等应变条件下增压式真空预压固结解析解

从注气增压对土体作用效果的角度出发,建立增压式真空预压固结解析理论模型。提出基于注气增压压力等效的受力简化模型;引入新参数——径向渗透系数增大系数η,反映注气过程对土体渗透性质的改变。根据Barron等应变假定和达西定律,考虑排水板涂抹效应与井阻作用、土体径-竖向渗流以及上部堆载,推导增压式真空预压固结控制方程及其解析解,并利用弹性力学方法推导等效注气增压压力p(t)的计算公式。针对瞬时增压和线性增压两种特例给出具体解析解公式,并通过与工程案例对比分析,验证了解析解及等效力计算方法的合理性。通过对固结性状的分析得出如下结论:注气增压方法可增大土体负孔隙水压力值,加速土体排水固结;“参数η”对固结速率的影响较大,分析模型中考虑注气过程对径向渗透系数的改变会更加合理;井阻作用会导致土体固结速率减慢,径-竖向渗流时孔压能够消散完成,而只有径向渗流时孔压无法消散完成。

成都地铁基坑围护桩大变形原因分析及对策研究

[目的]周边环境及地质条件复杂的地铁基坑施工稍有不慎易导致基坑事故的发生。需分析基坑围护桩大变形原因,并提出针对性加固措施。[方法]以成都某近接老旧建筑物的桩锚支护结构地铁车站基坑为工程背景,分析了基坑施工过程中围护桩体发生大变形的原因,提出控制围护桩变形的加固措施。通过Harding-soil二阶高级本构模型研究了围护桩发生变形后,坑内采用反压堆载、基坑坑外坡体采用钢管桩及再次开挖前加强两道锚索措施的可行性。[结果及结论]模拟计算结果及现场实测结果表明,围护桩累计位移为77.77 mm;围护桩产生大变形后采用加固措施,可将围护桩水平位移控制在53 mm以内;根据模拟计算结果及现场实测结果,二者桩体水平位移曲线变化规律一致。实际施工结果表明,采取加固措施后,基坑变形控制效果明显,后续施工过程中未发生大范围变形。

基于改进云模型和线性规划优化算法的山区泥石流危险性评价

泥石流是一种由暴雨或地震诱发常发生在山区的破坏力强大的地质灾害,为了提前预防和减少其破坏能力,使用特定算法评价其危险性十分必要。采用云模型雾化特性对各评价指标权重进行一致性检验后耦合,得到合理的权重阈值区间。以线性规划优化算法通过设定目标函数后对各评价指标在权重区间内动态取值,从而得到各个泥石流沟渠最危险评分。改进了单指标的云数字特征公式,构建覆盖更全面的综合云模型,输入最大危险评分对研究区泥石流沟渠进行危险性分级。将该研究应用在汶川地震后北川县产生的72条泥石流沟渠实例中,其评价结果显示与研究区实际地形环境情况相吻合,为相似类型泥石流灾害的预防提供了新思路。

砂土压缩变形传感光缆耦合试验分析与预测模型研究

灾害监测、预测是地质与岩土工程领域一项极为重要的任务。分布式光纤传感技术凭借其连续、实时、抗干扰、稳定性好等优点在长距离、长周期、高隐蔽性、强突发性的灾害监测中发挥了显著的作用。然而,针对不同工程问题,评价与解决传感光缆与被测岩土体协调变形问题,是精细化分析岩土体变形分布与研究演化规律的关键所在。利用自主研制的三维主动变形可控围压光缆-砂土耦合试验装置,探究了0~4.0MPa围压条件下金属基索传感光缆与粗砂介质压缩变形的协调性问题。试验结果表明:低围压条件下金属基索传感光缆与砂土压缩变形协调性较差,变形表现为非线性变化特征;随着围压增大,传感光缆与砂土耦合效果提高,变形呈现线性变化特征,当围压达到1.6MPa后,两者协调变形一致性明显提高,其形变由非线性向线性转变。基于上述变形特性,提出了一种围压曲面投影数值模型,采用非扭结边界条件的样条插值算法对非试验数据实际位移进行预测,结果表明该模型具有较好的可靠性。试验研究认为金属基索光缆用于高围压条件下砂土变形测试具有更高的准确性,研究内容可以为分布式光纤传感测试技术用于深部地层变形监测提供科学的参考依据。

城市轨道交通基坑工程变形控制值研究

[目的]设置监测项目的变形控制值,对施工安全进行控制,以确保施工期间结构自身及周边环境稳定性,是城市轨道交通工程施工非常重要的工作内容。采用明挖法时,变形控制值因所处地质条件的不同而表现出较为明显的差异,需进一步明确不同地质条件下基坑的变形控制值。[方法]以北京地铁基坑工程为研究案例,分两个区域(西部、中东部)分别收集、整理了基坑工程的监测数据。选取基坑地面沉降、围护桩顶/墙顶处沉降、围护桩顶/墙顶处水平位移、围护桩体/墙体处水平位移作为监测项目,利用统计分析方法对这四类监测项目的控制值进行深入研究,并研究了变形值与基坑设计深度H的关系,针对两个区域基坑的四类监测项目分别提出了控制建议值。[结果及结论]这四类监测项目的控制建议值为:西部区域基坑建议分别取25~40 mm和0.10%H~0.20%H、15 mm、15 mm、25~40 mm和0.10%H~0.20%H;中东部区域基坑建议分别取30~50 mm和0.15%H~0.30%H、20 mm、20 mm、30~50 mm和0.15%H~0.30%H。

冻结作用下土石坝护坡土石混合体水分迁移试验研究

土石坝护坡冻胀破坏主要由护坡砂砾料垫层、坝体填土自身冻胀和水分迁移共同作用引起。针对寒区土石坝护坡普遍存在的隆起、错位、坍塌等冻胀破坏问题,以寒区某土石坝护坡工程砂砾料垫层、坝体填土为研究对象,采用自研的土石混合体水分迁移冻结模型试验装置系统,开展了补水条件下单向冻结模型试验研究,研究了温度、含石量、水分迁移对土石坝护坡土石混合体冻胀特性的影响。研究结果表明:温度、含石量对土石混合体的冻胀特性影响显著;水分迁移受土石含量、温度和含水率影响,护坡砂砾料垫层和坝体填土含水率越大,冻结过程中水分迁移量越大,水分相变成冰的条件越充分;土、石分层对黏土温度变化影响较大,黏土和砾石分层可有效减小水分迁移量和冻胀量,对土石坝护坡防冻胀是有利的;土石混合体内部孔隙水相变成冰并在试样内部形成分凝冰是冻胀量增加的主要原因,土石混合体原位冻胀以及冻结过程中分凝冰的生长使冻胀量不断增加,且补水量越大,试样冻胀量就越大;不同温度、含石量下试样的冻胀量均随补水量的增加而基本呈线性增大,且含石量对冻胀量增加速率影响较小,温度对冻胀量增加速率影响较显著。研究成果可为寒区土石坝护坡设计和运行管理提供科学依据和技术支撑,补充了碾压式土石坝设计规范中的护坡设计。

基于定向声波扫描的钻孔围岩隐伏溶洞表征与分析方法

复杂地质环境下采用简化的几何体代替真实形态的隐伏溶洞进行数值分析,往往难以反映真实的工程特性,自然形成的溶洞形态在几何方面无明显规律性,导致溶洞形态特征的定量化表征问题一直未被很好的解决,为此,针对复杂地质环境下钻孔围岩隐伏溶洞轮廓的几何形态特征定量化研究中缺少系统性研究问题,提出了基于定向声波扫描的钻孔围岩隐伏溶洞表征与分析方法。首先,在利用钻孔定向声波扫描技术获取基础数据的基础上,构建同一钻孔中不同隐伏溶洞的轮廓坐标化准则。随后,在钻孔围岩隐伏溶洞定量表征方面,分别提出了隐伏溶洞水平方向结构表征方法与垂直方向结构表征方法,实现了隐伏溶洞的全方位定量化表征;在钻孔围岩隐伏溶洞统计分析方面,提出了水平全方位占比指数、远离占比指数和深度占比指数,能够从钻孔角度来统计分析钻孔不同深度、周围不同位置的隐伏溶洞情况。最后,结合实际工程案例进行了综合分析,并与其他方法进行了对比验证,证明了提出的方法能够为岩溶地区地质工程中工程勘察和数值模拟提供更多的定量化数据,是溶洞地区的开发与资源利用技术中的一种全新定量化分析方法,具有广阔的应用前景。

颗粒形状对碎石基层力学性能影响的离散元模拟研究

高速公路的碎石基层性能受碎石颗粒的性质影响,颗粒的形状是影响碎石基层压载性能的一个重要特征,用角度指标和球度指标来表示。通过离散元模拟采用重叠刚性簇方法研究了颗粒角度和颗粒球度对碎石土宏观和微观力学特性的影响。建立了相同孔隙比条件下不同颗粒形状的碎石土三轴试验数值模型,探讨了内摩擦角、体应变、力学配位数、组构及接触力链的演化。结果表明:内摩擦角随角度A I的增大而增大,随球度SPH的增大而减小;大应变下的剪胀率随着A I的增加而显著增加,剪胀率随球度SPH的增加而先增大后减小;微观方面,力学配位数随角度A I的增大而增大,随球度SPH的增大而减小;接触偏组构随着A I的增加和SPH的降低而增加;颗粒形状影响微观接触力链的分布进而影响试样宏观抗剪强度。

嵌入既有桥台锥坡偏压基坑变形特性研究

新建大桥墩柱紧邻既有大桥桥台锥坡,墩柱承台基坑嵌入既有桥台锥坡形成偏压基坑,为研究嵌入桥台锥坡偏压基坑的变形特性,研究基于济南黄河大桥扩建项目墩柱承台基坑支护工程进行了分析,结果表明:增强偏压侧围护结构刚度,合理确定拆撑方案,提高承台基坑回填强度,避免桥台锥坡变形。

考虑非达西渗流的泥浆离心脱水分析

为深入探究离心脱水技术在处理主要由黏性土组成的建筑废弃泥浆时的内在机理及其影响因素,利用分段线性化方法,充分考虑黏性土中渗流的非达西特性以及土体变形的非线性特征,建立在离心作用下能够考虑其非达西渗流特性的泥浆脱水分析模型。通过与已有研究成果及室内试验结果的对比,证明了该模型的有效性。在此基础上,分析了模型参数对脱水过程的影响。研究结果表明:脱水速度和最终土水界面位移量随着电机转速的增大而增大;增加泥浆初始厚度会增大最终土水界面位移量,但会降低初期的土水界面移动速度;压缩指数在初期对土水界面位移的影响并不明显,但其增大会导致最终土水界面位移量的增加;非达西渗流参数的增大会导致土水界面位移的减少,但通过提升电机转速,可以有效地降低非达西渗流对脱水效果的不利影响。研究成果可为离心脱水技术在建筑废弃泥浆处理中的进一步优化与应用提供借鉴和参考。

飞机荷载引起隧道地表沉降数值模拟研究

为研究飞机起飞对隧道施工过程中地表沉降的影响,依托某机场隧道工程实例,利用MIDAS GTS NX软件进行数值模拟,分析了飞机荷载对单线隧道和双线隧道地表沉降的影响规律。研究结果表明,飞机由单线隧道左侧滑行至右侧时,地表沉降最大值由左侧移至中间偏右位置,且最大值不断增大。飞机滑行经过双线隧道工程上方时,地表沉降最大值由先行隧道上方逐渐转移至后行隧道上方;当飞机经过两隧道中间滑行至后行隧道拱肩上方时,地表沉降值最大且超过30 mm。单线隧道和双线隧道的最大沉降均位于拱顶位置处,向周围方向沉降值逐渐减小,因此,在施工过程中,除了应定时进行监测外,需重点关注拱顶处沉降情况,保证施工安全。

不同含水率下秦王川黄土抗剪强度与细观结构特征研究

为研究不同含水率下黄土的抗剪强度和细观结构特征,以秦王川重塑黄土为研究对象,利用四联自动直剪仪和核磁共振仪进行了直剪和核磁共振试验。试验结果表明:秦王川黄土重塑土的总体抗剪强度随含水率的增大而降低,黏聚力随含水率的增大呈先增大后减小的变化趋势,内摩擦角呈先减小后增大再减小的变化趋势;含水率变化对土体黏聚力的影响较大,而对内摩擦角的影响较小;土样内部孔隙率随含水率的增大而增大,水分不断从小尺寸孔隙向中大尺寸孔隙扩散,且土体内部的小尺寸孔隙有不断扩展和贯通的趋势;随着含水率的增大,土样的延性和塑性也得到增强,应力—应变曲线特征由应变软化转变为应变硬化;随着含水率的增大,土样内部水分的形态也逐渐变化,由强结合水主导不断向弱结合水主导发展,最后变成自由水主导,导致土颗粒之间的胶结作用力、水膜作用力以及基质吸力减弱,进而导致土样总体抗剪强度降低。本研究成果可为地区黄土工程建设提供数据支持和理论参考。

岩土工程表面变形监测应用技术现状分析与发展思考

本文从表面变形监测技术现状出发,阐述其技术发展历程,针对建(构)筑物、边(滑)坡、地基基础、地下工程等不同工程类型的特点,结合国家现行技术标准要求,分析当前表面变形监测方法的适用性、存在问题及可能的解决办法。分析认为:自动化监测代表当前表面变形监测发展的主流;面监测为下一阶段表面变形监测发展的重要方向;基于近景摄影测量的表面变形监测技术具有较好的发展前景。

基于响应面法的复合改良膨胀土无侧限抗压强度研究

为提高膨胀土的无侧限抗压强度,降低工程危害。在木质素改良膨胀土的研究基础上,通过单因素试验研究纤维长度、纤维掺量及木质素掺量对膨胀土抗压强度的影响规律,基于单因素试验结果,通过BBD (BOX-Behnken design)响应面设计法进行响应面试验,建立二次回归模型,研究了双因素交互作用对膨胀土无侧限抗压强度的影响。结果表明:单因素作用时,膨胀土无侧限抗压强度在各因素作用下均呈现先增大后减小的趋势;双因素交互作用时,木质素掺量和聚丙烯掺量二者交互作用显著性最好。由BBD响应面法得到的最优组合为:聚丙烯纤维长度为9 mm、纤维掺量为0.3%、木质素掺量为3%,该变量下平行试验组的平均抗压强度为552.48 kPa,相比于素膨胀的抗压强度提升了76.97%,可见此方案下对素膨胀土的无侧限抗压强度提升效果最好。研究成果为新乡地区弱膨胀土的改良提供了借鉴,为复合改良土的试验设计提供了新思路。

重叠隧道先挖扰动作用对后挖加固效用的影响

[目的]在超近距离上下重叠隧道工程中,先挖隧道会导致围岩发生难以预测的损伤,进而影响后挖隧道的顺利施工,增大工程建设难度。因而有必要研究重叠隧道施工过程中先挖隧道对后挖隧道的影响效应。[方法]依托重庆市某隧道工程,采取数值模拟的方法比较分析了先挖的下层隧道开挖引起的围岩的应力分布规律及变形特征,并根据上层隧道在不同工况下的受力特征和变形规律,分析了锚杆加固措施的变形控制效果与下层隧道开挖产生的围岩弱化效应之间的关系。[结果及结论]下层先挖隧道施工引起拱顶区域沉降,最大沉降量为4.1 mm;拱底区域隆起,最大隆起量为6.9 mm;根据围岩应力分布变化程度及等效塑性应变范围,下层隧道围岩的松动区域等效为圆形范围,且松动圈平均厚度为2.5 m;上层隧道的开挖卸荷会引发下层隧道上浮;对下层隧道松动圈围岩采取锚杆加固措施后,对应围岩的强度折减系数为0.70~0.75。

盾构隧道近距离侧穿立交桥桩基的变形影响分析

[目的]盾构掘进会引起附近桥梁基础发生位移变形,降低桥梁基础承载能力,为此结合某工程实例对盾构隧道近距离侧穿桥梁桩基的变形影响进行研究。[方法]依托合肥地铁5号线盾构侧穿立交桥桩基工程,建立三维数值模型,分析盾构施工引起的桩基横向水平位移、纵向水平位移以及桩基沉降规律。[结果及结论]研究结果表明,桩底横向水平位移呈现“离开—靠近—离开”隧道的动态变化,桩身横向水平位移近似“C”形扰曲曲线,位移沿桩深呈先增大后减小的变化趋势,极值位于桩深9~10 m处。桩底纵向(平行隧道轴向)水平位移表现为“双峰”形曲线,盾构通过桩基后,桩身发生与掘进方向相反的纵向位移,在盾构通过桩基12 m后桩身纵向水平位移出现回弹变化,表明盾构掘进对桩基的纵向变形影响一定程度上是可逆的。桩基沉降变化呈陡峭趋势,同侧桩基距离隧道越近沉降越大,且远侧隧道开挖会引起桩端二次沉降,最大沉降值发生在4号桩基桩底处,沉降值为4.94 mm。

基于高频组合片段-基因表达式编程算法的轨道交通地面沉降预测模型

[目的]地面沉降预测和控制是轨道交通盾构法隧道施工中最为关注的问题之一。为了解决现有地面沉降预测和控制中存在的模型表达过于复杂且缺乏解释性的问题,需要一种既简洁清晰,又能够描述复杂问题的可解释模型,GEP(基因表达式编程)算法提供了这种可能性,因此需对基于HFS(高频组合片段)-GEP算法的轨道交通地面沉降预测模型进行深入研究。[方法]以杭绍城际铁路某区段盾构隧道工程为依托,选取盾构施工过程中的土舱压力、刀盘扭矩、刀盘转速、推进速度、总推力、隧道埋深及盾尾注浆量等参数作为关键输入型施工参数,地面沉降作为输出型施工参数,通过备选公式集筛选以及HFS选取,建立基于HFS-GEP算法的轨道交通地面沉降预测模型。利用该模型对第180环—第210环区段的关键施工参数进行优化调整,分析盾构施工参数变化对地面最终沉降的影响效果。[结果及结论]基于HFS-GEP算法的地面沉降预测模型可以反映盾构施工参数与地面最终沉降的显式关系;相较于传统GEP算法的地面沉降预测模型,该模型准确度更高,结构更为简洁,且收敛速度更快。通过对盾构关键施工参数进行优化调整,该模型可将第180环—第210环区段的最终沉降量控制在10 mm以内。

密实度对格栅-再生混凝土骨料界面剪切特性的影响

为探究相对密实度、颗粒级配及法向应力等因素对格栅-再生混凝土骨料界面剪切特性的影响,通过大型直剪仪对不同相对密实度的再生混凝土骨料进行单调直剪试验。结果表明:在不同相对密实度、颗粒级配、法向应力影响因素下,界面均呈现出峰值后剪切软化现象;相对密实度对界面剪切特性有显著影响,随着相对密实度的增大,界面抗剪强度、剪切模量、似黏聚力、内摩擦角及整体剪胀量均呈现增大趋势;随着不均匀系数的增大,界面峰值抗剪强度与残余抗剪强度均增大,剪胀现象明显;界面峰值抗剪强度随法向应力的增加近似线性增长,增加幅值、剪胀量随法向应力的增大呈现减小趋势。

考虑参数空间变异性和基于高效代理模型的边坡可靠度分析

在考虑参数空间变异性情况下评估小失效概率的边坡可靠度,传统可靠度分析方法往往存在耗时冗长或难以求解等问题。为此,提出了一种基于分段逆回归的主动学习多元自适应回归样条法与子集模拟结合的边坡可靠度分析方法,并探讨了分段逆回归方法对代理模型响应值的影响。首先,利用Karhunen-Loève展开法离散抗剪强度参数随机场,通过强度折减法计算得到一定数量的训练样本用于构建初始代理模型。接着,采用主动学习函数选取一定量最优样本点更新代理模型,使用最终的代理模型与子集模拟耦合进行边坡可靠度分析。最后,以两个典型的边坡算例,验证所提方法的有效性。结果表明:在考虑参数空间变异性情况下,所提方法可以采用更少的训练样本进行小失效概率边坡可靠度分析,不仅可得到比较精确的结果,而且避免出现内存溢出情况。

某软岩地基核电厂核岛地基变形分析研究

以国内某软岩地基核电工程为例,建立核岛地基二维有限元法和三维有限元法计算分析模型,考虑了核岛地基中风化岩体中存在强风化岩体分布的不确定性以及关键岩土参数的不确定性,同时考虑了岩体层状分布对地基变形参数的影响,对核岛地基变形特征进行计算分析。获得了软岩地基核电厂核岛地基变形量及不均匀变形特征,并对计算分析方法进行了对比分析。研究表明:核岛地基最大沉降及不均匀变形均满足设计和规范要求;核岛基底下强风化岩石分布对核岛地基最大沉降的影响较小;提出的适应于软岩核岛地基变形计算分析方法,可用于后续类似工程的变形计算分析工作。