采空区场地高速铁路路基动力响应离散元数值模拟分析

目的高速铁路穿越采空区场地存在重大安全隐患,为探讨采空区场地高速铁路路基的动力响应规律,方法利用3DEC离散元软件建立17组采空区场地高速铁路路基数值模型,分析不同列车荷载作用下路基内部的沉降变形和动应力分布规律,对比分析无砟轨道和有砟轨道路基内部动力响应的分布差异,分析采空区开采宽度、厚度对动力响应分布规律的影响。结果与无砟轨道相比,有砟轨道路基内部的动应力幅值明显更高,但其动应力的衰减速率也更高;动应力、动位移的时程曲线沿着路基深度方向出现不断增大的相位差;路基内部动位移幅值随着荷载作用时间增加而逐渐增大,但增大的速度不断降低,动应力幅值基本保持不变;动应力、动位移幅值与列车轴重存在明显的线性关系,随着轴重增加而线性增大;采空区开采宽度、厚度越大,列车荷载造成的动位移幅值也越大,但当开采宽度大于一定数值后,动位移幅值反而出现减小趋势。结论列车荷载、路基轨道类型和采空区场地的差异都会对路基内部的动力响应分布情况产生影响,研究结果可为采空区场地高速铁路的安全运行提供理论参考。

基于组合赋权-云模型的智能建造应用成熟度的评价

为解决传统施工方式存在的问题,建筑施工企业向智能建造方式逐渐转型已是大势所趋。针对新时代、新基建对智能建造施工的要求并结合能力成熟度理论,提出一种基于组合赋权-云模型的智能建造应用成熟度评价模型。首先,从施工、智能、其他3个维度,构建包含勘测、设计规划、施工现场管理、资源要素、智能建造技术、数据驱动、企业顶层设计7个类别的智能建造应用成熟度评价体系。其次,采用G1法与熵权法确定各指标的主、客观权重,运用博弈论进行权重组合。最后,通过云模型展示施工企业智能建造应用成熟度等级,并依据评价结果进行展望。研究结果表明:施工企业智能建造应用成熟度评价等级为“集成共享级”,评价结果与该企业实际情况吻合,验证了本文方法的适用性与科学性,为施工企业智能建造应用的发展提供科学依据。

采空区建筑地基适宜性及沉降变形计算工程实例分析

基于稳定采空区场地并结合某一工程实例进行建筑地基沉降变形计算分析,并对采空区地基适宜性进行综合评判。提出一种适合于采空区地基的荷载影响深度H_(Dz)确定方法,采用概率积分法对采空区场地不同区域剩余变形进行预测,提出考虑活化变形、剩余变形、附加变形的采空区建筑地基沉降变形计算方法,研究结果表明:(1)建筑荷载相同时判别系数越小(0.10σ_(cz)(自重应力)、0.08σ_(cz)、0.07σ_(cz)、0.05σ_(cz)),荷载影响深度越大;判别系数相同时建筑荷载越大,荷载影响深度也随之非线性增大。(2)对于一般采空区地基,宜采用σz(附加应力)=0.10σ_(cz)判别标准确定荷载影响深度;对于复杂采空区地基,宜采用σz=0.05σ_(cz)判别标准确定荷载影响深度。(3)在常规方法上(σ_z=0.20σ_(cz))确定的荷载影响深度H_(DZ-5),对于采空区地基经对比分析,1.4H_(Dz-5)和1.8H_(Dz-5)荷载影响深度可作为一般采空区地基和复杂采空区地基工程设计参考。(4)在不引起活化变形的最高层数建筑荷载下,地表剩余变形量非常小可忽略不计,采空区建筑地基沉降变形主要是土层附加压缩变形。(5)数值模拟结果表明,采空区内边缘沉降较大、不均匀沉降明显,不宜作为建设场地;采空区中央沉降较小,没有明显不均匀沉降,宜作为建设场地。

采空区场地高速铁路路基变形控制研究现状与展望

我国煤炭产量高居世界首位,大量煤炭资源的开采,遗留了大面积的采空区场地。随着我国高速铁路的快速发展,一些关键线路难免会穿越采空区场地。采空区地基变形及高速列车密集动荷载下的活化变形对高速铁路安全运行存在着重大安全隐患。如何保障采空区场地高速铁路的安全运营是关键问题,其中采空区场地高速铁路路基变形控制研究是该类问题的核心内容。首先从理论研究、现场实测、模型试验和数值模拟4种研究手段分别总结了国内外高速铁路路基动力学和采空区地表变形的研究现状;接着重点从高速铁路列车动荷载分布及传递规律、高速铁路路基工后沉降相关要求、采空区地基与高速铁路路基相互作用机理、采空区场地高速铁路路基变形问题的可行性研究等4个方面介绍了采空区场地高速铁路路基变形问题的研究;最后简要总结了高速铁路采空区地基治理技术及采空区场地高速铁路路基抗变形措施等相关内容,并结合太原—焦作高铁和合肥—福州高铁线路穿越采空区场地而采取的实际治理方案及路基抗变形措施加以说明。在现有成果分析的基础上,探究了高速铁路动荷载最大扰动深度如何确定、高速铁路采空区地基本构模型如何选择、相似模型试验列车动荷载如何施加和高速铁路采空区地基治理体系如何完善等相关问题,并展望了该领域的发展方向。

化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究

基于室内试验方法,开展了阳离子摩尔量、CaCl2和Na2SiO3化学作用等因素对软黏土电渗排水及加固效果的影响规律研究;实测了化学溶液联合电渗试验中排水量与排水速率、土体导电性、能耗以及试验结束后土样含水率、抗剪强度的分布规律,并开展了常规电渗试验作为对比分析。研究结果表明,增加土样中阳离子摩尔量,是增加电渗排水量、提高排水速率及缩短电渗时长的有效方法之一;与常规电渗试验相比,联合注入CaCl2和Na2SiO3溶液的土体平均抗剪强度提高了约120%,较单独加入Na2SiO3或CaCl2溶液多提高约20%;联合注入CaCl2和Na2SiO3溶液对改善电渗处理后土体含水率和抗剪强度分布不均问题作用明显。

砂土介质中多类型土压力盒标定试验

针对厂家给出的土压力盒标定系数K值与实际岩土工程中土压力盒K值之间存在误差的问题,进行了多类型土压力盒标定试验,并结合各类型土压力盒工作原理分析其在相同埋设环境下的差异及其产生原因。选取3类具有代表性的土压力盒(振弦式单膜土压力盒、振弦式双膜土压力盒、电阻应变式土压力盒),采用砂标法对其进行标定试验,将试验所得K值和厂家给定的K值做对比分析,并依据试验结果提出线性拟合公式,给出砂土介质中各类土压力盒的标定系数。结果表明:振弦式土压力盒砂标K值小于厂家提供K值,差值在50%左右;电阻应变式土压力盒砂标K值大于厂家提供K值,差值在3倍左右。

冬季工况多次温度循环下微型钢管桩群桩热力响应特性现场试验

能量桩技术具有支撑上部结构和浅层地热能换热器双重作用;作为一种节能减排新技术,近年来获得了一定的发展。依托微型钢管桩加固既有基础托换工程,开展冬季工况多次温度循环下微型钢管桩群桩的热力响应现场试验;实测不同间歇时长情况下桩身温度与应力等变化规律,探讨不同运行模式下的桩基换热性能系数(COP,coefficient of performance)。试验结果表明:文中试验条件下,桩身附加温度应力随循环次数增加而增大,且随间歇时间的延长而减小;桩基COP随循环次数增加而减小,且随间歇时间的延长而增大;附加拉应力未超过设计控制范围、不会导致桩体破坏。

高喷插芯组合单桩荷载传递简化计算分析

高喷插芯组合桩(JPP桩)是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩构成的一种新型组合桩。结合JPP桩不同的组合特点,采用理想弹塑性模型模拟桩侧土体的非线性,弹性模型模拟水泥土与芯桩界面的荷载传递特性,双折线函数模拟桩端土的硬化特性。基于荷载传递法,考虑水泥土与芯桩界面摩擦、水泥土或芯桩与桩周土界面摩擦,提出不同组合形式下JPP桩荷载传递的简化计算方法,并与模型试验结果进行对比,验证该计算方法的可行性和可靠性。采用提出的简化计算方法对JPP桩荷载传递机制进行分析,并对不同组合形式、不同水泥土厚度、不同水泥土弹性模量、不同刚度系数比等影响荷载传递的主要因素进行计算分析。分析结果得出:从承载力、沉降控制、经济角度综合考虑,分段组合承载效果最好;增加水泥土厚度可有效提高JPP桩承载力;JPP桩变形由高强度的芯桩控制,水泥土弹性模量的改变对JPP桩变形影响较小。

冷热循环下PHC能量桩热力响应和承载性能现场试验

能量桩是一种兼具常规承载性能和地源热泵热交换器双重功能的建筑节能新技术。依托河南周口师范学院综合体育馆桩基工程项目,开展冷热循环温度作用下PHC能量桩的热力响应特性及承载性能现场试验。实测了不同流速下桩身温度与应变的发展规律,初步探讨了热致应力、桩侧摩阻力及换热性能等变化规律。研究结果表明:此试验条件下,冷热循环下PHC能量桩的桩身热致应力沿桩深分布不均,桩身上部出现负摩阻力;夏季或冬季模式下桩身最大热致应力σT与温差?T之间的倍数关系为212和115;提出了一个考虑温度作用效应的桩-土摩擦系数的计算公式,并基于此修正了PHC能量桩承载力计算方法,计算结果与现场试验结果吻合较好。

高喷插芯组合桩承载力计算及影响因素分析

高喷插芯组合桩(简称JPP桩)是一种新的组合桩型,该技术具有穿透力强、施工速度快以及经济效益好等优点。提出了承载力的一种简化计算公式,并结合工程实例验证了公式的合理性。结合静载荷试验,通过数值模拟分析了不同水泥土弹性模量、不同水泥土厚度和不同组合形式对JPP桩承载力的影响。模拟结果表明:水泥土无侧限抗压强度不宜小于1.5 MPa;水泥土厚度不宜小于100 mm,但也不宜大于芯桩的半径;固底组合可以有效提高承载力。这些分析结果对指导工程实践有一定的现实意义。

多桩型复合地基在湿陷性黄土中的应用

结合土挤密桩与CFG桩组成的多桩型复合地基处理湿陷性黄土地基工程实例,讨论多桩型复合地基的设计方法,分析复合地基的承载力,并通过原位试验对复合地基处理黄土湿陷性的效果进行分析。试验结果表明,通过合理的工程设计,土挤密桩与CFG桩组成的多桩型复合地基能充分发挥桩和桩间土的优势,不仅可以消除黄土的湿陷性,而且能大幅度地提高地基的承载力、很好地控制地基沉降。

三种工况下扩底楔形桩承载特性模型试验研究

扩底楔形桩具有单位材料利用率高、竖向桩侧摩阻力和桩端阻力较常规等截面桩高的技术优点。然而,针对该桩型竖向及水平向承载力的定量模型试验研究相对较少。基于模型试验方法,开展砂性土中竖向、水平向荷载以及地面堆载等不同形工况荷载作用下扩底楔形桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩侧摩阻力、桩端阻力、侧向土压力、桩顶下拽位移以及桩身下拽力等分布规律;同时,开展等混凝土用量常规等直径桩的承载特性试验作为对比分析,初步探讨了两种桩型的受力机制与异同点。研究结果表明,试验条件下,扩底楔形桩的单桩竖向承载力约为等直径圆桩的2.33倍,表现出侧阻力和端阻力都优于圆形桩的特点;水平承载力约为等直径圆桩的1.48倍,上部直径较大和扩大头的存在提高了其水平承载性能;与等直径圆桩相比,楔形角的存在可有效降低桩顶下拽位移,可见把传统桩型转变成扩底楔形桩是降低负摩阻力对桩基影响的有效方法之一。

JPP桩不同组合水平承载性能模型试验研究

高喷插芯组合桩(简称JPP桩)是一种新型复合材料桩,实现了刚性桩的效果、柔性桩的成本,在基坑支护等工程中得到应用,但其水平承载性能的研究落后于工程实践。为了研究不同组合形式的JPP桩水平承载特性,利用自主研制的桩基模型试验加载系统进行了4种不同组合形式下JPP桩水平载荷试验,研究结果表明:分段组合II的水平承载能力最高,上组合与分段组合I相近,下组合的水平承载能力最低,表明越多的分段组合呈现出整体承受水平荷载的能力。桩身最大弯矩出现在距离桩顶以下3~4倍芯桩桩径处,该部位相对薄弱,易发生破坏。地面下一定深度范围内的土体特性将直接影响着桩的水平承载能力。

高喷插芯组合桩技术及其应用

高喷插芯组合桩是在高压旋喷水泥土中插入预应力混凝土桩作为芯桩而形成的一种新型组合桩。介绍了高喷插芯组合桩的技术原理、加固机理、施工工艺及其设计与质量检测方法,并通过工程实例验证该技术的合理性和优越性。该桩型承载力高,施工速度快,工程造价低等,可广泛应用于建筑工程、工业厂房、市政工程、高等级公路以及港口码头等软基加固中,也可用于基坑和边坡支护中,具有广阔的应用前景。

基于多功能加载系统的全机械式桩基模型试验装置研发

在借鉴国内外学者关于桩基模型试验装置研究经验的基础上,自主研发了基于多功能加载系统的全机械式桩基模型试验装置,该装置可实现抗压、抗拔、水平桩基模型试验的加载。其桩基模型试验系统主要由模型槽、加载系统、测量系统等组成,模型槽全机械连接,可根据试验需求设置不同的长、宽、高;全自动加载系统可实现每级荷载的稳压要求,并且电脑自动控制和采集,试验的精确性和可靠性大幅度提高;全自动加载系统具有两向或三向同时加载的功能,可模拟桩基在不同工况下的承载性能。采用该装置进行了Y形桩抗压、抗拔、水平单桩模型试验,验证了该试验装置和加载系统的可行性和可靠性。

第二类吸收热泵的研究和发展

介绍１０年来对第二类吸收热泵的研究情况，说明第二类吸收热泵的发展趋势。

注入位置对化学电渗法加固软黏土效果影响试验研究

电渗法是低渗透软黏土地基加固的有效方法之一。然而,传统电渗法也存在耗电量大、加固效果不均匀等方面的不足。在电渗加固软基后期注入硅酸钠(Na2SiO3)及氯化钙(CaCl2)溶液,可提高软基加固均匀性、缩短电渗时间从而降低耗电量;开展化学电渗法加固软黏土模型试验,实测电渗及化学电渗过程中排水量、排水速率等,着重分析试剂注入位置对土样电阻、电流等能耗系数,以及含水率、土样强度等加固效果的影响规律;结合电镜扫描(SEM)和电感耦合等离子体质谱检测(ICP-MS),初步探讨化学电渗法加固土样微观机制。研究结果表明:本文试验条件下,在土样阳极和中间同时注入化学试剂CaCl2溶液与Na2SiO3溶液,化学电渗排水和加固效果相对最优;与传统电渗相比,排水量增加了25.5%,抗剪强度值提高了168.8%,且同时一定程度上改善了传统电渗法存在的加固效果不均匀的弊端。

大直径扩底桩水平承载性能影响因素分析

为掌握大直径扩底桩的水平承载性能,运用FLAC3D对人工挖孔大直径灌注扩底桩水平承载性能的影响因素进行了数值模拟分析。首先,模拟结果与现场水平载荷试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性,然后分析了土层厚度、土层弹性模量、扩大头尺寸对大直径扩底桩水平载荷性状的影响。模拟结果表明,上部土层的弹性模量对桩身水平位移的影响比较显著,表土层弹性模量宜在10 MPa以上;为充分发挥大直径扩底桩的水平承载性能,桩长宜为7倍桩径左右,不宜大于10倍桩径;从水平承载性能、经济和施工技术综合考虑,扩大头高度与扩大头直径比值宜在0.5～0.7之间。研究结论对指导工程实践有一定的意义。

试剂注入配合比对化学电渗法处治软黏土加固效应对比研究

化学电渗法处理软黏土作为一种快速有效的地基加固方式,近年来受到学术界的广泛关注。为了探讨试剂注入配合比对化学电渗法处治软黏土地基加固效应的影响,以联合注入CaCl2和Na2SiO3溶液注入配合比为研究对象,研究注入CaCl2和Na2SiO3溶液物质的量浓度比分别为1:1、1:2、1:3、2:1、3:1时的电渗排水加固软黏土地基效果,实测试验过程中的排水量、排水速率、排水微观特征(ICP-MS)以及能量消耗等变化规律,初步探讨排水效果、加固效果及均匀性等问题。研究结果表明,试验条件下,联合注入物质的量浓度比为1:1时化学电渗效果最好,且阳极腐蚀量最少、耗能量最低;试剂注入配合比对电渗效果的影响主要由加入试剂中阳离子的种类和数量决定,其中Ca2+对化学电渗的影响效果相对较突出。

卸压槽布设位置对井壁受力影响的试验研究

利用FLAC3D软件分别对在井壁上布设一道卸压槽、两道卸压槽及三道卸压槽的卸压效果进行了模拟,由模拟结果及综合经济和施工技术等考虑,布设两道卸压槽卸压效果明显,经济上合理,其最佳布设位置是在底含与基岩交界处和三隔上部。