考虑纵径向热应变的竖向受荷能量桩简化分析方法

为探究温度对能量桩荷载传递机理及相关力学响应的影响,引入平面瞬态温度场方程,将温度场与应力场解耦。基于平面应力模型,将能量桩与桩周土考虑为具有协调变形的整体,计算了径向热应力。在此基础上,将其与双曲线荷载传递模型结合,对桩土界面处的极限摩阻力进行修正。将纵向热应变考虑在竖向荷载传递方程中,得到可同时衡量纵向和径向热效应的竖向受荷能量桩承载特性分析方法。利用增量法对能量桩荷载传递控制方程进行求解,得到桩身轴力、桩侧阻力、桩身位移等相关力学响应。通过与既有文献进行对比,验证了该模型的合理性。通过参数分析,研究了温度和竖向力作用下能量桩的荷载传递特性。结果表明:温度会改变能量桩的荷载传递特性,提高能量桩的运行温度可小幅增加其承载力。该文方法的计算流程清晰,可为能量桩的设计提供参考。

尾矿浆替代粉煤灰合成泡沫地聚合物以高效去除重金属污染物:行为和机理研究

本研究旨在以铝土矿开采的副产品尾矿泥浆合成多孔地聚合物,以用作地下水修复的材料。研究了液固比、发泡剂和稳泡剂掺量等因素对地聚合物孔隙结构和吸附性能的影响。通过批量实验和微观表征评估地聚合物对二元重金属(Pb和Cu)的吸附能力和作用机理。结果表明,调整发泡行为可得到孔隙率为81.4%、连通性为17.2%、吸水率为122.9%的多孔地聚合物。封闭孔隙和毛细管的存在降低了重金属的去除性能。优化发泡行为可通过改善孔隙连通性,进而将重金属的吸附能力从7.49 mg/g提高到24.95 mg/g。重金属的主要去除机理包括物理封装、重金属离子与—OH的化学沉淀以及T(Si,Al)—O—M(Pb,Cu)键的形成。基于尾矿浆的多孔地聚合物表现出卓越的重金属去除性能,在修复矿山污染地下水方面具有巨大潜力。

生石灰与微生物共同固化过湿性铝尾黏土试验研究

因土体孔隙小,目前微生物矿化技术(MICP)在铝尾黏土固化中鲜有应用。基于尾矿库复垦需求,采用生石灰与微生物共同固化技术(生化固化技术)对过湿性铝尾黏土进行处理并与石灰固化技术处理进行对比,通过SEM扫描、压汞试验、剪切试验和压缩性试验揭示其生成物元素组成、土体微观结构和强度变化规律。试验结果表明:生石灰与土中水发生水化反应,形成大量较大直径孔隙,为微生物生存提供空间;生石灰与铝尾黏土中水反应生成Ca(OH)2导致土体pH值和温度升高,试验生石灰掺入量导致的土体温度上升处于试验菌种耐受范围内,同时该菌种具有较好耐碱性,能够利用生石灰水解产生的Ca^2+进行矿化作用,但过高碱性会影响其代谢,故应控制生石灰掺量;石灰固化技术处理铝尾黏土能够提升土的抗剪强度,降低压缩系数;生化固化技术处理铝尾黏土能有效填充土体孔隙和黏结土颗粒,处理效果优于生石灰固化技术处理,考虑生化固化效果的最优生石灰掺入量为23.33 kg/m^3。

新型装配式基坑支护结构设计与试验

基坑支护结构作为一种临时支挡设施,如何做到确保安全的前提下降低工程造价、提高施工速度是工程界普遍关心的问题。为此,结合实际工程需要,提出一种施工安全快速、造价低、可回收利用、绿色环保的新型基坑支护型式——十字形装配式基坑支护结构。介绍并设计了该支护结构格构单元的结构选型和计算方法。依托南宁市五象新区某项目做了基坑支护现场试验,结果表明试验值与计算值相近,证明了设计方法的正确性。在该基坑支护结构支护下,基坑稳定性、基坑变形、支护结构强度均满足规范要求,可以在类似的工程中推广应用。

南宁地铁盾构双线隧道地表沉降预测模型研究

依托南宁地铁2号线土压平衡盾构施工的双线隧道,通过对施工现场地表沉降的监测分析,揭示了双线隧道左、右线先后开挖过程中的地表横向沉降规律与地表沉降变形的历时变化规律。在此基础上,采用Peck沉降槽理论,考虑双线隧道盾构施工的相互影响,引入左线隧道施工对右线隧道地表沉降影响系数和右线隧道施工对左线隧道地表沉降影响系数,并提出这两个影响系数的确定方法,对相互影响范围内的双线隧道地表沉降公式进行修正,从而提出了一种采用分段函数形式表达的地铁双线隧道盾构施工引起地表沉降的预测模型,并验证了该预测模型的可靠性。

重塑膨胀岩热传导性能及影响因素试验研究

以南宁第三系膨胀泥岩为研究对象,采用热探针法研究含水率、干密度、温度及体积变形率对重塑膨胀岩试样导热系数的影响。研究表明:重塑膨胀岩的导热系数随着含水率、干密度的增加而升高,当含水率从10.4%上升至21.9%时,其导热系数最高上升了135.7%,当干密度从1.50 g/cm^(3)增加到2.00 g/cm^(3)时,其导热系数最高上升了133.9%,主要原因是含水率的增加减少了土中空气的热阻作用,干密度的增加使土颗粒之间的接触更为紧密;在潜热传输的作用下,重塑膨胀岩的导热系数随温度的增长而升高,土颗粒在温度的影响下粒径不断增大并发生聚集,为潜热传输提供了有利的条件,重塑膨胀岩导热系数随温度的增长呈现缓慢增长和迅速增长2个不同的阶段;重塑膨胀岩的导热系数随体积变形率的增加而降低,当变形率从0.5%增加到5%时,膨胀岩的导热系数降幅在5.7%~29.5%之间,这是由于吸水膨胀后膨胀岩试样更为松散,土颗粒之间的接触减少。

黏土地基中桩顶扭矩-竖向荷载加载路径下单桩承载特性分析

为探讨黏土地基中桩顶扭矩(T)与竖向荷载(V)共同作用下单桩的承载特性,对桩顶预加T后施加V,基于室内模型试验结果,结合边界元法对T→V加载路径下桩侧竖向极限摩阻力进行合理假设,采用MATLAB编制程序求得单桩在T→V加载路径下的非线性解,从而得到其承载力包络线。为方便应用于工程实际,对试验结果进行拟合,得出T→V加载路径下单桩承载力近似包络线表达式。研究表明:随着桩顶扭矩的增加,单桩承受竖向荷载的能力降低,且当扭矩荷载分量超过其极限值1/3时T-V组合效应更加明显;随着长径比L/D的增加,单桩的承载能力及抵抗变形的能力均在增强,且桩身变形主要发生在0~0.6L范围,因此对浅基础进行加固可以有效地减小变形;T→V加载路径下单桩的竖向极限承载力随着桩身弹性模量的增加而提高,但弹性模量增加10倍时,竖向极限承载力仅仅增加了26.74%,因此不宜通过提高混凝土标号来提高桩-土体系极限承载力。

膨胀岩对南宁地铁1号线车站结构的影响研究

通过数值计算和模型试验,分别对膨胀岩分布区地铁车站受膨胀力作用,其结构的内力及变形规律进行研究。首先利用有限元分析软件ANSYS,对膨胀岩分布区地铁车站不利工况的受力进行分析。根据数值模拟结果,以1∶20的相似比进行模型试验研究,通过改变膨胀岩土体的含水率以实现膨胀力荷载的施加,进而得到地铁车站结构受力情况,并将其反演结果与数值计算结果进行对比分析。研究结果表明,随着含水量的增加,膨胀力逐步增大,在膨胀土接近饱和时,膨胀力达到45.5 kPa;膨胀力对底板跨中影响最大,弯矩值为18.6 N·m;模型试验反演结果与数值模拟结果较为接近,比值分别为115.1%、99.3%、94.1%;在相同条件下,底板局部受膨胀力作用时,内力变化最大。

膨胀土地基中单桩受扭非线性分析

膨胀土地基中桩-土相互作用较为复杂,膨胀土浸水对单桩扭矩承载特性的影响机理尚未明确。该文基于荷载传递法建立桩身位移控制方程,考虑膨胀土浸水隆起对桩侧摩阻力及桩端边界条件的影响,利用有限差分法求解出桩侧竖向摩阻力的分布。在此基础上,结合边界元法提出膨胀土地基浸水后单桩受扭的非线性分析方法,揭示了桩侧环向摩阻力的分布规律,并通过模型试验验证了该文方法的正确性。研究表明:膨胀土地基浸水膨胀引起的地表隆起会使单桩的扭矩承载力大幅度降低,常规的计算方法高估了基桩的极限扭矩和桩-土体系加载刚度,偏于不安全;浸水前单桩的桩身扭矩沿桩身近似线性减小,浸水后桩-土界面“滑移段”的扭矩接近于桩顶扭矩,“未滑移段”桩身扭矩近似线性减小;随着膨胀土膨胀率的增加,单桩的抗扭能力降低,且桩-土界面“滑移段”的长度也在增加。

设计参数对深基坑双排桩支护结构影响的数值分析

以广西南宁轨道交通4号线围合区基坑工程为依托,采用有限元软件ABAQUS建立深基坑双排桩支护结构的数值模型并结合现场实测数据分析双排桩支护结构的位移与变形规律。通过改变双排桩支护结构的排距、桩径、桩身刚度及连梁高度,分析设计参数改变对支护效果的影响。结果表明:双排桩支护结构的最佳排距为4~6倍桩经;增大桩径,桩身位移的减小幅度不大,成本允许时,可以适当增加桩径;桩身刚度增加到一定程度后,对双排桩的水平位移的减小效果趋于不变;连梁高度大于1 m时,对双排桩支护效果的提升有限。

圆砾-泥岩组合地层坑中坑开挖对双排桩的影响

为研究双排桩在南宁圆砾-泥岩组合地层中的支护特性,以南宁地铁4号线某深基坑工程为依托,运用ABAQUS有限元软件和现场监测数据进行分析,得出双排桩在该地层有较好适用性的结论。然后在此基础上,进一步探讨坑趾系数、深度比在影响阈值左右范围变化以及不同土体强度弱化百分比的工况下,坑中坑开挖对双排桩的影响。结果表明各因素对双排桩支护效果的影响强弱依次为土体强度弱化百分比、坑趾系数、深度比;并提出以双排桩的最大侧移增长百分比是否>20%作为依据,初步评价内坑开挖对基坑安全稳定性的影响程度;最后通过分析各参数对应工况下基坑破坏的模式和原因,针对性地给出了相应的解决措施。

潮汐作用下钢板桩围堰受力变形分析

为了研究在潮汐作用下钢板桩围堰的受力变形,对其桩顶、桩身水平位移以及钢板桩悬臂段桩身的应力进行监测。结合数值模拟结果表明,在潮汐作用下,水平位移呈往复运动。钢板桩悬臂段的应力随着潮水位的升高而增大,随着潮水回落而减小,从桩顶沿深度方向,应力值自上而下由小变大,应力最大值出现在钢板桩悬臂段下端,围堰区钢板桩阻水面中段测点的应力值相较于两端测点的应力值更大。

软土地基基坑开挖对坑底桩受力与位移影响的时效分析

深基坑开挖卸荷会对坑底工程桩的桩身受力和位移特性产生影响,同时在实际工程中,软土在开挖情况下具有较为明显的蠕变效应,但较少有人研究蠕变对坑底工程桩桩土相互作用的影响。采用两阶段分析方法,第一阶段基于H-K三参量模型推导出Mindlin的时域解,提出了一种用于计算基坑开挖卸荷引起的坑底土体竖向附加应力的计算方法,并进一步解得坑底土体竖向位移场的时域解。第二阶段通过建立桩身控制方程,利用有限差分法得到开挖卸荷后考虑坑底土体蠕变变形的单桩非线性分析方法。研究结果表明,得到的时域解能够较好地反映软土基坑开挖条件下考虑土体蠕变变形时坑底单桩的桩身轴力和位移特性发展趋势,为相关工程提供参考。

铝土尾矿泥浆逐级堆排沉积特性试验研究

通过量筒沉积试验分析不同浓度的尾矿泥浆沉积变化历程及泥水分离规律,并根据矿山实际生产情况开展逐级堆排沉积柱试验,获取尾矿泥浆沉积后不同深度处的物理参数,从而得到逐级堆排下泥浆沉积特性,并采用灰色关联分析法分析各参数之间的影响。结果表明:铝土尾矿泥浆沉积稳定后泥水分界面高度与泥浆含泥量密切相关,与泥浆浓度无关,推测矿山常用排放浓度30%的泥水分离比为1∶1.018;各堆排层间存在"锁水"现象,含水量、密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数和体积压缩系数等物理参数沿深度方向上存在逐级分段、各级相互独立的特性;且各物理参数之间存在相互影响的复杂关系,其中含水量对其他物理参数的影响显著,含水量对密度、孔隙比、渗透系数、压缩系数的关联程度依次为0.945、0.952、0.856、0.889。

桂西拜耳法赤泥静态淋溶碱释放影响因素试验

为研究桂西拜耳法赤泥中碱的溶出规律及影响因素,采用浸出试验分析了赤泥中碱的赋存状态及含量,通过静态淋溶试验并改变初始溶液pH、固液比、粒径大小、环境温度、是否搅动等条件,研究赤泥中碱释放随时间变化的规律及溶出机制并使用正交分析法分析赤泥中碱释放主要影响因素。结果表明:赤泥中的可溶性碱占总碱含量的30.45%,主要赋存于氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠及可溶钙霞石中;非可溶性碱占总碱含量的69.55%,主要赋存于方钠石及难溶钙霞石中。溶液中初始溶液pH、固液比、溶液温度对赤泥中碱释放影响较大,而是否搅动及赤泥粒径对其影响较小;影响赤泥溶液中碱浓度及碱溶出率的因素依次为液固比、环境温度、初始溶液pH。研究结论可为解决桂西拜耳法赤泥对周边环境效应影响及脱碱提供必要的科学依据。

竖向力与扭矩共同作用下单桩承载特性试验

为研究竖向力(V)和扭矩(T)共同作用下单桩的承载特性及内力分布规律,通过自主设计的试验装置,进行了一系列的竖向力和扭矩组合加载试验。为方便推广应用,对试验结果进行拟合,得到了竖向力和扭矩共同作用下单桩承载力计算公式。研究表明:在V-T组合荷载的作用下,单桩的承载力较单一荷载作用下降低,且当先施加的荷载(V或T)大于其极限值的1/3时V-T组合效应更加明显;V→T加载路径下的桩身扭矩和T→V加载路径下的桩身轴力,均随着桩深的增加而减小,且减小的速度加快;V→T加载路径下的桩身轴力和T→V加载路径下的桩身扭矩,分别会随着T和V的增加而减小,但减小的幅度较小;V→T加载路径下的单桩承载力较T→V加载路径下要高,因此应尽量避免单桩预先受到扭矩作用,防止因形成T→V加载模式而造成单桩的极限承载力的降低。

岩溶区公路隧道围岩分级专家系统设计与应用

岩溶地质条件对公路隧道建设影响较大。隧道在建设过程中围岩分级除考虑常用指标外,还须考虑岩溶影响因素指标。以广西岩溶区实际工程为背景,提出了考虑多因素的岩溶状态指标分析方法,建立以岩石坚硬程度、岩体完整程度、地下水状态、结构面产状和岩溶状态5个指标的围岩分级模型。根据Mat Lab和C++的软件平台设计,植入分级指标参数归一化算法,结合广西瑶寨等3个隧道工程,建立了神经网络专家知识库。最后对专家系统软件进行工程应用,软件判别与实际勘察判别一致性达到80.89%,工程应用效果良好。

岩溶区排泥库泥浆深层泄漏机理

受喀斯特地貌及动水环境季节性变化影响,岩溶区排泥库底部泄漏事故时有发生,泄漏点探测成为控制灾害影响程度的关键。为此,通过灰色关联分析多参数对泥浆泄漏渗流力的影响,认为其中泥浆密度与流速对其渗流力影响较大,建立了泥浆密度、含水量、流速与泥浆渗流力的多元线性回归方程;并进一步建立了不同泄漏孔口大小、含水量和动力黏度条件下的泥浆泄漏数值模型,结果表明:泥浆含水量、动力黏度对泄漏影响半径影响不大,而泄漏孔口大小与泄漏影响半径关系较为密切,水平影响半径平均为泄漏孔口半径的4.61倍,竖直影响半径平均为泄漏孔口半径的5倍。

富水圆砾层深基坑双排桩变形特性

以南宁地铁4号线那洪立交站附属围合区富水圆砾层深基坑为工程实例,对围合区基坑双排桩的桩顶水平位移、桩身水平位移、坑外地表沉降及地下水位进行监测,进而对基坑双排桩支护结构的变形规律进行分析,同时对止水帷幕效果进行评价。结果表明:受基坑开挖及圆砾土性质影响,桩顶水平位移在前期增长较快,受泥岩流变特性影响,停工期的变形呈现一定时间效应;桩身水平位移曲线呈"鼓胀"形,因双排桩刚度大且能够协调自身内力和变形,最大值仅为23.22 mm,桩底处几乎没有产生位移,嵌固稳定性较好;坑外地表沉降曲线受桩侧阻力影响呈"凹槽"形分布,最大值仅为0.12%H(H为基坑深度),基坑开挖对周边地表的影响主要在0.7H范围内的主要影响区;相较于监测起始水位,坑外地下水位最低点为950 mm,表明高压旋喷桩具有良好的止水效果。综合分析在圆砾层中采用双排桩支护结构是可行的,采用高压旋喷桩止水帷幕能满足施工要求。

基于灰色模糊贝叶斯网络的隧道坍塌风险评估方法

为了准确评估隧道施工期间的坍塌风险,采取及时有效的控制措施,针对公路隧道施工的复杂性和风险状态的模糊不确定性,提出一种灰色模糊贝叶斯网络的隧道坍塌风险评估方法。该方法将灰色系统理论引入风险状态分析中,用包含区间灰数的梯形模糊隶属函数表征节点风险状态,用区间灰数描述风险因素与坍塌风险之间逻辑关系的不确定性。构建隧道坍塌风险特征参量规划模型,采用全局优化算法计算特征参量的最终取值范围。基于区间灰数运算规则和贝叶斯网络推理,计算出风险因素或风险事件处于不同状态的概率和节点重要度,提升了贝叶斯网络解决不确定问题的能力。工程实例应用结果表明,该方法能够准确评估隧道坍塌的可能性,可作为隧道施工安全风险分析的决策工具。