地铁循环荷载下黏土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

为揭示地铁循环荷载作用下受黏土污染圆砾的长期动力特性,利用GDS大型三轴循环试验系统,开展了一系列饱和不排水动三轴试验,分析了不同围压及动应力幅值下黏土污染水平(clay fouling level,VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明:随着VCI的增加,试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势,污染黏土由润滑作用转变为填充作用,围压为100 kPa时,界限VCI=30%,围压为200 kPa、300 kPa时,界限VCI=20%;VCI对浅埋地铁隧道(σ_(3)=100 kPa)影响较大,威胁行车安全,而对深埋地铁隧道(σ_(3)=200 kPa、300 kPa)影响较小,地铁运行相对安全;随VCI的增加,试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小,而回弹模量则先减小后增大,但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。

超固结黏土不排水剪切的屈服与临界状态

以研究超固结黏土的屈服与临界状态为目的,通过GDS三轴剪切试验仪(GDS triaxial shear testing apparatus)开展了一系列不同超固结状态的黏土不排水剪切试验。为对黏土的应力路径进行分析,选取了能描述超固结状态不同时土的屈服特性的ALPHA(α)模型。分析了黏土的偏应力/孔压-应变曲线变化趋势,并确定了孔压达到峰值时土体为破坏状态。根据应力破坏点拟合出临界状态线,提出了针对不同超固结比的不排水抗剪强度的计算公式。试验结果表明:不排水剪切试验中,前期固结压力相同时,超固结比越小,抗剪强度越高,但是屈服强度并非随超固结比的降低而单调递增变化;超固结比相同时,前期固结压力越大,抗剪强度越高,屈服强度也越高;正常固结和轻超固结土的破坏应变皆在5%左右,而重超固结土则呈现明显的剪胀现象和脆性破坏,破坏应变小于2.5%;正常固结和轻超固结土的应力路径呈“S”形,重超固结土的应力路径呈不断增长的趋势。根据破坏标准,重超固结土和轻超固结土、正常固结土共用一条临界状态线,不排水抗剪强度计算公式参数较少,易获取,易嵌入本构模型中,应用方便。

平陆运河土石方多路径利用的基础问题与解决途径

平陆运河是西部地区陆海新通道骨干工程,其建设过程将产生涵盖23种岩土类型、成分杂且分布散的土石方约3.39×10^(8)m^(3),因而土石方资源化利用是建设平陆运河绿色工程的重要组成部分;正在实施的土石方利用途径以抬填造地为主(占50%以上),存在高品质的资源化利用率低、产品应用需求研究滞后、创新技术少、数字化程度低、碳排放评价缺失等基础问题,阻碍了平陆运河土石方的多路径高效利用。本文针对相关基础问题,着重从资源化、数字化、低碳化的角度出发,提出了平陆运河土石方利用创新解决途径:挖掘工程自身及周边地区的潜在应用需求,根据不同岩土的类型分别形成利用途径,实现多场景应用和多路径利用;构建开挖区土石方地质信息模型、土石方信息数据库等,形成土石方的数字化“挖-运-储-用”技术;建议针对多利用路径的碳排放进行生命周期评价,结合土石方数据库开展碳排放的动态评价,研发模块化移动式处置装备、原位利用技术以支持实现降本减碳。在平陆运河工程的现状基础上,资源化、数字化、低碳化的有机结合将为平陆运河绿色工程建设提供坚实支撑,也可为后续其他工程的土石方多路径利用提供技术参照。

艰险山区斜坡段挖井基础荷载传递特性分析

针对目前艰险山区斜坡段挖井基础承载力传递特性研究严重滞后的现状,依托乐业至望谟高速公路运赖特大桥左幅10#挖井基础工程实际,通过建立考虑桥墩-挖井基础-岩土体耦合作用的三维有限元模型,探讨了水平荷载和竖向荷载共同作用下斜坡段挖井基础的荷载-位移关系、轴力传递机制以及侧壁摩阻力和基底接触压力的变化规律。结果表明,水平荷载施加会使挖井基础顶面沉降增大,但不同水平荷载对基础顶面沉降影响较小;基础深度和侧壁摩阻力对挖井基础的轴力传递影响较大,同时基础轴力在基础端部还会出现骤减现象;水平荷载在2/3 L深度范围内对侧摩阻力的影响较大;侧摩阻力呈现双峰型分布,在基础端部还会出现一定的应力隆起情况;侧壁接触压力存在2个峰值,分别位于基础顶面与0.93L处。

圆砾地层深基坑坑角效应对邻近建筑物变形的影响

[目的]在基坑坑角效应影响下,坑角处的围护结构变形差异显著,建筑物沿基坑各方向会产生不同的沉降值,坑角效应对圆砾地层的影响尤为显著,极易造成建筑物破坏。因此,需研究圆砾地层深基坑坑角效应对邻近建筑物变形的影响规律。[方法]以南宁轨道交通5号线广西大学站为例,通过分析实际监测数据获得车站深基坑坑角效应的影响范围;采用Plaxis软件建立三维有限元计算模型,分析坑角影响范围内的地连墙和邻近建筑物的变形规律。[结果及结论]圆砾地层的坑角效应范围为2.8 H(H为基坑开挖深度),坑角效应将导致基坑中部的地连墙最大水平位移较坑角处大,最大增加幅度为82.2%。当建筑物与坑角距离≥1.5 H时,坑角效应对建筑物的变形约束作用有所减弱。随着建筑物与坑角及坑边距离的变化,在垂直于基坑边的方向上,建筑物纵墙的不均匀沉降值、倾斜率变化曲线均呈现出陡降式的抛物线变化趋势;在平行于基坑边的方向上,建筑物横墙的不均匀沉降值、倾斜率曲线的变化可划分为陡降式、上凸式、下凹式抛物线变化趋势。

南宁地铁区域饱和圆砾土大型动三轴试验研究

以南宁地铁区域圆砾层土质为研究对象,对饱和状态下的圆砾土开展了一系列大型排水动三轴试验,分析了相对密实度、动应力幅值和振动次数对饱和圆砾土累积应变、应力–应变滞回圈和孔压的影响。研究表明,饱和圆砾土累积轴向应变?–振动次数N曲线在动应力幅值较小时为稳定型曲线,呈双曲线增长规律,其参数?与初始相对密实度Dr呈线性关系;动应力幅值较大时为破坏型曲线,呈幂函数增长规律。饱和圆砾土应力应变滞回圈形状呈双直线型,其面积在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大后减小,其割线模量随着振动次数的增加先减小后增大。饱和圆砾土的孔压在动应力幅值较小时随着振动次数的增加先增大再减小,且循环加载后期Dr=0.5试样的孔压大于Dr=0.3和Dr=0.7试样的孔压,这与不同初始相对密实度条件下粗粒土的破碎特性有关。

不同埋深盾构双隧道及开挖顺序对临近管线的影响研究

以不同埋深双隧道、不同开挖顺序对临近地埋管线的影响为研究目的,在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,并采用考虑土体非线性小应变特性的HP(Hypoplasticity亚塑性)模型和基于地层损失比的位移控制法进行有限元模拟分析。研究结果表明,不同埋深双隧道、不同开挖顺序对地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变的影响较大。双隧道开挖完成后管线下凸区(管线底部受拉区)分布范围为-2.5D_T^1.5D_T(DT为隧道外径),且管线下凸区最大弯曲应变约为管线上凸区(管线底部受压区)最大弯曲应变的2倍。不应简单采用叠加原理对不同埋深先后开挖双隧道所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累积剪切应变及管-土相对刚度对预测结果的影响。

盾构双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对管线的影响研究

在离心模型试验中同时考虑隧道开挖所致地层损失效应和质量损失效应,研究不同开挖顺序及不同布置形式下双隧道开挖对管线的影响规律。同时采用基于地层损失比的位移控制有限单元法对离心模型试验及其他4组拓展工况进行分析,其中土体本构模型采用考虑土体小应变特性的HP（Hypoplasticity model）模型,并将试验结果与已有的解析方法进行对比。研究结果表明,双隧道不同开挖顺序及不同布置形式对地表沉降、管线沉降、管线弯曲应变的影响显著;管线存在所产生的＂遮拦＂效应对管线正上方地表沉降的影响程度随着自由场最大地表沉降的增加而逐渐加剧;双隧道开挖所致管线沉降的主要影响区域为-1.2DT～1.2DT;实际工程中应加强浅埋后继隧道开挖时管线工作性状的监测工作,且不应简单采用叠加原理对不同施工工序及不同布置形式的双隧道开挖所致地表沉降、管线沉降及管线弯曲应变进行预测,应合理考虑后继隧道开挖所致土体的累计剪切应变及上覆隧道的遮拦效应对管–土相对刚度的影响。

南宁膨胀土长期压缩特性研究

膨胀土的结构、胀缩机制、力学特性和改良方法等方面已有广泛研究,但关于膨胀土长期压缩特性研究甚少,而需对膨胀土地区路基长期稳定性、隧道开挖对地基及地下构筑物长期影响的研究,使得膨胀土长期压缩特性的研究变得尤为重要。采用取自南宁地铁东站某基坑膨胀土进行长期一维压缩试验,研究固结压力、含水率分别对压缩指数Cc、次压缩系数C a的影响、压缩指数Cc与次压缩系数C a的关系、预压处理和石灰处治对膨胀土长期压缩特性的影响,寻求降低膨胀土次压缩性的最佳方案。试验结果表明,南宁膨胀土的压缩指数与次压缩系数呈线性关系;与其他黏土相比,膨胀土次压缩特性较低;预压处理和改良处理可以减小土体的次压缩性,经预压处理的改良膨胀土次压缩性最低。

基于饱和土总应力强度指标的非饱和土强度理论及其应用

实际工程中求解和测定吸力比较困难,特别在不排水条件下,吸力并非常量,从而难以确定。而饱和度相对容易确定,选择饱和度代替吸力,建立关于饱和度的非饱和土的抗剪强度公式有着重要的实用价值。提出不排水(等含水量)条件下的基于饱和土总应力强度指标的抗剪强度公式,克服了以往相关模型只适合于较小范围的缺陷,能够实现从非饱和土状态到饱和状态的平稳过渡,同时更能反映土体的工程特性;结合非饱和土的土水特征曲线试验及常含水量三轴剪切试验成果,确定适用于云南红黏土的相关拟合参数;将所得抗剪强度公式应用于地基承载力分析中,得到地基承载力随饱和度的减少接近线性增加的结论。

红黏土地基承载力的离心模型试验与数值模拟

为了对比研究柔性和刚性浅基础黏土地基破坏机理和极限承载力,采用离心模型试验和数值分析方法研究了云南红黏土。得到如下结论:柔性基础地基相对于刚性基础地基极限承载力有明显的提高,沉降也相应增加;柔性基础地基有更好的位移协调性,其裂缝开展较晚并远离基础角点,分布更密、更均匀;刚性基础地基的滑动面要比柔性基础更大、更深;基础外侧地基土竖向位移由持续沉降转向隆起时的承载力可作为局部剪切破坏的极限承载力。

基于孔隙比和渗透系数与深度相关的深基坑开挖变形分析

基于多孔介质渗流与应力耦合作用模型,采用ABAQUS中的用户子程序VOIDRI,以实现孔隙比随深度的非线形变化,并同时设置渗透系数随深度变化。对降水开挖流固耦合分析与不考虑降水的开挖分析作对比,可以得到:每个开挖步的地下连续墙的最大水平位移发生位置随基坑的开挖深度及支撑情况而不断变化;考虑流固耦合的坑外地表沉降大于不考虑流固耦合的地表沉降;降水能显著减小基坑回弹变形;降水流固耦合作用对地表土体的水平位移的影响较小。研究成果可对基坑施工过程中的地基和围护结构变形预测提供重要参考。

子结构分析的基本原理和ANSYS软件的子结构分析方法

目前子结构的理论日趋成熟完善,并且已经广泛用于结构分析计算,但是具体操作的论述较少,初学者要掌握这一高级的分析方法并非易事.针对这种现况,本文首先介绍了子结构的基本原理,然后简述美国SASI公司开发的ANSYS软件子结构的分析方法的基本步骤,并通过一个实例演示分析过程.为了进一步加深认识与提高子结构的分析水平,又对一个特殊横梁刚架作了子结构的分析论述,有力地说明了该方法的高效性.

双隧道对群桩影响的三维离心模型试验研究

在膨胀土地基中进行了双隧道对群桩影响的三维离心模型试验,目标地层损失比为2%,着重研究引起的地基沉降槽、附加弯矩、轴力的变化规律。试验得出:膨胀土地基中每个隧道开挖形成的地表沉降槽仍符合Peck高斯曲线,双隧道共同作用形成的沉降槽可以看作是每个隧道单独作用形成的沉降槽的叠加;两个隧道开挖引起的前后桩弯矩规律类似,最大附加弯矩均出现在拱冠附近,但存在明显的前桩遮拦效应;随着第一个隧道开挖的临近及远离,前后桩轴力会发生明显不同变化,而第二个隧道影响明显不同,附加轴力最大值约为工作荷载的10%。

膨胀土地基中隧道施工对群桩影响研究

在膨胀土地基中进行隧道对群桩影响的三维离心模型试验研究,目标地层损失比为2%,着重研究引起的地基沉降槽、桩的附加沉降、附加弯矩、轴力的变化规律。试验得出:隧道开挖沉降槽空间效应明显;隧道开挖从-0.75D至1.25D时,桩附加沉降呈线性增长,隧道开挖至1.25D以后,桩依然沉降明显。前桩与后桩沉降值不同,桩帽会出现倾斜;前桩上部出现负附加弯矩而下部出现正附加弯矩,而后桩仅在下部出现正附加弯矩;前桩附加弯矩最大值出现在隧道轴线附近,且比后桩附加弯矩大得多;前桩附加轴力随着隧道的开挖而增加,且每步最大值在隧道轴线附近。后桩的轴力也随隧道的开挖而增加,但每步最大值出现在桩顶附近。

柔性和刚性浅基础的地基承载能力分析

为了研究刚性和柔性加载面下地基的破坏机制和极限承载力,着重对比分析了不考虑土体自重条件下柔性基础、基底完全光滑或完全粗糙的刚性基础的地基,采用关联流动的Mohr-Coulomb内切圆屈服准则,通过增量加载的有限元方法,全程模拟了地基由初始的线弹性状态逐渐过渡到塑性流动的极限破坏状态的过程。通过对这3种基础类型下地基的计算结果的对比分析,并结合国内外模型试验成果,得到如下结论:柔性和刚性浅基础地基在不考虑土体自重的条件下有相近的地基极限承载力,但基底水平面上竖向应力和位移的发展规律、临塑荷载及滑动面有着明显的区别。

极端气候下互层边坡的温湿耦合特性及稳定性分析

以南宁地区粉砂岩+泥岩+粉砂岩互层边坡为原型,采用温湿耦合理论对极端气候下互层边坡的温湿度场进行了分析,得到了不同气候组合条件下,互层边坡土体温湿耦合特性、温湿度场的变化规律以及稳定性的影响。结果表明:(1)短时间急剧的气候变化对土体表层的温度场与湿度场的影响较大,而对比较深层的土体的影响有限,长时间的气候作用,比如干旱,对深层土体将产生较大的影响;(2)降雨对土体温度场的影响较小,在降雨过后的蒸发作用过程中,对于边坡的中部来说,处于下层的土体在一定深度内的含水量会有一定程度的升高,这种现象在长时间干旱发生的过程中会慢慢消散;(3)边坡的稳定系数在蒸发作用下会明显升高,短期的高温蒸发作用下,互层边坡的稳定性高于无互层的边坡,长时间的蒸发条件下则是无互层的边坡更加稳定。

基于孔隙比随深度变化的基坑开挖对邻近刚柔性桩基的影响研究

基坑开挖引起邻近土体产生附加变形和应力松弛,导致邻近建筑物桩基产生附加内力和附加位移。基于修正剑桥模型,推导了孔隙比随深度非线性变化的计算公式,采用ABAQUS中的用户子程序VOIDRI进行二次开发,分析了基坑不同开挖工况下邻近桩基的附加内力和变形,并讨论了不同桩基刚度对其附加内力和变形的影响规律,得出了一些有意义的结论,可为基坑设计和施工过程中的邻近建筑物桩基变形预测提供参考。

吸力强度修正对数模型在地基承载力中的应用

为准确反映非饱和土体中吸力对抗剪强度的影响规律,提出了吸力强度修正对数模型。与国内外试验结果相此,发现该模型在低吸力范围内与以往的模型有很好的同一性,而在高吸力范围内有着更大的优越性。该模型中各参数物理意义更为明确,与土-水特征曲线的特征值的关系更为紧密,通过引入参数b能更好地模拟具有不同特征残余值的土体。把该修正对数模型引入到地基承载力的分析中,发现饱和度对地基承载力的影响显著,吸力的存在能大大地提高承载力,并且饱和度越低,递增的速率也越大。

地下水位循环变化时隧道开挖对群桩的长期影响研究

为解决地下水位随季节升降变化时隧道开挖对邻近桩基的长期影响难题,通过三维离心模型试验,研究了地下水位循环变化时隧道对群桩的长期影响。主要分析水位循环变化时地表长期沉降、桩顶长期附加沉降、桩身长期附加弯矩和附加轴力的变化规律。试验结果表明:在隧道附近,地下水位循环变化尤其是降水对地表长期沉降影响更为明显。地表长期附加沉降随着地下水位循环次数增加而增大,且呈衰减式变形,即使经过3次水位升降循环也不能稳定;桩基长期附加沉降显著,其附加沉降量占总沉降量的50%以上;前、后桩的长期附加轴力基本为正值,桩总轴力增加,对既有受压桩极为不利,附加轴力拐点位置及最大值有所区别;经过3次地下水位循环变化后,前、后桩桩身弯矩反弯点个数减少,但桩身最大附加弯矩均明显变大,当达到极限弯矩,桩身出现塑性铰,这对穿越厚软弱层地基中的既有受压柔性桩极为危险。