考虑土拱效应刚性挡墙土压力研究

基于库仑土压力理论,假定刚性挡墙后主应力拱迹线为抛物线,推导了主、被侧土压力系数和水平微分单元间摩擦系数的理论公式,得到改进的主、被动土压力计算公式。研究表明:考虑土拱效应计算结果与模型试验结果吻合比较好。主动极限状态下,土体内摩擦角越小,墙土接触面上外摩擦角越大,土拱效应越明显,主动土压力合力作用点越上移;被动极限状态下,土体内摩擦角和墙土接触面上外摩擦角越大,土拱效应越明显,被动土压力合力点越往下移。

不同位移模式刚性挡墙主动土压力研究

假定挡墙后填土沿墙高任一点处侧压力与其水平位移成线性关系,将土体看作是一系列弹簧和理想刚塑体的组合体。在此基础上,分析了挡墙位移模式,改进了Coulomb理论,提出了不同位移模式下刚性挡墙主动土压力非线性分布计算方法。该方法计算合力大小和Coulomb理论计算相等,主动土压力分布和合力作用点位置随挡墙位移模式变化而不同,计算结果和实测结果吻合较好。该方法对刚性挡墙土压力计算具有理论价值。

A general method to calculate passive earth pressure on rigid retaining wall for all displacement modes

A general analytical method to calculate the passive rigid retaining wall pressure was deduced considering all displacement modes. First, the general displacement mode function was setup, then the hypotheses were made that the lateral passive pressure is linear to the corresponding horizontal displacement and the soil behind retaining wall is composed of a set of springs and ideal rigid plasticity body, the general analytical method was proposed to calculate the passive rigid retaining wall pressure based on Coulomb theory. The analytical results show that the resultant forces of the passive earth pressure are equal to those of Coulomb＇s theory, but the distribution of the passive pressure and the position of the resultant force depend on the passive displacement mode parameter, and the former is a parabolic function of the soil depth. The analytical results are also in good agreement with the experimental ones.

节理岩体弹塑黏性疲劳本构模型研究

在疲劳荷载作用下节理岩体具有明显的瞬时塑性应变,有必要研究考虑瞬时塑性的节理岩体疲劳本构模型。提出节理塑性疲劳元件和双触发非线性黏性疲劳组合元件,假定节理塑性应力与应变成幂函数关系,加速疲劳应变为二阶非线性黏性应变。通过并联圣维南体改进伯格斯疲劳模型模拟稳定疲劳。在此基础上,提出并验证了一种新的节理岩体弹塑黏性疲劳本构模型。研究表明:该模型能较好地模拟完整岩石、节理岩体试验疲劳应变。该模型可以较好模拟疲劳加载条件下节理岩体稳定疲劳曲线,也可以较好模拟节理岩体非稳定疲劳的瞬时弹性和瞬时塑性应变、减速疲劳阶段应变、等速疲劳阶段与加速疲劳阶段应变。该模型拟合结果表明:节理岩体的疲劳瞬时塑性应变在疲劳瞬时应变中占较大比例,不能忽略其对疲劳应变的影响。该研究结果对预测节理岩体工程的疲劳变形和疲劳稳定性具有参考价值。

土拱效应和渗流作用刚性挡墙主动水土压力研究

假定小主应力迹线为抛物线,分析刚性挡墙后土拱效应,推导土拱效应作用下刚性挡墙主动水土压力系数和水平微分单元层间系数。建立二维Laplace方程分析墙后持续暴雨作用形成的稳定渗流场。在土拱效应和渗流作用分析基础上,提出土拱效应和渗流作用下主动水土压力计算模型,推导主动水土合力、合力作用点计算公式,给出实用主动水土压力系数。研究分析表明:理论计算结果与实测结果吻合较好;土拱效应和稳定渗流作用下水土压力成非线性分布,合力增大,合力作用点位置上移。工程实践中,应当重视持续暴雨期间的土拱效应和渗流作用对刚性挡墙的稳定不利影响。实用主动水土压力系数方法为持续暴雨作用下挡墙主动水土压力计算提供简化实用方法。

波纹钢板桥涵结构计算及其敏感性分析

将波纹钢板桥涵结构简化为单位宽度的固支圆弧梁,同时考虑波纹钢板桥涵结构和土的共同作用,首次建立了该结构的计算模型,推导了该结构位移、应力的解析解.实例计算结果表明:理论计算结果和现场实测结果相当吻合.在此基础上,编制MATLAB程序,进一步分析波纹板厚、波峰高度、波长、结构半径,土体自重、侧压力系数,以及弹性模量对结构位移、应力的影响,为该结构优化设计和施工提供了理论依据.

粘钢与碳纤维布加固框架中节点对比试验研究

通过6个足尺框架中节点(2个粘钢加固,2个碳纤维布加固,2个未加固)在低周反复荷载作用下对比试验,对比分析了节点区破坏特性和滞回曲线,以及节点区梁柱纵筋、混凝土、钢板和碳纤维布的应力水平。结果表明:粘钢加固能明显提高中节点抗剪承载力,碳纤维布加固能有效改善中节点的抗震性能。为改进和选择合理的框架中节点加固方案提供了试验依据。

高层建筑基础大体积砼和土壤耦合温度场计算

根据武汉协和医院外科大楼工程实例 ,建立了高层建筑基础大体积砼温度场与土壤温度场相互影响的非稳态耦合温度场模型 ,以精确计算砼的绝热温升。采用一维非稳定耦合传热方程组来描述基础大体积砼的传热过程。用L aplace变换把耦合方程组化为易解的常微分方程组 ,用 Stehfest算法进行数值反演 ,编制 Matlab程序计算出砼内各点在各时刻的温度。结果表明 :由模型所计算出的理论值与现场实测值相当吻合 ,为高层建筑基础大体积砼绝热温升计算和施工过程中温度控制提供了理论依据。

刚性挡墙主动破坏墙后土拱效应细观研究

为了研究土拱效应对挡墙主动土压力非线性分布的影响,运用细观颗粒流方法研究挡墙绕墙顶部转动主动土压力分布和墙后土拱效应细观形成机理,提出跨高比和矢高比表征土拱曲线。研究结果表明:跨高比和矢高比越大,则土拱效应越明显;细观颗粒流方法能够较好地模拟挡墙绕墙顶转动主动土压力分布;当挡墙绕墙顶转动、挡墙位移小于0.05H(H为墙高)时,沿墙高到墙顶0.4H范围内土拱效应较明显,主动土压力呈显著非线性分布;在其他位移模式和位移情况下土拱效应不明显,计算挡墙绕墙顶转动土压力时应考虑土拱效应的影响;若土颗粒和墙体摩擦因素越大,土颗粒刚度越小,则土拱效应越显著。

长株潭城市群水环境承载力多目标优化研究

长株潭城市群地处湘江中下游,水环境污染严重,制约了长株潭社会经济的可持续发展及两型社会建设。为此,建立并采用遗传算法求解了长株潭多目标优化模型。该模型以经济效益、水环境质量、人口承载力为目标函数,以供水能力、部门需水、污染物排放总量及环境经济协调发展为约束。结果表明:人口数量的变化是影响氨氮排放量的主要因素,氨氮排放量会限制人口承载规模。COD和氨氮减排对GDP增速也有一定的制约作用。供水效益的增长不仅能拉动经济的发展,还能使各部门用水结构获得一定改善。在长株潭用水效益提高至10%,用水总量年均降低5%,同时控制污染排放的情况下,可以获得GDP增长、人口数量和污染减排目标的Pareto解最优以及各部门最优用水配置。研究成果对长株潭区域制定战略发展规划和进行有效的管理决策具有参考价值和实践意义。

裂隙岩体微生物阻渗机理试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为一种新型微生物加固技术,能够改变裂隙岩体水力性能,具有阻渗作用。采用巴氏芽孢杆菌对劈裂法预制的贯通裂隙红砂岩试样进行微生物充填试验,并分析试样渗透性能改变情况,同时通过电化学阻抗谱法(EIS)分析微生物充填对裂隙岩体结构的影响,对微生物充填裂隙岩体的阻渗机理作综合研究。研究结果表明:①微生物充填可使裂隙岩体渗透系数降低1~2个数量级,充填率越高充填效果越好;②裂隙宽度和围压对微生物充填后渗透系数改变具有一定的影响;③裂隙岩体充填前后渗透系数随围压的增大呈幂函数降低;④EIS测量结果表明,微生物充填后,裂隙岩体导电性能提高,岩体密实,渗透性能降低。

微生物诱导碳酸钙沉淀填充裂隙岩体渗流规律试验研究

利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)填充裂隙岩体,采用自主研发的三轴压缩渗流试验装置,进行了不同裂隙宽度、充填率、围压条件下MICP充填裂隙岩体渗流试验,同时测量岩体横波波速。研究结果表明:MICP充填裂隙岩体试样渗透系数受裂隙宽度的影响,也受填充率影响。不同宽度的MICP充填裂隙岩体渗透系数随围压升高呈下降趋势,最高可下降58.03%;当围压较小时,渗透系数下降较快,随着围压增大,渗透系数下降速度逐渐减慢;同一岩性MICP充填裂隙岩体渗透系数随波速增加而减小。MICP充填裂隙岩体渗透系数计算公式可拟合为自然对数横波波速与负指数围压之和形式。研究结果对于MICP充填技术在裂隙岩体注浆应用具有重要意义。

基于弹塑性颗粒流本构模型的Lac du Bonnet花岗岩破坏细观机理模拟

考虑理想弹塑性弯扭-Mohr-Coulomb-最大拉应力破坏准则,以及拉伸失效、压剪失效、转动屈服和扭转屈服4种失效模式,提出一种新的离散元弹塑性本构模型。该模型植入二次开发的三维颗粒流程序,通过数值试验研究宏细观参数关系,模拟Lac du Bonnet(LDB)花岗岩试样压剪和拉伸强度试验。研究表明:颗粒转动弹塑性弯扭矩对宏观内摩擦角和黏聚力具有显著影响;宏观黏聚力随细观黏聚力和屈服弯扭矩增加而趋于恒定;宏观内摩擦角随屈服弯扭矩和细观摩擦系数增加而增加;岩石宏观单轴抗拉强度随细观极限拉应力的增加而趋于恒定;宏观弹性模量和泊松比主要受细观弹性模量和刚度比影响。弹塑性颗粒流本构模型模拟的LDB花岗岩的强度参数和变形参数,以及压拉强度比和裂缝分布与室内试验结果吻合较好。LDB花岗岩单轴压剪模拟试验在达到峰值应力前,试样内部裂缝以细观拉伸裂缝为主,从试样端部向中部发展成近似X状;在接近或超过峰值应力后,试样内部开始出现压剪裂缝、转动屈服裂缝和扭转屈服裂缝,从试样一端向另一端发展成单斜状,其倾角与宏观破坏倾角接近,发展成宏观压剪破坏面,从而揭示了宏观裂缝形成的细观机理。

地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应解析解

隧道穿越地震活动断层带时可能遭受严重破坏,以内马铁路一期三标段工程为依托,对地震动和断层错动联合作用下隧道结构纵向响应进行研究。针对穿越断层破碎带的隧道结构,基于地下结构抗震拟静力法,将其简化为弹性地基梁,并将地震动和断层错动位移简化为作用在隧道上的静荷载,建立地震动和断层错动联合作用下隧道纵向响应理论模型并进行求解,利用有限元数值模拟方法验证解析解的正确性。通过解析解进行参数敏感性分析,揭示断层错动位移、两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比及围岩与隧道结构刚度比对隧道结构纵向响应的影响规律。研究结果表明,断层错动位移增加使隧道结构截面弯矩、剪力峰值接近线性增加,隧道内力沿隧道纵向分布的影响范围不变,且断层破碎带界面出现了截面剪力突变;两侧围岩地基系数与断层破碎带地基系数比对隧道结构截面剪力的影响较大,在地震动和断层错动联合作用下隧道结构剪力在断层破碎带界面急剧减小;随着围岩与隧道结构刚度比的减小,地震动引起的隧道挠度减小,断层错动作用引起的隧道挠度变化范围增大,同时隧道结构内力响应明显增大。

城市地下管网工程课程建设和教学改革

中国大规模城市地下空间实践,有力支撑了城市地下空间专业发展。讨论了该课程教学改革中教学内容的优化问题,课程内容应包括城市地下管网工程规划设计、水力内力计算和结构设计、施工等基本知识。在讲授理论知识的基础上,注重培养学生动手实践能力,以及分析问题和解决问题能力。

含盐量和注浆对硫酸盐渍土中SRB还原效率影响

利用硫酸盐还原菌(SRB)降低硫酸盐渍土中硫酸根含量,是硫酸盐渍土的一种微生物处理方法。为此,试验通过逐步增加培养基中硫酸钠浓度,驯化培养出高耐盐性SRB,采用DNA抽取-PCR扩增对驯化的SRB进行高通道基因测序。在此基础上,利用驯化的SRB研究其在含硫酸钠培养基中SRB还原效率及不同含盐量的硫酸盐渍土在不同注浆方式下SRB还原效率,采用重量法与pH计测量分析试验结果。试验结果表明:驯化的SRB主要为脱硫小弓菌,可在150 g/L硫酸钠浓度下生长;当溶液pH为6.74时,SRB还原性最佳,还原效率为72.11%;采用注浆方式二【硫酸盐渍土(硫酸钠溶液10 g+标准砂300 g)+浓缩菌液5 g(离心参数4000 r/min,30 min)+改良液体培养基15 g】的还原效率最高,在含量为0.8%、0.95%、1.15%3种硫酸盐渍土中,还原效率分别为61.96%、71.58%、68.25%。硫酸盐渍土中SRB还原效率低于相同硫酸钠浓度溶液。研究为硫酸盐渍土盐胀提供一种有效便捷的微生物方式,对解决硫酸盐渍土问题有重要意义。

饱和砂土挡墙被动破坏超孔隙水压力试验研究

通过自制饱和砂土挡墙模型箱,对于不同挡墙位移模式和位移大小,测试了不同相对密度饱和砂土挡墙被动破坏过程中超孔隙水压力,揭示了饱和砂土挡墙后砂土破坏机理。对深入研究土与挡墙共同作用具有理论价值,对更加合理设计挡墙、控制稳定具有指导意义。

金属矿滨海基岩开采岩石力学理论与实践

三山岛金矿新立矿区是我国第一个进行滨海采矿的金属矿山,大量高强度海下开采势必破坏矿岩稳定性,有必要研究金属矿海底基岩开采相关岩石力学问题。从矿山开采工程实际出发,研究滨海矿床矿岩力学特性和海底黏性土微观结构与渗透性能,开发金属矿滨海基岩开采相似物理模拟试验平台,得出滨海基岩开采合理安全隔离层厚度,并进行数值模拟对比验证分析,验证试验模拟的准确性。采用正交试验方法,以岩体稳定性为原则建立目标函数,获得滨海基岩开采最佳采场结构参数。对阶段中盘区回采顺序进行优化,得出"隔二采一"的最佳开采顺序。分析矿岩性质和矿床产状等开采技术条件,提出岩层微扰框架式上向分层充填采矿技术。新立矿区为期3a的现场滨海开采试验和现场监测结果表明:合理安全隔离层厚度、低沉降框架式上向分层充填法和现场实时监测为海底基岩开采提供了技术保障。

基于响应面法的海下框架式采场结构优化选择

为了在安全开采的前提下实现经济效益最大化,从矿山开采工程状况及岩石力学条件出发,建立不同框架式采场结构参数的有限元数值计算模型。通过有限元计算结果建立应力约束的体系应变能最大化的目标函数,应用Matlab编程求响应面函数,最后采用非线性优化技术对响应面函数进行优化。计算结果表明:垂直矿体走向方向的截面尺寸bx=4 m;沿矿体走向的截面尺寸bz=4 m;垂直矿体走向方向的跨度lx=12 m;沿矿体走向的跨度lz=12 m;矿柱高度h=25 m;该方法科学合理,为三山岛金矿新立矿区海下安全经济开采矿石资源提供了技术保障。

海底下框架式分层充填法开采中矿岩稳定性分析

从矿山开采技术条件出发,采用盘区框架式机械化上向水平分层充填法开采,矿区海下第四系与基岩接触部位有一层分布连续且遍布整个矿区的第四系底部隔水带隔断海水的渗流,若开采后沉降不均匀将破坏隔水带从而导致突水事故。根据矿区开拓方式选择矿体左翼到右翼、矿体中央到两翼、隔2采1、矿体两翼到中央4种开采顺序,分析不同开采顺序极限开采后的安全系数及矿区沉降规律,通过现场工程实践及位移监测验证该开采顺序的合理性。结果表明:隔2采1开采顺序为最佳开采顺序。