基于静力触探试验和变维联合后验分布的土层剖面高效优化识别方法

基于静力触探试验数据的土体力学分类方法(如土体分类指数I_(c))应用广泛。然而,基于土体分类指数划分土层依赖于工程经验,主观不确定性较大,土体力学分层与基于钻孔取样的物性分层未必一致。在贝叶斯学习框架下,提出了一种基于I_(c)数据和土层力学剖面参数联合概率分布的高效优化识别方法。所提方法基于全高斯概率模型推导土体分类指数(I_(c))数据的似然函数,利用模拟退火算法搜索土层剖面参数联合后验分布的最大值,通过比较不同土层数目对应的联合后验分布最大值识别土层数目和土层厚度(边界)。最后,通过杭州某地铁区间CPT数据和模拟数据说明了所提方法的合理性和有效性,并结合土层识别结果说明了所提方法的分层原理和特点。结果表明:所提方法基于I_(c)数据识别土体力学分层的计算效率显著提高,适用于不同深度CPT数据分析,计算流程较简便,便于工程应用。

基于深度学习的岩石短长期本构模型及灰砂岩变形预测

岩石的短期和长期力学性能和变形特性对工程长期稳定与安全有着重要的影响。传统的本构模型难以统一描述不同岩石材料的短长期力学特性,而基于深度学习方法的理论可在不引入其他弹塑性参数以及本构规律的情况下预测不同岩石的力学特性。长短期记忆(long short-term mernory,简称LSTM)深度学习算法适用于处理具有时间序列的数据任务,用于预测岩石短长期力学特性具有显著优势。通过引入LSTM算法,分别根据三轴压缩加载路径和应力松弛随时间变化的规律构建序列数据,建立了灰砂岩在常规三轴压缩以及应力松弛下的力学特性预测模型。与试验数据进行对比,可以证明基于深度学习的岩石短长期力学预测本构模型的准确性。为进一步提升模型工程应用价值,将LSTM本构模型嵌入到有限元法(finite element method,简称FEM)框架中进行数值实现,并应用于灰砂岩变形特性的模拟。对比结果表明,LSTM-FEM方法具有较好地预测岩石短长期变形特性的能力。

斜坡地形架空叠合式水厂边坡防护

对于斜坡地形下由挖方产生的工程边坡,为保证主体结构的安全,往往采取适当的支挡措施对边坡进行防护。架空叠合式水厂场地建设受到一期已建道路与既有东郊水厂影响,需控制沉降变形,受耕地红线限制无法放坡。现场采用的边坡防护方案为“桩锚支护+挡墙支护+硬化台阶护坡”,通过监控量测结果验证其成效显著。

断层错动下非连续管道的力学响应分析

断层错动诱发上覆土体破坏对跨越断层的埋地管道结构安全构成巨大威胁,是复杂环境地下管线设计中不可忽略的场地因素。既有成果较少涉及正断层和逆断层错动影响下的解析解分析,且针对断层-管道相互作用的理论研究一般将管道结构视为连续管道,较少考虑管道接口的影响。首先,在简化SSR(静止区stationaryzone,剪切区shearingzone,刚体区rigid body zone)土体变形模型的基础上,结合erf函数和erfc函数,得到了正断层和逆断层错动影响下的土体位移曲线;其次,引入双参数Pasternak地基模型,对管道微元进行受力分析,借助有限差分法求解得到埋地管道结构的变形和内力;最后,将理论解析解和已有的试验结果及数值模拟结果进行对比验证,获得了较好的一致性。此外,针对断层倾角、断层与管道交点位置和接口转动刚度等关键物理特征参数进行了敏感性分析。结果表明:断层倾角会改变管道位移曲线和轴向应力曲线位置,但其位移最大值和轴向应力最大值基本一致,而断层与管道交点位置不仅会改变管道位移曲线和轴向应力曲线形状,其轴向应力最大值也将发生改变;随着接口转动刚度增大,管道最大轴向应力值随之增大,当接口转动刚度足够大时,可将非连续管道视作连续管道进行计算。

超百米深厚细砂覆盖层注浆效果旁压试验研究

为保证超百米深厚细砂覆盖层的注浆加固效果,保障工程长期安全运行,在对国内外现有旁压试验规范剖析的基础上,提出超百米旁压试验的测试方法和参数取值存在的问题和不足,后以某超百米深厚细砂覆盖层中的旁压试验为应用实例,对其注浆加固效果做了深入比较分析。结果表明:①因原始水平地应力复杂且试验成孔不能保证,超百米深厚细砂覆盖层旁压试验特征参数初始压力P_(0)的取值不能简单以作图法或计算法获取,需进一步深入研究;②可以利用旁压特征参数旁压模量(E_(M))、临塑压力(P_(f))作为超百米深厚细砂覆盖层注浆效果评价的关键指标;③经袖阀管注浆加固超百米扰动细砂层后,承载特性指标P_(f)提高约4.7倍,变形特性指标E_(M)提高约7.3倍。

基于机器学习的CPT土类划分研究

近年来,国内外学者基于CPT数据建立了不少土质分类的经验公式和模型。由于地域、标准、目的等各异,在分类模型与区分的土类方面,不同学者的结论不尽相同。本文以我国南海莺歌海盆地60个钻孔CPT数据和与之毗邻的钻孔取样为研究对象,首先,结合邻近位置的钻孔,精选了5类常见土(黏土、粉质黏土、粉土、粉砂及细砂)对应的CPT数据,并进行了解释性处理;其次,以归一化摩阻比和归一化锥尖阻力为分类指标,采用多种机器学习方法(包括随机森林、人工神经网络、决策树、贝叶斯学习、支持向量机和线性感知器等)得到了适用于我国南海莺歌海盆地的土体行为分类模型;然后,采用混淆矩阵、总体精度和Kappa系数等指标对各分类模型的分类准确性进行了评估;最后,将得到的模型应用于研究区域周边及较远海域的CPT自动分类中,并用与CPT邻近的钻孔取样对其进行检验。结果表明,本文得到的土体行为分类模型对我国南海北部海域CPT数据分类具有较高的准确率。

楞古水电站V线右岸边坡深部裂隙成因及边坡稳定性分析

针对楞古水电站V线右岸边坡深部裂隙发育特征,以边坡工程地质条件及坡体结构为基础,结合嘎夏帕滑坡破坏模式对其深部裂隙成因进行了分析,认为其深部裂隙是由于边坡滑移-剪切变形所造成,且边坡缓倾角结构面发育程度决定了边坡深部裂隙分布范围及张开度。分析边坡深部裂隙变形程度,结合边坡整体稳定性FLAC3D模拟,得出蓄水后边坡上游侧稳定性较边坡下游侧更低,以后对边坡采取合理的支护措施提供了可靠的依据,并为同类水电站蓄水边坡稳定性研究提供了参考。

基于福建50年滑坡灾情数据的滑坡时序特征分析

福建省山地多,年降雨量较丰富,降雨引起滑坡灾害多发。收集了福建省1969年—2018年近50年的已发滑坡灾情数据,提取已发滑坡时间和空间位置信息,建立时间序列模型,分析福建省近50年已发滑坡的时间特征。结果表明:采样福建省已发灾害数据模拟构建的ARIMA(1,2,1)时间序列模型,以4年为一个周期,可以有效地预测福建省崩塌滑坡年度发生的频次,经实际检验误差在±10次之内。

自动化监控技术在京九线古滑坡整治效果评价中的应用

古滑坡存在地质条件复杂、复活失稳成因难以探究、治理难度较大、整治效果难以评价等特点,以京九线K2038+700—K2038+800深厚层古滑坡为背景,通过地质勘探、调绘、现场调研等技术手段,初步探明了古滑坡复活机理。考虑多种影响因素,采用并实施深大抗滑桩和地下疏干排水系统(集水井+环形新型排水管+集水管)的综合整治措施。同时通过自动化监控技术,对古滑坡综合整治效果进行评价;结合数值模拟手段,进一步对古滑坡支挡工程的实施效果进行评价,为铁路运营期间存在类似滑坡整治工程的风险研判提供了有效依据。

基于数值模拟的青杆林滑坡稳定性分析及评价

滑坡是一种易发的地质灾害,会对自然环境、工程建筑等造成重大的破坏;开展对滑坡稳定性分析的研究是十分必要的。文章以自贡荣县青杆林滑坡为对象,在通过对滑坡现场调研的基础上,分析滑坡的变形破坏机制,并使用Geo-Studio进行数值模拟,对其滑坡稳定性进行分析与评价。研究结果表明:青杆林滑坡在自然条件下属于基本稳定的状态,不易产生大规模的整体滑动变形,而在受到强降雨等不利因素的作用下,坡体的稳定性将进一步降低,易使滑坡处于欠稳定状态,从而失稳破坏。

基于BIM技术的基坑智能监测技术研究

基坑边坡的不安全性常导致工程事故发生,深基坑作为建设工程施工危险部位重大专项,确保基坑的安全监测和报警的及时性非常重要。文章基于BIM技术如何实现快速高效及时报警进行了分析。通过智能传感器采集数据进行无线传输至云平台,平台解析数据与BIM基坑模型自动匹配,对测点部位的位移、土压力进行动态监测,当超过预警值后自动传输报警信息,为工程危险源的及时处理提供决策依据。文章基于BIM技术的深基坑监测技术通过在天柱山管廊项目进行应用,取得了良好的安全经济效益。

基于有限元方法的双强度折减技术在边坡稳定性评估中的应用研究

评估边坡稳定性,以尽量减少失稳引起的地质风险,对减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。本文提出了非均质边坡稳定性评价的强度折减法,并构建了相应数值方法。最后,结合传统方法验证了本方法的可行性,并结合实例对该方法进行了应用。

缓坡顺倾红层路堑边坡破坏模型试验研究

为研究缓坡顺倾红层路堑边坡的致灾机理,采用基于颗粒流模型的相似材料和双向正梯形(前视)模型装置,针对缓坡顺倾红层路堑边坡,在干湿循环、浸水软化和路堑开挖工况模拟条件下进行物理模型试验,展现其变形破坏过程,分析其在开挖卸荷及强度劣化下的变形破坏演化过程。模型试验结果表明:路堑开挖后,坡体卸荷效应明显,前部出现楔形体破坏,后缘拉裂缝逐渐扩大,随着干湿循环的进行,坡体首先沿上层泥岩软弱层滑移,并牵引着坡体后缘继续发生拉裂,随后滑裂面延伸至下层泥岩软弱面,由此发生大规模滑坡,滑面呈步进台阶状,缓坡顺倾红层路堑边坡致灾机理主要体现为红层软岩在岩层面顺倾条件下历经开挖卸荷和水岩耦合的成灾作用过程而呈现松弛劣化和水敏劣化的灾变演化规律。

不同降雨强度下离子型稀土矿边坡渗流特性与临界滑移面变化分析

以离子型稀土矿边坡为研究对象,研究了不同降雨强度条件下降雨、停雨阶段离子型稀土矿边坡孔隙水压力变化情况,并利用有限元Morgenstern-Price法研究了各时间段临界滑移面的变化。结果表明,降雨强度是影响离子型稀土矿浅层边坡孔隙水压力的显著因素;雨水在离子型稀土矿边坡中的传递具有滞后性,是停雨阶段造成离子型稀土矿边坡不稳定隐患的内在原因;降雨强度越大,进入289滑移面的时间越快,安全系数变化的“加速度”波峰越高,影响时间越长。首次提出降雨条件下离子型稀土矿边坡发展可能历经的4个阶段为:较为安全阶段、内部剧烈变化阶段、极易滑坡阶段及相对安全阶段。

倾角变化条件下反倾层状斜坡倾倒变形演化研究

倾倒变形是反倾层状岩质边坡的一种典型破坏模式,为了研究不同岩层倾角对反倾层状岩质边坡倾倒变形的影响,以澜沧江上游古水水电站坝前倾倒变形体为原型,从岩层倾角变化的角度出发,利用大型土工离心机试验分析了反倾层状岩质边坡的失稳破坏过程、变形演化特征与最终失稳模式等。结果表明:①反倾层状斜坡的变形演化过程基本概括为岩层压密-坡脚压裂阶段、弯折面形成-部分失稳阶段和弯折面贯通-彻底失稳3个阶段,岩层倾角的改变并不会影响斜坡阶段性演化过程;②岩层倾角越大的斜坡,斜坡形成弯折面所需时间越短,失稳破坏发生后坡体贯通性倾倒破坏深度更大,对应的变形范围越大,折断岩层的破坏程度越剧烈;③岩层倾角变化会导致斜坡的倾倒变形过程与最终失稳模式存在一定差异。倾角较小的55°和70°模型斜坡前部岩层在重力作用下发生明显弯曲倾倒变形,最终以“倾倒-弯曲-滑移”的失稳模式发生破坏;倾角最大的85°斜坡岩层发生的弯曲变形较小,最终以“倾倒-折断-崩塌”的模式发生破坏。研究结果对大型工程项目的顺利开展具有一定指导意义。

风荷载和列车共同作用下风积沙包芯路基边坡稳定性研究

我国是世界上沙漠分布最多的国家之一,沙漠中蕴藏着丰富的矿产资源。西部大开发和“一带一路”倡议将进一步推进沙漠地区铁路建设。利用丰富的沙漠风积沙作为铁路路基填料具有重要的经济意义和推广应用前景,风积沙包芯路基是一种充分利用风积沙作为铁路路堤填料的新型结构。为研究列车荷载和风荷载共同作用下风积沙包芯路基边坡稳定性计算方法,基于折线滑动法原理,对路堤结构进行分层分区,采用极限平衡方法,推导出列车荷载和沙漠风荷载共同作用下铁路风积沙包芯路基的稳定性系数计算公式并编制计算程序。结合和若铁路风积沙包芯路基的工程实例,验证了该计算方法的可行性。基于该计算程序,研究了风荷载大小、风向角、路堤填筑高度、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡稳定性系数的影响,分析了风向角、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度的影响。计算结果表明,风积沙包芯路基边坡稳定性系数与风荷载大小近似呈线性负相关,与风向角大小呈非线性正相关。风积沙包芯路基边坡稳定性系数富余量与路堤填筑高度呈负相关。风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度与风向角大小呈非线性负相关,与风积沙填料的内摩擦角大小近似呈线性负相关。建议风积沙包芯路基边坡设计中应考虑风荷载的影响。研究成果可供沙漠地区风积沙包芯路基设计借鉴和采用。

高压实膨润土与孔隙溶液物理作用机制研究进展

作为高放废物处置库的工程屏障,高压实膨润土在长期服役过程中将受到围岩地下水及其化学成分的渗入作用,膨胀性能不断衰减,最终威胁处置安全。在阐述孔隙溶液对高压实膨润土水化膨胀过程影响规律的基础上,总结了高压实膨润土与孔隙溶液物理作用机制的最新研究成果。结果表明,孔隙溶液对高压实膨润土的物理作用机制包括晶层膨胀、扩散双电层膨胀和吸附作用等3种。其中,孔隙溶液对晶层膨胀的作用与浓度有关,低浓度时表现为促进作用,高浓度时表现为抑制作用,取决于孔隙溶质吸力与临界吸力的差;孔隙溶液对扩散双电层的抑制作用是导致有效孔隙通道扩大、渗透和扩散系数增大的主要原因;pH对膨润土表面活性位点和核素水解的影响是引起吸附特性变化的主要原因,背景离子的竞争吸附作用致使膨润土对核素离子的吸附量显著减少。目前,孔隙溶液作用的参数概化、有效孔隙量化和吸附化学模型的研究仍有不足。因此,进一步优化本构模型中孔隙溶液作用的化学参数,明确不同尺度孔隙的等效量化研究,构建约束条件下压实膨润土多组分竞争吸附模型仍是今后需要深入研究的重点方向。

基于HVSR方法的上海市典型场地特征研究

上海市强震台网获取了2020年5月3日日本九州6.0级地震等多次强震记录。通过对地震记录进行分析处理,分别计算了每个强震台站的H/V谱比曲线,结合上海市地质调查研究院的基岩埋深分布图,得到了每个台站的基阶共振频率与沉积层厚度。结果表明:H/V谱比曲线峰值与沉积层厚度存在明显相关性,并且通过数据拟合建立了上海市沉积层厚度与基阶共振频率的经验公式,绘制了上海市场地基本周期分布图,可以为上海市抗震设防提供一定的参考;厚沉积层场地上地震记录的谱比曲线会出现多个峰值,第二个峰值代表了沉积层的高阶共振频率;通过数据拟合得到上海地区剪切波速与沉积层厚度的经验公式。

基于CPTU的承压水位勘察测试方法

基坑隧道等工程中承压水突涌、渗漏等问题时有发生,如何经济、便捷、准确地获取承压水位对工程设计及施工具有重要指导意义。通过分析江阴靖江过江隧道和海太过江通道工程中的孔压静力触探(CPTU)测试及地勘资料,提出了一种基于CPTU的承压水位测试方法,可在获取CPTU原位测试参数的同时,通过测量的孔隙水压力计算承压水位。将CPTU测试获取的承压水位与观测井水位进行对比,结果表明,测试值与观测值较为一致;CPTU方法具有操作便捷、快速、施工成本低的优点,值得在基坑隧道工程中推广使用。

滩涂地区预压作用下人工硬壳层对桥梁桩基的影响分析: 以浙江省十一塘高速为例

滩涂地区深厚的软土地质条件给现浇箱梁的施工带来了较大挑战,依托浙江省十一塘高速公路一期工程,研究预压荷载作用下人工就地固化硬壳层对桥梁桩基的影响。基于土体硬化模型建立三维数值计算模型,对比不同硬壳层深度下桩身轴力、侧摩阻力和水平位移的变化规律,结果表明:当硬壳层厚度为2 m时,桩身轴力减少约16%且硬壳层的厚度会改变负摩阻力的传递深度,表现为硬壳层厚度越厚桩侧阻力中性点越往上移。此外,在一定深度影响范围内,硬壳层能够有效控制桩顶和不同深度处桩身水平位移,硬壳层厚度越大,桩顶水平位移越小。最后通过分析土体模量对桩身水平位移的影响发现,桩身水平位移会随该层土压缩模量的增大而减小且土体卸载/再加载刚度模量E_(ur)的影响高于土体偏量加载刚度模量E_(50)及土体侧限压缩刚度模量E_(eod)的影响。