Water shutoff model test in water-rich sandy stratum by phosphoric acid-water glass grout

The rheological behavior of phosphoric acid-water glass grout in different mixing ratios was studied. Grout made of water glass with Baume degree of 20° and 13.4% phosphoric acid by 1:1 volume ratio is found to be more effective in stopping water. Laboratory model test of water shutoff by grouting was conducted. Test results show that the diffusion length and water cutoff effect of the grout are significantly improved as the grout head is raised, due to the dilution of underground water, and it takes the grout longer than its gel time to cut off water.

Constructing Large Capacity Power Plant on Collapsible Loess Stratum with Huge Thickness

1 Preface In the northern and northwestern parts of China, quite a large portion of area, approximately 630,000 km^2, is covered by loess and loess-liked soils. The loess thickness ranges from several meters to several hundred meters along the river’s terraces to those geomorphologic plateaus. In geology, "China Loess" has become a geologic term, because the loess in China has evolved with the widest distribution and greatest thickness in the world, and is also a typical and significant deposit in Quaternary Period.

地铁隧道基底湿陷性黄土地层处置方案优化分析

[目的]为了研究处置湿陷性黄土地层的优化措施,需要对黄土浸水湿陷后隧道结构的变形特性进行研究。[方法]介绍了湿陷性黄土隧道地基处置方法;以穿越湿陷性黄土地层的盾构地铁隧道为例,采用三轴搅拌桩法作为地基处置方法,采用MIDAS GTS软件建立数值计算模型,分析在不同处置深度及处置宽度情况下,黄土地基浸水湿陷变形后对地铁隧道结构各部位的竖向位移和衬砌结构内力的影响。结合隧道结构各部位竖向位移和衬砌结构内力的变化趋势、施工经济性及相关要求对处置方案进行优化。在3种处置宽度和7种处置深度条件下,分析隧道拱腰、拱顶、拱底处竖向位移、弯矩、主应力的变化规律,给出最合适的处置建议。[结果及结论]处置深度越大,隧道结构各部位的竖向位移越小,衬砌结构内力越大;处置宽度越大,隧道结构各部位的竖向位移与衬砌结构内力越小。本案例工程中,最佳处置深度为7 m,最佳处置宽度为16 m。

突发高压渗流作用下黄土地铁隧道水压阶跃效应分析

高压水源外泄具有突发性、快速性和释能效应,诱发的黄土围岩灾变性态及隧道结构劣化影响要比静力入渗作用更严重。为揭示高压渗流作用下黄土围岩水压阶跃效应的传递特征、诱因及其对隧道结构受力的影响规律,通过开展相似模型试验,对黄土围岩渗流性态的时空演化及隧道力学响应进行研究。研究表明:突发高压渗流过程依次经历了黄土局部湿陷侵蚀→产生隐伏空腔→形成优势通道→围岩水压及结构内力阶跃波动→渗流趋于稳定;局部湿陷势释放和优势运移通道的孕育发展是围岩水压及结构受力阶跃波动的主要原因;在不同水源位置下,起拱线以下衬砌内力变化均显著大于上部结构,且拱底位置受力影响最大,其中在上部水源时轴力的最大阶跃增幅为324kN,在下部水源时弯矩的最大阶跃增幅为84 kN·m;优势运移通道下侧围岩区域所受影响最大,在不同水源位置下衬砌内力影响程度表现为上部水源>下部水源>侧部水源。

黄土地层新管幕法结构参数对地表沉降影响研究

为探索黄土地区地铁施工中新管幕法不同结构参数对地表沉降的影响规律,基于ABAQUS有限元软件,对不同管幕间距、不同管径工况及钢管顶进顺序进行正交数值模拟分析。结果表明:采用管幕间切割焊接浇筑混凝土板的管幕预筑法能够更好地减小地面沉降;拱形管幕支护结构相较于矩形结构可产生更小的地面沉降;矩形结构在管径从1600 mm增大到1900 mm再到2200 mm,地面沉降量分别减小5.84%和8.22%,而拱形结构是3.43%和6.48%;在管间距从150 mm增大到250 mm再到350 mm时,矩形结构的地面沉降量分别增大8.34%和7.16%,拱形结构为5.94%及5.25%。通过讨论不同结构形式对地面变形的影响,以期为工程应用提供参考。

黄土地层雨水管道施工对既有下卧地铁变形的影响

为探究基坑开挖和顶管施工共同作用下下卧隧道结构的响应规律,以西安兴善寺东街雨水管道工程为背景,采用数值模拟和实测数据分析相结合的方法对比分析采用明挖法和顶管法两种不同施工方式施工时下卧隧道变形规律,利用正交试验法研究基坑开挖和顶管施工共同作用时下卧隧道隆起量影响因素。结果表明:下卧隧道沿纵向5倍基坑开挖宽度内结构的隆起变形受基坑开挖影响较大,且基坑开挖卸荷使下卧隧道结构发生不均匀变形。左隧道拱顶最大隆起量为4.13 mm,拱腰最大收敛值约为0.55 mm,结构易发生扭转变形;右隧道拱顶最大隆起量约为3.19 mm,拱腰最大收敛值约为0.24 mm,结构易发生竖向拉伸变形。采用顶管法施工可以减少下卧隧道的变形量,实测数据表明顶管施工会使下卧隧道产生横向收敛,最大为1.7 mm,实际工程中应注意控制既有隧道结构的横向变形。基坑开挖和顶管施工共同作用时,各因素对左右隧道的影响程度不同,左隧道的隆起量主要受基坑开挖卸荷作用影响,右隧道的隆起量主要受顶管施工的顶推作用和开挖卸荷作用影响。同时应注意各因素之间不一定是相互独立的,需要考虑因素组合对下卧隧道隆起量的影响。

西咸机场扩建工程深大基坑开挖对邻近地铁车站影响分析

随着城市基础设施建设的迅速发展,运营地铁线路安保区范围内不可避免地受到新建工程施工的影响,地铁车站及盾构区间两侧深大基坑开挖和卸载会给地铁的安全运营带来隐患。以西安咸阳国际机场三期扩建工程为依托,旨在研究深大基坑开挖对邻近运营地铁区间所受内力和位移的影响。结果表明:采用对称开挖的施工方法能够降低基坑施工对既有区间的影响;基坑开挖过程中,既有区间最大主应力分布多集中于顶板与底板,且以既有区间中线为界呈椭圆形分布,最大主应力值变化不大,基本浮动范围均在5%以下;非对称开挖工况下,既有区间竖向位移总体变化为先隆起后沉降,最大沉降值为3.25 mm,对称开挖工况下的最大沉降值为2.44 mm,减少了24.9%;在排桩支护、横撑及脚撑的支护作用下,既有区间上方的沉降量较小,对称开挖工况下地表沉降最大值为5.73 mm;实际监测数据与三维数值模拟结果具有较高的吻合度,地表沉降监测值与数值模拟结果的误差为6.8%,既有区间竖向位移监测值与数值模拟结果的误差为1.7%。

公路隧道富水黄土地层可控注浆加固技术研究

针对乔原隧道穿越富水黄土地层时出现的各种病害,采用可控注浆加固技术,制定详细的注浆实施方案,并采用现场观察、室内试验、数值模拟等手段对其加固效果进行全面分析.研究结果表明:注浆后掌子面土体含有大量浆脉,其层理清晰,围岩节理、裂隙发育情况减弱,土体强度大幅提升,稳定性较好;注浆后富水黄土地层的抗压强度有大幅提高,围岩稳定性及自承能力随之提高;注浆后土体渗透系数较注浆前大幅下降,满足地下水平衡的要求;注浆后隧道初期支护轴力值及围岩塑性区分布范围有大幅下降.总之,可控注浆加固技术在隧道穿越富水黄土地层处治中取得了良好的效果.

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。

黄土地区地铁隧道地层变形规律

地铁隧道的施工必然会对周围的岩土体产生扰动,岩土体的固结和次固结将使地层产生沉降变形,而地层中存在各式各样的地下管线,如果地层变形过大,将会危及这些管线的安全,如何确保地铁施工地下管线的安全是地铁施工的关键技术。研究黄土地区地铁隧道施工对周围邻近管线所处地层的变形影响规律的目的是在保证地铁隧道施工的同时,确保管线的变形满足管线的正常使用,为地铁隧道的安全高效施工提供技术支撑。以西安地铁一号线地铁施工工程为研究背景,在分析Peck经验公式的基础上给出修正后的预测地层变形公式,在此基础上,研究距隧道轴线不同距离处的地层变形规律,以及不同地层损失率对地层变形的影响规律。采用预测公式对西安地铁一号线某区间段地下管线所处地层的变形进行预测,同时进行现场监测,通过预测与实测结果的对比验证该预测方法确实可行。在盾构施工前可对构筑物所处地层的变形进行预测,并可采取有效地加固措施以减小地铁施工对其影响。

西安黄土地层盾构施工诱发地面沉降规律分析与预测

西安黄土地层中地铁盾构施工尚属首次,无现有的工程经验可借鉴,采用Peck公式对盾构施工段实测地表沉降进行预测时,得到沉降槽与实测结果差异较大,鉴于此因,利用APDL语言编制邓肯–张模型及有限元程序来追踪模拟盾构施工过程,对黄土邓肯–张参数、含水率及埋深等因素的变化引起的地层沉降进行量化分析,对黄土地层在盾构施工条件下引起的地表沉降进行相关的规律性研究和探讨,提出了地面沉降预测经验公式,并对某实测结果进行预测。结果表明预测公式能较好的反映西安黄土地层盾构施工引起地面沉降特性,具有一定的工程参考意义。

黄土地层下预应力锚索荷载传递规律的试验研究

在已有理论推导的基础上,基于现场拉拔试验,分析锚固长度、拉拔荷载及锚索体直径对预应力锚索在特定黄土地层条件下荷载传递规律的影响。分析结果表明:(1)预应力锚索的有效锚固长度以6～8m最为合理,过短不利于锚索极限承载力的充分发挥,过长则易造成锚索材料的浪费;(2)锚索轴力随拉拔荷载增大不断向锚固段远端传递且越来越小,其峰值则不断增大且向远端偏移,该现象与锚固段前端锚索体所受轴力超过其屈服极限而产生局部塑性破坏有关;(3)土体及锚固体具有明显的非均质性和非线性,使得浆体与土层间存在相对薄弱或非连续界面。当拉拔荷载级别增大至一定量值时,这些弱面上即发生锚固力跳跃分布现象;(4)在工程实践中,锚固力分布曲线的始点与锚固段端口并不完全重合,而是相对纵轴均存在不同程度的偏移,导致发挥实际锚固作用的锚固段长度往往较理论设计的偏短;(5)在黄土地层下,部分预应力锚索极限承载力随其直径增加而线性增长,增长系数约为1.1,而与锚索有效锚固长度无关。所得结果为黄土地区锚索支护工程的设计和施工提供参考依据,具有一定的理论和实用价值。

厚黄土层煤层开采沉陷规律研究

为了解黄土层对开采沉陷规律的影响,结合彬长矿区厚黄土层的采矿地质条件,基于分层传递理论,采用分阶段求解的方法,对地表沉陷的概率积分公式进行了修正,从土层对基岩的加载角度给出了厚黄土的定义。以大佛寺煤矿的地层条件为模型,通过物理材料相似模拟和FLAC3D数值模拟的方法,得到了彬长矿区的矿井开采地表移动的主要参数,并利用分阶段求解的方法,计算了该矿区亭南煤矿的地表移动等参数,利用地表移动参数设计了亭南煤矿建筑物群下宽条带开采的方案。结果表明:采用地表沉陷分段求解的方法预测厚黄土覆盖层地表沉陷是有效的。

基于双洞效应的黄土公路隧道地层变形规律离心模型试验

鉴于目前黄土公路隧道修筑面临的一些特有问题,为了更全面地了解双洞效应影响下黄土公路隧道地层变形规律,运用离心模型试验设备,系统开展了4组基于先加载后开洞思路的模型试验,研究了双洞不同净距对黄土公路隧道地层变形的影响。试验结果表明:随着双洞净距的增大,双洞间的相互影响程度减弱,靠近拱顶处的地层变形曲线由单峰值的V形逐步变为双峰值的W形;存在压力拱效应且压力拱的形成高度随双洞净距的增大而增大;先行洞室各层沉降范围及沉降值均略大于后行洞室,且随双洞净距的增大,先行洞室对后行洞室的影响程度逐渐减弱;选用0.5D间距形式,易在隧道间形成应力与变形强影响区,需对中间土体进行加固,选用D及以上间距形式,隧道间可以形成自稳的宽底承载土柱体,故小净距黄土公路隧道双洞间合理净距可选取为D。

黄土地区地铁行车荷载作用下地表响应的数值计算研究

文章以黄土地区的西安地铁2号线为背景,通过建立列车-轨道-地基系统分析模型,模拟地铁行车荷载;基于动三轴试验结果推导并导入长期循环荷载作用下黄土土体的材料力学模型;针对研究对象设置合理的计算参数,特别是人工非线性粘弹性边界条件等一系列数值计算条件,建立了考虑隧道与周围土层动力相互作用的数值分析模型,从而对黄土地区地铁行车荷载作用下地表振动响应规律进行了研究;并对列车单向运行和双向运行时在不同速度、不同加载情况下地表振动响应的变化进行了分析对比。

双洞效应的黄土公路隧道变形影响离心模型试验

目前,有些黄土公路隧道受到地形限制只能采取小净距隧道形式,为了更好地解决彼此开挖相互受影响带来的安全隐患问题,笔者开展了6组基于先加载后开洞思路的离心模型试验,研究了不同净距和间距的组合下双洞效应黄土公路隧道地表及地层的变形规律。试验结果表明:间距保持1D时,随着净距的增大,双洞间的相互影响程度明显减弱,先行洞开挖对后行洞的次生扰动逐级递减;地表沉降轮廓由单核心盆地演变为多核心盆地,地层变形曲线从V形发展为W形;压力拱效应明显且成拱高度随两隧体净距的增加而升高。间距变为2D时,无论净距如何取值,地表和地层沉降的最大值都会在右侧隧道中心线附近出现,右侧隧道上覆土体变得更为敏感。净距2D间距2D时,地表和地层沉降均在右侧先行隧道拱顶上方出现6组工况下的最大沉降值,评定为最不利工况;间距1D净距取1.5D和2D时,两隧体间均可形成自稳的宽底承载土柱体。因此,小净距黄土公路隧道合理净距取值范围为1.5D^2D,相应的掌子面间距宜控制在1D内。

黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律

为了研究黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律,采用渗流-应力耦合三维非线性有限元方法,系统分析了西安地铁某区间隧道衬背空洞注浆病害治理过程中隧道结构体系变形规律,并与实测位移成果进行对比分析、相互印证。实测结果表明,注浆过程中,地表累计沉降值为31mm,累计隆起值为5mm;管片累计横向位移值为45mm,上浮量达55mm,最终导致了管片破损和位移。耦合数值分析表明,地表累计沉降值为41mm,累计隆起值为62mm;管片累计竖向位移值为65mm,累计收敛峰值为47mm。基于渗流-应力耦合改变地下水位的方法计算得到的管片竖向位移和收敛结果与实测结果吻合良好,由于未考虑渗流过程中水流携带泥沙侵蚀空洞的复杂因素,地表沉降值与实测值相差较大,但变化趋势基本一致。

郑州-洛阳黄河南岸黄土地层及更新世环境分析

重点介绍了河南豫西地区洛阳－郑州间黄河南岸邙岭的两个黄土剖面，并进行了岩石和磁性地层划分对比，证实了该区黄土最早形成于早更新世晚期的第九层粉砂层（Ｌ９）。在此基础上对黄河的发育及区域更新世环境变迁进行了初步分析。

黄土地层含水率增大对大跨度隧道围岩压力影响

以某黄土公路隧道为背景,通过室内常规三轴试验来获取原状Q2黄土的物理力学参数,并基于数值分析方法探讨因地表水分入渗或地下水位抬升引起的洞周围岩压力的变化规律,并提出考虑含水率影响的修正围岩压力算法。结果表明:(1)随着地表水入渗深度或地下水位抬升高度的增大,围岩压力呈增大趋势,且最大围岩压力比ψmax=1.1~3.5,最大收敛变形比ζmax=1.1~1.3;(2)初始含水率越低,其最大围岩压力比和收敛变形比越大,因地表水分入渗或水位抬升引起的围压放大效应越明显;(3)隧道埋深越浅,围岩压力分布越不均匀,"猫耳朵"形状越明显,埋深越大围岩压力分布相对均匀;(4)引入围岩压力比,提出了半数值半经验的修正隧道围岩压力计算公式,可考虑因黄土地层含水率增大引起的围岩压力放大效应。

西安地区黄土含水率变化特点

通过对西安地区黄土剖面的野外观察、颗粒分析和含水率的测定 ,系统地研究了黄土层含水率的变化特点 ,初步认识到在同一黄土剖面上 ,黄土含水率从上到下呈波动变化 ,其峰值位于古土壤层内 ,而波谷处于黄土层内 ,并呈波动增加的趋势。在具有结核层的黄土层中 ,其含水率从上部到下部呈由大变小再变大的趋势 ,其峰值位于结核层之上 ,CaCO3 结核层具有隔水作用 ;在古土壤层中 ,从上向下 ,其含水率呈由小变大再变小的规律 ,其峰值出现在古土壤的中、下部位 ,即粘土化最强的部位。土壤质地是决定含水率大小的重要因素 ,在包气带中 ,黄土含水率的变化与粘土颗粒含量具有明显的正相关关系。