球状风化花岗岩类土质边坡土-岩界面优势流潜蚀特性研究

受降雨作用,球状风化花岗岩类土质边坡的土-岩差异风化界面极易演化为优势渗流通道而发生渗流潜蚀,进而加速该类边坡的变形失稳,然而当前有关其渗流潜蚀作用特征、细颗粒迁移规律等的研究仍鲜见开展。基于多孔介质非饱和渗流理论,综合考虑细颗粒运移、潜蚀启动响应与非饱和渗流的耦合关系,提出一种可准确描述土-岩界面渗流潜蚀过程的数值计算框架。采用有限元方法,构建优势流作用下非饱和花岗岩残积土的渗流潜蚀模型,并以均质土柱的渗流潜蚀过程为参考,系统研究3种典型土-岩界面埋藏状态下的优势流潜蚀特性。结果表明:球状风化花岗岩类土质边坡的土-岩界面与基质渗透性存在高度差异性,湿润锋形成向下凹陷的渗透漏斗,且随着降雨的持续,湿润锋的凹陷程度愈发明显;细颗粒流失程度与土-岩界面的埋藏状态相关,其中下填土体工况的优势流潜蚀最为显著,其界面处甚至出现超孔隙水压力,最不利于该类边坡的稳定性。研究成果可为降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡稳定性的准确评价提供科学依据。

基于松散耦合方法的弃土场边坡三维建模及稳定性分析:以福州市闽清县白樟池埔建筑弃土场为例

近年来大规模的旧房拆迁改造及道路建设导致弃土方量剧增,弃土场已成为城市建设的重要附属工程。由于弃土场边坡结构松散、密实性差,较天然边坡更易发生变形破坏,弃土场的安全管理备受关注。为实现复杂工况下弃土场稳定性的快速分析,通过搭建ArcGIS和GeoStudio的松散耦合方法,构建了一套集可视化建模和模拟计算为一体的技术框架。为改良模型可视化效果,配合虚拟钻孔和空间插值方法改良地层曲面精度,完善了弃土场的三维建模技术。采用Python语言为程序接口完成跨平台模型数据交换,实现全时空全方位的多工况弃土场边坡稳定性快速预测。闽清白樟池埔建筑弃土场的应用实例表明,此方案能够实现弃土场任意断面的高质量识别和复杂工况下稳定性变化规律的快速预测,可见松散耦合方法在弃土场稳定性分析过程中具有显著的适用性和实用价值。

降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡渗流特性与稳定性分析

降雨作为边坡失稳破坏的最常见诱因,在非均质性、非连续性特征显著的球状风化花岗岩类土质边坡中具有更为复杂的影响特征。依托ABAQUS及其二次开发,通过构建降雨条件下球状风化体类土质边坡渗流模型,综合考虑降雨参数的影响,开展了降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡渗流特性与其稳定性研究。研究结果表明:受球状风化体影响,边坡浅层土体更快达到饱和,并且其饱和速率亦受风化体的埋藏深度、“迎雨”面横截面积和含量控制;降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡潜在滑动面仍表现出显著的复杂多样性,存在与无雨状态相似的滑面,也可能拓展形成新的浅层滑面;边坡安全系数与降雨历时和降雨强度为负相关,随着降雨的持续有趋于平缓的趋势,但也能在球状风化体的影响下失去平缓趋势而持续降低;在所设雨型中,渐变递增型对边坡稳定性影响最大。研究成果可为降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡稳定性评价提供科学依据。

球状风化花岗岩类土质边坡随机重构与其失稳破坏模式研究

球状风化花岗岩类土质边坡高度的非均质性、非连续性以及土-球接触界面的复杂性致使其失稳破坏复杂多变,综合运用几何学、计算机随机模拟技术等,以有限元软件ABAQUS为平台,基于Python开发了球状风化花岗岩类土质边坡的随机结构模型程序,研究了球状风化体的含量、空间分布、粒度组成以及土-球接触界面等作用下球状风化体类土质边坡的失稳破坏模式。结果表明:球状风化花岗岩类土质边坡破坏模式复杂多变,且由于球状风化体的存在,使得该类边坡的潜在滑动面极其不规则,甚至出现多条滑动面;位于滑动面附近的风化体阻碍了滑动面的发育,迫使其出现“绕石、分流或者包含”的塑性扩展模式。随着球状风化体含量的增长,坡体内部越来越难以形成单一的、上下贯通的滑动面,安全系数随之逐步提高;(0.22~0.3)Lc粒径风化体含量越多,Ⅱ区风化体所占面积越大,越有利于边坡稳定;土-球接触界面最有可能发展为滑动面,界面接触类型显著影响着球状风化花岗岩类土质边坡的失稳演化过程。研究成果可为合理准确地评价球状风化花岗岩类土质边坡的稳定性提供科学依据和理论支撑。

基于遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别技术研究

传统的滑坡识别主要通过遥感目视解译和人机交互识别,存在耗时费力、主观性强和提取精度低等问题。文中以福建省某公路为实验区,提出了一种基于高分辨率遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别方法。包括采用亚米级高分辨率遥感影像,通过对色调、地形、光谱、植被指数和纹理等滑坡特征进行分析与研究,确立了适用于东南山区公路的多维多尺度滑坡分类识别规则;借助机器学习算法分类工具与多维多尺度特征筛选集相结合构建了公路滑坡识别模型,并基于高分辨率遥感影像在色调尺度上对滑坡进行初步识别;最后经由坡度、归一化植被指数和纹理特征筛选集对初步识别的滑坡区域进一步的分割提取,从而对山区公路滑坡空间分布实行精准识别。经实验验证,文中方法所得滑坡识别的平均精度达到85.73%,且滑体提取形态特征完整,可清晰地展现出滑体的“舌”、“簸箕”状形态,亦可清晰辨别滑体的滑壁与堆积体。研究成果可为我国植被发育区的山区交通线路的滑坡识别与风险评估提供科学参考。

高植被覆盖区台风暴雨型滑坡成灾机制及预警模型研究综述

高植被覆盖区台风暴雨型滑坡具有显著的群发、突发和高隐蔽特性,面对日益增加的防灾减灾需求,如何科学地揭示其成灾机制并构建智能预警模型正成为当前研究的热点和前沿问题。文中首先以浙闽两省频发的台风暴雨型滑坡为例,系统总结了其地貌地质、时空分布和上覆植被等发育特征。其次,从台风暴雨型滑坡成灾机制、植被对斜坡稳定性影响及台风暴雨型滑坡的预警预报等3个方面重点梳理并剖析了当前研究现状,强调指出当前有关高植被覆盖区台风暴雨型滑坡的研究仍存在台风-暴雨共同作用下植被发育斜坡的水文动态响应刻画不足、成灾机制仍不清晰以及由此导致滑坡稳定性评价方法缺乏针对性、已有预警模型精细化、精准化预警不足等亟待解决的深层次问题。最后,建议未来研究亟需聚焦地质-植被-气象的相互作用,查明高植被覆盖区台风暴雨型滑坡的孕灾环境与其发育规律,明确台风暴雨下植被发育斜坡的水文响应规律,揭示其失稳演化过程与成灾机制,建立台风暴雨过境全过程的时空预警模型。文中旨在为台风暴雨型滑坡的研究开辟新的视角和研究思路,进而为全球高植被覆盖区台风暴雨型滑坡的预警与防控提供科学决策和技术支撑。

单排桩工况下软弱地基刚性桩支承路堤稳定性计算

刚性桩支承路堤的稳定性评价是近年来研究的热点和难点问题。从刚性桩桩间软弱土是否发生绕流滑动破坏的角度出发,基于Ito T塑性变形理论率先推导了路堤荷载下单排刚性桩桩身被动荷载的分布模式;以极限分析的上限定理为框架,基于单排桩支承路堤旋转破坏机构的内外功能平衡关系构建了以安全系数为目标函数的约束方程,提出了软弱地基单排刚性桩支承路堤的稳定性计算方法,并借助数值模拟验证了该方法的合理性。计算结果表明:当路堤潜在滑裂面经过单排桩时,单排桩加固位置由路堤坡趾向路堤中心移动,其安全系数总体上呈现出先增大后减小的趋势;单排桩的最大加固比受路堤堆载高度影响不大,但随着软弱地基抗剪强度的降低而增大,亦随着路堤坡率的降低而降低;单排桩的最优加固位置则受路堤堆载高度、路堤坡率以及地基内摩擦角等的影响显著,受地基土黏聚力的影响较小。研究结果为刚性桩支承路堤的稳定性计算提供了一种新的思路和理论支撑。

多支盘锚杆的原型试验与荷载传递特征分析

多支盘锚杆是新近研发的新型锚固结构,与普通锚杆相比具有优良的工程特性。在多支盘锚杆室内模型试验研究的基础上,通过极限平衡理论推导出多支盘锚杆极限承载力理论计算公式,计算模型结果与室内实测数据基本一致,验证了计算公式的有效性。为了进一步掌握多支盘锚杆的荷载传递特性,开展了现场边坡锚固原型试验,利用现场多支盘锚杆拉拔测试所得数据研究了多支盘锚杆的支盘直径、支盘间距和支盘个数对多支盘锚杆极限承载力和变形控制能力的影响。试验结果表明:在粉质黏土中,当支盘间距大于等于4倍支盘直径时,可认为各支盘能独立工作,充分发挥多支盘锚杆的承载力;在相同条件下,与普通锚杆相比,随着多支盘锚杆的支盘直径从300 mm增大到500 mm以及支盘个数从1个增加到3个,多支盘锚杆的抗拔承载力提高非常明显,其变形控制能力也大幅度增强;多支盘锚杆的轴力传递曲线在支盘位置发生突变,呈陡降型,充分体现支盘在抗拔方面的贡献作用。该研究成果为多支盘锚杆的工程应用奠定了良好的理论基础。

基于AHP-TOPSIS法的光伏支架基础选型研究

以优化光伏电站工程支架基础设计为落脚点,提出一种基于AHP-TOPSIS法的光伏支架基础选型的综合评判模型。首先从地质条件、经济效益、施工可行性和基础受力特性四个方面确定了光伏支架基础选型的9项二级指标,再根据工程经验将每个评价指标按对基础选型的影响程度予以分级并量化,藉此构建了光伏支架基础选型的决策矩阵,进而结合TOPSIS法分析并计算得出与理想光伏支架基础选型的贴近度,最后通过实例应用验证了AHP-TOPSIS综合评价模型在光伏支架基础选型中的合理性与可行性。

降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的边坡可靠度分析

土体饱和渗透系数表现为天然的变异性,为此基于Green-Ampt模型建立了考虑饱和渗透系数变异性的降雨入渗物理模型,并藉此模型确定了坡体湿润锋深度和含水率分布。然后结合无限长非饱和土边坡稳定模型得到解析形式的反映边坡稳定性的极限状态函数。采用Monte Carlo法对饱和渗透系数进行随机抽样并最终建立降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的边坡概率分析框架。针对一假想边坡,探讨了饱和渗透系数的变异系数、降雨持时和降雨强度对边坡破坏概率以及破坏发生时间概率分布的影响,结果表明:在降雨初期,边坡的破坏概率随饱和渗透系数变异性的增强而逐渐增加,但随着降雨的持续,破坏概率开始随变异性的增强而显著降低;滑坡最可能发生时间的大小并不受饱和渗透系数变异性的影响,而是直接取决于降雨强度;滑坡最可能发生时间所对应的概率却随变异性的增强而逐渐减小。

带多阳角的综合管廊垂直交叉节点深基坑的坑角效应分析

坑角效应是基坑空间效应的重要体现形式之一,但目前对带多阳角深基坑的坑角效应还缺乏具体且深入的研究。以海南滨海软土地区两垂直相交的综合管廊狭长深基坑工程为依托,利用Plaxis 3D建立了两种典型施工模式下带多阳角的综合管廊交叉节点深基坑开挖的三维数值模型,对由开挖引起的地表沉降、支护结构变形以及支撑轴力等开展了细致的对比分析,并着重探讨了坑角效应对其分布形态的影响。计算结果表明:在两种典型施工模式下,综合管廊狭长深基坑的地表最大沉降变化区间约为0. 11%He～0. 67%He,且支护结构的最大侧向变形与开挖深度之间的上下限值分别为0. 25%He、1. 35%He。整体而言,在完全对称的施工模式Ⅱ下,基坑周围土体的地表最大沉降和支护结构的侧向变形均低于施工模式Ⅰ的计算结果;但在施工模式Ⅱ下,基坑开挖过程中在阳角的两个临空面方向均表现为显著的坑角效应,而在施工模式Ⅰ下,仅在阳角形成之后的单一方向上表现为明显的坑角效应。坑角效应的影响范围约为2倍的开挖深度,在坑角效应的影响范围内,基坑周围土体的地表沉降、支护结构的侧向变形以及支撑轴力均较坑角效应影响范围以外的计算结果显著降低。研究认为,若在带多阳角的综合管廊交叉节点处的深基坑设计中合理考虑坑角效应的影响范围及其发挥程度,可在一定程度上降低工程成本。

超高填方荷载下刚柔组合桩复合地基的加固机理及其优化设计

以玉溪—磨憨铁路普洱车站的超高填方工程为依托,借助ABAQUS有限元软件,研究超高填方路堤荷载下传统刚性桩和柔性桩复合地基桩体的受荷模式及路基稳定性。传统的刚性桩复合地基路堤中心处PHC管桩,桩身所受剪力和弯矩较低,PHC管桩的抗弯性能、抗剪性能未得到充分的利用;而传统的柔性桩复合地基则表现为路堤边桩侧向变形大,桩体柔性弯曲明显,路堤安全性相对较低等特点。在确保路堤安全的前提下,提出一种兼顾工程成本的超高填方荷载下刚柔组合桩复合地基优化设计方法,即将刚性桩布置于潜在滑裂面剪入口或剪出口位置,其余位置布置柔性桩。并借助有限元数值模拟方法对其加固机理及效果进行分析。研究结果表明:当刚性桩布置在剪入口位置时,能显著减少路堤的侧向变形以及坡肩处路堤顶面的竖向变形,其存在可直接阻止潜在滑裂面的进一步发展和贯通;而将刚性桩布置在剪出口位置,亦能减少路堤的侧向变形,但效果并不显著;且其能分担剪出口处桩周土体所受的剪切应力,使其塑性区向四周分散。2 种优化方案下路堤安全系数均较常规柔性桩复合地基安全系数有显著提升。

桩板式挡土墙桩-板土压力传递特性的试验研究

广泛应用于路堑、路堤以及滑坡等特殊路基支挡工程的桩板式挡土墙目前多采用桩后搭设直板的结构形式,致使设计严重偏于保守。为明确不同挡土板布设位置下桩板式挡土墙桩–板土压力的传递特性及其分布规律,基于相似原理采用室内物理模型试验,开展桩前置板、桩后置板以及桩间无挡板3种典型工况的室内模型试验研究,获取桩–板后填土在水平推力作用下的整体变形及其典型破裂面特征,监测并确定抗滑桩两侧、桩间挡土板背侧以及填土跨中土压力的分布规律。试验结果表明:在水平推力作用下,桩前置板、桩后置板以及桩间无挡板3种典型工况的桩–板后填土均产生一条横跨加载面的整体裂缝。抗滑桩和桩间挡土板的背侧土压力大致分别呈"勺子型"和"梯形"分布,且相较于桩后置板工况而言,尽管桩前置板工况下抗滑桩所承担的土压力较大,但桩间挡土板所对应的土压力则显著降低。由于桩间挡土板的存在,尤其是桩后置板工况,在一定程度上削弱了桩–板后填土的土拱效应,但桩前置板工况仍为桩–板后侧填土土拱效应的形成和发展提供了空间;相较而言,桩前置板工况可利用桩–板后填土土拱效应的发挥显著减少作用于挡土板上的土压力,设计时宜采用桩前挂板或板搭设在桩翼缘板上的结构形式。研究成果可为桩板式挡土墙的合理设计提供参考。

非平稳随机场下饱和渗透系数空间变异性的无限长边坡稳定概率分析

土体饱和渗透系数表现为天然的空间强变异性,其均值通常沿土层深度方向呈递减趋势,但目前鲜有文献考虑这一特性。为此,以FLAC为平台,利用fish语言基于局部平均法建立了表征土体饱和渗透系数均值随深度递减的一维非平稳随机场模型,采用FLAC两相流模块模拟雨水的入渗过程,以蒙特卡罗法为框架,结合考虑正孔隙水压力的广义有效应力无限边坡稳定模型,探讨了饱和渗透系数空间变异性在不同降雨时刻下对边坡最危险滑裂面分布规律以及相应的边坡破坏概率的影响。结果表明:忽略饱和渗透系数的空间变异性的确定分析方法将不能真实反映边坡的安全性;随着降雨持时的增加,边坡最危险滑裂面发生在坡底基岩处的概率逐渐降低;随着饱和渗透系数竖向相关距离的增加,边坡最危险滑裂面发生在坡底的概率逐渐增加,而相应的边坡破坏概率却随竖向相关距离的增加而逐渐降低。

PHC管桩复合地基损伤破坏机理分析

高强预应力管桩(PHC管桩)复合地基是刚性桩复合地基的一种常用形式,但目前对其桩体失稳破坏机理仍缺乏深入探讨。依托一具体工程实例,建立了超高填方荷载作用下PHC管桩复合地基的三维数值分析模型,藉此开展了考虑桩体刚度损伤的失稳破坏机理与破坏模式的研究。计算结果表明:混凝土损伤塑性模型可较好的描述PHC管桩的刚度退化和桩体损伤破坏后的力学软化行为;在超高填方荷载作用下,不同位置下的PHC管桩发生不同程度的拉伸损伤或压缩损伤,并伴随着拉裂缝的产生;PHC管桩复合地基中的桩体破坏模式可归结为弯曲破坏,但是不同位置桩体的弯曲应力产生机制有所不同,可能为压弯或拉弯。研究成果可为PHC管桩复合地基的优化设计提供一定的理论支撑。

强夯碎石墩处治“山地型”软土路基的变形特征研究

为明确填方路堤荷载下强夯碎石墩的变形特征与其路堤稳定性的内在关联,针对“山地型”软土地区某高速铁路车站高填方路堤的失稳破坏现象,基于现场实测数据和三维数值分析模型,着重研究了不同位置强夯碎石墩墩体的鼓胀变形与侧向弯曲变形规律,并定义墩体鼓胀率和最大侧向弯曲值对其变形特征予以描述。研究结果表明:路堤荷载作用下不同位置的强夯碎石墩发生不同程度的鼓胀变形和侧向弯曲变形,其中鼓胀变形主要由上覆路堤荷载所产生的压缩鼓胀和路堤侧滑所产生的滑动剪切鼓胀所组成,且其最大鼓胀变形区域集中在距桩端1~2倍桩直径范围内;位于强夯碎石墩复合地基潜在滑裂面剪入口附近墩体的鼓胀率最大(0.75%),约为路堤中心处墩体鼓胀率的1.5倍,表明该处以滑动剪切鼓胀变形为主。沿路堤中心线向外不同位置的强夯碎石墩墩体的最大侧向弯曲变形的发展规律近似呈三段线模式,其中潜在滑裂面剪入口附近的17^(#)墩体为其侧向弯曲变形开始陡增的拐点,表明17^(#)与其附近墩体为控制路堤侧向变形与稳定的关键构件。路堤填筑过程中所出现数条裂缝的原因可能在于强夯碎石墩的剪切破坏而致使路堤出现整体滑移所引起的,建议在采用散体材料桩复合地基处治“山地型”软弱地基时,应配合其他加固措施以确保填方路堤的整体稳定性。

超高韧性水泥基复合材料在隧道二次衬砌中的应用分析

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)以其良好的延性和多裂缝稳态开展性能,近年来受到工程界的青睐。通过建立模拟隧道空间开挖的二维有限元模型,对由UHTCC和普通混凝土构成的二次衬砌的内力、安全系数以及洞周位移等进行了对比分析,研究了二次衬砌厚度变化对其安全系数和结构稳定性的影响。计算结果表明,二次衬砌结构的安全系数随衬砌截面厚度呈非线性增加,由于UHTCC具有低刚度、高韧性的特点,在同等条件下,UHTCC材料的二衬支护结构的安全系数较普通混凝土材料提高2～3倍。

筒桩桩承式加筋路堤工作机理分析

用大直径现浇薄壁筒桩代替预制桩形成筒桩桩承式加筋路堤在工程应用中是一种新的尝试,是近年来发展的一种新的路堤加固形式。结合一具体工程实例,通过对比分析带盖板的筒桩桩承式加筋路堤和无盖板的筒桩桩网复合地基的三维有限元模型,重点阐述了桩盖板及三角形布桩形式对路基沉降、桩土最大不均匀沉降、填土土拱效应以及土工格栅的拉膜效应等的影响。计算结果表明:桩盖板能为路堤填土形成压实壳体提供趾脚,因此能够更大程度地发挥填土的土拱效应,更有效地控制路基沉降、侧向变形及最大不均匀沉降;同时由于桩盖板的存在,一般使土工格栅的强度发挥较小,据此在设计中应优先考虑采用低应力条件下就能较高程度发挥其抗拉强度的格栅。另一方面,由于筒桩采用几何非对称的三角形布桩形式,致使桩间土内的土拱效应系数曲线沿路堤横断面呈波浪状,同时导致土工格栅在桩盖板两侧受力不均匀。分析结果揭示了筒桩桩承式加筋路堤的工作机理,为工程应用提供了理论基础。

一个考虑浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型

基于经典Green-Ampt入渗模型,建立了考虑任意降雨强度下浅层地下水位埋深的降雨物理入渗模型.针对4种不同渗透性质的土样,将此模型的解析解与数值模拟结果进行对比分析,结果表明:所建的降雨入渗物理模型及其数值解的最大积水时差仅为0.274 h,最大相对累积入渗量误差仅为3.204%,验证了该修正模型的合理性.同时以砂质壤土为例,利用该模型分析不同地下水位埋深对降雨入渗的影响.分析表明:雨水入渗速率、累积入渗量以及积水时间受地下水位埋深的影响较小,而湿润锋深度随着降雨历时的增加受其影响逐渐明显.

探讨变雨强条件下的入渗过程及影响因素

以积水条件下Green-Ampt入渗模型为基础,拓展其在变雨强中入渗率和累积入渗量计算形式。结合上述理论基础,选用饱和-非饱和土壤水、热和溶质运移模拟软件Hydrus-1D,探讨了常降雨与变雨强的入渗差异和饱和导水率、土壤类型对变雨强入渗过程的影响。研究表明:相对于常降雨,变雨强更利于雨水入渗,累积入渗量显著增加;其他水力参数不变,饱和导水率越大,入渗率与变雨强随时间变化曲线重合率越高,雨强控制时间越长,累积入渗量相应也越大;其他水力参数作用效果不容忽视,其影响作用可与饱和导水率达到相似效果。正确了解变雨强下入渗过程及影响因素,有助于准确地把握实际降雨入渗情况,对指导水力工程有重要的实际意义。