2020年度《岩土力学》“领跑者5000”论文_中国煤炭行业知识服务平台

2020年度《岩土力学》“领跑者5000”论文

来源：岩土力学

领跑者5000(简称F5000),是中国科学技术信息研究所自2000年开始立项开发的国家级研究课题，旨在将中国精品科技期刊上发表的部分优秀论文推向国内外的高端平台，在更大范围内向世界展示和推广我国最重要的科研成果，以扩大期刊和作者的学术影响力，引领我国高水平科技期刊事业的发展和成长。

行业视野: F5000
类别; 77个
关键词; 82位
专家; 17篇
论文; 3242IP
点击量; 2247次
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重载铁路粗粒土填料动力特性及累积变形分析

作者(Author)：冷伍明 , 周文权 , 聂如松 , 赵春彦 , 刘文劼 , 杨奇

摘要：重载铁路路基比普通铁路和高速铁路要承受更大的动力荷载，路基本体的动力变形更加明显。重载铁路路基的核心层绝大部分为粗粒土，为了探讨重载铁路路基粗粒土填料在列车往复荷载作用下的变形和强度特性，开展了一系列大型动三轴试验，探讨了不同动应力幅值、不同围压、不同含水率对粗粒土土样累积变形的影响，分析了不同静强度和围压时动强度的特点，并根据粗粒土土样在不同围压和动应力作用下的变形规律，即增大围压或减小动应力有助于增强土体稳定，提出了基于累积变形发展趋势的路基粗粒土变形稳定界限状态和判别准则，并给出了判别准则参数。研究结果对重载铁路路基的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有参考价值。

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微生物胶结在防治堤坝破坏中的应用研究

作者(Author)：刘璐, 沈扬 , 刘汉龙, 楚剑

摘要：为防治漫顶引起侵蚀造成堤坝破坏，将微生物诱导碳酸钙沉淀即 MICP 技术应用于加固堤坝表层。通过向堤坝表层喷洒微生物细胞以及营养盐，最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶，以改善堤坝表层砂的力学性能。首先，采用喷洒法处理堤坝表层；其次，对处理好的堤坝模型进行水槽试验，研究其抗侵蚀性；最后，对堤坝表层的试样进行强度与渗透试验。试验结果表明，采用 MICP 技术加固堤坝模型表层可有效提高其抗侵蚀力，防治由漫顶引起的堤坝破坏。对加固后的表层取样进行测试，结果表明：无侧限抗压强度可高达 9 MPa，渗透系数从 4×10-4 m/s 降低至 7.2×10-7 m/s。试验说明，微生物胶结技术在加固堤坝表层方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。

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微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究

作者(Author)：方祥位 , 申春妮 , 楚剑 , 吴仕帆 , 李依珊

摘要：向珊瑚砂中注入巴斯德芽孢杆菌菌液、氯化钙和尿素的混合液，利用微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂；并对珊瑚砂固化体进行了渗透、强度及微观结构等试验。试验结果表明，巴斯德芽孢杆菌的活性随时间呈衰减趋势，但衰减速度缓慢，能较好地满足珊瑚砂固化的需要。随着菌液、氯化钙和尿素的混合液注入次数的增加，珊瑚砂柱渗透性逐步降低，最终渗透性降低了 1～2 个数量级。微生物固化后的珊瑚砂柱应力-应变曲线大致可分为 3 段，即应力随应变缓慢增加段、快速增加段以及突降段。试样发生压裂脆性破坏，无侧限抗压强度最高达到 14 MPa 左右。抗压强度随干密度增加而增大，随渗透性降低而增大。微生物固化后珊瑚砂颗粒被生成的碳酸钙完整的包裹，孔隙间极少见生成的碳酸钙，与普通硅砂微生物固化后的微观结构不同，较好地解释了渗透性降低不多的原因。

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水岩作用下砂岩劣化损伤统计本构模型

作者(Author)：邓华锋, 胡安龙, 李建林, 张小景, 胡玉, 常德龙, 朱敏

摘要：水库蓄水运行后，库水位反复升降变化对库岸边坡岩土体来说是一种疲劳作用，水岩作用下边坡岩体力学性质的劣化将影响整个边坡的稳定。基于此，在前期浸泡-风干循环水岩作用试验数据分析基础上，根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩试验应力-应变曲线的特点，借助连续损伤力学和统计理论，将浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应耦合到损伤统计本构模型中，并重点考虑了压密段的影响，分段建立了水岩作用下砂岩的统计损伤本构方程。对比分析表明，所建立的分段统计损伤本构模型计算与试验曲线符合较好，说明所建立的统计损伤本构方程可以较好地反映砂岩在浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应，在水岩作用过程中，本构模型第 2 段的 Weibull 分布参数 m 和 F0均逐渐减小，反映了水岩作用下砂岩脆性逐渐减弱，宏观强度逐渐降低的力学特性。研究成果对大量存在的库岸边坡长期变形稳定分析具有较好的参考价值，同时，相关分析方法也可以为类似试验提供参考。

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水玻璃固化硫酸盐渍土强度特性及固化机制研究

作者(Author)：吕擎峰 , 申贝 , 王生新 , 孟惠芳 , 常承睿

摘要：盐渍土化学固化法是解决盐渍土盐胀、溶陷和腐蚀等不良工程问题的有效方法之一。通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验、化学成分分析和扫描电镜试验研究了石灰粉、煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的强度特征，分析探讨了其固化机制。试验结果表明：石灰含量小于 8%时，石灰、粉煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的抗压和抗剪强度较石灰粉煤灰固化土有大幅度提升，固化土强度随水玻璃浓度几乎呈线性增长。水玻璃固化硫酸盐渍土强度增加的机制在于：水玻璃的碱激发粉煤灰作用和水玻璃与盐渍土中化学成分的吸附作用所生成各类凝胶的填充和包裹，使得骨架颗粒的接触面积大，颗粒之间的孔隙逐步减小，骨架颗粒由点接触变为面接触，固化盐渍土通过凝胶而黏结成为一个紧密的空间网状整体结构，土体强度得以提高。同时，复杂的物理化学作用大幅度降低了固化盐渍土中SO2−4含量，有效地抑制了硫酸盐渍土的盐胀特性。

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深井高应力软岩沿空留巷围岩破坏机制及控制

作者(Author)：武精科 , 阚甲广 , 谢生荣 , 谢福星 , 陈冬冬

摘要：针对深井高应力软岩沿空留巷围岩大变形难题，通过现场调研、理论分析和相似模拟试验，分析了围岩特性、支护结构破坏形式及其破坏演化过程，并对围岩破坏机制和围岩控制技术进行了深入系统研究。结果表明：厚层泥岩低强度、软化吸水膨胀及其在强采动高应力状态下碎裂扩容、长期蠕变是围岩大变形的诱因；围岩变形破坏相对于巷道横截面铅垂和水平方向呈明显不对称状态；原有围岩支护系统没有形成一个完整承载结构，使支护体被各个击破，围岩破坏顺序：充填区域顶板破碎→充填体偏心受载压裂片落→巷内顶板急剧倾斜下沉→实体煤帮外鼓片帮，最终导致围岩失稳；提出顶板分区耦合支护和以充填区域顶板为关键纽带的“四位一体”围岩控制技术，该技术能够提高巷道整体稳定性，避免围岩局部破坏造成的支护结构失稳，保障巷道安全畅通。

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类节理岩石直剪试验力学特性的数值模拟研究

作者(Author)：李晓锋 , 李海波 , 夏祥 , 刘博 , 冯海鹏

摘要：节理岩体的剪切特性是主导岩体工程稳定性的关键因素。基于 PFC2D离散元颗粒流程序，结合室内试验结果对比分析，选取合理的细观参数进行数值模拟，分别从细观角度研究了节理岩石的裂纹发展、能量转化及声发射现象等特性，从宏观角度研究了节理岩石的强度模型和破坏形态。结果表明：节理岩体主要呈现磨损和剪断两种破坏形态，不同的破坏形态对应不同的强度模型；随着剪切变形增加，岩体沿节理面发生破坏，弹性阶段以法向裂纹为主，而塑性阶段切向裂纹起主导作用，滑移区 R、P 裂纹贯通形成破碎带，节理面产生较大滑移；在应力达到峰值强度前，边界能主要转化为应变能，法向裂纹生成较多；越过峰值强度后，摩擦能快速增长，并伴随大量切向裂纹产生。与室内试验结果相比，PFC2D较好地模拟了节理岩体剪切力学特性，弥补了室内试验中无法进行细观特性研究的缺陷，对于节理岩体后期研究提供了一些参考。

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考虑突变理论的顺层岩质边坡失稳研究

作者(Author)：夏开宗 , 刘秀敏 , 陈从新 , 宋娅芬 , 欧哲 , 龙毅

摘要：应用突变理论，以顺层岩质边坡为例，考虑地下水对滑面带介质的应变和水致弱化性质，以及地下水对边坡后缘张裂缝的水力效应，构建了边坡的尖点突变模型，分析了顺层岩质边坡失稳的力学机制：边坡失稳过程主要是内部因素和外部因素共同作用的结果，内部因素主要是地下水通过物理化学作用软化了滑面带岩体，使滑面带岩体刚度比降低，在边坡失稳的过程中起主导的定性作用；外部因素主要是指边坡后缘张裂隙的静水压力，不仅使得边坡的滑动势能增加，还对边坡造成一种扰动的作用，加速滑坡的启动。在突变分析的基础上，推导了边坡后缘张裂缝临界充水高度和临界降水强度的关系式，建立了边坡滑移破坏的水力判据；给出了边坡岩体在渐进软化过程中的位移变化规律，剪切位移并非均匀增长，而是呈现出阶梯状跳跃式上升。同时，进行了室内物理模型试验（当刚度比 λ→0 ），在一定程度上验证了考虑突变理论来分析顺层岩质边坡失稳的力学机制和边坡岩体在渐进软化过程中位移变化规律的合理性。并提出了此种类型边坡的处治技术与优化方法建议。

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