综合物探技术在堤防隐患快速探测中的应用研究

堤防隐患快速探测是河道治理过程中,特别是防洪度汛期间,河道治理面临的典型工程问题。清河是北京北部的一条重要河道,其堤防工程修建年代较为久远,随着时间的推移,清河的堤防工程普遍存在老化失修等问题,急需对堤防全线开展隐患普查。为解决堤防隐患的快速探测问题,本研究结合清河流域堤防的特点,提出了不同阶段的技术路线,并采用三维探地雷达,地震映像,微动探测等物探技术,对清河上段治理区的堤防开展了系统性的隐患快速探测,完成了包括清河左堤沉降区在内的隐患区域快速探查,为堤防隐患快速探测提供了宝贵经验。

冬奥会延庆赛区造雪引水工程潜在泥石流灾害模拟与对策研究

2022年北京冬奥会延庆赛区造雪引水工程是赛区重要的配套工程,担负着为赛区造雪系统提供储水及供水的任务。受工程功能和场区地形地貌条件约束,工程场区主要水工设施面临较高的泥石流风险。针对目前利用泥石流动力学数值模拟方法难以考虑多种降雨条件下泥石流启动厚度以进行多情景泥石流灾害模拟预测的问题,基于雨洪法,本文提出了考虑多降雨重现期泥石流沟平均产水厚度和物源平均产石厚度两个指标及计算公式,并结合无人机精细测量、遥感解译、现场调查、Massflow等手段工具,开展了冬奥会延庆赛区造雪引水工程在不同降雨重现期下潜在泥石流灾害的模拟预测。结果表明:不同高程处的水工构筑物(塘坝和泵站)在不同降雨重现期(20 a、50 a、100 a)下受泥石流威胁的程度存在差异,其中1050塘坝泥石流风险最高,面临淤埋和冲击双重破坏;900塘坝和1290蓄水池泥石流风险次之,前者以淤埋破坏为主,后者以冲击破坏为主;900泵站和1050泵站泥石流风险较低。结合模拟分析和现场调查,建议在1050塘坝上游修建拦砂坝,在900塘坝库尾设置沉砂池,在1290蓄水池东侧修建导流槽,以保障水工设施长期安全运行。

北运河河岸潜水含水层水文地质参数分析

北运河河岸工程建设量大,基于抽水试验得到的各向同性的水文地质参数进行基坑降水设计,与工程实际存在差异,需对含水层水文地质参数进行综合分析研究,指导基坑降水设计。以北京市北运河榆林庄船闸基坑工程为背景,通过室内试验、现场抽水试验,结合数值模拟反演计算,得到潜水含水层的水文地质参数。研究结果表明:北运河河岸潜水含水层渗透系数存在各向异性,其水平渗透系数约为垂直渗透系数的2倍,潜水含水层垂直渗透系数为6 m/d、水平渗透系数为10 m/d。

山岭隧道围岩流变参数识别及应用研究

依托西康高速公路油房湾小净距隧道工程,对隧道围岩——石灰岩的流变特性进行了试验研究,给出了流变变形特性曲线,建立了能描述油房湾隧道围岩流变变形特征的流变模型。基于流变反演理论,获得了相应模型的弹性性能参数(岩体弹性体积模量、剪切模量和变形模量等)和流变参数及长期弹性模量等。利用反演流变模型及参数,并结合油房湾小净隧道工程地质特点及施工方案进行了三维流变数值模拟分析。结果表明,小净距隧道围岩变形时效特性规律基本符合H-K模型特征,表明基于试验辨识的H-K蠕变模型和反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价,为山岭小间距隧道的设计和施工提供了可靠的参考信息和理论依据。

水工隧洞施工对邻近既有管线影响的三维数值分析

隧洞工程常需穿越既有管线,如何确保既有管线安全是施工中的难题。文章以北京市南水北调配套工程南干渠工程为背景,进行三维数值模拟分析,根据计算结果分析既有管线的应力和变形规律,探讨了管线的稳定状态。结果表明,隧洞施工对既有管线应力及变形影响较小,不致影响管线的安全。

输水隧洞渗漏地下水位监测分析研究

输水隧洞地下水渗漏监测为一个被动的大型水文地质试验,能反映独特的水文地质特性。根据输水隧洞渗漏点地下水位监测孔的监测数据,结合区域水文地质条件,综合分析输水隧洞渗漏区位的透水层、隔水层分布特征,以及水力传导性形成的水位影响范围。结果表明:含水岩组卵石、细砂渗漏点地下水变化规律性为总体下降,出现波动很大,初步判断输水隧洞下半部两侧均有渗漏现象;地下水位断崖式下降反映含水岩组对地下水导水性强,隧洞渗漏对砂层承压水的影响范围为40~60 m,对卵石层承压水的影响范围为20~30 m。

房渣土地基强夯加固施工力学效应分析

强夯加固施工力学效应可通过现场夯击试验确定。通过对北京园博园湿地房渣土地基进行现场强夯试验,监测得到强夯引起的单击夯沉量随夯击次数的变化规律;利用静载荷试验结合原位测试数据对比分析,研究探讨强夯加固力学效应。结果表明:夯点总夯沉降量和单击夯沉量与夯击次数均为对数函数关系,但前者为正对数形式,后者为负对数形式;强夯加固使杂填土的物理力学指标显著提高,3000 kN·m夯击能处理深度约6 m,地基承载力提高30%~40%。

北京市南水北调配套工程环路输水工程勘察关键技术

北京市南水北调环路输水工程沿线地质环境及周边环境条件极其复杂,场地地层分布不稳定、土质错综交互沉积、侵蚀切割,地下水分布复杂,产生及引发诸多工程地质问题及难题,勘察工作难度极大。整个勘察工作历时14a,采用先进技术和多种勘察手段,开展了工程地质、水文地质、地震安全评估、地质灾害评估、地面沉降及对施工降水影响分析、岩土工程基坑设计、水工隧洞支护技术与围岩变形分析、穿越重要建筑物安全性评估、有害危险气体调查分析及污染源防控影响分析等工作与研究,解决工程各阶段遇到的诸多地质问题及难题,取得多项创新技术成果。勘察技术成果对城市复杂地质环境条件下建设地下大型输水工程具有重要的借鉴意义。

北京园博园回填土地基强夯振动效应测试研究

强夯是远离居民区进行地基加固处理的有效方法。依托北京园博园水质净化工程,对房渣土地基强夯加固的动力效应,以及强夯振动对周围结构及环境的影响开展分析研究。根据强夯加固地基的基本原理,设计现场强夯振动测试方案,并实施强夯效应的实时测试,获得地层土体质点振动速度与振动加速度的变化规律曲线,建立了强夯振动速度与速度传播距离间的关系,以此可方便获取强夯区建筑结构的安全距离,此研究方法及思路可为类似工程提供参考。

冬奥会综合管廊绿色减排数值模拟分析

注浆是防治高压富水区山岭隧洞突涌水的有效措施。注浆圈的合理厚度设计对减少排水量和衬砌外水压非常重要。以冬奥会综合管廊注浆试验为背景,研究分析注浆圈厚度变化对隧洞周边地层渗流场和洞内涌水量的影响。结果表明:当注浆圈厚度从3 m增加到6 m时,注浆对地层中渗流水压场的改善效果较为明显,厚度从6 m增加到12 m时,注浆改善效果逐渐降低;开挖面每延米涌水量随着注浆厚度的增加而逐渐减小,注浆减水率随着注浆圈厚度的增加而逐渐减小。考虑工程造价,综合管廊涌水量、围岩应力变形、衬砌应力变形等分析成果,得出注浆圈最优注浆厚度为6 m。研究成果对于类似山岭隧洞绿色减排设计与运行具有借鉴和参考价值。

北运河榆林庄船闸基坑降水方案分析研究

船闸在河道岸边建设过程中,地下水控制是船闸基坑设计的关键问题。以北京市北运河榆林庄船闸基坑工程为背景,针对工程地质和水文地质条件,进行基坑降水方案分析研究。选取典型断面,设计降水管井间距为50 m、30 m、16 m等6种降水方案,采用有限差分软件对降水方案进行渗流模拟,通过基坑控制水位,对降水方案进行优化分析。研究结果表明:方案5在基坑30 m、16 m范围都满足基坑水位控制要求,因此为最优降水方案。研究成果对于类似基坑降水工程具有借鉴和参考价值。

房渣土地基强夯有效加固深度试验研究

为了确定房渣土地基的有效加固深度,结合北京园博园水质净化工程地基处理试验工程实例,通过标准贯入试验、孔内波速测试、不同深度多点位移监测等检测方法对比分析,探讨了强夯法加固房渣土地基的有效加固深度。结果表明:可选用多点位移监测结合标贯试验的方法综合判定房渣土地基强夯有效加固深度。研究成果对于类似强夯地基处理工程具有参考价值。

山岭综合管廊施工期围岩稳定性分析

围岩稳定性问题是山岭综合管廊勘察设计及施工中的重要问题。以冬奥会综合管廊DK6+180断面为背景,利用反演得出的围岩变形模量进行围岩稳定性分析。研究结果表明:随着折减系数的增加,围岩强度参数逐渐减小,拱顶沉降和净空收敛都逐渐增大,围岩塑性区范围也线性增加;折减系数达到3.5时,塑性区已经贯通到地表,此时围岩拱顶沉降和净空收敛都无限大,说明围岩已经达到极限稳定状态;综合围岩塑性区分布和围岩变形计算分析结果,判定此断面围岩稳定安全系数为3.5.研究成果对于类似山岭综合管廊围岩稳定性分析具有借鉴和参考价值。

京石路改建施工对南水北调大宁调蓄水库防渗墙安全影响分析

依据京石路现场路基实际回填施工过程,进行了京石路路基填土施工对大宁水库防渗墙影响的安全性评估分析,根据计算结果分析防渗墙的应力和变形规律,探讨防渗墙的安全稳定状态。结果表明:京石路路基施工对大宁水库西堤防渗墙应力及变形影响较小,不致影响防渗墙的安全。研究成果对于类似安全评估工程具有借鉴和参考价值。

地下水库库容和调蓄能力计算方法研究

面向大型调水工程的受水区,以南水北调工程中线工程受水区北京市密怀顺区域为例,本文研究探讨了地下水库库容和特征水位的计算方法,并通过数值模型计算了地下水库的回补规模和合理的调蓄能力,为地下水库的论证与建设提供了依据,为建立地下水库替代地表水库调蓄调水量提供了示范。

管道穿越土质边坡斜竖井设计参数的确定方法

基于边坡稳定性分析理论,提出一种管道井式穿越黄土冲沟边坡确定设计参数的新方法。该方法首先通过对边坡稳定性进行分析,寻找出边坡潜在最危险滑动面的形状及位置,然后由此结果确定管道斜井或竖井的安全井口位置、井长或井深、水平巷道长度和斜井极限倾角等设计参数,并给出井口与边坡坡肩安全距离、斜井倾角、井长等设计参数的计算公式。研究结果表明:只要管道穿越斜井或竖井布设在边坡潜在最危险滑动面之外,并充分考虑施工影响,则管道工程的施工对边坡的稳定性影响较小;新方法简捷实用,可用于油气管线穿越各类土质边坡或冲沟时确定设计参数。

基于量测位移的隧洞围岩弹性抗力系数反演方法

在水工隧洞工程中,岩石弹性抗力系数K反映了岩石弹性抗力的大小,是设计环节中需要确定的一个极为重要的基础计算参数。水工隧洞工程中需用水压法试验测定弹性抗力系数,由于水压法测定抗力系数不仅耗时、费工、且试验工艺复杂。本文通过对比分析弹性状态下深埋圆形隧洞开挖支护与水压法试验力学效应关系,提出一种基于量测隧洞位移的围岩抗力系数的反演方法,该法可根据量测隧洞位移直接反演得到弹性抗力系数。结合北京市南水北调配套工程南干渠工程试验段工程实践,对浅埋水工隧洞位移进行监测,利用提出的反演方法,得到了隧洞围岩的弹性抗力系数。提出的反演方法为复杂水工隧洞不同围岩应力状态问题的弹性抗力系数反演提供参考和借鉴。

十三陵大坝弹性参数反演与稳定性评价

为了掌握十三陵水库大坝在奥运铁人3项赛事期间受动态荷载和环境条件影响的力学效应和坝体的稳定性,基于奥运建筑荷载(建造看台和临时设施)响应的现场实测变形信息,利用正交设计反分析方法,对坝体黏土斜墙、砾质粗砂和砂质垫层3个主要土层的弹性模量进行了反演,采用反演得到的综合弹性模量对坝体受奥运建筑荷载及赛期动态加卸载过程进行了数值仿真分析。结果表明,大坝在赛期产生的最大沉降量在7.4 mm左右,最大水平位移不超过1 mm;大坝始终处于安全稳定状态,无剪切破坏和张拉破坏现象。现场坝坡测点变形监测值与数值模拟结果比较接近,表明基于实测位移反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价。

松散地层浅埋水工隧洞现场监测试验研究

在北京市南水北调配套工程南干渠工程试验段工程实践中,对松散土层浅埋水工隧洞施工中地层沉降进行了现场监控量测。文章基于监测结果,分析了该隧洞地层的变形特点,指出了松散土层中浅埋暗挖隧洞地层的变形规律,以及开挖影响的时空范围。研究分析的方法和结论可为类似条件下隧洞工程的设计、施工、监测和进一步的理论研究提供参考和借鉴。

考虑气象因素影响的大坝监测沉降小波分析

为了消除大坝沉降监测数据受温度、湿度及光照等气象因素及外界不确定因素的噪声响应,提出考虑气象因素影响的大坝监测沉降小波分析方法。首先建立原始监测数据与各气象因素的函数关系,进而消去气象因素对坝体沉降的影响,然后采用小波分析对监测数据进行去噪处理,最后得到大坝真实的荷载响应沉降曲线,为大坝稳定性评价提供依据。实例应用表明,考虑气象因素影响的大坝监测沉降小波分析方法能有效地去除气象因素及外界不确定因素引起的噪声响应,比小波直接去噪法效果更佳,与数值模拟计算值能较好地吻合,具有更好的实际应用价值。