基于Biot理论的饱和砂质沉积物声传播模型及耗散机制分析

为研究海底浅表砂质沉积物的频散特性,利用由多孔介质理论发展而来的Biot模型、Biot-Stoll模型和附加接触喷流与剪切拖曳的Biot-Stoll模型(BICSQS模型),对比三种声传播模型描述下的典型砂质沉积物中纵波和横波频散特性,分析了模型中不同耗散机制对其声频散关系的影响;结合实测数据探讨了各模型对砂质沉积物的适用性。结果表明,沉积物的声频散特性是不同耗散机制共同作用的结果,不同频段内的主要耗散机制不同,相同频段内耗散机制对纵波和横波的传播影响亦不同;随着频率的增加,相比Biot和Biot-Stoll模型的预测结果,砂质沉积物的实测声速和衰减系数表现出更高的频散趋势,而BICSQS模型可更合理地预测和解释试验现象,适用性更好。

土-岩组合地基变截面锚杆承载性能与机制研究

以山区输电线路工程为背景,针对实践中广泛遇到的上土下岩二元层状地基,提出了一种变截面锚杆技术,其原理为通过增大上覆土层中锚杆的截面积,达到充分利用上覆土层和下部岩层承载力的目的。为检验变截面锚杆的性能,采用现场真型试验和数值模拟相结合的手段,探讨了其承载力提升机制,分析了不同因素对承载特性的影响规律。研究表明,较等截面锚杆,变截面锚杆的上拔、下压以及水平承载力均有所提升。其中,水平承载性能提升效果最显著。场地覆土层厚度对锚杆上拔承载力影响较大,对下压和水平承载性能影响较小。场地地形坡度对锚杆水平承载性能有较大影响,二者呈负相关。此外,“上拔荷载+水平荷载”模式下,变截面群锚基础的承载性能优于等截面群锚基础和传统复合基础,且具有土方开挖量小以及更适用于斜坡地形的优点。研究成果可为该新型基础的推广应用提供技术支撑。

基于图像RGB信息测试湿度场技术的风积沙毛细水上升试验研究

毛细作用对诸多工程的变形与稳定有影响,传统方法难以精确监测毛细水上升过程的动态变化。首先研究了风积沙图像RGB(red(红)、green(绿)、blue(蓝))信息与含水率的关系,由此开发了一种利用图像RGB信息测试含水率并获取湿度场的方法与技术;基于此探究了风积沙毛细水上升过程中含水率的时空变化,提取了湿润锋轮廓,分析了湿润锋运移规律。结果表明,风积沙的归一化颜色特征值ξRnor与含水率θ间存在显著的线性负相关关系,用于预测风积沙含水率效果良好;研发的基于图像RGB信息测试湿度场的技术,具有cm级分辨率和较高精度,能直观展示风积沙柱毛细水上升过程中含水率的时空变化;对毛细水上升过程的图像采用改进的k-means聚类分割法进行分析,能精确识别和量化湿润锋的轮廓信息,比目测法更加准确可靠;在表面张力和惯性力作用下,风积沙毛细水上升初期各高度处含水率存在明显的冲高现象,经历几次小幅波动后回落,稳定含水率相较峰值含水率降低约1.5%;毛细水上升高度与相对密实度Dr成正比,幂函数和双对数二次多项式均能较好拟合湿润锋上升过程。研究工作为毛细水上升试验测试提供了一种精确快捷的新途径。

高速公路软土路基拓宽粉喷桩处治方案分析与验证

交通量的迅速增长使越来越多早期建成的高速公路需要拓宽改建,而软基路段新老路基变形协调控制是主要技术难题之一。以沪宁高速公路镇江段扩建工程中采用粉喷桩处理的典型软基路段为背景,考虑老路基先期固结,采用FLAC3D程序分析桩长、桩距、桩侧摩阻力、铺设土工格栅与否及填土速率等对新老路基变形协调的影响。其过程为先分析桩长与桩距的影响,然后在此基础上分析其他因素的影响。研究结果表明:桩长和桩距对拓宽路基的影响最为显著,桩长过大对减小沉降无太大意义,桩距过大则不能满足沉降控制要求,计算断面合理的桩长为进入持力层2.5 m左右,且合理桩距为1.1m。实际桩侧摩阻力相对设计值降低量不超过50%时,其对路基沉降的影响较小;有桩和桩帽时在路基底铺设土工格栅对减小路基沉降和不均匀沉降的作用很小。路堤填土速率较大时对沉降速率有一定影响,但对累计沉降基本无影响,小于10kPa/d的加载速率是可行的。基于以上结果,确定优化的路基处治方案,通过沉降监测证明计算结果与实测结果基本相符,拓宽路基沉降满足设计要求。

襄荆高速公路膨胀土路堤填筑施工工艺试验研究

鉴于现有施工规范还较难保证膨胀土路堤的填筑质量,通过多种施工参数组合的现场路堤填筑试验,提出了中膨胀土用于填筑高速公路路堤的施工工艺参数,为高速公路的施工质量与进度控制提供了有意义的指导。

高速公路扩建工程软基拓宽的沉降监测与分析

高速公路拓宽建设中新老路基特别是软土路基的固结沉降与力学性质的差异将引起严重的路面开裂,因而控制其差异沉降、防止拼接处路面开裂成为扩建工程软基处理中的技术关键。针对采用薄壁管桩和粉喷桩处理的软基路段,选取具有典型地质条件及较高填方的断面,通过埋设地面沉降板,对拓宽路基及新老路堤结合部进行了为期9个月的沉降动态监测。监测结果表明,拓宽路基的累计沉降及差异沉降均很小,后期沉降速率小于控制标准,为新老路基差异沉降的评价提供了依据;薄壁管桩用于处理埋深大、层厚大的拓宽软基及粉喷桩用于处理埋深浅、层厚较小的拓宽软基具有各自的适用性,拓宽后的新老路基已形成整体性强的复合地基,达到了路基拓宽的理想效果。

大气影响下膨胀土包边路堤变形性状研究

在中膨胀土包边试验路堤上开挖形成试坑和试样,采用浸水与非浸水两种方式,模拟大气影响下包边路堤土的状态,通过现场直剪试验、载荷试验和室内膨胀率试验,获得路堤土强度与变形性能的对比参数。基于此建立考虑大气影响的路堤模型,利用平面应变有限元方法,计算与分析路面因路基土湿化膨胀和行车荷载作用所产生的不均匀变形,将其与容许值比较后,评价路面结构破坏的可能性,为中膨胀土路堤填筑方案设计提供依据与参考。

环境湿度与温度对压实膨胀土裂隙发育影响试验研究

裂隙是影响膨胀土工程性质的重要因素。以南阳某高速公路膨胀土为对象,采用大尺寸压实膨胀土试样进行不同环境湿度与温度下的裂隙发育试验,通过数码相机摄影并基于自编程序进行土样表面图像的定量化分析,获得裂隙率、均宽及总长等典型特征参数,进而探讨环境湿度与温度对膨胀土裂隙发育规律的影响。结果表明:大尺寸土样裂隙发育特征相较环刀样和薄层饱和泥浆样更接近路基与边坡等工程实际;环境湿度越高,初期裂隙发展越慢,发育持续时间越长,后期裂隙特征统计参数反而越大;环境温度越高,初期裂隙发展越快,但裂隙回缩稳定速度也越快,后期裂隙特征统计参数反而越小;低湿度或高温度使土样表面易于产生更多肉眼不可见的微裂隙,是裂隙特征统计参数与理论分析相比偏小的重要原因,而高湿度与低温度则有利于收缩应力向深层土体传递,促使裂隙偏向数量更少但更宽和更深方向发展。

襄荆高速公路软弱地基高路堤填筑控制试验研究

软弱地基路堤填筑高度一般小于 5 m,需时较长而影响工期,襄荆高速公路软弱地基路堤填筑高达 8 m,加快施工进度与保证施工安全成为一大技术难题,为此进行了一系列的试验研究。现场详勘和试验表明该软弱地基存在 1～1.5 m 厚的硬壳层及下卧砂卵石层且原状土十字板剪切强度较高(Su= 44 kPa),有利于加快填土速率;选取了塑料排水板及砂垫层加土工格栅的软弱地基处理方案;基于排水条件得到了较大改善,经试验,证明适当降低规范要求的沉降控制标准是可行的。据此,根据监测数据进行动态调整后,填土速率得到了较大提高,施工安全也得到了保证;路堤填筑到设计高度后,通过堆载预压试验,对工后沉降预测值进行了验证,取得了良好的效果。

压实条件对膨胀土裂隙发育影响的试验研究

裂隙是影响膨胀土力学特性的重要因素之一。以河南南阳地区高速公路路用膨胀土为研究对象,通过制备不同初始含水率和压实度的大尺寸压实膨胀土土样,观察压实膨胀土在脱湿过程中的表面裂隙发育,并拍摄数码图像,然后利用基于MatLab自编程序的改进裂隙图像特征参数提取方法对图像进行定量化分析,获得裂隙的各种特征参数,进而探讨膨胀土表面裂隙发育的相关规律。研究结果表明:压实膨胀土脱湿开裂过程可分为细小裂隙发育、主裂隙发育及裂隙回稳3个阶段;初始含水率越高,膨胀土表面裂隙发育速率越快,发育程度越高,持续时间越长;初始压实度越大,膨胀土表面裂隙率和裂隙总长越小,但宽度较大。上述裂隙发育规律可用表面蒸发和土体内部水分传输机理进行解释。

结构性对膨胀土收缩特性影响的试验研究

膨胀土的收缩性明显,容易引发边坡与地基开裂,但有关结构性对收缩特性影响的认识甚少。采用收缩自动试验装置,在恒湿恒温条件下对原状膨胀土和重塑膨胀土开展了收缩对比试验和扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)测试分析,结果表明:与原状土相比,重塑土在土中水流动阶段的蒸发速率较小,蒸汽扩散阶段收缩稳定速率较慢,最终体积收缩应变量更大;重塑土体积收缩-含水率关系曲线的线性段较长,斜率较大,直线段与稳定段之间的过渡不明显,而原状土则反之;重塑土和原状土的收缩特征曲线(soil shrinkage characteristic curves,简称SSC)在较高含水率段基本重合,随着含水率下降,重塑土的SSC下降更快,对应的含水率范围更宽,最后进入残余-零收缩阶段时,孔隙比明显较小;Chertkov收缩模型适用于原状膨胀土,但不适用于重塑膨胀土。SEM测试结果表明,原状膨胀土较重塑膨胀土具有更强的原生结构性,初始密度与湿度相同情况下,两者颗粒排列、接触方式、胶结状态、孔隙大小与分布特征等微观结构上差异明显,导致蒸发过程中重塑土的水分迁移速率较小、基质吸力较大,是重塑土收缩更剧烈的内在原因。研究结果可为膨胀土边坡的坡面工程防护设计提供参考依据。

测斜仪在软基路堤施工监测中的应用

深层水平位移是软土路基施工中的一个很重要的监测内容。本文介绍了测斜仪的基本原理,埋设与测试技术及数据处理方法,为准确获取路基的水平位移数据提供了有意义的参考。

塑料排水板处理软土路基的载荷蠕变试验与工程应用

通过现场载荷试验、数值模拟与监测等手段,综合研究了塑料排水板处理软土路基的蠕变特性。两级荷载下的蠕变沉降曲线具有很高的相似性,而侧向蠕变速率则接近于零;然后,采用室内试验得出的土体参数对上述试验过程进行了三维数值模拟,证明考虑蠕变时的沉降计算结果比不考虑蠕变时更接近实测值;最后,将验证后的计算方法与参数应用于某高速公路路堤施工期沉降计算,并与实测结果进行了对比分析。

浆喷桩处理软土路基的载荷蠕变试验研究

目前软土路基的蠕变问题尚未引起广泛关注,但蠕变沉降引起的高速公路路面病害比较常见。通过现场载荷试验,研究浆喷桩处理软土路基在路堤荷载作用下的蠕变沉降和侧向蠕变特性,结果表明:路基的蠕变沉降与时间关系可用幂函数进行很好拟合,蠕变沉降速率对数与时间对数关系具有良好的线性关系,且最后三级荷载下的蠕变沉降和沉降速率曲线均具有较高的相似性,而侧向蠕变速率则接近于零。

某高速公路膨胀土路堑边坡滑坡原因分析

某高速公路膨胀土路堑边坡在支护完成后不久即发生了滑坡 ,通过对滑坡过程和工勘察资料的分析及不同强度参数下的边坡稳定性计算 ,阐明该滑坡形成的原因 。

中膨胀土路堤包边方案及其试验验证

中膨胀土具有较强的吸水膨胀软化特性,其CBR值低于3%,不能满足路基对填料的强度要求,若用作路基填料必须进行处理。对中膨胀土路堤包边方案进行深入论证,对中膨胀土包边路堤边坡稳定性、路基强度与变形及石灰包边层的保湿作用进行分析。分析结果表明:中膨胀土包边路堤具有较好的浅层稳定性和整体稳定性;包边条件下,填土具有较高的强度和较低的变形,满足路用要求;包边层具有良好的防风化和保湿作用。在此基础上,提出中膨胀土路堤包边方案,并通过现场试验进行验证,试验验证表明,石灰包边方案能经受当地自然条件和气候条件的影响,能保证路基的稳定和安全营运。

膨胀土判别与分类方法探讨

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务,开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价,对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨,提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标,建立了一种新的膨胀土判别与分类方法,并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。

湿干循环下压实膨胀土裂隙扩展规律研究

裂隙特征作为膨胀土裂隙性研究的基础,其定量化描述有助于膨胀土工程性质的深入探究。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取多次湿干循环下的裂隙扩展图像,采用优化和改进的裂隙图像处理及裂隙特征提取方法,分析所获得的膨胀土裂隙各特征参数。结果表明:室内压实膨胀土表面裂隙率随着湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环对裂隙率影响最为显著;裂隙发育峰值条数在第一次湿干循环后最多,总长度最大,而三次湿干循环后的裂隙条数和总长度较为相近;裂隙宽度随湿干循环次数增加而增大,且第二次湿干循环影响最为显著;同时,第一次湿干循环中主裂隙发育最明显,在第二次和第三次中宽度发育趋于均匀;通过裂隙方向玫瑰花图发现,裂隙主要沿着初始方向扩展,直至下一次湿干循环;裂隙发育方向在第一次湿干循环中是随机的,而在第二次与第三次中有较高相似性,表明湿干循环对裂隙发育方向的影响也主要发生在第二次。

高速公路建设中中膨胀土特性的试验研究

随着高速公路建设的迅速发展,遇到的与膨胀土相关的工程问题也日益增多,以实际高速公路工程为依托,通过室内和现场试验,对中膨胀土的物理力学特性以及中膨胀土经过石灰改性处理后的的效果进行了研究。结果发现:未经石灰改性的中膨胀土在最佳含水量条件下有较高的强度,浸水饱和后膨胀量大,强度衰减很多,水稳定性很差;经石灰改性后的中膨胀土强度有很大提高,水稳定性也较好。这说明在工程建设中只要采取有效的处置措施和合理的施工方法,中膨胀土可以作为高速公路路堤的填筑材料。

高速公路高填方路堤拼接离心模型试验研究

针对高速公路拓宽工程高填方路段新老路堤拼接问题,通过室内物理力学试验确定地基土、素土填料及其石灰改性土在拼接路堤填筑时的含水量和压实度控制参数;利用离心模型试验手段,进行提高填料压实度和石灰改性措施下拼接路堤协调变形试验研究。试验结果表明,将拼接路堤不同位置填料压实度从90%,93%和95%相应提高到93%,94%和96%时,能够有效减小路堤本身变形,但对差异沉降的控制效果不大。进而对素土填料进行6%石灰改性后,不但可大大减小路堤本身的变形,而且还能减小路面不同部位之间的差异沉降,提高拼接路堤的协调变形效果。现场监测数据资料表明,离心模型试验能够反映原型施工工况效果。