城市堤路结合工程变形控制措施研究

有效控制变形是城市堤路结合工程正常发挥防洪和交通双重作用的重要保障。基于南京长江岸线堤路结合工程典型断面,建立平面应变有限元数值模型,分析天然堆载、台阶加筋、深层水泥搅拌(DCM)及透水混凝土桩(PCP)工况等4种工况的变形分布与发展规律。研究结果表明:台阶加筋工况的整体变形规律与天然堆载工况基本一致,不进行软基处理将无法有效缩减新老堤防及地基的沉降和水平位移;DCM及PCP工况均能有效控制上部堤防及下部地基的沉降、隆起与水平位移,工后沉降均小于100 mm;PCP复合地基可在3.6%的低置换率条件下,将路面工后沉降减至43 mm,并将达到99%固结度的时间由365 d缩至155 d,变形控制能力整体强于DCM工况。PCP复合地基技术在变形控制标准高、建设周期短的软基地区堤路结合工程中具备良好的应用前景。

桩承式加筋路堤荷载分担计算改进模型

基于桩间的土拱效应与加筋效应开展融合分析,建立了桩承式加筋路堤荷载分担计算的改进Hewlett模型。首先,根据土拱是否处于塑性状态,结合桩-土竖向受力平衡条件,分别求解球形拱和平面拱控制方程,并对路堤荷载进行初分配。然后,假定加筋带上覆荷载为更符合实际工况的倒三角形分布,并使用文克勒地基模型考虑加筋带影响范围内的桩间土反力,无需预设土工加筋挠度形式,即可构建并求解土工加筋受力平衡控制微分方程,进而由加筋效应对路堤荷载进行再分配。综合工程实例验证与讨论,并通过多模型对比分析,表明改进模型能够合理预测荷载分担与土工加筋受力结果。参数分析表明,改进模型能够合理预测几何、材料参数变化对桩承式加筋路堤荷载分担的影响。

刚性桩复合地基离心试验插桩制模研究

土工离心模型试验是研究复合地基关键问题的前沿手段,饱和黏土工况下的刚性桩复合地基离心模型制作复杂,影响因素较多。基于多组刚性桩复合地基离心模型的制备过程分析,探讨了1g下插桩制模对离心模型地基抗剪强度的影响。试验结果表明:离心模型地基制样扰动与插桩方式相关,先引孔、后插桩有益于减少制样扰动。1g制模过程中,黏土模型地基的不排水抗剪强度有所损失,插桩制作扰动与1g下模型静置是导致饱和模型地基强度损失的主要原因,且复合地基上层软土抗剪强度的降低程度大于下部持力层。离心模型对比试验应充分考虑模型土样应力历史的相似性。研究提出了理想的刚性桩复合地基离心模型试验步骤,可为提升土工离心模型试验的精细化水平提供参考。

心墙坝应力变形数值模拟结果验证

利用土石坝有限元应力变形计算分析中常用的邓肯E-ν模型、修正剑桥模型和南水模型,计算新疆“635”水利枢纽砂砾石粘土心墙坝和云南鲁布革堆石风化料心墙坝的应力变形,将计算结果分别与两座心墙坝相对应的原型观测资料进行比较和分析后表明,3种模型均能较好地模拟施工期心墙坝的应力变形性状,而在模拟蓄水期心墙坝应力变形性状时则存在不足.当计入湿化变形和流变变形的影响之后,用南水模型可较好地模拟心墙坝的应力变形性状.

不同卸荷速率下岩石强度变形特性

岩体工程的开挖本质上是岩体的卸荷过程,不同的卸荷速率会显著影响岩体的强度变形特性,开展相关研究对于岩体工程的安全稳定分析具有重要意义。针对岩石开挖卸荷中各种可能的应力路径,开展了普通三轴压缩试验以及恒主应力差卸围压、恒轴压卸围压、升轴压卸围压的3种卸荷试验,重点分析了不同卸荷速率对开挖卸荷岩体力学特性的影响规律。研究得出主要结论如下:(1)不同卸荷方案、不同卸荷速率的岩样,都具有典型的脆性破坏特征,当围压降低到一定程度时,岩样突然破坏,轴压陡降,环向应变显著增大。(2)当围压卸荷速率较高,岩样临近破坏时,变形模量随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线下降,泊松比随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线上升;而卸荷速率较低时,变形模量和泊松比下降/增长的趋势相对较缓。这说明围压卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越显著。(3)3种卸荷方案岩样在不同的卸荷速率下,破坏时的应力状态基本都位于普通三轴压缩Mogi-Coulomb强度包络线的下方,即围压卸荷时的岩样比普通三轴压缩状态的岩样更容易破坏。

高面板堆石坝内部水平位移新型监测技术研究

中国高面板堆石坝设计理论及筑坝技术已达到世界先进水平,但传统测量手段难以适应300 m级高面板堆石坝安全监测的技术要求,亟需发展新型的高面板堆石坝安全监测技术。对提出的坝体内部水平位移监测分布式光纤监测系统开展了详细的等比尺模型试验研究和原型坝监测试验研究,分析试验研究结果表明该坝体内部水平位移新型监测技术用于300 m级高面板堆石坝最长1000 m的监测断面的沿程水平位移测量,其测量精度通过模型试验和原型试验均得到验证,满足相关规范要求,可以满足高面板堆石坝内部水平位移监测的工作要求。该新型监测技术在土石坝内部水平位移监测工作应用中具备独特特性和优点,是高面板堆石坝内部水平位移监测的一种具有良好应用前景的新型监测技术。

基于分布式光纤监测技术的板桩码头试验研究

板桩码头桩体结构受力变形状态是评价其安全运行的重要指标。基于分布式光纤模型试验,提出了一种新型桩体受力和变形分布式监测技术,并成功应用于板桩码头钢筋混凝土灌注桩原型试验研究中。结果表明该方法能够准确反映港池开挖过程中板桩码头桩体结构变形、弯矩和受力等分布变化规律,并能及时对板桩码头的运行及施工情况进行有效监测评估,可以为板桩码头的持续稳定运行提供安全保障及施工指导。该监测技术能够克服传统点式监测方法分辨率及准确度不足的缺点,实现桩长范围内全深度及施工过程全周期的实时监测,具有一定的工程实用价值。

高精度GPS实时变形监测系统应用研究

三差分量测算法是GPS测量技术中的一个新突破.介绍了一种采用三差分量测算法的高精度GPS测量系统,并通过精度验证试验和工程应用来验证该GPS测量系统实时测量精度、测量技术、测量数据传输和处理技术.试验和工程应用研究所取得的大量实测数据表明,采用三差分的GPS三维变形实时测量技术具备毫米级测量精度,测量简单,测量数据集中处理,监测效率高,具备远程数据采集、接收和传输功能;该高精度GPS测量系统是工程表面变形实时监测工作中的一种新技术,在工程表面变形监测中具有良好的应用前景.

基于流固耦合的河道土质岸坡护岸结构优化数值分析

护岸结构可以减小水流冲刷等作用对土质岸坡产生的崩岸破坏,但这类结构的设置将对既有岸坡的渗流、变形等过程产生不可忽视的影响。以新孟河延伸拓浚工程为原型,采用流固耦合有限元方法,分析了边坡在设置了以黏土包坡为主体的防护结构时岸坡渗流特征及长期稳定性。计算结果表明,高地下水位地区选择弱透水结构的护岸形式时,护岸结构附近易产生"侧向绕渗"作用,在低河道水位工况下有产生渗透破坏的风险;同时,因局部渗透力增加而导致边坡稳定系数下降。针对黏土包坡护岸结构的不利因素,通过数值计算对黏土包坡护岸结构进行了优化。在黏土包坡护岸结构中增设袋装碎石护脚,可以有效降低黏土包坡层内流速及坡面局部渗透力;在黏土包坡护岸结构中设置坡面横向排水管,能提升岸坡的长期稳定性。

高土石坝地震安全评价及抗震设计思考

介绍了国内外几座典型土石坝的震害表现,并对这些土石坝,特别是紫坪铺混凝土面板堆石坝的震害原因进行了详细分析.结果表明,地震导致的坝体附加变形以及坝体不同部位变形的不均匀和不协调是土石坝发生震害的主要原因,土石坝的各类不同材料的接触带以及河谷地形突变处是发生震害的主要部位,在大坝设计施工时需特别予以关注.最后,对高土石坝安全评价和抗震设计方法提出了若干建议,并特别指出,考虑到地震的随机性和高土石坝安全的绝对重要性,有必要研究高土石坝的极限抗震能力.

分布式光纤传感技术应变测量试验研究

基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射技术利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对光纤沿线的温度、应变进行分布式监测。通过试验研究了分布式光纤传感技术在应变测量中的空间分辨率、应变分辨率、应变测量精度。研究结果表明,分布式光纤传感技术应变测量能够较准确地测得被测量结构上任何一点的应变,空间最小分辨率0.1m,应变测量分辨率和精度满足工程监测要求,可以在工程监测中作为一种新型分布式应变监测技术加以推广。

分布式传感光纤测量疏浚土大型充填袋变形

港工建设中采用航道疏浚土作为新型筑堤材料的关键技术研究,对于解决资源短缺和环境制约等问题具有重要意义。由于无法应用传统点式监测技术测量充填袋充填、加载中袋体的受力及变形过程,针对高含泥量疏浚土大型充填袋袋体受力及变形监测等工程实践问题,通过室内标定试验和现场原型试验,开展了传感光纤选型、胶结固定及保护方式、测量精度及误差分析、工程原型应用测试等分布式光纤传感技术应用于高含泥量疏浚土大型充填袋受力及变形测量的可行性研究。试验研究表明,疏浚土大型充填袋袋体受力及变形监测中应选用柔性护套应变传感光纤,以柔性胶固定;选择合适的传感光纤能够使袋体受力及变形的测量精度达到±30με,监测空间分辨率0.1 m,最大应变测量范围30 000με;分布式光纤传感技术是疏浚土大型充填袋袋体受力及变形监测的可靠新型测量方法。

桩承式路堤离心模型试验过程的地基变形分析

桩承式路堤离心模型地基变形与试验过程紧密相关,通过激光测距法和图像分析法分别研究了各试验阶段复合地基沉降及断面变形的特点及机理。结果表明:1g下制模并使用提高离心加速度的方法模拟路堤堆载无法排除填筑阶段复合地基自身形变,因此高估了路堤填筑阶段的地基沉降量,并使得最终预测沉降预测偏大。在离心减速阶段及放置阶段,地基均有回弹,使用拆模后的断面变形测试数据将低估路中位置的沉降量,并高估坡脚水平位移及坡外隆起。本研究丰富了对桩承式路堤离心模型试验过程变形机理的认识。

崩滑堰塞湖的形成-孕灾-致灾机理与模拟方法

崩滑堰塞湖是山区一种常见的地质灾害,溃决后可能造成下游人民生命财产的巨大损失。围绕崩滑堰塞湖的形成-孕灾-致灾过程,对其灾害链的形成机理和模拟方法进行了分析研究。以崩滑堰塞湖的形成过程和堰塞体的颗粒分布特征为切入点,建立了堰塞体稳定性快速评价方法,总结了堰塞体的冲蚀特性和溃决过程,提出了崩滑堰塞湖溃决过程数值模拟方法。该灾害链模拟方法基于崩滑堰塞湖的形成和溃决机理,综合考虑了堰塞体的形态特征、颗粒组成、材料冲蚀特性和堰塞湖的水动力条件,可对堰塞体的稳定性、堰塞湖的溃决洪水流量过程和溃口演化规律进行分析计算,是一种科学高效的模拟方法。选择21世纪我国3个典型的崩滑堰塞湖案例验证了灾害链模拟方法的合理性,可为风险评估提供参考。

McSEIS多功能综合地震仪在堤防隐患探测中的应用研究

以南京长江三桥和京沪高铁大胜关大桥段长江干堤隐患探测试验为依托。借助McSEIS多功能综合地震仪,运用折射波法和表面波法无损检测技术,对堤防质量现状进行探测。试验结果表明:采用McSEIS多功能综合地震仪能充分利用表面波和折射波法各自的特点进行综合物探,两种方法相互补充、相互验证,从而有效的提高资料解释的准确性和精度,取得了良好的效果。

光纤光栅仪器在引水工程中的应用

光纤Bragg光栅传感器在岩土工程中逐步得到应用,总结传感器的特点,从信号传输距离、串联及并联组网、高温及动态监测等方面阐述优点,提出监测设计、现场应用对传感器的要求,并结合某隧道工程实例列出典型的观测成果。在引水工程的长隧洞安全监测系统中,采用光纤光栅传感器进行安全监测是一种有效的方法,可供设计单位和项目业主参考。

加筋路堤下刚性桩复合地基若干有限元建模类型分析

基于加筋路堤下CFG桩复合地基现场试验段分别建立单桩、群桩及全断面有限元模型,探讨几何模型、桩土接触等条件对系统变形、应力分布及荷载传递的影响。结果表明:受路堤边界效应影响,全断面模型的沉降及荷载分配完成较快,应力比n、桩的荷载分担效率系数E均在路肩内侧附近达到最大值,且分别高于路中位置15.7%和5.2%。坡脚位置桩顶位移矢量角、桩的水平荷载及弯矩显著。单桩与群桩模型规律较为相近,沉降发展相对迟缓且略低于全断面模型。各有限元模型预测的最终状态的n,E及等沉面高度均正比于其桩土沉降差。统计表明单桩加固范围内实测与理论荷载误差可达-35.1%~58.5%,桩土竖向应力分布并不均匀。设置允许桩土发生相对位移的接触条件将增大沉降量及等沉面高度,并影响浅层桩身受力。桩承式加筋路堤有限元数值计算应优先选择考虑桩土接触条件的全断面模型。

竖向及水平向渗流作用下粉砂渗透特性研究

采用自主研制的圆柱形渗流仪及水平渗流装置,开展了粉砂竖向和水平向的渗流试验,获取了两种渗流方向下粉砂的临界水力梯度及其渗透变形特性。在级配、密度、孔隙大小等影响因素相同的前提下,粉砂竖向渗流的临界水力梯度比水平向高出近44%,水平向渗流作用一般高于竖向。基于室内试验成果,采用离散元与计算流体力学耦合的细观力学模型,对粉砂在竖向和水平向的渗流情况进行分析和模拟。结果表明,粉砂的渗透变形拐点与模型试验结果吻合,水平渗流和竖向渗流分别在水力梯度i=0.8,0.4时出现颗粒簇的流失,在水力梯度分别为1.0和0.5时发生整体渗透破坏。

河道堰塞生命损失评估方法研究

河道堰塞是一种由地震、降雨等因素导致山体滑坡造成河道堰塞的自然灾害。在河道堰塞灾害造成的众多损失中,风险人口的生命损失最为严重。根据河道堰塞生命损失的致灾机理构建了风险人口、警报时间、理解程度、湖区水位上升速度、风险人口高程、淹没水深等参数在内的评价指标体系,并确立各参数的定量评估方法。同时通过各因素间的作用关系建立由应急疏散网络、淹没水深网络、生命损失定量评估网络3个子网络系统组成的贝叶斯网络模型对河道堰塞生命损失进行评估,并采用牛栏江河道堰塞案例验证了评估方法的合理性。

基于离心模型试验的前坪水库坝体变形研究

根据前坪水库工程砂砾石黏土心墙坝的设计分区、陡峻岸坡等不利地形条件以及覆盖层的土层分布,采用离心模型试验对主坝不同特征时段的变形特性及黏土心墙内土压力分布特性和孔压分布特性等进行了研究,并对大坝的填筑及蓄水过程进行模拟计算,研究竣工期、满蓄期大坝的应力、变形特性。结果表明:坝体沉降变形主要发生在施工期,蓄水引起的坝体沉降不大。坝体在满蓄状态下,运行管理期存在一定的长期变形。离心模型试验结果显示,在试验条件下,坝体运行管理期沉降增量较竣工期增长10.9 cm,该变形可能会导致坝顶公路、防浪墙等附属结构发生差异变形而出现局部开裂,应引起管理方重视。同时揭示,在长期水荷载作用下,心墙未出现裂缝,在模拟历时3000 d过程中,坝体上游水位未发生变化,下游区域未见明显渗水,表明黏土心墙有很好的防渗性能,心墙未发生渗流破坏。