绿色岩土工程研究现状及展望

面对日益严重的环境问题,人们逐渐开始关注岩土工程的可持续发展,绿色岩土工程理念由此应运而生。该文对近十年来绿色岩土工程研究领域所取得的成果、研究现状等进行了述评,厘定了绿色岩土工程的定义,阐述了众多典型的绿色钻探技术、场地形成理论、新型绿色基坑支护技术、环保低碳边坡防护技术、集约型绿色地基基础施工技术、固体废弃物及建筑垃圾处置利用及荒漠化防治,分析与讨论了绿色岩土工程目前面临的问题,并提出了今后研究重点。     

我国岩土与工程研究的现状与展望第三届全国岩土与工程大会学术总结

本文是由我国地质工程领域的4个学会共同举办的第三届全国岩土与工程大会学术总结报告。 会议显示了我国岩土与工程领域研究工作的4个特点:(1)基础研究加强。出现一系列特殊土测试研究成果,汶川地震后岩土体动力学成为新的热点,岩土体基本性质和行为研究引起更多关注;(2)工程诱发的地质灾害受到重视;(3)岩土与工程新技术迅速发展;(4)岩土与工程教育、培训、技术标准建设受到广泛重视。 同时指出,动力学、多场耦合、高地应力、工程与地质环境相互作用下的岩土体基本性质与行为,以及专门的岩土与工程问题的研究将进一步受到重视; 岩土与工程测试、监测和加固技术将获得进一步发展。     

热-流-固耦合建模过程

热-流-固耦合作用是存在高度非线性的复杂耦合作用。有关这三场的耦合作用研究在地石油工程、热资源开发、地下核废料存储安全、采矿工程等很多领域有着非常重要的应用价值。由于研究对象的不同,热流固耦合模型的形式存在差异,建立符合实际问题的三场耦合模型十分困难,文中在国内外学者对三场耦合模型理论研究的进展状况的基础上,通过一个例子,介绍了用adina建立模型的过程。     

裂隙岩体水力劈裂研究综述

作为裂隙岩体渗流-应力耦合研究的一个子课题,岩体水力劈裂问题的研究尚处于初始阶段,许多基本的理论问题尚待深入研究。当今许多大型工程的建设已经在向地下发展,建设在地下的各种建筑结构离不开水压的作用。工程建设的需要正在推动岩体水力劈裂理论的研究。水力劈裂作为一种技术最初在石油工业用来增加油井产量,后来逐渐用于初始地应力测量等其他工程项目。随着水电工程建设、地下核废料储存、地热开发、井工矿产采掘等岩体工程越来越多的处于高水头、大埋深等恶劣水文地质条件下,水力劈裂作用正在受到越来越多工程岩体稳定性研究者的关注。通过对水力劈裂研究的现状作较为详细地综述,列举了当今研究的理论、方法和成果,以及目前水力劈裂研究的热点问题,并作了简单评述。最后,指出了目前需要重点研究的几个关键问题。     

基于DDA的裂隙岩体非饱和渗流应力耦合模型研究

岩体饱和–非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性有十分重要的影响。目前对于裂隙岩体饱和渗流应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析。根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了新的基于DDA方法的非饱和渗流应力耦合模型。并给出了在库水位骤降工况下的边坡水力耦合算例,其计算结果显示在库水位骤降情况下：考虑水力耦合且库水位下降较快时的安全系数要小于库水位下降慢时的安全系数;考虑水力耦合的边坡稳定安全系数要小于不考虑耦合时的安全系数。仿真实验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的。     

第九届全国土动力学学术会议(一号通知)

<正>工程防灾减灾已成为当今工程建设中最重要、最活跃和最具挑战性的研究领域。作为工程建设的基础,土动力学及岩土工程抗震研究起着极其重要的作用。近年来,国内外发生了多次破坏性地震,导致生命财产巨大损失,出现了诸多值得深入研究的新现象和新问题。高速交通、复杂环境动荷载作用下的岩土工程安全评价、岩土防爆等诸多问题,均对土动力学及岩土工程抗震研究提出了新的挑战。     

我国油藏渗流-温度-应力耦合的研究进展

油藏流固耦合理论的研究,近年来引起中国学者的极大兴趣,成为油藏工程及相关领域研究的热点问题之一。笔者不但比较系统地介绍了石油工程中遇到的不可忽略的流固耦合问题,而且,对油藏流固耦合的主要研究方法、研究结果等进行了报道,并对油藏热流固耦合研究的发展趋势和前沿方向进行了展望。     

工程地质学耦合理论初步研究

耦合理论贯穿于工程地质学中的各个研究领域, 也是解决各种各样工程地质问题的基本指导思想。其主旨就是在工程勘察、工程设计和工程建设中应将工程系统与自然系统做最佳的耦合。本文初步论述了耦合理论的基本思想、图示模型、数学模型、耦合理论的实施步骤与循环、耦合理论的决策准则、耦合度及其风险性分析、以及耦合理论与其他学科的关系等。     

离散单元法中接触变化诱导的水头变化

利用离散单元法模拟岩土体水力耦合行为时,有必要考虑块体的渗透性。为此,基于流量守恒原理,建立了块体间三种接触变化导致的边界节点水头变化关系,它们与 Ｃｕｎｄａｌｌ已建立的边界节点质量和速度变化关系一起,使二维离散单元法模拟岩土体水力耦合行为时满足力学的基本原理。     

试论我国岩石力学的研究状况及其进展

从岩石(岩体)基本性质的试验研究;岩石塑性力学研究及岩石塑性应变梯度理论;岩石流变力学研究;岩石损伤、断裂力学研究;岩石块体力学研究;分形-岩石力学研究;岩石渗流(耦合)力学及环境岩土工程;岩石力学计算方法及位移反分析;智能科学方法在岩石力学问题中的应用;非线性科学方法(混沌)在岩土工程中的应用10个方面介绍了我国岩石力学的研究状况及其进展,并回顾了岩石力学专家们一些年来所取得的主要成果。     

爆轰荷载作用下球空腔热流固耦合动力响应

基于饱和多孔弹性介质热流固耦合动力模型(THMD)及控制方程,研究了爆轰荷载作用下球空腔内壁面受到随时间变化热、力冲击作用下的热流固耦合动力响应。利用Laplace变换技术,对控制方程进行解耦,获得了温度、位移、孔隙水压力和应力积分形式解。采用Laplace逆变换得到数值结果,分析了热流固耦合参数的影响特性,并将热流固耦合结果与热弹性条件下的结果进行比较,以验证热流固耦合条件下结果的正确性。     

Numerical and analytical investigation of compressional wave propagation in saturated soils

In geotechnical earthquake engineering, wave propagation plays a fundamental role in engineering applications related to the dynamic response of geotechnical structures and to site response analysis. However, current engineering practice is primarily concentrated on the investigation of shear wave propagation and the corresponding site response only to the horizontal components of the ground motion. Due to the repeated recent observations of strong vertical ground motions and compressional damage of engineering structures, there is an increasing need to carry out a comprehensive investigation of vertical site response and the associated compressional wave propagation, particularly when performing the seismic design for critical structures (e.g. nuclear power plants and high dams). Therefore, in this paper, the compressional wave propagation mechanism in saturated soils is investigated by employing hydro-mechanically (HM) coupled analytical and numerical methods. A HM analytical solution for compressional wave propagation is first studied based on Biot’s theory, which shows the existence of two types of compressional waves (fast and slow waves) and indicates that their characteristics (i.e. wave dispersion and attenuation) are highly dependent on some key geotechnical and seismic parameters (i.e. the permeability, soil stiffness and loading frequency). The subsequent HM Finite Element (FE) study reproduces the duality of compressional waves and identifies the dominant permeability ranges for the existence of the two waves. In particular the existence of the slow compression wave is observed for a range of permeability and loading frequency that is relevant for geotechnical earthquake engineering applications. In order to account for the effects of soil permeability on compressional dynamic soil behaviour and soil properties (i.e. P-wave velocities and damping ratios), the coupled consolidation analysis is therefore recommended as the only tool capable of accurately simulating the dynamic response of geotechnical structures to vertical ground motion at intermediate transient states between undrained and drained conditions.     

水下砂土层非线性动力反应的直接差分法

应用多孔介质动力学进行了水下的砂土地层的动力反应分析,水下砂层可以看作是多相介质,孔隙水是可压缩的,土壤采用了非线性本构,考虑了砂土的刚度退化和剪胀性及土水相对运动等因素,并研究了多孔介质波动模拟的边界条件,建立了水体下地层平面动力非线性动力反应的直接差分法,直接求解水体的压力和饱和土层的动孔隙压力,可以进一步分析水下砂土地震液化问题。     

考虑热-水-力耦合效应多孔弹性地基的动力响应

通过对Biot波动方程的修正,得到考虑热-水-力学耦合效应的多孔弹性介质动力响应的控制方程,研究了简谐均布荷载作用下地基土体的热-水-力耦合动力响应问题。利用Fourier变换技术,得到地基中的应力、位移和孔隙水压力积分形式的解答。利用Fourier逆变换得到数值结果,分析了热-水-力学耦合条件下地基土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力响应的分布,并讨论了热源输入的影响, 结果表明：应力、位移和孔隙水压力随 的增大而有一定的减小。     

饱和多孔介质热-水-力控制方程耦合项的意义及耦合影响分析

基于饱和多孔介质完全耦合条件下热-水-力控制方程的一般形式,对各耦合项的物理意义进行了分析。以等温条件下水-力耦合的Biot渗透固结理论和等压条件下热-力耦合的热弹性理论两种退化形式为基础,给出耦合系数的物理意义及其函数表达式。研究表明,其中一些耦合系数实际上有相同的物理意义和数学形式,因而可使控制方程得到简化。针对不同的介质特性以及热、水、力条件,给出几种特定情形下控制方程的简化形式。以无限大多孔介质中球域热源的热力学响应分析为例,对一些耦合项的影响程度进行了比较研究。     

强震作用下多层土质边坡破坏规律与变形特征

通过对汶川地震受灾区北川县陈家坝地区的地质灾害调查,根据现场松散土质边坡破坏情况,由工程地质类比法选择了计算模型和地震波,采用岩土弹塑性理论和FLAC3D软件分析了多层土质边坡在动荷载作用下边坡单元的剪切拉伸破坏和剪切应变动力响应规律。研究表明,在水平和竖直地震波联合作用下,地震边坡单元首先在坡体内产生剪切破坏。随着震动时间的增加,剪切破坏单元向坡脚和坡肩处延伸,而在坡肩处主要产生拉破坏,一旦剪切破坏面和拉破坏面贯通,将导致边坡失稳。强震过后边坡坡脚鼓出,坡肩下凹,整个坡体呈弧形破坏。      

深厚饱和软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响

工程场地中透镜体对地震动具有明显的影响,且饱和场地与相应干土场地的地震响应具有明显的差别,而目前对于深厚饱和软土场地中透镜体对地震响应的影响还鲜有研究。采用有限元-间接边界元耦合法,建立饱和场地中非线性土-结构动力相互作用模型,对深厚饱和软土场地中透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应的影响进行了系统地分析,并着重讨论了土骨架-孔隙水耦合作用的影响。研究表明,深厚饱和软土场地中的透镜体可能会明显改变上部结构的动力响应;透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应有不同程度的影响,且与干土场地中规律存在明显差异;土骨架-孔隙水耦合作用对上部结构动力响应的影响显著。     

Boundary setting method for the seismic dynamic response analysis of engineering rock mass structures using the discontinuous deformation analysis method

Large deformations and discontinuous problems can be calculated using the discontinuous deformation analysis (DDA) method by solving time steps, and this method is suitable for simulating the seismic dynamic response of engineering rock mass structures. However, the boundary setting must be carefully analyzed. In this paper, four boundary settings for the DDA method are investigated. First, the contributions to the DDA equations for nonreflecting boundaries (including the viscous boundary and the viscoelastic boundary) are deduced based on the Newmark method. Second, a free‐field boundary is introduced in the DDA method with boundary grid generation and coupling calculation algorithms to accurately simulate external source wave motion, such as earthquakes. Third, seismic input boundary treatments are intensively examined, and the force input method is introduced based on nonreflecting boundaries. Finally, the static‐dynamic unified boundary is implemented to ensure consistent boundary transformation. The boundary setting method in the DDA method is discussed, and the suggested treatments are used to analyze the seismic dynamic response of underground caverns. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

横观各向同性层状地基动应力响应的求解与分析

动力响应问题的求解对于地基在外荷载作用下引起的弹性波动问题研究有重要的意义。本文提出了一种求解横观各向同性层状地基在施加时间简谐荷载作用下任意点的应力响应的算法。此算法利用傅里叶变换将广义平面应变问题频率-空间域的动力方程转化到频率-波数域内,结合对偶变量的引入,利用高精度的精细积分算法对状态方程进行求解,在得到频率-波数域内的位移响应的基础上,利用傅里叶逆变换得到任意点的动应力响应。简谐荷载不仅可以施加在地基表面,而且可以施加在地基内部。对比算例验证了本文算法的准确性,同时对地基各向异性特性、激励频率和阻尼比对动应力响应的影响进行了参数分析,为工程实际提供可靠的数值依据。     

场地地震安全性评价中确定设计地震动参数若干问题研究

本文研究确定设计地震动参数中涉及的若干问题,其中包括基岩水平加速度反应谱衰减关系的选择、震源深度对基岩水平加速度峰值及基岩反应谱曲线的影响、强度包络线函数及输入随机相位的选择、土体非线性特性参数和土层剪切波速值的选择、设计地震动反应谱的标定等问题。本文基于一个典型场地计算剖面,采用一维等效线性化模型并通过逐项变换某些研究参数的方法,研究了各种因素对设计地震动参数可能产生的影响及存在的误差和相应的规律。