考虑土体非均质性和孔隙水压力耦合作用的地下连续墙槽壁稳定性研究

针对非均质和富水地层中地下连续墙成槽施工诱发槽壁坍塌失稳的发生机理和破坏模式研究尚不透彻这一现状,利用空间离散技术构建了地下连续墙槽壁极限状态下的三维离散型破坏机制。基于该破坏机制和极限分析上限定理,通过将土体非均质特性和孔隙水压力引入内外能耗功率计算获得了极限状态下槽壁的安全系数目标函数。利用非线性规划算法对该目标函数进行优化计算,得到了地下连续墙槽壁安全系数的最优上限解。为了验证该方法的有效性,将计算得到的槽壁安全系数分别与已有计算结果以及数值模拟结果进行了对比分析,对比结果表明:该方法计算的安全系数与已有计算结果和数值模拟结果基本一致。在此基础上,考虑土体非均质特性和孔隙水压力的耦合作用对地下连续墙槽壁的安全系数进行了参数分析,分析结果表明:孔隙水压力和土体非均质性对地下连续墙槽壁安全系数有较大影响,地下连续墙槽壁安全系数随地下水位高度Hw的升高和黏聚力非均质系数kc的增大而减小,随重度非均质系数kg的增大而增大。

高渗透水压力环境下混凝土湿度响应试验研究

基于自主研发的高渗透水压力加载试验系统,研究了3种强度等级混凝土在4种不同高渗透水压力持续作用3、10、24、72、240 h后混凝土含水率变化规律,通过压汞法测定了高渗透水压力作用下的混凝土孔隙结构特征,揭示了不同水压力作用下混凝土含水率演化的微观机理,并构建了混凝土在不同水压力作用下的含水率预测方程。结果表明:高渗透水压力作用下混凝土含水率随作用时间的延长而快速增大,渗透水压力越高,混凝土强度等级越低,混凝土到达饱和状态所需时间越短,饱和含水率越高;1、2、3 MPa渗透水压力下的C15混凝土饱和含水率分别为0 MPa条件下的1.12、1.13、1.19倍。

大型渡槽动水压力离心模型试验研究

以引江济淮工程淠河总干渠渡槽为参考研究对象,采用离心机振动台对刚性渡槽在简谐荷载激励下的动水压力进行了试验研究,并将试验结果与常用的简化模型的计算结果进行了对比分析。试验结果表明:动水压力与加速度幅值呈线性相关,与加载频率、水深呈非线性相关;离心模型试验可以准确的模拟动水压力及流固耦合作用,可以为水弹性问题的研究提供新的分析方法。

强震动随机性对重力坝动水压力影响研究

针对现行水工抗震规范推荐的动水作用计算方法未考虑地震动随机性的问题,研究了强震动随机性对动水压力的影响。首先以Westergaard级数解为基础,探讨声固耦合法模拟动水压力的可行性;然后以选取的25条天然波和生成的25条人工波为基础,研究强震动随机性对重力坝动水压力分布规律和最大值的影响。结果显示,Westergaard级数解仅适用低频激振力,声固耦合法对不同频率的激振力均适用;在动水压力分布规律方面,刚性地基情况下与Westergaard附加质量法规律一致,弹性地基情况下与规范推荐的动水压力系数规律相似;在强震动随机性影响方面,人工波随机性带来的动水压力最大值对均值的偏离程度为16.1%~22.2%,天然波随机性带来动水压力最大值对均值的偏离程度为39.4%~49.8%,天然波随机性对动水压力的影响是人工波的2.0~2.5倍。

川西北某隧道涌水量及水压力分析

川西北某隧道工程区构造发育、岩体破碎、水压高,隧道施工和运营面临严峻考验。为了研究涌水量及水压力对隧道施工和运营的影响,对隧址区开展了地质勘探,并采用理论计算和有限元模拟分析了隧道施工期和运营期的涌水量、水压力分布。研究结果表明:(1)隧址区水文地质单元内岩性为非可溶岩,地下水属于中等含水岩层的基岩裂隙水;受构造作用的影响,地层岩体裂隙发育,为地下水渗流提供了良好的通道;隧址区内地下水主要补给来源为大气降水,多年平均降雨量约620 mm,最大降雨量约1034 mm;(2)隧道全长正常涌水量约为6940 m^(3)/d,最大涌水量约为11610 m^(3)/d;(3)隧道开挖后,上方围岩产生降水漏斗,地下水部分流失,而强降雨天气导致地下水位大幅增长;(4)随着水头高度的增大,隧道水压力和涌水量剧增,威胁隧道结构的安全。隧道的防排水结构与衬砌设计需考虑强降雨天气的影响。

沥青路面孔隙水压力影响因素敏感性研究

【目的】研究沥青路面孔隙水压力影响因素的敏感程度。【方法】采用数值模拟的方法,利用COMSOL有限元软件,基于流-固耦合理论建立路面结构足尺模型,分析面层模量、渗透系数、车速、轴载对孔隙水压力的敏感程度。【结果】数值模拟结果表明,孔隙水压力随面层模量的增加呈减小规律,随车速和轴载的增加呈增大规律,但孔隙水压力随渗透系数的变化呈先增大后减小趋势,渗透系数为1×10^(-6) m/s时,正孔隙水压力出现最大值。4种影响因素中,面层模量和车速对孔隙水压力的影响程度相当且影响程度较小,渗透系数和轴载对孔隙水压力影响程度相当且影响程度较大。【结论】根据孔隙水压力影响程度幅值结果可知,孔隙水压力对各因素的敏感性由高到低依次为渗透系数、轴载、车速、面层模量。

孔隙水压力和水重力的耦合效应对水库边坡稳定性的影响分析

为了考虑非饱和土中孔隙水含量变化引起的荷载效应,以降雨条件下非饱和土质边坡计算实例为研究对象,分析孔隙水压力和水重力的耦合效应对边坡稳定性的影响。结果表明,考虑孔隙水压力和重力的耦合作用,边坡稳定性较差。因此,在分析降雨条件下非饱和土质边坡稳定性时,不能忽略非饱和土中孔隙水的重力效应。研究结果可为水库边坡安全运行计算提供参考。

深埋山岭隧道复合式衬砌水压力计算方法

富水山岭地区隧道衬砌结构设计中,采用限制排水方式由于可以兼顾隧道本身结构安全和周围环境的保护而逐渐被认同,目前多采用设置防水板和盲沟排水体系的复合式衬砌结构,对其二衬水压力,目前尚缺乏类似围岩压力的简单实用的方法。视二衬和防水板为堵水层,围岩-注浆圈-喷混凝土-盲沟为排水路径,基于整体式衬砌的渗流理论,推导出排水路径上总水头降与限排流量成正比,分析得出二衬和防水板外水压力为总水头与总水头降之差,可以省去根据盲沟排水系统流量换算二衬假想渗透系数的步骤,提出一种简易可行的复合式衬砌隧道二衬水压力的解析计算方法,可在设计阶段基于隧道允许排水量或二衬水压力直接进行二衬结构计算和围岩加固设计,实现对地下水的主动控制,确保衬砌结构安全。

露天矿边坡开挖卸荷与孔隙水压力消散诱发地表沉降规律研究

本文通过理论分析结合数值模拟的方法对露天矿边坡因开挖卸荷与孔隙水压力消散诱发的地表沉降进行了计算分析,获得了两种因素共同影响下的露天矿边坡坡顶的沉降规律。发现开挖卸荷诱发的露天矿边坡沉降较为均匀,孔隙水压力消散则更容易诱发露天矿边坡的不均匀沉降。通过对理论模型计算结果、数值模拟结果及现场施工过程中的监测结果进行对比发现,计算结果与实际监测结果在沉降趋势及沉降量上均具有较好的一致性。研究成果对推动露天矿边坡沉降理论和数值模拟的实践应用有一定的参考价值。

不同水压力下混凝土水力劈裂扩展阻力分析

基于水力裂缝扩展准则,建立混凝土三点弯曲梁水力劈裂断裂过程反演分析模型,进而获得混凝土水力裂缝扩展阻力计算方法。利用混凝土三点弯曲梁水力劈裂测试方法,开展了15组初始水压力为0~0.5 MPa的混凝土水力劈裂试验,反演分析了各组试验的水力劈裂扩展过程,进而计算得不同水压力下裂缝的扩展阻力。研究结果表明:提出的计算模型可以准确反演水力裂缝的扩展过程,计算得混凝土梁P-CMOD曲线与实测曲线的误差小于10%;不同水压力下混凝土水力裂缝的扩展阻力变化规律基本相近,当水压力由0 MPa增加至0.3 MPa,裂缝扩展阻力降低明显,当水压力由0.3 MPa增加至0.5 MPa,裂缝扩展阻力的变化较小。这表明环境水压力会降低混凝土水力劈裂的抗裂性能,但是在低水压力条件下该效应的影响有限。

富水隧道排水方式与隧底水压力分布特征

针对一座铁路富水隧道基底结构出现的翻浆冒泥病害,对该隧道进行了无损检测,并对病害种类、成因进行了分析。在隧道内分别设置排水井和排水沟,建立了隧道三维渗流分析模型,对不同措施的排水效果进行了分析。结果表明:在避车洞内设置排水井(两侧排水井法),其间距越大仰拱底面最大水压力越大;排水井单侧间距超过60 m、双侧错开布置时,排水效果不明显。在隧道中线设置排水井(中心排水井法),当排水井间距小于5 m时,仰拱底面最大水压力随中心排水井间距的增加呈线性增大趋势,且增速较大;排水井间距超过5 m后,仰拱底面最大水压力增速降低;中心排水井间距越小,排水效果越明显;中心排水井的排水效果不如两侧排水井。在隧道两侧和中心分别设排水沟时,随着排水沟深度的增加,仰拱底面最大水压力呈非线性递减趋势;当排水沟深度小于1.0 m时,最大水压力降速较快;排水沟深度超过1.0 m后,最大水压力降速逐步变缓;排水沟越深,排水效果越明显;中心排水沟的排水效果不如两侧排水沟。从施工可行性、经济性以及排水效果等方面综合考虑,该隧道设置排水井要优于排水沟。

考虑梁端碰撞和动水压力作用对波形钢腹板连续刚构桥抗震性能影响分析

以西南片区某库区的深水高墩大跨波形钢腹板连续刚构桥为工程背景,考虑梁端碰撞作用、动水压力以及二者同时作用的影响,采用OpenSees代码平台进行建模,并分别建立混凝土腹板连续刚构桥模型进行对比分析。分析天然地震动与人工地震动下各个模型的地震响应,对比响应结果以探究梁端碰撞和动水压力对波形钢腹板桥的抗震性能影响。结果表明:动水压力对于桥梁自振特性影响主要在第十阶振型之后,梁端碰撞主要影响桥梁第四阶~七阶振型;动水压力会明显增加桥梁动力响应峰值;梁端碰撞作用会降低桥梁纵桥向位移响应,但会增大墩底弯矩;两者共同作用时会降低桥墩的位移与剪力,但会增加墩底的弯矩。

水压力对桥梁桩基受力变形影响研究

桥梁桩基的稳定性和承载能力对桥梁稳定运行具有重要影响。本文利用FLAC3D建立桩基海床相互作用数值模型,采用三种不同的地震波,研究了在三种不同的地震波激励下动水压力对桩身位移和桩基剪力的影响。结果表明:三种地震波激励下的动水压力对位移和剪力反应的影响程度均不相同,其中Loma Prieta地震对位移和剪力的影响都比较显著;桩身高度不同,桩顶位移与桩底剪力受影响的程度不同。研究成果为桥梁工程的设计提供参考。

基于销孔排水法的供水隧道孔隙水压力控制的研究

为了研究供水隧道孔隙水压力的控制,通过销孔排水的数值模拟计算,分析了销孔长度、销孔外围角度位置、安装角度横向倾斜、双销孔之间纵向距离对隧道孔隙水压力控制的影响,结果表明:衬砌表面可渗透时,销孔长度的增加不能达到控制孔隙水压力的水平,需增加销孔数量,在双销孔条件下,当销孔与隧道顶部的角距离为45°和115°时,孔隙水压力呈均匀分布趋势,且施工过程中销孔之间最佳纵向距离应小于45m。

考虑超静孔隙水压力的大直径桩可打性分析

随着海上风电建设中大直径钢管桩的广泛应用,可打性分析在预判和解决沉桩施工技术难题及安全隐患上发挥重要作用。通过考虑超静孔隙水压力影响下桩周土体承载力变化的分析研究,提出可打性分析过程中土参数获取的新方式,并通过某海上风电大直径钢管桩的沉桩过程进行可打性分析应用,应用结果显示:可打性分析对桩承载力、桩身最大应力值、终锤贯入度等数据的预测均与实际测得值十分接近,验证考虑超静孔隙水压力的大直径桩可打性分析准确性较高,能为沉桩施工可行性提供科学性的技术指导。

预制桩施工过程中超孔隙水压力变化分析

为厘清沉桩过程中因挤土效应造成的超孔隙水压力变化情况,通过对施工过程中超孔隙水压力的监测数据进行分析。研究发现:距离沉桩位置越近,超孔隙水压力变化越大,消散越慢;随地层深度越深,超孔隙水压力变化越大,消散越慢;联系地层变化发现,位于砂层的超孔隙水压力消散的速度较其他土层更快。并针对以上规律,提出合适的超孔隙水压力的控制措施和监测方式,为指导实践、保障施工安全提供相应的理论依据。

环向盲管堵塞对隧道二衬背后水压力影响分析

为研究环向盲管堵塞对隧道二衬背后水压力的影响规律,以西延铁路武家塬隧道为研究对象,采用FLAC3D进行不同水头高度下三维渗流数值模拟分析。结果表明:(1)无论盲管是否堵塞,隧道二次衬砌拱顶处的孔隙水压力最大,墙脚处的孔隙水压力最小。孔隙水压力沿着隧道纵向呈现周期性变化规律,在盲管处孔隙水压力最小,两盲管中间达到最大值。(2)隧道盲管堵塞后,堵塞处二次衬砌背后的孔隙水压力在短时间内将上升,然后逐渐下降至稳定,但高于盲管正常工作时的水压力。(3)随着水头高度增加,二衬背后水压力增加,盲管堵塞不改变水压力的分布规律。(4)盲管堵塞程度不同,二次衬砌背后水压力增加幅度不同,水压力从大到小依次为:双侧完全堵塞>双侧截面堵塞1/2>单侧完全堵塞>单侧截面堵塞1/2>无堵塞。研究成果可为山岭隧道运营期排水系统的维修养护提供参考。

强夯及液压夯作用下孔隙水压力影响研究

为探究机场地基处理施工对孔隙水压力的影响,以济南遥墙国际机场工程为依托,通过对强夯区和高速液压夯区分别开展孔隙水压力现场试验,分析了地基在不同夯击能作用下的孔隙水压力增长和消散规律。通过现场监测,研究了不同埋深和夯击能作用下的孔隙水压力变化,揭示了地基处理对孔隙水压力的影响。研究结果表明,夯击能与孔隙水压力增长呈正相关关系,不同夯击能对土层的影响程度不同,地基处理方式对孔隙水压力的消散具有重要影响。该结论可为今后强夯、高速液压夯对孔隙水压力变化研究提供一定的参考。

强夯作用下深厚回填砂土地基孔隙水压力影响分析

强夯加固过程中产生的超静孔隙水压力是影响其最终加固效果的关键因素。为探究强夯作用下深厚回填砂土地基的加固效果和孔隙水压力变化规律,通过开展强夯现场试验的方法,观测并分析了饱和状态下的深厚回填砂土地基在受到强夯作用后的静孔隙水压力变化情况。试验结果表明:5,000kN·m的夯击能能够有效加固10m厚的饱和回填砂土地基,该地区饱和回填砂土地基梅纳修正系数建议值为0.447,强夯的加固效果与其产生的超静孔隙水压力在深度方向的分布呈现明显正相关关系,强夯产生的超静孔隙水压力峰值越大的位置,强夯的加固效果越好。

岩溶地区暗挖轨道交通隧道水压力及衬砌结构优化分析

针对山地岩溶城市高水压暗挖轨道交通车站隧道,在总结我国矿山法隧道防排水型式的基础上,对衬砌结构水压力分布特征和水压力计算方法进行了重点探讨,以期能够兼顾地表生态环境保护和隧道衬砌结构设计优化。以某城市轨道交通车站为工程实例,计算分析了“全封堵型”隧道和“堵排结合型”隧道对应的衬砌结构力学性能,研究成果可为类似隧道工程的设计提供借鉴参考。