2020年度《岩石力学与工程学报》“领跑者5000”论文

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; 65个
关键词; 59位
专家; 14篇
论文; 2864IP
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基于时间序列与PSO-SVR耦合模型的白水河滑坡位移预测研究

作者(Author)：张俊、殷坤龙、王佳佳、黄发明

摘要：滑坡位移预测模型的选择及其参数的选取是滑坡位移预测中至关重要的2个问题，以往的模型在预测滑坡位移时具有诸多的限制和不足。以三峡库区白水河滑坡为研究对象，基于时间序列分析方法，分离提取出滑坡趋势性位移与周期性位移。前者主要受控于滑坡的内部因素(物质组成、地质构造、地形地貌等)，可用最小二乘法对其进行多项式拟合并预测：后者是由外部影响因素(季节性降雨、库水位变动等)导致，取当月降雨量、双月降雨量、库水位高程、月间库水位变化量、双月库水位变化量和年间累计位移增量作为周期性位移的影响因子，提出采用可优化选参的粒子群优化算法(PSO)与支持向量机回归(SVR)相结合的方法对其进行预测；将各分位移预测值叠加得到累计位移预测值。运用多种方法进行分析对比，结果表明，基于时间序列与PSO-SVR耦合模型的滑坡位移预测精度要明显高于BP神经网络模型、网格搜索法优化的支持向量机模型(GS)其在滑坡位移预测中具有一定的理论基础和良好的应用前景。

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普立特大桥隧道锚现场模型试验研究抗拔能力试验

作者(Author)：张奇华, 余美万, 喻正富, 夏国邦, 王世谷, 边智华, 汪宏

摘要：为揭示隧道锚抗拔作用机制，研究隧道锚围岩变形特征和可能的破坏模式，验证普立特大桥隧道锚的设计安全度，在普立岸的隧道锚勘探洞内，进行相似比为1 : 25的隧道锚抗拔能力现场模型试验。通过不同荷载级别的弹塑性试验和流变试验，获得各级荷载下锚体与围岩的荷载传递特征、变形分布规律及流变特征。试验结果表明:锚体及围岩后表面最大变形分布曲线呈双峰形对称，前表面最大变形分布曲线为上凸形，后表面变形大于前表面变形;在8P(P为设计荷载)荷载作用下，最大变形仅为61 μm, SOP荷载下最大变形为566 μm;由于围岩夹持效应，超载时锚塞体后部的应力向锚塞体前部扩散很慢，当荷载达到SOP时，锚体前端应变不及后端应变的3%,混凝土锚体后部出现明显的应力集中，且部分应变不能恢复，混凝土产生了较明显的塑性变形。综合考虑到试验部位的岩体质量总体上比实际隧道锚围岩好，建议隧道锚的超载稳定系数大于80 6P荷载下没有出现流变现象，建议隧道锚的长期稳定系数大于60。

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用scDc试样测试岩石动态断裂韧度的新方法

作者(Author)：杨井瑞, 张财贵, 周妍, 朱哲明, 王启智

摘要：利用大直径分离式霍普金森压杆对大尺寸(150 mmX80 mm)压缩单裂纹圆孔板((SCDC)试样冲击加载，采用实验一数值一解析法测定了青砂岩的工型动态起裂韧度和动态扩展韧度。试样的起裂时刻和裂纹扩展速度由黏贴在裂尖附近的裂纹扩展计确定，通过对比发现，裂纹扩展计的准确性和灵敏性都比茹贴在同一试样对应位置的普通应变片更好。实验一数值一解析法根据实验数据获取试样两端的加载历程，利用有限元数值计算和普适函数的半解析修正，综合考虑材料惯性效应和裂纹扩展速度对动态应力强度因子的影响，较准静态方法更适于采用大尺寸试样确定岩石动态断裂韧度。实验一数值一解析法所确定的高加载率和高裂纹扩展速度下砂岩的动态断裂韧度值分别随动态加载率和裂纹扩展速度的提高而增加。最后，通过对SCDC试样裂纹扩展路径上应变片的断裂时间分析，确定了利用SCDC试样实现动态止裂的可能性。

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隧道围岩的复合结构特性及其荷载效应

作者(Author)：张顶立, 陈立平

摘要：基于地层岩土体的结构性和工程扰动特点，建立复合隧道围岩结构模型，提出围岩结构稳定性及其荷载效应的计算方法，实现荷载结构模型与地层结构模型的耦合。隧道施工引起的应力释放伴随着应力的转移，通常是山围岩中的压力拱实现传递的，表现出围岩的渐进破坏特点，按其稳定性特点可将围岩分为浅层围岩和深层围岩;深层围岩破坏的小连续性和阶段性本质上是山其分组特性所致，而每一组围岩则呈现同步或几乎同步运动的特点，并且一组围岩的失稳随即在其外侧形成一组新的岩层结构，用以维持其外部围岩的稳定，表现为随时空转化的复合拱结构模式;每组深层围岩通常是山“结构层”和“荷载层”构成，其中分层厚度较大、强度和刚度相对较高的岩层作为结构层控制着整组围岩的稳定性，通常位于围岩组的内侧，而厚度较小、强度和刚度也较低的岩层则作为荷载层而作用在结构层上。揭示结构层的失稳机制并给出相应的判据;明确提出复合隧道围岩结构的荷载效应是山浅层围岩的给定荷载和深层围岩的形变荷载组成，给定荷载取决于浅层围岩范围和性质，而形变荷载组取决于对结构层控制位态和传力岩层的刚度条件。

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受载岩石能量演化的围压效应研究

作者(Author)：张志镇, 高峰

摘要：能量演化贯穿于岩石变形破坏的全过程，为了探究围压对受载岩石能量演化特征的影响规律，对红砂岩试样进行6种固定围压下的轴向加、卸载试验，揭示岩石弹性能和耗散能演化及分配规律的围压效应，并探讨工程采动岩体的能量演化路径。研究结果如下:(1)提出岩石储能极限、最大耗散能密度、残余弹性能密度3种特征能量参数，可分别表征岩石的能量积聚、耗散和释放行为特征;(2)峰前主要表现为能量积聚，峰后主要表现为能量耗散和释放，但随着围压的增高，岩石储能极限大致呈幂指数增长，残余弹性能密度呈线性增加，最大耗散能密度呈幂指数增加，表明围压增大了能量输入的强度，减弱了能量释放的烈度;(3)围压越大，弹性能比例在峰前阶段越大，在峰值破坏时下降幅度越小，在峰后阶段二次上升所达到数值越接近于峰前值，表明围压提高了能量积聚的效率，提升了岩石破裂重组后的储能能力;(4)工程采动岩体失稳破坏的能量路径是增加储能水平和降低储能极限2条途径的组合，能量路径斜率越大，越容易因为围压的突然卸载而发生强能量释放行为。

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三峡库区万州区滑坡灾害易发性评价研究

作者(Author)：张俊, 殷坤龙, 王佳佳, 刘磊, 黄发明

摘要：滑坡灾害易发性研究在滑坡灾害风险管理与城市规划等方面具有非常重要的现实意义。以往的研究中，鲜有对指标因子状态划分作有关深入分析和讨论的。鉴于此，以滑坡灾害频发的三峡库区万州区为研究对象:首先，选取影响滑坡发生的7个致灾因子(地层岩性、地质构造、水系分布、坡度、坡向、坡体结构及土地利用)作为滑坡易发性的评价指标，依据各指标条件下滑坡累计发生频率曲线斜率的变化，并结合滑坡面积比和分级面积比曲线对指标因子的状态进行分级;其次，根据全区655个历史滑坡数据，分别运用信息量模型和逻辑回归模型建立各自的滑坡易发性评价体系;再则，采用快速聚类法(K-means cluster)对以上2种方法所得到的易发性结果进行分级，并基于GIS平台，得到全区滑坡易发性区划图;最后，从模型结果、精度、适用条件等方面对2个模型进行讨论和比较，研究结果表明:信息量模型和逻辑回归模型的预测精度分别为73.0%和54.9%，前者预测能力要优于后者。

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跨断层隧道围岩渐进性破坏模型试验及数值模拟

作者(Author)：徐前卫, 程盼盼, 朱合华, 丁文其, 李元海, 王婉婷, 罗云

摘要：断层及其破碎带是隧道开挖过程中常见的小良地质现象，也是围岩小稳定且容易出现事故的地段。以山区隧道施工中常见的工V级围岩为参照对象，利用地质力学模型试验和数值模拟研究跨断层隧道施工过程中围岩的渐进性破坏过程及其受力变形特性。研究结果表明:(1)位于拱顶之上的断层下盘岩体在隧道开挖后呈悬挑状态，且在靠近断层部位易出现拉裂缝;(2)隧道开挖使得上覆荷载向隧洞左、右两侧转移，从而导致拱腰以下的岩体和和率先剪切破坏，尤以断层下盘一侧岩体为甚;(3)隧道开挖将引起围岩应力重分布，若调整后的围岩应力超出岩体自身强度极限时，洞周岩体就会塌落成拱，且位于塌落范围内的岩体切向应力呈“跌落式”下降，此特征可用于判断岩体塌落范围;(4)隧道开挖后，山于断层的阻隔作用，岩体应力在跨越断层上、下盘时呈小连续、非线性分布的特征。

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降雨-蒸发条件下膨胀土裂隙演化特征试验研究

作者(Author)：曹玲, 王志俭, 张振华

摘要：为了解裂隙演化规律，在实验室模拟降雨一蒸发条件，开展一系列干湿循环作用下的膨胀土裂隙演化试验，记录土样干缩开裂、湿化愈合的动态演化过程。利用裂隙图像识别程序对裂隙面积率等参数进行定量分析;采用灌蜡法，观察裂隙最终形态并测量了裂隙的体积。试验结果表明:脱湿过程中裂隙发育分为缓慢一快速一缓滞增长3个阶段，其中，快速增长II阶段可完成整个裂隙发育的80%}90%;当土样基质吸力接近进气值时，土体开始出现裂隙，当含水率w接近缩限值时，裂隙发育接近停滞;干湿循环过程中，新生裂隙并不一定会在原裂隙处产生;干湿循环效应表现为:裂隙在干湿循环的作用下会逐步发育，主要体现在裂隙面积率与裂隙条数的增加，但随着裂隙发育的反复开裂、愈合使得膨胀土体结构趋于松散，拉应力势能储备逐渐降低，后期的干湿循环过程中，裂隙率、裂隙分维等形态参数会趋于稳定。灌蜡法测得裂隙体积167.8 cm3，约占试样总体积的4.8%，这一方法具有设备简单、操作性强的优势，为测量裂隙体积、观测裂隙三维形态提供了新的思路。

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