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巫山段岸坡水岩劣化特征及危岩失稳破坏模式 被引量：3
1
作者 刘新荣 罗新飏 +4 位作者 郭雪岩 周小涵 王浩 许彬 郑颖人 《工程地质学报》 北大核心 2025年第1期240-257,共18页
消落带干湿循环,江水、地下水的渗流、溶蚀等现象表明三峡库区长期处于频繁的水活动环境中。在复杂的水文地质环境下,巫山段岸坡内形成多处危岩体,存在较大发生地质灾害的可能性。本文主要对三峡库区巫山段岸坡危岩进行了实地调研,结合... 消落带干湿循环,江水、地下水的渗流、溶蚀等现象表明三峡库区长期处于频繁的水活动环境中。在复杂的水文地质环境下,巫山段岸坡内形成多处危岩体,存在较大发生地质灾害的可能性。本文主要对三峡库区巫山段岸坡危岩进行了实地调研,结合调研结果与地质资料,明确了该段内的水岩劣化特征、岸坡危岩分布及类型、危岩稳定性影响因素和失稳破坏模式。结果表明,段内消落带具有明显的水岩物理、化学、应力劣化特征,且3类水岩作用共同影响着消落带的形态、强度以及岸坡的稳定性。巫山段岸坡危岩的形成主要受到地质结构因素、环境因素与时间效应的综合影响,危岩类型可概化为塔柱状、板状、楔形状、排柱状4类。岸坡危岩稳定性关键影响因素主要为消落带岩体劣化、软弱夹层、后缘深大裂隙、库水诱发地震与其他环境因素,与水岩劣化作用联系紧密。提出了4类岸坡危岩失稳破坏模式:基座溃屈型、滑移型、倾倒型(渐进倾倒)、溶蚀坠落型,并对巫山段岸坡危岩的防治措施提出一定的建议。 展开更多
关键词 三峡库区 岸坡危岩 水岩劣化 失稳破坏 灾害防治
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中更新世黄土的湿陷特性及其湿陷预测模型 被引量：2
2
作者 付昱凯 李广林 +2 位作者 李同录 张子然 刘贺 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第1期159-166,共8页
间歇性的地表灌溉或工程运营引起的长期地表渗漏,会导致深层中更新世(Q_(2))黄土的增湿变形,进而影响构建筑物安全。为了预测Q_(2)黄土的湿陷变形特性,对陕西泾阳原状Q_(2)黄土进行了多个含水率下的高压固结试验,得到不同含水率及压力... 间歇性的地表灌溉或工程运营引起的长期地表渗漏,会导致深层中更新世(Q_(2))黄土的增湿变形,进而影响构建筑物安全。为了预测Q_(2)黄土的湿陷变形特性,对陕西泾阳原状Q_(2)黄土进行了多个含水率下的高压固结试验,得到不同含水率及压力下的湿陷系数,并基于试验结果,在δ_(s)-lgp半对数坐标系中,利用线性及Lorentz型函数构建Q_(2)黄土湿陷系数的压力相关模型,然后基于模型参数与含水率相关性,建立湿陷系数与压力和含水率的二元函数三维模型。试验结果表明:随着荷载的增大,黄土的湿陷系数在δ_(s)-lgp半对数坐标系中均呈现出线性缓增-骤增-峰值-减小的变化趋势,且各含水率下缓增-骤增阶段的分界压力不随含水率的变化而改变,均为饱和状态压缩曲线的结构屈服压力;各含水率下峰值湿陷系数和对应的压力均随含水率的增大逐渐减小。建立的湿陷系数模型能较好地描述Q_(2)黄土高压力范围内各含水率下湿陷系数随压力的变化,可用来预测Q_(2)黄土在不同含水率和荷载下的湿陷系数,对深厚层Q_(2)黄土的浸水、增湿湿陷评价具有实际意义。 展开更多
关键词 中更新世黄土 湿陷变形 湿陷系数 压力 含水率 湿陷模型
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水岩-应力松弛耦合作用下泥岩多尺度劣化机制 被引量：1
3
作者 王宇 闫亮 +1 位作者 茆苏徽 陈涛 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期845-857,共13页
为探讨水岩-应力松弛耦合作用劣化机制,将自研的水岩耦合试验装置搭载于RMT-150C岩石力学试验平台,开展了不同松弛应变水平下的水岩-应力松弛特性试验及单轴压缩破坏试验,并结合核磁共振测试、SEM电镜扫描和溶液参数测试进行不同损伤状... 为探讨水岩-应力松弛耦合作用劣化机制,将自研的水岩耦合试验装置搭载于RMT-150C岩石力学试验平台,开展了不同松弛应变水平下的水岩-应力松弛特性试验及单轴压缩破坏试验,并结合核磁共振测试、SEM电镜扫描和溶液参数测试进行不同损伤状态下的泥岩宏-细-微观结构特征劣化规律分析。研究结果表明:(1)泥岩在水岩耦合作用下的应力松弛表现为典型的非完全衰减松弛,包含快速、减速及稳定松弛3阶段。(2)水岩-应力松弛过程中,水岩作用对微小孔数量增多起主导作用,而应力松弛使得微小孔迅速发育连通,向中、大孔隙转化;水岩-应力松弛作用导致泥岩细观结构由平整、致密、孔洞裂隙少向凹凸不平、松散、孔洞裂隙发育转化。(3)水岩-应力松弛过程中,浸泡溶液的pH值、TDS值及各离子浓度变化规律基本表现为随时间先增大后稳定,表明水岩-应力松弛耦合作用初期,水化反应剧烈,矿物颗粒溶蚀、水解程度高,随后水化反应放缓进入稳定状态。(4)水岩-应力松弛过程中,泥岩劣化由微-细-宏观尺度层层递进并相互影响,为此探讨建立了宏-细-微观劣化机制。 展开更多
关键词 岩石力学 泥岩 水岩-应力松弛 劣化机制
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海相软土无侧限抗压强度曲线类型分类及影响因素 被引量：1
4
作者 苟富刚 龚绪龙 《工程地质学报》 北大核心 2025年第1期20-28,共9页
无侧限抗压强度是岩土设计中的一种代表性强度。基于连云港地区186组海相软土无侧限抗压强度试验(UTC),对其应力-应变曲线类型进行了分类统计,探讨了影响应力-应变曲线的因素。研究结果表明:应力-应变曲线类型可以归为3个类型。Ⅰ类曲... 无侧限抗压强度是岩土设计中的一种代表性强度。基于连云港地区186组海相软土无侧限抗压强度试验(UTC),对其应力-应变曲线类型进行了分类统计,探讨了影响应力-应变曲线的因素。研究结果表明:应力-应变曲线类型可以归为3个类型。Ⅰ类曲线为软化型,具有明显的轴向应力峰值,Ⅰ类曲线数量占比27%;Ⅱ类曲线为稳定性,不具有明显的峰值,一般应变大于15%后轴向应力才趋向一个定值,Ⅱ类曲线数量占比35%;Ⅲ类曲线为应变硬化型,应变大于20%时轴向应力还没有收敛趋势,Ⅲ类曲线数量占比38%。振动可以促使应力-应变曲线类型由Ⅰ型逐渐转化为Ⅲ型,且破坏应变随着振动时长的增加而变大,无侧限抗压强度数值逐渐减小。取样器类型也对曲线类型有显著影响,Ⅰ类曲线中采用薄壁获取样品的占比90%,厚壁获取样品仅占比10%。K_(0)固结预处理可以恢复土体地应力,促使曲线类型由Ⅱ、Ⅲ型转化为Ⅰ型,获取的抗剪强度接近原位试验获取的土体抗剪强度,且随着取样深度的增加,进行土体应力恢复效果越明显。 展开更多
关键词 无侧限抗压强度试验 应力-应变 K_(0)固结 薄壁取样器 抗剪强度
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考虑土拱效应的渗流作用下砂漏型岩溶塌陷机理 被引量：1
5
作者 高旭 吴诗 +2 位作者 晏鄂川 熊启华 陈诺 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第2期164-172,共9页
渗流作用下砂漏型岩溶塌陷在“上黏下砂”二元结构覆盖层隐伏岩溶区经常发生,此类塌陷宏细观力学机理和漏砂启动力学评价模型的研究还不充分。以武汉市二元结构覆盖层岩溶区由岩溶水位降低诱发的陆家街岩溶塌陷为例,采用物理模型试验和P... 渗流作用下砂漏型岩溶塌陷在“上黏下砂”二元结构覆盖层隐伏岩溶区经常发生,此类塌陷宏细观力学机理和漏砂启动力学评价模型的研究还不充分。以武汉市二元结构覆盖层岩溶区由岩溶水位降低诱发的陆家街岩溶塌陷为例,采用物理模型试验和PFC(particle flow code)-CFD(computational fluid dynamics)耦合数值试验探索塌陷破坏的宏细观力学机理,并构建渗流作用下漏砂启动的土拱极限平衡力学评价模型。结果表明:(1)物理模型试验和数值模型试验得到的陆家街塌陷临界水位差分别为7.2 m和8.0 m,误差约10%,漏砂启动后砂层底部孔隙水压力骤降,地表沉降增加;(2)在到达临界水位差之前,岩溶开口处砂层流速增大而孔隙水压力减小,土拱水平应力、竖向应力以及侧压力系数增大,且水力梯度增大速率明显大于侧压力系数;(3)所构建的渗流作用下土拱极限平衡模型表明,随着水位差增加,土拱中致塌力和抗塌力都在增加,但致塌力增大更明显。研究结果对提高砂漏型岩溶塌陷防灾监测水平具有重要意义。 展开更多
关键词 二元结构覆盖层 砂漏型岩溶塌陷 渗流作用 临界水位差 土拱效应
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化学溶液作用下红层泥岩崩解特性与驱动机制
6
作者 凌斯祥 冯俊杰 +5 位作者 李晓宁 张杰 张国栋 黄世光 巫锡勇 冯宇淞 《工程地质学报》 北大核心 2025年第1期106-122,共17页
为研究红层泥岩在化学溶液作用下的崩解特性与驱动机制,本文以川中盆地侏罗系红层泥岩为研究对象开展了pH=3、5、7、10、12条件下的室内静态浸泡崩解试验,综合采用耐崩解性指数(I_(dN))、崩解小颗粒指数(L_(dN))、分形维数(D_(s))、崩解... 为研究红层泥岩在化学溶液作用下的崩解特性与驱动机制,本文以川中盆地侏罗系红层泥岩为研究对象开展了pH=3、5、7、10、12条件下的室内静态浸泡崩解试验,综合采用耐崩解性指数(I_(dN))、崩解小颗粒指数(L_(dN))、分形维数(D_(s))、崩解比(D_(r))、标准基础熵(S_(b))、表面能耗散定量刻画红层泥岩崩解过程、程度及其变化规律,引入红层泥岩崩解的微观结构、水离子变化和能量耗散,揭示红层泥岩崩解的驱动机制。结果表明,崩解循环初期,中性溶液以0.075~1.25 mm小粒径颗粒为主,碱性溶液以1.25~5 mm中等粒径颗粒为主,而酸性溶液的2~10 mm粗颗粒含量较大;崩解循环中后期,碱性溶液更易崩解形成较多<0.075 mm细颗粒,而酸性溶液则需要更多崩解循环次数才能形成更多细颗粒。岩石崩解指标中,分形维数(D_(s))最适用于描述红层泥岩崩解,其次为标准基础熵(S_(b)),可更为全面描述红层泥岩崩解物颗粒分布特征。基于能量耗散理论,酸碱溶液对红层泥岩崩解新增表面能(ΔW)影响较大,且酸碱性越强其能量耗散震荡亦越大,厘清了红层泥岩在不同pH值溶液浸泡下崩解初期的崩解强度为:中性>碱性>酸性,但崩解中后期的崩解强度已转变为:碱性>酸性>中性。红层泥岩崩解主要受颗粒连接弱化、矿物裂隙扩张和内部膨胀的物理驱动机制,矿物溶蚀、离子交换与离子吸附的化学驱动机制造成。 展开更多
关键词 崩解指标 崩解特性 红层泥岩 浸水-失水循环 能量耗散 崩解驱动
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法向循环荷载下细颗粒氯盐渍土剪切特性研究
7
作者 侯娟 张宸 +2 位作者 张金榜 马艳霞 张吾渝 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期898-907,共10页
为了研究法向循环荷载作用下盐渍土的剪切性能,本文针对青海地区的细颗粒氯盐渍土,开展了一系列法向循环荷载下的大型直剪试验。研究了初始含水率、静荷载、法向循环荷载初始应力、循环幅值和循环频率等对细颗粒氯盐渍土剪切特性的影响... 为了研究法向循环荷载作用下盐渍土的剪切性能,本文针对青海地区的细颗粒氯盐渍土,开展了一系列法向循环荷载下的大型直剪试验。研究了初始含水率、静荷载、法向循环荷载初始应力、循环幅值和循环频率等对细颗粒氯盐渍土剪切特性的影响。研究结果表明,含水率对细颗粒氯盐渍土的残余强度具有显著地影响。当含水率非常接近最优含水率时,细颗粒氯盐渍土仅出现微小的裂隙。但是,当含水率低于最优含水率时,细颗粒氯盐渍土在剪切初期会出现较多的裂隙,但在剪切后期裂隙会减少。当含水率高于最优值时,细颗粒氯盐渍土整体剪切界面会出现团粒状土样,团粒间裂缝较大,且土体抗剪强度明显下降。细颗粒盐渍土出现细小裂隙后随上覆动荷载迅速扩展,进而导致细颗粒盐渍土路基产生不均匀沉降。法向循环荷载作用下,较小的荷载频率仅对细颗粒氯盐渍土的残余强度有较明显地影响。但是,较大的荷载频率对细颗粒氯盐渍土的峰值强度和残余强度均有较明显的影响,且随着荷载频率的增大而增大。高循环荷载幅值下,细颗粒氯盐渍土的峰值剪切强度较静载有所增高。但低频率和低幅值的法向循环荷载会明显地降低细颗粒氯盐渍土的抗剪强度。同时,颗粒的重分布导致剪切应力峰值与法向应力峰值之间存在一个时间差。颗粒大小和级配影响时间差,进而影响法向循环荷载下土体的剪切性能。该研究结果可为细颗粒氯盐渍土的路基设计和施工提供理论指导和施工技术指标。 展开更多
关键词 氯盐渍土 剪切强度 交通荷载 含水率
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不同含石量条件下TBM渣料剪切特性研究
8
作者 罗璟 董自涛 +5 位作者 裴向军 时幸幸 杨沛璋 刘卓 李鹏 贾杰 《工程地质学报》 北大核心 2025年第4期1280-1293,共14页
TBM渣料主要由细砂和针片状碎块石组成,属于不良级配土,含石量变化大,土体结构独特,变形强度特征有别于其他类型的土石混合体。本文依托喜马拉雅东部多雄拉隧道TBM弃渣场,通过现场调查和三维激光扫描技术量化渣料形状和结构特征,提出适... TBM渣料主要由细砂和针片状碎块石组成,属于不良级配土,含石量变化大,土体结构独特,变形强度特征有别于其他类型的土石混合体。本文依托喜马拉雅东部多雄拉隧道TBM弃渣场,通过现场调查和三维激光扫描技术量化渣料形状和结构特征,提出适用于TBM渣料的离散元直剪模型构建方法,结合室内大型直剪试验和PFC^(3D)离散元数值模拟,揭示不同含石量条件下TBM渣料宏观力学规律和细观变形破坏机制。研究结果表明:TBM渣料中碎块石形状近似于刀盘状、条棒状和圆盘状,在人工堆置过程中,碎块石长轴方向与水平面之间的夹角主要分布在0°~20°,土体结构表现出显著的空间定向性;随着含石量的增加,TBM渣料结构由悬浮密实型结构向骨架密实型结构过渡,最终转变为骨架空隙型结构,块石颗粒间咬合、嵌套、自锁作用显著增强,块石旋转自由度大大受限,其宏观变形特征由“剪缩”向“剪胀”转变,抗剪强度及其指标均呈现出先缓慢增长再轻微降低,最后大幅度提升的趋势,其内部颗粒运动形式由“土石联动”向“土绕石”转变,力链数量线性减少,平均力链强度增长幅度逐渐加大,强力链逐渐在模型内部起到支撑作用,整体上剪切带从“S”型分布逐步趋近于呈“一”字型分布,剪切带厚度明显变薄。研究成果将弥补当前对针片状土石混合体研究的不足,为TBM弃渣场稳定性分析和风险评价工作提供理论支撑。 展开更多
关键词 TBM渣料 针片状块石 含石量 直剪试验 离散元 三维激光扫描技术
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减围压路径下中溶盐对结构性黄土强度的影响分析
9
作者 郅彬 王尚杰 +2 位作者 王成 李睿妮 白鹤 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期866-874,共9页
为研究特定应力路径下含盐量对结构性黄土强度的影响,本文对不同含盐量(0,0.1%,0.2%和0.5%)的原状黄土进行了室内土体减压三轴(RTC)试验和微观电子显微镜(SEM)试验。通过分析微观孔隙结构变化和三轴试验的应力-应变曲线,研究了结构性黄... 为研究特定应力路径下含盐量对结构性黄土强度的影响,本文对不同含盐量(0,0.1%,0.2%和0.5%)的原状黄土进行了室内土体减压三轴(RTC)试验和微观电子显微镜(SEM)试验。通过分析微观孔隙结构变化和三轴试验的应力-应变曲线,研究了结构性黄土的强度变化规律。结果表明:中溶盐含量会对结构性黄土土体内部结构重分布造成一定影响。在围压较低时,围压降低至0所需时间较短,应力-应变曲线只表现出上升段,而在100 kPa和200 kPa围压条件下,试样表现出应变软化的特性,达到400 kPa的中高围压时,试样又表现出应变硬化,并且随着含盐量的增大软化效果逐渐减弱。基于二元介质理论,修正了结构性黄土的强度准则,提出适用于减围压路径下中溶盐含量作用的结构性黄土强度准则。 展开更多
关键词 结构性黄土 减围压三轴试验 中溶盐 二元介质 强度准则
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复杂结构岩质边坡破坏模式分析中结构面优势分组的影响研究 被引量：4
10
作者 宋腾蛟 茅献彪 +1 位作者 陈剑平 张文 《工程地质学报》 北大核心 2025年第2期595-603,共9页
复杂结构岩质边坡破坏模式主要取决于岩体结构面的空间分布规律、结构面与边坡面的组合关系。常见的分析思路是:(1)采集边坡岩体结构面产状数据;(2)分析优势结构面方向;(3)判断边坡的变形破坏模式。但是,当结构面数目庞大、分布十分离散... 复杂结构岩质边坡破坏模式主要取决于岩体结构面的空间分布规律、结构面与边坡面的组合关系。常见的分析思路是:(1)采集边坡岩体结构面产状数据;(2)分析优势结构面方向;(3)判断边坡的变形破坏模式。但是,当结构面数目庞大、分布十分离散时,通常获得的统计优势结构面很可能无法充分代表所有结构面对边坡破坏模式的影响。首先以270°∠50°为中心,生成一组结构面产状数据,假定270°∠70°、270°∠50°、270°∠20°、0°∠30°、90°∠45°5个不同方向的边坡面,经过分析指出,基于传统的优势分组结果、分析优势结构面与边坡面的组合关系判断边坡的破坏模式,可能出现误判情况。然后以长春市净月区杨家沟采石场边坡为例,利用无人机三维实景建模技术,获取边坡岩体结构面几何参数,采用萤火虫优化方法,分别将结构面分成2~10组,对比不同分组数目对应的优势分组结果的异同,分别绘制两组中优势结构面和9组中优势结构面与边坡面赤平投影图,对比分析两种优势分组结果下,边坡的破坏模式,结果显示,将结构面分为两组时,得到“边坡基本稳定”的结果;分9组时,得到“边坡可能发生顺结构面滑动”的结果。同时,分9组时,组内产状分布更集中,得到的9个优势结构面更能代表全部结构面对边坡破坏模式的控制作用,所得结果更加符合现场初步认识。得到以下结论,不同的优势分组方案,可能得到不同的边坡破坏模式。分组方案应充分考虑结构面对边坡的破坏作用,才能得到与实际相符的结论。 展开更多
关键词 结构面 优势分组 复杂结构 岩质边坡 破坏模式
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不同冻融条件下岩石损伤力学特性及能量演化机制研究
11
作者 张大明 侯智永 +1 位作者 刘佳铭 邬志强 《中国地质灾害与防治学报》 2025年第6期127-140,共14页
为探究不同冻融条件下砂岩损伤力学特性及其能量演化规律,明确冻融周期与循环次数对岩石力学性能劣化及能量损伤机制的协同作用,以新疆塔什店煤矿8号煤层顶板砂岩为研究对象,开展不同冻融周期(6,12,18,24 h)和不同冻融循环次数(5,10,15... 为探究不同冻融条件下砂岩损伤力学特性及其能量演化规律,明确冻融周期与循环次数对岩石力学性能劣化及能量损伤机制的协同作用,以新疆塔什店煤矿8号煤层顶板砂岩为研究对象,开展不同冻融周期(6,12,18,24 h)和不同冻融循环次数(5,10,15,20次)的冻融试验,通过单轴压缩试验获取其峰值应力、峰值应变及弹性模量变化规律,并基于能量计算原理及最小耗能原理,揭示不同冻融条件下能量损伤演化机制。结果表明:冻融损伤会随着冻融周期-循环次数的增加而增加,岩石峰值应力、弹性模量与冻融周期-循环次数呈负相关,而岩石峰值应变与冻融周期-循环次数呈正相关;基于能量原理,在OA-压密阶段能量存储与能量耗散呈微小变化特征,在AB-线弹性变形阶段所存储的弹性应变能随着冻融周期-循环次数的增加而逐渐减弱,在BC-塑性变形阶段弹性应变能占总应变能的比重逐渐减小,而耗散能占总应变能比重逐渐增加,在CD-峰后破坏阶段所储存的弹性应变能快速转化为耗散能并伴随能量释放;此外,在岩石应力峰值前,由于受到冻融周期-循环次数的影响,会削弱岩石的弹性应变能累积速率,在应力峰值处,岩石的弹性应变能累积速率达到最小。研究表明:冻融周期对岩石力学劣化的影响大于循环次数,二者协同作用会进一步加剧损伤。研究成果可为寒区工程建设、岩石损伤评估和冻融损伤防控提供理论依据。 展开更多
关键词 冻融周期 循环次数 力学特性 能量演化 耗散能 应变能
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干湿循环作用对三峡库区消落带土体土水特性的影响研究 被引量：1
12
作者 李彪 刘健 +3 位作者 刘畅 童富果 田斌 杨佳璐 《工程地质学报》 北大核心 2025年第5期1969-1977,共9页
三峡库区库水位周期性升降使库岸消落带土体经历着干湿循环作用,导致土体的孔隙结构和土水特性发生变化,影响库岸岩土体渗流和应力进程。以三峡库区八字门滑坡消落带土体为研究对象,开展了不同干湿循环周期条件下的土水特征曲线测试试验... 三峡库区库水位周期性升降使库岸消落带土体经历着干湿循环作用,导致土体的孔隙结构和土水特性发生变化,影响库岸岩土体渗流和应力进程。以三峡库区八字门滑坡消落带土体为研究对象,开展了不同干湿循环周期条件下的土水特征曲线测试试验,通过建立考虑孔隙大小和分布影响的土水特征曲线模型,结合扫描电镜试验对消落带土体孔隙微细观结构和土水特性的变化规律进行了分析。结果表明:(1)在干湿循环作用下消落带土体土水特征曲线整体向左偏移,3次干湿循环后,干湿循环作用对土水特性的影响逐渐减弱;(2)所提出的土水特征曲线模型对试验结果拟合效果较好,模型参数物理意义明确,能较好地适用于分析土体非饱和土水特性变化的孔隙结构微细观机制;(3)随着干湿循环次数的增加,土体孔隙体积增加,最大等效孔隙半径增大,分形维数降低,说明干湿循环作用可以有效增大土体孔隙尺寸,降低孔隙分布的复杂程度,导致土体持水能力降低;(4)电镜扫描试验进一步说明消落带原状土经历干湿循环作用后,土体内部大孔隙和微裂隙增加,微观结构逐渐松散,是导致最大等效孔隙半径增大和分形维数降低的主要原因。 展开更多
关键词 土水特征曲线 干湿循环 基质吸力 孔径分布 三峡库区
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粉质土斜坡降雨侵蚀产沙过程及其动力学机制 被引量：1
13
作者 蒲明芳 李天涛 +4 位作者 裴向军 伍先福 孙昊 王守道 田京京 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期987-1001,共15页
我国黄土高原地区正面临着生态环境严重退化、边坡浅表灾害频发等一系列生态环境问题及地质灾害问题,研究探讨黄土高原粉质土斜坡降雨侵蚀过程及动力学机制对当地水土保持工作的开展具有重要意义。本文通过现场选取典型试验坡面,开展野... 我国黄土高原地区正面临着生态环境严重退化、边坡浅表灾害频发等一系列生态环境问题及地质灾害问题,研究探讨黄土高原粉质土斜坡降雨侵蚀过程及动力学机制对当地水土保持工作的开展具有重要意义。本文通过现场选取典型试验坡面,开展野外模拟降雨试验,研究了不同降雨强度(60mm·h^(-1)、90mm·h^(-1)、120mm·h^(-1))、坡度(30°、34°、38°)及植被覆盖度(30%、60%)下坡面侵蚀过程、形态及动力学特征。主要取得以下成果:(1)不同试验条件下坡面产流时间存在差异,产流时间在56~100s之间;坡面入渗、产流及产沙量随降雨强度、坡度和植被覆盖度变化明显;坡面的产流率呈幂函数变化规律,各坡面的产沙率均表现出先快速增大后缓慢降低的变化特征。(2)降雨过后坡面细沟形态参数变化明显,结合DEM数据显示,坡面细沟均表现出上部窄而浅,下部宽而深的特点;综合来看,90mm·h^(-1)雨强下细沟发育程度最高。(3)坡面细沟水流平均流速随降雨强度和坡度的增大而增大,随植被盖度增加而减小,根据计算水力学参数可得坡面水流特点表现为“紊状缓流”。(4)坡面平均产沙率与平均径流剪切力、平均径流功率和单位径流功率之间存在显著的线性相关性,单位径流功率更适合用来描述研究区坡面产沙过程。 展开更多
关键词 粉质土斜坡 侵蚀 现场模拟降雨 细沟形态 水动力学机制
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基于混合Fisher分布的随机结构面产状聚类模型 被引量：1
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作者 霍亮 王贵宾 +3 位作者 邬书良 张修香 黄志国 吴志春 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2211-2223,2252,共14页
针对随机结构面产状聚类存在的产状描述不充分、聚类评价标准不统一及与工程应用衔接不紧密的弊端,提出一种基于混合Fisher分布的优化聚类模型。该聚类模型将结构面产状视为服从Fisher分布的随机变量,采用最短信息长度准则估计参数并筛... 针对随机结构面产状聚类存在的产状描述不充分、聚类评价标准不统一及与工程应用衔接不紧密的弊端,提出一种基于混合Fisher分布的优化聚类模型。该聚类模型将结构面产状视为服从Fisher分布的随机变量,采用最短信息长度准则估计参数并筛选优势组划分数目,平衡混合模型的复杂度和数据拟合度,并运用布谷鸟搜索算法优化模型参数,提高算法的全局搜索能力。比较优化聚类模型与未采用最短信息长度准则和布谷鸟搜索策略的对照算法在人工数据集中计算50次后的最小目标函数值,该聚类模型表现出更高的精度和稳定性。在高放废物处置岩体随机结构面的优势组划分中,结合优化聚类模型与极点等密度图,确定露头节理和钻孔裂隙的优势组划分数目,并根据模型的聚类参数生成人工数据,为后续处置岩体的裂隙三维网络重构奠定了研究基础。 展开更多
关键词 结构面产状 混合Fisher分布 最短信息长度 布谷鸟搜索 聚类分析 高放废物处置
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土石混合体残余含水率和微观结构的相关性研究 被引量：1
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作者 程光 于宁宇 +2 位作者 范文 朱勇锋 麻广林 《工程地质学报》 北大核心 2025年第4期1294-1303,共10页
土石混合体残余含水率对研究其土水特性、渗流与成灾机制方面具有重要作用。本研究针对秦巴山区广泛分布的土石混合体,采用自然风干法和压汞法获取不同孔隙比、含石量条件下的土石混合体残余含水率和孔隙分布,来研究秦巴山区土石混合体... 土石混合体残余含水率对研究其土水特性、渗流与成灾机制方面具有重要作用。本研究针对秦巴山区广泛分布的土石混合体,采用自然风干法和压汞法获取不同孔隙比、含石量条件下的土石混合体残余含水率和孔隙分布,来研究秦巴山区土石混合体残余含水率与其微观结构特征的相关性。研究表明在置信度大于99.5%情况下土石混合体孔隙比、含石量与残余含水率存在负相关性。土石混合体残余水率与集聚体内孔隙(<2μm)相关,并且残余水赋存于小于0.5μm的孔隙中。在含石量相同的条件下,减少孔隙比使孔隙分布向小孔隙方向偏移,从而增加了小孔隙的含量进而增加残余含水率;而含石量则通过影响土石混合体基质含量以及基质的压缩程度对土石混合体的集聚体内部孔隙产生影响,进而影响残余含水率。研究还在分析孔隙率与含石量对土石混合体残余含水率影响机制的基础上,提出了一种基于含石量和孔隙比对秦巴山区土石混合体残余含水率进行预测的模型,对比研究表明该模型可以较好地对秦巴山区特定结构的土石混合体残余含水率进行描述。 展开更多
关键词 土石混合体 残余含水率 含石量 孔隙比 微观结构
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基于CT成像技术的含方解石脉灰岩溶蚀作用微观结构和变化规律研究 被引量：1
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作者 高鹏 齐信 +2 位作者 谢扬龙 王晓晗 王英豪 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期1216-1229,共14页
为研究溶蚀作用下含方解石脉灰岩孔隙的演变规律及控制作用,文章选取武汉地区8个岩溶条带的6种不同结构的含方解石脉灰岩进行取样并开展溶蚀试验,同时结合CT成像对试验前后岩石的溶蚀特征及孔隙结构进行对比分析。研究结果表明:(1)含方... 为研究溶蚀作用下含方解石脉灰岩孔隙的演变规律及控制作用,文章选取武汉地区8个岩溶条带的6种不同结构的含方解石脉灰岩进行取样并开展溶蚀试验,同时结合CT成像对试验前后岩石的溶蚀特征及孔隙结构进行对比分析。研究结果表明:(1)含方解石脉中-细粒结晶斑状灰岩溶蚀前后的质量、pH值、电导率变化速率最大,溶蚀后孔隙体积增加显著,孔隙结构间的连通性明显改善;(2)含方解石脉泥晶、微晶结构的灰岩经溶蚀后小孔隙占比减少,中孔隙、大孔隙占比明显增加,当粒径增大至粉晶结构时情况与之相反。其中:微晶含方解石脉灰岩的孔喉长度和等效直径更容易发展;(3)含方解石脉灰岩整体分形维数与其孔隙和裂隙分形维数对比明显偏大,裂缝的分形维数高于孔隙的分形维数。泥晶结构的含方解石脉灰岩的分形维数最低,含方解石细脉中-细晶白云质灰岩的分形维数最大,在溶蚀后岩样各自裂隙、孔隙分形维数上下浮动变化具有随机性;(4)含方解石脉中-细粒结晶斑状、泥晶、细晶白云状结构的灰岩,表面渗透率依次减少。表面渗透率的计算值总体上与实测值的演化规律相符,说明基于μ-CT扫描结果的渗流模拟可作为评价岩体渗透特性的一种辅助手段。研究结果对含方解石脉灰岩差异性岩溶作用机理及岩溶发育规律的认识有一定指导意义。 展开更多
关键词 灰岩 溶蚀试验 溶蚀特征 孔隙结构 X射线显微层析
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应力-剪胀关系比较与岩石应力-剪胀关系研究 被引量：1
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作者 梁基冠 黄林冲 +1 位作者 马建军 陈万祥 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第3期656-664,共9页
为研究典型应力-剪胀关系对常见岩土材料力学响应的预测效果,构建适合岩石材料的应力-剪胀关系,提升本构模型的准确性,本文结合试验数据对典型应力-剪胀关系展开对比分析,并构建适用于岩石的应力剪胀关系模型.首先,基于热动力学框架和... 为研究典型应力-剪胀关系对常见岩土材料力学响应的预测效果,构建适合岩石材料的应力-剪胀关系,提升本构模型的准确性,本文结合试验数据对典型应力-剪胀关系展开对比分析,并构建适用于岩石的应力剪胀关系模型.首先,基于热动力学框架和能量守恒方程,梳理出3种典型的应力-剪胀关系模型,并将多种岩土材料的应力-剪胀数据与典型应力-剪胀关系进行对比;随后,以Rowe剪胀关系模型为基本框架,考虑多种因素影响,提出适用于岩石的改进Rowe应力-剪胀关系模型,分析了其对试验数据的拟合效果,并对比所提模型和变剪胀角模型对加载过程剪胀角演化的模拟效果;最后,将修正Rowe剪胀关系与修正剑桥模型耦合,与经典的修正剑桥模型的模拟结果和试验数据进行对比校验.研究结果表明:由于黏聚力的影响,基于纯摩擦假设推导的经典应力-剪胀关系无法准确描述含黏聚力岩土材料的应力-剪胀响应;修正Rowe剪胀关系模型可以有效反映岩石的应力-剪胀响应,并能模拟数据中的“回旋勾”现象;本文提出的应力-剪胀关系模型不仅形式简洁,且参数数量较变剪胀角模型少;应用所提修正Rowe剪胀关系模型可以提升本构模型在变形预测方面的准确性. 展开更多
关键词 应力-剪胀关系 岩石 黏聚力 剪胀角 模型
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滑坡作用下管道变形破坏机理的离心模型试验 被引量：1
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作者 高建章 潘禹臣 +5 位作者 汤明高 朱建平 朱治儒 赵欢乐 时建辰 唐茂 《工程地质学报》 北大核心 2025年第2期656-666,共11页
滑坡是导致山区油气管道变形破坏失效的主要因素之一,且具有危害大、影响范围广的特点。本文开展了滑坡作用下管道变形破坏的离心机模型试验,获取了土压、管道应变和位移数据的实时变化曲线,得到以下研究结果:(1)管道横穿滑坡时为整体弯... 滑坡是导致山区油气管道变形破坏失效的主要因素之一,且具有危害大、影响范围广的特点。本文开展了滑坡作用下管道变形破坏的离心机模型试验,获取了土压、管道应变和位移数据的实时变化曲线,得到以下研究结果:(1)管道横穿滑坡时为整体弯曲-局部屈曲、两端张拉变形的破坏模式;纵穿滑坡时为整体弯曲-后缘拉张、坡脚压缩、剪出口附近屈曲变形破坏模式。(2)揭示了滑坡与管道相互作用机理,管道和土体在滑坡变形破坏过程中由于材料特性不同,将会有协调变形和非协调变形阶段。(3)分析了在滑坡作用下,不同敷设方式的管道失效破坏模式,最终得出在坡体滑塌之前,管道已破坏失效,但在管道纵穿滑坡体时,滑坡对管道变形的影响滞后且影较小,建议监测预警应以管道应变等作为监测预警指标。研究结果可为油气管道敷设、工程防护设计及监测预警提供技术支撑。 展开更多
关键词 油气管道 滑坡 离心模型试验 变形破坏 机理
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基于神经网络的土石混合体CT图像分割及三维重建 被引量：1
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作者 张新松 李长圣 +4 位作者 钟军 张丹 独莎莎 吴珍云 邹宗良 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期1230-1239,共10页
通过CT图像建立合理的土石混合体细观结构数值模型对研究其物理力学性质至关重要。然而,传统图像处理技术在重构细观结构时往往需要人工参与,导致效率较低且精度不足。为了解决上述问题,提出了一种基于改进UNet神经网络的黏质土石混合... 通过CT图像建立合理的土石混合体细观结构数值模型对研究其物理力学性质至关重要。然而,传统图像处理技术在重构细观结构时往往需要人工参与,导致效率较低且精度不足。为了解决上述问题,提出了一种基于改进UNet神经网络的黏质土石混合体图像分割方法,设计了边界加权损失函数,以精确分割典型黏质土石混合体试样的CT扫描图像。此外,还提出了一种土石混合体三维重建的方法,用于将分割后的图像重构成三维精细数值模型。结果表明:相较于传统图像处理技术,基于深度学习的方法显著提高了黏质土石混合体CT图像分割的效率和精度。UNet结合边界加权损失函数,能够更加关注目标边界的分割精度。同时,较高精度的分割图像使得重建出的三维模型更加精细与准确。这一研究结果使得在此基础上开展的数值模拟试验尽可能避免了人为因素干扰,可以保证数值模拟结果的准确性。 展开更多
关键词 神经网络 黏质土石混合体 CT 图像处理 三维重建
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深地工程岩体界面摩擦-渗流耦合机理与调控技术:综述与展望
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作者 冀胤霖 张苏鹏 +3 位作者 朱鸿鹄 张振宇 宋先知 王勤 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第6期1-49,共49页
为应对全球气候变化的严峻挑战,我国提出了“碳达峰、碳中和”的“双碳”战略目标。深地能源开采、二氧化碳地质封存、深地能源存储和废弃矿井再利用等深地工程为实现“双碳”目标提供了重要技术路径。深入揭示上地壳广泛存在的裂隙和断... 为应对全球气候变化的严峻挑战,我国提出了“碳达峰、碳中和”的“双碳”战略目标。深地能源开采、二氧化碳地质封存、深地能源存储和废弃矿井再利用等深地工程为实现“双碳”目标提供了重要技术路径。深入揭示上地壳广泛存在的裂隙和断层(统称为岩体界面)的摩擦-渗流耦合演化机制对深地工程的安全高效开展具有重要意义。本文综述了岩体界面的摩擦-渗流耦合机理和调控技术的研究历史和现状,并对未来的研究重点与发展方向提出了建议。首先,简要介绍了岩体界面在当代深地工程中的关键作用;然后,系统梳理了岩体界面的摩擦与渗流特性及其耦合演化机理的基础理论;最后,总结了流体注采诱发地震的主要机制,阐述了与深地能源开采中的储层增渗和深地流体存储中的泄漏相关的机理与挑战,并介绍了当前主要的调控技术。通过对现有研究的系统梳理,指出黏土对岩体界面的摩擦-渗流耦合特性的影响、恒法向刚度条件下岩体界面的摩擦-渗流耦合演化模式以及水力压裂诱发张裂隙的粘裂扩展机理等仍有待厘清。此外,多级水力压裂、机器学习以及分布式光纤传感技术的发展有望为预测并调控深地能源开采的储层增渗效果、深地流体存储的泄漏风险以及各类深地工程的诱发地震风险提供更加高效且智能化的解决路径。 展开更多
关键词 “双碳”战略 深地工程 岩体界面 摩擦-渗流耦合 流体注采 诱发地震
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