三维贯通节理对大跨隧道围岩稳定性的影响

为了探究贯通节理对大跨隧道围岩稳定性影响规律,运用3DEC软件结合离散元强度折减法,以剪切滑移区面积指标为稳定性判据计算大跨隧道围岩安全系数,分析三维状态下节理的走向、倾角、间距、力学参数对围岩稳定性的影响规律。研究结果表明:在大跨隧道围岩中,节理倾向影响稳定性程度由大到小依次为X向、Z向、Y向,仅有单向节理时,ψ>60°时围岩较不稳定;在双向节理组合下,节理倾角致使隧道失稳的经验判别式;节理间距对大跨隧道稳定性的影响程度根据不同块体形状而产生差异,拱顶分布长条形块体时影响最大,洞周分布尖条形块体时影响最小;节理力学参数对大跨隧道稳定性影响程度由大到小依次为内摩擦角、法向刚度、切向刚度、黏聚力;大跨隧道围岩节理倾角由水平到垂直的过程中,围岩变形破坏由拱顶沉降、拱底隆起转变为以拱顶、拱肩大变形及滑移为主。研究结果可为节理岩体中大跨隧道围岩稳定性判定及支护优化提供借鉴。

考虑破岩模式的TBM滚刀破岩力计算模型

滚刀破岩力是研究TBM开挖硬岩隧道效率和安全性的核心参数,提高破岩力计算模型精度的重点在于如何使计算模型与破岩模式相匹配。通过对滚刀破岩过程中不同破岩模式下的裂纹交汇情况及岩片产生的主导因素进行分析,认为协同破岩时岩石主要发生压拉破坏,非协同破岩时主要发生压剪破坏,基于此提出了一种新的刀具荷载计算方法;建立单滚刀及双滚刀线性破岩三维离散元模型,统计不同贯入度下的侧向裂纹扩展长度,以此为基础计算各刀间距和贯入度组合下的理论破岩模式,并通过分析各工况下岩石内部裂纹交汇及其水平应力分布情况,验证了破岩模式划分理论的正确性;以岩石内部裂纹分布特征为基础,提出了协同和非协同破岩模式下破碎岩片体积的计算方法,利用指数函数对岩渣破碎厚度比和刀间距之间的关系进行拟合,定义了协同系数β,并结合新破岩力公式推导出了比能耗表达式。研究发现:由新破岩力模型计算得到的垂直力和滚动力相较于实测值的误差分别为7.3%和11.0%,其相比于CSM和线性计算模型的误差较小;岩石破碎区域取决于破岩模式,协同模式下的破碎区域主要为滚刀之间,非协同模式下为刀刃下方及其两侧;随刀间距增大,岩石内高应力区逐渐分离并出现上移现象且面积下降,最优贯入度增大而最小比能耗值减小,当贯入度增大时,比能耗值先减小后增大,同时比能耗曲线变化趋势和相关破岩试验结果具有一致性。

水-力耦合作用下砂岩松弛特性试验与本构模型

采用电液伺服三轴试验系统,对不同围压和水压条件下的红砂岩进行分级加载应力松弛试验.分析砂岩水-力耦合作用下全应力-应变过程的应力松弛量、应力松弛速率的变化规律.将含水开关与西原模型串联,实现应力松弛和水压在本构关系上的耦合,建立非线性砂岩松弛模型.结果表明:同一围压下,砂岩松弛量随着应变水平的提高而增加,砂岩松弛量在软化阶段达到最大;同一围压、同一应变水平下,砂岩松弛量随着水压的增加而降低,表现出水压对砂岩应力松弛具有抑制作用;改进的西原模型能较好描述砂岩应力松弛各阶段的力学行为,模型参数E_(1),E_(2),η_(1),η_(2),η_(3)在软化阶段之前随应变水平的提高呈现非线性增长;各阶段砂岩松弛速率呈“L”形,松弛速率快速下降为减速松弛阶段,松弛速率平稳下降为稳定松弛阶段.

交替爆破开挖下分岔隧道中夹岩损伤特征研究

明确在左右交替爆破施工情况下分岔小净距隧道中夹岩损伤规律,将有助于更好地保障隧道现场施工及围岩稳定。采用三维有限差分软件FLAC 3D模拟了爆破荷载作用下分岔小净距隧道交替开挖过程,重点研究了中夹岩在不同开挖工况下损伤分布及演化规律,最后通过厦门海沧疏港通道分岔隧道工程项目现场声波损伤范围检测结果进行了验证。研究结果表明:爆破产生应力波在分岔口产生反射形成拉应力,使得分岔口断面损伤更严重;隧道中夹岩损伤呈不对称“V”字分布,由中夹岩内部至轮廓线损伤逐渐增大,主隧道侧中夹岩最大损伤在90°~120°范围内,匝道侧中夹岩最大损伤在90°范围内,中夹岩厚度对中夹岩损伤有较大影响,随着厚度的增加中夹岩损伤程度降低且损伤范围未贯通左右隧道;通过模拟改变不同进尺、开挖错距及开挖顺序发现,与2 m进尺相比,5 m进尺完全损伤区提高了58.5%,损伤贯通区提高了70%,错距1步较错距4步工况完全损伤区增加了1.27 m,损伤贯通范围也出现一定增加,先开挖较小断面有利于中夹岩稳定,围岩损伤对称性较好,但远离中夹岩一侧岩体损伤会出现扩大,数值模拟结果与现场实测结果基本一致。模拟结果为该类公路分岔小净距隧道施工提供一定参考。

黄河口粉土液化过程的现场振动试验研究

采用不同重量的重锤自不同高度处自由落体捶击荷载板,研究不同能量大小的循环荷载对黄河水下三角洲土体的动力响应过程。在土体内埋设检波器探头和孔压探头,用以监测荷载能量在土体内的吸收传播和引起的孔压变化,同时在每轮振动前后分别测量土体的强度变化。通过研究发现,80%的振动能量在0.6m土体深度内吸收,能量的衰减量沿深度可用对数曲线表示;振动能量越大,土体产生的超孔压越大,且超孔压所在的深度也越大;根据孔压随振次的变化关系,将现场振动过程中的孔压变化分为四个阶段,即初始阶段、增长阶段、稳定阶段和衰减阶段。最后,讨论振动荷载引起的土体强度变化以及土体液化与振动能量的关系,提出土体临界液化功率的概念,并给出若干深度的范围值。

Verhulst模型在预测软基路堤沉降中的应用

通过分析软基路堤沉降和Verhulst模型的特征发现,软基路堤沉降随时间的变化曲线与Verhulst模型曲线相似。根据泉州安吉路软基试验段路堤沉降观测值,采用Verhulst模型对其进行沉降预测,尽管施工期的预测值与实测值有一定差距,但随着时间的增长,二者逐步接近,因此该模型可用于最终沉降的预测。Verhulst模型能有效削弱原始数据中不规则数据随机性的影响,具有很强的适应性。同时,还对预测值与实测值的差异、观测历时对预测值的影响以及最终沉降量的推算等问题进行探讨。高压缩性软基上的路堤,至少需要4～6个月填土放置期的观测数据,才能得到较准确的最终沉降预测值。路堤最终沉降可以通过考虑预测值与实测值的差异以及观测历时的影响这两个系数,对预测值进行修正,所归纳的系数对类似工程有一定参考价值。

埕岛海域波浪引起不同区域土体的液化程度

收集埕岛海域地区近十余年的地质勘察资料,汇总该区地质灾害的类型及其分布情况,发现该区存在着凹坑、冲沟、滑塌、泥流舌、海底穿刺、粗糙海底和埋藏古河道等地质灾害,在海域西北、中部和东南部均有分布,简要探讨形成机理,计算波浪循环荷载在海床中产生的循环应力比,以及根据标贯击数和黏粒含量建立土体的循环阻抗比,然后,计算不同风浪等级下每个钻孔1m深度处土体抗液化安全系数,采用surfer8.0软件绘制安全系数等值线图。发现抗液化性能较好的区域主要分布在海域中部三块地区,随着风浪等级增大,整个区域内液化面积也逐渐扩大,海域东南地区有少量油井和管线分布,区地质灾害发生频率较高,土体抗液化性能较差,工程设施应重视较大风浪期间土体液化对其安全性能的影响。

城市立交桥爆破拆除对周围建筑环境的影响

利用Plaxis软件模拟计算福建漳州市东立交桥爆破拆除对下部地基、国防光缆和周边房屋的影响,并将波速和变形计算结果与现场测量结果进行对比分析.研究结果表明:桥梁爆破拆除引起的下部地基变形量随着深度的增大而减小,也随着离桥面水平距离的增大而减小;有的断面最大波速和地基变形计算结果与测量结果较为接近,有的相差较大;爆破拆除引起周边房屋和国防光缆处的地基变形量较小,最大波速小于安全允许波速,可以认定爆破拆除对两者的影响在安全允许范围之内.

加筋土挡墙的可靠性分析

采用可靠性的方法 ,对一个加筋土挡墙进行设计 ,计算挡墙在不同破坏模式下的破坏概率并与常规法中相应模式的安全系数作比较 ,分析土抗剪强度参数的变异性对可靠指标的影响。

黄河口粉质土海床液化过程的现场试验研究

在黄河口海床若干深度处埋设孔压探头,海床表面利用活塞施加水压循环荷载以模拟波浪荷载,观测土体内孔隙水压力变化过程,研究黄河口原状和重塑粉质土在波浪循环荷载作用下的液化特征。通过研究发现,原状土和重塑土的孔压激发曲线模式不同,原状土孔压经历四个阶段,即先上升、后下降、再上升和剧烈波动;而重塑土孔压只有上升和剧烈波动两个阶段,这两种模式与循环荷载作用下粉土的微结构变化有关。分析波浪荷载的特点,将孔压出现剧烈波动的时刻作为完全液化的标志。土体液化与固结程度有关,固结程度越大,越不易液化。实际波浪荷载作用下,土体液化时间比文中试验测得的要短。

黄河水下三角洲硬壳层特征及其液化过程研究

为揭示黄河口水下三角洲硬壳层的土性特征和风浪作用下的液化破坏状况，选择典型研究区，在现场利用普氏贯入仪测试硬壳层的强度特征，原位取1m原状样进行室内土工试验；利用重锤锤击荷载板的方式模拟波浪对硬壳层的动力作用，通过孔压探头和普氏贯入仪实时监测土体内孔压和振动前后强度的变化；通过理论计算研究硬壳层在不同风浪等级下的液化深度。通过研究发现，（1）硬壳层土体基本上处于超固结状态，且超固结比随深度增加而减小，大王北和刁口地区硬壳层强度约是新滩和广利港的两倍，离河口近的地区强度的变异系数比远的地区要大；（2）根据孔压随振次的变化关系，现场土体在振动过程中，孔压的增长经历了4个阶段，即初始阶段、增长阶段、稳定阶段和衰减阶段，且表层土体达到液化，深层的未液化；（3）大王北硬壳层在6-10级风浪下的平均液化深度仅为7-11cm，新滩和广利港硬壳层在6-10级风浪作用下的液化深度达32-42cm。强度高的硬壳层液化深度小，低的液化深度大，这种液化深度的差异性造成了地貌上的凹凸不平。

黄河口不同强度粉土液化特性的试验研究

研制真空压缩装置以制备不同强度的粉土土样,并进行动三轴试验,测试不同强度粉土的液化特性。建立了土的强度与动剪应力比的关系,确立孔压增长模型及其参数,探讨土的强度和动应力对液化的影响。结果表明,(1)真空压缩装置制备土样过程中,土体超孔压在24 h内基本消散完毕,28 d贯入阻力达300～400 N,不排水抗剪强度达8 kPa,达到黄河口软弱土的强度;(2)土的强度与动剪应力比基本呈线性关系,且土的强度越高,孔压增长曲线越呈现上凸趋势,破坏时的孔压比也越大;(3)指数模型能够较好模拟黄河口粉土孔压增长情况,其中参数a和b分别位于0.77～5.63和0.17～4.65之间;对于孔压比上限,参数a,b分别为0.92和4.65;孔压比下限,参数a,b分别为1.25和0.89。

激光测距仪在海崖剖面形态快速测量中的应用

提出一种利用激光测距仪快速测量海崖及海蚀槽剖面形态的方法.选取福建省平潭岛东北部的7条海崖作为测量研究区,定时段进行崖面剖面形态的测量.结果表明：研究区中的4个海蚀槽均发育在距崖底1.0m高度范围内,且海蚀槽上部崖面的倾角大于下部崖面的倾角;一个断面的剖面测量只需7~16min,且能够测量人不易达到的区域.

波浪作用下黄河口埕岛海域海床非均匀液化研究

给出了一种风浪作用下基于静力触探试验资料海床非均匀液化计算的方法.由于土性的非均匀性,土体液化在空间上存在差异性.首先讨论黄河口埕岛海域海床土质在空间上的非均匀性,然后基于静力触探试验数据建立风浪作用下液化计算模型,计算土体液化在空间上的非均匀性.通过研究表明,海床液化不一定从表面开始,往下扩展,而是容易出现在软弱层中.土性水平向上的非均匀性,导致不同区域的液化深度存在差异,埕岛海域在10级风浪作用下液化深度可达3.6～5.0m.在水动力和重力作用下,土体液化失稳后可形成凹凸不平的地貌现象.

波浪作用下埕岛海域粉质土海床的累积液化

给出基于一维比奥固结理论的粉质土海床波致累积液化的简化计算方法.以黄河口埕岛海域海床为例,通过动三轴试验测试粉土孔压增长状况,回归得到孔压增长参数a=0.613,b=0.185.通过计算表明,埕岛海域粉质土海床水深7～8m处,海床液化深度最大,在50a一遇的波浪荷载作用下,液化深度达到5.2m,这与该区地质灾害扰动深度和地质灾害在此水深处相对集中相对应.

污水处理厂污泥固化及影响因素的试验研究

通过对2种含水率的污水处理厂污泥采用石灰与粘土或水泥与粘土进行固化,测试不同龄期和掺量下固化污泥的无侧限抗压强度。研究发现：固化强度随龄期和掺量增大均增大,且相同条件下,水泥的固化效果要好于石灰,前者固化强度约是后者的2~5倍;龄期较短时,粘土对固化强度影响明显,龄期较长时,石灰或水泥的影响明显。短龄期内提高固化材料的掺量,对于强度提高不明显;污泥含水率由92.1%减小到53.1%时,强度增大2~10倍。最后,建立固化强度预测模型,预测含水率相近污泥的固化强度。

闽南海相沉积土水泥土的强度特性分析

根据闽南地区海相沉积土水泥搅拌桩工程的室内配方试验成果,分析水泥土的龄期、水泥掺量、土样含水量和土样种类对水泥土无侧限抗压强度的影响.研究表明,水泥土强度与龄期有关,28 d内强度增长较快,28~60 d的强度增长速率趋缓;水泥土的强度随着水泥掺量的增大而增大,两者基本呈线性关系;随着土样含水量的增加,粉喷桩水泥土强度明显降低;土的种类对水泥土强度的影响很大.最后,根据试验数据拟合出淤泥浆喷水泥土28 d和60 d强度的预测公式,并进一步估算其90 d强度.

黄河口埕岛海域土性特征的统计分析

通过搜集汇总埕岛海域地质勘察资料,绘制表层土体的平面分布,分析该区粉质黏土、粉土和淤泥质土的土性均值、变异系数和互相关系数,结果发现,埕岛海域沉积的土体主要以粉土和粉质黏土为主;该区土体重度、含水量、孔隙比和液塑限变异系数均较小,压缩性参数变异系数相对较大;根据文中的回归公式,可由含水量求出孔隙比、重度和压缩参数。最后基于Vanmarcke土层随机场模型,采用空间递推法计算土性在竖向上的非均匀程度,竖向相关距离位于0.49～0.93m之间,且与水深无相关性。

黄河水下三角洲海底管线差异沉降的安全性分析

针对胜利油田埕岛海域海床土体强度的非均匀性和可能引起的海底管线差异沉降破坏,提出1种海底管线差异沉降安全性分析方法。具体介绍差异沉降产生的原因,通过分析管线的受力状态,建立管线因差异沉降引起的附加应力的表达式。针对黄河水下三角洲埕岛油田常见的3种规格管线,建立不同土质条件下的管线附加应力表格,方便工程师查询。考虑附加应力和流体对管线的应力,与管线材料的允许应力比较,可以判断管线的安全性。