一种考虑卸荷作用的路堑高边坡锚索预应力损失模型

在我国高边坡的锚固工程中,因开挖卸荷导致锚固失效的工程事故很多,必须研究卸荷作用下锚索预应力的时效损失。为此,通过讨论卸荷作用对锚索预应力的影响,建立一种基于锚索、框格梁和岩体三者之间耦合效应的预应力损失模型,并推导出锚索预应力长期变化的计算方程。将湖南省平宜高速平伍路段K15+465—K15+495左幅边坡的锚索预应力实测结果与现有的理论模型计算结果进行对比分析。研究结果表明:所建模型适用于受卸荷作用影响的预应力锚索框格梁体系,能更精确地确定新模型的适用范围;新模型不仅可以确定锚索预应力的补偿时机,而且可为边坡工程设计、施工和运营提供技术支撑和理论基础。

卸荷作用下煤岩异性结构面失稳机制研究

目前针对岩体结构面滑移失稳方面的研究未考虑开挖过程中的卸荷效应,且对煤岩异性结构面的研究较少。为了探究触发煤岩异性结构面滑移的条件及其影响因素,通过建立异性结构面力学模型,理论推导了卸荷作用下异性结构面解锁滑移的判据,采用通用离散单元法程序(UDEC)建立平滑结构面数值模型,以验证理论分析异性结构面解锁滑移触发条件的准确性,分析异性结构面解锁滑移的影响因素。研究结果表明:煤岩异性结构面解锁滑移与结构面倾角、内摩擦角及水平应力与轴向应力的比值有关;当水平应力等于轴向应力时,异性结构面始终处于稳定闭锁状态,不会发生解锁滑移;水平应力和轴向应力增大、内摩擦角减小均会增大异性结构面解锁滑移难度;对于下行解锁滑移,当结构面倾角小于45°+φf/2(φf为内摩擦角)时,其增大会增大解锁滑移难度,大于45°+φf/2时其增大会减小解锁滑移难度;对于上行解锁滑移,当结构面倾角小于45°-φf/2时,其增大会增大解锁滑移难度,大于45°-φf/2时其增大会减小解锁滑移难度;对于异性结构面稳定闭锁状态,结构面倾角不大于30°时,若轴向应力大于抗压强度,则煤岩组合体发生脆性破坏。

考虑卸荷作用的黄土湿陷性评价方法研究

卸荷作用会导致湿陷性黄土部分湿陷量未发生,但目前黄土湿陷性评价方法中未考虑卸荷因素的影响。推导并建立了卸荷条件下黄土湿陷系数的表达式,并通过卸荷湿陷试验确定了表达式中的参数取值。首先定义湿陷完成比、卸荷应力比分别用来表征卸荷作用发生前黄土湿陷变形的完成程度及卸荷作用发生时卸荷量的大小。运用湿陷完成比及卸荷应力比推导出卸荷湿陷系数的计算公式。该公式揭示出卸荷湿陷系数是对湿陷系数一定程度的折减,而该折减与湿陷完成比及卸荷应力比有关。随后进行黄土在不同湿陷完成比和卸荷应力比下的卸荷湿陷试验,得到上述条件下黄土卸荷湿陷量的取值。对试验结果进行分析得到卸荷湿陷系数的具体表达式。该公式可用于计算在不同初始压力下,任意湿陷完成比及卸荷应力比下的卸荷湿陷系数。通过对比卸荷湿陷系数的试验值与计算值验证了所推公式的合理性及准确性。得到了考虑卸荷作用的黄土湿陷性影响系数的确定方法,进一步总结了卸荷作用对黄土湿陷性的影响规律。

软黏土在卸荷作用下孔隙水回流规律的试验研究

通过改装后的三轴仪进行室内试验,研究武汉地区软黏土在卸荷作用下孔隙水回流的规律。试验结果表明:①软黏土在卸荷作用下存在临界卸荷比R,临界卸荷比R约为0.28和0.91;②当0﹤R﹤0.28和R>0.91时,软黏土不发生回弹变形,固结过程中排出的孔隙水不能回流到孔隙中;当R在0.28和0.91之间时,软黏土发生回弹变形,并且在回弹过程中吸水;③孔隙水回流量不大,约占固结作用下孔隙水排出量的10%。

卸荷作用下预应力锚索锚固特性研究

在超前预应力锚固或边锚固边开挖工程中,卸荷作用影响已张拉锚索的预应力和锚固段剪应力分布。通过卸荷条件下拉力、压力集中型锚索锚固特性试验,研究卸荷带锚索的荷载传递机制、锚索锚固段剪应力分布规律和预应力发展规律。研究表明:卸荷作用对拉力集中型锚索索体表面剪应力的影响主要为内锚段起点1/3内锚段长度范围内的剪应力增大;对2种锚索注浆体表面剪应力的影响主要为剪应力分布曲线峰值增大。压力集中型锚索注浆体剪应力的峰值增大比率较拉力集中型锚索的更大。卸荷作用导致了2种锚索注浆体剪应力集中区发生塑性滑移破坏,因而2种锚索注浆体剪应力峰值点向内部小距离移动。卸荷作用导致了2种锚索预应力产生台阶式的增大,压力集中型锚索预应力的增加比率比拉力集中型锚索预应力的大。研究结果为预应力锚索的优化设计提供了一定的参考。

考虑卸压孔卸荷作用的人工冻土冻胀特性研究

对于含水土层特殊地质条件下的基坑围护及地铁隧道等地下工程,冻结围护技术具有良好适应能力和突出技术优势,利用人工制冷使土中液相水冻结为固相冰,使含水土层冻结为人工冻土墙帷幕,提高含水土层强度和刚度以及止水隔渗性能,加固不稳定土层和隔绝地下水。但人工冻结围护在工程应用中,冻胀与变形对基坑围护支撑结构和周边环境影响甚大,冻胀力是支撑围护结构的主要荷载之一,而采用卸压孔(槽)的卸荷作用对冻胀的释放和变形的控制具有显著功效。通过对冻结围护工程冻胀性状有限元分析以及卸压孔对冻胀卸荷作用的探讨,结合试验监测成果验证,系统研究冻结围护工程中人工冻土的冻胀与变形及其卸荷作用下的力学性状特征,为人工冻土冻胀性态的认识以及今后冻结围护工程的推广应用提供理论基础。

卸荷作用对超大断面隧道围岩压力的影响

在超大断面隧道分步开挖过程中,围岩应力发生动态变化,每一步开挖对岩体的影响都不同。根据岩体卸荷力学理论,在隧道施工中围岩不同卸荷带和质量劣化程度不断变化,结合贵阳市地铁2号线观水路站超大断面暗挖车站的双侧壁导坑法施工,通过数值模拟与理论分析方法,研究卸荷作用对超大断面暗挖隧道各导洞压力拱深度的影响。引入卸荷作用影响系数,对现有的隧道过程荷载计算方法进行改进,并与现有隧道过程荷载计算方法、传统公路隧道设计规范推荐计算法进行对比分析。将改进的隧道过程荷载计算方法分析结果同观水路站超大断面暗挖车站基于现场位移监测数据围岩压力反分析计算结果进行对比分析,改进后的隧道过程荷载计算值与现场监测结果基本一致,表明改进后的计算方法有较高的准确度。

考虑高边坡强卸荷的锚索锚固力耦合变化模型

在岩质高边坡锚固工程建设中,锚索的锚固力能否长期维持决定着边坡锚固工程的成败。因此,研究锚索锚固力的时效变化规律至关重要。以不同地区的高边坡锚固工程为例,讨论了高边坡强卸荷作用与工程初期锚固力快速损失的对应关系,并分析了在强卸荷作用影响下的高边坡锚索前期锚固力损失差异机制。通过案例总结出锚索锚固力变化模型的建立需要考虑高边坡强卸荷作用对锚固力损失的影响,基于锚固力损失与高边坡岩体时效变形的耦合效应,将引入转化时间K的西原流变模型与模拟锚索体并联,建立了锚索锚固力的耦合变化模型,推导出锚索锚固力长期变化的理论方程。结合锦屏水电站左岸高边坡LE1915排水洞与L2J连接洞K0+126 m下游附近的锚固力实测数据与已有理论模型对比,证明了新模型应用于开挖强卸荷的高边坡工程中的准确性,比以往的耦合模型具有更广泛的适用范围,不仅为高边坡锚固工程锚索锚固力的控制与补偿时间提供了理论依据和技术手段,而且对锚索锚固力的变化异常预警和高边坡工程的长期安全运营有重要意义。

安乐寺古滑坡的卸荷启动机制分析

安乐寺古滑坡为滑动面近水平的岩层滑坡,其形成原因从力学上难以解释,但可以从卸荷力学的角度分析其形成机制。

专利名称:适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法

深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法利用弹性连杆模拟地基土与结构之间的相互作用,简化了深水卸荷式板桩岸壁结构的计算模型;将土压力分为自重土压力和超载土压力分别进行计算,且同时考虑了卸荷作用和遮帘作用,从而能够更加合理准确的计算作用于结构的土压力,依据主动土压力理论,考虑卸荷作用和遮帘作用进行前墙的土压力计算。

天山公路K1018段边坡稳定性数值模拟分析

通过对天山公路K1018+200～+800段边坡实地勘察研究,利用数值模拟DDA块体系统的非连续变形分析系统数值分析软件,对边坡不同工况条件下的破坏模式与块体运动特征,进行了稳定性分析。结果表明:诸多不安全因素会影响边坡的稳定,应及时采取措施予以治理。

中国西藏金沙江白格滑坡的地质成因分析

2018年10月11日发生的金沙江白格滑坡是中国西藏继2000年易贡滑坡以来社会影响最大的滑坡事件。许多学者对该滑坡的形成条件、稳定性和监测预警等进行了研究报道,但对滑坡的地质成因研究比较薄弱。本文在区域地质分析、现场调查测绘和综合研究的基础上,重点从断裂作用控制斜坡岩体结构、水与蚀变软岩夹层作用促进结构面弱化、卸荷作用控制滑坡规模和失稳方式等方面,提出了金沙江构造缝合带混杂岩体岸坡在持续重力作用下的失稳机理,对金沙江沿岸滑坡隐患早期识别和风险防控具有一定指导意义。

大断面矩形顶管上跨施工对既有地铁隧道变形影响研究

大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道施工过程中,由于近距离开挖出土卸荷,导致既有地铁隧道产生上浮变形,危及地铁运营安全。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街—潞阳大街)综合管廊矩形顶管工程为背景,采用FLAC^(3D)有限差分软件建立了大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道的三维数值模型,研究了双线矩形顶管上跨施工引起地铁隧道上浮的变形规律以及采用不同抗浮配重对既有地铁隧道的变形影响,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模型的准确性。研究结果表明:双线顶管上跨施工引起地铁隧道的上浮变形大于单线顶管引起的上浮变形,且最大上浮变形均位于顶管隧道轴线处;施加与开挖损失土体近似重量的配重,可改变地铁隧道原有水平变形规律,导致先穿越的地铁隧道整体向始发井方向移动,后穿越的地铁隧道整体向接收井方向移动。随抗浮配重的增加,地铁隧道上浮位移减小,所受拉应力减小,且施加开挖损失土体重量50%的抗浮配重,可以将地铁上浮变形控制在1.4 mm以内;研究成果为该工程地铁隧道抗浮设计提供了参考依据。

松动岩体工程特性研究——以雅砻江楞古水电站松动岩体为例

为了对松动岩体的工程特性进行系统研究,以楞古水电站厂址区边坡为例,对该边坡岩体进行了详细的地质编录和物理勘探试验,重点对节理裂隙的空间发育规律、镶嵌结构和碎裂结构岩体的发育深度及空间分布、软弱结构面发育分布规律以及边坡已有变形破坏特征这四个方面进行了系统的统计和分析,认为松动岩体是区域断裂活动和浅表生改造的结果,岩体工程效应差、变形模量低;同时结合应力测试、声波测速、高密度电磁勘探等试验成果进行分析,结果显示松动岩体具低波速(波速大部分小于3000m/s)、低应力(最大主应力不超过20MPa)、强透水性(透水性系数大于10L/(min·m·m))。认为岩体破碎主要受断层及节理裂隙影响,分析了岩体破裂松动的演化过程及特征。

硐室片状危岩体病害机理分析与评价方法

长屿硐天遗址公园遗留了大量危岩体,造成较为严重的安全隐患。经现场勘查发现,长屿硐天景区存在12处片状危岩体,其结构特征和形成机理与常见的危岩体存在显著的不同。以W42危岩体为例,通过FLAC数值模拟计算,分析了片状危岩体的应力特征和卸荷作用,发现卸荷作用对开挖面3 m以内围岩影响较大;采用断裂力学方法,分析了应力强度因子K_I与岩体内原生裂隙倾角α、原始裂隙开裂角θ_0、原生裂隙长度c之间的关系和影响规律,得出了开裂角θ_0在78°左右时,岩体原生裂隙更容易扩展开裂的规律。这些规律能够较为合理地解释片状危岩体的形成机理和结构特征,以及研究区域节理多为陡倾或直立的原因。

上跨基坑开挖对既有隧道变形的影响及其控制研究

地下空间开发涌现出大量新建深基坑邻近既有隧道的近接工程,基坑开挖卸荷作用会对既有隧道、紧邻管线和周边建筑产生影响。本文以上海地铁14号线大世界站换乘区间基坑开挖为例,开展了复杂环境的PLAXIS 3D数值模拟。模拟结果表明:隧道上方基坑分区分块开挖明显地控制了坑底土体隆起量;隧道与基坑边缘处采用MJS(全方位高压喷射注浆)冻结法施工,致使隧道隆起变形呈现"凸鼓状"分布,最大隆起约8.5 mm,符合上海地区电力隧道保护要求。该成果可为同地区类似工程的设计、施工提供参考。

长江三峡巴东复杂斜坡系统成因研究

三峡库区巴东县新城区所在的扇形大斜坡是一个复杂斜坡系统。斜坡后缘边界的挤压变形带是斜坡整体沿其底界面(T1j3—T2b1)之间岩层界面向长江发生重力蠕滑作用的结果,不存在“巴东断裂”问题。斜坡系统内部未发现成规模的褶皱,也不存在数量众多的内动力成因的断裂带。巴东斜坡区浅表生变形破坏类型可概括为侧向拉裂、“雪崩式”垮塌、表层风化、侧向滑移张剪破裂、岩层折断变位、软岩膝折剪破裂和压扭破裂又重胶结7种重力卸荷破坏力学模式。斜坡系统内部发育分期分区(块)滑动(滑坡)现象,但不存在构造地质意义上的“断层”形迹。在地貌形态上,巴东大斜坡被4条冲沟分割成5个斜坡单元。在斜坡地质结构、成因类型与空间分布上,巴东大斜坡可划分为3个层次,即表层崩塌滑坡成因为主的堆积层(第一层次),冲沟分割且浅表生地质形迹发育的层状顺倾的中间基岩层(第二层次)和整体连续顺倾的深层基岩层(第三层次)。分形几何计算证明,巴东大斜坡的地貌形态尚处于侵蚀发育的青(幼)年期。FLAC3D数值模拟发现,在长江侵蚀下切的不同阶段,巴东斜坡体前缘和后缘接近底界面位置塑性变形区分布集中,但不具备沿深层界面发生整体滑动剪出的可能性。基本认识是,“巴东复杂斜坡系统”是在官渡口—东氵襄口向斜南翼(单斜山)的地质背景下,持续经受长江快速侵蚀下切外动力作用,河谷岸坡快速临空导致其自身重力产生强烈的侧向卸荷与滑移等浅表生地质改造作用过程而形成的,可简单地概括为“重力成因论”。

在建公路削坡对已建铁路边坡稳定性的影响

针对山区顺沟,顺河,沿坡并行先后修建的公路与铁路,因后筑公路工程削坡,有可能造成先筑铁路工程边坡的不稳定进行了分析,分析表明,若通过验算表明需对边坡进行加固时,一定要采取边开挖边支护的施工工艺,防止在施工期内对先建工程造成损失,并且分析时最好应考虑火车轮轴的动荷作用。

浅谈钻孔压水试验在水电工程中的应用

岩体的完整性和渗透性对水电工程防渗排水系统的设计具有重要意义,而钻孔压水试验是通常用来测定裂隙岩体透水性的方法之一。考虑到裂隙岩体渗透特性的空间分布与其所在坝址区的地质条件、风化卸荷作用等密切相关,本文将以某水电站工程区裂隙岩体为研究对象,在已有地质勘察资料的基础上,采用压水试验和统计分析相结合的方法,进一步开展天然条件下无卸荷微新岩体和风化卸荷岩体渗透性特征研究,并评估钻孔压水试验在西南峡谷区水电工程中的重要应用。