基于纳米压痕试验的花岗岩水化学环境下微观力学特性与损伤模型研究
花岗岩试样在不同pH化学溶液中浸泡不同时长后,通过纳米压痕试验评估石英、长石、云母的微观力学特性退化,并量化化学溶液对弹性模量与硬度损伤变量的影响。SEM观测腐蚀后矿物特征与表面形貌,建立了以pH和时间函数表达的弹性模量与硬度损伤演化方程,揭示化学腐蚀诱发花岗岩力学退化的微观机制。
花岗岩试样在不同pH化学溶液中浸泡不同时长后,通过纳米压痕试验评估石英、长石、云母的微观力学特性退化,并量化化学溶液对弹性模量与硬度损伤变量的影响。SEM观测腐蚀后矿物特征与表面形貌,建立了以pH和时间函数表达的弹性模量与硬度损伤演化方程,揭示化学腐蚀诱发花岗岩力学退化的微观机制。
研究采用SBAS-InSAR与改进Q-slope法评估台风降雨诱发滑坡的稳定性。该方法将InSAR形变监测与改进Q-slope岩体分级相结合,用于识别台风降雨条件下的不稳定边坡。成果发表于Engineering Geology第374卷,作者包括Rui Yong、Nick Barton等。
针对浅层活门系统,研究了土拱效应发挥程度对局部超载识别的影响。结果表明土拱效应的 mobilisation 状态会改变局部超载的识别结果。
针对跨尺度颗粒流,提出一种耦合 SPH 与 DEM 的混合计算方案,并引入随时间与空间演化的孔隙率描述。该方案由 Sijie Wang、Chaoyang Guo、Zhihao Qian 与 Moubin Liu 提出,刊于 Computers and Geotechnics 第 203 卷第 2 部分。
研究采用钻孔标定的多阵列ERT联合反演,在斑块状多年冻土区圈定管道诱发的融区(talik)与退化多年冻土。该方法以钻孔资料约束电阻率反演,提升了对管道沿线融区分布与冻土退化范围的识别能力。成果为多年冻土区管道工程的地温与地基稳定性评估提供了探测手段。
针对膨胀土,提出一个考虑结合水脱附的温度相关土水特征曲线模型。模型将结合水脱附纳入土水特征曲线描述,适用于温度变化条件下的膨胀土。
研究将孔隙尺度热力学与接触网络退化相结合,分析颗粒岩土材料的冻融损伤机理。
研究基于极限平衡理论建立山地型隧洞式储气库侧向极限承载力学模型,求解极限储气压力并推导以压力储备定义的安全系数公式。与强度折减法对比,该方法所得破裂面与剪应变集中区域基本一致,安全系数平均相对误差小于5%。参数分析表明增加埋深显著提升稳定性,增大洞径则反之且影响减弱,地表坡度越平缓越有利,提高岩体内摩擦角与黏聚力的效果中以内摩擦角更明显。
推荐理由:针对山地倾斜地表下储气库高内压侧向失稳问题,提出极限平衡分析模型并与强度折减法互验,可供同类洞室选型参考。
研究采用两次压样法制备中间竖向加筋的小尺寸环刀试样,对素膨胀土与加筋膨胀土开展5次干湿循环下的低应力段直剪试验并观察裂隙变化。结果表明加筋复合体黏聚力显著提高且在干湿循环下基本保持不变,内摩擦角变化幅度较小。研究提出干湿循环下常规大尺寸格栅加筋膨胀土强度预测方法,并建议采用体积裂隙率预测土体强度参数。
推荐理由:小尺寸加筋试样直剪试验显示,加筋后黏聚力在5次干湿循环下基本不变,为膨胀土边坡加筋设计提供依据。
研究提出真空预压-辐射式电渗技术,基于库仑定律建立重金属迁移模型,并通过自主研发的模型装置开展四组对比试验。结果显示,电渗开启48 h内,三种辐射式电极方案比传统真空预压-电渗排水量提升3.09%~6.93%,最终沉降量提高3.26%~7.07%,十字板剪切强度最高提升21.38%,重金属Cu去除效果提升8.15%~21.66%。
推荐理由:对比辐射式与竖向电极电渗的模型试验,给出排水量、沉降与Cu去除率的量化提升幅度。
研究通过自主研发的高精度水压控制-可视化模型试验系统,分析水压对间断级配砂层中盾构隧道渗流侵蚀的影响。低水压出现“地层空洞-局部潜蚀”模式,高水压加速形成“地表塌陷-集中潜蚀”模式,并驱动流动区(贯入阻力衰减54%)、粗颗粒区(衰减69%)、空洞区三级强度退化带;侵蚀经历“潜蚀-涌砂-阻塞”三阶段,渗漏孔间歇性阻塞可使隧道表面压力较侵蚀前高35%,影响范围从顶部渗漏孔向拱腰、拱底扩展。
推荐理由:模型试验揭示水压如何控制盾构隧道接缝漏损的侵蚀模式与三级强度退化带,可供接缝渗漏防控参考。
高庙子(GMZ)膨润土中蒙脱石经XRD与XRF分析确定为层间电荷量0.98 e⁻/单位晶胞的Cheto型蒙脱石。采用非原位湿度控制GIXRD测试,揭示相对湿度12%~100%时层间距由12.6 Å扩展至18.7 Å,高斯分峰拟合表明水化过程因结构与组分异质性多呈非均匀状态。对比显示层间电荷量与可交换阳离子类型是晶层膨胀差异的重要因素,但高相对湿度和二价阳离子会削弱其作用效果。
研究采用 Mohr 圆空间坐标变换方法,提出考虑主应力方向的软岩临界破坏判据,揭示巷道开挖中围岩主应力大小与方向的演化规律。结果表明围岩主应力变化经历初始稳定、剧烈扰动和新平衡 3 个阶段,两帮主应力集中最强达初始应力的 152%,顶、底板分别为 132% 和 121%,顶底板最大与最小主应力方向在扰动后互换。
推荐理由:研究用 Mohr 圆坐标变换建立考虑主应力方向的软岩破坏判据,给出含弱面巷道推进方向的优选方法。
研究构建了有压隧洞衬砌管片纵向接头抗弯力学模型,基于张开过程推导接头力学平衡方程,并与足尺试验验证,重点分析边缘间隙、螺栓与止水槽布置的影响。结果表明接头弯矩-转角曲线呈S型,抗弯刚度随张开非线性衰减;边缘间隙降低初始抗弯刚度,其闭合使抗弯性能再次提升,极限承载力在一定边缘间隙条件下最优。
推荐理由:模型与足尺试验对照,量化了边缘间隙和双排螺栓布置对接头抗弯刚度与极限弯矩的影响,可供管片接头设计参考。
研究以黄原胶为改性剂,用湿法喷洒和干法混拌两种工艺改性污染地块原有粉质黏土覆盖层,并对比改性压实土、改性土-膨润土防水毯复合层、未改性土-土工膜复合层与未改性压实土四种阻隔构型。
推荐理由:研究给出黄原胶改性粉质黏土的气体渗透率与扩散系数实测区间,可供污染地块覆盖屏障选型参考。
采用非饱和真三轴仪开展控制基质吸力下不同盐度黄土的等向压缩与等p等b固结排水剪切试验,并结合压汞与扫描电镜试验分析微观机制。随盐度增加,黄土微观孔隙收缩、宏观孔隙增大,压缩性增强、屈服应力降低;加载时增大的宏观孔隙易坍塌,颗粒间有效接触面积增加,剪切破坏强度增强。据此建立了同时考虑渗透吸力与基质吸力的屈服应力及临界状态线强度参数经验表达式。
研究提出随机种子约束法(CSM),通过引入观测数据对独立随机种子施加空间约束,构建土体参数条件随机场。该方法保证测点处模拟值与实测值严格一致,未观测区域模拟结果与实测值在95%置信区间内统计一致。两个边坡案例验证显示,融入钻孔数据后安全系数概率密度函数明显收敛、方差显著减小,失效概率与风险估计较仅用先验信息更接近实际工况,且随钻孔数量增加逐步收敛。
推荐理由:提出随机种子约束法生成条件随机场,让钻孔数据直接校正边坡失效概率与风险估计。
基于格子Boltzmann方法建立三维粗糙岩石裂隙渗流-传热-传质耦合数值模型,用3个分布函数分别表征速度场、温度场和浓度场,并经两个经典算例验证。岩石温度从20℃升至70℃时,流体运动黏度降至初始值的48%,溶质扩散系数增至5.17倍,溶质运移显著加快;裂隙粗糙度增大会降低流速,其对溶质运移的抑制作用强于温升带来的扩散增强。参数敏感性综合评价显示,裂隙开度最敏感,溶质初始扩散系数敏感性最低。
依托中国某超大直径JPCCP顶管工程,研究团队对顶进全过程开展现场监测,发现管周接触压力与泥浆压力基本同步,并可按注浆工序分为高压与低压两个阶段。实测显示管道长期处于上浮状态,管节轴向变形受顶停循环影响呈周期性波动,中层混凝土环向变形呈上下受压、左右受拉的非对称分布。研究据此提出JPCCP推进过程体现管-土-浆-结构四元耦合的三维受力机制。
推荐理由:依托超大直径JPCCP顶管工程的全过程现场监测,给出管周压力与结构变形规律,可供类似顶管工程设计与监测参考。
研究提出基于液态CO2的地层冻结技术,通过三大闭环循环系统实现高效热量转移与快速冻结,并结合原位试验与数值模拟研究温度场演化与加固效能。试验显示该技术降温速率较传统盐水冻结提升3倍,冻结1 d地温降至-30℃,36 d后冻结壁厚度达3.06 m、平均温度-23.9℃、扩展速率33.6 mm/d。水热耦合模型揭示冻结壁扩展与交圈机制,模拟结果显示冻结5 d即实现交圈。
推荐理由:液态CO2冻结的原位试验与数值模拟给出冻结壁扩展速率与交圈时间,可供冻结法施工方案比选参考。
研究将盾构施工地表沉降分解为盾构推力、盾壳摩阻、地层损失和同步注浆四个分量,基于Mindlin解和Sagaseta解推导各分量计算公式并叠加建立整体坐标系下的理论计算模型。参数分析显示地层损失与同步注浆合计约占总沉降的80%~90%,推力与摩阻分别约占3%~6%和5%~7%;埋深由18 m减至6 m时总沉降增幅达76.5%,开挖半径由3.2 m增至3.5 m时总沉降增加156%。
推荐理由:把盾构地表沉降拆成推力、摩阻、地层损失与注浆四项并给出解析解,可对照各分量占比判断控制重点。
研究依据洞库设计标准,将每条储油洞室每百米补水量小于12.5 m³·d⁻¹的区域定义为低渗透区,大于或等于该值的定义为高渗透区,并对两区水幕补水量与孔隙水压进行现场监测。
推荐理由:现场监测揭示水幕补水量与孔隙水压在不同渗透区的反向联动,为水幕孔间距优化提供依据。
研究依托滇中引水工程玉溪段,构建了长距离TSP宏观控制、中距离TEM重点探水、短距离GPR精细刻画的综合超前地质预报体系。结合扯那苴、小扑等工点实测与开挖揭露数据,建立了以正常围岩背景场为基准的波速比、电阻率、介电常数多参数协同判识准则,分别对应富水涌泥涌砂带、围岩破碎塌方与隐伏岩溶空腔。工程实践表明该体系可弥补单一方法探测盲区并降低多解性,实现对掌子面前方不良地质体的定性判识与空间定位。
推荐理由:依托滇中引水玉溪段实测数据,给出波速比、电阻率与介电常数联合判识涌泥涌砂、塌方和隐伏岩溶的准则。
研究提出一种按桩体破坏模式分区计算刚性桩复合地基路堤稳定性的新方法,通过室内模型试验与三维数值模拟引入最大轴力与最大弯矩比值权重因子β,将路堤下桩体划分为承压区、压弯区、弯剪区和拉弯区4类破坏区域。
推荐理由:提出按桩体破坏模式分区计算刚性桩复合地基路堤稳定性的方法,并与BS8006法、等效抗剪强度法对比验证。
研究提出一种基于滑坡点安全系数解析结果的抗滑桩桩位选择方法,以抗滑段点安全系数为1.0且剪出口条块所需支持力为0作为收敛标准计算滑坡稳定性系数,并融合点安全系数空间分布与后缘裂缝允许宽度构建双控指标体系确定最优桩位。
推荐理由:该方法把抗滑桩桩位选择与滑坡推力计算纳入同一力学框架,并用 ACADS 考题与丹巴滑坡案例做了对照验证。
浙江蛇蟠岛国家矿山公园鲨鱼湾景区一处廊式边坡存在落石、崩塌隐患,研究通过地质调查与结构分类评定,结合三维激光扫描点云数据,用Geomagic和Hypermesh建模网格划分,并以Flac3D有限差分模拟获取应力场、位移场与塑性区,评价边坡整体稳定性。据此提出原游路整改意见与防治措施,为山区景点地质灾害防治提供参考。
研究以阿勒泰将军沟为对象,通过现场调查、数据解析和机器学习分析其形成机制,并用 MassFlow 模拟防治前、防治后及工程失效三种工况,对比冲淤范围评价防治效果。
推荐理由:以阿勒泰将军沟为例梳理沟谷型泥石流链式成灾过程,并用 MassFlow 对比防治前后与工程失效工况。
信息量-逻辑回归耦合模型对新疆S101公路山区路段滑坡危险性评价的AUC达0.885,高与极高危险区滑坡点占比83.62%,均优于单独使用的信息量模型(0.741、79.51%)和逻辑回归模型(0.875、78.69%)。
研究按“突水体(水源)+贮水目标层”组合关系,将矿井水贮存的工程-水文地质结构分类:水源含地表水、煤层顶板水、煤层底板水、矿井突水及其他5类,贮水目标层含松散介质、砂岩、岩溶、烧变岩、离层、老空贮水空间6种。
推荐理由:按突水体与贮水目标层组合划分矿井水贮存结构类型,并给出各类型的适用矿区深度与贮存介质。
研究提出基于机器学习预测算法的触变泥浆配合比多目标优化方案,用于大断面矩形顶管施工减阻。通过控制变量法结合正交试验获得膨润土、CMC-Na、纯碱及水等组分对应的失水量、表观黏度与泥皮厚度数据,对比SVR与XGBoost后表明SVR精度效率更高。
推荐理由:研究用SVR与NSGA-Ⅱ替代传统正交试验寻优,给出可复验的触变泥浆配比与42.9%减阻率。
研究提出一种基于复变函数与Maxwell-Betti功互等定理的矩形隧道施工地表沉降预测方法,先构建两种受力状态下的二维计算模型,再用保角变换将矩形隧道映射为圆形推导洞身位移,并改进Sagaseta法以适用于矩形隧道,结合功互等定理推导地层损失计算式。
推荐理由:针对矩形隧道地表沉降预测精度不足,提出复变函数与功互等定理结合的方法,并用数值模拟与实测数据验证。
研究提出一种基于全方位结构面解析算法的无缆式钻孔电视设备,可直接连接钻杆推送至水平钻孔设计孔深,并对任意方位钻孔中的结构面进行解析。该设备应用于某隧道超前预报,查明掌子面前方8处辉绿岩侵入带(宽度0.73 m至13.8 m)及5处节理裂隙密集带,判定突涌水构造为侵入接触型。
推荐理由:无缆钻孔电视解决了水平钻孔推送与任意方位结构面解算难题,其超前预报流程可供隧道突涌水勘察借鉴。
研究收集全国煤矿50组导水裂缝带高度实测数据,选取煤层开采厚度、硬岩岩性比例系数、工作面斜长和开采深度为影响因素,建立模糊聚类分析方法,以隶属度阈值0.94将所选煤矿划分为22个类别,再结合BP神经网络对三家煤矿实测数据训练并预测。三家煤矿预测值与实测值相对误差为4.1%~6.6%,精度高于多参数拟合回归公式和规范推荐计算方法所得导高值。
推荐理由:用50组实测数据把导水裂缝带高度先聚类再经BP神经网络预测,误差4.1%~6.6%,可与回归公式和规范方法对照。
工程地质学报刊文提出面向高陡岩质边坡的无人机多视角3D航线规划作业方法,以提升凹腔、裂隙等坡面结构的实景三维建模精细度。研究据此建立由悬空面、表面粗糙度与裂隙化指数构成的判识指标体系,并给出相应特征提取方法与快速判识规则。应用实践表明该方法可快速、简单、高效地识别崩塌落石源。
推荐理由:针对凹腔、裂隙建模不精细的问题,提出多视角3D航线与三项判识指标,可供高陡岩质边坡落石源调查参考。
研究以乐纪镇某矿区两处缓慢变形斜坡为对象,结合野外调查、无人机摄影测量、SBAS-InSAR与二维位移分解模型,揭示滑坡二维位移特征并确定沉陷盆地、边界角等开采沉陷参数。
推荐理由:以乐纪矿区两处缓变斜坡为例,给出InSAR二维分解识别采矿沉陷参数与滑坡变形机制的可迁移做法。
以巴东县主城区50处历史滑坡和14个滑坡因子为基础,采用贝叶斯优化构建混合机器学习模型,BO-XGBoost的AUC达0.980,高于BO-LR、BO-DT、BO-SVM、BO-RF和BO-LGBM。易发性图显示高易发区集中在河流沿岸和道路密集区域,低易发区位于高海拔植被茂密区。SHAP解释表明距水系距离、年降雨量、土地利用类型和距断层距离是主要影响因素。
针对隧道工程现场地质图像数据集缺失与类别不平衡问题,构建了工程现场环境下的专业地质图像数据集,并提出基于残差神经网络、采用Weighted Softmax Loss按类别样本数量重加权的方法。实验总体精度达95%,注意力热力图显示模型关注区域与人类判断一致,验证了技术有效性与工程可解释性。
研究基于现场调查和三维激光扫描数据建立牛场1号洞高精度FLAC三维数值模型,模拟洞室应力场,发现顶板拉应力集中区与主要裂缝分布高度一致,应力集中是裂缝启动与扩展的驱动因素。
推荐理由:研究用三维激光扫描建模反演龙游古洞室顶板长期抗拉强度,给出0.35 MPa这一百年尺度参考值,可供同类石窟稳定性评价借鉴。
采用COMSOL有限元模拟Berkovich压头压入1.7 g·cm⁻³压实膨润土集合体的过程,反演得到钠化、钙化集合体微观弹性模量分别为2.0 GPa和2.3 GPa,与解析结果基本吻合。集合体泊松比约0.35,微观屈服强度分别为167 MPa和218 MPa,压头切向摩擦对微观模量测试结果影响不大。
研究以赵楼煤矿西部露头薄基岩区为对象,构建6种不连续不等厚底黏和1种连续不等厚底黏模型,用三维数值模拟分析底黏对山西组3号煤层覆岩破坏的控制作用。结果显示,只要存在一定厚度底黏,垮落带最大高度、最大竖直应力及最大竖直位移均显著降低,并在底黏厚度8 m处出现拐点。作者指出,一定厚度底黏能扩散采动应力集中、耗散变形能,从而抑制垮落带发育,无底黏时溃水溃砂风险显著增加。
推荐理由:通过7种概化模型的数值模拟,量化了底黏厚度对垮落带高度的抑制规律及8 m拐点,可供薄基岩区开采设计参考。