偏高岭土基地聚合物对水泥固化红黏土的改善机制

为了研究偏高岭土对水泥固化红黏土的改善效果,开展了三种组合(纯水泥、水泥+偏高岭土以及水泥+偏高岭土+水玻璃)的红黏土固化试验。基于固化剂化学组分和固化土的干密度、pH值以及物相成分等,研究了新型复合碱激发体系作用下偏高岭土对水泥固化红黏土的作用机理。研究表明:当水泥、偏高岭土和水玻璃掺入比分别为12%、5%和3%时,红黏土固化效果最佳,相比于纯水泥固化土其强度提高了2.82倍。在n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))从2.53增加至4.05过程中,固化土强度发展较快,随后逐渐趋于稳定。由于水泥水化生成的Ca^(2+)能够平衡固化体系中的部分负电荷,在n(Na_(2)O)/n(Al_(2)O_(3))较小的情况下固化土强度得到了显著提升。最后通过固化土微观形貌及主要物相组成发现,新型复合碱激发体系的试样中含有无定形地聚物凝胶且主要物相特征峰峰值有所降低,说明产生了更多的地聚合凝胶产物。

长期堆载预压处理软土地基效果评价

为评估某园区10 a长期堆载预压后,场地后续沉降对拟建管线的影响,通过室内试验和现场试验对堆载预压处理后的场地进行系统评价,分别采用双曲线法与有限元法对后续沉降进行预测。结果表明:场地堆载预压10 a后各地层物理力学参数明显改善,但其中淤泥层性质相对较差,是场地后续沉降发生的主要地层;经过10 a堆载,场地主固结沉降基本完成,固结度达到95.5%,说明长期堆载预压效果较好;对于堆载多年后的场地,在进行后续沉降数值计算时,采用弹性模型并选用现场试验获得的参数进行计算,计算结果与实测数据较好吻合,场地剩余平均沉降量在15.4 cm左右;园区道路管线可采取常规预防措施。

环境化学条件对软土电渗排水影响的试验研究

电渗排水在软土地基加固方面具有较大的应用前景。为研究土体环境化学条件对软黏土电渗排水过程的影响,开展了一系列室内试验,从电渗系数、排水量、排水速率、含水率分布等方面进行了对比分析,深入探讨土体pH值和盐度对电渗排水过程的影响机理。试验结果表明:土体pH值对土体的电渗系数和zeta电位均有明显影响,电渗系数随着pH值的升高而升高,通过测量zeta电位可以准确获取电渗系数;随着土体初始pH值的升高,电渗排水试验后阳极附近土体的含水率逐渐降低,阴极附近土体的含水率逐渐升高;在对较酸性土体的电渗试验中则出现了阴极附近土体排水固结较快的现象,对土体的整体排水过程产生不利影响;随着土体盐度的升高,电渗系数和电渗总排水量降低,能耗增大。低盐度、偏碱性的环境有利于提高电渗加固效果。

基坑开挖导致邻近既有隧道变形的主动控制研究

采用有限元分析方法对新型支撑轴力主动控制系统进行了研究,提出了一种支撑轴力设计方法;在对支撑不施加主动轴力的情况下,研究了花岗岩残积土地层中基坑开挖对既有隧道的影响,根据基坑侧边不同位置隧道在基坑开挖作用下的位移划分了基坑开挖影响区;基于提出的轴力设计方法,研究了基坑开挖过程中支撑轴力主动控制对既有隧道位移的影响规律;获得了隧道位移控制到预警值10 mm以下的临界控制比,分析了其在不同隧道位置时的分布规律。结果表明:该地层中的影响区范围相对已有研究的影响区更小;隧道位移与地连墙位移的控制比近似呈正比关系;基坑腰部0.6倍挖深位置附近隧道的水平位移需进行最严格的控制,靠近基坑且深度较深的区域通过水平位移控制得到的临界控制比更小,应以隧道水平位移控制为主,而远离基坑且深度较浅的区域应以隧道竖向位移控制为主;花岗岩残积土中的基坑开挖影响区以及对临界控制比的量化研究成果可为类似工程提供参考。

块裂隧道围岩等效岩体变形参数研究

采用Voronoi离散单元方法建立块裂岩体隧道的随机DEM数值模型,通过大量随机数值计算结果验证采用岩体等效变形参数预测隧道收敛变形的可行性。在规则裂隙岩体等效变形参数计算方法的基础上,针对数值模拟揭示的深埋隧道变形特征提出改进的修正计算公式及相应的特征参数。通过与既有解答以及大量随机数值计算结果的对比和统计分析验证修正解的合理性,修正解较为合理改善既有规则裂隙岩体等效变形参数计算方法在反映随机块裂岩体在隧道卸荷条件下变形估算的较大误差。采用修正计算方法得到的岩体等效变形参数可以很好地预测随机块裂岩体中隧道开挖后收敛变形的数学期望值。提出的修正计算方法对当前深部岩体变形参数研究和隧道洞壁收敛位移的估算具有一定的参考价值。

岩溶区PST管桩复合地基的工程应用

经对某场地高层建筑地基素填土厚度大、下伏基岩岩溶发育、以多层串珠状溶洞为主的地层条件研究,提出一种PST管桩刚性复合地基。采用试验和监测等方法来指导复合地基处理设计与施工,根据场地试桩数据来验证设计的合理性。施工完成后,采用静载荷试验对复合地基进行质量验收检测,并连续进行沉降监测。结果表明:岩溶区PST管桩复合地基是一种处理高层建筑地基很可行的方法,处理后可以满足高层建筑物对地基强度、变形及稳定性的要求。

滨海软土地基二次堆载预压固结沉降研究

滨海软土往往工程性质较差,一次堆载预压通常达不到设计要求而需要进行二次堆载预压。本文通过现场原位试验和室内试验,对二次堆载预压2年后的地基软土开展物理力学性质研究,并将试验获得的土体参数用于规范法和数值模拟,对地基未来20年的沉降进行预测。结果表明,二次堆载预压2年后,部分软土层力学参数提升显著,但淤泥层力学参数未见明显改善,地基承载力未达到设计要求,后续仍有较大的沉降变形。同时,对比规范法和研究开始前18个月沉降规律发现,经过二次堆载预压后的地基,数值模拟采用弹塑性模型能更准确地预测后续沉降,二次堆载预压20年后地基最大的沉降量可达1 m,位于12号钻孔位置处,其次是18号钻孔位置处,沉降量为0.9 m,10号钻孔位置处沉降量为0.8 m,并且沉降主要集中在淤泥层中。

真空预压与真空井点降水用于软土处理的机理差异

真空预压与真空井点降水两种工艺均可用于软土地基处理,表观上两者都是通过抽真空使土体内孔隙水排出并使软土沉降,但目前对两者的工艺和机理等关键差异的认识不深入,难以有效指导现场施工。真空预压和真空井点降水在抽真空设备、竖向排水通道和密封边界等设备与工艺方面有显著差异;两者的的排水机理也有着本质区别。真空预压的加固机理是负压作用下土体发生塑料排水板水平向排水固结,同时塑料排水板内的水向上流动与重力无关;真空井点降水的加固机理是群井抽水引起地下水位降低,土体的浮重度变为湿重度导致荷载增大使土体沉降,同时井点管内的水向上流动受重力影响。在工艺和机理的差异分析的基础上,进一步明确了真空预压和真空井点降水在10个关键方面的差异,包括加固机理、影响深度、不同深度的真空传播、土体水平变形、竖向排水与重力的关系、抽真空位置影响、与外界是否连通、影响区成因、地下水位变化、是否形成非饱和带。

考虑残余强度影响的输电线路装配式锚杆基础有限元仿真分析

针对现有装配式基础仿真的不足,以新型装配式锚杆基础为对象,进行ABAQUS有限元仿真计算。对材料本构、荷载施加方式、接触行为加以改进,提出了一种可有效反映出在考虑残余强度影响的情况下,装配式锚杆基础的承载能力和各部件的受力情况的有限元建模方法。仿真结果表明,该方法能有效地反映接触界面损伤后仍存在的残余剪切强度特征,且基础整体受力变化过程符合实际工况,证明了建模方法的合理性和正确性,为装配式锚杆基础和相似结构设计、施工提供可靠有效的依据。

水平联合竖直排水板真空预压处理工程废浆试验研究

传统真空预压法(VP)在加固工程废浆时存在预制竖向排水板(PVD)易淤堵、周围土体形成土柱以及真空度随深度衰减等问题,考虑到预制水平排水板(PHD)在真空预压法处理软土地基中的特点,提出一种水平联合竖直排水板真空预压(PHD-PVD-VP)处理工程废浆的方法。通过4组大型室内模型试验,对工程废浆加固过程中的排水、沉降以及孔隙水压力进行监测,并借助扫描电镜得到的排水板滤膜微观图片,分析不同初始PHD真空压力下PHD-PVD-VP对工程废浆的加固效果。试验结果表明,PHD-PVD-VP处理工程废浆时减少了土颗粒径向移动速率,延缓“土柱”的形成及缓解土颗粒嵌入排水板滤膜的淤堵效应,提升了土体整体固结效果;40 kPa的初始PHD真空压力使PHD-PVD-VP对工程废浆的排水固结效果最佳,处理后土体的平均含水率和十字板剪切强度分别为40.9%和25.5 kPa,有效地缓解了PHD和PVD的淤堵并改善了土体固结的均匀性。通过微观结构分析发现,PHD初始真空压力的大小同时影响着PHD与PVD滤膜的淤堵情况,从而影响其排水性能,40 kPa的初始PHD真空压力使得两种排水板的排水性能都得到充分发挥。

软土固化材料研究进展

随着对软土固化材料研究的不断深入,其在土壤固化领域的应用受到了广泛的关注。软土固化材料是一种节能环保的工程材料,用其处理软土可有效解决施工难、耗时长和成本高的问题,且具有工程适应性强、用量少、绿色环保等特点,应用范围十分广泛。为明确软土固化材料对土壤的加固机理和增强效果,本文回顾了近年来不同种类软土固化材料的研究进展,介绍了无机、有机、生物酶和离子4类软土固化材料的固化机理,对这4类固化土的无侧限抗压强度、抗剪强度等力学性能,以及在水稳定性、干湿循环和冻融循环等条件下的稳定性进行总结。在此基础上,本文归纳了软土固化材料的优缺点和适用范围,并结合现有研究指出有待进一步探讨的问题,为软土固化材料的未来发展提供参考。

运煤巷道富水泥灰岩破碎带注浆技术及数值模拟研究

运煤巷道受富水泥灰岩破碎带的影响,易发生失稳变形,本文以某运煤巷道为工程背景,结合大量隧道注浆加固工程经验,制定出针对富水泥灰岩破碎带巷道的施工注浆方案,并以实际工程参数为依据,结合FLAC3D软件进行数值模拟,对巷道注浆加固效果进行验证,为类似工程问题的设计与施工提供一定的参考依据。

不同垫层下煤矸石桩网复合路基承载特性

为综合利用固体废弃物煤矸石,将其取代部分传统细骨料制备煤矸石混凝土桩。开展了土工格栅和土工格室加筋垫层下煤矸石桩网复合路基室内模型试验,分析路堤顶面荷载-沉降关系、加筋垫层传荷能力和桩身应力的差异性。同时,建立有限元计算模型,研究不同加筋材料应力和变形规律,揭示土工格室应用于加筋垫层作用机制。结果表明:在本次试验中,同土工格栅相比,土工格室加筋垫层显著减小路堤顶面沉降约29.71%。土工格室加筋垫层下桩顶和桩间处土压力衰减量分别约61.51%、56.35%,充分发挥了筏板效应和应力扩散效应。采用土工格室加筋垫层,路堤荷载能够被有效传递至煤矸石桩体,在路基中心处和沿路基横断方向桩身应力极值分别采用土工格栅加筋垫层的1.78、1.80倍。土工格室和土工格栅应力分布规律分别呈“V”型和“U”型变化特征,且土工格室的应力最大值大于土工格栅。土工格室特有的蜂窝状结构对路堤填料产生侧向环箍和肋条摩阻力作用,通过自身张拉变形有效地扩散路堤荷载。

渗流作用下粗粒土冻结壁交圈规律及预测模型探索

由于渗流作用下的冻结壁发育规律不明等原因,部分冻结法施工工程依靠人工经验,缺乏科学的预测模型,与精准化设计和控制还有很长的距离。为探索渗流作用下冻结法施工中粗粒土层冻结壁的演化规律,本文首先建立冻结法施工数值模型,并通过室内模型试验反演验证所建立模型的有效性和适用性。之后,考虑渗流速度、冻结管间距、环境温度、含水率和导热系数等五个因素,开展冻结壁形成正交数值试验,确定冻结壁交圈时间和厚度的主控因素。最后,通过数值模拟研究主控因素作用下冻结壁的发育和演化规律。基于结果建立临界流速、冻结壁厚度、冻结壁交圈时间的预测模型,给出冻结法施工参数的选择方案。结果表明,建立的冻土水热相变耦合模型可有效模拟渗流条件下土体冻结过程,能够满足冻结壁发育过程计算分析的需要。基于正交数值试验结果发现,渗流速度对冻结壁厚度和交圈时间的贡献百分比分别为78%和52%,是影响冻结壁能否交圈和最终厚度的主控因素。当渗流速度超过一定阈值时,冻结壁无法交圈。本文将这一阈值定义为冻结法施工中的临界流速。当冻结壁能够交圈,其最终形成的冻结壁厚度也主要由渗流速度决定,二者呈负指数函数关系。冻结管间距对冻结壁最终厚度影响不大,但是对冻结壁交圈时间影响较大,它们之间存在负指数函数关系。本文给出了0~6 m·d^(-1)条件下的临界流速、冻结壁厚度、冻结壁交圈时间计算模型,它们可为粗粒土地层的冻结法施工参数选择和施工工艺设计提供理论指导。

生物酶辅助氧化镁碳化过程砂土加固试验研究

基于微生物或酶诱导碳酸盐沉积(即MICP和EICP)过程的固土技术具备固化强度高、环境友好等特点,但是目前也存在处理效率低、耗时长等局限。为克服这些局限,研究一种新型高效的生物固土技术,即基于植物脲酶辅助氧化镁碳化(酶辅助碳化)过程的固土法,探索其处理方法、效果和作用机理,并与单纯的氧化镁碳化、EICP和水泥等方法进行比较。结果表明,采用酶辅助碳化加固法时,一遍处理强度可达0.92 MPa,且试样的强度显著高于单纯氧化镁处理(0.30 MPa)、EICP处理(0.28 MPa)和水泥处理(0.69 MPa)。酶辅助碳化加固法处理试样的制备方式对强度影响较大。与注入法相比,采用拌和法处理的试样强度高了3倍。此外,添加少量脱脂奶粉后,酶辅助碳化加固法处理试样的强度进一步提升了约70%,达到1.30 MPa。通过微观结构和矿物成分分析发现,酶辅助碳化处理后,固化物填满了砂颗粒之间的孔隙,将砂颗粒结合在一起,形成稳定网格空间结构,与不添加脲酶的试样相比,其中的水合碳酸镁混合物含量较高,中间产物水镁石含量较低。

生物碳化固化水基钻屑作用机理及力学性能研究

钻屑作为油气勘探开发中形成的固废,主要通过水泥进行固化,但水泥生产过程中会形成大量的二氧化碳。因此,需要研究高效、环保的钻屑固化处理方法。生物碳化作为新型松散颗粒加固方法,为钻屑固化处理提供了新思路。生物碳化固化水基钻屑试验表明:固化体强度随含水率、尿素浓度的增加而减小,随活性氧化镁浓度、养护时间的增加而增加。利用相关表征方法分析了水基钻屑固化体中产物种类为玫瑰花状水菱镁石和针状水碳镁石。分析水基钻屑固化体的微观结构,发现产物以连续的碳酸盐网络将水基钻屑固化成连续的固化体,证实了生物碳化固化钻屑的可行性。

服役条件下高铁路基桩网结构土工格栅张拉试验研究

桩网结构路基已经在软土地区的高速铁路建设中取得了广泛的应用,服役期地基过大沉降、地下水淹没桩顶等引起桩网结构不合理受力,甚至导致格栅张拉破坏,目前仍缺乏深入的针对性观测和分析。建立一个全比尺的桩网结构路基模型试验,开展正常路基、桩间土过大沉降、路基浸水和路基水位下降4组典型工况的试验。同时采用前期研发的高速铁路路基动力效应试验装置施加车速达360 km/h、轴重为17 t和25 t的列车移动荷载,利用沉降板加位移传感器测量桩土的沉降变形量,利用光纤传感器测定了每组工况下的格栅拉力变化和空间分布规律,研究不同工况下相同的列车长期荷载对土工格栅拉力的影响。试验结果表明:在列车荷载作用下正常路基的桩网结构格栅最大拉力为5.9 kN/m,位于桩帽边缘处,为格栅抗拉强度的11.8%;桩间土发生过大沉降后格栅拉力最大值仍位于同一位置即桩帽边缘处,为11.85 kN/m,为格栅抗拉强度的23.7%。水位上升后桩网结构格栅拉力下降,但在列车荷载作用下格栅拉力又迅速增长,最大拉力为12 kN/m,水位下降后在列车荷载作用下格栅最大拉力为10.5 kN/m。桩网结构路基的规范设计中对格栅拉力的计算偏于保守,模型试验结果对实际工程中桩网结构路基的设计以及理论方法的验证有一定的指导和借鉴意义。

复合型固化剂加固黄土物理力学特性试验研究

为研究复合型固化剂对兰州黄土的加固效果,通过一系列物理力学特性试验和微观结构分析,对不同配合比的复合型固化剂加固黄土的击实特性、无侧限抗压强度、抗剪强度参数、破坏模式和微观结构展开研究。结果表明:复合型固化剂可显著改善黄土的击实特性和水敏性,增大无侧限抗压强度和抗剪强度参数,0.2 L/m^(3)F1+3%水泥是复合型固化剂加固黄土的最佳配合比;与天然黄土相比,最佳配合比的复合型固化剂加固黄土的无侧限抗压强度、内摩擦角和黏聚力分别增大了633.26%、19.41%和421.18%,无侧限条件和围压为200 kPa时,试样的破坏应变分别减小了15.79%和25.00%,破坏应力分别增大了633.84%和127.66%;复合型固化剂通过F1离子交换作用和水泥水化反应,改变了粒间接触和排列方式,显著减小黄土中小孔隙和孔隙度,促进土颗粒团聚,提高密实度和强度。与天然黄土相比,最佳配合比的复合型固化剂加固黄土后孔隙度减小了5.91%。

挤密砂桩振动沉桩可打性分析中必要振幅的试验研究

击振力和振幅是挤密砂桩振动沉桩可打性分析中2个最重要的参数,其中工作振幅与机械设备能力及土性相关,而必要振幅主要与土性相关。现有的振动沉桩可打性分析理论在必要振幅的认识方面存在较大的差异。为了更好解决振动沉桩必要振幅预测问题,依托港珠澳桥隧人工岛工程挤密砂桩可打性分析课题,通过在砂桩管上安装加速度传感器对挤密砂桩沉桩过程进行全程监测,并通过二次积分得到振幅-时程曲线,将各个土质条件下实测振幅与目前常用的日本建调神户株式会社法、美国ICE沉桩理论以及法国PTC沉桩理论进行对比分析,根据实测结果,对上述振动沉桩理论的适用性及优缺点进行了对比分析并给出了必要振幅取值方法的建议。研究结果表明,在采用电动振动锤沉桩的条件下,日本建调神户株式会社法必要振幅的取值偏大,法国PTC法的必要振幅偏小,美国ICE法必要振幅的取值规律性与实测结果吻合良好,但是取值方法不够具体。建议在美国ICE法的基础上结合工程经验进一步细化和完善振动沉桩必要振幅取值。

包裹式加筋土桥台结构性能现场试验研究

为探究包裹式加筋土桥台结构性能,依托安徽省明(光)巢(湖)高速公路包裹式加筋土桥台项目,进行现场原位监测。通过工后330 d的现场监测,研究了包裹式加筋土桥台面板后水平土压力、桩侧水平土压力、面板水平位移、面板沉降,以及土工格栅应变等分布和变化规律,同时探讨了绕桩格栅截断对面板后水平土压力分布的影响。结果表明:面板后水平土压力沿墙高呈非线性分布,面板中部水平土压力大于其他位置,同时墙趾约束会使底部水平土压力逐渐增大,格栅绕桩截断对面板后水平土压力未造成显著影响;桩侧水平土压力沿高度呈近线性分布,盖梁的存在会使桩侧上部水平土压力偏小;面板水平位移和沉降在工后150~180 d内达到稳定状态,最大变形值均出现在道路中线附近;墙背土工格栅应变随墙高呈非线性分布,随桥台运营时间出现收缩现象。总体上,包裹式加筋土桥台在工后较为稳定,服役期间的监测数据可为今后类似工程设计施工提供参考。