验结果表明:在同一围压下,不同a试样经孔隙比函数归一化的最大动剪切模量G;/F（e）与90°方向试样G;/F（e）的比值K;随α增大而减小;当围压低于与高于结构屈服应力σ;时,同一a试样的K;随围压增大分别呈基本保持恒定与明显减小趋势,即围压低于σ;时,围压的增大几乎不影响原生各向异性对G;的影响,围压高于σ;时,围压的增大减弱了原生各向异性对G;的影响;随围压增大,不同方向试样的G;/F（e）均呈先增大后减小规律,当围压在σ;左右时出现转折;基于不同方向试样G;/F（e）随围压的变化规律,提出了考虑原生各向异性的G;演化规律的表征方法。

关键词：湛江黏土原生各向异性小应变剪切模量共振柱试验屈服应力