含EPS垫层及轻量填土挡墙的墙后土压力及其减载效应

挡墙后铺设柔性垫层或回填轻量土,对其优化设计和降低成本有着重要的工程意义。通过开展不同级别荷载下的挡土墙物理模型试验,分析墙后铺设EPS柔性垫层、回填泡沫轻量土及二者同时施加时的墙后土压力大小及分布特征,并探讨相应的减载效应。结果表明:挡土墙铺设柔性垫层、回填轻量土或二者同时施加时,墙后土压力均随埋深呈先增大后减小的“鼓肚”状非线性特征,土压力最大值多出现在1/2墙高处;同等荷载作用下,仅回填轻量土的减载效果相对较弱,减载率为10%~25%,而铺设柔性垫层的最大减载率较之提高了1.5倍,当二者同时施加时,减载效果最佳,最大减载率相应提高了近3倍;柔性垫层减载效果随着厚度的增加逐渐降低,但泡沫掺量对墙后回填轻量土的减载率影响更为敏感。工程中可考虑采用中等厚度的垫层,若墙后填土附加荷载较大,可适当提高回填泡沫轻量土的掺量。

基于落石模型试验的棚洞垫层力学响应及优化设计

结合边坡落石灾害现状,基于落石模型试验,系统分析落石质量、下落高度、垫层厚度、加筋位置、加筋材料等因素对落石冲击力及其动态演化的影响,揭示落石冲击棚洞的动力响应规律,结合垫层自重与落石冲击作用双因素影响确定垫层最优厚度,并对垫层设计提出优化建议。结果表明:随着垫层厚度增加,棚洞所受落石冲击力呈非线性减小,减小幅度先大后小而后趋于稳定;在同一垫层厚度下,棚洞所受落石冲击力随落石高度和落石质量近似呈线性增大;当复合垫层设计为“5 cm河砂+聚苯乙烯泡沫(EPS)+10 cm河砂”时,落石中心处土压力峰值相较于纯河砂垫层降低约60%,缓冲耗能效果最佳;通过多元回归分析得到了落石冲击力计算公式,且计算结果与实验数据吻合良好。

计及时变演化特征的硅泡沫垫层非线性黏弹性模型研究

基于黏弹性基本理论,引入材料非线性特征,考虑了材料加载、保载应力松弛历史、老化效应以及黏弹性模型各运动单元退化的差异性,并从两种老化机制出发,获得了老化硅泡沫垫层力学模型以及长时应力松弛硅泡沫垫层接续加载力学模型.模型机理清晰,能够反映材料服役历史信息及其对力学效应的影响.

中华绒螯蟹对掩蔽所和垫层的选择性研究

通过观察分析中华绒螯蟹(下简称河蟹)对不同长度、开口的掩蔽所以及曾被栖息或占领过的垫层的选择性,探究其对不同微生境的选择性,初步掌握未来河蟹的工业化立体养殖中掩蔽所和垫层的设置方法。结果表明,在掩蔽所试验中,河蟹显著选择长度较长的掩蔽所和两端开口的掩蔽所,白天时掩蔽所的选择率极显著高于箱底,夜晚时则无明显选择倾向;在垫层试验中,无干扰的情况下,河蟹对3种旧垫层(自己/异性/同性)都表现出显著偏好,对毛糙垫层的选择性极显著高于光滑箱底;单独饲养且强干扰(强光、异种入侵、人类干扰)情况下,对新旧垫层没有表现出明显偏好,但是对毛糙垫层的选择性仍然极显著高于光滑箱底。

桩承式加筋垫层路堤荷载分担改进计算模型

桩承式加筋垫层路堤中的关键荷载传递机制是多种现象的组合,包括路堤填土中的土拱效应、加筋垫层的张拉膜效应和地基土的支撑作用,然而,目前针对此方面的研究尚不完善。本文首先以考虑土体被动土压力发挥程度及桩间土应力非均匀分布改进的Hewlett土拱模型为改进载体;其次,假定加筋垫层为上、下部受均布荷载作用的简支梁,截面拉应力完全由加筋体承担,压应力完全由垫层材料承担,同时考虑地基土反力与梁最大挠度相关,引入地基反应系数,从而建立改进的桩承式加筋垫层路堤荷载分担计算模型;最后,通过工程实例与模型参数分析,验证本文计算模型的可靠性与准确性。研究结果表明:在路堤填筑过程中,土拱效应逐渐完全发挥,促进路堤荷载向桩体转移;随着地基土固结,桩体承担的路堤荷载也在逐渐增大;路堤填土高度、填土内摩擦角、桩间距对桩体荷载分担影响较大,加筋体抗拉模量对其影响较小。

落石冲击棚洞复合缓冲垫层动力响应研究

为探明棚洞聚乙烯泡沫、混凝土板复合垫层抗落石冲击性能,以框架型棚洞为研究对象,基于模型试验研究了不同高度落石冲击下落石冲击荷载及棚洞动力响应规律。结果表明:随着落石高度的增大,落石冲击力、冲击压力和棚洞顶板位移峰值、振动加速度峰值增大,线性关系明显。与纯砂垫层相比,聚乙烯泡沫和混凝土板复合垫层落石冲击力、冲击压应力、棚洞顶板位移、振动加速度峰值均显著减小;其中,混凝土板复合垫层落石冲击力、冲击压应力峰值最小,聚乙烯泡沫复合垫层棚洞顶板振动加速度峰值最小;落石冲击能量较大时,聚乙烯泡沫复合垫层棚洞顶板位移峰值最小。研究结果可为防落石棚洞复合垫层设计提供参考。

路面垫层施工技术应用探析

为保证公路工程建设中的碎石垫层施工质量,结合某公路工程实际情况,对其碎石垫层施工技术进行了分析,提出了具体的施工工艺方法和要点,并探讨了质量检测标准。实践表明,优化后的施工工艺能显著提升碎石垫层密实度和稳定性,可为相关工程技术人员提供参考。

不同垫层下煤矸石桩网复合路基承载特性

为综合利用固体废弃物煤矸石,将其取代部分传统细骨料制备煤矸石混凝土桩。开展了土工格栅和土工格室加筋垫层下煤矸石桩网复合路基室内模型试验,分析路堤顶面荷载-沉降关系、加筋垫层传荷能力和桩身应力的差异性。同时,建立有限元计算模型,研究不同加筋材料应力和变形规律,揭示土工格室应用于加筋垫层作用机制。结果表明:在本次试验中,同土工格栅相比,土工格室加筋垫层显著减小路堤顶面沉降约29.71%。土工格室加筋垫层下桩顶和桩间处土压力衰减量分别约61.51%、56.35%,充分发挥了筏板效应和应力扩散效应。采用土工格室加筋垫层,路堤荷载能够被有效传递至煤矸石桩体,在路基中心处和沿路基横断方向桩身应力极值分别采用土工格栅加筋垫层的1.78、1.80倍。土工格室和土工格栅应力分布规律分别呈“V”型和“U”型变化特征,且土工格室的应力最大值大于土工格栅。土工格室特有的蜂窝状结构对路堤填料产生侧向环箍和肋条摩阻力作用,通过自身张拉变形有效地扩散路堤荷载。

光面爆破软垫层装药结构参数理论分析

以空气垫层和水垫层为例介绍软垫层光面爆破装药结构爆破机理 .软垫层缓冲了爆炸压力 ,减少了对孔壁岩石的压缩破坏 ,延长了爆生气体准静压力的作用时间 ,有利于光爆成缝 .据光面爆破要求 ,分析了软垫层光爆装药结构参数 ,主要探讨了轴向不耦合系数或软垫层高度的确定方法 ,提出了理论计算公式 .

基于现场试验的CFG桩复合地基桩帽与垫层效应分析

【目的】柔性垫层和桩帽对CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降均有较大影响,但目前柔性垫层与桩帽在现场试验中如何共同影响复合地基特性仍有待进一步的研究。【方法】以CFG桩复合地基软基处理的某路段作为工程背景,在土工格栅层数不变的情况下,对垫层厚度为100 mm、200 mm、300 mm,桩帽尺寸为0.8 m、1.0 m、1.2 m组合下的形式进行了现场原位试验,研究了CFG桩复合地基的桩土应力比、荷载分担比和沉降特性。【结果】现场试验表明:随着垫层厚度由100 mm增大到300 mm,桩土荷载比减小了51.5%,桩土应力比减小了52.5%,总沉降量增大了7.9%;随着桩帽直径由0.8 m增大到1.2 m,桩土荷载比增大了29.0%,桩土应力比减小了29.2%,总沉降量10.4%.本文区域地质条件,宜选用垫层厚度100 mm、桩帽直径为1.2 m的CFG桩复合地基形式。

落石冲击下压实度对红层泥岩垫层缓冲机制影响研究

西南地区山地众多,落石频发,红层地质分布广泛,工程上红层隧道区可用红层泥岩作为棚洞垫层材料以抵抗落石冲击。但红层泥岩为细粒黏性缓冲材料,与无黏性粗粒材料不同,压实度对其缓冲机制影响仍不明晰,为此开展落石冲击红层泥岩垫层材料模型试验及数值模拟研究。通过搭建室内落石冲击试验平台,进行红层泥岩材料不同压实度下的模型冲击试验,监测落石及垫层内加速度大小,研究压实度对垫层缓冲效果的影响规律,并借助离散元(PFC)与有限差分(FLAC)耦合方法对模型试验进行了对比验证,揭示了压实度对红层泥岩垫层缓冲机制的影响规律。研究结果表明:1)不同压实度中(K=0.9、0.8、0.7),压实度越低,落石冲击力越小,K=0.7的冲击力较K=0.9减少54.08%;2)垫层内峰值加速度随水平距离增加呈指数衰减,且压实度越小,垫层加速度衰减越显著;3)重复冲击使垫层缓冲效果存在劣化现象,导致落石冲击力及垫层内加速度增加,工程中需加以注意;4)压实度低时,力链越不稳定,力链因易破坏重组而无法提供长期、稳定阻力,致使落石冲击力降低;同时垫层松散使冲击波传播时间增加,垫层吸收更多能量;因此,压实度低时垫层具有更好的缓冲效果。研究结果可为西南地区红层泥岩垫层材料的应用提供借鉴。

落石冲击砂土-珍珠棉复合垫层棚洞力学响应研究

为了寻求更为有效的耗能减振棚洞结构,本研究采用模型试验、LS-DYNA数值计算方法,探究了落球冲击作用下纯砂土垫层、砂土-EPE复合垫层棚洞结构力学响应机制,结果表明:纯砂土垫层下顶板腹部中心位置峰值应变为48.78×10^(-6),峰值应力为1.46 MPa,接近其极限抗拉强度1.78 MPa;添加6 cm厚珍珠棉(EPE)垫层后该处峰值应变可降低83.42%,等效应力降至0.24 MPa,安全系数可达7.42;当EPE垫层设置厚度由0 cm增至4 cm, Z1、Z2特征位置应变降幅依次可达57.14%、65.22%,当由4 cm增至6 cm时Z1、Z2位置应变降幅为19.05%、18.75%,EPE垫层设置厚度为4 cm时减振效果达到拐点;构建与模型试验尺寸呈1∶1的数值计算模型,增设2、4、6 cm厚EPE垫层后,顶板腹部中心应力由1.16 MPa依次降至0.699、0.418、0.313 MPa,降幅为39.74%、63.96%、73.02%,建议实际防护结构宜设置40~60 cm厚EPE垫层;构建现场实际棚洞计算模型,添加40 cm厚EPE垫层后,中心单元峰值应力由5.71 MPa降至1.72 MPa,降幅为69.88%,落球加速度峰值由546 m/s^(2)降至432 m/s^(2),降幅为20.88%,验证了砂土-EPE复合垫层可对棚洞结构起到明显防护作用。

大型冒落体冲击垫层多参量影响修正的Hertz接触力学模型

以铜矿采空区大型冒落体冲击隐患为研究背景,基于Hertz接触力学理论,建立了考虑垫层弹塑性效应、垫层厚度、垫层孔隙率的冲击力理论修正计算模型。依据该理论公式,分析了各影响因素的敏感性,进一步以案例形式分析了采空区大型冒落体冲击载荷下有效合理的垫层厚度。结果表明:(1)垫层厚度缓冲效应较弱,垫层孔隙率缓冲效应、垫层强度缓冲效应较强,即增大垫层厚度,冲击力降幅较低,而增大垫层孔隙率和减小垫层弹性模量可有效降低冲击载荷;(2)垫层厚度缓冲效应在较小冒落体质量、较低垫层材料强度、较大落体冲击速度、较大垫层孔隙率情况下表现较强,反之,则较弱;(3)冲击力随冒落体冲击质量、冲击速度增大增幅显著,冲击速度对冲击力大小的影响有一定限值,一旦超过该极限,冲击力不再增大;(4)考虑矿柱简化为固支梁和简支梁两种情形,得出垫层有效厚度分别为8.5 m和17.5 m,综合考虑两种简化模式,确定碎石垫层厚度不应小于17.5 m。研究成果可以为大型采空区设置合理结构垫层防治动力冲击灾害提供理论依据。

CFG桩复合地基中褥垫层的作用研究

探讨了褥垫层在CFG桩复合地基中的主要作用,并进一步分析了垫层厚度和垫层材料对复合地基作用机理的影响。

关井阶段CO_(2)作储气库垫层气的动态影响规律

目的为应对地下储气库中的垫层气损失,采用经济气体CO_(2)作为垫层气,目前,CO_(2)作垫层气在实际应用中存在各种条件限制,且对其在关井阶段的应用研究较少,有必要对在关井阶段CO_(2)作垫层气对天然气储气库的运行影响因素进行研究。方法利用有限元模拟CO_(2)作储气库垫层气时,研究关井阶段储气库动态参数(注气压力、注气速率和CO_(2)垫层气比例)对混气带的影响规律。结果注气压力对混气带的影响不大,将其控制在12 MPa左右最为合理,此时混气带占储气面积的比例为23.7315%;混气带面积占比随注气速率的增大而减小,但是在注气口附近会出现混合区域,导致回采天然气时出现大量的混合气体,所以注气速率控制在0.7×10^(8) m^(3)/d时最为合理,这时混气带面积占比为18.3246%;CO_(2)作垫层气的比例对天然气-CO_(2)之间的混合影响明显,当CO_(2)垫层气比例为20%时,混气带面积占比为7.2365%。结论根据实验结果设计针对混气带的控制措施,当注气压力控制为12 MPa时,注气速率为0.7×10^(8) m^(3)/d,当CO_(2)垫层气比例为20%时,能让储气库的运作更为经济,实验结果可为实际储气库的建设提供参考。

二氧化碳作天然气地下储气库垫层气的可行性

CO_(2)用作天然气地下储气库垫层气,在储气库运行过程中,注采参数等因素不合理导致CO_(2)与天然气之间过渡混合和天然气采收率低等问题。开展了CO_(2)和CH_(4)物性对比及混气实验,论证了CO_(2)作垫层气的可行性;建立储气库二维模型,模拟CO_(2)作垫层气注采过程,对影响CO_(2)-CH_(4)混合程度的地层参数和运行参数进行分析。研究结果表明:CO_(2)垫层气比例不超过20%,采出气中CO_(2)摩尔含量不高于3%,CO_(2)-CH_(4)混合程度、储层平均压力下降幅度较小。渗透率越大,工作气回采携带CO_(2)垫层气量越多,实际CO_(2)垫层气量占比减小,CO_(2)垫层气量不足以为工作气开采提供“助力”。孔隙度对CO_(2)-CH_(4)混合程度几乎没有影响。合理控制采气速度能有效抑制混合带发展,即在用气高峰适当提高采气速度,用气低谷减小采气速度保证最低用气标准。研究结果为CO_(2)作天然气地下储气库垫层气的工程实践提供理论指导。

再生砖混材料力学和耐久特性及其在机场道面垫层的应用

利用回收砖混材料设计了骨架密实型再生砖混混合料(RBCM);结合多种试验综合表征了RBCM在抗压、抗拉、贯入受力状态下的力学特征;考虑实际工况设计了试件循环和粒料循环两类耐久环境,并通过无侧限抗压强度试验量化了RBCM的耐久性能演变;依据现场试验段验证RBCM垫层的工程应用性能。结果表明,RBCM垫层的渗透性较差,宜在其上部设置透水垫层;水泥用量增加对RBCM抗压能力和破坏形态改善明显,其抗压和贯入强度较高,抗拉能力较差;少量水泥掺入使RBCM经过30次循环后的耐久系数仍大于50%;即使不掺水泥,再生砖混垫层的密实度和力学性能仍满足现行垫层设计指标的要求。

土垫层缓冲落石冲击力特性离散元数值模拟分析

棚洞是我国西部山区防治崩塌落石灾害的主要工程措施之一。棚洞顶板以上通常铺设由砂或碎石组成的土垫层。土垫层的作用是避免落石直接冲击棚洞,缓冲落石的冲击力。长期以来,关于土垫层厚度对缓冲效果影响的研究较少,因此,还未形成统一的理论用于指导土垫层厚度的设计。文章运用离散单元方法建立落石冲击土垫层的数值模型,探究垫层厚度和落石下落高度对土垫层缓冲落石冲击力特性的影响。研究结果表明:落石冲击力峰值与落石下落高度呈幂函数关系,顶板中心力峰值与下落高度呈线性正相关关系;随着垫层厚度的增加,落石冲击力峰值减小,当垫层厚度增加到落石直径的1.0倍之后,落石冲击力峰值与垫层厚度无关;随垫层厚度的增大,顶板中心力峰值与落石冲击力峰值的比值减小,垫层缓冲效果增大,当垫层厚度增加到落石直径1.5倍之后,垫层缓冲效果增加不明显;垫层厚度建议取值为落石直径的1.5倍。

典型软土地层管廊基坑垫层换撑可行性研究

针对基坑传统换撑方法换撑工序复杂,对管廊结构施工延续性及施工效率影响较大的问题,基于典型软土地层,以广东中山某管廊深基坑工程为背景,提出了利用垫层换撑的新方法.首先,对基坑进行三维Abaqus数值模拟并与实测数据进行对比分析;然后,提出垫层换撑方法并进行数值模拟正交试验,探究采用垫层换撑方法在拆撑后不同因素对基坑围护结构变形影响情况;最后,通过现场试验验证管廊深基坑垫层换撑新方法的合理性和可行性,并将垫层换撑方法与传统换撑方法对于围护结构水平位移影响进行对比.研究结果表明:影响围护结构变形的3个主要因素为垫层改良区域(垫层梁)厚度、混凝土强度等级和纵向钢筋直径,其中垫层改良区域(垫层梁)的厚度极差最大,为影响围护结构变形最显著的因素;垫层换撑现场实验在拆除底部横撑后,围护结构最大水平位移平均实测值仅为21.79 mm,有效解决了软土区围护结构易变形过大的问题,验证了垫层换撑方法的适用性;在基坑地层及开挖条件相同情况下,采用垫层换撑方法围护结构最大水平位移约为传统方法的84%,相较于传统换撑方法能够更好地控制基坑变形.