南京地铁7号线中胜站密贴下穿运营站MJS+水平冻结施工与实测研究

为解决南京新建地铁7号线在承压富水砂层近贴下穿既有10号线中胜站开挖时易发生涌砂涌水现象及冻结对既有线变形的影响问题,提出一种全方位高压喷射工法(metro jet system,MJS)+水平冻结法联合加固承压富水砂性地层的施工方法。根据实际工程,确定MJS+水平冻结加固工艺、加固参数、加固范围及冻结的方案,并通过数值模拟方法预测冻结温度场的变化规律、计算开始冻结的合理时间和积极冻结时间。对冻结过程中的土体温度、冻结及开挖过程中的既有车站底板位移进行监测,并在此基础上对暗挖方案进行优化。工程实践表明:1)冻结过程中中部MJS加固体温度一直高于端部MJS加固体温度,应当加强对中部位置温度的监测;2)冻土帷幕范围应控制在MJS加固体范围内,否则土体冻结会对冻胀变形影响较大,为此提出了上部钻孔取土泄压及间歇冻结的方案,可在一定程度上减小冻胀;3)本工程冻结及开挖阶段既有车站结构变形较小,减小了对近贴既有车站结构的影响;4)优化后的暗挖方案可加快施工进度,原开挖时间约80 d,优化后开挖时间缩短至66 d。

不同降雨形式下植被边坡含水率变化对比试验研究

进行了室外天然降雨和室内人工降雨边坡模型试验,试验所用土料为海口美兰区粉土,室内和室外试验设置裸土、肾蕨、细叶结缕草三种边坡模型。模型的监测系统能够实时收集测量坡体内部的土壤含水率。通过两次室内人工模拟降雨和室外天然降雨,对比了三种不同植被边坡模型内部土壤含水率的变化。结果表明,边坡植被主要通过拦截降雨形成地表径流、改变雨水渗透路径、影响边坡土体的渗透性等来保护坡体。细叶结缕草护坡作用下边坡土体的含水率达到稳定状态所需时间最长,裸土边坡土体的含水率达到稳定状态所需时间最短,可见细叶结缕草对边坡土体的渗透性影响最大。

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性的试验研究--平行双根

为探索乔木根系在浅层滑坡中的阻滑效应及变形特性,以自行设计加工的大型层叠式根土复合体直剪仪为基础,对海口地区橡胶树(乔木)直根进行了不同深度剪切面处的乔木根土复合体大型直剪试验,得到了不同剪切面处乔木根系的阻滑能力及变形特性。试验结果表明:对比相同推力作用下含根土和素土剪切盒位移,发现根系的存在具有提高土体强度,延缓破坏的能力,乔木根系的存在主要通过根土之间的摩擦力起到对土体的加筋作用来有效提高土体的强度。随着剪切深度的增大,根系的阻滑能力逐渐加大;但加筋率逐渐减小。靠近剪切面处的根系相对位移最大,随着距剪切面距离的增加根系位移逐渐减小。根系的变形说明根系有将剪切面上下土体连成整体共同承受剪力的作用,且根系变形越大抵抗抗剪强度的能力越大。研究成果对于深入研究乔木直根在浅层滑坡中的阻滑及变形机理提供了试验依据,为更好的将植被根系的阻滑作用运用到浅层边坡治理中奠定了基础。

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性试验研究—前后双根

乔木根系在土中所处位置不同,其对土体的强化作用以及自身的变形情况也就不同。通过自行研制的可用于模拟不同深度浅层滑动面的层叠式根土复合体直剪仪对海口橡胶树(乔木)直根进行了根土复合体大型直剪试验,得到了不同深度剪切面处根系对土体的强化效果以及根系通长范围内的变形情况。试验结果表明:乔木根系的存在有助于提高土体的强度和具备阻止或延缓小型浅层滑坡产生的能力;乔木根系的变形主要集中在相邻剪切面之间,此范围之外基本无变形;随着剪切深度的下移,深入稳定土层的根系长度则逐步减少,含根土所能承受的推力值不降反升;树根的存在可改变土体的破坏曲线形式,出现应变硬化现象;前后根系在土中的变形并不一致,剪切面处前根的变形始终最大,剪切面之上前根变形小于后根,剪切面及其之下前根变形大于后根。试验结果得出,乔木根系可对边坡的稳定性起到积极作用,有阻止或延缓边坡下滑的趋势,其试验数据及结论可为乔木根系在浅层滑坡中的锚固理论提供依据。

海口软土中细砂复合效应试验研究

针对海口软土掺中细砂形成复合土的复合效应进行系列试验研究。研究三轴试验中在不同围压下,不同配合比的复合土与原状软土的强度、应力应变关系、压缩性、渗透特性和有效应力路径特性。同围压下,随着中细砂掺量增加,复合土的抗剪强度越高,剪胀现象越明显。低围压下,复合土表现出一定的应变软化;而在高围压下,无论是复合土还是原状土都表现为应变硬化现象,其有效应力路径随着砂掺入量的增加由斜线或弧形向"S"形过渡。复合土渗透系数随着孔隙比的增大而减少。

海口软土中细砂复合土的试验研究

对海口软土掺中细砂形成的复合土进行了系列试验研究,分析了不同围压下,不同配合比复合土与原状软土的强度、应力应变关系、压缩性以及有效应力路径的特性.试验结果表明:随着中细砂掺量的增加,于同围压下,复合土的剪切强度越高,剪胀现象越明显,复合土在低围压下表现出一定的应变软化,而在高围压下,无论是复合土还是原状土,其都表现出应变硬化现象;随着砂掺入量的增加,复合土的有效应力路径由斜线或弧形向"S"形过渡.

交叠车站下穿段MJS+水平冻结温度场分析

以南京地铁7号线中胜站下穿既有10号线中胜站工程项目为研究背景,提出了富水承压含水砂层交叠车站下穿施工MJS+水平冻结新工法,通过ADINA有限元软件进行水平冻结温度场数值模拟,获得了富水砂层交叠车站下穿段人工水平冻结的冻结温度场变化规律,并对比分析了MJS加固端部采取保温措施与否的冻结温度场发展规律,研究了因MJS水化热产生的不同地层初始温度和不同季节施工对冻结温度场的影响。结果表明:随冻结时间增加,冻结锋面发展速度先快后慢,冻结40 d时,冻结区内土体温度维持在-13℃以下;无论是在MJS加固区的顶部、中部还是底部,距离冻结管越近,其温度下降速度越快,最终土体温度也越低;MJS加固区中地层初始温度平均每升高4.54℃,内部土体达到设计厚度所需时间延长1 d;夏季必须对端部采取保温措施,否则无法形成所需厚度,对端部采取保温措施后,端部冻结交圈时间减少2 d,冻结40 d时端部冻结壁厚度增加了2.6倍。相同地层初始温度和冻结设计方案下,冬季施工能有效增强端部位置的冻结效果。研究成果可指导实际工程施工,同时为国内相似地层类似工程设计、施工提供技术支撑。

冻融循环下有机质水泥土的抗压强度与微观孔隙特征

基于采用水泥深层搅拌工艺对季冻区有机质土进行加固治理为背景,选取南京地区粉质黏土,通过采用富里酸人工配制有机质土,再掺入水泥与粉煤灰改良有机质土,开展了有机质水泥土抗压强度试验与压汞试验,研究不同水泥-粉煤灰掺比(水泥掺入比-粉煤灰掺量)、冻融循环次数和龄期对强度及孔隙分布特征的影响,分析了抗压强度与微观孔隙特征间关系。结果表明:抗压强度随龄期延长呈对数规律增长;随冻融循环次数增加,不同掺比下强度均呈指数规律不断减小;随粉煤灰掺量增加,强度呈先增大后减小趋势,存在一临界粉煤灰掺量(5%);1次冻融后大、中孔分布比例显著上升,小、微孔分布比例下降明显;由1次到12次冻融,大中孔及小微孔分布比例均分别上升与下降,呈“此长彼消”;24次冻融后大、中孔分布比例呈下降趋势,而小、微孔呈上升趋势;孔隙率随冻融循环次数增加呈对数规律增长,随水泥掺入比增加而降低,随粉煤灰掺量增加呈先降低后增长规律;抗压强度随孔隙率增加、微孔分布比例减小、中孔分布比例增加而减小,且最终趋于稳定。

雨林乔木直根根土复合体的抗剪强度试验研究

为探索不同类型的雨林乔木直根根土复合体的抗剪强度,采用自行设计加工的大型根土复合体直剪仪对不同根径、根数以及根系分布条件下的根土复合体进行直剪试验。通过电动汽车千斤顶,对上剪切盒匀速缓慢施加推力,试验过程中实时记录千斤顶推力的大小、直根相对剪切盒的位移及剪切盒位移等。试验结果显示:土中根系的分布类型、根径大小、根数和剪切深度会影响到根土复合体的抗剪强度及相应的强度指标;植被根系对土体的加筋作用具有积极作用,为后续更加深入地研究乔木根系对小型边坡的治理奠定试验基础。

氯盐粉质黏土冻结过程中变形特性及其机制研究

近海和海底粉质黏土受海水浸渍形成氯盐土,为研究氯盐粉质黏土冻胀变形特性,揭示其冻胀变形机制,通过开放系统单向冻结试验监测冻结过程中不同氯盐含量土体冻胀变形及水盐迁移规律;开展核磁共振试验获得冻结过程中孔径分布,探讨微观结构变化与宏观冻胀变形内在联系。单向冻结试验结果表明:含盐量对冻结锋面发展、水盐迁移以及冻胀均有显著影响;冻结锋面先快速发展后趋于稳定,含盐量越低冻结锋面稳定位置距离冷端越远。土水势梯度是水盐迁移的驱动力,含盐量越低土水势梯度越大,引起的水盐迁移越明显。冻胀随含盐量增加而减小,补水引起冻胀占总冻胀的主要部分。冻结结束时的冻胀率随含盐量增加表现为先降低后增加,存在一个临界含盐量,即1%含盐量的冻胀率最低。核磁共振试验表明:试样中的孔隙主要由中孔隙组成,冻结过程中中孔隙向大孔隙和小孔隙转化,含盐量越低孔隙体积转化比例越大。这是由于低含盐量土中发生更多冰水相变,微观孔隙结构改变更为明显,产生冻胀也更为显著。