多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%~30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%~35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%~20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0~1)、缓慢增长阶段(N=1~6)和增长稳定阶段(N=6~9)。各因素按显著性由高到低排序依次为:压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。

考虑侧向刚柔边界约束的黄土填方路基沉降计算方法

提出一种新的考虑刚柔边界约束和侧向变形的黄土填方路基沉降计算方法。基于自主研发的三向加载设备和室内压缩试验,分析不同竖向加载方式和不同侧向约束对土体竖向及侧向变形的影响,提出考虑土体压实度和围压的边界影响系数,建立压实黄土侧向应变模型,给出考虑刚柔边界条件和侧向变形的黄土路基沉降计算方法。研究结果表明:边界影响系数与路基压实度和围压都呈正相关,且刚柔约束边界对黄土压缩性指标的影响程度最高能达到40%。提出的竖向和三向边界影响系数综合考虑了路基压实度、侧向围压以及边界条件的影响。利用工程实例验证了新模型计算方法的准确性和实用性,提高了传统分层总和法的精度。

公路改扩建高边坡既有锚杆受力特性离心试验

为研究改扩建边坡二次开挖下既有锚杆的受力特性及边坡稳定性,基于自主研发的模型试验锚杆角度支护装置,采用离心试验研究了锚固角度分别为10°、20°、30°、45°、60°及锚杆横向密度分别为1根/(18 cm)、1根/(12 cm)下顺层岩质高边坡开挖全过程中坡顶水平位移、锚杆轴力及坡内土压力变化规律。结果表明:相同锚固角度下,随着边坡开挖卸荷,坡顶累计水平位移非线性增加,且开挖坡顶增幅较开挖坡中大;锚杆轴力呈单峰分布,在开挖坡顶及坡脚时轴力增幅较大,轴力峰值靠近软弱面且随开挖卸荷先减小后增大,开挖后轴力峰值仍为开挖前的61%以上;随锚固角度的增加,坡顶水平位移先减小后增大,坡内土压力先增大后减小,即存在最佳锚固角度;建议边坡开挖宜采用分级开挖,并在开挖坡顶及坡脚时适当降低速率,综合考虑边坡坡度、岩层及软弱面倾角等因素,合理设计锚固角度。研究成果有助于工程技术人员在改扩建边坡二次开挖工程中选择合适的支护措施。

路基智能压实评价指标研究进展综述

系统总结了智能压实评价指标(ICMV)迄今为止的主要研究成果,讨论了ICMV的发展历程、计算原理、优势与缺陷、填料适用性以及与原位指标拟合的影响因素。分析表明:ICMV与路基填料之间存在一定的匹配机制,工程上应尽量按照该机制选择ICMV以提升检测效果;拟合分析时,应综合考虑填料类型、ICMV类型和原位指标以确定影响因素,避免回归特征的冗余或缺失;鉴于部分特征对预测值存在非线性影响,不建议使用线性模型对智能压实数据进行预测。针对上述问题,本文在ICMV与填料的匹配关系、拟合因素的重要性、回归算法的选择策略三个方面给出了具体的建议及未来的研究方向,以期作为ICMV后续应用及研究的参考。

胶粉纤维改性水泥稳定碎石抗裂性能研究

针对水泥稳定碎石基层易开裂问题,在混合料中掺入适量胶粉及聚乙烯醇(PVA)纤维,开展强度、抗压回弹模量、干缩性能和扫描电镜试验(SEM);分别掺入橡胶粉、改性胶粉、PVA纤维、不同水泥剂量的胶粉纤维,对比其对混合料抗裂性能的影响。发现掺入材料对水泥稳定碎石混合料性能具有明显影响。掺入胶粉、改性胶粉后会降低混合料强度和抗压回弹模量,提升抗干缩性能;掺入纤维能增强混合料强度、模量和抗干缩性能;加入不同水泥剂量的胶粉纤维对混合料强度、抗压回弹模量提升效果明显,但降低了抗干缩性能;宏观力学指标试验和SEM试验结果显示出改性胶粉纤维与水泥基具有良好的黏结性,可以提升水泥稳定碎石混合料的抗裂能力。

水-气耦合下的土质边坡稳定系数场分析

传统边坡稳定性分析方法仅对潜在滑动面进行整体稳定性评估,无法获取各点的安全系数.基于稳定系数场理论,综合考虑水-气耦合作用,对降雨条件下边坡稳定性进行分析.结果表明:1)稳定系数场法能够直观地体现水-气耦合作用下边坡的具体破坏区域,得到各点的安全系数;2)孔隙气压力对边坡降雨入渗有一定阻碍作用,并且随着降雨时间的推移阻渗效果愈明显,相同条件下降雨40 h时,两相流湿润锋深度较单向流减小了28.6%;3)相同条件下,考虑水-气耦合作用将降低边坡稳定性,以降雨40 h为例,两相流边坡失稳面积约为单向流的1.7倍.因此,在实际工程中对边坡稳定性分析时考虑水-气耦合作用,工程偏于安全.

塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理细观研究

为深入揭示塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理,本文基于室内试验建立塌陷区上覆加筋路基离散元数值分析模型,从细观层面分析不同筋材长度、塌陷区宽度、路基高度条件下颗粒间接触力链分布、颗粒间相对位移、筋材弯曲变形与拉力、土拱比等变化规律,进而探究筋材长度、塌陷区宽度、路基高度对加筋路基力学行为与变形机理的影响规律。研究结果表明:合理的加筋长度能够使筋材有效承担上部路基荷载并限制路基填料颗粒间的相对位移;本研究中当筋材长度L=500 mm时,限制路基填料颗粒间相对位移的效果最佳,此时,筋材拉力达到最大值,筋材的弯曲变形达到最小值,颗粒间接触力链形状表现为完整拱形;在锚固比相同的条件下,塌陷区宽度越大,土拱效应的发挥程度就越低,土拱比就越小,颗粒间接触力链形状由完整拱形演变为2条未闭合的斜边,随着塌陷区宽度的增加,路基变形范围和筋材变形逐渐增加,加筋效果逐渐减弱;随着路基高度的增加,能够有效限制土拱效应的退化并使土拱效应得到充分发挥,颗粒间接触力链形状由2条和路基底部具有一定夹角的斜边演变为完整拱形,筋材拉力逐渐增大,筋材水平与竖向位移均逐渐减小,路基变形范围形状由矩形变为环状椭圆形且宽度基本不变。

土工格室加筋路基振动压实行为及预应力效应

通过建立路基离散元模型和土工格室有限差分模型,开展了一系列有限差分法-离散元法(finite difference method-discrete element method,简称FDM-DEM)耦合数值计算,探明了土工格室加筋路基在振动荷载作用下的压实行为。进一步揭示了土工格室对路基压实后水平残余应力的贡献,并在此基础上,提出了土工格室加筋路基的预应力效应,以体现施工期格室填料在经历加载并卸载后引起的格室撑阔对加筋效果的提升。结合微观接触组构、配位数变化、压实过程的应力路径,探讨土工格室加筋路基预应力效应的形成机制。研究结果表明,相较于未加筋路基,土工格室可以提高加筋路基的回弹模量,增加压实路基的水平残余应力。在振动荷载作用下,土工格室呈现上开口的喇叭形,土工格室口袋被撑阔,格室壁的最大应变为0.17%~0.21%。接触力分布也表明,在振动压实作用后,力链由竖直向水平方向发展,这体现在水平残余应力的增加,而土工格室则进一步提升了颗粒的横向接触力。

新疆水利工程西域砾岩边坡加固关键技术研究与应用

鉴于西域砾岩边坡长期浸没水中软化变形后失稳、因水位变动对边坡表面掏刷破坏、内外水头差过大导致的滑坡、高速水流对坡脚掏刷导致坡顶崩塌等问题,该地层条件下的水利工程高边坡广泛存在,传统的水利工程边坡加固形式已经无法解决此类边坡的问题。为了保证库区内西域砾岩高边坡稳安全定性,实现工程安全性和经济型的平衡,结合新疆迪那河五一水库工程面临库区内联合进水口西域砾岩高边坡加固的问题,提出了一套适用西域砾岩高边坡加固的方法,该方法成功的解决了西域砾岩边坡在蓄水后遇到的边坡软化失稳和长期安全运行的问题,为今后同处西域砾岩的水利工程边坡处理提供借鉴和帮助。

大孔隙参数对斜坡非均匀渗流与稳定性的影响

为揭示降雨条件下大孔隙参数对斜坡水分非均匀运移与稳定性的影响,基于两域模型与稳定系数场原理,建立降雨入渗下斜坡非均匀渗流与稳定性求解模型,并借助COMSOL Multiphysics多物理场有限元平台,编制相应的模型求解程序,通过大孔隙土柱降雨试验验证数值模型的合理性,对比均匀流与非均匀流条件下斜坡体积含水率和点稳定系数,分析大孔隙参数(大孔隙占比ω_(f)、两域导水系数之比μ、大孔隙经验参数r_(w))对斜坡渗流场及稳定系数场的影响规律。结果表明:相比不考虑大孔隙,考虑大孔隙时的基质域和大孔隙域表层体积含水率分别增长7.7%和降低5.1%,入渗深度分别增长83.3%和150.0%;边坡浅层失稳面积增大3.9%。基质域和大孔隙域入渗深度均随大孔隙占比ω_(f)的增大而减小;随着大孔隙域与基质域饱和渗透系数之比μ增大,两者入渗深度变化趋势相反,即μ越大,基质域入渗深度越小,大孔隙域反之;两者与经验参数r_(w)无显著关系。至降雨结束,基质域表层土体体积含水率已达最大值;大孔隙域则随着ω_(f)和μ的增大而增大,但几乎不受经验参数r_(w)的影响。非均匀流条件下,边坡水分交换沿着剖面从上往下分为负交换区、正交换区和无交换区,水分交换平衡深度与基质域入渗深度变化趋势一致;水分交换负交换区与正交换区的深度均存在一个峰值,并随大孔隙占比ω_(f)的增大而减小,随着μ和r_(w)的增大而增大。不同参数取值下,边坡均为浅层失稳破坏,ω_(f)和μ越大,失稳层深度越大,表层点稳定系数越小,因此大孔隙不利于边坡稳定。

纳米二氧化硅-石灰固化黄土路基力学性能及微观机理

黄土固化方法一直是黄土地区路基工程中的研究热点,纳米二氧化硅是具有小尺寸效应、表面能效应及火山灰效应的无机絮状硅化物,其在土体固化方面受到了广泛关注。为研究纳米二氧化硅对石灰固化黄土力学性能的提升效果和力学性能的改善机理,设计了3%石灰固化黄土、3%石灰+纳米二氧化硅综合固化黄土、8%石灰固化黄土3类试样,开展了3类试样的无侧限抗压强度试验、回弹模量试验、加州承载比(CBR)试验及SEM试验,研究了固化材料掺量、养护龄期对黄土路基力学性能和微观结构的影响。结果表明,纳米二氧化硅的掺入快速提高了黄土的无侧限抗压强度、回弹模量和CBR值;掺入0.2%纳米二氧化硅+3%石灰与掺入8%石灰相比两类固化黄土具有相同的力学性能;随着纳米二氧化硅掺量和养护龄期的增加,固化黄土路基的强度逐渐提高;通过试验数据的回归拟合建立了无侧限抗压强度与回弹模量、CBR值之间的关系;SEM结果显示,纳米二氧化硅的掺入改善了土颗粒的团聚方式、填塞了土颗粒间的孔隙,从而提高了黄土路基的力学性能;综合考虑无侧限抗压强度、回弹模量、CBR值及经济性,推荐综合固化黄土的配合比为3%石灰+0.2%纳米二氧化硅。纳米二氧化硅-石灰固化技术为黄土路基提供了一种环境友好、成本较低的固化方法。

短时冻融条件下残积土与冻融界面抗剪强度衰减规律对比分析

为了分析短时冻融对浅层边坡稳定性造成的影响,揭示短时冻融条件下残积土和冻融界面抗剪强度损伤规律,通过盐水降低冰点实现冻融界面,进行不同冻融条件下快剪试验。试验结果表明:冻融主要损伤发生在前3次冻融循环过程中,含水率为21.5%时损伤最大,残积土和冻融界面的黏聚力损伤分别为41%和22%,内摩擦角为14%和10%,约占趋于稳定时的85%。黏聚力的损伤程度大于内摩擦角,且随含水率的增大而增大。冻融循环对残积土和冻融界面的强度及强度指标的影响差异随含水率增大、循环次数增加、冷端温度增大而增大。冻融作用对残积土的强度指标损伤程度均较冻融界面大,且强度指标均随着冻融次数增多呈指数衰减趋势。

泥水平衡顶管下穿运营铁路施工安全影响分析

结合某电厂至呼和浩特市长输供热管网工程泥水平衡顶管施工项目,采用数值模拟的方法,对顶管穿越段京包客专、京包铁路、呼王联络线路基及呼王联络线桥梁变形进行仿真分析,揭示泥水平衡套管下穿运营铁路施工对路基及桥梁的影响。结果表明:客专线路路用便梁和管棚加固、普速线路路基采用管棚加固、桥梁基础采用注浆防护后,既有运营铁路路基及桥梁的变形值均能满足铁路运营的安全要求,根据三种不同等级的铁路,所提出的三种加固设计方案均切实有效、可行。

改良红层工程性能与环境耐久性研究进展

红层在我国东南、西南、西北地区广泛分布,因其膨胀收缩性、遇水崩解性、岩体软弱性等特点,往往不能直接作为填料应用于路基工程,必须进行物理或化学改良处理。通过文献调研,本文从红层崩解机理、工程改良方法、改良效果及环境耐久性等方面对国内外研究进行了梳理。并结合现有研究,提出未来应加强环境荷载(如干湿、冻融作用)及静、动荷载单独或耦合作用下改良红层的耐久性研究。

河谷区多层软土地基强夯处治分析

文章依托高速公路多层软土地基强夯处治项目,在施工现场选取具有代表性的监测断面开展现场监测,检验河谷区多层软土地基强夯处治效果。由监测数据得出,在强夯处治和路基填筑施工阶段,地基分层沉降、土压力、孔隙水压力和侧向位移增幅均较大,工后逐渐趋于稳定,可说明强夯处治后软基承载力得到有效提升,路基整体结构稳定,加固效果良好。

掺加粉质黏土的泡沫轻质土材料性能试验研究

为解决工程弃土再利用难题,在泡沫轻质土中掺加了粉质黏土,通过试验分析粉质黏土掺量、湿密度、养护龄期、泡沫掺量对泡沫轻质土材料流值、抗压强度的影响。采用扫描电镜试验观察泡沫轻质土微观结构,分析宏观性能与微观结构的关系。结果表明:水固比相同时,泡沫轻质土的流值随粉质黏土掺量的增加而减小;相同土掺量下,流值随初始湿密度的增大而增大;合理控制粉质黏土掺量和初始湿密度以便施工具有良好的流动性和稳定性;水固比为0.75时,粉质黏土掺量增大,泡沫轻质土的流值减小,在50%掺量下湿密度为700 kg/m^(3)和800 kg/m^(3)轻质土仍表现出较好的流动性;抗压强度随粉质黏土掺量增加而逐渐降低,随初始湿密度增大而增大;当粉质黏土掺量为33%、水固比为0.75时,湿密度为700 kg/m^(3)和800 kg/m^(3)轻质土7 d抗压强度均超过1.0 MPa,满足路基路床部位施工要求;泡沫掺量的增加引起泡沫轻质土湿密度、流值及抗压强度的降低,增加了内部孔隙率;观察微观结构发现,气孔完整独立、分布均匀、孔壁厚度大、形状为球形等良好气孔结构会增强泡沫轻质土结构密实度;粉质黏土掺量和泡沫掺量增加影响气孔完整性,导致泡沫轻质土宏观性能变差。

激振搅拌对水泥稳定碎石与煤矸石抗压强度的影响

为研究激振搅拌工艺对水泥稳定煤矸石混合料性能的影响规律,以水泥稳定碎石为基准,对比分析普通搅拌与激振搅拌对不同水泥剂量的水泥稳定基层材料无侧限抗压强度的影响。结果表明:在干拌状态下增加激振工艺对基层混合料抗压强度的提升效果显著,在激振气压为0.4 MPa、激振干拌30 s后普通湿拌30 s条件下,混合料的7 d无侧限抗压强度达到最佳;激振搅拌对水泥稳定碎石、水泥稳定煤矸石混合料强度的平均提升幅度约为20%,对煤矸石混合料的强度提升更加显著,水泥剂量越少,提升幅度越大。SEM结果表明激振搅拌后混合料中的水化产物分布更加均匀,结构更加致密;经线性拟合计算,当水泥剂量为2.0%~7.0%(质量分数,下同)时,激振搅拌对于碎石混合料可节约8.9%~26.3%的水泥,对于煤矸石混合料可节约12.9%~30.8%水泥,且节约率与水泥剂量成反比。

隧道弃渣级配碎石细观力学参数研究

隧道弃渣级配碎石作为道路基层填料,能有效避免资源浪费与环境污染。有限元方法将其视为连续介质进行研究时存在一定局限性,而采用离散元对颗粒材料进行模拟时,细观参数对其宏观力学性质的影响并不明确。基于三轴压缩试验和数值模拟,通过正交控制参数变化分析,揭示了颗粒间细观参数与宏观力学参数之间的关联性,明确了细观参数对隧道弃渣级配碎石路用力学性能的影响。结果表明:细观参数中,切向黏结强度对黏聚力值的影响最大,而摩擦系数与内摩擦角值变化联系更密切;初始杨氏模量与刚度比呈负相关,其他参数对其影响不大;与泊松比相关的变化关系中,刚度比与切向黏结强度较其他参数对其影响更大。研究成果可为颗粒流模拟级配碎石的细观参数标定提供参考,也为级配碎石作为道路基层填料的力学性能研究提供了基础。

矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其机理分析

为研究矿渣微粉改良红层填料的力学特性及其作用机理,通过无侧限抗压强度、直剪等试验,对不同矿渣微粉掺量下的红层填料进行了强度特性分析,并采用X衍射、热重分析、红外光谱、激光粒度、核磁共振和扫描电镜等微观分析方法,围绕矿渣微粉改良土体的作用机理进行了研究。试验结果表明,矿渣微粉对红层填料的力学强度和水稳定性具有较好的改良作用,改良填料的无侧限抗压强度由0.76 MPa逐渐增大至3.10 MPa;黏聚力与内摩擦角也得到了显著提高。通过红外光谱、激光粒度和核磁共振分析发现,改良填料颗粒间Al^(3+)阳离子配位的振动峰增强,降低了黏土矿物的双电层厚度,土颗粒团聚性显著增强,孔隙分布得到优化;通过X射线衍射和热重分析证明了水化产物的生成过程;扫描电镜观测到改良填料的具体作用机理:主要为填充效应和胶凝效应,其胶凝效应包括水化作用和离子交换作用。对微观扫描图的定量化分析进一步表明土体结构复杂程度增大,颗粒粗糙程度及骨架性增强。

高速公路边坡冲刷防护施工技术研究

为分析高速公路边坡冲刷防护施工技术的应用效果,量取边坡土样,测定土样原始质量参数;通过边坡模拟装置与降雨模拟装置,模拟高速公路边坡降雨变化情况;对边坡坡面受力进行分析,获取降雨冲刷阻碍土壤移动的力,并定性分析边坡防护形式,记录边坡降雨冲刷防护的动态效果。试验结果表明,经过防护施工后,边坡泥土冲刷减少率最高可达-50.26%,最低为-20.41%,能够有效地抵抗雨水冲刷,保证边坡结构稳定性。