软土地区静钻根植桩抗压承载力计算方法研究

龚晓南¹，罗子昂¹，周佳锦^*2，张日红³

（1. 浙江大学滨海与城市岩土工程研究中心，浙江 杭州 310058；2. 宁波大学岩土工程研究所，浙江 宁波 315211；3. 宁波中淳高科股份有限公司，浙江 宁波 315100）

摘  要：静钻根植桩是一种绿色、环保的植入桩，近年来在中国东部沿海软土地区得到了一些成功应用。然而目前不同类型植入桩规范中计算侧阻时桩身直径的选取标准不同；此外，植入桩的极限侧阻力、极限端阻力取值主要参照预制桩参数予以修正，目前针对修正系数取值的研究较少。基于静钻根植桩的荷载传递机理，结合6组静钻根植桩静载试验数据分析了侧阻计算时静钻根植桩的桩身直径取值标准，随后通过静钻根植桩与钻孔灌注桩的承载力对比，推算出不同类型土体中静钻根植桩的侧阻修正系数；基于33组静钻根植桩静载试验数据，推算出了静钻根植桩的桩端扩大头的端阻修正系数取值。最后通过30组静钻根植桩的现场试验数据验证了所提出静钻根植桩抗压承载力计算公式和推荐计算参数的合理性。研究成果可以为静钻根植桩等植入桩的设计和工程应用提供理论依据。

关键词：静钻根植桩；抗压承载力；统计分析；桩侧摩阻力；桩端阻力

软土基坑开挖诱发邻近小曲率半径隧道变形时效分析

张治国^{1, 4}，陈胤吉¹，魏  纲^3,4，倪  寅²，李骏杰²，师敏之²，木林隆⁵

（1. 上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093；2. 上海市浦东新区建设(集团)有限公司，上海 200137；3. 浙大城市学院土木工程系，浙江杭州 310015；4. 城市基础设施智能化浙江省工程研究中心，浙江 杭州 310015；5. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092）

摘  要：目前针对软土基坑开挖诱发邻近小曲率半径隧道变形的理论研究一般将地基视为线弹性体，未考虑土体流变特性的影响，且较少分析曲型隧道变形的特性，因此无法准确预测时间效应下基坑开挖对既有小曲率半径隧道变形的影响。首先，建立分数阶Merchant黏弹性软土基坑开挖诱发邻近既有小曲率半径隧道变形力学模型，按照Laplace时域变化特性推导出分数阶黏弹性土体Laplace域参数；其次，基于基坑卸载和Mindlin应力解理论，求解出邻近既有小曲率半径隧道上附加应力场，再根据Pasternak地基和Timoshenko梁理论，通过有限差分法和Laplace正逆变换推导出既有小曲率半径隧道径向和竖向变形时域解；最后，将工程实测数据及三维数值模拟结果与解析解进行对比验证，得到了较好的一致性。

关键词：基坑开挖；黏弹性地基；分数阶；时域解；小曲率半径隧道；变形

南海珊瑚泥一维压缩分数阶元件模型研究

沈  扬¹，翁  禾¹，马  可²

（1. 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；2. 重庆大学溧阳智慧城市研究院，江苏 溧阳 213332）

摘  要：南海珊瑚泥广泛分布于中国南海海域，研究珊瑚泥的沉降变形规律对南海的开发有着重要意义。南海珊瑚泥的一维压缩具有典型的软土变形特征，同时由于其特殊的性质，其变形速度与常见软土相比较快，适合进行变形模型的研究。针对软土的一维压缩变形常使用元件模型进行模拟，但由于元件模型中反映长期变形的元件参数为定值，并不能准确反映延时塑性变形。应用分数阶理论的Abel黏壶比牛顿黏壶能更反应土体延时塑性变形特征，故引入Burgers模型进行修正，得到分数阶修正Burgers模型。对近似天然条件下的珊瑚泥进行每一级历时8～14 d的一维固结压缩试验，使用前11 h的读数分别对Merchant模型，Burgers模型和分数阶修正Burgers模型进行自拟合，并使用拟合得到的模型参数对11 h后的变形进行预测。对比3种模型11 h内的自拟合精度和11 h后的预测精度，并对各个模型的参数及各部分变形情况进行分析。研究发现，分数阶修正Burgers模型的自拟合精度为Merchant模型的23～65倍，为Burgers模型的6～18倍；预测精度为Merchant模型的5～35倍，为Burgers模型的262～6213倍。

关键词：珊瑚泥；分数阶模型；Abel黏壶；Burgers模型

高温条件下膨润土缓冲材料工程屏障性能热老化的时间效应及微观机理

曾召田¹，林铭宇¹，孙德安^*2，邵捷昇^{1, 2}，曹珊珊¹，吕海波^{1, 3}

（1. 桂林理工大学土木工程学院，广西 桂林 541004；2. 上海大学土木工程系，上海 200444；3. 贺州学院建筑与电气工程学院，广西 贺州 542899）

摘  要：高温条件下膨润土缓冲材料工程屏障性能的热老化时效性对于评价核废物深地质处置库的长期运营安全具有重要意义。对MX-80膨润土粉末进行不同热老化时间（t=0，15，30，60，90，120 d）的高温预处理，研究热老化后膨润土试样的工程屏障性能参数（导热系数λ、恒体积膨胀力P_s、无侧限抗压强度q_u、比表面积SSA）随热老化时间t的演化规律；基于X射线衍射、热失重分析和扫描电镜等试验探讨了高温热老化后MX80膨润土中矿物成分、吸附水、微结构的变化趋势，从微观角度揭示出高温条件下热老化时间对膨润土缓冲材料工程屏障性能的影响机制。试验结果表明：①MX80膨润土的工程屏障性能均随热老化时间t的增加而递减，呈现出显著的时间效应，其主要发生在0～15 d，衰减率为56.89%～68.51%；②高温热老化过程中，膨润土中蒙脱石矿物部分转化为钠云母、土中吸附水脱失、土体微结构演化，上述微观变化与其工程屏障性能热老化时效性具有较好的一致性；③高温条件下，MX80膨润土的工程屏障性能参数与其蒙脱石含量C_m、吸附水含量w均呈线性正相关，表明膨润土的矿物成分转化、土中吸附水变化、土体微结构演化是引起其工程屏障性能热老化时效性的本质原因。

关键词：膨润土缓冲材料；屏障性能；热老化时间；高温状态；微观机理

地基土体错动变形下柔性管道接头力学行为的试验与理论研究

周  敏^1, 2，兰海涛³，倪芃芃^4, 5, 6

（1. 中北大学环境与安全工程学院，山西 太原 030051；2. 山西建设投资集团有限公司博士后科研工作站，山西 太原 030032；3. 拉夫堡大学建筑、建造与土木工程学院，英国 莱斯特郡 LE11 3TU；4. 中山大学土木工程学院，广东 广州 510275；5. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东 珠海 519082；6. 隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室，广东 广州 510275）

摘  要：埋地柔性管道的承载能力与周围土体对其的支撑作用密切相关，管-土间的相互作用力对管道的稳定运行至关重要，而一旦地基土体发生错动变形，柔性管道在接头位置处容易因不均匀支撑而发生转角破坏。通过室内模型试验，探究了柔性管道接头在地基土体错动变形下的力学行为。基于Winkler弹性地基梁理论，分别针对于力矩完全释放接头、力矩部分传递接头和力矩完全传递接头，提出了柔性管道接头转角的理论计算公式，并利用模型试验数据对所提出的公式进行了分析验证。研究发现，柔性管道接头的受力变形与地基土体错动变形量密切相关，相较于力矩完全释放接头公式，采用力矩部分传递接头公式能更准确地计算管道接头在地基土体错动变形下的转角。当管道直径、埋深和填料内摩擦角增大时，管道接头所能容许的最大地基土体错动变形量随之减小，管道接头转角分别呈现出线性增长、对数增长以及指数增长的趋势。此外，随着地基错动变形量的增加，上述增长趋势均变得越来越显著。

关键词：柔性管道接头；地基土体错动变形；模型试验；Winkler弹性地基梁理论；接头转角

基于波形主成分提取与混合矩张量的岩石破裂机制反演及其应用

赵  永，文  鑫，薛  斌，杨天鸿，赵乾百，焦诗卉

（东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819）

摘  要：基于弹性波动理论发展的矩张量反演方法，已成为矿山领域中研究岩体破裂机制的重要手段之一。然而矿山环境复杂，充斥着多种噪声源，微震波形质量往往较差，且传播介质复杂多变。上述原因导致了利用微震数据反演的岩石破裂机制往往不可靠，这对解译岩体动力灾害孕育过程与机理极为不利。鉴于此，提出了一种基于多通道奇异谱分析与混合矩张量相结合的震源机制联合反演方法，并进行了效果验证与现场应用。首先，借助多通道奇异谱分析方法提取微震波形中的主要成分，实现岩石破裂信号与噪声信号的分离；然后，与混合矩张量反演方法相联合，降低噪声及传播介质对矩张量反演的影响，并依托室内声发射数据验证了本文所提方法的准确度；最后，应用到工程实践中，对石人沟铁矿研究区域的渗流通道形成机制进行了解译分析。

关键词：岩石破裂机制；矩张量反演；矿山微震监测；岩体稳定性

不同卸荷措施下深覆土特大跨度明洞受力特性研究及衬砌结构变形预测

黄继新¹，尤著刚^*2，姜  浩²，马永浪³，雷  浩⁴

（1. 兰州城市建设设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730050；2. 西南交通大学极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室，四川 成都 610031；3. 中铁成都轨道交通健康管理技术有限公司，四川 成都 610031；4. 北方民族大学，宁夏 银川 750000）

摘  要：为探明可有效降低深覆土特大跨度明洞结构内力和变形的卸荷方式，通过开展模型试验研究了EPS板和混凝土柱单独或组合使用时产生的卸荷效果，分析土压力、衬砌结构内力和位移后探明了卸荷机理，使用破损阶段法评估了衬砌结构的安全性，基于多元线性回归原理求得了衬砌结构薄弱部位（拱顶和拱腰）位移预测方程。研究结果表明：无卸荷措施时明洞顶部会出现土压力集中现象，明洞顶部和两侧铺设EPS板与混凝土柱相结合的卸荷方式可最大限度的减小明洞周围土压力，平均竖向和水平土压力可分别减小40.01%，79.34%。然而，此种卸荷措施会大幅减小水平土压力，削弱土体对衬砌结构的约束作用，导致衬砌结构内力和位移不能降至最小。仅在明洞顶铺设EPS板，可在减小竖向土压力增幅的同时增大水平土压力增幅，加强土体对衬砌结构的约束作用，达到最优卸荷效果。填土完成后，无卸荷措施时明洞顶位移为29.15 mm，拱顶和拱腰的弯矩分别为4111.88 kN·m，-3988.51 kN·m，在明洞顶铺设EPS板后，明洞顶位移减小了50.15%，拱顶和拱腰的弯矩分别减小了77.48%，75.71%，且相较于其他卸荷措施，该措施可更有效提升结构安全性。以土压力为变量，基于多元线性回归原理，所得位移预测方程求得的位移预测值与实际值间最大和最小误差分别为7.30%，0.28%，位移预测方程可有效应用于深覆土特大跨度明洞工程卸荷措施研究及卸荷参数优化。

关键词：深覆土；特大断面；卸荷措施；卸荷机理；破损阶段法；多元线性回归

多层土中摩擦单桩和群桩的竖向振动特性研究

曹小林^{1, 3}，周凤玺^*1，戴国亮²，梁玉旺¹，王立业¹

（1. 兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 东南大学土工程学院，江苏 南京 211189；3. 三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

摘  要：为了研究多层土中摩擦单桩和群桩的竖向振动特性，开展了一系列的现场竖向桩基动力试验，并建立了多层土中摩擦单桩和群桩的竖向的计算模型，得到了单桩和群桩的动力响应的理论计算方法。通过现场试验得到了竖向动力荷载下的单桩和群桩的位移振动曲线、桩头位移幅值、加速度振动曲线、动刚度和群桩效率系数，分析了群桩在振动过程中相互作用规律。将试验得到的桩头动力刚度、群桩动力效率系数与理论计算方法对比，验证了试验结果的正确性。通过试验结果分析了位移振动曲线、加速度振动曲线、群桩的桩头动力刚度和群桩动力效率系数的变化规律，研究发现：群桩在振动过程中桩与桩之间存在相互作用，导致群桩与单桩的桩头动力刚度不成倍数关系；桩与桩之间作用随着桩间距的增大、桩数的减小而减弱。

关键词：多层土；竖向振动；桩基础；振动特性；虚土桩法

基于相场法的岩石预制裂纹定向水力压裂裂纹扩展规律研究

梁  鑫^{1, 2}，侯  鹏^*3，薛  熠^{1, 2}，刘  嘉^{1, 2}，高  峰⁴

（1. 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048；2. 西安理工大学土木建筑工程学院，陕西 西安 710048；3. 武汉大学土木建筑工程学院，湖北 武汉 430072；4. 中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏 徐州 221116）

摘  要：为探究岩石在定向水力压裂下诱导裂纹的扩展演化规律，建立了岩石预制裂纹定向水力压裂相场模型，提出采用降维的界面相场模型表征预制裂纹以优化建模过程，通过与砂岩压裂试验对比验证了模型的有效性。重点研究了预制裂纹倾角、压裂液黏度、流体注射速率、水平应力差以及天然裂隙对水力诱导裂隙扩展路径和岩石破裂压力的影响。结果表明：改变预制裂纹倾角会导致水力诱导裂隙扩展路径发生不同程度的偏转；压裂液黏度或注射速率越大，岩石破裂压力越大，但均不影响水力诱导裂隙扩展偏转角的改变；随着水平应力差增大，岩石破裂压力与水力诱导裂隙偏转角分别呈现线性递减和非线性递增趋势；水力诱导裂隙与天然裂隙交汇的接近角不同导致其主要发生贯穿式扩展或延伸式扩展；总体上，水力诱导裂隙倾向于指向或偏向最大水平主应力方向扩展。

关键词：定向水力压裂；相场模拟；裂纹扩展偏转角；破裂压力；裂隙交互

基于计算地震动特征一致性的场地分类方法探讨

李  敏¹，李小军^*2，李东平¹，石树中¹，王玉石²，顾泺怡¹

（1. 浙江省地震局，浙江 杭州 310013；2. 北京工业大学，北京 100124）

摘  要：基于1137个钻孔资料的场地模型及相应的土层地震反应分析计算结果，从场地地震动峰值加速度和特征周期两方面讨论分析了中国《建筑抗震设计规范：GB50011—2016》和美国规范IBC（International Building Code）中的场地分类方法。依据场地效应一致性分析得出：在中硬土场地上，美国的C类场地的离散性最小；在中软土场地上，中国的Ⅲ类场地表现出一定的弱势性；在软弱土场地上，中国的Ⅳ类场地优势性明显。总体上中国的双指标分类方法体现了一定的优势性。因此，提出了新的场地分类方法，方法中按照覆盖层厚度和30 m两者较小值的土层计算等效剪切波速，并将目前的Ⅱ类场地划分为Ⅱ₁和Ⅱ₂，将Ⅲ类场地中覆盖层厚度大于50 m且等效剪切波速小于等于170 m/s的场地归类到Ⅳ类场地，500 m/s以下的等效剪切波速分界线提高20 m/s。研究为建立更合理的场地分类方法提供新的解决方案。

关键词：地震动；场地分类方法；场地效应；覆盖层厚度；等效剪切波速

盐渍土降温过程中盐分结晶的相变行为研究

赵文沧^{1, 2}，周凤玺^*1，杨玉红²，冉  跃¹，万旭升³

（1. 兰州理工大学土木工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院，甘肃 张掖 734000；3. 西南石油大学土木工程与建筑学院，四川 成都 610500）

摘  要：伴随降温过程，盐渍土孔隙内溶液会发生相变现象。针对盐渍土在降温过程中盐分结晶行为，开展了理论分析和试验研究。首先，从热力学理论出发，考虑相变间化学势平衡和Young-Laplace方程给出了孔隙中盐溶液的初始结晶半径理论表达式，并分析了初始结晶半径与温度以及初始含盐量的关系。其次，建立了预测孔隙溶液含量和盐晶体含量的理论模型，并通过迭代计算分析了降温过程中温度和含盐量对盐结晶行为的影响规律。最后，开展盐渍土室内降温试验对理论模型的有效性进行了验证。结果表明，盐渍土受温度和含盐量的影响，随着温度的下降和初始含盐量的增加，盐渍土液相饱和度降低，盐晶体含量增加。初始含盐量对盐渍土的盐析温度有着重要的影响，盐析温度随着初始含盐量的增加而增加。盐渍土盐胀变形主要发生在降温初期，降温初期盐胀变形量大于降温末期。

关键词：盐分结晶；降温过程；盐晶体；盐析温度；盐胀变形

基于多源信息融合的隧道施工综合安全动态评估技术研究

彭  浩¹，韩  玉¹，梁  铭^*1，解威威^1,2，朱孟龙¹，宋冠先¹，黄能豪¹，吴梦岚¹，曾农键¹，解韫泽³

（1. 广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530000；2. 广西大学土木与建筑工程学院，广西 南宁 530004；3. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074）

摘  要：针对当前隧道施工安全评估体系静态割裂、安全信息多源性不足以及评估方法可靠度难以保障等现状，提出一种基于多源信息融合的隧道施工综合安全动态评估技术及工程应用体系。整体以多维多尺度为理念，将隧道施工周期划分形成勘察设计、超前预测与开挖监测3个逐一嵌套尺度，以及各自尺度下地质、施工和预测3个安全信息来源维度以形成多源信息评估指标体系，该体系可满足匹配施工进度的勘察设计、超前预测尺度下的两项总体安全评估以及开挖监测尺度下的多种专项施工安全评估需求。同时为提高安全评估结果的合理性与可靠度，以D-S证据理论为融合框架，分别利用区间欧氏距离法以及平均证据法，对其过程涉及的分配概率计算及证据冲突合成进行优化。最后以实际隧道工程为例，阐述了该综合安全动态评估方法及体系的实施过程，结果显示评估结果与实际现场情况吻合，且通过讨论、对比与检验进一步论证了其合理性与可靠度，可为隧道施工安全评估与管控提供参考和实践指导。

关键词：隧道工程；施工安全评估；多源信息融合；证据理论；多策略优化

单轴压缩下溶隙灰岩宏细观耦合损伤能量释放率演化规律研究

王润秋¹，王桂林^{*1, 2, 3}，张  亮⁴，孙  帆⁵

（1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心（重庆），重庆 400045；3. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学)，重庆 400045；4. 西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054；5. 重庆市地勘局南江水文地质工程地质队，重庆 401121）

摘  要：灰岩地区存在复杂的溶隙网络，其控制着灰岩的破裂特征，作为Griffith断裂准则核心的能量释放率可有效表征岩体裂纹扩展过程。为深入研究溶隙灰岩变形破坏过程中的能量特性和细观裂纹萌生、扩展演化规律，将灰岩溶隙形态概化为裂隙、椭圆孔、类蘑菇孔和类哑铃孔4种类型，并根据非线性动力学理论、Lemaitre应变等效假设和岩体能量理论，推导了溶隙灰岩宏细观耦合损伤能量释放率计算公式，获得了溶隙灰岩破坏过程中的细观裂纹扩展规律。研究结果表明：根据能量耗散理论，类蘑菇孔、裂隙、椭圆孔、完整灰岩和类哑铃孔的灰岩试样能量积聚作用依次减弱；根据能量耗散特征、宏细观耦合损伤能量释放率以及应力应变曲线，灰岩变形破坏阶段可分为应力调整阶段（Ⅰ）、微裂纹或微孔隙稳定闭合阶段（Ⅱ）、细观裂纹低速扩展阶段（Ⅲ）、细观裂纹快速扩展阶段（Ⅳ）以及宏观主断裂形成阶段（Ⅴ）等5个阶段，且第Ⅳ阶段岩样损伤能量释放率突变点可作为岩样破坏前兆识别点。研究结果可为分析岩溶地区地质灾害提供理论指导。

关键词：溶隙灰岩；能量演化；宏细观耦合损伤；能量释放率；裂纹扩展

高性能岩土工程动力流固耦合仿真方法研究

王荣鑫，普建明，张建民，王  睿^*

（清华大学水利水电工程系水圈科学国家重点实验室，北京 100084）

摘  要：超大型岩土工程的数值仿真需求对于计算能力提出了新的挑战。为了研究饱和土层中复杂结构的静动力响应，需要发展基于高性能计算的岩土体流固耦合求解方法。提出一种有限元-有限体积（FEM-FVM）流固耦合仿真方法，并发展了适应于并行求解的全隐式流固耦合算法（FICM）、全显式流固耦合算法（FECM）、固显流隐耦合算法（SEFIM）。文章通过对比分析不同方法的求解精度、稳定性、单核计算效率和并行计算性能，为算法选用提供了理论支持。在求解精度方面，3种方法均能较为精确的求解太沙基一维固结问题。在单核计算效率方面，对比发现FICM对于求解小规模静力流固耦合具有一定优势，而FECM和SEFIM更适合求解动力流固耦合问题。在并行计算性能方面，对比分析了3种不同方法的并行可拓展性与加速比，并针对FECM进行了不同有效单核负载下的可扩展性研究和不同总负载下的加速比研究。结果表明，对于千万自由度量级大规模岩土工程流固耦合仿真问题，FECM和SEFIM均具有较大的优势。其中，显式的FECM方法对于上亿自由度的超大规模问题仍能保持较高的并行加速比。

关键词：有限元；有限体积；流固耦合；高性能仿真；并行求解性能

基于非线性准则的三维土坡稳定性拟动力分析

朱学亮¹，邵  帅^*2，邵生俊^{1, 3}，姬羽菲¹，禹志平¹

（1. 西安理工大学岩土工程研究所，陕西 西安 710048；2. 西安理工大学建筑与城市规划系，陕西 西安 710048；3. 西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点试验室，陕西 西安 710048）

摘  要：线性强度准则被广泛应用于描述岩土材料的抗剪强度。但研究表明，几乎所有岩土材料的强度包络线都具有非线性特性。此外，边坡失稳往往受不利自然因素的影响，特别是地震活动频发的区域。因此，基于极限分析上限法，提出了一种非线性强度准则下三维土坡抗震稳定性分析方法，采用多切线法分段逼近幂律强度准则包络线，以考虑土体强度非线性。同时，引入一种新的三维多锥破坏机制来适应非线性幂律准则。采用修正拟动力法对地震荷载进行表征，考虑土体阻尼特性且不违反边坡表面零应力边界条件。根据功能平衡方程，推导了两种评价边坡稳定性的指标，并结合遗传算法和序列二次规划算法寻找最优解。通过与已有文献比较，验证了所提方法的有效性和准确性。进一步参数化研究揭示了土体强度非线性、地震作用和土体三维几何特性对边坡稳定性的影响。

关键词：幂律准则；广义切线法；三维土坡；拟动力法；极限分析

地质材料对盾构刀具切削性能影响研究

邓龙传^1, 2，李晓昭^*1, 3，赵  鹏¹，许文涛²，张  弛⁴，刘四进⁵

（1. 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室，江苏 徐州 221116；2. 南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210023；3. 深地科学与工程云龙湖实验室，江苏 徐州 221116；4. 上海城建隧道装备有限公司，上海 200137；5. 中铁十四局集团有限公司，山东 济南 210023）

摘  要：探究地质材料对刀具与地层相互作用规律的影响，有助于揭示盾构机在固结砂卵石地层等复杂地层中刀具切削机理和磨损失效机制。从刀具切削受力和切削效率入手，以不同地质材料类型和强度为控制变量，开展了刮刀和聚晶金刚石复合片（PDC）刀具直线切削试验。结果表明：①刀具受力大小和波动性随着地质材料中骨料硬度的增加而增加，骨料硬度的增加使得刀具切削过程更不连续；②最优切削深度随着骨料硬度增大而减小，素混凝土、陶粒混凝土和砂浆的最优切削深度分别为4，5 mm以及大于6 mm。③刀具受力大小及其波动性随地质材料强度增加而增大，在地质材料强度较高时刀具侵入更为困难，切削不连续性增加；④PDC刀具的最优切削深度随着地质材料强度增加而减小，切削C50、C40和C30时的最优切削深度分别为2，2.5 mm以及大于3 mm，圆形PDC刀具和锥形PDC刀具的切削效率变化特征类似，由于圆形PDC刀具切削多为拉应力破坏，导致切削比能更小。

关键词：盾构刀具；地质材料；刀具荷载；切削效率；PDC刀具

正负温条件下土工袋-渠坡膨胀土界面剪切特性对比分析

田金博¹，张勇敢^{1, 2, 3}，鲁  洋^{*1, 3}，刘斯宏^{1, 3, 4}，刘  瑾^{2, 4}，武  猛²

（1. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210024；2. 河海大学地球科学与工程学院，江苏 南京 211100；3. 河海大学大坝长效特性及环保修复技术中西联合实验室，江苏 南京 210024；4. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京210024）

摘  要：土工袋因其优良的工程性能被应用于寒区膨胀土渠道边坡的冻害防治，而土工袋-渠坡膨胀土界面间的力学行为是影响渠坡方案设计的关键因素。利用自研的大型温控直剪试验装置，开展了正负温条件下不同初始含水率土工袋-渠坡膨胀土试样的界面剪切试验，研究了温度和含水率对试样界面的破坏形态、剪切应力-剪切位移曲线、强度特征和剪胀规律的影响。试验结果表明：冻结试样的破坏特征均为典型的强应变软化型，常温试样则呈现弱应变软化和弱应变硬化两种破坏特征；冻结状态下，随着土体初始含水率增加，试样的峰值强度、界面黏聚力逐渐增大，而残余强度与界面摩擦角几乎不受影响；常温状态下，试样的峰值强度、残余强度、界面黏聚力与摩擦角均随土体含水率的增加而减小；此外，冻结试样的法向位移随剪切位移的增加呈现三段式增长趋势，其在整个剪切过程中始终表现为剪胀；常温试样的法向位移-剪切位移曲线较为平滑，整体表现为低

法向应力下剪胀、高法向应力下剪缩，但在相同的法向应力下，处于最优含水率试样的最终剪胀量最小。

关键词：渠坡膨胀土；土工袋；直剪试验；破坏形态；强度特征；剪胀规律

基于纳米压痕的玄武岩微观弹性模量测定及参数尺度升级研究

齐姝霞^{1, 3}，刘一苇^{*1, 2}，唐旭海^{1, 2}，张俊楷³，严成增³，刘泉声¹

（1. 武汉大学土木建筑工程学院，湖北 武汉 430072；2. 武汉大学深圳研究院，广东 深圳 518057；3. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074）

摘  要：玄武岩力学特性与未来海洋资源开采、探月工程和火星基地建设息息相关，由于深海和深空环境下获取完整岩心难度较大，难以通过传统宏观岩石力学试验来准确测定其力学参数。为此，基于微观岩石力学试验与精确矿物晶体模型（accurate grain-based modeling, AGBM），提出了一种适用于非标准尺寸和形状玄武岩样本的力学参数测试方法。利用矿物自动定量分析系统（TESCAN integrated mineral analyzer, TIMA）和纳米压痕测试，分别获取玄武岩的矿物成分、微观结构信息和成岩矿物的微观弹性模量。基于TIMA和纳米压痕得到的微观参数，构建玄武岩精确矿物晶体模型，通过数值模拟玄武岩单轴压缩过程得到玄武岩的宏观弹性模量，进而实现任意小尺寸玄武岩样本的弹性模量测定。研究表明，基于AGBM的数值模拟所得玄武岩弹性模量与宏观试验结果最为接近，显著优于传统的均质化方案，包括Voigt-Reuss-Hill方案、Mori-Tanaka方案及稀释方案。最后，讨论了晶间相力学性质、孔隙率及孔隙填充对AGBM模型尺度升级效果的影响。本研究为小尺寸非标准玄武岩样本的力学性质预测提供了技术支持。

关键词：玄武岩；纳米压痕；多尺度；微观力学性能；尺度升级

基于有效土压力的矩形顶管管周摩阻力计算模型研究

许  勇¹，张  鹏^{*1, 2}，曾  聪¹，梅嘉豪¹，张云龙³，吴如东¹

（1. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074；2. 岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，湖北 武汉 430074；3. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

摘  要：矩形顶管施工中，管周摩阻力是研究顶进力、周围土体扰动的重要参数。为了更加准确地预测矩形顶管管周摩阻力，根据顶管实际施工存在顶进初期无泥浆润滑和后续顶进泥浆润滑两种工况，确定不同润滑注浆条件下管土接触状态，采用相应的摩擦系数，基于太沙基土压力理论，考虑泥浆压力对管周土体的支撑作用，提出矩形顶管侧壁管土接触状态判断方法，并采用管周有效土压力建立了管周摩阻力计算模型，最后与工程实测数据以及其他公式对比分析。结果表明：顶管无泥浆润滑工况下应采用管土全接触模型，接触界面摩擦系数采用无泥浆润滑条件下管土摩擦系数；泥浆润滑工况下，一般注浆润滑区段处于管土全接触和管土部分接触之间，采用无泥浆润滑和泥浆润滑条件下管土摩擦系数平均值；而后续顶进的同步注浆润滑区段，则采用管土部分接触模型，通过管节侧面有效压力0值点可以确定具体接触状态，管土摩擦系数应采用考虑泥浆润滑条件下摩擦系数；与规范计算值及实测值对比发现，本文计算模型均更接近于现场实测值，验证了其用于计算矩形顶管管周摩阻力的准确性。

关键词：矩形顶管；泥浆作用；有效土压力；管周摩阻力

循环加载频率对饱和砂土剪切模量衰退特性的影响

辛双龙¹，王炳辉¹，张  雷^{*1, 2}，张云飞¹，许成顺³，金丹丹⁴

（1. 江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏 镇江 212100；2. 浙江水利水电学院建筑工程学院，浙江 杭州 310018；3. 北京工业大学城市建设学部，北京 100124；4. 江苏大学土木工程与力学学院，江苏 镇江 212013）

摘  要：为揭示饱和砂土在不同加载频率作用下剪应变发展特性和剪切模量的衰退特性，基于竖向-扭转耦合剪切仪设备，开展了不同加载频率下不同相对密实度的饱和砂土不排水循环扭剪试验，采用模量衰退指数δ对饱和砂土的剪切模量衰退特性进行量化，分析饱和砂土的剪应变发展特性及剪切模量衰退特性等。结果表明：随着加载频率f的增大，饱和砂土的剪胀剪缩特性逐渐减小，达到初始液化的循环次数N_L逐渐增加；且f的增大抑制了剪切应变的发展。相近剪应变水平下的δ随f的增大而减小，并提出一种基于剪应变的模量衰退模型预测δ。剪切模量G随着循环次数N和孔压比r_u的增大而逐渐衰减，相同r_u和N水平下，G随f的增大而增大。加载频率f对δ-r_u与δ-N/N_L关系的影响较小，并基于Matasovic模型建立δ-r_u新模型，将Seed单参数孔压模型代入新模型可得到δ-N/N_L新模型，该模型可以较好地预测本文试验数据且适用性较好。

关键词：加载频率；剪应变；孔压比；循环次数；剪切模量；模量衰退

螺槽桩桩网复合地基荷载传递特性试验研究

邓友生^1,3，肇慧玲^*1,3，刘军勇²，庄子颖^1,3，吴阿龙^1,3，陈  茁^1,3

（1. 西安科技大学桩承结构研究中心，陕西 西安 710054；2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室，陕西 西安 710075；3. 西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054）

摘  要：螺槽桩桩网复合地基作为一种新型路用复合地基，可有效减小地基沉降而提高其承载性能。开展圆桩和螺槽桩桩网复合地基模型试验，对比研究路堤荷载作用下路基变形、桩-土应力比、荷载分担比、格栅应变及桩身轴力分布规律，并进一步探究桩网复合地基中螺槽桩桩-土作用机理。结果表明：相比于传统圆桩，螺槽桩桩网复合地基可减小路堤顶面沉降27.3%，显著提高桩网复合地基变形控制效果，且桩体材料用量仅为圆桩的52.1%。螺槽桩桩网复合地基在路基横断面及纵断面均能有效调节不均匀沉降，充分发挥加筋垫层柔性筏板效应。在路堤荷载下，螺槽桩较圆桩桩网复合地基桩-土应力比显著，其荷载分担比上升11.8%，螺槽桩利用桩侧螺旋形槽体结构的多端承载特性及加筋垫层应力扩散效应叠加带动土体共同承载，增强桩-土-加筋垫层共同作用，大幅提高桩体材料利用率，减少原材料用量，促进碳减排。

关键词：螺槽桩；复合地基；荷载分担比；模型试验；承载机理

黏土中海上风电单叶片刚性螺旋桩水平承载特性研究

李心如¹，刘  润¹，王  乐^*1，赵  欢¹，田英辉²

（1. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；2. 墨尔本大学基础设施工程系，澳大利亚 墨尔本）

摘  要：螺旋桩具有安装速度快，承载性能优越等优点，将其作为海上风电的基础，可以有效降低建设成本，促进海上风电规模化发展。在风电服役期间，螺旋桩需要承受巨大的水平荷载。然而，目前针对螺旋桩的研究大都集中于其竖向承载性能，亟需研究螺旋桩的水平承载性能。采用有限元数值分析方法，从螺旋桩转动中心以及桩周土体影响范围等角度，分析研究了叶片尺寸和叶片位置对单叶片刚性螺旋桩水平极限承载力的影响，得到了水平荷载作用下桩周土体的破坏模式，提出了黏土中单叶片刚性螺旋桩水平极限承载力的预测公式。结果表明：螺旋桩水平极限承载力随着叶片直径的增大而增大，随着叶片位置的下移呈现出先增大后减小再增大的变化趋势，当叶片位于螺旋桩底部时，水平极限承载力达到峰值，对于主要承受水平荷载的螺旋桩，建议将叶片设置在0.3～0.5倍桩身埋置深度处或螺旋桩底部。当叶片位于转动中心以上时，桩周土体呈“伴随倒楔形的刚性转动破坏”；当叶片位于转动中心以下时，桩周土体呈“无倒楔形的刚性转动破坏”。

关键词：海上风电；黏土；单叶片；螺旋桩；水平极限承载力