滑坡微型桩群桩加固工程模型试验研究

以黄土为滑坡介质,采用土压力盒和位移计等测试手段,完成一系列微型桩与滑坡体相互作用的模型试验,研究微型桩加固滑坡体的承载机理、受力情况及破坏模式。试验结果表明:微型桩所受的滑坡推力呈上小下大的三角形分布,且随加载量的增加合力作用点逐渐向滑面靠近;桩后滑床抗力相对较小,主要分布于桩底附近;桩前滑体抗力和桩前滑床抗力均呈上大下小的三角形分布,分别分布于滑面上30cm以上的范围和滑面下0～35cm的范围;滑面上33cm至滑面下27cm范围内的桩身弯矩较大,最大弯矩位于滑面下7cm处;不同配筋形式微型桩的破坏模式不同,桩周配筋的微型桩于滑面处产生弯剪破坏,桩心配筋的微型桩于滑面上下各1.2～1.8m的范围内发生弯折破坏;微型桩附近的滑坡体中产生拉张裂缝和剪切裂缝;微型桩可有效提高滑坡的稳定系数,采用桩周配筋和桩心配筋两种微型桩加固稳定系数为1.10的滑坡后,可分别将滑坡的稳定系数提高至1.58和1.46;桩周配筋微型桩治理滑坡的效果要优于桩心配筋的微型桩。研究结果可为微型桩的设计提供一定的科学依据。

微型桩单桩加固滑坡体的模型试验研究

通过开展滑坡基本参数试验和微型桩加固滑坡体的模型试验,研究微型桩单桩加固滑坡体的承载机理、受力情况及破坏模式。结果表明:微型桩可有效提高滑坡的稳定系数,采用微型桩加固滑坡后,可将滑坡的稳定系数由0.96提高至1.35;微型桩所受的滑坡推力呈上小下大的三角形分布,滑床抗力呈上大下小的三角形分布,且随加载量的增加合力作用点逐渐向滑面靠近;微型桩于滑面附近发生破坏,其破坏模式可判断为弯剪破坏。

滑坡防治独立微型桩性状的大型物理模型试验研究

通过进行独立微型桩与滑坡相互作用的大型物理模型试验,采用土压力盒、位移计和应变片等测试手段,研究滑坡作用下独立微型桩的受力情况、变形破坏模式及弯矩分布规律等。试验结果表明:独立微型桩的破坏部位位于滑面附近,破坏模式为弯曲与剪切相结合的破坏;滑面上下各15倍桩径的范围内桩土相互作用较明显,此范围外的桩身与周围土体基本共同变形;独立微型桩发生破坏时的桩顶位移量约为1/4倍桩径,且破坏后的微型桩依然有抗滑能力,主要由桩身配筋的拉力提供;独立微型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩,弯矩主要分布在滑面附近,且受荷段承受反弯矩。

微型桩群桩受力分布规律及破坏模式的试验研究

运用地质力学模型试验方法,完成了微型桩与滑坡体共同作用的大型物理模型试验,研究滑坡防治中微型桩的受力分布规律与破坏模式。试验结果表明:微型桩各排桩在滑坡滑动时同时受力,各排桩的受力分布情况基本相同。微型桩所受滑坡推力基本呈梯形分布,滑面附近土压力较大;第一排桩的桩前滑体抗力呈倒三角形分布,其余各排桩的桩前滑体抗力呈抛物线形分布;桩后滑床抗力较小,呈矩形分布;桩前滑床抗力主要分布于滑面附近。微型桩各排桩同时发生破坏,破坏区域位于滑面上下各3倍桩径左右的范围内,为弯曲与剪切相结合的破坏模式。

基于模型试验的滑坡防治微型桩设计方法

通过开展微型桩与滑坡相互作用的大型物理模型试验,总结滑坡作用下微型桩的性状,在试验结果的基础上提出一种微型桩防治滑坡的设计方法。试验结果表明:微型桩的破坏是因滑面处的桩体抗弯剪能力不足引起的,桩身混凝土破碎后,微型桩抗滑机理由抗弯、抗剪转为钢筋抗拉;群桩中各排桩的水平变位无明显差异,各排桩所受的滑坡推力沿滑坡滑动方向逐渐减小。基于试验结果,提出一种微型桩防治滑坡的设计方法,按微型桩在滑面处抗剪进行设计,同时考虑了各排桩所受滑坡推力的不均匀分布。

滑坡微型桩单桩加固工程室内物理模型试验研究

通过微型桩与滑坡体相互作用的室内物理模型试验研究,为微型桩设计提供一定的依据。实验室内采用长3m,宽1.8m,高2.2m模型箱,模型箱中黄土分层填筑、夯实模拟滑床及滑体,圆弧状滑带采用双层塑料薄膜模拟,微型桩采用钢筋混凝土浇注,用压力盒与位移计观测压力与位移,滑体上部分级施加4kPa荷载,加载24kPa后,滑坡发生失稳。试验结果表明:微型桩加固滑坡后,滑坡的稳定系数由1.10提高到1.29;微型桩所受的滑坡推力呈三角形分布,桩前滑体抗力主要分布于埋深约1/3桩长的范围内,近似呈抛物线形分布;滑床抗力呈两个相对的三角形分布;试验中所用微型桩的破坏模式为滑面附近的弯曲与剪切相结合的破坏。

FAST台址巨石混合体边坡开挖稳定性分析

FAST台址巨石混合体的开挖稳定性对工程的建设和安全运营具有重要的意义。本文选取典型剖面,对FAST台址巨石混合体边坡在开挖后可能发生的坡体内部深层滑动和表层块体失稳两种破坏模式进行研究。结果表明:巨石混合体边坡沿最危险滑动面滑动的稳定系数约为2.8,不会发生坡体内部滑动。开挖后坡体上部较陡部位的表层块体由于失去支撑而发生失稳,再带动后方的块体运动。块体运动过程中重新堆积、咬合,体现出一定的自稳性。研究结果可为FAST台址巨石混合体及类似地质体的稳定性评价提供参考。

后头山隧道围岩岩爆预测研究

从后头山隧道的工程地质状况入手，结合现场实测的地应力值，通过有限元分析获取了隧道开挖后的洞周应力值，以此为依据，结合室内岩石试验和不同岩爆判据，对后头山隧道围岩岩爆进行了预测。

地裂缝对地铁明挖整体式衬砌隧道影响机制的模型试验研究

以西安地铁2号线穿越地裂缝带为研究背景,采用几何缩比1∶5的大比例尺地裂缝与地铁隧道结构模型试验,研究了地裂缝活动对地铁明挖隧道整体式衬砌结构的影响机制。试验结果表明:随地裂缝位错量的增加,隧道顶部土与结构接触压力上盘明显增大,下盘减小,底部接触压力上盘减小直至为0,下盘则明显增大;当地裂缝位错量达到20 cm时,位于地裂缝上盘的隧道结构底部出现脱空现象,下盘2.5 m处衬砌出现开裂,对隧道底部脱空区应及时进行注浆等地基处理;隧道底板基本处于受压状态,而顶板受力较复杂,下盘受拉,上盘则先受拉后受压。地裂缝作用下隧道变形破坏模式为拉张破坏,且隧道衬砌开裂主要出现在下盘距地裂缝14.0 m范围内,而位于上盘的隧道衬砌基本完好,这与地裂缝活动引起土体和地表建(构)筑物的变形破坏主要发生在上盘刚好相反。研究结果可为西安地铁穿越地裂缝的隧道结构设计与防治措施制定提供一定参考。

地裂缝破裂扩展的大型物理模拟试验研究

通过大型物理模拟试验,研究了具有正断层性质的隐伏地裂缝破裂扩展时,下伏断层位错引起上覆土体中的应力场和位移场等的变化规律,以及隐伏地裂缝向上破裂扩展模式和平、剖面结构特征,并对裂缝的破裂过程进行了分析;将模拟试验结果与西安地裂缝的破裂扩展模式及建筑物的破坏模式进行对比分析发现,模拟试验结果与西安地裂缝剖面结构不一致,但与地裂缝带上建筑物的破裂形式相一致,这证明了西安地裂缝的形成年代较为久远,是一种早就存在的接近地表的构造破裂面,过量开采地下水则使其重新开启而形成地表裂缝.大型物理模拟试验取得的重要成果对于揭示西安地裂缝的成因机理具有重要的指导意义.

强震区高位滑坡远程灾害特征研究——以四川茂县新磨滑坡为例

近年来,在汶川地震等强震区常发生一种特大的高位滑坡地质灾害,它从高陡斜坡上部位置剪出并形成凌空加速坠落,具有撞击粉碎效应和动力侵蚀效应,导致滑体解体碎化,从而转化为高速远程碎屑流滑动或泥石流流动,并铲刮下部岩土体,使体积明显增加。新磨滑坡就是这种典型,它发生于2017年6月24日,滑坡后缘高程约3450m,前缘高程约2250 m,高差1200 m,水平距离2800 m,堆积体体积达1637×10~4m^3,摧毁了新磨村村庄,导致83人死亡。新磨滑坡地处叠溪较场弧形构造带前弧西翼,母岩为中三叠统中厚层变砂岩夹板岩,是1933年叠溪Ms7.5级震中区(烈度X度)和汶川Ms8.0级强震区(烈度IX度),形成震裂山体。滑源区分布多组不连续结构面,将厚层块状岩体分割成碎裂块体,在高程3150~3450 m区间形成明显的压裂鼓胀区,特别是存在2组反倾节理带,具有典型的"锁固段"失稳机理。滑坡体高位剪出滑动,连续加载并堆积于斜坡体上部,体积达390×10~4m^3,导致残坡积岩土层失稳并转化为管道型碎屑流;碎屑流高速流滑至斜坡下部老滑坡堆积体后,因前方地形开阔、坡度变缓,转化为扩散型碎屑流散落堆积,具有"高速远程"成灾模式。据此,可建立强震山区高位滑坡的早期识别方法,当陡倾山脊存在大型岩质高位滑坡时,应当考虑冲击作用带来的动力侵蚀效应和堆积加载效应,特别是沿沟谷赋存丰富的地下水时,发生高速远程滑坡的可能性将明显增加。因此,在地质灾害调查排查中,在高位岩质滑坡剪出口下方的斜坡堆积体上的聚居区等应划定为地质灾害危险区。在强震山区地质灾害研究中,不仅应采用静力学理论分析滑坡的失稳机理,而且应采用动力学方法加强运动过程的成灾模式研究。

斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的土工离心模型试验

采用石膏、水泥和重晶石按一定比例混合水,制作包含4组结构面的地质力学模型,利用土工离心机进行物理模型试验,研究斜倾厚层岩质滑坡视向滑动机制。离心模型试验成果表明,鸡尾山滑坡视向滑动的主要原因是软弱夹层软化与关键块体失稳,与地质调查结论一致。随着离心加速度的逐级增大,驱动块体首先达到极限平衡,随后进入蠕滑变形阶段,挤压前缘关键块体。当离心加速度达到16.2 g时,关键块体瞬时失稳发生视向滑动,引起斜坡整体失稳。土工离心模型试验结果重现了斜倾厚层岩质斜坡视向滑动的"后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳"模式。

地裂缝活动对土体应力与变形影响的试验研究

通过进行西安典型地层环境下地裂缝活动的大型模型试验,研究了隐伏地裂缝活动引起附近土体应力与变形的规律。试验表明,地裂缝活动在上盘土体中产生负的附加应力,引起土体应力降低,而在下盘土体中产生正的附加应力,引起土体应力增强,且距离地裂缝越远由地裂缝活动引起的附加应力越小。地裂缝活动导致其两侧土体发生台阶状位移突变现象,随着地层由深至浅,土体变形范围明显增大,且影响区范围上盘大于下盘。地裂缝活动引起附近土体应力的分布在空间上大致分为4个区域即下盘原始应力区、应力增强区、应力降低区和上盘原始应力区,其中应力降低区范围约为应力增强区的1.5～2倍。同时,地裂缝附近土体沉降变形也可分为3个带,即下盘稳定带、差异沉降过渡带和上盘稳定带,其中上盘差异沉降带范围约为下盘沉降差异带的2倍。

地裂缝活动对地铁区间隧道地层应力与位移影响的试验研究

以西安地铁明挖区间隧道穿过地裂缝带为研究背景,通过几何比1∶5的大比例尺地裂缝与地铁隧道模型试验,研究了地裂缝活动引起地铁隧道地层应力与位移变化规律。试验结果表明:地裂缝活动在上盘地层中产生负的附加应力,出现应力降低区,而在下盘产生正的附加应力,出现应力增强区,且距离地裂缝越远附加应力越小。随上盘沉降量的增大,上盘隧道顶部地层应力增加,两侧逐渐减小,而下盘隧道顶部地层应力逐渐减小接近于零,两侧地层应力则逐渐增大。地层位移和地表沉降变形随地裂缝位错量增加而增大,横向呈现上、下盘相反的变化规律,同时上盘地表出现与地裂缝近似垂直的纵向拉张裂缝,影响范围约为2倍隧道宽度,下盘地表出现与地裂缝大致平行的横向拉张裂缝,影响宽度约为2.5倍隧道宽度。研究结果可为地裂缝环境下地铁隧道沿线城市规划与地裂缝灾害防治提供参考。

转炉倾动系统的平滑启动研究

转炉作为炼钢车间电气传动控制系统中的最关键部分,采用四台电机协调工作的拖动方案,就转炉倾动过程的平滑启动问题进行了研究。其控制过程采用一主三从的方案,外环采用速度环,内环采用电流环。其中,电流环采用预测前馈补偿的新型调节器。比较传统的PID调节器,应用此调节器提高了4台电机启动的同步性和协调性,并且通过工厂实际实验验证了本方案的可行性。

基于移动3S技术的地质灾害野外调查数据采集系统设计与实现

本文紧密结合现阶段我国地质灾害调查工作流程和技术要求,以平板电脑(PAD)为移动终端,基于Android系统和移动GIS平台,集成地形图、地质图、高精度遥感影像等多类型、多尺度矢量图和栅格图为一体,结合GPS定位、语音录入等技术,设计实现了地质灾害调查野外观测定点、调查表填写、实体勾绘、平剖面图绘制、拍照记录、调查路线采集等工作全流程信息化,能够为地质灾害野外调查技术人员提供快速、准确、便捷的数据采集支撑服务;同时,实现地质灾害调查室内资料准备、野外数据采集、室内资料整理三个环节无缝对接,显著提高工作效率。

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。

FAST大型岩溶洼地场地岩土治理关键技术研究

FAST(500m口径球面射电望远镜)选址于大型岩溶洼地,洼地的工程地质和水文地质条件极为复杂,台址开挖制约因素多并相互交叉影响,技术难度大,岩土治理具有独特性和开创性,该课题取得如下创新性成果:①建立大型岩溶洼地开挖中心多目标多属性优化决策的分析确定方法,求解出性能最佳、造价最低、地质危害最小的开挖中心空间坐标;②针对含有较大粒径的岩堆,基于离散元计算结果,提出岩堆主动土压力的计算方法,并提出适用于山区的岩堆整体补强加固结构;③针对大型岩溶洼地边坡外形特点,分析凸坡、凹坡的稳定性及影响因素,并分析望远镜下拉索拉力作用对球冠形边坡稳定性的影响;④针对两处裂隙发育强烈的超高岩质边坡的静动力稳定性进行离散元模拟,根据所揭示出的破坏模式提出相应的加固措施;⑤根据FAST洼地的地貌特征,采用人工泄水隧道与天然岩溶管道流相结合的排泄系统,建立起大型岩溶洼地综合防洪、排水系统,有效地降低地表水、地下水对FAST工程的影响。课题成果在FAST工程中得到全面的成功应用,为射电望远镜国家科研重大基础设施建设的顺利实施提供重要支撑。

巨石混合体力学性质的数值试验分析

基于蒙特卡罗法建立巨石混合体随机块体模型,进行了双轴压缩数值试验,对巨石混合体的力学性质及参数取值进行了研究。结果表明:巨石混合体具有高围压条件下的应变硬化和低围压条件下的应变软化特征,且具有剪胀性;低应力条件下巨石混合体的抗剪强度符合莫尔-库仑强度理论,抗剪强度参数与块体表面的摩擦系数有关,其内摩擦角比块石表面摩擦角大10°左右。

轧机码盘偏心影响速度检测的分析及消除算法研究

针对轧机速度控制中存在的光码盘偏心问题,建立了实际几何计算模型,推导出高精度的近似计算方法。通过仿真结果对比,验证了简化模型的有效性和高精度。给出了偏心度和初始角度的在线辨识方法,并在连续模型的基础上,进一步推导出基于数字控制系统传统测速方案的离散模型。该模型算法简单,实际运行效果验证了该算法的有效性,具有很好的推广应用价值。