透水护圈减小斜交多桥墩的局部冲刷效果及机理 被引量：1

1

作者 齐洪亮 潘玲玲 +2 位作者 张雪 王晶 王茂安 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第3期76-85,共10页

采用室内模型试验和数值模拟的方法,以单幅双墩和双幅四墩的布设形式为研究对象,研究了利用透水护圈对前排桥墩防护时,与水流斜交布设时斜交角度对其余桥墩局部冲刷防护效果的影响及机理。模型试验结果表明:随着角度增加,前排桥墩的局... 采用室内模型试验和数值模拟的方法,以单幅双墩和双幅四墩的布设形式为研究对象,研究了利用透水护圈对前排桥墩防护时,与水流斜交布设时斜交角度对其余桥墩局部冲刷防护效果的影响及机理。模型试验结果表明:随着角度增加,前排桥墩的局部冲刷变化不大,后排桥墩的局部冲刷逐渐增加。当斜交角度较小时,前排桥墩的防护对后排桥墩有明显的遮蔽作用。当斜交角度大于30°时,前排桥墩的防护对后排桥墩的遮蔽作用基本消失,单幅双墩布设时后排桥墩最大冲深大于前排桥墩。双幅四墩布设时,对第2和第3个桥墩局部冲刷有一定的减冲效果,但会加剧第4个桥墩的局部冲刷。因此,建议多桥墩的布设角度不宜超过30°,否则须对最下游的桥墩进行防护。数值模拟结果表明:前排桥墩利用护圈防护后,桥墩两侧绕流流速明显降低,其下游的遮蔽范围明显增大,遮蔽作用显著增加。随着斜交夹角的增加,前后排桥墩的绕流叠加效应导致后排桥墩的墩侧流速和河床切应力增加,使其局部冲刷的加剧。 展开更多

关键词 透水护圈 局部冲刷 冲刷防护 模型试验 数值模拟

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考虑水-力耦合的桩-非饱和黄土接触面荷载传递模型 被引量：1

2

作者 李林 张等红 +2 位作者 张淼 顾晓强 徐龙飞 《岩土力学》 北大核心 2025年第5期1343-1355,1367,共14页

黄土因具有结构性强度和水敏性,桩-黄土接触面的剪切变形特性受水分影响显著,且剪切变形过程中因结构性强度退化而呈现出应变软化特性。根据桩-非饱和黄土接触面的水-力耦合特性,以有效饱和度和Bishop有效应力作为直接驱动变量反映饱和... 黄土因具有结构性强度和水敏性,桩-黄土接触面的剪切变形特性受水分影响显著,且剪切变形过程中因结构性强度退化而呈现出应变软化特性。根据桩-非饱和黄土接触面的水-力耦合特性,以有效饱和度和Bishop有效应力作为直接驱动变量反映饱和度对黄土结构性强度的影响。为考虑桩-非饱和黄土接触面剪切变形过程中结构性强度的退化特征,分别构建了接触面黏聚力、摩擦角和压缩指数的结构性参数,并建立了各结构性参数随塑性应变和土体有效饱和度的演化方程。在此基础上,通过等效侧限条件下非饱和结构性黄土与饱和无结构性黄土的塑性变形,在有效应力-有效饱和度空间建立了桩-非饱和黄土接触面的增湿屈服方程,进而耦合土-水特征曲线,提出了桩-非饱和黄土接触面的水-力耦合弹塑性本构模型。通过兰州非饱和结构性黄土的直剪试验数据和山西非饱和黄土桩的现场试桩数据对模型进行了验证与分析。结果表明,建立的桩-非饱和黄土接触面荷载传递模型可以描述桩-非饱和黄土接触面剪切变形的水-力耦合特性,体现桩-非饱和黄土接触面剪切强度随饱和度增加而减小的特征,且能够有效反映桩-土接触面应变软化特征随饱和度的变化规律。模型为非饱和黄土桩基灾变防控设计、计算和承载特性分析提供了有效途径。 展开更多

关键词 桩-黄土接触面 荷载传递 结构性强度 水-力耦合 应变软化

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非饱和原状结构性黄土水-力耦合弹塑性本构模型

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作者 李林 季良 +1 位作者 叶飞 李尧 《岩土力学》 北大核心 2025年第8期2421-2433,共13页

黄土由于特殊的物质成分组成与微观结构,具有水敏性、结构性强度和增湿变形等特殊的工程力学性质。考虑非饱和原状黄土结构性强度和变形与饱和度直接相关的本质特征,以Bishop有效应力和饱和度为作为直接驱动变量,将黄土结构性划分为固... 黄土由于特殊的物质成分组成与微观结构,具有水敏性、结构性强度和增湿变形等特殊的工程力学性质。考虑非饱和原状黄土结构性强度和变形与饱和度直接相关的本质特征,以Bishop有效应力和饱和度为作为直接驱动变量,将黄土结构性划分为固有结构性和受水分影响的胶结结构性,分别构建了固有结构性随应变的演化方程和压缩特性随饱和度的演化方程,在饱和度-有效应力空间建立了非饱和原状黄土的增湿屈服方程。进而采用变形相关的弹塑性土-水特征曲线,通过体应变耦合了黄土的水力-力学行为,在有效应力-饱和度空间建立了非饱和原状黄土的水-力耦合弹塑性本构模型。模型具有12个参数,可通过非饱和三轴压缩试验和剪切试验标定。通过西安黄土、伊朗黄土以及兰州黄土在不同水力路径下的既有压缩试验和剪切试验数据进行了模型参数标定与验证。结果表明,模型能够合理预测非饱和原状黄土的结构性屈服行为、增湿变形特性、水-力耦合特性以及加载和增湿顺序对土体变形和水力特性的影响。以有效应力与饱和度作为直接驱动变量在有效应力-饱和度空间建立非饱和原状黄土的水-力耦合模型,可以体现原状黄土力学特性与含水率之间的直接关系,为原状非饱和黄土本构模型的建立提供了新思路。 展开更多

关键词 原状黄土 非饱和特性 结构性演化 增湿变形 水-力耦合 弹塑性模型

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黄土孔内原位各向异性变形探测系统研制与测试

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作者 晏长根 王逸凡 +5 位作者 兰恒星 杨明宇 董忠红 雷文斌 张宏兵 李森 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1721-1730,共10页

为了解决传统原位土体变形测试忽略土体各向异性,加载测试方向单一等问题,提出黄土孔内各向异性变形原位测试系统的设计构想,整个测试系统由支撑系统、切削系统和探测系统组成,类似于孔内各向异性原位水平载荷试验,成功研制出样机。本... 为了解决传统原位土体变形测试忽略土体各向异性,加载测试方向单一等问题,提出黄土孔内各向异性变形原位测试系统的设计构想,整个测试系统由支撑系统、切削系统和探测系统组成,类似于孔内各向异性原位水平载荷试验,成功研制出样机。本样机可实现在钻孔内任意深度处固定,由切削系统切削出平面,再由阵列式挤压板进行孔内挤压,并通过数据采集器记录压力和位移数据,得到应力-位移关系曲线。基于现场试验测试,检验了本测试系统的可靠性。测试结果表明,随着测试深度的变化,变形模量与含水率之间呈负相关关系,而与土的黏聚力和峰值锥尖阻力呈正相关关系,黄土的各向异性与土体含水率和峰值锥尖阻力相关。在一定范围内,含水率的增加会降低同一深度不同方向黄土的变形模量差;而随着峰值锥尖阻力的增大,不同方向黄土的变形模量差也随之增大。验证了本测试系统结果具有较好的可信度。 展开更多

关键词 原位测试技术 各向异性变形测试 变形参数 黄土

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砾质硫酸盐渍土道基水盐迁移及变形特征

5

作者 张莎莎 钱宇 +2 位作者 王利鑫 赵凯旋 赵彦虎 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期48-58,共11页

针对干旱-季节性冻土地区砾质硫酸盐渍土作为高填方道基填料的适用性问题,通过不同工况下的恒温试验和冻融循环试验,深入分析了含盐量、含水率、细粒土含量等因素对砾质硫酸盐渍土填料的水盐迁移和变形特性的影响规律.试验结果表明:含盐... 针对干旱-季节性冻土地区砾质硫酸盐渍土作为高填方道基填料的适用性问题,通过不同工况下的恒温试验和冻融循环试验,深入分析了含盐量、含水率、细粒土含量等因素对砾质硫酸盐渍土填料的水盐迁移和变形特性的影响规律.试验结果表明:含盐量(0.5%~0.9%)、含水率(3.07%~5.07%)和细粒土含量(0.3%~5%)的增加,对砾质硫酸盐渍土冻结温度的影响幅度分别为61.9%、20.9%和4.96%,试验土样的冻结温度范围为-1.15~-0.67℃;当试样的级配相同时,随着易溶盐含量的增加,冻结温度逐渐降低,可促进试样中水盐向冷端迁移;当试样的含盐量相同时,细粒土含量从0.3%增至5%,最大变形量提高了62.8%;细粒土含量和含盐量的增加,能促进砾质硫酸盐渍土由沉降变形转向隆起变形;3%细粒土含量试样的总变形量较小,水盐分布近似初始值,相对稳定,建议该地区砾质硫酸盐渍土高填路堤填料应控制细粒土含量不大于3%. 展开更多

关键词 路堤 砾质混合土料 细粒土 水盐迁移 盐-冻胀变形

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不同坡度下生态防护黄土边坡水分迁移演化特征研究 被引量：2

6

作者 张文铎 包含 +4 位作者 兰恒星 郑涵 晏长根 王俊田 敖新林 《西北地质》 北大核心 2025年第2期121-135,I0002,共16页

黄土边坡广泛分布于中国西北地区,在强降雨条件下极易发生失稳灾害。生态防护已成为保护黄土边坡的有效手段,但不同坡度的生态防护黄土边坡,会导致其内部水分迁移特征及防护效果的差异。因此,为研究不同坡度对生态防护黄土边坡水分迁移... 黄土边坡广泛分布于中国西北地区,在强降雨条件下极易发生失稳灾害。生态防护已成为保护黄土边坡的有效手段,但不同坡度的生态防护黄土边坡,会导致其内部水分迁移特征及防护效果的差异。因此,为研究不同坡度对生态防护黄土边坡水分迁移与演化特征的影响,本研究以45°和60°两个坡度的生态防护黄土边坡模型为基础,采用时间序列分析法和Hydrus-2D水分迁移模拟软件,解释了生态防护黄土边坡的水分动态演化规律,揭示了降雨强度、降雨历时和植物生长周期对含水率响应模式的影响,并分析了不同防护阶段和不同坡度下边坡土壤水分迁移的规律。研究结果表明,整个监测期间,60°边坡的整体含水率略低于45°边坡,且60°边坡的土壤水分在坡面下部随土层分布的差异性更加显著,而45°边坡在坡顶时表现更明显;随着降雨强度的增加,坡体内部水分对降雨事件响应的滞后时间显著缩短,而边坡内部水分响应的滞后时间及其达到最强响应的滞后时间则随着降雨事件历时的延长而相应增加,植被防护能够有效增大边坡水分对降雨响应的滞后时间,60°边坡内部对所研究降雨事件响应的滞后时间均慢于45°边坡;针对强降雨事件,生态防护可以有效降低水分入渗速率,不同防护时期水分迁移速率表现为:防护前期>防护中期>防护后期,同时植物对60°边坡的水分迁移速率影响更为显著,且60°边坡水分入渗响应速率比45°边坡更慢。 展开更多

关键词 生态护坡 坡度 水分迁移演化 时间序列分析 Hydrus2D 黄土高原

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循环荷载作用下漫灌区粉质黏土的动力特性研究 被引量：1

7

作者 王梦洁 张莎莎 +2 位作者 杨晓华 张超 晏长根 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1215-1227,共13页

为明确交通荷载作用下漫灌区粉质黏土的动力变形特性,通过开展单样逐级和多样恒定幅值的循环加载动三轴试验,研究了围压、偏压固结比、排水条件、动荷载频率和循环应力比等因素对粉质黏土累积塑性应变和残余动孔压发展规律、滞回曲线演... 为明确交通荷载作用下漫灌区粉质黏土的动力变形特性,通过开展单样逐级和多样恒定幅值的循环加载动三轴试验,研究了围压、偏压固结比、排水条件、动荷载频率和循环应力比等因素对粉质黏土累积塑性应变和残余动孔压发展规律、滞回曲线演化特性以及软化指数的影响。结果表明:土体在动荷载作用下的累积塑性应变和残余动孔压的发展具有一致性,根据安定性理论可以将试样在不同试验条件下的动力行为划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏3种典型情况,在试验基本工况下,塑性安定、塑性蠕变和增量破坏3种动力行为的界限循环应力比分别在0.30和0.40附近;处于塑性安定状态不排水试样的滞回特征明显,滞回曲线呈S形,随着加载的进行土体存在刚度退化现象;不排水试样的累积塑性变形小于排水试样,在较低循环应力比下排水和不排水条件土体的软化指数分别稳定在1.15左右和0.91左右;通过灰色关联度分析发现,循环应力比对累积塑性应变和孔压比的影响程度最大,围压对软化指数的影响程度最大;确定了适用于漫灌区粉质黏土的累积塑性应变模型的相关参数,预测效果良好。 展开更多

关键词 动三轴试验 粉质黏土 循环应力比 累积塑性应变 软化指数

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考虑剪胀性的面层基层混合铣刨料模型及其参数敏感性分析

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作者 张冰冰 宋飞 孙传迪 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期163-176,共14页

为了研究面基混合铣刨料的力学性能及其尚不明确的本构模型,在三轴试验的基础上,基于Duncan-Chang模型和Pastor-Zienkiewicz剪胀方程构建了非线性剪胀本构模型,通过应用次弹性理论推导出该本构模型的刚度矩阵,并借助ABAQUS有限元软件平... 为了研究面基混合铣刨料的力学性能及其尚不明确的本构模型,在三轴试验的基础上,基于Duncan-Chang模型和Pastor-Zienkiewicz剪胀方程构建了非线性剪胀本构模型,通过应用次弹性理论推导出该本构模型的刚度矩阵,并借助ABAQUS有限元软件平台的UMAT子程序对该模型进行了二次开发,验证了模型的准确性和可靠性.此外,还对该模型的参数进行了全体敏感性分析及关键参数响应面分析.结果表明,在轴向应变为10%左右时,不同围压下两种材料的强度均逐渐达到残余强度,体积应变与轴向应变呈现出先减小后增大的趋势,且在一定范围内表现为明显的剪胀特性.利用二次开发出的UMAT子程序对三轴试验进行模拟计算,其结果与试验结果相比展现出高度的吻合度.研究指标偏差应力(σ_(1)-σ_(3))受到参数φ_(0)、Δ_(φ)、K的影响尤为突出,受参数n、φ_(cr)、α、R_(f)的影响则相对较弱,轴向应变ε_(1)受参数R_(f)、K、φ_(0)的影响变得显著,而n、Δ_(φ)、φ_(cr)、α的影响则显得较为有限.对(σ_(1)-σ_(3))的敏感性程度由高到低次序为φ_(0)、φ_(0)^(2)、Δ_(φ)、φ_(0)Δ_(φ)、KΔ_(φ)、K、K^(2)、Δφ^(2)、Kφ_(0),对ε_(1)的敏感性程度由高到低次序为R_(f)、φ0、R_(f)2、K、R_(f)φ0、KR_(f)、φ0~2、Kφ0、K2.通过响应面法分析比较关键参数之间交互作用,发现它们对(σ_(1)-σ_(3))的具体影响程度为:φ_(0)>Δ_(φ)>K;对ε_(1)的具体影响程度为:R_(f)>φ_(0)>K.研究成果可为面基混合铣刨料的工程应用提供理论依据及为参数选取提供参考. 展开更多

关键词 本构模型 剪胀性 次弹性理论 敏感性分析 响应面

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基于孔压静力触探试验测试数据的原位固结系数物理信息神经网络反演方法 被引量：4

9

作者 李林 左林龙 +1 位作者 胡涛涛 宋博恺 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2889-2899,共11页

固结系数是软基沉降计算和稳定性分析的关键参数,现有固结系数原位测试方法存在耗时长且精度低的缺点。根据孔压静力触探试验(piezoconepenetrationtest,简称CPTU)贯入机制与锥肩超孔隙水压力消散模式,采用圆孔扩张理论和轴对称固结方... 固结系数是软基沉降计算和稳定性分析的关键参数,现有固结系数原位测试方法存在耗时长且精度低的缺点。根据孔压静力触探试验(piezoconepenetrationtest,简称CPTU)贯入机制与锥肩超孔隙水压力消散模式,采用圆孔扩张理论和轴对称固结方程描述CPTU锥肩超孔隙水压力的形成、发展和消散过程,利用神经网络自动微分功能将轴对称固结方程嵌入深度神经网络,通过物理方程损失函数、边界条件损失函数和初始条件损失函数形成神经网络的物理信息约束,同时将CPTU孔压测试数据作为数据驱动项,以最小化超孔隙水压力损失函数为优化目标,建立了CPTU孔压测试数据反演场地原位固结系数的物理信息神经网络(physics-informed neural networks,简称PINNs)模型。通过已有离心模型试验数据反演验证了PINNs模型反演场地原位固结系数的有效性,并利用CPTU孔压测试数据分析了PINNs模型反演原位固结系数的鲁棒性。结果表明:提出的PINNs模型能够有效利用CPTU孔压测试数据快速准确地反演场地原位固结系数;由于模型融入了物理机制约束,所需训练数据量少,且对有噪声的孔压测试数据具有较强的鲁棒性和泛化性能,为准确、快速可靠测试场地原位固结系数提供了有效途径。 展开更多

关键词 原位固结系数 静力触探 孔压测试数据 固结方程 物理信息神经网络 参数反演

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循环加卸载下黑云母石英片岩的弹性模量与能量演化特征研究 被引量：4

10

作者 裴润生 包含 +2 位作者 兰恒星 黄晓林 晏长根 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期74-85,共12页

黑云母石英片岩是一种典型的各向异性岩石,为研究其损伤演化规律及各向异性表现特征,针对含0°,45°,90°3种片理角度的试样,开展了等塑性应变循环加卸载试验。结果表明:不同片理面角度试样的破坏模式有所不同,0°片理... 黑云母石英片岩是一种典型的各向异性岩石,为研究其损伤演化规律及各向异性表现特征,针对含0°,45°,90°3种片理角度的试样,开展了等塑性应变循环加卸载试验。结果表明:不同片理面角度试样的破坏模式有所不同,0°片理面试样中的张拉破裂现象与45°片理面中的剪切破坏现象尤为明显。随着塑性应变增加,黑云母石英片岩的弹性模量表现出先强化、后弱化的现象,这一现象在高围压下更为明显。在弱化阶段中,弹性模量演化的转折点与裂纹起裂强度σci稳定时对应塑性应变一致。弹性模量作为岩石损伤劣化过程的评价指标较完整性系数受片理面角度的影响更小。在岩石内部能量演化过程中,耗散能大小与片理面角度的关系为0°>90°>45°,耗散能、弹性能下降的速率大小关系为45°>90°>0°,其降至稳定时与岩石损伤强度σcd稳定时对应塑性应变一致。该研究借助弹性模量和能量演化规律分析,探究了黑云母石英片岩的损伤演化力学行为。 展开更多

关键词 黑云母石英片岩 各向异性 循环加卸载 弹性模量 能量

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基于机器学习的石窟顶板裂隙热红外识别 被引量：1

11

作者 李昌波 包含 +4 位作者 兰恒星 李黎 陈卫昌 刘长青 吕洪涛 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期191-204,共14页

石窟顶板层状岩体中发育的裂隙相互交切,极易引发石窟岩体的失稳破坏,对其快速精准识别是石窟保护的重要基础。针对石窟顶板岩体裂隙的非接触精准测量需求,结合热红外探测技术和改进的UNet网络模型,对顶板裂隙网络二值图进行提取,并运... 石窟顶板层状岩体中发育的裂隙相互交切,极易引发石窟岩体的失稳破坏,对其快速精准识别是石窟保护的重要基础。针对石窟顶板岩体裂隙的非接触精准测量需求,结合热红外探测技术和改进的UNet网络模型,对顶板裂隙网络二值图进行提取,并运用聚类算法,完成了裂隙网络二值图分割识别以及裂隙分组。结果表明,该网络模型各项性能相较于其他网络模型有所提高,Dice系数和推理速度分别达到了71.63%和0.84帧/s,识别过程抵抗人工结构物影响的能力较强,凸显该方法推理速度快,提取精度高、热红外图像适用性好等特点。以安岳圆觉洞顶板为例,应用该方法共分割识别出153条裂隙,并确定了NW327°和NE55°是顶板裂隙的优势走向,与其他测量方法相比识别效果更好。 展开更多

关键词 石窟寺 岩体裂隙识别 深度学习 UNet网络 裂隙分组 聚类分析

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