基于贝叶斯方法的软土深基坑不确定性位移反演分析

在深基坑开挖工程中,使用合理的土体力学参数计算地连墙侧移对优化基坑支护方案以及降低工程风险至关重要。然而,受地层分布不均、土工试验误差等因素的影响,土体参数常表现出明显的不确定性,该不确定性降低了地连墙侧移计算结果的可信度。鉴于上述问题,提出一种基于贝叶斯参数更新框架和现场监测数据的软土深基坑土体参数反演方法。该方法采用GA-BP神经网络建立数值分析模型中土体参数与地连墙侧移的隐式函数关系,并结合现场监测数据建立土体参数的贝叶斯反分析模型。采用该方法对某深基坑工程进行分析,验证了方法的可行性。分别采用地连墙的最大侧移值和多点位移值作为指标进行土体力学参数反演,并分别使用更新后的土体参数预测基坑开挖的最终侧移值。研究结果表明:与不更新土体参数相比,更新土体参数后土体参数变异系数变小,得到的结果与后续施工步下的监测结果更吻合;使用多点观测值进行土体参数更新的预测效果显著优于仅使用最大位移值时的效果。

站-桥同位合建工程中地下结构的地震响应

地铁车站与高架桥同位合建(站-桥合建)工程能缓解城市交通拥堵和节约建造空间,但其动力响应机制和地下结构地震反应特性不甚明确。利用有限差分软件建立站-桥合建工况和单一车站工况对应的三维模型,首先进行静力计算,分析两类工况的受力变形规律,在此基础上分析在输入El-Centro波和Kobe波时两类工况中地铁车站的层间位移角、应力变化规律以及薄弱位置;最后深入研究高架桥的桥梁荷载和高度对地铁车站地震反应的影响规律。结果表明:随着基岩输入加速度的增加,高架桥对地铁车站层间位移角和最大应力的影响增大;站-桥合建工况中车站楼板两端容易发生受拉破坏,大震时应增加对车站中柱的关注;层间位移角随桥梁荷载线性增加,随桥梁高度非线性增加,应力随两者均呈线性增加。

基于改进三阶段法的隧道下穿建筑风险评估

对地铁隧道施工可能引起的沿线建筑损伤进行风险评估具有重要意义,如何兼顾效率和准确性是隧道下穿建筑风险评估中的一个难题。提出一种改进的三阶段建筑损伤评估方法,在前两个阶段同时从隧道开挖对建筑的危害性和建筑自身的易损性两个角度对隧道下穿建筑的风险进行初筛,在第3阶段对隧道下穿建筑的风险进行多指标详细评估。在风险初筛中,用Peck经验公式和极限拉应变法评估隧道开挖对建筑的危害性,将建筑完损程度和建筑物理特征作为建筑易损性评估的依据。在建筑损伤风险详细评估中建立三维有限元数值模型,并选取多个控制指标综合评估隧道下穿引起的建筑损伤风险。以某盾构隧道下穿砌体建筑工程为例,应用改进三阶段法验证所提方法的合理性,结果表明引入易损性评估作为风险初筛的另一依据可以有效避免低估风险。对比评估结果与实测结果的可知,改进三阶段法能较为准确地评估隧道下穿建筑的风险。

筋土峰值拉拔力的影响因素研究

为解决加筋土结构中筋土界面间复杂效应问题,采用筋材的微单元受力平衡方法,考虑剪切刚度与位移的影响,推导筋土峰值拉拔力计算公式;预测筋材在所受拉力不超过其峰值拉拔力的情况下各个位置的拉力及位移;在最大峰值拉拔力的范围内分析筋材有效加筋长度、剪切刚度对筋材位移的影响及其变化规律。结果表明,在峰值拉拔力一定的情况下,筋材的有效加筋长度与剪切刚度对峰值拉拔力的影响较为显著,而弹性模量对峰值拉拔力的影响较小,筋材位移随着筋材有效加筋长度、剪切刚度的增大而呈非线性减小。将采用筋土界面峰值拉拔力公式的计算结果与拉拔试验的试验结果进行对比分析,发现两者的最大峰值拉拔力相差不大,结果吻合较好。研究成果可以为加筋土工程提供一定的理论参考。

基于空间视距的林区曲线道路行车舒适性研究

为提高林区曲线道路驾驶员行车安全性和舒适性,采用驾驶模拟试验办法,利用眼动和心率作为评价指标,从动态视角对林区曲线道路行车舒适性进行评价研究。基于空间视距理论建立5种不同空间视距的林区曲线道路场景,研究结果表明,驾驶员瞳孔直径变化率和心率增长率随着空间视距增大而不断减小,驾驶舒适性不断增大。考虑瞳孔直径变化率和心率增长率的最小空间视距值为101 m和89 m,得出瞳孔直径变化率和心率增长率的空间视距适宜值为128 m和132 m。

基坑被动区加固的位移控制效果及参数分析

以武汉地铁2号线积玉桥站为背景,采用三维弹塑性数值模拟的方法,考虑地下水渗流及土体的固结,研究被动区加固下地下连续墙的水平位移及坑外地表沉降的分布规律,并将计算值与现场实测结果进行对比,验证数值计算模型的合理性。以此模型为基础,对裙边加固和抽条加固的主要参数及布置形式进行深入的探讨。研究结果表明,被动区加固对变形的控制效果是非常显著的。裙边加固宽度和裙边加固深度都存在一个有效范围,当超出该有效范围后,加固效果的提高幅度不显著。当裙边加固宽度与加固深度相当时,加固效果最优。在裙边加固参数不变的情况下,被动区加固的作用效果主要与抽条加固的置换率有关,与其断面形状、布置形式等基本无关。

铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术研究

研究目的：解决新建隧道近距离穿越既有隧道时，既保证新建隧道施工安全，又能使既有线正常运营的问题。研究方法：针对温福铁路琯头岭隧道下穿既有高速公路隧道工程的实际情况，结合国内外研究成果和国家现有规程，在分析既有隧道健全度及施工对策的基础上，对交叉点附近新建隧道的施工方案及既有高速公路隧道的监控量测措施进行了分析研究。研究结果：得出了几种施工技术和相应的参数、控制标准。研究结论：（1）近距离爆破振动施工可能会产生严重危害，必须引起高度重视，因此，琯头岭隧道穿越段施工之前，应对既有隧道衬砌强度、衬砌背后空洞分布、衬砌抗震性等进行必要的评估，制定爆破振动控制基准，进行合理的爆破参数研究。（2）在新建隧道掌子面推进到离交叉点3～4倍洞径时，应开始做好既有隧道内的监控量测，通过监测分析结果，合理调整开挖方法、爆破参数及起爆方式，确保既有隧道安全。（3）交叉段施工完成之后，对既有隧道交叉点附近隧道衬砌结构应重新进行安全性评价，确保既有隧道不会因时间推移而产生破坏。

中低压缩性土地区桩承式加筋路堤现场试验研究

将桩承式加筋路堤技术应用于中低压缩性土地区高速铁路桥台和涵洞之间填方路基的处理,通过逐渐改变CFG桩桩长形成刚度均匀变化的地基加固区,严格控制线路纵向差异沉降。通过现场试验对桥台、涵顶和路基中心地基沉降进行了长期观测,同时对桩承式加筋路堤桩间土沉降、孔隙水压力、格栅上下表面土压力和格栅变形进行了长期监测分析。研究结果表明:桩承式加筋路堤可有效减小中低压缩性土地基沉降,总沉降小且很快趋于稳定;桩承式加筋路堤通过土拱效应和张拉膜效应将路堤荷载向桩帽传递,格栅下桩土应力比明显高于格栅上,张拉膜效应明显,格栅上桩土应力比接近1.0,土拱效应较弱;格栅在路肩处发挥的作用强于线路中心处。

基于间隙参数法的软土盾构隧道施工不确定性表征

为防御软土盾构隧道施工引发过大地层位移的风险,有必要对盾构隧道地层位移进行概率分析。间隙参数法通过将地层损失分为三个分量,详尽地解释了盾构隧道掘进过程中地层损失的来源,基于间隙参数法对盾构隧道掘进过程中众多参数不确定性进行表征,为实现概率分析提供重要前提。基本思路为分别确定三个分量,即等效三维间隙、盾构姿态相关间隙与物理间隙的统计特征。等效三维间隙与盾构姿态相关间隙相对复杂,根据文献给出了与之相关的地层参数与掘进参数的统计特征。物理间隙与注浆效果有直接关系,通过搜集到的地质雷达数据确定注浆填充率,给出了物理间隙的统计特征。

路桥过渡段桩承式加筋路堤现场试验研究

桩承式加筋路堤与路堤填土加筋技术联合应用于黄土地区路桥过渡段,减小路桥过渡段差异沉降和桥头跳车现象。通过现场试验对桩承式加筋路堤中心轴和路肩对应位置处格栅上、下表面桩顶和桩间土土压力、桩间格栅变形以及加筋路堤各断面格栅上、下表面土压力和格栅变形进行监测分析,研究结果表明:桩承式加筋路堤通过土拱效应和张拉膜效应将路堤荷载向桩顶转移,从而可有效减小桩间土荷载;桩承式加筋路堤中心轴处路堤荷载转移主要以土拱效应为主,以张拉膜效应为辅,而路肩处格栅张拉膜效应较显著,路堤荷载传递由土拱效应和张拉膜效应共同完成,格栅在路肩处发挥作用效果大于路堤中心轴处;路堤加筋技术在桥台附近减载作用明显,随着距桥台距离的增加,减载作用逐渐减弱。

MICP修复重金属污染溶液及矿化垃圾土试验研究

大量非正规垃圾填埋场面临超负荷运营困境,衍生出系列亟待解决的环境问题。重金属含量较高的垃圾渗滤液易对填埋场周边水体造成污染,填埋场开采扩容产生的矿化垃圾土也存在Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)等重金属超标现象,在资源化利用过程中容易造成二次污染,因此,垃圾填埋场重金属污染问题亟待解决。近年来,微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)固定重金属的能力被广泛探究,其中巴氏芽孢杆菌因环境适应性强、脲酶表达量高而备受关注。但相关研究中的修复对象主要为污染溶液和普通污染土壤,其与垃圾渗滤液以及矿化垃圾土在污染成因和化学成分等方面明显不同。鉴于此,开展巴氏芽孢杆菌修复重金属污染溶液和污染矿化垃圾土试验,探究巴氏芽孢杆菌生物修复重金属的可行性,分析生物修复前后矿化垃圾土中重金属形态变化以及修复机理。结果显示,巴氏芽孢杆菌对溶液中Cd、Pb、Zn和Cr(Ⅲ)修复率可分别达到95%、84%、5%和98%,对矿化垃圾土中可交换态Cd、Pb和Zn修复率亦可分别达到74%、84%和62%,可交换态Cr(Ⅲ)修复处理前含量几乎为0;经生物修复,矿化垃圾土中可交换态和碳酸盐结合态重金属含量降低,铁锰氧化物结合态和残渣态重金属含量增加;同时,矿化垃圾土中含Fe和Al成分以及MICP过程产生的碳酸钙沉淀共同促进重金属向更稳定形态转化。

基于模糊故障树的盾构隧道施工成本风险评估

基于模糊故障树的相关理论,提出用模糊成本重要度的指标来评价盾构隧道施工中各风险对总成本的影响大小。使用信心指数法将专家的分数修正为三角模糊数;基于表现定理推导出三角模糊数相乘的精确求法,并求得各风险的模糊成本重要度。通过分析模糊成本重要度指标,得出了在盾构施工前应首先规避的风险。该方法为盾构隧道施工成本的风险评估提供了一种科学和可靠的手段。

刚性桩复合地基垫层破坏模式及厚度分析

以刚性桩复合地基桩顶所铺设的褥垫层为研究对象,研究了褥垫层的3种理论破坏模式的可能性;通过定性分析和临界厚度公式的推导,提出了褥垫层的最有利破坏模式;结合工程经验中的褥垫层厚度的取值范围,给出了简洁实用的褥垫层厚度设计公式,可由已知参数(褥垫层材料的内摩擦角和刚性桩桩径)计算褥垫层厚度设计值;讨论了地基基础施工中某些施工工序对褥垫层效用发挥的重要性.计算结果表明,与其他方法相比,本文方法更具合理性.

基于最大熵原理的基桩竖向承载力的可靠度分析

基于无量纲计算模式,研究了极限状态方程中每个随机变量对基桩竖向承载力可靠度分析的影响,并采用最大熵原理将可靠度指标的计算转化为熵密度函数的计算。计算熵密度函数时采用牛顿迭代法,从而解决了在分析基桩竖向承载力的可靠度时可能产生的迭代不收敛的情况。在计算中,采用的数据直接来源于样本,减少了对已有数据和经典概率分布的依赖。利用无量纲计算模式推导了基桩竖向承载力的失效概率的计算公式。工程实例分析表明,其计算效率较高且精度满足工程需要。

界面特性及填料粒径影响格栅加筋性能的离散元研究

为研究筋土界面细观结构演化及填料粒径对加筋效果的影响,采用"clump"方法开发了可模拟砂土性状的椭球形颗粒,建立三维离散元模型并结合室内试验结果验证了模型的正确性,系统分析了拉拔阻力、格栅应变、局部孔隙率等力学响应并揭示了其发展规律。拉拔试验结果显示大粒径填料置换后表观黏聚力提高显著而摩擦角变化不大,进行宏细观分析后发现,置换体系颗粒发生了更大程度的位置重排,拉拔力增量主要来源于摩擦阻力。研究成果可为从细观角度探究筋土界面机理提供新的认识。

考虑非饱和渗流与增湿膨胀下的膨胀土隧道稳定性分析

降雨入渗条件下,膨胀土的非饱和渗流与膨胀效应会降低隧道稳定性,研究两者对围岩变形与结构受力的影响非常必要。基于有限差分软件FLAC^(3D),根据其内置的渗流与温度场模块分别模拟降雨条件下的非饱和渗流过程与膨胀土增湿膨胀过程。通过编制相关FISH语言程序,考虑了膨胀土隧道非饱和渗流过程中基质吸力变化、土体软化和膨胀效应的影响。以某浅埋膨胀土隧道为工程背景,分析了降雨入渗时间、渗透与膨胀系数对膨胀土隧道围岩变形及支护结构受力的影响。结果表明:膨胀土隧道在降雨入渗过程中,围岩水平应力增大明显,而垂直应力变化不大;支护结构逐渐由竖向挤压变形转变为水平挤压变形;土体渗透和膨胀系数对支护结构受力影响很大,当渗透和膨胀系数增加到一定值后,衬砌弯矩显著增大,隧道安全性和稳定性大幅降低。

三向土工格栅筋-土界面特性拉拔试验研究

现有关于格栅与土的筋-土界面特性研究多以单、双向格栅为研究对象,而对三向土工格栅筋-土界面特性开展的试验研究较少。以三向土工格栅为研究对象并考虑0°和90°两种拉拔方向的影响(记为TX_0工况和TX_90工况),开展了一系列室内拉拔试验,通过对三向土工格栅沿拉拔方向4个断面的位移进行量测,分析了格栅拉伸应变、筋-土相对位移、界面摩阻力分布及格栅变形与破坏模式,并分别从峰值剪切强度和残余剪切强度两个方面对筋-土界面强度参数和表观摩擦系数的变化规律进行了探讨。研究结果表明:由于平面外挠曲变形的影响,TX_0工况下横肋的嵌锁作用随法向应力增大而增强,从而使TX_0工况的拉拔性能逐渐优于TX_90工况;拉拔过程中,筋-土界面摩阻力的发挥是一个渐进的过程,其分布形式不断发生调整,筋-土界面呈弹塑性-软化特征;TX_0工况的筋-土界面摩擦角显著大于TX_90工况,黏聚力则刚好相反,法向应力较高时TX_0工况的筋-土界面强度更高,更有利于材料性能的发挥。

多元复合地基的理论与实践

提出了多元复合地基的概念、分类方法、承载力计算方法、沉降计算方法及检测方法 ,对多元复合地基设计施工中的若干问题进行了讨论 ,并列举了工程实例。实践表明 。

高路堤下涵洞垂直土压力研究

依托十漫高速公路高填方涵洞工程,结合现场测试结果,采用理论分析和数值模拟的方法研究了高填方涵洞垂直土压力分布特征和变化规律,并对顾安全垂直土压力理论计算公式进行了修正,得出与现场实测结果更为接近的高路堤下涵洞垂直土压力计算方法。研究结果表明:高填方涵洞涵顶存在垂直土压力集中现象,土压力集中系数随填土高度的增加逐渐增大,当路堤填土达到一定高度后逐渐趋于稳定并略有减小。

沟埋式涵洞非线性土压力试验研究与数值模拟

现行公路桥涵设计通用规范中线性土压力理论未能准确反映沟埋式涵洞涵顶垂直土压力变化规律,土压力计算结果与实际情况存在差异,导致涵洞在施工或使用过程中出现不同程度的病害。结合现场试验和数值模拟研究了沟埋式涵洞垂直土压力的变化规律,以及涵顶填土内部的土拱效应,分析了涵顶平面土压力及不均匀沉降的分布规律。研究结果表明,并非所有沟埋式涵洞涵顶垂直土压力都小于按线性土压力理论计算结果,它与填土高度、沟谷宽度、沟谷坡角、涵洞几何尺寸、填料性质及地基刚度等因素有关,涵顶垂直土压力随各影响因素呈非线性变化。填土达到一定高度后,涵顶填土内部产生土拱效应,该效应能够缓解涵顶应力集中现象,但其具有不稳定性。沟埋式涵洞的设计与施工应综合考虑各因素对涵洞受力状态的影响。