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关键词： 植物根系   弹性模量   根-土摩擦   有限元   数值模拟  

摘要： 植物根系能够提高土壤强度、抑制浅层滑坡的发生。植物根系固土性质的强弱主要取决于根系自身的弹性模量和与土壤之间的摩擦锚固性能。本研究通过对多花木蓝（Indigofera amblyantha Craib）、火棘(Pyracantha fortuneana（Maxim.）Li)和双荚决明(Senna bicapsularis（L.）Roxb)三种树种弹性模量和单根与土壤之间的摩擦锚固特性研究得出:三个树种根系弹性模量之间的规律、三个树种单根和土壤之间的摩擦锚固性能规律与摩擦系数,再以研究得出的三个树种根系相关结果数据为参数,应用有限元软件ANSYS15.0建立三个树种的单根土体复合体模型进行有限元分析,主要研究成果如下:（1）三种树种中,在根系直径、拉伸速率和有效拉伸长度相同情况下,其弹性模量大小表现为:多花木蓝根系弹性模量大于火棘根系弹性模量大于双荚决明根系弹性模量。三种树种根系弹性模量均受拉伸速率、有效拉伸长度和根系直径的影响。拉伸速率相同,火棘根系和双荚决明根系的弹性模量与根系直径存在负相关关系,两种树种根系弹性模量随着直径的增加逐渐减小,呈幂函数关系,即=(6×~(-（7）(a、b为常数),多花木蓝根系的弹性模量与直径存在多项式关系,随着直径的增大先减小再增大;有效拉伸长度相同,三种树种弹性模量的变化趋势和拉伸速率相同的变化趋势相同;直径相同,加载速率较大的三种树种根系都有着较大的弹性模量,拉伸长度较长的三种树种根系都有着较大的弹性模量。（2）初始荷载在一定程度上受到根系直径和根系埋深的影响,且随着根系直径的增大而增大,随着根系埋深的加深而增大。三种树种单根根系的摩擦力峰值都随着直径的增大而增大。相近直径的根系随着根系埋置深度的加深,三种树种单根与土壤的摩擦力峰值随之增大。三种树种根系直径的变化对相应的单根-土体摩擦力峰值产生的滑移量没有影响,影响峰值滑移量的因素是根系埋深和加载速率。随着根系埋深的增加,三种树种的峰值滑移量随之增加,其中增加最多的是双荚决明,其次是多花木蓝和火棘。随着根系加载速率的增加,三种树种的峰值滑移量随之增加,其中增加最多的是双荚决明,其次是火棘和多花木蓝。相同条件下三个树种根系单根达到最大锚固摩擦力时,火棘发生的峰值滑移最大,而双颊决明次之,多花木蓝最小。（3）研究中拟用有限元ANSYS15.0建立根土复合体分析根-土之间的摩擦特性是可行的。通过数值模拟分析得出三种树种的根系单根最大静摩擦力随着根系直径的的增加而增加、随着单根埋置深度的增加而增加。最大摩擦力随着根系直径增加随而增加,随着单根埋深的增加随之增加;峰值滑移量不受单根直径的影响,受埋置深度的影响且随着单根埋深的增加而增加。通过有限元数值模拟分析得出三种树种中摩擦锚固性能最好的是火棘,其次是双荚决明和多花木蓝。

关键词： 《岩土力学》   编辑部   出版者  

摘要： 《岩土力学》是中国科学院武汉岩土力学研究所主办的综合性岩土力学与工程学术期刊。为全国中文核心期刊,中国科学引文数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国科技论文统计源期刊,《中国期刊网》、《中国学术期刊(光盘版)》全文收录,也是国际三大检索系统之一的美国《工程索引》(EI compendex)文摘收录期刊(光盘版)。

关键词： 土力学   基坑开挖   下方盾构隧道   附加围压   横向受力变形   纵横向相互作用  

摘要： 针对基坑开挖引起下方盾构隧道围压变化的机制进行分析,提出一种能考虑纵向变形影响的盾构隧道横向附加围压变化模型。建立盾构隧道管片环的有限元简化模型,进行结构计算分析。以基坑上跨杭州地铁1号线盾构隧道为例,将隧道水平收敛计算值与实测数据进行对比,验证了计算方法的可靠性。研究基坑下方盾构隧道的围压变化、衬砌内力以及纵横向受力关系,并对基坑空间开挖尺寸进行影响因素分析。研究结果表明:计算得到的隧道水平收敛变形值及其沿隧道纵向的分布规律与实测值基本吻合;基坑开挖引起的围压卸载效应主要作用于下方隧道衬砌的拱顶和拱底附近,并受纵向变形过程中环间作用力的影响;基坑开挖导致下方盾构隧道衬砌弯矩分布反转,拱腰处的轴力也显著减小;三维卸载比V3D可以较好地反映基坑空间开挖尺寸对下方盾构隧道的影响。

关键词： 水泥基材料   缺陷   湿度   交互效应   力学性能  

摘要： 在研究缺陷和湿度对混凝土力学性能影响交互效应时,需要获得干燥和饱和试件,但不同的干燥温度对混凝土造成的损伤也不相同。而干燥过程中混凝土力学性能的变化是由于细观尺度下缺陷损伤积累和发展的结果。因此,本文系统性开展了水泥净浆、砂浆在不同干燥温度下等温干燥试验,为合理确定混凝土干燥机理提供基础。在此基础上,系统研究了湿度对水泥基材料力学性能的影响,并讨论不同初始缺陷的预制方法,探究了缺陷对水泥基材料力学性能的影响。基于此,分析了缺陷和湿度对混凝土力学性影响的交互效应。本文主要工作和结论如下:（1）开展了不同水灰比水泥净浆、砂浆在60℃、75℃、90℃、105℃和120℃的等温干燥试验,从净浆和砂浆二个层次研究水灰比和干燥温度对材料物理性能、力学性能和热力学性能的影响。从水泥净浆、砂浆尺度探究干燥温度和水灰比对力学性能的影响,为合理确定混凝土干燥剂机理提供了基础。研究表明:当温度在60℃-120℃时,水分有效扩散系数在0.41-3.30×10-9 m2/s之间。（2）基于最佳干燥特性的研究,开展了湿度对不同干燥温度处理后水泥基材料力学性能的影响规律,测定了干燥状态和饱和状态下抗压强度,发现湿度对120℃干燥处理的水泥净浆、砂浆力学特性具有更强的敏感性。同时对比分析了两种不同方式制备的饱和试件抗压强度的差异,经干燥处理再饱和水泥基材料抗压强度均小于28 d标准养护至饱和状态下抗压强度,且干燥处理后水泥净浆的损伤大于相同水灰比砂浆。（3）开展了不同荷载预压和不同含量引气剂两种方式预制缺陷的试验研究,分析了不同程度损伤对混凝土力学性能的影响。当应力水平小于30%时,混凝土抗压强度变化不大。混凝土预压产生初始缺陷的临界应力在30%-60%之间。其次,当含气量小于5.3%时,含气孔隙率与混凝土强度、波速存在较好的线性的关系,混凝土抗压强度和超声波波速随含气孔隙体分比的增大而成比例降低。（4）基于前文的研究内容,测定了4种不同数量缺陷下的混凝土在4种不同湿度下的抗压强度,发现在P<0.01水平下,缺陷、湿度及其交互效应均对混凝土力学性能存在劣化的影响。当饱和度大于30%时,水分对混凝土抗压强度敏感性在降低,但随着孔隙率的增加,其敏感程度增大。

关键词： 地埂篱   根表面积   纤维素   抗拉强度   内摩擦角  

摘要： 喀斯特地区由于其独特的地质、气候环境和复杂的水土流漏失机理,使得其水土保持具有一定难度。植被被证实为喀斯特山谷区保持水土和生态恢复的关键因子,而常被用于水土保持的生物措施——植物篱十分适合应用于喀斯特坡地。作为植物篱类型之一的地埂篱,除地上部分具有一般植物篱的减流减沙效益,其较坚韧的根系深扎于土壤中还可加固埂坎,根、茎分别在固土防漏失和减流减沙方面产生贡献。但目前中国缺乏喀斯特地区植物篱的应用研究,使得植物篱难以在喀斯特坡地推广。本文以重庆酉阳喀斯特槽谷顺层坡坡面为研究区,选择沿阶草和两豆科植物光叶苕子、拉巴豆,分上、中、下坡位布设地埂篱,对地埂篱的根系进行灰度扫描做形态指标分析、化学成分测定、室内单根抗拉测试和根土复合体直剪试验。得出草篱的根系形态和化学成分含量特征,根系抗拉特性和根土复合体抗剪性能及影响因素,通过主成分分析得出根土复合体抗剪性能的主导因子,对各草篱复合体抗剪性能做出评价。主要结论如下:(1)全根形态指标和复合体中形态指标均于沿阶草表现突出,各草篱均中、下坡显著大于上坡,复合体中拉巴豆上坡位显著大,三种草篱均以0.0拉巴豆>沿阶草,沿阶草的半纤维素(Hemicellulose,H)含量显著高于两豆科草篱,而木纤比(Wood to fiber ratio,WFR)显著低于两豆科草篱。(2)单根抗拉试验成功率为51.29%。沿阶草的极限抗拉力(Ultimate tensile force,F)和极限延伸率(Ultimate elongation,U)均为3者中最大,抗拉强度(Tensile strength,T)和杨氏模量(Young's modulus,E)拉巴豆最大,均为沿阶草的3倍左右。同一草篱,沿阶草F、T和U均中、下坡表现突出,光叶苕子F和U分别于上坡和中坡表现突出。用二阶抛物线模型能较好反映各草篱根系应力应变曲线的特征,且d<1.0 mm的根系应力随应变增长幅度较大。(3)相关性分析得出草篱根系T与直径负相关、F和U均与直径正相关,而各草篱抗拉指标与化学成分关系不尽相同。多元回归分析表明沿阶草根系的T和E与H均存在负相关预测函数关系,光叶苕子T与H亦负相关,U与C和L负相关、与WFR正相关。(4)3种草篱的根土复合体在较小荷载(除了400 kPa)条件下的抗剪强度存在差异,豆科草篱大于沿阶草,拉巴豆最大剪应力值最高。同一草篱,抗剪强度和最大剪应力均中、下坡大于上坡。沿阶草和光叶苕子的内摩擦角(φ)和粘聚力(c)范围相近,显著小于拉巴豆,两者φ较拉巴豆低3-9倍。同一草篱,坡位之间的φ和c差异均无明显规律。(5)相关性分析得出根土复合体抗剪强度指标受RLD、RSAD和RVD、C和WFR的正向影响。主成分得出主要产生贡献的指标有RLD、RSAD、F、U和E。拉巴豆抗剪性能主成分综合得分最靠前且根系抗拉特性影响较突出,沿阶草次之,根系形态指标影响突出。坡位方面,沿阶草和拉巴豆综合得分均于中坡位较高。

关键词： 土工测试   土力学   中国土木工程学会   中国水利学会岩土力学专业委员会   岩土工程勘察   学术研讨会  

摘要： (2020年7月18,19日,呼和浩特)第1号通知主办单位:中国土木工程学会土力学及岩土工程分会,中国水利学会岩土力学专业委员会。承办单位:内蒙古工业大学等。协办单位:《岩土工程学报》编委会等。大会邀请及主题:中国土木工程学会土力学及岩土工程分会,中国水利学会岩土力学专业委员会拟定于2020年7月在呼和浩特召开"第29届全国土工测试学术研讨会",会议主题:"岩土工程勘察技术及土工测试新技术、新方法"。中国土木工程学会土力学及岩土工程分会,中国水利学会岩土力学专业委员会邀请全国相关学科的专家、学者、科技工作者与工程技术人员,特别是青年岩土工程工作者踊跃撰稿,集聚呼和浩特,围绕会议主题探讨与交流土工测试最新研究成果与实践经验。

摘要： 《岩土力学》是中国科学院武汉岩土力学研究所主办的综合性岩土力学与工程学术期刊。为全国中文核心期刊,中国科学引文数据库、中国学术期刊综合评价数据库、中国科技论文统计源期刊,《中国期刊网》、《中国学术期刊(光盘版)》全文收录,也是国际三大检索系统之一的美国《工程索引》(EI compendex)文摘收录期刊(光盘版)。

摘要： 中国科学院武汉岩土力学研究所地热团队面向国家清洁能源需求,针对深部地热资源开发中的关键技术难题,特别是采热相关的深部岩体力学问题开展研究攻关。目前的主要工作包括新型EGS系统、热储性能评价、热储压裂激发技术以及诱发地震评价与防控等方面。在理论方法、实验装置和工程应用三个方面开展了工作,取得了一系列成果。提出了高温岩体裂隙换热系数及其测定方法,开发了井筒注采分析设计方法及软件,开发的地热多场耦合模拟器TOUGH2-WellPC-BIOT3D,可模拟评价地热井筒-储层耦

关键词： 铁尾矿砂   混凝土   力学性能   Abaqus   温度场   数值模拟  

摘要： 铁尾矿砂是铁矿石开采时的副产物,也是我国最主要的工业废弃物之一。我国现有过百亿吨的尾矿储量,但并没有合理且有效的利用方式。尾矿砂的大量排放不仅对自然环境造成了严重的污染,也对人们的生命财产安全造成了严重的威胁。近年来许多学者和机构对铁尾矿砂制备混凝土的性能进行相关研究。目前已经在自密实混凝土(SCC)、加气混凝土、ECC、超高性能混凝土(UHPC)等方向上取得了显著的成果,但并未注意到因铁尾矿砂组成成分复杂,导致在高温环境下的性质并不稳定。直接在建筑行业大规模推广应用铁尾矿砂混凝土可能会存在安全隐患。因此研究铁尾矿砂高温分解对混凝土的力学性能的造成的影响,是保证铁尾矿混凝土大规模应用推广的基础。在此背景下本课题展开以下研究:1、首先利用SEM-EDS、XRD、XRF、TGA-DSC技术对铁尾矿砂中的主要成分进行分析,并按照《建设用砂》规范的要求对铁尾矿砂工程性质进行检测。然后通过6组混凝土棱柱体轴压试验,对比了铁尾矿砂、混合砂(50%)、河砂三种骨料对高强混凝土和普通混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变和应力-应变曲线等力学性能的影响。2、在常温轴压试验的基础上,完成了36组棱柱体试块在6种高温工况(100～600℃)后的轴压试验。通过得到高温后的混凝土-应力应变关系,分析了铁尾矿砂、混合砂和河砂三种骨料对高强混凝土和普通混凝土高温后抗压强度、弹性模量、峰值应变和应力-应变曲线等力学性能的影响。并根据试验数据拟合出混凝土高温后力学性能随温度变化的函数关系。3、基于Abaqus软件对混凝土结构受火后非线性计算问题中涉及到的问题进行梳理。(1)混凝土热工模型的选取和边界条件的取值;(2)混凝土结构在升降温过程中的最大节点温度场提取;(3)高温后混凝土本构参数的计算。在一组受火前后的河砂混凝土梁的数值模拟结果基础上,对受火时间在1h、2h和3h后的铁尾矿砂混凝土梁的承载力进行预测,并分析了铁尾矿砂混凝土梁构件与河砂混凝土梁受火后的力学性能差异。

关键词： 土力学   地面沉降   埋地管线   分布式光纤感测   弯曲变形   土拱效应   界面剪应力  

摘要： 为了研究地面沉降作用下埋地管线的力学行为以及土管相互作用机制,基于分布式光纤感测技术提出土–管系统耦合变形监测方案,通过试验研究地面沉降作用下埋地管线纵向和环向应变的时空分布特征以及管周土压力和土管界面剪应力的演化规律。本文建立基于光纤应变计算管道变形的简化模型,并引入椭圆度函数对管道横截面的环向变形进行定量评价。研究发现:(1)管道沉降量的空间分布形态符合修正高斯曲线,基于二次积分法和改进共轭梁法计算得到的管道最大沉降误差分别在13.1%和4.2%以内;(2)管道最大环向变形出现在管中位置,相比于纵向弯曲变形,环向变形量很小。管道纵向最大应变在3 000με以内时其截面椭圆度不超过1%。(3)沉降发生后管底土压力迅速消散,管顶土压力随着沉降作用的持续先增加后逐渐稳定,管道侧壁土压力持续增加。(4)土管界面剪应力分布曲线关于管中呈中心对称,根据剪应力的特征将土管作用区分为强剪区与弱剪区,两者分别对应于管线的上拱和下沉效应。本文研究内容为埋地管线的安全状态监测和评价提供了新的理论和方法,也为进一步研究地面沉降作用下土管相互作用机制奠定了基础。