太行山特长隧道综合勘察技术的应用与效果

研究目的:太行山隧道地形地质条件极为复杂,通过采用综合勘察技术以查明隧道的工程地质和水文地质条件。研究方法:针对隧道复杂的地质条件与设计要求,阐述各种勘察方法的使用原则、工作内容、工作程序和应用效果。研究结果:综合勘察结果表明,太行山隧道岩溶、地下水不发育,不会发生大的突水突泥、岩爆、有害气体等地质灾害;全隧道除长约4.5 km的膏溶角砾岩和部分断裂破碎带工程地质性质较差外,整体上工程地质条件较好。目前隧道施工进展顺利,综合勘察技术的应用取得了显著的技术、社会和经济效益。研究结论:对于地形地质条件复杂的长大隧道,以地质调绘为基础,发挥遥感的宏观作用,利用物探解译、钻探验证,开展综合勘察技术研究和分析评价是做好隧道地质勘察工作的关键。

天津站交通枢纽轨道换乘中心工程岩土工程勘察

研究目的:天津站交通枢纽轨道换乘中心工程为一深大基坑工程,工程结构、地质条件、环境条件都极为复杂,采用适宜的勘察方法、提供合理的设计参数、提出科学的岩土工程评价和措施是工程建设的重要环节。研究结果:通过采用地质钻探、原位测试和室内外试验等综合勘察方法,查明了场地的工程地质和水文地质条件,提出了各项水土参数,并对场地的稳定性和适宜性、基坑围护结构型式、基坑坑底隆起和管涌、结构抗浮、降水控制等岩土工程问题进行了分析评价,提出了有针对性的工程措施意见,为设计和施工提供了科学依据。

鲁南地区区域地壳稳定性评价与胶新铁路地质选线

以遥感图象解译和野外地质勘查结果为依据对活动断裂分布及其活动性进行了重新核对 ,结合地震、地球物理、地壳形变等资料进行构造稳定性分区。根据铁路工程地质选线的若干要求和铁路通过区的具体特点 ,选取地质、地震、活动断裂、地质灾害和场地岩土类型为主要评价因素 ,从构造稳定性、地面稳定性、岩土体稳定性三方面进行区域地壳稳定性的评价。

兖石、胶新铁路跨沂沭断裂带工程地质选线

沂沭断裂带是我国东部一条规模巨大、新构造活动强烈的断裂带,长期以来一直是重大工程建设的禁区。本文结合兖石铁路沂河、沭河特大桥桥位的选择及胶新铁路的地质选线过程,在综合勘察成果进行分析的基础上,对测区进行稳定性分区和评价,从而使线路合理地穿越沂沭断裂带,对以后的工作具有指导意义。

铁道第三勘察设计院铁路工程地质世纪成就回顾

文章概述介绍了铁道第三勘察设计院50余年来,在铁路工程地质方面所取得的成就。回顾了机构、人员和装备的发展;工程地质勘察技术发展、重点工程等历史发展过程。

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。

湿陷性黄土试坑浸水试验中土压力变化特征分析

通过在山西运城湿陷性黄土地区进行的现场试坑浸水试验,首次将土压力数据传感器引入浸水试验当中,较为精确记录了试验过程中不同深度土层的土压力的变化特征,并将此变化特征与试验沉降观测数据进行了对比分析,了解了二者之间的变化方式及规律,从而阐明了湿陷性黄土遇水发生湿陷而产生沉降变形的临界条件及时间点,即沉降或突降的发生一般是在土层压力变化至最小或接近最小的时段。

地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响及对策

研究目的:研究地面沉降在不同区域及不同发展阶段对不同结构类型桥梁的影响,提出适宜的防治对策与工程措施,供高速铁路勘测、设计及施工参考。研究结论:在抽水井附近及地面沉降的中心区域,不均匀沉降较为严重,对桥梁结构变形影响较大;在地面沉降的扩展区域内,地面沉降引起地层和桥体变形主要是竖向变形,虽然下沉量相对较大,但对桥梁结构变形的影响却不大;在地面沉降区内,表现为平缓的下沉,对高速铁路桥梁工程影响不大,但局部地段出现差异沉降较大的地段。因此在铁路工程建设中应合理选址,优化桥梁布置及结构形式,优先采用简支结构,并采取适宜的工程措施来增强铁路工程本身对地面沉降的适应性。

华北平原地面沉降对高速铁路的影响及其对策

研究目的:研究掌握中国华北平原区域地面沉降特征及其对高速铁路工程的影响,提出针对性的防治对策与工程措施,供高速铁路勘测、设计及施工参考。研究方法:本文结合某高速铁路北京至济南段沿线地面沉降情况,采用统计分析方法对铁路沿线各段落的地面沉降的幅度、速率及线路坡度的改变进行了计算和预测,并参考有关规范标准计算分析了不均匀沉降对高速铁路桥梁、路基及轨道平顺性的影响。研究结果:研究确定了华北平原地面沉降区内的地表变形特征及其对高速铁路的影响方式、影响程度,并提出了针对性的防治措施和对策。研究结论:区域性地面沉降会改变线路坡度,同时对桥梁、路基及轨道平顺性会产生一定影响,而局部的不均匀沉降对高速铁路工程的影响相对较大,可通过控制地下水开采、合理选线、采取合理的线路坡度及适宜的工程结构措施加以防治。

桩筏结构复合地基中筏板受力分析的理论计算模型与试验研究

由于缺乏刚性桩复合地基之上筏板受力的合理计算公式,目前中国高速铁路桩筏结构复合地基中筏板的设计计算仍采用简化算法,其计算结果的准确合理性尚不满足要求,为此拟对桩筏基础之上的筏板进行理论求解。选取桩筏结构中单桩作用的筏板区域作为求解单元,将该单元结构视为位于单桩和Winkler弹性地基共同支撑的四边滑支Reissner矩形中厚板,将Reissner矩形中厚板的基本方程导入Hamilton体系,利用辛几何中的分离变量及本征函数展开等方法,求出矩形中厚板弯曲问题的解析解,进而可求得复合地基上筏板的内力、挠度、桩顶反力和桩间土压力等设计值。最后将现场试验实测值与理论模型解析解的计算结果进行对比,结果采用文中理论模型计算得到的筏板弯矩、桩顶轴力及桩间土压应力等与现场实测结果吻合较好,表明在桩筏结构复合地基的筏板设计中,提出的理论模型是一种准确可靠的计算方法。

石灰及其外加剂固化天津滨海软土的试验研究

天津滨海软土力学性质较差,不能直接满足工程需要,在软土中加入固化剂能有效提高软土的工程力学性能,但若在固化剂中再添加适量外加剂,又能再次提高固化土的强度。本文以石灰作为主剂,水泥、石膏作为辅剂改良天津滨海软土,以无侧限抗压强度作为固化效果判断标准,同时进行相应的微观结构测试,并对破坏后的试样进行抗压试验。试验结果表明:水泥的最佳掺量仅随石灰掺量不同而变化,如12%的石灰固化土中,水泥掺量不超过3%可以最好地提高石灰固化土强度;石膏则不能改善土体强度,并且会使土体水稳定性差,遇水开裂。纯石灰固化土及掺外加剂的石灰固化土都是低压缩性土,各种力学性质都得到明显提高,其破坏形式为脆性破坏,破坏后强度很低且不能恢复,在实践中值得重视。微观结构分析表明:固化土中有C—S—H网状胶凝(水化硅酸钙)、针状钙矾石、无定形文石(Ca CO3)、Ca(OH)2晶体等能够填充孔隙、胶结颗粒的物质生成,有效、适量的生成物有利于固化土强度的提高。土体中总孔隙个数及总颗粒个数都随荷载的增加而增多,孔隙面积、孔隙等效直径及颗粒等效直径都随荷载的增加而减少。

京沪高速铁路沿线地面沉降与地下水位变化关系探讨

文章选择京沪高速铁路沿线的北京、廊坊、天津、沧州、德州等几个沉降中心的监测数据及研究资料,对比分析发现地面沉降发展与地下水位变化密切相关,依此建立了地面沉降与地下水位变化的经验关系,进一步分析预测了华北平原各主要沉降区地面沉降发展趋势。结果表明:北京地区地面沉降变化与水位变化线性相关明显,地面沉降对地下水位变化反应较灵敏,无明显临界水位;廊坊、天津及沧州地区显示指数相关,有较明显的临界水位,沉降过程存在初期缓慢沉降和快速沉降两个阶段;德州市在监测时段内显示二次函数相关,可能存在临界水位,但不如天津至沧州地区明显。各主要沉降区除天津市区地面沉降已经得到有效控制外,随着地下水资源的不断超采,过量消耗深层地下水储量,其它沉降区的地面沉降将持续发展,地面沉降灾害问题也必将日趋严重。

华北平原地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响研究

采用离心模型试验及数值模拟方法对抽水引起地面沉降进行过程及影响分析,并进一步采用有限单元法对实测地面沉降条件下的典型地段桥梁工程进行了模拟分析。研究表明,在抽水井附近及地面沉降的中心区域,不均匀沉降较为严重,对桥梁结构变形影响较大,对不同结构形式的桥梁影响有所不同;在地面沉降的扩展区域内,表现为桥梁与地基一同下沉,对高速铁路桥梁工程影响不大。需采取适宜的对策和措施进行防治。

铁路顺层路堑边坡稳定性分析方法研究

研究目的:铁路岩质边坡稳定性分析一直是山区铁路工程建设最为关心的难点问题之一。近年来,顺层岩质路堑边坡失稳造成的工程事故屡有发生,滑动面的位置往往不能够准确定位,缺乏一套科学合理的评价方法。为此,提出一种能够考虑滑体沿不同岩层界面及纵向裂隙发生滑动的稳定性分析方法。研究结论:采用一种基于平面坐标系统的双向滑动面搜索模式,该模型考虑了铁路路堑边坡的多级平台几何特征和岩层产状,逐一对潜在的滑动体进行分析,可实现对顺层岩质边坡最小安全系数的搜索过程。同时,为提高铁路路基工程技术人员对岩质路堑边坡稳定性的分析效率,采用C#作为开发工具,编制稳定性分析的相关软件,首次实现顺层岩质边坡双向结构面自动搜索的功能。

浅层地下水开采对高速铁路工程的影响及对策

研究目的:研究掌握浅层地下水开采引起的地面沉降特征及其对高速铁路工程的影响,提出针对性的防治对策与工程措施,供高速铁路勘测、设计及施工参考。研究方法:结合华北平原地面沉降情况,建立浅层地下水开采引起地面沉降的固结沉降模型。研制离心场中地基抽水的模拟和测量系统,进行了离心模型试验,测量抽水过程中粉土地基孔隙水压力和沉降的变化及分布规律,并对比分析了对不同型式桥梁的影响。研究结果:对浅层地下水开采引起的地面沉降机理进行初步分析,基于离心模型试验结果探讨了浅层抽水引起地基沉降的过程和特征,评价了地基不均匀沉降对特殊桥梁形式的影响,并提出了针对性的防治措施和对策。研究结论:浅层地下水开采造成的不均匀沉降对高速铁路工程的影响较大,需通过控制线路附近地下水开采、采取适宜的工程结构措施加以防治。

隧道围岩挤压变形预测方法研究

研究目的:围岩挤压变形预测是高地应力地区软弱围岩隧道勘察和设计阶段的一项重要工作。目前常用的临界埋深法和临界应力比值法均有局限性,迫切需要提出更加符合实际的隧道围岩挤压变形预测方法。研究结论:围岩挤压变形预测可采用强度应力比进行,建议采用Hoek-Brown经验强度公式和GSI法对岩体强度进行估算,F中地应力应取垂直于隧道走向的最大地应力。挤压变形破坏大都发生在F≤1的情况下,而剧烈挤压变形一般发生在F≤0.5时,可将0.5和1分别作为不同级别挤压变形的临界预测值。实践表明,采用F值法对围岩挤压变形进行预测是可靠的。

德州松软土蠕变特性及其模型研究

利用TSS10型三轴流变试验机对德州松软土开展不同围压下的三轴固结不排水蠕变试验,获得变形、应变率与应力和时间的变化关系,分析蠕变性状和特征,建立其分数阶类Maxwell蠕变模型。结果表明:德州松软土具有明显非线性蠕变特性,高应力水平的蠕变变形大于低应力下的蠕变变形;介绍分数阶蠕变模型原理,引用了分数阶类Maxwell蠕变模型,并求取德州松软土的类Maxwell蠕变模型参数和验证其描述德州松软土蠕变变形的适宜性。

软土地基静力触探机理分析

研究目的:静力触探是一种在铁路工程广泛应用的地质原位测试方法,现行研究中,往往仅采用数理统计方法建立触探参数与土体物理力学指标之间的相关回归公式,缺乏对触探机理的深入认识和对相应回归公式的验证。为此,本文采用数值模拟方法分析静力触探机理及土体物理力学参数变化对静力触探影响规律,并对静力触探结果与土体物理力学参数之间经验公式进行验证。研究结论:静力触探探头贯入过程中,大部分径向压缩发生在1～2倍探头直径范围内,探头端部最大径向应力发生在探头锥底面部位,切向应力大部分为拉应力。在相同触探速率下,随着地基土体不同应力比M值逐渐增大,地基土体竖向应力、剪应力、超孔隙水压力及比贯入阻力均逐渐增大;随着对数体积模量λ值增大,地基土体中径向应力、竖向应力逐渐增大,剪应力、超孔隙水压力及比贯入阻力逐渐降低。此外,数值模拟所得静力触探结果与《铁路工程地质原位测试规程》中相关经验公式符合性较好。

基于Hewlett方法的桩网复合地基土拱效应优化算法

桩网复合地基填土性质与土拱效应发挥程度直接相关,而传统土拱模型并不能有效反映填土黏聚力对桩土应力计算结果的影响。在Hewlett极限状态空间土拱效应分析基础上,采用填土综合内摩擦角指标完成空间土拱拱顶及拱脚位置处单元土体应力极限状态分析,考虑桩间土应力非均匀分布与被动土压力发挥程度的影响,得到桩网复合地基桩体荷载分担比解析表达式。研究结果表明:填土黏聚力显著提高路基填土土拱效应,复合地基设计应考虑填土黏聚力的有利影响;桩间土应力并非均匀分布,通过非均匀分布系数折减后,可有效提高弹性工作状态的桩体荷载分担计算结果;考虑被动土压力发挥程度的计算结果并不合理,应分别由桩顶和拱脚土体应力极限状态确定对应的桩体荷载分担比,取较小值为最终桩体荷载分担比结果。