长期堆载预压处理软土地基效果评价

为评估某园区10 a长期堆载预压后,场地后续沉降对拟建管线的影响,通过室内试验和现场试验对堆载预压处理后的场地进行系统评价,分别采用双曲线法与有限元法对后续沉降进行预测。结果表明:场地堆载预压10 a后各地层物理力学参数明显改善,但其中淤泥层性质相对较差,是场地后续沉降发生的主要地层;经过10 a堆载,场地主固结沉降基本完成,固结度达到95.5%,说明长期堆载预压效果较好;对于堆载多年后的场地,在进行后续沉降数值计算时,采用弹性模型并选用现场试验获得的参数进行计算,计算结果与实测数据较好吻合,场地剩余平均沉降量在15.4 cm左右;园区道路管线可采取常规预防措施。

滨海软土地基二次堆载预压固结沉降研究

滨海软土往往工程性质较差,一次堆载预压通常达不到设计要求而需要进行二次堆载预压。本文通过现场原位试验和室内试验,对二次堆载预压2年后的地基软土开展物理力学性质研究,并将试验获得的土体参数用于规范法和数值模拟,对地基未来20年的沉降进行预测。结果表明,二次堆载预压2年后,部分软土层力学参数提升显著,但淤泥层力学参数未见明显改善,地基承载力未达到设计要求,后续仍有较大的沉降变形。同时,对比规范法和研究开始前18个月沉降规律发现,经过二次堆载预压后的地基,数值模拟采用弹塑性模型能更准确地预测后续沉降,二次堆载预压20年后地基最大的沉降量可达1 m,位于12号钻孔位置处,其次是18号钻孔位置处,沉降量为0.9 m,10号钻孔位置处沉降量为0.8 m,并且沉降主要集中在淤泥层中。

基坑开挖对邻近双舱综合管廊影响的三维数值分析

随着城市地下空间的开发利用,出现越来越多邻近地下综合管廊基坑开挖的工程案例,对管廊结构安全及防水性能产生重要影响。以厦门某邻近既有双舱综合管廊的基坑开挖项目为研究背景,采用PLAXIS 3D建立三维有限元分析模型,基于HS-small小应变土体本构模型,模拟基坑开挖过程对综合管廊的影响。研究结果表明,开挖后,邻近综合管廊沿轴线方向的变形受力模式可分为平移转动区、相对扭转区和位移约束区3个特征区域。基坑中部附近管廊发生朝向基坑的平移和绕轴转动,基坑边界附近管廊发生相对扭转,远离基坑区域管廊的位移受土体约束而相对静止。位于平移转动区和相对扭转区内的管廊截面发生朝向基坑的剪切变形,管廊顶板相对底板发生朝向基坑的水平相对移动;邻近基坑一侧市政舱顶板和远离基坑一侧侧墙下半部分发生较大挠曲变形。管廊与基坑间距对3个变形特征区域的分布没有显著影响,但管廊离基坑越近会使得管廊结构的变形程度越大。

跨越走滑断层黏土地层动力响应离心机试验研究

地震中基岩走滑断层活动引起跨断层地下结构物破坏,上覆土层的非一致响应机制尚不明确,隐伏裂缝影响规律认识不足。基于可模拟走滑断层活动的层状剪切箱,针对黏土地层展开两个离心机振动台试验,对比上覆土体中隐伏裂缝的影响。试验结果表明,当地层中不存在隐伏裂缝时,基岩走滑断层错动对两盘地层的非一致振动的影响不显著。当地层中存在隐伏裂缝,错动盘一侧土体的振动加速度幅值随振动循环次数的增加逐渐减小,固定盘和错动盘两侧土体出现非一致振动响应,固定盘一侧土体产生的超静孔压大于错动盘一侧。隐伏裂缝对土体非一致振动响应的影响范围受限于其在地层中的分布范围,探明隐伏裂缝上断点的埋深具有重要工程意义。

正断层错动诱发单桩破坏及避让距离研究

历次地震实例表明基岩断层错动诱发建筑桩基破坏,针对桩基础的近断层破坏机理认识不足。采用土工离心机试验,研究正断层错动引起上覆砂土中单桩基础的破坏。试验详细量测单桩及土体变形,监测桩身轴力及弯矩随基岩错动量的变化规律。试验数据表明,当错动量为0.4 m时,单桩与桩周土体协同变形,桩顶出现显著位移。随着错动量增加,上覆土体变形集中于破裂带,使得桩顶位移显著减少。该破裂带在基岩和土体的交界面上偏离基岩错动方向,与水平面呈80°方向发展至地表,并在单桩靠近断层上盘一侧地表出露。上覆砂土变形可分为静止区、剪切区和刚体位移区。当单桩位于剪切区附近,桩身受弯变形使得桩顶向上盘一侧倾斜。针对正断层错动,单桩在下盘一侧和上盘一侧离开基岩断层线的安全避让距离分别为15 m和10 m。

正断层诱发砂土中群桩基础破坏及避让距离研究

地震中发震断层诱发桩基失效,导致上部结构破坏甚至坍塌,相关破坏机制和避让距离缺乏系统研究。通过离心机试验和数值模拟,针对基岩正断层活动诱发上覆砂土中群桩基础的静力破坏展开研究,考察不同群桩断层相对位置下群桩的破坏特征。试验与计算结果均表明,当群桩跨越断层时,正断层活动使群桩向上盘一侧倾斜,并使基桩弯向上盘一侧。基桩桩顶荷载的重分布进一步使基桩形成受拉和受压两种破坏模式。数值参数分析表明,在不同桩位上,群桩的变形响应可划分为5个特征区域。对于埋深为20.0 m的基岩正断层,群桩在上盘和下盘一侧的安全避让距离分别为23.5 m和15.9 m,其中下盘一侧离开断层7.9 m至上盘一侧离开断层4.1 m的区域需要进行重点避让。

隐伏裂缝对互层胶结土中正断层扩展影响研究

基岩断层错动引起上覆土体变形,互层胶结土体中断层破裂机制认识不足,隐伏裂缝影响规律掌握不明确。基于4个离心机试验,针对黏土与砂土构成的9层互层土,对比土体胶结特性和隐伏裂缝上断点埋深影响。试验结果表明,正断层错动影响下,互层非胶结土体受剪切作用发生变形破坏,在断层上方形成一倒梯形分布的不均匀沉降区,并形成集中剪切带。当不均匀沉降传至地表时,顶层非饱和黏土层形成地表张拉破裂。而互层胶结土则观测到受弯变形破坏,从而产生剪切破裂和张拉破裂。其中,地表张拉破裂的深度远大于互层非胶结土体的观测结果。互层胶结土中,随着隐伏裂缝上断点埋深的增加,由上断点扩展形成破裂的倾角随之增加,地表破裂向上盘一侧偏移。

第四纪地层中断层同震错动行为的离心机试验研究

运用试验地球物理学的原理和方法来研究认识当地震发生时在第四纪地层中断层同震错动行为的有关特征,为减轻地震灾害相关问题进行基础研究.原创了在试验模型中预制断层的方法来模拟第四纪地层中存在的断层,用离心机模拟试验研究第四纪地层中不同活动年代、不同上断点深度断层的同震错动行为,特别是地表破坏(地表形变和破裂)特征,取得了新的明确认识,给出了不同场地条件下建设工程应对地震地表破裂造成直接破坏的避让距离.因此这项工作不但有着基础科研意义,而且具有对工程建设防震减灾的实际应用意义.

基于统一强度理论的条带煤柱设计

现有条带煤柱设计方法偏于保守,急需更合理有效的条带煤柱设计方法,以提高条带开采的煤炭采出率。基于统一强度理论,建立了合理考虑中间主应力影响的条带煤柱极限强度公式,进而将其应用于条带煤柱屈服宽度和留设宽度的解析计算,并与Wilson公式以及广义SMP准则的拓展结果进行比较,得出中间主应力、煤层黏聚力和内摩擦角的影响特性。研究结果表明:本文所得统一计算式是一系列有序解的集合,具有广泛的理论意义;中间主应力、煤层黏聚力和内摩擦角对条带煤柱设计影响显著,应充分考虑中间主应力效应和煤层强度参数变化;Wilson公式结果过于保守,广义SMP准则结果是本文统一强度理论结果的一个线性逼近。

条带煤柱设计的强度准则效应研究

条带开采广泛应用于深部煤层,合理的条带煤柱尺寸对提高煤炭采出率和保护地表地貌都具有十分重要的意义。通过总结平面应变状态下Wilson准则、Mohr-Coulomb(M-C)准则、广义Matsuoka-Nakai(M-N)准则、广义Lade-Duncan(L-D)准则和外接圆Drucker-Prager(D-P)准则等5种强度准则的统一表达式,进而建立条带煤柱的极限强度、屈服宽度和留设宽度的统一计算公式,探究条带煤柱设计的强度准则效应,并得出煤层黏聚力和内摩擦角的影响特性。研究结果表明:建立的统一计算式涵盖文献已有解,且应用非常方便;条带煤柱设计的强度准则效应显著,Wilson准则和M-C准则的结果过于保守,外接圆D-P准则应用需谨慎,应优先选用广义M-N准则或广义L-D准则;煤层黏聚力和内摩擦角对条带煤柱设计的影响明显,应充分考虑煤层的强度参数变化。该研究结果可为条带煤柱的合理设计与施工提供一定的理论指导。

鸡尾山特大型岩质滑坡的物理模型试验

鸡尾山滑坡的失稳模式为斜倾厚层岩质滑坡视向滑动。为了研究这种独特的特大型岩质斜坡失稳模式,利用土工离心机,对1个包含4组结构面的地质力学模型进行物理模型试验。研究结果表明:随着离心机加速度的不断增大,后部块体首先失稳并推挤前缘关键块体,粘贴在滑块与基座之间的裂缝监测应变片从斜坡后缘到前缘相继发生破坏;当离心加速度达到80g(1g=9.8 m/s2)时,斜坡前缘关键块体发生位移突变,产生瞬时视向滑动破坏,引起整体滑坡;软弱夹层抗剪强度的降低和关键块体瞬时失稳是鸡尾山滑坡发生的主要原因,斜倾厚层岩质滑坡视向滑动具有"后部块体驱动前缘关键块体失稳"的特征,斜坡的初始变形破坏是一个从稳定到失稳渐进发展的过程。

地层错动引起的上覆砂层变形特性的离心试验研究

地层错动引起的基岩上覆土体变形对地表的建筑物、地下管线和隧道的安全带来潜在危险。为减小这种危险给人们的生命财产带来的损失,掌握地层错动引起的上覆土层的变形行为规律,通过土工离心试验,采用PIV图片测距技术,研究不同基岩错动量下竖向正断层错动造成的地表变形特点和断层裂缝在砂层中传播的规律。通过分析试验得到位移和应变场,得到以下几点认识:(1)不均匀沉降地表宽度(剪切区)并不随基岩错动位移的增大而线性增大,尤其在下盘,其宽度增大幅度很小;(2)基岩向下错动给上盘带来的干扰和破坏大于下盘;(3)裂缝传播整体传播方向偏于上盘。主裂缝的总体传播方向与断层平面的夹角约等于土体在土层平均围压下的剪胀角。当裂缝传至土体上部时,传播角会向上盘偏转而变大。

地层错动引起的上覆饱和黏土层变形特性的离心试验研究

地震断层错动会引起上覆土层变形,从而造成断层附近的建筑结构、管线产生附加的变形和内力引起破坏。通过一个土工离心机试验分析上覆饱和黏土层在4步连续断层错动作用下的静力响应行为。着重分析断层错动引起的地层变形的范围、不均匀沉降区的分布特点、剪切裂缝在土层传播路径及地表开裂的位置等工程上重点关注的问题。得到以下几点认识:(1)基岩断层错动引起的地层变形范围基本上不受基岩错动量大小的影响。(2)断层错动引起地层的不均匀沉降区基本呈三角形分布,其地表宽度约为1倍左右的土层厚度。(3)基岩错动引起的主剪切裂缝基本沿竖直方向向上传播,其传播距离取决于基岩错动量及土体的破坏应变。(4)基岩断层错动在主剪区的下盘一侧边缘会产生张拉裂缝,且产生张拉裂缝所需基岩错动量远小于产生剪切裂缝所需的错动量。

考虑吸附-解吸效应的多孔介质中颗粒加速迁移问题解析解

建立考虑吸附-解吸效应的颗粒加速迁移问题控制方程,通过Laplace变换和Fourier变换求出颗粒瞬时和周期性注入情况下点源和面源问题的解析解。同时,开展点源瞬时注入方式下颗粒迁移试验,并将试验和理论计算结果进行对比分析,两者较为吻合,从而验证了解析解的正确性。点源瞬时注入方式下颗粒迁移参数的分析进一步表明:吸附系数越大,颗粒的浓度峰值越小。解吸系数对浓度峰值左侧曲线影响较小,而对浓度峰值右侧曲线来说,解吸系数不仅影响颗粒浓度,也影响颗粒迁移时间;浓度等值线在x-y平面上的形状近似为椭圆形,解吸系数越大,相应的浓度等值线的范围越大;随着y方向弥散系数增大,浓度峰值上、下两侧的等值线梯度逐渐减小。研究成果可为地下污染物治理、地下水开采、核废料处置以及城市固体废弃物填埋等工程提供理论基础。

鼓形变位模式下柔性挡土墙的主动土压力分布

针对鼓形变位模式的柔性挡土墙,采用库仑土压力理论的假设,挡土墙上的主动土压力假定由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿填土深度方向取典型水平薄层单元进行分析,分段建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,给出了鼓形变位模式下,柔性挡土墙上的土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和有关实验结果进行了比较分析。结果表明,鼓形变位模式下,土压力合力与库仑土压力理论结果相等,土压力分布和合力作用点位置则明显不同;墙顶附近的土拱作用改变了土压力的分布,本文方法与前人实验得到的土压力均大致呈R形分布。最后,利用本文解,对土体内摩擦角、墙土摩擦角、土薄层单元间等效内摩擦角、墙体最大变位点深度等参数对挡土墙土压力强度、土压力合力和合力作用点的影响进行了分析。

断层同震错动行为离心机模拟研究中的边界条件处理方法探索

采用离心机物理试验模拟方法研究认识当地震发生时第四纪地层中断层同震错动行为特征的工作中,若采用单一简化的边界条件难以取得合理可信的结果.本文首次采用了对比约束最大(刚性边界)和约束最小(随动边界)两种边界约束试验的方法,来控制性认识应当介于这两种情况之间的自然界中不同边界约束情况下的有关问题.试验取得了合理且与野外地震现场情况基本相符的试验结果,明确给出了建设工程安全避让距离.这项工作不但进行了对边界条件处理的基础科研方法探索而且对工程建设防震减灾有实际应用意义,相关研究成果已经应用于《中华人民共和国国家标准GB 50011—2010,建筑抗震设计规范》.如果这种方法用于数值模拟研究同类问题中也可行的话,将可以从新的角度来考虑数值模拟工作中的边界约束条件难以处理的问题.

柔性挡墙主动土压力数值分析

目前柔性挡土结构上的土压力仍采用经典的土压力理论,还没有公认成熟的土压力计算方法。采用平面有限元法对前人的锚撑式柔性挡墙模型试验进行数值模拟,研究鼓形变位模式下挡墙的主动土压力分布、土压力系数和土压力合力作用点高度的变化规律,并探讨挡墙厚度的影响。

考虑加速效应的多孔介质中颗粒三维迁移模型研究

基于已有的颗粒一维迁移模型,建立一个考虑加速效应的颗粒三维迁移模型。通过Laplace变换和Fourier变换,给出点源和面源形式下的颗粒瞬时注入和周期形式注入问题的解析表达式,分析了点源瞬时注入情况下时间、距离、沉积系数、弥散系数等的影响机理。研究结果表明:随着时间增大,迁移颗粒浓度峰值逐渐减小,并且浓度峰值所对应的x坐标值逐渐增大。其次,浓度等值线在x–y平面上呈椭圆形状,在x方向上靠近颗粒注入口的等值线排列较密,远离注入口的等值线排列较疏。随着时间增大,低浓度等值线的范围逐渐向四周扩大,高浓度的等值线的范围逐渐缩小。另外,沉积系数越大,浓度等值线的范围越小。然而,随着x方向的弥散系数增大,等值线在x方向上逐渐向两侧拉长,而等值线在y方向上的范围逐渐缩小。

模拟研究中的控制性边界条件处理方法探索

无论是在数值模拟还是试验模拟研究工作中，正确处理边界条件是研究结果有意义、合理、可靠的前提。过去在模拟研究中，最多也最方便的是用刚性边界条件作为边界约束条件，显然这只是一种近似的无奈做法。对于采用非刚性边界条件约束，首先面对的难题就是还不能准确认识其在自然界中的实际情况，难以找到依据。本文在对断层同震错动行为进行离心机模拟试验研究的过程中，尝试采用对比约束最大（刚性边界）和约束最小（随动边界）两种边界约束试验的方法，来控制应当介于这两种情况之间的自然界中的不同边界约束条件。不难理解，这样的方案取得的研究结果应当能更真实、控制性地去认识自然界中实际问题。这种控制性边界条件处理方法在用于类似问题数值模拟研究中，也应该是值得尝试的。

严重偏压作用下非对称基坑的变形及受力特性

为了研究严重偏压作用下的非对称基坑变形及受力特性,依托福建省厦门市某非对称工作井基坑工程,通过现场监测方法分析非对称基坑在严重偏压作用下围护桩变形特性与支护内力响应.结果表明:在严重偏压作用下,非对称基坑围护桩桩顶整体产生旋转变形,桩身将产生两个方向的水平位移,切向水平位移存在悬臂状和“凸肚”状两种不同的变形模式;超挖、降雨等恶劣情况将严重影响非对称基坑围护结构变形及支护受力;设计、施工和监测应充分考虑基坑的非对称特性,单一考虑围护桩法向变形不利于工程风险控制.