采用微生物技术复合改良膨胀土的工程特性试验研究

膨胀土是岩土工程界的公认难题之一,基于微生物技术,结合石灰、水泥、粉煤灰等改良材料,系统开展了复合改良膨胀土的工程特性试验研究。结果表明:①微生物复合改良膨胀土成功的将弱膨胀土变为无膨胀土,自由膨胀率最低降低至8%,降幅达84.31%,工程效果良好。②经复合处理试样中的蒙脱石相对含量降低、伊利石相对含量上升是抑制胀缩特性的一个重要原因。③膨胀土中单掺菌液20%情况下,摩擦角同比可增加23%。④菌液、粉煤灰、石灰复合改良膨胀土情况下,石灰掺比1%粉煤灰2%的低掺比组合对提高强度更为有利。

基于多源异构空间数据的堰塞湖三维动态虚拟仿真平台构建

堰塞湖溃决后通常需要在短时间内对其带来的洪水灾害进行精细化仿真模拟以辅助应急抢险工作,针对传统堰塞湖信息化平台无法实现多部门数据统一管理、数据实时更新等问题,首先总结用于堰塞湖三维建模的多源异构空间数据类型,再确定模型几何数据结构、进行模型尺度划分等,提出堰塞湖多尺度三维数据模型设计方法,针对大区域尺度和局部区域尺度提出堰塞湖三维静态模型构建方法,基于此提出堰塞湖三维动态虚拟仿真方法并对大区域河流演进过程以及堰塞体形成过程和开挖过程进行模拟。最后根据上述方法构建堰塞湖三维动态虚拟仿真平台,以白格堰塞湖为例,验证了平台构建方法具有合理性和可行性。

高填方土石混合料的工程特性分析

广泛应用于高填方工程中的土石混合料,具有显著的非均质、非连续特征,工程特性不仅取决于土和石本身的力学性质,也与土石相对比例、粒组组成等因素相关。以国内典型机场高填方工程为研究背景,收集整理了万州、巴州、攀枝花、承德、龙洞堡、三明、康定、重庆等8座机场71个料区的填筑料的145条颗分曲线,系统开展了高填方典型土石混合料的尺度特征、级配特征及强度等工程特性分析,为土石混合料在高填筑体中的进一步应用积累研究经验。结果表明,山区机场高填方最大填筑高度在20~60 m之间;高填方挖填量多在1.5×10^(7)~3×10^(7)m^(3)之间,岩性类土石混合料是目前机场高填方工程填料的主体,粒径分布范围多在600~0.25 mm之间,尤以200~60 mm的粗颗粒含量最多。填筑料颗粒粒度普遍变化大,最大粒径甚至达到1000 mm;不均匀系数Cu变化范围很大,介于4.17~220之间;除巴中机场外,其余机场高填方土石混合料的最大粒径均超过60 mm。填料内摩擦角和黏聚力主要受土颗粒粒径、密度和颗粒排列形状控制,形成土体骨架结构的粒径越大,骨架结构的土颗粒密实度越高,形成骨架结构的土颗粒越不光滑,强度也越高。

基于多源异构数据的少资料尾矿库溃坝三维模型重建

对偏远、闭库或缺少管理的少资料地区尾矿库进行溃坝前后的数值模拟和三维虚拟仿真,需要根据已有的低精度、少序列、多源异构数据重建三维模型。提出一种基于多源异构数据的少资料尾矿库溃坝前后三维模型快速重建方法,通过总结尾矿库溃坝前后特征,融合分析尾矿库的无人机、卫星、GNSS测量、图纸、洪痕等多源数据,利用样条函数插值方法,实现溃决尾矿库的坝体、库区和下游淹没影响区部分三维模型精细化重建,并以2008年山西襄汾尾矿库溃决事件为例,重建了襄汾尾矿库溃坝前后的地形、坝体、库区和下游影响区的三维模型。结果表明:该方法所建模型精度满足数值计算的需求,可为后续的分析计算和可视化仿真应用提供三维模型基础。

青藏铁路旱桥的三维温度特性分析

根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程,应用有限元法对青藏铁路旱桥的温度特性进行了三维数值分析.结果表明:修建于高温极不稳定冻土地段的旱桥在将来运行20a的过程中对冻土有很好的制冷作用,能很好地保护冻土,保证铁路的运行安全,并且分析和说明了在建的青藏铁路在高温极不稳定冻土地段的采用旱桥的形式是可行的和必要的.

浅埋偏压堆积体围岩隧道二次衬砌开裂机理分析

文章以某高速公路大型堆积体围岩隧道为例,针对施工中出现的左洞偏压段二次衬砌开裂现象,通过室内大型饱和固结排水剪试验获得堆积体力学参数,结合现场监测资料,采用三维数值模拟方法模拟了隧道施工过程,对二次衬砌开裂机理进行了力学分析。结果表明:由于挡墙和堆积体围岩刚度相差悬殊,尽管在洞口偏压段设置了30m的超前管棚,受严重偏压的影响,进洞施工后挡墙与二次衬砌在拱腰处产生了明显的应力集中;堆积体围岩对施工扰动极其敏感,会产生较大的面向地形较低一侧的水平位移;随着埋深的增加,二次衬砌与挡墙在拱腰处的应力集中及二次衬砌的水平位移均逐渐增大,共同构成了二次衬砌开裂的主要原因。

松散堆积体围岩隧道施工方案对比分析

在某高速公路大型堆积体围岩隧道施工中出现了拱顶塌方、超前支护砸毁、二衬开裂现象,致使施工方案多次变更,为此,采用大型室内饱和固结排水剪试验获得堆积体力学参数,结合现场监测和设计方案,利用三维数值模拟方法模拟了上下台阶法、三台阶分步开挖法及单侧壁导坑法等方案施工过程,对各方案进行了对比分析.结果表明,单侧壁导坑施工方案能有效减小拱顶位移和塑性区的发展,二衬受力也相对合理,因此较适合松散堆积体围岩隧道.分析结果可为同类型松散堆积体围岩隧道施工和方案设计提供参考.

基于PFC2D的土石混合料剪切强度数值模拟分析

广泛应用于高填方工程中的土石混合料,具有显著的非均质、非连续特征,工程特性不仅取决于土和石本身的力学性质,也与土石相对比例、粒组组成等因素密切相关。结合PFC2D离散元数值模拟,分析不同开缝宽度下缺失中间粒径土石混合料的抗剪强度变化规律,深入探讨缺失中间粒径土石混合料骨架结构的力传递路径、强度形成机理及混合料变形破坏机制,结果表明:上下剪切盒之间开缝宽度对其抗剪强度有重要影响,土石混合料的峰值强度随开缝宽度的增加而降低,抗剪强度–水平位移曲线表现为应变软化;开缝宽度对土石混合料骨架构成也有重要影响,开缝越大,构成骨架的颗粒数目就越少,骨架颗粒分布范围也越小,剪切带越靠近上剪切盒;不同开缝宽度情况下,尽管剪切带分布不同,骨架上颗粒法向接触力分布基本上是均匀的,说明骨架上各个颗粒受力是相对均匀的,骨架颗粒受力与开缝宽度并无明显关系;不同的开缝宽度下,剪切面在各剪切阶段均不是一个平面,随着水平剪切位移的增加,土骨架上的接触力链和剪切带分布也不断发生变化,试样内部受力极不均匀;试样内部脱空现象除与土石混合料骨架组成、颗粒摩擦系数及级配有关外,开缝宽度对其也有重要影响,开缝越宽,剪切过程中试样的脱空现象就越明显。

不稳定冻土段青藏铁路旱桥三维温度特性分析

根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程,编制了有限元公式,在考虑气候变暖的条件下,应用有限元公式对青藏铁路不稳定冻土段旱桥的温度特性进行了三维数值分析,结果表明修建于高温不稳定冻土地段的旱桥在未来20年的运营过程中对桥桩周围的冻土有很好的制冷作用,能很好地保护冻土,保证铁路的运行安全,同时也说明了在建的青藏铁路在高温不稳定冻土地段采用旱桥的形式是可行的。

不良级配颗分曲线的方程表述

在相关土水特征曲线拟合的基础上,对复杂形态的不良级配颗分曲线进行了方程表述,采用粒子群全局优化算法进行非线性回归,对不同工程中的颗分曲线进行了拟合验证。结果表明:针对高填方土石混合料粒度空间变异性大特点,可在土水特征曲线拟合方程基础上构建7参数双峰拟合方程,结合优化算法,可较好的实现对不良级配的复杂颗分曲线的拟合。双峰模型对不良级配颗分曲线拟合的效果良好,精度较高,具有明显的优越性和广泛的适用性,为复杂级配土石填筑体的物理力学特性定量表述提供了新的思路。

堤身不饱和土与抽气饱和后剪切试验对比分析

根据安峰山水库加固地质勘察报告 ,对堤身不饱和土与抽气饱和后剪切试验资料进行对比分析。找出它们之间的相互关系 ,为堤防工程勘察积累一些实用资料 ,供同行参考。

张家港市双山岛50m江堤灌浆效果检测分析

压密灌浆是解决堤防渗漏的方法之一 ,对灌浆效果的检测十分必要。通过对张家港双山岛 5 0m江堤灌浆效果的检测分析 ,介绍了几种检测的方法 ,通过灌浆与未灌浆的对比分析 。

基于GIS的汶川地震滑坡灾害影响因子确定性系数分析

2008年5月12日14时28分,四川省汶川发生了8.0级大地震,地震诱发了数以万计的滑坡灾害。在大约48678km2的区域内,采用震后航空像片与多源卫星影像解译并结合野外调查验证的方法,共圈定出48007个地震滑坡灾害。在此基础上,选取地层、岩性、断裂、地震烈度、宏观震中、地表破裂调查点、地形坡度、坡向、顺坡向曲率、高程、水系与公路共12个影响因子作为汶川地震诱发滑坡影响因子,利用GIS强大的空间分析能力与确定性系数方法,对这12个影响因子进行敏感性研究。研究结果表明:(1)寒武与震旦系是地震滑坡易发地层,侵入岩组、灰岩为主的岩组是地震滑坡发育的高敏感性岩组;(2)地震滑坡受中央断裂影响最大,同时还受控于前山断裂,受后山断裂的影响较小;(3)地震滑坡易发性分别随着地震烈度、与震中的距离、与地表破裂点距离的增加而减少;(4)坡度大于40°是地震滑坡的易发坡度,E,ES方向为地震滑坡的易发坡向,高程范围为1000～2000m,尤其是高程1000～1500m范围为地震滑坡易发区;(5)400m水系缓冲区和2000m公路缓冲区范围内滑坡易发性较高。确定研究区内各地震滑坡影响因子最利于滑坡发生的数值区间,为进一步地震滑坡区域评价及预测奠定基础。

基于GIS与确定性系数分析方法的汶川地震滑坡易发性评价

汶川Ms 8.0级大地震诱发了数以万计的滑坡灾害。在大约48678 km2的滑坡影响区域内,作者采用震后遥感影像解译并结合野外调查的方法,共解译出48007处滑坡。应用GIS技术,建立了汶川地震诱发滑坡灾害及相关地形、地质空间数据库。采用地震滑坡确定性系数分析方法,分析了地震滑坡关于地震烈度、岩性、坡度、断层、高程、坡向、河流与公路等8个因素的易发程度。基于GIS栅格分析方法,分别对16种不同影响因子组合类型进行地震滑坡易发性评价。最后,应用AUC(Ar-ea Under Curve,评价曲线下面积)方法得到最佳因子组合及其对应的评价结果,使用自然分类法则方法将研究区按滑坡易发程度分为极高易发区、高易发区、中易发区、低易发区与极低易发区5类,极高易发区与高易发区面积之和约11690.46km2,占研究区总面积的24.02%,其中发育滑坡面积为524.84 km2,占滑坡总面积的73.73%。结果表明了极高与高易发区与实际滑坡之间有着良好的一致性,方法的评价结果成功率(AUC值)达到82.107%。

块石层与碎石层降温效果室内试验研究

多年冻土区道路病害主要是由路基下多年冻土融化下沉引起,降低路基土体温度、保护冻土是连续多年冻土区的主要建筑原则.通过室内试验研究了在边界温度周期性波动及一定风速条件下块石层和碎石层的降温效果.结果表明:在负温及正温期结束时,块石层中温度沿深度方向是单调变化的,而在碎石层中是非单调变化的;正温结束时,块石层孔隙中的空气温度比块石表面温度低;一定厚度的块石层和碎石层均具有明显的降温效果,在相同边界条件下,平均粒径约7cm的碎石层的降温效果比平均粒径约为22cm的块石层好.因此,选择降温层的最佳粒径及厚度对实际工程具有重要意义.

利用抛石护坡调节冻土路基阴阳坡的温度分布

由于铁路道碴和片石铺层的对流换热为多孔介质的热传导问题,为解决青藏铁路抛石护坡路基温度的计算问题,根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程,应用伽辽金法推导出了多孔介质对流换热的有限元公式,对具有阴阳坡的抛石护坡路基和普通路基在未来 24 a 的温度变化分别进行了预报分析和比较。计算结果表明,对于阴阳坡温度相差 1.8 ℃的普通路基,在阴阳坡增加片石直径为 10 cm,厚度分别为 80,160 cm的抛石护坡,就能达到使路基温度对称分布的目的,消除由于阴阳坡温度差的作用而造成路基下冻土上限不对称分布、引起路基的不均匀沉降以及形成路基纵向裂缝的病害。因此,应大力推荐该种路基作为青藏铁路冻土区有阴阳坡路段的路基结构,以便最大限度地保护冻土区的铁路。

多年冻土区道碴、通风管结构铁路路基室内试验研究

分析了路基典型部位的温度随时间的变化情况及整个路基中2个典型断面的温度场特征。结果表明:沿着风向方向,路基温度场呈不对称分布;通过通风管中心的断面和位于两根通风管中间的断面温度场在同一时刻相似;随着时间的推移,路基土体的温度有明显的降低,最大融化深度在逐渐减小,说明通风管结构形式能有效地为路基提供冷能,维持路基的稳定。

高填方土石混合料强夯振动响应及加固机理研究

基于土石混填料强夯加固的大型现场振动速度测试的试验成果,深入地分析了质点振速和波形在强夯过程中的传播及演化,以此研究了1000 kN·m夯击能作用下土石料填筑体的内部质点的振动响应及强夯加固机理。结果表明:土石料在强夯作用下土体内部仅有冲击波和振动波两种振动形态;提出了强夯起始加固临界振速的概念和确定方法,并给出相应的振速值;通过分析填筑体空间振速演化规律,阐述了粗粒土石混合料的强夯加固机理,将强夯过程分为加固发展阶段和加固退化阶段。为工程条件下强夯施工层厚给出指导性建议。

“5．12”汶川地震诱发滑坡特征参数统计分析

2008年5月12日四川省汶川县发生了Ms 8.0级大地震,震后遥感影像解译与调查结果表明,在约48 700km2的区域内,地震诱发了不少于48000处的滑坡灾害。基于GIS空间分析方法,分别使用滑坡面积与滑坡数量这两个统计参数,对滑坡的地层岩性、坡度、滑向、高程、所在烈度区、上下盘位置和与发震断裂的距离等共7个参数进行了统计分析。统计结果表明,汶川地震滑坡多发育在(1)砂岩、粉砂岩、千枚岩与灰岩地层中;(2)坡度为30°～50°,尤其是35°～45°范围内;(3)沿着垂直于发震断裂SEE方向运动;(4)高程为800～2000m,尤其是1000～1600m范围内;(5)Ⅷ～Ⅺ烈度区范围内;(6)发震断裂的上盘:(7)距离发震断裂40km,尤其是10km的区域内。

汶川地震滑坡在两个典型区域内的分布研究

汶川地震诱发了数以万计的滑坡.选择2个地震滑坡重灾区域(A/B),基于空间分析方法,对地震滑坡分布与地层岩性、坡度、高程、地震动峰值加速度以及发震断裂距离之间的关系进行统计分析.结果表明,研究区A内滑坡最易发岩组为石墨片岩、石英岩岩组,研究区B内滑坡最易发岩组为粉砂岩、砂岩、硅质岩岩组;2研究区内滑坡易发程度均随着坡度的增加而升高,A区的滑坡发生优势坡度为44°,B区为38°;滑坡发育与高程均存在一定的对应关系;滑坡分布与地震动峰值加速度没有明显的对应关系,但是与距离发震断裂具有良好的对应关系,且上盘滑坡发育程度明显高于下盘.