盐溶液饱和岩土的本构理论及在黏土中的应用

胡亚元, 袁书行

(浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心，浙江 杭州 310058)

摘  要：盐溶液中离子的化学活性会改变饱和岩土的力学性质，诱发其工程性能出现劣化甚至失效等岩土工程问题。为了研究化学活性对饱和岩土水力与变形特性的影响，基于混合物理论与热力学溶液理论，建立了盐溶液饱和岩土材料的本构理论框架。与以往研究不同，该理论将固相应变分解为孔隙率变化引起的骨架应变、固相材料变形引起的基质应变以及化学反应等物质交换引起的质量交换应变，用以凸显孔隙率在水-力-化学多场耦合机制中的关键作用；采用溶质的现时质量分数作为化学状态变量来反映化学活性的影响；利用自由能和耗散势分别建立弹性和塑性本构关系。根据该理论框架建立了NaCl溶液饱和黏土的固相、流相本构关系以及溶质的渗流-扩散方程，并得到了已有试验数据的验证，表明该框架可以指导盐溶液饱和岩土的本构建模工作。

关键词：混合物理论；盐溶液；饱和岩土材料；化学活性；本构理论；等向压缩

2023年积石山6.2级地震诱发大规模黄土液化流滑的特征与启示

王兰民1, 许世阳1, 王  平1, 王  睿2, 车爱兰3, 周燕国4, 吴志坚5, 王  谦1, 蒲小武1, 柴少峰1, 马星宇6

（1. 中国地震局（甘肃省）黄土地震工程重点实验室，甘肃 兰州 730000；2. 清华大学水利工程系，北京 100084；3. 上海交通大学船建学院，

上海 200240；4. 浙江大学岩土工程研究所，浙江大学超重力研究中心，浙江 杭州310058；5. 南京工业大学交通工程学院，江苏 南京 211816；

6. 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.)

摘  要：2023年12月18日23时59分，甘肃省积石山县发生了6.2级地震，震中位于北纬35.7°，东经102.79°，震源深度10 km。本次地震在距震中约20 km的青海省海东市民和县永川乡金田村和草滩村二级阶地黄土台塬地貌下引发了长2.5 km的大规模液化流滑灾害，引起了国内外的高度关注。笔者在震后立即对该液化流滑灾害和地震动特征进行了现场联合调查，基于现场考察、无人机现场勘测、钻孔勘探、电法探测、参考历史同类灾害的前期研究成果等手段，初步查明了液化流滑的特征与机理。结果表明，该液化流滑是由于地震触发11 m深度以下地下水饱和的黄土层大面积液化，上覆土体随液化土体沿液化层带顺着2°～3.5°的缓斜坡方向流滑进入冲沟，然后，沿坡度为1.5°～5°的冲沟向下游继续流滑。在流滑过程中，液化土体中喷涌出的大量水与上覆土体中高含水率表层土中的水不断与流滑土体搅合揉搓使得流滑混合体在到达冲沟中下部的拦洪坝之前，已经演化为泥流。在遇到拦洪坝受阻漫溢到左右两岸的同时，泥流转而也进入了左侧另一条相邻冲沟一定距离，最终拦洪坝溃坝，泥流继续下泄到了金田村和草滩村，造成两村51户房屋被埋或冲毁，20余人死亡，泥流最终停止于两村下游约317 m处。并在结论中得到了评估与减轻此类灾害风险的启示。

关键词：液化；流滑；黄土地层；地震动；放大效应

微生物加固钙质砂地基电阻率特性试验研究

史金权1, 2, 3，王  磊1, 4，张轩铭1，赵  航1，吴秉阳1，赵航行1，刘汉龙1, 2, 3，肖  杨*1, 2, 3

(1．重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2．重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆400045；3. 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；4. 泉州市审计局，福建 泉州 362000)

摘  要：微生物加固砂土地基存在加固不均匀的问题，采用自主研发的多通道电阻率测量技术对微生物加固钙质砂地基的电阻率分布规律开展了试验研究，研究了菌液和反应液在注入土体后对电阻率幅值及变化规律的影响，最后根据电阻率分布情况，探讨了微生物加固钙质砂地基空间上加固程度的差异性，以及利用电阻率法监测微生物加固过程和加固效果的可行性。试验结果表明：微生物加固钙质砂地基的电阻率受土体密度，菌液与反应液影响较大，其中，反应液对电阻率的影响程度最高。整体上电阻率随着加固次数的增加呈现先增大后减小的规律，深部土体电阻率显著低于上部土体，第七至第八次加固后，土体电阻率开始增加，这一现象的原因可能为土体中的孔隙在多次加固后逐渐被生成的碳酸钙填充，土体中的离子交换通道减少导致电阻率增加，此时碳酸钙填充孔隙对电阻率的影响占主导地位。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀；电阻率；钙质砂；菌液；反应液

考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解

梁荣柱1，张志伟*1，李忠超2，符宇坤1，曹世安1，康  成1，肖铭钊2，吴文兵1

(1. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074；2. 武汉市市政建设集团有限公司，湖北 武汉 430023)

摘  要：为反映外荷载下盾构隧道相邻环间张开和错台，提出考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解答。首先，引入纵向梁-弹簧模型模拟盾构隧道纵向受力变形，其中采用Timoshenko短梁考虑隧道环段变形，引入转动和剪切弹簧分别模拟环间接头转动与错台。其次，构建弹性地基上纵向梁-弹簧模型的有限差分方程，以解决环间接头-管环非连续变形求解问题，并推导外荷载下既有盾构隧道的纵向变形公式。最后，建立新建隧道上穿和下穿引起既有盾构隧道的纵向变形解答，并与新建隧道上、下穿越工程案例及现有理论方法对比验证。研究结果表明：所提方法预测的隧道位移与Timoshenko连续梁模型，协同变形模型和实测数据均具有较好的一致性，但所提方法得到的环间错台略低于Timoshenko梁模型和协同变形模型；所提方法可考虑环间接头的影响，得到的隧道位移曲线呈现既不光滑也不连续的特征，其中环段变形以刚体位移为主，而环间接头主要发生转动和错台；而基于现有理论所得盾构隧道纵向位移均为连续曲线，无法反映环间接头的真实转动与错台位移。

关键词：盾构隧道；纵向变形；环间接头；纵向梁-弹簧模型；接头张开；环间错台

考虑桩土间黏滑机制的桩基沉降动态特性研究

谢新宇1, 2，龚  涛1, 3，许纯泰1，王忠瑾3，娄  扬1，刘开富4，张日红5

（1. 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心，浙江 杭州 310058；2. 浙江大学温州研究院，浙江 温州 325035；3. 浙大宁波理工学院，

浙江 宁波 315100；4. 浙江理工大学，浙江 杭州 310018；5. 中淳高科桩业股份有限公司，浙江 宁波 315145）

摘  要：基于桩基运动控制方程，对荷载作用下的桩基沉降动态特性进行了研究。首先，考虑桩土间黏滞与滑动两种接触状态，建立了一种考虑侧阻软化及侧阻恢复的桩土相互作用模型；然后采用该模型及修正三折线模型分别模拟桩与桩侧土以及桩端土间的相互作用，结合有限差分法建立了考虑桩土间黏滑机制的桩基沉降分析方法；最后，基于建立的桩基受荷沉降分析方法，研究了桩基沉降的黏滑动态特性以及桩身的力学特性，并讨论了桩土相互作用模型中的参数对桩基沉降动态特性的影响。结果表明：当桩顶荷载接近桩基单级加载极限值，桩基沉降表现出黏滞位移与快速滑动位移交替的动态特性；桩身力学响应表现出加载路径相关性，与单级加载相比，分级加载时桩侧摩阻力能得到更好发挥，桩基极限承载力更高；提出的分析方法能够较好地模拟桩基静载试验沉降过程。

关键词：桩；黏滑；侧阻软化；侧阻恢复；有限差分；沉降动态特性

考虑参数空间变异性和基于高效代理模型的边坡可靠度分析

邓志平1，钟  敏1，潘  敏*1, 2，郑克红1，牛景太1，蒋水华2

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

摘  要：在考虑参数空间变异性情况下评估小失效概率的边坡可靠度，传统可靠度分析方法往往存在耗时冗长或难以求解等问题。为此，提出了一种基于分段逆回归的主动学习多元自适应回归样条法与子集模拟结合的边坡可靠度分析方法，并探讨了分段逆回归方法对代理模型响应值的影响。首先，利用Karhunen-Loève展开法离散抗剪强度参数随机场，通过强度折减法计算得到一定数量的训练样本用于构建初始代理模型。接着，采用主动学习函数选取一定量最优样本点更新代理模型，使用最终的代理模型与子集模拟耦合进行边坡可靠度分析。最后，以两个典型的边坡算例，验证所提方法的有效性。结果表明：在考虑参数空间变异性情况下，所提方法可以采用更少的训练样本进行小失效概率边坡可靠度分析，不仅可得到比较精确的结果，而且避免出现内存溢出情况。

关键词：边坡稳定；可靠度分析；空间变异性；代理模型；主动学习

考虑土-膨润土化学相容性的阻隔墙长期服役性能研究

黄  博1, 2，曹林峰*1, 2，李育超1, 2

 (1. 浙江大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310000；2. 超重力研究中心，浙江 杭州 310000)

摘  要：考虑到填埋场渗滤液中较高Na+和Ca2+浓度会让土-膨润土的渗透系数显著增大，从而加速高危害性污染物击穿土-膨润土阻隔墙，建立了Na+和Ca2+作用下土-膨润土阻隔墙-含水层系统中有机物污染物运移数值模型。该模型可以考虑渗透系数和水动力弥散系数等参数随Na+和Ca2+浓度的变化。利用有限差分法，获得了该模型的数值解。通过将所建模型的计算结果分别与已有解析解计算结果和COMSOL软件计算结果进行对比分析，验证了模型的正确性。最后基于所建数值模型，以甲苯作为代表性有机污染物分析和讨论了考虑和未考虑土-膨润土化学相容性、水头差和膨润土掺量对阻隔墙长期服役性能的影响。结果表明：考虑土-膨润土化学相容性之后，阻隔墙从不会被击穿变成了服役75 a后被击穿，服役寿命大幅缩短；降低阻隔墙两侧水头差，能够有效延缓污染物的击穿时间；阻隔墙膨润土掺量的下限值应在原先防渗要求的基础上适当提高，以应对污染物作用下墙体防污阻隔性能的削弱。

关键词：化学相容性；阻隔墙；污染物运移；数值模型；长期服役性能

考虑膜态水渗流的非饱和土渗透系数计算方法研究

翟  钱1, 2，沈天伦2，田  刚2，戴国亮2，赵学亮2，龚维明2，蔡建国2

(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 210096；2. 东南大学土木工程学院，江苏 南京 210096)

摘  要：当前采用土-水特征曲线计算非饱和土渗透系数的方法主要分为经验模型和统计模型两大类。经验模型的计算结果取决于模型中的经验系数，统计模型基于毛细模型采用统计学相关理论推导得出，因此统计模型计算结果相对可靠。研究发现，统计模型主要研究毛细水迁移规律，并未考虑土体中的结合水。因物理化学作用，部分土颗粒表面会吸附水膜，该水膜可作为液态水分的传输媒介。水膜厚度主要取决于土颗粒表面与土中水的相互作用，水膜厚度决定了土颗粒表面膜态水的迁移速率。首先计算单个颗粒表层吸附水膜的厚度、膜态水迁移速率；其次考虑土体中不同粒径颗粒的随机接触，利用级配曲线计算不同粒径颗粒的连接概率；最终依据单颗粒膜态水的迁移速率并结合颗粒间的随机接触概率，提出非饱和土膜态水的渗透系数预测模型。为验证模型的可靠性，选取其他文献中的试验数据对比模型预测结果，对比结果表明本文预测结果与文献试验结果吻合度较好，比传统统计模型表现出一定的优越性。

关键词：非饱和土；毛细水渗流；膜态水渗流；随机连接；预测模型

非饱和瞬态渗流的DDA流固耦合模型研究

谢  强1, 2，陈昱成*1，傅  翔3，田大浪1，班宇鑫1，徐栋栋4

(1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045；

3. 重庆交通大学河海学院，重庆 400074；4. 长江科学院岩土力学与工程重点实验室，湖北 武汉 430010)

摘  要：DDA由于处理块体大变形、大位移问题能力较强，因此被广泛应用在岩体数值模拟当中。但该方法在模拟渗流场，尤其是瞬态渗流场方面目前鲜有研究。根据立方定律建立DDA稳态渗流模型，将非饱和二维Richards方程离散化处理，推导DDA瞬态整体渗流矩阵。将水头矩阵以外荷载形式作用在块体上，建立瞬态非饱和渗流流固耦合DDA计算模型。通过对土柱入渗、砂槽入渗试验和危岩体工程案例进行数值模拟，验证了该模型的正确性，为DDA处理非饱和瞬态流固耦合问题提供新方法。

关键词：DDA；Richards方程；瞬态渗流；非饱和；流固耦合

基于深度学习的盾构机土舱压力场预测方法

张  超1, 2, 3，朱闽湘1，郎志雄1，陈仁朋*1, 2, 3，程红战1, 2, 3

(1. 湖南大学土木工程学院，湖南 长沙 410082；2. 湖南大学地下空间开发先进技术研究中心，湖南 长沙 410082；

3. 建筑安全与节能教育部重点实验室，湖南 长沙 410082）

摘  要：土舱压力是盾构机受力状态和掌子面稳定等核心问题中的关键因素。土舱压力具有显著的空间变异性，其形成演化机制源于装备与岩土之间的复杂耦合作用，与地质特征、掘进参数等多源参数相关。然而，现有土舱压力预测方法一般未考虑空间分布特征或地质参数影响。针对该问题，提出了一种基于空间分布物理特征函数导引深度学习的盾构机土舱压力场预测方法。该方法构建物理特征函数用于解耦土舱压力空间分布特征，采用卷积神经网络和门控循环单元分别提取多源参数历史信息的空间特征和特征系数的时序特征，结合多源参数实时信息对特征系数进行预测，从而实现土舱压力场的预测。以长沙地铁四号线某区段为案例，利用该方法准确预测了土舱压力空间分布实测数据，准确率高达0.98，验证了所提方法的有效性。敏感性分析表明，不同地层中土舱压力空间分布特征系数的主要敏感参数基本一致，但其敏感度随地层地质条件的变化规律差异显著，可为复杂地层盾构机土舱压力精细化调控提供参考。

关键词：土舱压力场；卷积神经网络；门控循环单元；物理特征函数；土压平衡盾构机；盾构隧道

水合物开采模拟超重力试验装置的研发及应用

王路君1, 2，王  鹏*1, 2，朱  斌1, 2，王心博2，杨颂清2，陈云敏1, 2

(1. 浙江大学超重力研究中心，浙江 杭州 310058；2. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江 杭州 310058)

摘  要：天然气水合物是突破世界能源瓶颈的重要潜在能源，广泛分布于深海沉积物和陆域永冻土。水合物赋存在高压低温环境下，储层厚度达数十至百米，大尺度储层重力场显著影响其开采时的液气渗流、储层变形和传热过程，进而影响开采产气效率且可能诱发工程灾变。研发了一套能够在超重力场下模拟大尺度水合物储层长历时开采演变过程的离心模型试验装置，主要由高压釜系统、水合物制备模块、水压力控制模块、水合物开采模块、监测与响应模块组成。该装置能够在100g超重力下伺服调控高压釜内气液压力和温度环境，在模型尺度上有效再现水合物储层应力、温度和荷载条件。在系统介绍装置研发思路和技术特色的基础上，通过100g下水合物储层模型降压分解试验探析了原位等效重力场下储层不同深度处孔压演化规律及开采产气特性，再现了Nankai海槽原位试采产气速率峰值模式，为揭示水合物储层开采相变多相多场耦合机制和灾变防控提供了新的研究手段。

关键词：水合物；离心模型试验；降压开采；高压釜；产气速率；伺服控压

气动振杆密实法加固湿陷性黄土的模型试验研究

高常辉1, 2，刘松玉1，杜广印*1，庄仲旬1，杨  泳3，何  欢1

（1. 东南大学交通学院，江苏 南京 211189；2. 山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛 266590；

3. 江苏盛泰建设工程有限公司，江苏 连云港 222000）

摘  要：气动振杆密实法是湿陷性黄土地基处理的一项全新技术。采用自行研制的气动振杆密实模型试验装置，进行了单一激振力、气体射流协同激振力两种条件下的模型试验，评价了土体加固效果，研究了振杆贯入过程中土体水平向土压力、土颗粒垂直振动速度和土体中气体压力值的变化规律。试验发现，处理后各深度土层的密度均有明显提高，湿陷系数降低；增设气体射流后，100 mm深度以下土层密度进一步提高，水平向土压力最大提高20.4%，同时放大了振杆密实法引起的土体振动响应。研究揭示了气体射流在土体加固过程中的作用机理，探讨了气动振杆密实法加固湿陷性黄土机理，为推广气动振杆密实法处理湿陷性黄土地基技术的应用提供了理论依据。

关键词：振杆密实法；气体射流；湿陷性黄土；地基处理；循环剪切

颗粒级配和表面纹理对饱和砂-钢界面剪切强度的影响

李逸凡1, 2，李大勇*3，张雨坤2

(1. 潍坊学院建筑工程学院，山东 潍坊 261041；2. 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛 266590；

3. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580)

摘  要：钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程，土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验，揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明：由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散方式的不同，常法向应力（CNL）下剪应力-位移曲线出现明显的应变软化现象。变法向应力（VNL）下，界面剪切强度随法向应力的增大不断提高。对于光滑和凸起构造，界面摩擦角随不均匀系数Cu的增加基本呈线性增长。对于凹槽构造，界面摩擦角随Cu的增加而减小。饱和砂-粗糙度钢板界面剪切效能的发挥受水的影响显著，砂与钢板之间水膜的存在减弱了砂颗粒和钢界面的摩擦，使得界面摩擦性能不能完全发挥。

关键词：界面剪切特性；颗粒级配；表面纹理构造；法向边界条件；界面摩擦系数

深厚复杂海峡场地二维非线性地震反应特性

王彦臻1, 2，范宏飞1，赵  凯1, 2，陈国兴*1, 2，江志杰1, 3

(1. 南京工业大学岩土工程研究所，江苏 南京 210009；2. 江苏省土木工程防震技术研究中心，江苏 南京 210009；

3. 中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000)

摘  要：海峡地层常为深厚沉积盆地构造，海床微地形类型多样，海峡场地地震反应受微地形的影响显著。以跨琼州海峡通道剖面场地为研究对象，综合考虑海峡盆地构造、海床微地形和海床沉积土异质性，建立海床剖面二维精细化有限元模型；依据场址区域地震环境与历史地震活动性，选择Kik-net台网井下台阵基岩地震记录作为海床基岩输入地震动，考虑土的非线性滞回特性，模拟海峡场地的非线性地震反应。微地形效应和海床沉积土异质性对跨海峡场地地震反应的耦合影响显著，表现为盆地类共振现象、海床凹陷边缘和海床表面凸起处的反应加剧；与海峡场地基本频率接近的基岩地震动频率成分易于传播与放大；与海床水平向地震反应相比，海床地表微地形对其竖向地震反应的影响更为显著；水平向和竖向地震波传播的叠加效应会在海床表面产生面波，导致海床地表水平向地震反应放大。

关键词：海峡场地；琼州海峡；盆地构造；海床微地形；沉积土异质性；土的非线性

温度应力路径对原状海洋土强度特性影响研究

张鑫蕊1, 3，孔纲强*1，杨  庆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 210024；2. 大连理工大学海岸与海洋工程国家重点试验室，辽宁 大连 116024；

3. 苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215009)

摘  要：室内温度和海底原位温度的差异导致传统测量所得海洋土物理力学参数存在一定差异。基于温控三轴仪，对我国南海原状海洋土进行了固结不排水剪切试验，实测了海洋土体变、强度、孔压以及模量的变化，探讨温度、温度循环、围压、超固结比等因素对原状海洋土力学性质的影响规律。试验结果表明：升温梯度增大会使正常固结海洋土热固结程度增大，其对应的排水体积和强度也增大；升温对超固结海洋土的排水体积具有增强作用，而温度降低了海洋土的强度；温度循环作用对超固结海洋土的排水体积具有增强作用，其对应的强度也增大；本文试验条件下，当OCR=1时，海洋土25℃下不排水抗剪强度测量结果比5℃下测量结果提高8.0%；当OCR=4时，海洋土25℃下不排水抗剪强度测量结果比5℃下测量结果降低1.9%；经过温度循环5℃—45℃—5℃后的抗剪强度比5℃提高了11.9%；4次或10次温度循环后分别提高了13.8%和17.8%。

关键词：海洋土；强度特性；应力路径；温度效应；三轴试验

泡沫流体抑制土体渗透破坏发生发展试验研究

王  媛1, 巩佳琨2, 邱昊天2, 祁  天2

(1. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210024；2. 河海大学力学与材料学院，江苏 南京 210024)

摘  要：堤防工程是中国防洪减灾体系的重要组成部分，管涌等渗透破坏对堤防工程安全造成重大影响。目前堤防险情处置仍主要依赖传统技术和人海战术，险情控制能力亟待提升。提出一种基于孔隙增阻和抑制颗粒运移的泡沫流体抑制堤基土体渗透破坏新技术。为了研究泡沫流体抑制土体渗透破坏的可行性和相关机理，研发了泡沫流体抑制土体渗透破坏试验系统，开展了无泡沫流体试验和不同泡沫流体赋存范围条件下的泡沫流体抑制土体渗透破坏发展室内试验。结果表明，泡沫流体可有效抑制土体渗透破坏发展，其抑制效果受泡沫流体赋存区域的影响。泡沫流体可通过降低出砂口附近土层渗透性、抑制土层中的颗粒运移和增大流体流动阻力等机制抑制堤基渗透破坏发生发展。

关键词：渗透破坏；泡沫流体；渗透性；颗粒运移；赋存区域

砂-黏土中结合水含量及渗透性的非等温耦合效应

黄远浩1, 3, 张志超*1, 2, 3, 肖  杨1, 2, 3, 李林航1, 3

(1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044；

3. 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

摘  要：土体结合水性质、渗透性及温度之间的耦合关系，很大程度上决定了土体的温度-渗流-应力耦合行为。开展了非等温条件下饱和土的结合水含量及渗透性试验研究，以揭示温度变化对不同粒径和黏粒含量土体吸附结合水含量和渗透系数的影响机制。研究表明，温升可导致土体吸附结合水含量显著降低，且结合水含量-温度关系显著依赖于颗粒粒径和黏粒含量。由于土粒间的相互作用及结构性效应依赖于黏粒含量及温度，成型砂土/低含黏土和黏土/高含黏土样结合水含量分别不同程度地高于和低于散状土样。同时，温度升高将引起土体渗透系数不同程度的增大，这与升温下自由水运动黏度和吸附结合水含量的降低等因素密切相关，这些因素的作用程度又依赖于黏粒含量和土体孔隙率。在非等温条件下，忽略结合水效应将分别高估和低估低黏粒含量和高黏粒含量土体的渗透性随温度的变化。

关键词：饱和土；结合水含量；温度；渗透系数；黏粒含量

泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究

王  宇1, 2, 3，夏厚磊1, 2，茆苏徽1, 2，闫  亮1, 2

(1. 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002；2. 三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002；

3. 三峡大学防灾减灾湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002)

摘  要：工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤，其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象，设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验，随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验，结果显示：卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育，在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化，孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长，其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势，纵波波速P呈现先减少后上升的趋势，体积应变呈现逐渐增大的趋势，分形维数K呈逐渐增长的趋势；且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加，当D≥0.49时，各参数的增长速率急剧增大；确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量，并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型，并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。

关键词：卸荷损伤；水-岩作用；宏细观参数；劣化规律；非线性动力学模型

基于数字钻探与多尺度模型融合的隧道岩体完整性自动解译技术研究及应用

梁  铭1，彭  浩*1，解威威1, 2，韩  玉1，宋冠先1，朱孟龙1，黄能豪1，周邦鸿1，卢振龙1

(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)

摘  要：在多岩性与多指标钻探数据收集的基础上，综合考虑解译精度与预报效果，借助机器学习工具，提出一种基于数字钻探与多尺度模型融合的隧道岩体完整性自动解译技术。首先，对原始钻探数据有针对性的进行降噪与等距分割（0.5，1，2 m）等预处理，形成多尺度、高质量机器学习数据集；然后，进行模型参数自动寻优、训练、评估与可解释性等操作，验证模型的准确性与可靠性；最后，采用加权平均的方法进行多尺度模型解译结果的融合，以增强该技术的工程实用效果。为方便实际工程应用，以上述技术为核心开发轻量化数字钻探智能解译平台，经多条灰岩与砂岩隧道应用结果表明：对比地质雷达与常规钻探解译，多尺度模型融合解译在解译效率、预测效果等方面总体表现优异，可为隧道施工的开挖与支护提供可靠的岩体完整性信息。

关键词：隧道工程；超前钻探预报；岩体质量评价；机器学习；模型可解释性

基于基坑支护工程的区段复式配筋预应力管桩抗弯试验及数值模拟

刘永超1, 2, 4，刘  岩1，李兵兵3，张国平3，胡智鑫1，刘建志2

(1. 天津城建大学，天津 300384；2. 天津大学建筑工程学院，天津 300072；3. 中铁建设集团有限公司，北京 100040；

4. 天津建城基业集团有限公司，天津 300301)

摘  要：复式配筋预应力混凝土管桩（PRC管桩）作为基坑支护桩使用时，为提高非预应力钢筋的利用效率，提出将区段配置非预应力钢筋的管桩作为基坑支护桩。通过对天津地区80个基坑工程中的支护桩弯矩分布情况统计分析，并对区段复式配筋预应力混凝土管桩（PR-PHC管桩）进行足尺抗弯试验及有限元分析，研究区段配筋的可行性和PR-PHC管桩的抗弯性能。研究表明，单支撑排桩、倾斜桩及悬臂桩的桩身弯矩区间分布具有规律性。PR-PHC管桩区段配置的非预应力筋，可以提高其抗弯极限承载力及其抗弯刚度，并有效改善桩身裂缝的展开情况，构建的数值模型可以较好地反映试验的实际情况。并对PR-PHC管桩在实际应用中可能遇到的不利工况做了影响分析。研究结果表明可以在基坑工程中使用PR-PHC管桩替代PRC管桩，减少钢筋使用量，促进碳减排。

关键词：有限元模拟；预应力混凝土；抗弯试验；区段配筋；基坑支护

外部水源作用下岩石液氮冻结试验研究

谭智勇，王超林*，龙安发

(贵州大学土木工程学院，贵州 贵阳 550025)

摘  要：地下工程施工常遇到砂土交错和地下水丰富的软弱地层问题，液氮低温可使岩土体迅速冻结以达到土层稳定和加固目的，但液氮在快速冻结的同时也会导致周围岩土体物理力学性质受到劣化，因此，探究超低温作用下外部水源对岩石劣化作用的影响对于工程施工的长期稳定和安全具有重要意义。为研究外部水源对岩石低温劣化作用影响，对不同饱水条件下的岩样进行液氮冷浸处理后开展超声波试验、核磁共振试验和单轴压缩试验。试验结果表明：①岩样在冻结状态下仍存在损伤，且损伤程度随岩样恢复室温后进一步增加；②液氮冷浸时间40 min左右对岩样劣化作用最明显；③外部水环境导致干燥岩样劣化程度增加、而饱和岩样劣化程度降低；④当岩石外部存在水源时，长时间（>30 min）的液氮冷浸作用会增加岩石的强度，而短时间（≤30 min）的液氮冷浸处理会劣化岩石的强度。

关键词：液氮；冻结损伤；孔隙结构；岩石强度

南阳重塑非饱和膨胀土的变形和含水率变化特性

牛  庚1, 2，孙德安3，陈  盼2，邵龙潭4，孔  亮*1，吴  迪1，缪玉松1，陈凡秀1

(1. 青岛理工大学理学院，山东 青岛 266520；2. 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；

3. 上海大学力学与工程科学学院，上海 200444；4. 大连理工大学力学系，辽宁 大连 116085)

摘  要：为研究水-力作用下非饱和土变形和含水率变化特性，采用非饱和土三轴仪，对非饱和膨胀土开展了吸力平衡、等向固结和三轴剪切试验，实时监测土的变形和含水率变化，综合分析了水-力作用下土的变形和含水率随时间的变化规律，并以“双孔”模型为基础框架，揭示了水-力作用下土的变形和含水率变化机制。研究表明：在吸力平衡和等向固结过程，非饱和土的变形和含水率随时间变化规律不同，变形在相对较短时间内达到平衡，而含水率达到平衡耗时更长；在三轴剪切过程，剪缩变形量与孔隙水排出量随时间基本上呈线性变化。随着吸力增大，含水率达到平衡所需时间增长，但对变形达到稳定耗时影响不大。净围压增大会增长含水率达到平衡的时间，然而对变形达到稳定的耗时影响不大。改进“双孔”模型，外力基本上只影响集聚体间孔隙；含水率变化会引起土颗粒重新排列，进而影响集聚体间孔隙；集聚体间孔隙水迁移速率相对较大，颗粒间孔隙水迁移速率相对较小。

关键词：非饱和土；变形；含水率；三轴试验；双孔模型

基于相似性原则的橡胶颗粒-砂混合物热导率理论模型

张  涛1，杨玉玲*1，张家铭2，周逸文2，刘松玉3

(1. 南京工业大学交通运输工程学院，江苏 南京 210009；2. 中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074；

3. 东南大学岩土工程研究所，江苏 南京 210096)

摘  要：为准确定量评价人工隔热材料橡胶颗粒-砂混合物的导热性能，突破现有经验关系模型适用性较差的局限性，以Wiener土体热导率模型为框架，基于相似性原则，通过对混合物中各介质的导热性能进行分析，建立用于计算混合物热导率的理论模型，分析模型中计算参数的意义和确定方法，根据文献报道热导率测试数据，对比验证模型的有效性，并探讨模型进一步完善和拓展的研究方向。研究结果表明：橡胶颗粒和孔隙液的导热能力相似，可将两者归属为相似类传热介质应用于Wiener串、并联模型中；模型综合考虑了橡胶掺量、粒径比、饱和度和孔隙率等对橡胶颗粒-砂混合物结构和导热性能的影响，准确描述了混合物热导率和橡胶掺量、粒径比的相关关系，与实测数据的对比结果显示了较高的精确度。探明复杂应力状态和极端气候条件对刚-柔性颗粒混合物导热性能的作用规律，是进一步完善和拓展本文模型的重要研究内容。

关键词：橡胶颗粒-砂混合物；热传导；颗粒接触；土体结构；理论模型

各向异性层状千枚岩渗透率及有效孔隙率试验研究

王  伟1, 2，陈超维1, 2，刘世藩1, 2，曹亚军1, 2，段雪雷1, 2，聂文俊3

(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 210024；2. 河海大学岩土工程科学研究所，江苏 南京 210024；

3. 中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110013)

摘  要：采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置，对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验，研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下，气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明：围压相同时，岩样的初始气体渗透率k0随着层理倾角β的增大呈“W”型变化，在β=45°时取最大值；在围压循环加卸载过程中，气体渗透率先随围压的加载而减小，后随围压的卸载而增大，卸载时的气体渗透率小于加载时的渗透率；层状千枚岩有效孔隙率和气体渗透率呈指数关系；平行于层理方向的气体渗透率远大于垂直于层理方向的气体渗透率；岩样有效孔隙率和气体渗透率随偏应力变化经历初始压密阶段、线弹性阶段和塑性变形阶段，随着偏应力的增大，岩样有效孔隙率和气体渗透率先减小，接着保持稳定，最后快速增大，并在岩样应力-应变曲线斜率接近于0时达到最大值。

关键词：层状岩石；各向异性；气体渗透率；有效孔隙率；常规三轴压缩；围压循环加卸载

高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像

董士琦1，周黎明1，付代光1，张  杨1，董新桐2，钟  铁3

(1. 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北 武汉 430010；2. 吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130061；

3. 东北电力大学电气工程学院，吉林 吉林 132012)

摘  要：准确提取隧洞掌子面前方岩体的纵波速度信息并对异常地质体构造进行准确成像是提高地震波法超前地质预报精度的关键。时间域全波形反演（full waveform inversion, FWI）技术可以实现对掌子面前方岩体纵波速度的高精度建模；将FWI结合互相关目标函数，可以解决隧洞中不同炮孔能量不均对反演结果的影响，并提高反演算法的抗噪性；结合隧洞地震数据混合震源编码策略，可以显著提高FWI计算效率；利用FWI提供的准确速度模型，进行基于双向照明补偿互相关成像条件的逆时偏移（reverse time migration, RTM），可以实现对异常地质构造的精准成像。通过多种隧洞常见地质体模型的数值试验验证了高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像方法的有效性，并为实际隧洞工程应用提供了理论支撑。

关键词：隧洞超前地质预报；全波形反演；混合震源编码；互相关目标函数；逆时偏移成像