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《西安建筑科技大学学报》（自然科学版）第51卷（2019）总目次第1期（总第224期）基于支持向量机的钢结构隐性损伤磁记忆识别研究.......低磷浓度下普通小球藻的生长及其叶绿素荧光特性研究…… 装配式建筑的系统论研究..............................受酸腐蚀砂岩物理化学及力学性质的试验研究............基于土水特征曲线硫酸盐渍土渗透吸力试验研究.........强震作用下巨型网格结构的抗倒塌性能研究..............无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳全过程应力计算方法研究 利用TLS 技术测定闭合节理直剪试验剪切面面积.........矩形柱体气动性能的流场机理研究......................考虑施工不确定性的斜拉桥张拉方案优化................装配式预应力槽型板在人防荷载作用下的抗爆性能研究……硝酸侵蚀喷射混凝土 NCV 扩散研究 ......................FRP 筋混凝土梁正截面受弯承载力模型分析 ....................孙艺嘉，吴人性化校园水岸空间植物种植设计研究一以山东建筑大学映雪湖景区为例••… 陕北河谷川道小城镇水适应景观设计策略初探……乌鲁木齐某数据中心热环境分析及气流组织优化研究苏三庆，韦璐茜，王 威，等（1 ） 王晓昌，许郝际平，薛霍润科，韩可，黄悦，等（7 ）强，黄育琪，等（14） 飞，李曙光，等（21）毛雪松，张腾达，刘飞飞，等（27）王泽茁，宁尧尧（32）王义翔，汪建群（39 ）震，谢强， 林伟群，代 衡，王旭东， 阳，曹家豪，王家滨，牛荻涛（75）涛，王征，等（83） 任震，周觅（91）李峰,••…罗许国， 杨荣华，万••…杜晓庆,段瑞芳，冉潘亮，潘等（46 ）钦(51 )等（59 ）等（67 ）...........刘华，雷振东（97 ）黄 翔，李婷婷，刘凯磊，等（104）拉萨新民居建筑冬季室内热环境影响因素分析刘艳峰，胡筱雪，周 勇，等（109）西安城区绿地雨水下渗特征与影响分析张建锋，董旭辉，刘 茵，等（H6）喷泉水景的复氧与控藻能力研究海继平，杨成建（122）上海地区风驱雨气候特征分析.....................................................穆海振（128）矩形及楔形装置蓄热性能的对比实验研究..........................胡志培，李安桂，高 然（134）寒冷地区三甲医院建筑能耗评价指标研究 ..........................石 媛，闫增峰，刘加平（140）国际工程EPC 总承包商联合体伙伴优选研究——基于任务和情境视角.........卢梅，李卓元（147）第2期（总第225期）超宽混凝土主梁斜拉桥收缩徐变效应分析......................黄新，贾 焊，李建慧，等（155）基于UHPC 材料的高性能装配式桥梁结构研发..............................邵旭东，邱明红（160）含水量对珠三角软土时效变形特性影响试验分析与模型研究.....童华炜，方晓填，刘柱辉，等（168）陶瓷粉再生混凝土氯离子扩散性能研究 ........................彭跃辉，黄琳雅，陈梦成，等（177）太沙基地基极限承载力的三剪应力统一强度理论解 ..............高江平，胡海波，孙世界，等（186）先装拔出法检测配筋RPC 抗压强度试验研究.................................卜良桃，宋扬逸（192）面向双层交通的混凝土箱梁桥弹性试验研究....................祝明桥，颜泽峰，陈 林，等（198）偏高岭土改善灰土强度的试验研究 ............................刘春龙，刘乃飞，刘奉银，等（206）........... 薛建阳，浩飞虎（212） 李晓琴，陈前均，陈建飞，等（219）••…黄振宇，隋莉莉，王 芳（223）••… 张紫祥，刘爱荣，钟子林（230） 杨敏，李宏儒，李 宁，等（235） 许玮潼，杨树桐，孙 赫，等（243） ••… 陈圣疆，关瑞明，陈伟强（249）••… 袁 琳，王 瑶，袁 琳（259）李安桂，黎宇伟，张 莹，等（268）应县木塔倾斜及扭转分析.........................中低速荷载下FRP 与混凝土界面本构模型开发 .......超轻质高延性水泥基材料力学性能研究.............集中荷载作用下FRP 圆弧拱的面内非线性弹性失稳研究库水位上升对茨哈峡4 #倾倒体的稳定性研究.........碱激发矿粉海水珊瑚骨料混凝土力学性能研究.......南平武夷名仕园酒店建筑设计创作探索.............基于GIS 的明清蜀地风水塔人文景观营建研究 .......基于鲁地拉水电站主变室的SF 6泄漏特性研究 .......跃温层厚度对内波破坏水体分层特性的影响....................孙 昕，陈笑涵，刘兴社，等（275）信号分子OHHL 对厌氧同步脱氮除硫的影响....................徐金兰，张苗佳，丁可帅，等（281）MAAO 工艺处理低碳氮比污水时流量的优化控制................李志华，秋 亮，吴晓婷，等（288）地下综合管廊全寿命周期风险评估与分析...................................张勇，张然然（294）中国建筑业碳排放效率区域差异及收敛性分析——基于SBM 模型与面板单位根检验.......................................................... 宋金昭，郭芯羽，王晓平，等（301）第3期（总第226期）时 伟，邵琪琳，董炳寅，等（309）深厚粉细砂场地8 000 kN • m 能级强夯振动衰减规律研究交通荷载作用下古建筑木结构柱顶水平速度计算研究............胡卫兵，杨佳，吴严辉，等（315）上拔荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析........................曹卫平，高帅鹏，秦强毅（321）钢箱梁竖向波纹腹板剪力与磁记忆场强关系的试验研究.........王 威，任英子，苏三庆，等（327）贝壳型单层网壳结构流场数值模拟与风洞试验对比研究.........张树光，路平平，赵中伟，等（337）矿物掺合料和CLDH 对水泥基材料氯离子固化性能研究.........李 东，朱月圆，耿健，等（344）基于三次曲线模型CFG 桩复合地基中性点位置计算.............郅 彬，李 戈，武李和乐，等（350）高温下600 MPa 级高强钢筋力学性能试验研究..................孙传智，王可卿，乔 燕，等（355）基于孔隙水赋存状态的非饱和土吸力量测分析..............................李彦龙，张小辉（362）基于爛权-未确知测度理论的装配式建筑施工安全风险评估.......李文龙，李慧民，孟 海，等（369）热阻式沥青混合料的隔热降温特性与路用性能评价 ..................李彩霞，杨建华，张 苛（375）混凝土环境中GFRP 筋抗拉性能加速老化试验研究..................代 力，江祥林，何雄君（383）地域性视角下的西藏小城镇设计研究——以鲁朗国际旅游小镇总体城市设计为例.............................................................. 陈可石，李 丽，卓 想（389） 基于GIS 的黄土高原地区农村居民点用地整理潜力综合评价.........撒利伟，孙业鹏，谷 宁（396）开发权转移中的可转移区域选址模型构建——以南京中心城区江南片为例.......................................................... 叶如海，杨文意，蒋 伶，等（403）基于视觉感知和行走行为的室内空间形态研究.....设计前期中小学空间规模的优化.................. 基于超细水雾作用下的地铁站台空间火灾烟气温度特性 变流量空调水系统稳定性的定量评价..............陈星，刘义（411）焦尔桐（418）••…李安桂，成劲光，高 然（426） 孟庆龙，王文强，郭雪丽，等（432）供水管网漏损影响因子相关性特征模拟与动态分级控制基于BP神经网络及爛权灰靶法的分包商选择研究……脂肪族高效减水剂的合成研究与应用..............第4期（总第227期）有关大地磁场对金属磁记忆信号影响的数值模拟............混凝土结构跳仓作业方案设计难点与温度应力分析.........冻融循环条件下膨胀土力学特性试验研究..................基坑开挖对既有复合地基单桩的位移性状影响分析.........高层剪力墙抗震理论发展——从高强高刚到震后可恢复设计…浅埋地铁隧道下穿高速公路施工方法比选..................基于云模型的综合管廊规划方案评价......................黄土地区深大基坑桩锚支护结构监测与数值分析............酸碱污染对Q黄土湿陷表征影响的试验研究................湿陷性黄土场地竖向承载灌注桩浸水试验研究................长周期地震动脉冲特性对RC框架结构响应的影响研究.......基于贝叶斯网络的隧道围岩失稳风险分析..................钢-UHPC组合梁桥面板静承载能力比较分析................文化整体论视角下的传统村落保护规划探析一以合然村为例建筑全生命周期碳足迹评价标准发展历程及趋势研究.......吐鲁番地区居住建筑室内热环境研究......................严寒地区主被动太阳能协同采暖室内舒适度研究............关中地区下沉式窑洞冬季室内热环境测试研究..............安全疏散视角的地下街步行路径自然采光分析.............. pH值对短程反硝化及N2O释放特性影响..................探求绿色建筑的研究概况和前沿热点——基于CNKI的统计分析刘晓然，王威，杨谆，等（440）••…卢梅，杨佳兴，张喜临（447）...................赖华珍（457）苏三庆，马小平，王威，等（463）............李东，彭程（471）时伟，张亮，杨忠年，等（480）李连祥，陈天宇，白璐，等（486）王威，任英子，苏三庆，等（493）宋战平，王凯蒙，王涛，等（503）李锐，李婷，景亚杰，等（511）许健，杨少飞，吴海洋，等（517）刘华，张硕成，鲁洁，等（525）……张磊，罗少锋，鲁洁（532）王博，杨柯，刘伯权，等（538）...........黄金，赵淼（545）冯峥，李传习，邓帅，等（551）••…李军环，李冬雪，夏勇（559）••…张楠，杨柳，罗智星（569）••…陈洁，杨柳，罗智星（578）李金平，王兆福，王航，等（584）...........李雪平，崔羽（591）••…潘崟，颜勤，罗雪（597）廖正伟，贺酰淑，陈宣，等（605）桂智刚，吴海西，沈波（610）第5期（总第228期）不同应力状态下Q235钢板件磁信号变化的试验及金相图谱研究……苏三庆，胡敬余，王威，等（617）橡胶混凝土低温抗折性能试验研究...........................................薛刚，林大地（623）钢结构仿古建筑带斗棋檐柱延性及刚度分析..........................薛建阳，浩飞虎，马林林（629）具有规则粗糙度的类岩石节理剪切力学性质试验研究............谢强，宁越，王晶晶，等（635）疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究......................王柏文，刘扬，王龙，等（643）渗透压力作用下灰岩单轴压缩变形特性研究........................宋战平，肖珂辉，杨腾添（649）中法公路涵洞水文设计方法对比..............................毛雪松，徐旺，臧芝树，等（654）大跨度双曲屋盖分区风压系数研究.................................孙芳锦，徐中豪，梁爽（660）大承载力端承摩擦桩承载性状试验研究........................郅彬，任毅龙，周宁，等（669）地震作用下锚固滑坡的动力响应特性研究................ 基于电化学阻抗谱的氯离子侵蚀混凝土研究.............. 大跨暗挖车站叠合初支拱盖法施工适应性研究............ Q460D高强钢及对应的ER55-G型焊材的GTN模型参数标定高强钢板-螺栓连接副抗拉性能试验研究..................基于贝叶斯理论的氯离子扩散系数计算模型.............. 基于动态模量和三层式车辙试验的车辙深度预估.........基于GIS技术的城市大气污染物扩散模型研究............ 拉卜楞寺之建筑营造技艺与传承........................超大规模高中校园用地适应性指标优化策略研究.........低浓度双氧水提高原油污染土壤氧化效果的实验研究.....内蒙古地区太阳能-地源热泵系统运行特性研究............ 空气净化器性能的实测与分析..........................既有民用建筑节能改造EPC主体激励演化博弈分析.......••…任祥，汪班桥，李楠（676）••…姜凤娇，贡金鑫，王幻（682）赵迎，霍奇，宋战平，等（688）••…廖芳芳，唐书凯，涂立尚（695）段留省，周天华，苏明周，等（704）...........罗大明，张桂涛（710）••…杨永红，张尚龙，张倩（717）••…吕楠，赵敬源，张鹏（724）••…高琦，孟祥武，罗戴维（729）••…罗琳，李志民，罗厚安（735）••…徐金兰，郭玉琴，郭阳（743）金光，张宏葛，郭少朋，等（751）••…杨秀峰，夏利梅，周雪涵（757）杨艳平，刘晓君，王博俊，等（763）第6期（总第229期）门式刚架工字钢柱应力集中与磁记忆效应对应关系的试验研究……苏三庆，葛静，王威，等（771）自复位RC框架柱脚抗震性能模拟分析研究......................杨溥，洪基豪，杨熠明，等（775）稻壳灰/硅藻土复合调湿材料研究..............................胡明玉，蔡国俊，付超，等（784）新型石蜡防水剂对磷建筑石膏性能的影响......................赵志曼，王思骅，全思臣，等（791）卸料角度和粒径分布对级配碎石粗集料均匀性影响研究.........胡力群，夏明达，夏爽，等（797）牛粪灰（CMA）颗粒尺寸对水泥浆流变性的影响试验研究.........陈新孝，周述光，王有熙，等（804）土压平衡矩形顶管正面附加推力对地表隆起变形影响研究.......许有俊，张治华，史明，等（814）综合管廊大角度斜穿地裂缝的变形及受力特征研究..............王启耀，卢刚刚，张亚国，等（825）钢管约束钢筋混凝土受压构件力学性能试验研究................高春彦，刘明洋，段雅鑫，等（833）不同侧覆土厚度条件下连拱隧道的偏压特性研究................张成良，张金瑞，曹孟潇，等（839）不同使用年限的柏木基本材料力学性能试验对比研究............刘德贵，陈科材，邓云毅，等（846）风干与饱和堆石料强度与变形特性试验研究....................陈鸽，朱俊高，袁荣宏，等（853）高硫尾砂胶结充填体强度影响因素实验研究及应用..............郭进平，强浩，王小林，等（859）张家岩隧道水平层状泥岩段爆破优化研究......................陈正林，蒲文明，陈筑，等（865）邻近边坡地铁车站基坑顺逆结合施工稳定性分析...................刘毅，张勇，袁青，等（873）基于小学生放学途中社会关系的旧城更新策略研究——以西安旧城为例…周志菲，阎飞，李昊（882）基于二元超阈值模型的空调室外计算干湿球温度确定方法研究……刘艳峰，吴美玲，王莹莹，等（890）改性石榴皮生物炭对水中低浓度硝氮的吸附性能研究............王怡，陈琳风，王文怀，等（899）固态水膜对土中力链传递的影响机理.......................................段晓梦，邵龙潭（905）基于蒙特卡罗模拟的建筑中水回用效益模型应用研究............朱天琳，王广智，倪棵，等（909）综合管廊PPP项目使用者付费与财政补贴联动调整研究......................罗福周，王冠楠（917）（第51卷卷终）。
原状黄土的联合强度理论探讨王衍汇;倪万魁;袁志辉【摘要】目前尚未存在统一的既能判断拉伸破坏，又能判断剪切破坏的土的联合强度理论。
文章以洛川黄土为研究对象，采用单轴直接拉伸试验、无侧限抗压试验与三轴不固结不排水剪切试验（U U试验）测得不同应力状态下原状黄土的极限强度，拟合并推导出原状黄土适用的联合强度理论。
结果表明：在天然含水率下，原状黄土的抗拉强度较小，仅为8畅74 kPa ，剪切强度最大，抗压强度次之；原状黄土的极限拉应变很小，极限压应变稍大，土体表现为脆性破坏，但随着围压σ3的增大，破坏时的应变也相应增大，土体由脆性破坏向延性破坏过渡；二次抛物线型强度理论能合理地判断原状黄土的拉伸与剪切破坏；可利用易于测量的单轴抗压试验和三轴剪切试验结果求出二次抛物线型强度方程，并合理地反演出抗拉强度。
%There still no joint strength theory that can judge the tensile failure and the shear failure of soil .In this paper ,taking Luochuan loess as the object of study ,the ultimate strength of intact loess under different stress states is measured by using direct uniaxial tensile experiment ,uniaxial compres‐sive experiment and triaxial test(UU test) .The reasonable joint strength theory for intact loess is fit‐ted and derived .The results show that the tensile strength of intact loess with the same water content is 8.74 kPa which is the smallest ,the compressive strength is larger than it and the shear strength is the largest .The ultimate tensile strain of intact loess is small ,the ultimate compressive strain is lar‐ger ,and the soil behaves brittle failure ,but with the increase of the confining pressureσ3 ,the strain during the failure increases ,and the brittle failure is transformed intoductile failure .Quadratic parab‐ola strength theory can be used to judge the tensile failure and shear failure of intact loess with differ‐ent water content reasonably .The results of uniaxial compressive experiment and triaxial test can be used to obtain the equation of quadratic parabola and inverse the tensile strength reasonably .【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】5页(P1688-1692)【关键词】原状黄土;抗拉强度;抗压强度;剪切强度;二次抛物线【作者】王衍汇;倪万魁;袁志辉【作者单位】长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安 710054;长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安 710054;长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TU4320 引言强度问题是土力学中的经典问题，土的强度理论也是土力学中最早被研究和提出的理论。
第47卷第3期2019年5月河海大学学报(自然科学版)Journal of Hohai University(Natural Sciences)Vol.47No.3May 2019DOI :10.3876/j.issn.10001980.2019.03.010 基金项目:国家重点研发计划(2017YFC1501100);国家自然科学基金(11772118,11572110)作者简介:王环玲(1976 ),女,教授,博士,主要从事岩石力学与岩石工程研究㊂E⁃mail:wanghuanling@引用本文:王环玲,沙聪,徐卫亚,等.考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析[J].河海大学学报(自然科学版),2019,47(3):251⁃258.WANG Huanling,SHA Cong,XU Weiya,et al.Particle flow analysis of soil⁃rock mixture considering porosity and heterogeneity [J].Journal of Hohai University(Natural Sciences),2019,47(3):251⁃258.考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析王环玲1,沙 聪1,徐卫亚2,孟庆祥2(1.河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京 210098;2.河海大学岩土工程科学研究所,江苏南京 210098)摘要:为研究低含石率情况下,由土体主导的土石混合体的力学特性,采用分层欠压和随机生成多边形相结合的建模方法,建立土石混合体颗粒流模型,提出不均匀系数作为衡量土石混合体非均质性的指标㊂通过室内试验校核了颗粒模型的细观参数,并开展双轴数值模拟试验,研究在低含石率情况下,含石率㊁土体孔隙率和不均匀系数3个因素对土石混合体力学特性的影响㊂结果表明:在低含石率情况下,土石混合体的强度受土体孔隙率影响较大,随着土体孔隙率的减小,土石混合体的强度有较大提高;块石的存在破坏了土体的均匀性和连续性,反而在低含石率情况下,随着含石率增大,土石混合体整体强度有微小减小的现象;土石混合体的不均匀系数对体应变影响较大,不均匀系数越大,体应变的膨胀现象越明显㊂关键词:土石混合体;含石率;孔隙率;不均匀系数;细观结构;颗粒流中图分类号:TU43 文献标志码:A 文章编号:10001980(2019)03025108Particle flow analysis of soil⁃rock mixture considering porosity and heterogeneityWANG Huanling 1,SHA Cong 1,XU Weiya 2,MENG Qingxiang 2(1.College of Harbour ,Coastal and Offshore Engineering ,Hohai University ,Nanjing 210098,China ;2.Institute of Geotechnical Engineering ,Hohai University ,Nanjing 210098,China )Abstract :In order to study the mechanical properties of soil⁃rock mixtures dominated by the soil under a low rock content,the modeling method combining multi⁃layer method under compaction and random polygon generating method is adopted to establish the particle flow model of soil⁃rock mixture,and the inhomogeneous coefficient S is proposed as an index of the heterogeneity of soil⁃rock mixture.The mesoscopic parameters of the particle model were checked by a laboratory test,and the numerical simulation of the biaxial test was also carried out,for checking the effects of three factors on the mechanical properties of the soil⁃rock mixtures under the condition of low stone content,including the rock content,the porosity and the inhomogeneous coefficient S .In the case of low stone content,the strength of the soil⁃rock mixture is greatly influenced by the porosity of the soil.With the decrease of the soil porosity,the strength of the soil⁃rock mixtures is greatly improved.The existence of block stone destroys the uniformity and continuity of the soil.On the contrary,the overall strength of the soil⁃rock mixture decreases with the increase of the rock content.The inhomogeneous coefficient S has great influence on bulk strain.The greater the coefficient of heterogeneity is,the more obvious the expansion of volumetric strain is.Key words :soil⁃rock mixture;rock content;porosity;heterogeneity;meso structure;particle flow土石混合体是由块石和土体两种力学性质差异较大的物质组成的一种非均质非连续地质体㊂这种地质体从我国东南沿海地区到中西部地区均有大量分布,由于其特殊的非岩非土的力学特性,给水电工程和交通河海大学学报(自然科学版)第47卷工程建设带来了许多问题,研究其力学特性和变形特性具有重要的工程价值和科学意义[1]㊂从试验角度对土石混合体开展了系列研究,包括单剪试验㊁直剪试验㊁三轴试验等㊂唐建一等[2]对含石率0~80%的土石混合体试样开展了大型单剪试验,发现当含石率小于20%时,细集料在土石混合体中占主导地位,当含石率在20%~50%时试样的黏聚力和内摩擦角都随含石率的增大而增大㊂夏加国等[3]对含有超径颗粒的土石混合体试样进行大型三轴试验,认为含石率为35%的试样在高围压下,体应变在剪胀和剪缩之间来回变化,且应力应变曲线呈现锯齿状特征㊂胡峰等[4]利用直剪试验研究了含石率对土石混合体变形破坏特性的影响,得出当含石率达到50%时应变受块石影响最大㊂室内试验和现场原位试验获得了土石混合体在外部荷载作用下的宏观力学响应,为了从细观层面上揭示土石混合体的变形破坏机制,许多学者采用了数值模拟的方法㊂金磊等[5]利用三维离散元模型对不同含石率的土石混合体试样进行了数值三轴试验,发现随着含石率的增大,土石混合体的骨架效应越来越显著㊂陈立等[6]将数值流形法应用于土石混合体的研究,并对不同含石率的试样进行试算,验证了该方法的可行性㊂上述研究主要针对含石率25%以上的土石混合体在各个因素(如围压,块石分布等)影响下的力学特性㊂总体上,在较高含石率时,块石对土石混合体的力学特性起主导作用㊂而在低含石率情况下,块石不起主导作用,此时土石混合体的力学特性既受块石的影响,也受土体性质的影响㊂在低含石率情况下,各因素对土石混合体的影响规律和作用机制也完全不同,因此,有必要针对低含石情况下,各因素对土石混合体力学特性的影响开展研究㊂本文分别建立相同尺寸土体颗粒模型和块石模型,再将两者结合得到土石混合体模型,开展数值试验,研究在低含石率情况下试样含石率㊁非均匀系数和土体孔隙率3个因素对土石混合体力学特性的影响㊂1 土石混合体模型利用分层欠压的方法建立土体模型能控制土体的孔隙率,确保土体的均质性,使土石混合体的非均质性和各向异性完全由块石引起㊂利用PFC 内嵌FISH 语言和测量圆功能进行编程,在试样区域内随机生成块石,并对试样区域内块石分布进行统计,得到块石分布的不均匀系数㊂最后将初始土体模型和块石模型相结合,得到土石混合体颗粒流模型㊂1.1 初始土体模型建立利用分层欠压法将试样分成等高的若干层进行制备,在制样过程中,下层土体会受到上层土体的压实作用,使下层土体的实际孔隙率小于目标孔隙率,采用分层欠压准则(式(1)~(4)),保证每层高度相同且每层孔隙率大于目标孔隙率,使最终制备的试样的孔隙率达到目标孔隙率[7](图1(a))㊂图1 模型生成示意图Fig.1 Model generation diagramU 1=n 1(1-n )1-n 1-n (1)U i U 1=1-i -1N -1(2)252352第3期王环玲,等 考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析⎺U i=U i i(3)⎺n i=100n-⎺U i⎺U i+100(4)式中:U1 第1层的欠压系数;n1 第1层孔隙率;n 初始土体试样的目标孔隙率;i 分层数编号;U i 第i层的欠压系数;N 所制备试样总层数;⎺U i 前i层的平均欠压系数;⎺n i 添加第i层后,前i层试样的平均孔隙率㊂1.2 块石生成和投放土石混合体中碎块石形状各异,用圆形模拟块石,无法反映碎石的真实形状,为了提高模拟的准确性,采用多边形模拟块石,利用圆内接多边形法生成多边形块体[8⁃10]㊂在试样范围内生成随机坐标,以该坐标(x i,y i)为圆心,r i为半径,按式(5)生成一系列的随机角㊂Δθj=2πT+(2ζ-1)α2πT(5)式中:Δθj 第j个随机角;j 随机角编号;T 多边形顶点的个数;ζ 0~1之间的随机数;α 角度系数,介于0~1之间㊂为了保证所有Δθj之和等于2π,将Δθj按式(6)进行处理得到Δ⎺θj:Δ⎺θj=Δθj2π∑Δθj(6) 由圆心㊁半径和角度信息,得到碎块石各个顶点坐标:x k=x i+r i cos∑k j=1Δ⎺θj (k=1,2, ,T)(7)y k=y i+r i cos∑k j=1Δ⎺θj (k=1,2, ,T)(8)式中:x k 多边形顶点横坐标;y k 多边形顶点纵坐标;k 多边形顶点编号㊂生成多边形后,在多边形内部填充颗粒,即可得到块石颗粒流模型,如图1(b)所示㊂1.3 土石混合体非均质性评价方法假定土体颗粒模型是均质的,土石混合体试样的不均质性完全是由块石引起,利用PFC测量圆功能和内嵌的FISH语言编程,针对块石模型(图1(b)),对块石的分布进行统计,孔隙率如下:η=1-ω(9)式中:η 块石模型的孔隙率;ω 单位面积含石率㊂将试样区域平均分成H行㊁L列,在每个小区域内布置测量圆,利用测量圆测得每个测量圆内部的孔隙率ηij,计算每行的平均孔隙率⎺ηi㊂⎺ηi=1M∑L j=1ηij(10) 平均孔隙率的方差由式(11)计算:S=1N-1∑H i=1(⎺ηi-η)2(11)式中:S 方差,表示每层平均孔隙率和目标孔隙率之间的离散程度,S值越小则块石在y方向上分布越均匀,S值越大则块石在y方向上分布越不均匀㊂因此把方差S定义为土石混合体的不均匀系数,作为衡量土石混合体不均质性的指标㊂所有的不均匀系数均四舍五入保留两位有效数字㊂1.4 土石混合体模型建模步骤初始土体模型和块石模型相结合得到土石混合体颗粒流模型,具体步骤如下:(a)将块石模型内的所有多边形的顶点坐标记录并转换到土体颗粒模型中;(b)采用射线法,判断颗粒圆心是否在多边形内部,如果颗粒圆心在多边形内部则删去该颗粒;(c)在多边形内部填充颗粒,并把多边形内部的颗粒设为clump㊂最终得到的土石混合体颗粒流模型,如图1(c)所示㊂河海大学学报(自然科学版)第47卷2 室内试验验证与数值模拟2.1 室内试验验证基于试验资料 云南水麻高速公路边坡土石混合体大型剪切试验[11],进行数值模拟试验验证㊂该处土石混合体具有结构松散㊁分布不均匀的特征,其中块石最大粒径为40mm㊂对土石混合体中的超粒径块石进行等量替代,制成尺寸为600mm×400mm×200mm 不同含石率的试样,进行大型剪切试验㊂本文选取含石率为0㊁20%和40%的3组试验,利用PFC 2D 进行数值模拟㊂数值模拟剪切盒由PFC 中的墙体构成,长度为600mm,高度为200mm,认为墙体是刚性的,通过剪切盒的上下2个墙体施加法向应力200kPa,颗粒尺寸介于1.0~3.0mm 之间,服从均匀分布,含石率为20%,颗粒密度为2700kg /m 3,按文中所述,试验所用土石混合体具有较大的非均质性,且有些部位孔隙率较大,因此将试样的孔隙率设为0.20,并将不均匀系数定为0.020,确保数值试样与室内试验试样一致㊂图2 室内试验和PFC 模拟结果对比Fig.2 Comparison of stress⁃strain curves between the laboratory test and the PFC simulation 直剪试验的数值模拟与室内试验过程完全一致㊂由于试样的含石率很低,且法向应力较小,在剪切过程中难以发生颗粒破碎情况,因此用clump 模拟块石,采用线性接触刚度模型和滑移模型模拟土体㊂为了建立颗粒细观参数与宏观参数之间的直接对应关系,需要进行一系列的数值试验,使得数值试验结果与室内试验相符合,从而得到颗粒的细观参数㊂根据上述方法,最终确定土体的细观参数:颗粒密度为2700kg /m 3㊁法向刚度为20MN /m㊁法切向刚度比为2.0㊁摩擦因数为1.5㊂数值试验与室内试验应力应变曲线对比如图2所示,从图2可以看出,数值试验所反映出来的规律与室内试验相符合,证明了数值方法的可靠性㊂2.2 数值试验方案表1 试验方案Table 1 Testing program 试样编号含石率/%S n B100.20B2100.0150.20B3150.0150.20B4200.0150.20B5250.0150.20B6300.0150.20R1200.0100.20R2200.0150.20R3200.0250.20L1200.0150.15L2200.0150.20L3200.0150.25影响土石混合体力学特性的因素很多,包括含石率,块石空间分布,块石强度㊁形状㊁加载方式等㊂本文研究低含石率情况下土石混合体的力学特性,因此重点考虑土体性质对土石混合体力学特性的影响,同时利用不均匀系数作为衡量试样不均质性的指标㊂由于含石率较低,并且选取的双轴试验围压较小,因而不考虑块石破碎的情况㊂数值试验中,针对含石率与土体孔隙率的研究方案,试样尺寸取为0.2m×0.4m,颗粒尺寸采用2.1节所使用的颗粒尺寸,介于1.0~3.0mm 之间,服从均匀分布,根据Medley [12]的建议,采用10mm 作为土石分界限,笔者主要考虑低含石率,且当块石粒径较小㊁数量较多的情况,块石的不均匀系数变化范围较大,采用块石的尺寸为10~20mm,服从均匀分布,选用线性接触刚度模型和滑移模型㊂颗粒的细观参数选用2.1节中取得的参数㊂在不均匀系数的数值试验方案中,为了排除试样长度与宽度不一致对试验结果的影响,采用方形试样进行数值模拟㊂已有的研究曾采用方形试样进行颗粒流模拟[13],并与室内试验结果对比,验证了方形试样的可行性㊂试样尺寸取0.2m×0.2m,颗粒尺寸及细观参数与其他2组试验相同㊂试验设计土体孔隙率(0.15,0.20,0.25)㊁含石率(0,10%,15%,20%,25%,30%)和不均为系数(0.010,0.015,0.025)3种影响因素,共12组(表1),每组生成3个不同试样,共36个试样,分别在400kPa 围压下进行双轴试验㊂试验的加载速率为5mm /s,当轴向应变达到15%时停止试验㊂在试样制作过程中,所有初始土体模型分8层生成㊁块石模型采用10行10列的测量圆分布㊂452第3期王环玲,等 考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析3 试验结果与分析3.1 不同含石率模拟结果图3为不同含石率试样模拟结果曲线,可以看出,此时含石率对土石混合体强度特性的影响规律与中高含石率情况下有显著差异㊂当含石率从0逐渐增加到15%时,试样的强度和初始弹性模量不断减小㊂当含石率从20%增加到30%,试样的强度和初始弹性模量又随着含石率的增大而增大㊂当含石率达到30%时,土石混合体的初始弹性模量和强度与含石率为0的纯土体十分接近㊂图3 不同含石率试样偏应力㊁体应变轴应变曲线Fig.3 Curves of deviatoric stress ,volumetric strain and axial strain under different rock contents表2 不同含石率下土石混合体剪胀率-主应力比拟合Table 2 Dilatancy rate and principal stress fitness under different rock contents 含石率/%斜率截距10-1.1470.83715-1.2450.74420-1.2940.77825-1.3170.93930-1.1510.940 当含石率从0增加到15%时,试样中的块石含量太低,块石与块石之间还不能产生相互作用形成受力骨架,反而破坏了土体的均质性和连续性㊂土体的损失强度大于块石的补偿强度导致整体强度下降㊂当块石含量大于20%时,含石率较大,块石之间虽然仍无法产生相互接触,但块石距离较近的区域,接触力已有所加强,块石的补偿强度逐渐增大,当块石的补偿强度与土体的损失强度相等时,相应的含石率为临界含石率,也是区分低含石率土石混合体和高含石率土石混合体的分界值㊂分界值的大小受土石混合体成分的影响,Coli 等[14]研究发现该值大约在20%~25%之间㊂不同含石率土石混合体剪胀剪缩特性如图3(c)㊁图3(d)所示,在低围压下,密实的纯土体呈现剪胀的特性,而块石的掺入,使试样完全呈现剪缩性㊂不同含石率土石混合体最大主应力比和剪胀率之间存在线性关系[15⁃16]㊂根据试验数据生成不同含石率剪胀率与主应力关系,如图4所示㊂随着主应力的增大,试样由松散逐渐变得密实,剪胀率也随之减小㊂当剪胀率趋于0时,试样在主应力作用下体积不再发生变化,主应力也不再线性增加,而是波动上升,最终达到峰值强度㊂不同含石率土石混合体的剪胀率与主应力比的线性拟合关系如表2所示㊂从表2中可以看出,随着含石率的增大,拟合曲线的斜率和截距变化不大,说明在低含石率的情况下,含石率的增加对土石混合体的体积变形影响不大㊂552河海大学学报(自然科学版)第47卷图4 不同含石率试样剪胀率与主应力比关系Fig.4 Curves of principal stress ratio and dilatation rate underdifferent rock contents3.2 不均匀系数模拟结果图5为不同不均匀系数土石混合偏应力和体应变-轴应变关系曲线㊂随着不均匀系数的增大,土石混合体的强度有微小减小㊂从图5(b)可以看出,试样整体呈现剪缩性,且不均匀系数对试样剪胀剪缩性有较大影响㊂当S =0.010时试样在轴向应变大于12.5%时发生膨胀;当S =0.015时试样在轴向应变大于10%时发生膨胀;当S =0.025时试样在轴向应变大于4%时发生膨胀,且随着不均匀系数的增大,体应变的膨胀也增大㊂图5 不同不均匀系数试样偏应力㊁体应变轴应变关系Fig.5 Curves of deviatoric stress ,volumetric strain and axial strain underdifferent inhomogeneity coefficientS 值越小,块石沿着垂向分布越均匀,试样整体的非均匀性和各向异性不明显㊂在试验过程中,颗粒滚动会填充原来的空隙,从而使试样变得更密实,表现剪缩性㊂S 值越大,试样沿着垂向越不均匀,可能出现部分区域密实㊁部分区域松散的情况㊂密实区域的颗粒已经充分咬合,在试验过程中必须跨过相邻颗粒才能发生移动,导致体积膨胀,因此试样虽然整体表现为剪缩性,但轴向应变达到一定程度后,体应变会出现膨胀现象,且不均匀系数越大,体应变的膨胀现象越明显㊂3.3 不同土体孔隙率模拟结果图6为不同孔隙率试样模拟结果㊂此时土石混合体的力学特性与砂土极为类似,密实的试样表现为剪胀软化的特性,松散的试样表现为减缩硬化的特性㊂且随着土体孔隙率减小,试样强度有较大提高,在低含石率情况下,与土体孔隙率相比,含石率和不均匀系数对试样强度的影响是次要的,土体的性质对土石混合体的力学特性起主导作用,与高含石率情况下块石起主导作用的规律不同㊂652第3期王环玲,等 考虑孔隙率和不均匀系数的土石混合体颗粒流分析图6 不同土体孔隙率试样偏应力㊁体应变轴应变关系Fig.6 Curves of deviatoric stress ,volumetric strain and axial strain with different porosity of soil4 结 论a.低含石率与高含石率的分界值在25%~30%之间㊂在低含石率情况下,块石的存在,破坏了土体的均质性和连续性,导致整体强度小于纯土体的强度,此时块石的补偿强度小于土体的损失强度,当含石率达到临界值时,块石提供的强度才足以补偿土体的损失强度㊂b.土石混合体的非均质性对强度影响较小,但对体应变影响较大,在相同围压作用下,试样的不均匀系数越大,体应变的膨胀现象越明显㊂c.在低含石率情况下,土石混合体的强度由土体主导,块石的特性对强度影响有限㊂参考文献:[1]徐文杰,张海洋.土石混合体研究现状及发展趋势[J].水利水电科技进展,2013,33(1):80⁃88.(XU Wenjie,ZHAHG Haiyang.Research status and development trend of soil⁃rock mixture [J].Advances in 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