考虑墙壁摩擦影响的挡土墙主动土压力非线性分布研究

挡土墙背土压力的大小与分布是挡土墙设计的普遍关心的问题。由于边界条件、墙背摩擦等的影响,墙背土压力呈现非线性分布特征。而现有几种考虑土拱效应的土压力计算方法,其准确性有待验证。利用开发的挡土墙土压力试验装置,配合椭圆钢棒相似土进行了二维可视化模型试验。采用钢棒相似土配合载荷计测试的方法,精确测量土压力变化,解决了土压力盒测试侧向土压力往往存在较大误差的问题。对静止条件和主动平移模式两种情况下的土压力分布进行了模拟与实测,并与应用现有几种理论方法的计算结果进行对比。由于墙背摩擦以及土拱效应的影响,静止和主动土压力均呈非线性分布,静止土压力实测值小于理论值,实测主动土压力值与Paik法数据吻合较好。由于受墙壁摩擦影响,墙后滑移面倾角小于理论破裂面倾角,且墙壁摩擦引起的应力偏转导致弧形滑移面的发展。

再生骨料基层透水铺装堵塞与过滤特性试验研究

为了研究利用混凝土再生骨料作为透水铺装(permeable pavement,PP)基层的可行性,分别以天然砂石或水泥混凝土再生骨料为基层、以混凝土透水砖或陶瓷透水砖为面层,开展了一维渗滤柱试验,测试透水铺装渗透性及渗滤液特征。试验结果显示:在人工配置的固体悬浮物(suspended solids,SS)溶液模拟降雨径流作用下,透水铺装各深度渗透系数均按照指数规律衰减,指数衰减系数随深度的增加线性减小;堵塞主要由悬浮物粒径>10μm的颗粒导致,主要发生在透水铺装顶部20 cm范围。另一方面,各透水铺装对雨水径流均有良好的过滤效果;与天然砂石相比,混凝土再生骨料吸收水中悬浮物的能力略强,渗滤液pH值略高。结果表明,总体上再生骨料与天然砂石的渗透性相近,再生骨料基层对悬浮物的过滤效果优于天然砂石,说明透水铺装基层材料使用混凝土再生骨料取代天然砂石是可行的。

基于DEM的双线隧道地表沉降规律

为研究隧道开挖引起的地表沉降规律,运用PFC2D软件模拟Trapdoor试验,通过沉陷门下沉对双线隧道开挖引起的地表沉降规律及影响因素进行了系统研究。基于休止角试验和单Trapdoor模型试验得到数值模型的计算参数,通过开展单Trapdoor数值试验获取地表沉降曲线,拟合得到单线隧道开挖引起的地面沉降Peck公式参数。开展同时开挖的双Trapdoor数值试验,利用单Trapdoor参数叠加得到双线隧道开挖引起的地表沉降预测公式,并与简单叠加公式的拟合结果进行对比。最后进行先后开挖的双Trapdoor数值试验,揭示了隧道间距、埋深和双线隧道开挖顺序对地表沉降的影响规律。结果表明:随着隧道埋深的增加和隧道间距的减小,地表沉降曲线由"W"形态向"V"形态过渡;先后开挖工况下双线隧道引起的地表沉降曲线呈非对称分布,地表沉降量最大值出现在先行隧道一侧,且随着隧道埋深的增加,地表沉降曲线两侧最大值的差异有增加趋势;Peck公式拟合结果与离散单元法(DEM)数值模型和模型试验结果吻合较好,可用于双线隧道开挖引起的地表沉降预测,具有重要的理论指导和工程意义。

考虑双重沉积模式的多孔介质中颗粒三维迁移模型研究

基于经典的颗粒一维运移模型,建立了考虑筛滤效应与吸附效应的双重沉积模式颗粒三维迁移模型.通过拉普拉斯变换和傅里叶变换,导出了一维渗流和三维弥散条件下饱和半无限多孔介质中颗粒迁移通解.根据半无限体表面点源注入情形下的基本解,通过积分方法得到圆形面源注入情形下的解析表达式.通过解的退化及对突破曲线的参数反演验证了解的正确性.分析了圆形面源恒定浓度注入情况下水动力弥散系数、筛滤系数、颗粒吸附系数、释放系数等参数对颗粒迁移过程的影响机理.研究结果表明:水动力弥散效应加速了颗粒物的迁移,使得突破时间变快,峰值浓度变高.筛滤系数和颗粒吸附系数的越大,颗粒释放系数越小,颗粒物在固体基质上的沉积越多,孔隙中颗粒峰值浓度越小.圆形面源恒定浓度注入情况下,在颗粒注入期间,多孔介质中颗粒物浓度随时间增大而增大,随深度增加而减小并趋于0.在颗粒停止注入后,多孔介质中颗粒物浓度随时间增大而减小,在深度上存在浓度峰值,浓度峰值所处的深度随时间增加而增加.

气孔构造岩石裂隙渗透特性及其渗流量预测方法

低雷诺数下岩石光滑裂隙渗流流量可用立方定律描述,而气孔构造岩石裂隙的渗透特性与之不同,需进一步研究。为此,首先开展了气孔构造裂隙渗透试验,获得了气孔构造单裂隙渗流流量与不同水力坡降、等效水力缝宽、气孔最大深度、气孔等效直径、气孔面积占比5个因素共382组试验数据;然后分别采用传统的回归分析和新出现的机器学习算法对试验数据进行分析,研究气孔构造岩石裂隙渗流量预测方法,通过回归分析,得到气孔构造裂隙渗流量预测公式;最后基于机器学习中的随机森林算法,建立了气孔构造岩石裂隙渗流流量预测模型,并分析了影响气孔构造岩石裂隙渗流量的各因素的重要性。结果表明:影响气孔构造岩石裂隙渗流流量的主要因素为水力坡降和等效水力缝宽,其他影响因素的重要性之和小于15%;回归所得流量预测公式形式简洁,抓住了主要影响因素,但其拟合优度不是很高(R^(2)=0.90),这是因为回归分析会忽略其中的次要影响因素;随机森林预测模型包含次要因素的影响,预测效果(R^(2)=0.97)显著优于回归预测公式,在预测复杂裂隙构造渗流量预测方面更有优势。

含细颗粒的粗粒土SWCC双分形维预测模型

为准确建立含细颗粒的粗粒土土-水特征曲线(SWCC)预测模型,首先,通过对比不同粒度成分土体的孔隙情况,考虑了土体孔隙大、小两种孔径时,SWCC呈双台阶分布的变化规律;然后,基于分形理论,分别计算代表大、小孔径孔隙的两个分形维数,建立了SWCC双分形维预测模型;最后,采用硅藻土-砂混合物实测数据验证了模型准确性,并对6组不同粒度成分土体的实测SWCC进行了预测.结果表明:SWCC双分形维预测模型的拟合优度R2>0.98,预测效果较好.当细粒质量分数为5%~25%时,土体孔隙呈双重孔径分布,SWCC具有两个台阶段,此时,大、小孔隙具有不同的分形维,R2>0.96;当土体细粒质量分数超过25%时,土体孔径分布曲线逐渐呈单峰分布,存在一个使SWCC由双台阶向单台阶转化的界限值,模型可退化为单分形维模型,R2>0.94.