软土地区基坑前排倾斜双排桩支护现场试验及工作机理

基坑倾斜桩支护大幅提高了无支撑支护结构的适用深度,具有造价低、施工便捷、绿色低碳、变形控制好等特点,然而目前研究多集中在单排倾斜桩,对前排倾斜双排桩支护的试验、理论与应用的研究均较少。针对前排倾斜双排桩支护基坑开展了现场试验,同时采用有限元方法分别从前排斜桩、桩顶连梁及桩间土体作用3个方面深入探究了前排倾斜双排桩支护的工作机理,进一步分析了直斜桩长度和排距对前排倾斜双排桩支护结构受力变形性能的影响。结果表明,相比传统竖直双排桩,前排倾斜双排桩支护结构的支护性能显著提升,前排斜桩主要发挥“斜撑”作用,连梁主要起到将直斜桩及冠梁连接成一个空间刚架的作用,桩间土体能够提高桩土摩阻力,进而有效减小前排倾斜双排桩变形。研究成果有助于前排倾斜双排桩的推广和应用。

循环张拉作用下新型多节泡土钉抗拔性能现场试验研究

新型多节泡土钉具有拉拔硬化特征,相比传统土钉,其在土质边坡中抗拔性能更优。为了探究实际工况条件下新型多节泡土钉的边坡加固性能,并与传统土钉进行比较,开展7组新型多节泡土钉及传统土钉现场循环张拉试验,研究注浆工艺、节泡间距及埋深对土钉抗拔力及其发挥速率的影响规律,进而探明了每一循环下土钉弹、塑性拉拔位移占比,并分析其内在机理。试验结果表明:循环张拉作用下,注浆工艺对土钉的抗拔力影响显著,采用改进式压密注浆工艺和直接压密注浆工艺的土钉抗拔力远远超出传统注浆工艺,且初期的拉拔硬化现象更明显。采用改进式压密注浆工艺的土钉抗拔力发挥速率最快,直接压密注浆工艺次之,传统注浆工艺最小。从总体趋势上看,新型多节泡土钉抗拔力发挥速率在降低,传统土钉抗拔力发挥速率在升高。采用改进式压密注浆工艺虽然不能提升土钉弹性拉拔位移的占比,却能显著提高极限抗拔力;节泡间距对多节泡土钉抗拔力和抗拔力发挥速率影响较小,主要受到土钉周围土体强度的影响;埋深影响多节泡土钉的极限抗拔力,埋深越大,极限抗拔力和初始抗拔力发挥速率越大,同时抗拔力发挥速率随拉拔位移递减的趋势也更加明显。研究成果对提高新型多节泡土钉加固性能和优化工程应用提供指导。

CO_(2)快速吞吐提高页岩油采收率现场试验

页岩油注CO_(2)吞吐提高采收率技术处于探索阶段,目前面临着CO_(2)与页岩储层及流体相互作用机制不明确、数值模拟技术不成熟、缺乏规模注采及低成本回收工艺等技术难题。为探索页岩油注CO_(2)提高采收率主控机理,以苏北盆地溱潼凹陷古近系阜宁组二段页岩油为对象开展了超临界CO_(2)水岩反应实验,分析了高温高压条件下页岩矿物溶蚀作用及其对孔隙度和渗透率的影响,并通过注CO_(2)恒质膨胀实验、最小混相压力测试评价了地层超压条件下注CO_(2)后原油高压物性变化特征,并在此基础上开展考虑多因素数值模拟研究优化了设计注入参数,最终通过矿场试验验证了技术可行性。研究结果表明:(1) CO_(2)水岩反应以碳酸质矿物溶蚀占主导,长英质矿物部分溶解,生成中大孔隙;(2)在地层原油中注入适量的CO_(2),显著萃取了原油中间烃组分,原油黏度从5.151 mPa·s下降到1.250 mPa·s,且CO_(2)首先萃取轻烃组分,随生产时间增加萃取组分逐渐变为重烃;(3)基于人工压裂与天然缝网混合介质组分数模模型,优化设计单井吞吐注气量1.7×10~4 t,注气速度500~600 t/d,焖井时间50 d;(4)低压侧加热的页岩油CO_(2)吞吐地面工艺,可依据CO_(2)注入地面工艺多参数数据模型,实现精准控温,避免注入管线冻堵及井下油管和套管材料低温脆断问题;(5)产出气CO_(2)浓度高于80%时,采用气相回收直注工艺,实现产出气回收成本降至104元/t。结论认为,CO_(2)快速吞吐有效提高了页岩油采收率,形成的机理认识和技术系列可为页岩油注CO_(2)吞吐开发提供参考和借鉴。

地下隧道竖向疏散现场试验研究

近年来,隧道的疏散设计中普遍应用竖向疏散模式,但该模式的安全性缺少真实试验数据支撑和验证。为探究隧道竖向疏散模式下的人员疏散行为特征及关键参数,采用现场试验的方法,在某隧道内搭建火灾时的交通堵塞场景,组织188名参与者(109名男性,79名女性)开展大规模人群疏散研究,针对人员疏散时间、疏散行走速度、疏散楼梯人员通行能力、疏散楼梯盖板开启时间等参数进行分析。研究结果表明:1)隧道火灾时,人员疏散受到隧道熟悉度和疏散引导的显著影响,在紧急疏散过程中更容易发生拥堵,疏散引导可极大地改善人员的出口及路径选择,提高疏散效率。2)交通堵塞状态下,人员疏散行走速度因隧道熟悉度的提高和疏散引导而显著提高。行车道上,男性和女性的平均速度分别由1.38 m/s、1.39 m/s提高至1.94 m/s、1.99 m/s。但在下部安全疏散通道内,参与者出现懈怠和放松的情绪,平均疏散行走速度会略有降低。应考虑在疏散通道内设置一些警示标志以督促引导人员疏散。3)入口宽度为1.09 m的疏散楼梯的最大人员通行能力为38人/min;男性参与者开启楼梯盖板的平均时间为7.5 s,女性参与者开启楼梯盖板的平均时间为12.6 s,相比于女性,男性参与者更容易打开楼梯盖板。研究结果可为隧道疏散逃生方案设计、运营管理提供真实试验数据参考,提高隧道防灾疏散水平。

高放废物处置地下实验室现场试验数据管理顶层设计

我国高放废物地质处置研发已经进入地下实验室建设的关键阶段。在地下实验室建设和运行期间,将开展大量现场试验,这些试验数据具有传输距离长、采集周期长、数据类型多和数据量大等特点,同时数据质量、安全与可追溯性要求高,数据管理难度较大。通过分析我国高放废物地质处置北山地下实验室现场试验数据特点,以iS3智慧数据服务系统为基础,提出现场试验数据管理顶层设计方法,为现场试验和科研工作顺利开展提供重要的数据管理支撑。

层状土中静压桩连续贯入现场试验与数值模拟

为探讨层状土中静压桩连续贯入过程的沉贯特性,依托上海市某桩基工程开展静压桩贯入过程现场试验,探究沉桩阻力随贯入深度的演变规律,并结合ABAQUS数值模拟,明确静压桩贯入过程中沉桩阻力、桩周土体竖向应力、径向应力以及径向位移的变化规律。结果表明:层状土的软硬程度制约着沉桩阻力的大小;当桩端贯入浅部粉质黏土层和淤泥质黏土层时,沉桩阻力增长较慢甚至出现减小趋势,当桩端贯入到深部砂质粉土层、粉质黏土层和粉砂层时,沉桩阻力增长较快,其中在砂质粉土层中增长率最高可达174%;桩周土体中竖向应力和径向应力与土层性质密切相关,竖向应力和径向应力最大值均出现在桩端贯入至黏质粉土层时,分别为558.0、1 178.0 kPa,当桩端贯入到下部较软的淤泥质黏土层时,最大竖向应力和径向应力均出现明显退化现象,径向应力退化率达到52%;径向位移随径向距离的增加而减小,其变化规律基本反映了土层性质的变化特征。

静钻根植桩竖向承载性能现场试验研究

通过一组现场试验对同一场地内静钻根植桩的抗压和抗拔承载性能进行研究,试桩均加载至极限状态。通过抗压和抗拔静载试验对静钻根植桩的抗压和抗拔承载性能进行对比分析。试验结果表明:静钻根植桩的抗压承载性能相比传统钻孔灌注桩有显著提高,本次试验场地各土层中静钻根植桩的桩侧摩阻力是规范建议的钻孔灌注桩极限侧摩阻力的1.49~3.21倍;静钻根植桩抗拔承载性能也明显优于钻孔灌注桩,抗拔试桩的极限承载力是根据规范计算的钻孔灌注桩极限抗拔承载力的1.52~1.55倍;静钻根植桩抗拔状态下桩侧摩阻力明显小于抗压状态下的桩侧摩擦力,即静钻根植桩也存在侧阻抗拔系数。

支盘桩外轮廓跨孔超声波检测现场试验研究

目前有关定量评价支盘桩支盘/星支外轮廓检测方法局限于可行性研究,未有系统的、考虑实际工况的现场试验研究,无法为建立标准的支盘桩外轮廓检测提供有力支持。本研究开展支盘桩现场检测试验和理论研究,建立超声波透射法检测的技术工艺。首先,二次利用桩芯钻孔和打设桩周测斜管建立检测通道,通过地表管口建立直角坐标系并利用测斜数据进行测管定位以消除测管误差。其次,在混凝土内及桩周土内分别进行透射试验,测得超声波在混凝土和桩周土中的传递速度;利用跨孔超声波获得桩体超声波首波图,建立首波到达时间与桩身轮廓尺寸关系式,假设声波直线传播路径推导支盘轮廓尺寸。最后,考虑超声波在不同介质中的折射现象,依据Snell定律建立超声波透射法检测数据修正方法,并利用支盘桩几何关系计算出实际轮廓尺寸,形成支盘桩外轮廓跨孔超声波检测技术。研究表明超声波在桩身内传递的平均速度为4.24~4.36 km/s,与现场桩芯的平均速度4.27 km/s吻合;超声波在桩周土中传递速度随土层在1.65~1.8 km/s之间,与实际吻合。依据波列图计算的支盘位置和大体轮廓与设计相符,轮廓图显示桩身存在变形,基于Snell定律的修正算法可以更合理地计算支盘的实际轮廓尺寸。

固井趾端滑套研制与现场试验

针对水平井桥塞射孔联作分压工艺首段采用连续油管传输射孔,存在施工费用高、作业时间长、特殊井况连续油管无法下入等问题,开展了固井趾端滑套技术研究。趾端滑套与油层套管一起下入固井完井,通过井口憋压开启即可进行首段压裂作业,同时为后续层段桥塞泵送提供液体通道。文章设计了趾端滑套完井压裂工具,抗内压强度132 MPa,开启压力可调,具有开启可靠、便于压裂等优点。室内试验合格后,在新疆油田玛湖地区超长水平井开展现场试验,完井作业过程中趾端滑套承压可靠,顺利完成固井施工;压裂作业过程中趾端滑套成功开启并完成首段压裂施工,解决了连续油管无法下入射孔的问题,同时节约作业时间1 d。结果表明,研制的固井趾端滑套可以满足现场作业需求,为水平井安全效益改造提供了一种有效手段。

塔里木河植被根系对河岸冲刷特性影响的现场试验

为研究现场条件下植被根系对河岸冲刷特性的定量影响,设计制作了冲刷试验装置,在塔里木河干流上游选取了4个典型位置,开展了胡杨、芦苇、红柳和骆驼刺4种典型根系的18组土体起动切应力和冲刷系数现场试验。试验结果表明:①起动切应力随根系含量增大基本呈幂函数关系增大,且相同根系含量对应起动切应力红柳最大,胡杨和骆驼刺次之,芦苇最小;分析了单位根系含量变化对起动切应力的影响效果,其顺序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。②建立了起动切应力与根系体积密度的定量关系式;根系的存在可以减小土体冲刷系数,其值随根系含量增大基本呈幂函数关系减小,且单位根系含量增加对冲刷系数的减小效果次序为骆驼刺>胡杨>红柳>芦苇。③建立了有、无根系影响的冲刷系数与起动切应力幂函数关系式,并与已有试验结果进行了对比分析;本文试验结果与现有研究结果规律一致,但对应的系数和指数均有所差异。研究成果能为塔里木河植被护坡和河岸冲刷过程计算提供参考依据。

明挖法超长节段现浇混凝土隧道早期开裂机制现场试验研究

为研究超长节段明挖隧道混凝土早期开裂机制,依托实际工程,根据隧道前期已浇筑节段开裂情况调查结果,在隧道侧墙和顶板结构的中心线处埋置温度、湿度、应变传感器,对混凝土早龄期的温度、湿度、应变进行连续监测,并结合温度应力理论和现场裂缝调查对隧道混凝土早期开裂机制进行分析。分析结果表明:1)隧道侧墙和顶板结构浇筑后产生的水化热温升可达40℃以上,隧道顶板结构应变的变化趋势主要与温度相关。2)结构温度下降引起的收缩变形在受到下部旧混凝土的约束作用后产生的拉应力是引起开裂的主要原因;长度方向上的应变差、里表温差产生的不均匀收缩和湿度下降产生的干燥收缩会进一步加大开裂风险。3)结构中心与外表面的最大温差高出与内表面的最大温差12℃以上,因而结构外表面更容易出现开裂。4)在连续式的外约束作用下,浇筑段中部开裂的可能性更大。5)结构表面与内部的裂缝会逐渐沿裂缝走向扩展导致风险较低的区域也出现开裂。

路基填土挤扩锚杆现场试验研究

以汕湛(汕头—湛江)高速公路揭博(揭西—博罗)段的水毁边坡应急抢险工程为依托,开展了路基填土挤扩锚杆现场试验,对比研究了普通锚杆、单盘挤扩锚杆和双盘挤扩锚杆结构力学特性。结果表明:普通锚杆其锚固段前3 m(自锚杆自由段与锚固段接触点起向锚固段延伸至3 m)承受的拉力占比为33.35%;单盘锚杆锚固段前3 m承受的拉力占比为56.65%,双盘锚杆锚固段前3 m承受的拉力占比为61.50‰;单盘锚杆实测极限抗拔承载力为普通锚杆的1.89倍,双盘锚杆为普通锚杆1.73倍;单盘锚杆、双盘锚杆与普通锚杆相比塑性位移占比较低,变形控制效果良好;单盘挤扩锚杆和双盘挤扩锚杆具有良好的工作特性,适合于承受较高荷载的工程应用。

直流电子式电压互感器阶跃响应特性现场试验方法及装置

直流电压互感器的暂态阶跃特性对直流系统控保装置至关重要,首先研究了影响直流电子式电压互感器暂态传变特性的因素,分析了阶跃响应技术参数及其试验装置性能指标要求。基于此,提出一种直流电压互感器阶跃响应特性现场试验方法,研制出基于固态开关的阶跃电压源及试验装置,实现了陡上升、长脉宽方波电压输出和暂态信号的同步测量。试验结果表明,提出的直流电子式电压互感器阶跃响应特性现场试验方法及装置满足标准规定要求,并在实际±500 kV直流工程换流站开展了阶跃响应现场试验,为直流电压互感器的暂态性能测试和评估提供了技术依据。

基于现场试验的CFG桩复合地基桩帽与垫层效应分析

【目的】柔性垫层和桩帽对CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降均有较大影响,但目前柔性垫层与桩帽在现场试验中如何共同影响复合地基特性仍有待进一步的研究。【方法】以CFG桩复合地基软基处理的某路段作为工程背景,在土工格栅层数不变的情况下,对垫层厚度为100 mm、200 mm、300 mm,桩帽尺寸为0.8 m、1.0 m、1.2 m组合下的形式进行了现场原位试验,研究了CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降特性。【结果】现场试验表明:随着垫层厚度由100 mm增大到300 mm,桩土荷载比减小了51.5%,桩土应力比减小了52.5%,总沉降量增大了7.9%;随着桩帽直径由0.8 m增大到1.2 m,桩土荷载比增大了29.0%,桩土应力比减小了29.2%,总沉降量10.4%.本文区域地质条件,宜选用垫层厚度100 mm、桩帽直径为1.2 m的CFG桩复合地基形式。

基于物联网技术的PHC管桩加固湿软黄土地基自动化监测现场试验

预应力高强度混凝土(Pre-stressed High-strength Concrete:PHC)管桩作为一种常用的处理湿软黄土地基方法,质量稳定可靠。但是,在传统PHC管桩施工过程中,对管桩贯入位移的记录存在频率不足、效率不高等问题,未能满足预期的地基处理施工监测效果。鉴于此,基于物联网的基本框架和技术,依托甘肃安临高速PHC管桩处理湿软黄土地基工程,设计了一套PHC管桩施工质量自动化监测系统,采用自行研发的监测装置与系统,针对管桩在施工过程中的贯入位移质量控制指标进行了现场监测试验。结果表明:该监测系统可实时输出管桩贯入土层过程中贯入位移随锤击次数的响应情况,并将管桩贯入持力层的信息及时反馈于现场施工作业区。同时借助地质雷达与低应变检测技术验证了该监测系统的可靠性。该研究成果可为PHC管桩在施工过程中实现贯入信息采集的智能化提供一定的技术支撑。

降雨条件下花岗岩残积土边坡失稳模式及预警阈值现场试验

降雨是诱发边坡失稳的主要因素,为探明不同降雨强度条件下花岗岩残积土边坡的失稳模式,通过75、125、150、175 mm/h 4组不同降雨强度下边坡失稳现场试验,基于工程边坡原位监测试验采集的含水率-时间与位移-时间曲线研究了花岗岩残积土边坡渐进失稳破坏特征,并提出了降雨条件边坡失稳的持续时间与降雨量阈值。研究表明:降雨条件下花岗岩残积土边坡为渐进失效破坏,根据降雨强度斜坡失稳破坏可分为浅层局部滑动、浅层整体滑动与崩塌、深层局部滑动、深层整体滑动4种模式,斜坡发生变形失稳的区域主要位于坡脚位置,坡中次之,坡顶最小。边坡深层滑动从显著变形到失稳破坏历时18~20 min,而浅层滑动持续时间为25~135 min。土壤界限含水率可特征边坡失稳破坏过程,当斜坡土壤含水率上为42%~45%时,斜坡开始出现开裂、蠕动变形等失稳征兆;当土壤含水率上升到47%~50%时,坡面土体开始崩解并迅速发生滑坡、崩塌。

深厚软土区桩梁式路堤承载及变形特性现场试验研究

为探究深厚软土区桩梁式路堤的荷载传递机制及深层地基变形规律,对桩梁式路堤的桩梁顶和桩间土压力、分层沉降、地基侧向变形和连梁钢筋应力进行长期监测研究。结果表明:路面下桩梁顶平面处实测土压力明显大于路堤中坡下实测土压力;地基深层水平位移随深度增加且呈“鱼腹”形变化,最大侧向变形主要集中在路堤中坡下近临坡脚区域。地基分层沉降随深度迅速衰减,并于地表下6 m后逐渐趋于平稳,分层沉降的稳定具有“滞后性”。连梁发生上侧受压、下侧受拉的挠曲变形,有利于桩梁式路堤整体受力。最后,将现场实测结果、现有理论和规范方法计算所得结果进行对比,表明桩梁式路堤的土拱效应比桩承式路堤更明显。

高含盐气田采出水雾化蒸发减量现场试验

高含盐气田采出水膜处理产生了较多的浓盐水,多采用多效蒸发、机械压缩蒸发等热蒸馏法蒸发处理浓盐水,具有处理成本高、难度大等缺点。结合密闭空间蒸发和旋转雾化技术,研发出采出水蒸发中试装置。现场试验表明,在一定范围内,雾滴直径小、风速较小、雾化器高处安装有助于确保蒸发效果;同时,合适的参数选取可以避免未完全蒸发的雾滴漂移出装置。在现场试验和运行时,一种典型工况为设定3200 rpm不变频固定转速,进水流量范围1.0~1.2 m^(3)/h,消耗电机功率1.5 kW,雾化器高度4 m,产生的雾滴直径为150μm。当环境温度>20℃,空气相对湿度<80%,蒸发减量率能够维持在50%以上,可以有效实现高含盐采出水的减量处理,减小后续热蒸馏工艺负荷,降低气田采出水整体处理成本。

桥梁桩基钻渣掺灰改良现场试验研究

对桥梁桩基施工排出的大量钻渣、泥浆,以往主要采取脱水干化、外运堆存等处理方式,存在处理费用高、运费贵、需占用大量土地等不足。前期研究及室内试验表明,桩基钻渣掺加石灰改良后含水率、CBR值等均可满足路基填筑的要求。为指导桥梁桩基钻渣掺灰改良工程应用,开展现场试验研究。

内河高桩码头大直径PHC管桩沉桩现场试验及参数优化

依托安徽淮北港区孙疃作业区综合码头工程,开展内河高桩码头大直径预应力高强混凝土(PHC)管桩沉桩现场试验及参数优化研究。通过初始地勘报告获得沉桩参数后,进行沉桩可打性分析并优化施工工艺,进行试沉桩、高低应变和静载试验,并根据试验结果进行桩基设计参数优化。结果表明:结合沉桩现场试验中的桩端进入持力层深度和最后贯入度结果,验证了内河高桩码头大直径PHC管桩施工工艺、沉桩设备、沉桩控制参数和停锤标准的可行性;明确了内河高桩码头大直径PHC管桩单位面积极限侧摩阻力标准值和极限桩端阻力标准值的调整系数范围为5%~10%;采用(7)层粉细砂作为桩基持力层,同步优化桩基参数。