岩土工程协同式风险评估方法

肖  特1, 2, 3，李典庆*1, 2，周创兵4

（1. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072；2. 武汉大学水利水电学院工程风险与防灾研究所，湖北 武汉 430072；3. 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；4. 南昌大学工程建设学院，江西 南昌 330031)

摘  要：空间变异性是岩土材料的固有属性，给岩土工程可靠性分析和风险评估带来了巨大挑战。在随机有限元法的框架下，提出了一种结合多模型效率和精度优势的协同式风险评估方法，通过随机模拟样本空间建立简单模型和复杂模型的内在联系，不仅能灵活地处理复杂的岩土体空间变异性，同时能实现既高效又准确的风险评估。通过基坑、浅基础、边坡等3个典型岩土工程算例验证了协同式风险评估方法的有效性，其计算效率较传统随机模拟方法提高了数个量级，为复杂工程定量风险评估提供切实可行的工具。岩土体三维空间变异性会显著影响岩土工程的失效模式、可靠性和风险，协同式风险评估方法能够合理考虑这些影响，极大促进随机有限元法在实际工程中的应用。多模型协同策略可以推广应用于贝叶斯更新、最优化等诸多目标明确的随机问题。

关键词：岩土工程；空间变异性；可靠性分析；风险评估；多模型协同

适用于黏土砂土统一本构模型的状态参量

姚仰平，孙昊政

（北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 100191）

摘  要：构建黏土砂土统一本构模型的关键在于状态参量。基于状态参量这一核心区别，对比剖析了MIT-S1和CSUH两个黏土和砂土统一本构模型。对比结果表明，MIT-S1模型状态参量不能合理作用于硬化参量，以LCC为参考线定义状态参量δp难以准确刻画砂土剪胀性，且黏土砂土的状态参量不统一；CSUH模型将黏土NCL拓展为砂土NCL，所定义的状态参量ξ能够动态统一地表示黏土和砂土不同密实状态量，准确刻画土的基本特性，并基于特征状态应力比Mc和潜在强度MY合理作用于硬化参量，在应力应变关系的描述上更简洁，有优势。同时对比两个模型黏土和砂土试验的预测结果，进一步验证了以ξ作为状态参量的CSUH模型在描述黏土砂土应力应变关系上的准确性。

关键词：黏土；砂土；MIT-S1模型；CSUH模型；状态参量

CO2置换开采CH4水合物的深海地层多场耦合连续介质数值方法研究

蒋明镜1，李子煜1，李承超1, 2，姜朋明*1

（1. 苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215009；2. 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210029）

摘  要：通过诱导水合物分解的开采方式将致使含天然气水合物沉积物（后称能源土）力学性质劣化，进而可能引发一系列地质灾害。CO2置换法能有效改善地层强度，但目前鲜有研究考虑CO2置换开采的分析方法。基于此，针对CO2置换法开展数值方法研究和应用。通过拓展TOUGH+HYDRATE数学模型、嵌入Chen-Guo模型计算CH4-CO2多元水合物相平衡条件，建立CO2置换的数值模拟器T+MixH V1.0，并与室内试验和已有数值计算结果对比，验证模拟器的可靠性。随后与FLAC3D结合，建立了CO2置换开采工况下的温-压-力-化多场耦合数值分析方法。最后对比分析了南海储层降压、置换开采CH4水合物两种情景以及经历不同开采时间后的能源土地基载荷板试验，结果表明：相比于降压开采方式，置换开采提高了产气量并减缓了地层沉降，其原因在于降压造成的能量损失使CH4水合物分解范围有限，而置换开采在合适的温压条件下自发进行且生成的CO2水合物对地层有一定支撑作用。此外，能源土地基承载特性主要受控于两种因素：孔压变化引起的有效应力变化，水合物分解/生成引起的胶结强度变化。

关键词：深海能源土；二氧化碳置换法；Chen-Guo水合物模型；多场耦合模拟；地基承载力

考虑软黏土循环弱化效应的桩基承载力计算方法

张小玲1, 2, 张晓伟1, 2, 许成顺1, 2

（1. 北京工业大学城市建设学部，北京 100124；2. 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京 100124）

摘  要：在循环荷载的作用下，软黏土的强度与刚度会随着循环荷载的持续作用而降低。目前针对循环荷载作用下软黏土地基中的桩侧荷载传递模型的研究大多基于双曲线模型提出的，模型较为复杂且计算效率低，针对该问题，首先引入一个可以描述软黏土循环弱化特性的土体力学模型，利用ABAQUS子程序二次开发实现了土体的循环弱化特性并引入到桩土相互作用模型的计算中。同时对传统静力桩侧荷载传递模型进行了改进，提出了一个可考虑软黏土循环弱化效应的桩侧荷载传递三折线模型；然后基于荷载传递法的思路建立了桩基承载力的计算方法，该方法可以考虑软黏土的循环弱化效应；将该方法得到的计算结果与相关文献中的模型试验结果进行对比验证，证明了提出的考虑软黏土循环弱化效应的桩基承载力计算方法的正确性和有效性。最后，在海上风电桩基的实际工程中应用该方法进行桩基极限承载力的计算，并分析了循环次数以及循环荷载水平对极限承载力的影响。

关键词：循环弱化效应；桩基承载力；桩土作用模型；三折线模型

基于赤玉土强冻胀特性提高重金属污染黏性土淋洗效率研究

芮大虎1, 2, 王嘉义1, 张  军*1, 2, 潘卫东3, 王  淼4

（1. 河南理工大学土木工程学院，河南 焦作 454000；2. 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 730000；3. 郑州地铁集团有限公司，河南 郑州 450001；4. 黑龙江省水利科学研究院,黑龙江 哈尔滨 150086）

摘  要：冻融协同化学淋洗能够去除黏性土中重金属污染物，但是冻结过程中淋洗液摄入量少，存在淋洗效率低下的问题。利用改善黏性土冻胀性增加水分迁移量以提高淋洗效率的思路，以重金属污染黏性土为研究对象，选用强冻胀性赤玉土为掺料土，开展了土柱冻融-淋洗试验。结果表明，相同冻结条件下赤玉土的冻胀率为124.48%，其冻胀量和吸水量分别为黏性土的5.85倍和4.82倍，具有极强冻胀性；赤玉土对Pb、Cd吸附能力较弱，可以重复利用；掺入赤玉土后黏性土的冻胀量和吸水量显著增加，最大增幅分别为130.91%，113.39%；经3次冻融后，Pb、Cd去除率分别达到57.51%，66.77%，相较未掺入赤玉土组提升173.73%，113.94%。SEM试验表明冻融循环后赤玉土结构破碎严重且孔隙数量增加，有利于水分的迁移和储存。赤玉土作为掺料土提高冻融-淋洗效率的方法在实际工程应用中具有易操作性和普适性，为季节冻土区重金属污染黏性土修复提供了一个新的思路。

关键词：赤玉土；冻融-淋洗；黏性土；重金属污染；土壤修复

锥形桩冻拔特性多因素影响规律及抗拔机理研究

杨志浩1，程世奥2，岳祖润*1，冯怀平2，赵得杰3，马德良1，李同海4

（1. 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北 石家庄 050043；2. 石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043；3. 中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308；4. 中铁十七局集团有限公司，山西 太原 030006）

摘  要：为探究锥形桩冻拔特性演变特征及抗拔机理，研发锥形桩抗冻拔性能测试装置，开展单向冻结下锥形桩冻拔试验，分析桩体材质、锥角、桩周土含水率及冻融循环对锥形桩冻拔性能的影响规律，讨论锥形桩抗拔机理。表明：同等条件下，桩体冻拔位移随锥角增大呈指数形式递减；随冻融循环次数增大，直柱桩冻拔位移增长速率呈半对数形式增长，而锥形桩变化不明显；桩体材质对锥形桩冻拔特性影响显著，且木质桩体会发生融拔现象；单向冻结过程中桩周土内部水分由底部向上迁移，初始含水率越大，水分迁移越明显，桩体冻拔位移越大，但含水率对冻拔位移影响程度弱于锥角；桩周土冻结过程中冻深增大，桩体表面切向冻胀力增大、法向冻胀力由压应力逐渐减小并转换为拉应力，当上述两个力分别大于桩土切向冻结强度和极限法向抗拉强度时，桩体发生冻拔。综合考虑抗冻拔、经济性及对冻土保护，抗冻拔锥形桩锥角宜设计为7°～9°，但仍需考虑桩深参数。

关键词：冻土区；锥形桩；冻拔机理；锥角设计

高饱和度含气砂力学特性试验及状态相关本构模拟

童森杰2，黄茂松*1, 3，时振昊1, 3，王  滨2

（1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092；2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；3. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092）

摘  要：含气砂中气相的特殊存在形式，使其基本性质不同于一般的非饱和土。为分析含气松砂的不排水力学特性及静态液化失稳特性，对配备双压力室体变量测的三轴试验系统进行扩展，实现了高饱和度含气砂的制备和试验。基于改造后的含气土三轴试验系统，开展了一系列饱和砂与含气砂三轴试验，并提出了判别含气砂静态液化的二阶功准则和行列式准则。研究结果表明：少量游离气体可以显著提高触发静态液化时的土体抗剪强度，增加触发静态液化所需要的轴向变形，从而提升其抵抗静态液化的能力。二阶功准则隐含了当前的应变路径，可以准确判定含气砂的静态液化失稳点，而行列式准则是二阶功准则的必要条件，判定了当前状态下是否存在一条使土体丧失稳定性的应变路径，即失稳的下限。

关键词：高饱和度；含气砂；三轴试验；静态液化；二阶功准则；行列式准则

悬挂止水帷幕下非稳定流模型解析解及应用

陈东霞1，杨雪菲1，杨明辉1，孟  旭1，陈  波2，袁  博2

（1. 厦门大学建筑与土木工程学院，福建 厦门 361005；2. 中铁南方投资集团有限公司，广东 深圳 518000）

摘  要：临海地铁深基坑多采用截水联合排水的降水措施，基坑周围的地下水因受海水补给影响多呈非稳定流动性状。为此，建立悬挂式止水帷幕及固定补给下基坑承压含水层抽水数学模型，采用Laplace变换和有限Fourier余弦变换获得水位降深在Laplace空间域内的解，再用Stehfest数值反演法得到其在实际空间的解析解。最后通过退化解和数值模拟分别验证其正确性并讨论分析其影响因素，得到以下结论：抽水后期，地下渗流趋于稳定后，止水帷幕插入比越大，坑内抽水含水层水位降深越大，而坑外抽水含水层水位降深不断减小；当固定补给距离基坑越近，坑内抽水含水层水位达到稳定的时间越短，且达到稳定后水位降深越小；坑外抽水含水层水位降深受含水层各向异性影响明显。同时，定义了相对降深比对固定补给影响分3个区：高影响区、过渡区和低影响区。针对不同影响区提出相应设计及施工方案以确保基坑的止降水效果。

关键词：承压水；悬挂式止水帷幕；非稳定流；解析解；补给分区

水位降落下考虑多参数空间变异性的非饱和库岸边坡时变可靠度分析

邓志平1，邹  艺1, 2，潘  敏*1，蒋水华2，郑克红1

（1. 南昌工程学院水利工程学院，江西 南昌 330099；2. 南昌大学工程建设学院，江西 南昌 330031）

摘  要：库水降落及土体参数空间变异性是影响边坡稳定性的重要因素，对这两种因素作用下库岸边坡进行可靠度评价具有重要意义。但现有可靠度分析大多仅考虑单一抗剪强度参数或水力参数的空间变异性，且仅分析某一时刻的静态可靠度，忽略了多参数空间变异性及时变因素的影响。为此，提出了同时考虑这两种因素的库岸边坡时变可靠度分析方法。采用Karhunen-Loève展开方法对土体参数随机场进行离散，利用分片逆回归（SIR）方法对随机变量进行降维预处理，基于降维后的变量构建高斯过程回归（GPR）代理模型，进而采用蒙特卡洛模拟（MCS）方法评估边坡失效概率。最后，以某一非饱和库岸边坡为例验证了所提方法的有效性，探讨了边坡在不同水位降落工况下的可靠度变化规律，并对关键土体参数进行了敏感性分析。结果表明：所提方法能准确、高效地描绘边坡失效概率（Pf）的时变规律，为考虑多参数空间变异性的非饱和边坡时变可靠度问题提供了一条有效的途径；库水降落越快时边坡安全系数（FS）下降和失效概率上升的速率越快；多个土体参数的空间变异性和相关性均对边坡可靠度计算结果有影响。

关键词：边坡；可靠度；空间变异性；代理模型；时变水位；参数敏感性

考虑空隙压密特征的冻融岩石损伤本构模型

冯  强1，李子俊1，刘炜炜*1，张新鹏1，朱谭谭2，李大海3，常  勇4

(1. 山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛 266590；2. 长安大学公路学院，陕西 西安 710064；3. 中国石油天然管道局有限公司国际分公司，河北 廊坊 065000；4. 中铁一局集团第五工程有限公司，陕西 宝鸡 721006)

摘  要：岩石的非线性压密阶段的变形在复杂环境作用下变化显著。为了更好地描述寒区岩体工程中受荷岩石的各阶段变形破坏特征，对岩石压缩过程中轴向应变差与轴向应变的变化规律进行分析，建立了岩石应力阈值点确定方法。基于颗粒间黏结断裂模型定义各类损伤变量，以空隙闭合点为边界，分段推导了冻融-荷载作用下的损伤演化方程，并将岩石变形视为由空隙和固体颗粒两部分的变形组成，建立了考虑空隙压密特征的冻融砂岩损伤本构模型。开展室内冻融砂岩单轴压缩试验，分析冻融循环-荷载作用下岩石的变形特性和损伤演化规律，验证本构模型的合理性。研究表明：该本构模型的理论曲线与试验曲线较为吻合，反映了冻融受荷岩石变形破坏的全过程，并能表征冻融循环和空隙压密对岩石变形特性的影响。

关键词：冻融岩石；损伤本构；空隙压密；黏结断裂模型；应力阈值点

密实细砂层地铁暗挖隧道新型超前加固材料性能及注浆参数研究

陈  铖1，来弘鹏*1，刘禹阳2，朱新健1

（1. 长安大学公路学院，陕西 西安 710064；2. 长安大学建筑工程学院，陕西 西安 710064）

摘  要：为降低超前注浆加固对地铁暗挖隧道地层环境影响，注浆要求低压缓注。密实细砂层结构紧密、黏粒含量高，导致现有注浆材料在低注浆压力下扩散半径小，无法有效加固隧道掌子面。基于组分活性激发及颗粒尺寸优化理念，以矿渣微粉、超细粉煤灰为主体，掺入适量超细水泥及复合激活凝聚剂，制备了新型注浆材料。通过室内试验，探究了不同配合比、复合激活凝聚剂掺量影响下新型注浆材料浆液流动度、凝结时间及结石体强度变化特性。采用自主研制的小导管注浆足尺试验装置，对比分析了普通水泥、超细水泥及新型注浆材料加固效果，揭示了上覆荷载与含水率影响下新型材料浆液扩散特性及注浆终压变化规律。研究结果表明：水固比为1∶1、矿渣微粉、超细粉煤灰及超细水泥质量比为4∶2∶4，复合激活凝聚剂掺量4%时，新型注浆材料浆液流动性最优、凝结时间可控、结石体强度较高；采用小导管注浆加固时，普通水泥浆液在密实细砂层以压密扩散为主、超细水泥浆液以压密-劈裂为主，新型材料则以渗透-劈裂方式进行扩散。新型注浆材料扩散性能及加固效果最优，超细水泥次之，普通水泥最差；注浆前期，新型材料应保持低压注浆，防止注浆量过大，引起砂土局部劈裂，造成加固失效的问题；新型材料注浆终压随上覆荷载及含水率的增加呈线性增长，上覆荷载增加50 kPa，注浆压力增大50 kPa左右。含水率增加2%，注浆压力增加量约为40 kPa。研究结果对注浆加固工程理论研究及工程应用有一定指导意义。

关键词：地铁隧道；浅埋暗挖法；密实细砂层；小导管注浆加固；浆液扩散特性；注浆参数

基于静力推覆试验的土体-沉管隧道反应机制研究

程新俊1, 2，徐琨鹏*1，景立平3，崔  杰4，李亚东4，梁海安2

（1. 广东石油化工学院建筑工程学院，广东 茂名 525000；2. 东华理工大学土木与建筑工程学院，江西 南昌 330013；3. 中国地震局工程力学

研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080；4. 广州大学土木工程学院，广东 广州 510006）

摘  要：目前地下结构静力推覆试验仅限于土层一致变形，缺乏面向土层相对变形作用时地下结构抗震分析的试验方法。为此，设计了局部推覆试验机制，开展了土体-沉管隧道静力推覆模型试验，重点分析了沉管隧道、场地土的变形与受力特征，揭示了接头失效模式，探讨了场地土-沉管隧道相互作用机制。试验结果表明：沉管隧道因柔性接头的作用，对场地的适应性强，随着土层相对变形的加剧，靠近推覆端与远离推覆端管节相同埋深处受到的土压力差最大可达71.6 kPa，管节之间发生明显的相对位移；接头失效时，破坏现象主要集中在靠近推覆端管节剪力键处，其层间位移角达1/223，而远离推覆端管节仅为1/1024；场地土-沉管隧道相互作用主要经历了场地土挤密、土层相对变形迅速发展及接头失效3个阶段，场地土挤密阶段管节本体刚度维持较好，靠近推覆端与远离推覆端土-结构相互作用系数发展缓慢，土层相对变形迅速发展阶段管节之间发生明显的相对位移，靠近推覆端土-结构相互作用系数突破1，远离推覆端土-结构相互作用系数仍发展较缓，接头失效阶段，靠近推覆端土-结构相互作用系数可达3.1，远离推覆端土-结构相互作用系数仅为0.67。研究成果可为沉管隧道抗震性能分析与地震风险评估提供试验依据与技术支撑。

关键词：地下结构抗震；沉管隧道；静力推覆模型试验；接头；变形模式

夯土遗址掏蚀区夯补体-本体界面阻裂措施性能与机理研究

崔  凯1, 2，许鹏飞1, 2，于翔鹏1, 2，邵会安1, 2，韦  鑫1, 2

（1. 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃 兰州 730050；2. 兰州理工大学丝绸之路文化遗产保护研究院，甘肃 兰州 730050）

摘  要：夯补体与原遗址本体交界面工后开裂是目前夯土遗址根部掏蚀区加固普遍存在的痛点问题。研究通过设置无阻裂措施（WZ）与设置垫层（DC）、界面锚固（MG）、界面刻槽（KC）以及设置垫层+界面锚固+界面刻槽组合加固（DMK）4种阻裂措施的现场加固试验、应变和含水率的连续同步监测。分析了各阻裂措施下界面宏观裂缝发育、界面单日应变和界面塑性累积应变的变化规律，阐释了各阻裂措施对界面的阻裂性能与机制。结果表明：基于文中所设计的5种工况，在水分快速散失过程中，界面宏观裂缝发育、界面单日应变以及界面塑性累积应变的大小关系始终表现为WZ>DC>MG>KC>DMK，DMK的阻裂效果表现最佳，在该模式下界面的黏结强度主要由界面黏结力，锚杆的锚固力、摩擦力和销栓力，凹槽咬合力和黏结力等共同承担。

关键词：夯土遗址；掏蚀区；界面阻裂；性能；机理

电化学注浆-碳化联合加固软土地基试验研究

古文博1, 2, 3，童立元*1，闫  鑫1，刘文源1，刘松玉1，仇  涛1

（1. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 211189；2. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院，河南 郑州 450099；3. 水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心，河南 郑州 450099）

摘  要：“双碳”背景下的软土地基处理近年来是一个研究热点。介绍了一种电化学注浆联合CO2碳化加固软土地基的新技术，即在电化学注浆过程中利用通气设备向土体注入CO2气体进行碳化固化以达到快速、大幅度提高软土地基强度的目的。通过室内模型试验，将所提方法与传统电化学注浆法处理后的土体不排水抗剪强度进行对比分析，并实测了电化学注浆-碳化联合加固过程中土体导电性和土体的pH值，论证了该技术加固软土地基的优越性。通过扫描电镜试验了解了电化学注浆-碳化联合固化软土后土体的微观胶结情况并揭示了其微观加固机理。试验结果显示：与传统电化学注浆加固效果相比，使用去极化CaCl2溶液和Na2SiO3溶液进行电化学注浆-碳化联合加固软土地基会使土体不排水抗剪强度有很大的提升，其中碳化作用贡献占比超过一半。研究表明该技术兼具固碳与软弱土体固化效果，对地基处理的低碳化发展具有重要意义。 

关键词：软土地基；电渗；电化学注浆；碳化；联合加固；室内试验

砂卵石地层盾构均匀磨损刀盘刀具设计方法研究

张晋勋1，李  博*1，江玉生2，周刘刚1，殷明伦1，孙正阳1，江  华2

（1. 北京城建集团有限责任公司，北京 100088；2. 中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 100083）

摘  要：为解决砂卵石地层土压平衡盾构掘进中整盘刀具非均匀磨损问题，基于摩擦磨损原理，建立刀具磨损量计算方法，提出盾构整盘刀具均匀磨损理论及刀盘刀具设计方法。采用EDEM颗粒流数值软件，构建6.6 m砂卵石地层均匀磨损盾构掘进模型，验证了整盘刀具的均匀磨损性能。研究表明：①通过设计不同的刀盘线形，并在各轨迹半径上布置特定的刀具数量能够实现整盘刀具的均匀磨损；②刀盘线形及刀具数量与“环向布刀指数 ”、“地层岩性指数n”有关。地层条件一定时， 值是影响均匀磨损盾构刀盘刀具设计的关键因素，对于常规直径盾构（2.5 m≤R<6 m），合理的 值范围为1.83～2。对于大型盾（R≥6 m）， =2，应设计平面刀盘，并在各轨迹上按照径向尺度的平方布设刀具数量；③均匀磨损方案下，整盘刀具磨损程度差异较小，外圈刀具磨损系数降低，最大不换刀连续掘进距离大幅增加。

关键词：砂卵石地层；盾构；均匀磨损；EDEM；刀盘刀具

新型凝胶电极强化铜铅污染黄土电动去除效率的试验及内在机理研究

康农波1, 2，郑文杰*1, 2，胡文乐1, 2，王艺涵1, 2

（1. 西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055；2. 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室，陕西 西安 710055）

摘  要：以人工配制铜铅污染黄土为研究对象，采用团队自制新型凝胶电极并结合电动修复技术，研究污染黄土铜铅离子迁移规律，以土工合成材料（EKG）和新型凝胶电极为电动修复的对照组，通过采用新型凝胶电极结合不同强化手段的联用方式下，分析试验过程中电动修复参数的演变规律，揭示不同的强化方法对重金属离子去除效率的影响及内在机理。结果表明：酸预处理结合阴极酸碱度的自主调控能够显著降低阴极附近的沉淀现象和降低pH值，致使整个环境体系利于阴阳离子定向迁移，从而提高电流和温度，强化电动修复去除效率，进而表明该方法去除铜铅重金属的有效性及强化去除的可行性，而交换电极与点加酸联用手段显著降低阴极附近离子的聚集问题；基于新型凝胶电极的微观机理，该电极具有极小的电化学极化、低电阻和高导电性等方面的优越性能。因此，本研究提出了一种采用新型凝胶电极结合新的强化手段提高去除效率的方法，并解决电动过程中“电化学极化”和“聚焦效应”问题。

关键词：黄土；电动修复；凝胶电极；聚焦效应；去除效率

分形导数西元流变模型及其工程应用

尹  倩1, 2，龚维明*1, 2，戴国亮1, 2, 王博臣1, 2, 竺明星3, 阮  静4, 刘  强5, 张  凡5

（1. 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，江苏 南京 211189；2. 东南大学土木工程学院，江苏 南京 211189；3. 江苏科技大学土木与建筑工程学院，江苏 镇江 212100；4. 江苏省交通工程建设局，江苏 南京 210004；5. 中交公路规划设计院有限公司，北京 100000）

摘  要：软土具有典型的非线性流变特性，传统黏弹塑性元件模型难以高效描述其三阶段流变行为。采用分形阻尼器取代传统阻尼器，考虑软土的损伤演化，提出了改进的能完整描述包含衰减流变、稳定流变及加速流变在内的三阶段黏弹塑性流变特性的分形导数西元流变模型，并给出了解析解。模型具有精度高和计算简捷的特点，与试验结果吻合良好，证明了其合理性。基于ABAQUS平台，编制了分形导数西元黏弹塑性流变模型的UMAT子程序，并通过软土三轴流变试验和路堤工程实例验证了子程序的有效性。结果表明，所建立的模型及开发的子程序能准确地反映软土的完整三阶段非线性流变特性。

关键词：分形导数；软土流变特性；黏弹塑性；ABAQUS；UMAT 

基于动态CT扫描的非饱和颗粒材料水-力特性微观试验研究

栾纪元，葛尚奇，王冀鹏*

（山东大学土建与水利学院，山东 济南 250001）

摘  要：现有非饱和土力学主要聚焦于宏观或介观单元体尺度的研究，有关非饱和土的精准的微观试验研究仍然较为缺乏。针对非饱和土体微观水-力耦合试验的需求，研发适用微焦点CT（computed tomography）三维成像系统的微型非饱和三轴试验装置，开展吸力控制条件下的三轴剪切-动态CT扫描试验，获得干燥与非饱和状态颗粒材料试样在三轴剪切试验过程中多个状态的微米级高分辨率三维CT图像，运用图像标记处理与代表体积单元（RVE）分析方法，探究了微观因素对非饱和颗粒材料整体水力-力学特性的影响规律。结果表明，非饱和颗粒材料三轴剪切排水过程中，试样内连续分布的大体积孔隙水团逐渐排出或分解为离散的小体积液相团簇，颗粒间接触位置及孔隙中喉道处的小体积水相团簇（液桥）的联结作用是影响非饱和试样整体强度提升的主要微观因素之一；气-液交界面表面积变化峰值出现在30%饱和度左右，在25%～35%的饱和度范围（轴向应变2%～5%）存在较多弯月面，增大的气-液交界面面积对整体强度提升存在增益效应，固-液交界面面积主要由饱和度决定，其变化对整体强度提升无明显影响；亚颗粒尺度的颗粒间接触配位数演化行为可以表征颗粒骨架结构的变化规律，非饱和状态试样剪切排水初期（轴向应变0～2%），样品湿润程度降低，颗粒间接触配位数略有增多，摩擦力增大，且颗粒间接触处形成的液桥可减缓颗粒材料的接触损失，两者均可提升应力增长阶段的整体强度。

关键词：非饱和颗粒材料；微型三轴试验装置；X射线CT扫描；微观力学特性

近断层地震动下顺倾边坡非规则坡面对抗滑桩最优位置加固效果研究

杨岩松1，肖  宇1，李得建*1，程  肖2，俞强山1，余鹏程1

（1. 西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031；2. 四川大学灾后重建与管理学院，四川 成都 610065）

摘  要：自然界中顺倾边坡坡面大都呈非规则形态，其坡面几何凹凸特性和节理特性对边坡稳定性影响显著，使得采用抗滑桩加固边坡存在最优加固位置问题，并且在具有短时高能的近断层脉冲地震动下该问题显得更为突出。基于此，采用极限分析上限法和Newmark永久位移法建立了基于非规则坡面的抗滑桩加固边坡能耗分析模型，通过开展不同坡面的顺倾边坡理论与数值计算的失稳区域对比，验证了所提改进方法计算结果的准确性。结果表明：①坡面几何特性对边坡稳定性的影响更依赖于边坡折线角度βi的大小，其次是折线高度ai；②随黏聚力cr和内摩擦角φr的增大，βi对边坡稳定性的影响逐渐变大；节理倾角在10°～25°范围内，其对凸面坡稳定性影响最敏感；③非规则坡面顺倾边坡在脉冲地震动下抗滑桩最优加固位置相对于非脉冲地震动下更敏感，上凸下凹面坡抗滑桩最优加固位置在边坡中部偏上（xp/xl=0.6～0.7）。凹面坡、凸面坡、上凹下凸面坡及直线面坡抗滑桩最优加固位置在中部左右（xp/xl=0.4～0.6）。研究成果可为类似工程中近断层非规则坡面顺倾边坡抗滑桩最优加固位置提供理论支撑和指导。

关键词：非规则坡面几何特性；近断层脉冲地震动；顺倾边坡；永久位移；抗滑桩最优加固位置

不同级配GMZ膨润土颗粒混合物的热传导特性研究

张  召1, 2，叶为民*1，李昱宛1, 3，贺  勇1, 2，王  琼1，陈永贵1

（1. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092；2. 中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083；3. 中船勘察设计研究院有限公司，上海 200063）

摘  要：作为高放废物深地质处置库施工接缝的回填材料，膨润土颗粒混合物导热性能对处置库安全评价至关重要。以中国深地质处置库首选缓冲/回填材料高庙子（GMZ）膨润土为对象，开展了水化过程中、自由填充和给定干密度条件下不同级配膨润土颗粒混合物试样的导热性能试验。结果表明，对于自由填充情况的颗粒混合物，导热系数随粒径的增加呈先增加后降低变化，而给定填充密度的混合物导热系数随粒径的增加单调降低；连续水化过程中，不同级配混合物导热系数的时程曲线均可分为快速增长段和稳定段，其发展趋势与稳定时间受颗粒组成影响；膨润土颗粒水化膨胀充填粒间孔隙，浸润峰由上、下端不断向中部发展，混合物由颗粒型结构逐渐向连续均匀型结构发展；接近饱和状态后，颗粒混合物和压实膨润土的导热系数随干密度的发展规律具有一致性。

关键词：深地质处置；膨润土颗粒；导热系数；粒径级配

基坑地下水回灌模型试验研究

曾超峰1, 2，陈宏波1, 2，王  硕1, 2，薛秀丽1, 2，蔡  钢1, 2，朱  彤3，韩  磊4，徐长节5

（1. 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；2. 湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201；3. 中国建筑股份有限公司，北京 100029；4. 中国建筑第八工程局有限公司，上海 200122；5. 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室，江西 南昌 330013）

摘  要：基坑降水会引发基坑周围环境显著沉降，地下水回灌则常用来限制抽水引起的沉降；然而，在实际回灌工程中，往往需要预先开展多组回灌试验来测试回灌效果，并以此为依据确定正式的回灌运行方案；如果能在实验室环境中对各种回灌工况进行缩尺物理模拟，将有助于更加经济且高效地确立回灌优化方案。以天津某地铁基坑工程为背景开展了基坑抽水与回灌室内模型试验，探讨了在实验室尺度下再现实际基坑地下水回灌的可行性；具体地，通过布设水位观测井、位移传感器及应力传感器，实时监测了基坑抽水与回灌过程中坑内外水位变化、围护结构侧移和其两侧水土压力变化及坑外地表沉降，探讨了不同回灌量条件下水位及坑外地表沉降随时间的变化规律。研究表明：①实验室尺度下的基坑抽水-回灌试验可较好地再现实际基坑抽水与回灌所带来的水位下降与抬升；②在坑外紧邻基坑围挡处进行回灌时，回灌井底部附近水压力明显增大，由此可诱发相应位置处围挡向坑内运动并进而导致坑外地面沉降，实际工程中应谨慎确定紧挨基坑围挡处回灌井的回灌量以避免围挡向坑内的大幅偏转及由此带来的沉降增量，对于地表变形需严格控制的工程，不宜将回灌井设置在坑外紧邻基坑围挡处。

关键词：基坑降水；地下水回灌；地表沉降；变形控制；模型试验

上覆回填土的吹填淤泥地基反向真空预压法试验研究

高紫阳1, 2, 3, 4，王  军1, 2, 3, 4，高明伟1，朱萧霄*1, 2, 3, 4，符洪涛1, 2, 4，徐  昭5，吕有畅5

（1. 温州大学建筑工程学院，浙江 温州 325035；2. 浙江省软弱土地基与海涂围垦工程技术重点实验室，浙江 温州 325035；3. 浙江省超软土工程技术与智能化监测国际科技合作基地；，浙江 温州 325035；4. 浙江省滩涂整治及生态保护协同创新中心，浙江 温州 325035；5. 温州市瓯飞开发建设投资集团有限公司，温州 浙江 325000）

摘  要：针对传统真空预压加固吹填淤泥地基时，深层土体加固效果不佳和真空压力沿程损失大等问题，提出了反向真空预压法，即采用反向排水板将真空压力直接施加于深层土体。通过室内模型试验，探究了回填土厚度对反向真空预压法加固效果的影响。结果表明：与传统真空预压法相比，反向真空预压法处理的排水量增加了16.46%，深层土体十字板剪切强度提高了20.50%，土体的整体加固效果得到显著改善；随着回填土厚度的增大，淤泥层十字板剪切强度沿深度方向递减的幅度明显减小，处理效果更加均匀。此外，通过与传统真空预压法现场对比试验发现，反向真空预压法处理后土体的表层沉降量增大15.70%，深层土体孔压消散量增加了26.20%，平均十字板剪切强度提高了21.12%。因此得出反向真空预压法是一种有效的地基处理方法，尤其深层土体加固效果更优。

关键词：反向真空预压法；RPVD；回填土

大直径双层配筋管桩接头抗弯性能试验研究

戚玉亮1, 3，唐孟雄2，黄柯柯1, 3，梁伟键1

（1. 广州建筑产业研究院有限公司，广东 广州 510663；2. 广州建筑股份有限公司，广东 广州 510030；3. 广州建筑产业开发有限公司，广东 广州 510663）

摘  要：传统的抗侧力管桩焊接接头部位存在抗弯承载力不足而出现破坏，成为影响影响其安全和使用的关键问题。本论文基于大直径内外双层配筋管桩接头进行了足尺模型抗弯试验，研究了优化双层配筋构造、改进钢筋锚固方式、提高混凝土强度等级、添加钢纤维等增强措施，对管桩接头抗弯性能、变形破坏特征、裂纹分布特点的影响。研究结果表明，焊接管桩接头极限弯矩达不到整桩的规范值，其主要失效模式是两端板上部被挤压变形下部呈鼓形张开，桩箍上边缘的混凝土压碎，桩身下部混凝土变形拉裂。采取的增强措施仅在一定程度上提升了两节管桩接头开裂弯矩的阈值，随着端板开洞数量的增加，管桩接头的抗弯承载力随之降低。最后提出了新型抗弯管桩接头，其采用套箍和端板处设置加劲肋接头构造形式，并在桩接头处换用钢纤维混凝土桩身，该种接头有效提高了管桩接头的抗弯性能，使管桩具有良好的韧性与延性。

关键词：大直径管桩；抗弯承载力；足尺模型试验；新型抗弯管桩接头；钢纤维混凝土