基于粒子群算法的复杂山区铁路土方调配与取弃土场选址协同优化

复杂山区铁路线路土方调配及取弃土场选址对铁路项目的成本、工期、安全性、环境影响程度等产生长久深远影响,二者之间存在着复杂关联耦合关系。然而,既有方法忽略了上述联系,难以实现铁路线路土方调配与取弃土场选址协同优化。对于复杂山区铁路线路,构建了融合调配段落划分点、土方调配量、取弃土场的统一自变量集合,考虑了土方调配、取弃土场选址复杂约束,以土方调配成本、取弃土场建设成本及便道建设成本的综合费用为目标函数,集成综合基础信息子系统、土方调配优化子系统与取弃土场选址优化子系统,建立了土方调配与取弃土场选址的协同优化模型。为求解此协同优化模型,提出一种基于粒子群算法的累进求解策略。首先根据线路划分土方调配段落,进入土方调配优化子系统求得土方调配解,借助移动窗口法构建取弃土场备选池,进入取弃土场选址优化子系统求得取弃土场址解;其次,基于粒子群算法通过更新线路土方调配段落划分来累进迭代寻求最优解。以某复杂山区铁路为例,对铁路线路土方调配及取弃土场选址协同优化模型进行案例验证,与人工方案相比,最终机选最优方案可节省13.77%的综合费用。测试结果表明本方法的有效性,可提高铁路土方调配与取弃土场选址求解效率,为设计人员提供参考。

弃土坡面不同建植恢复方式的减流减沙效应

[目的]生产建设项目弃土场进行植被恢复后能够有效防治水土流失。探讨弃土场不同植被恢复方式的减流减沙效果,可以为弃土场后续治理与监管提供理论依据。[方法]选取皖西大别山区生产建设项目弃土,通过人工模拟降雨试验获得不同建植方式(撒播、条播、穴播)和植被恢复阶段(生长期、成熟期、枯萎期)的弃土坡面产流产沙特征,并利用累积距平等方法分析其规律和差异。[结果]相对裸坡,植被恢复可有效延缓初始产流时间,撒播种植的效果最为明显。不同建植方式均起到一定的减流减沙效应,坡面累积产流产沙量呈现出:撒播<条播<穴播<裸坡以及生长期<成熟期<枯萎期的规律;坡面产沙与产流过程存在差异性,减流效应弱于减沙效应。[结论]建植方式减流减沙效益表现为撒播优于条播,穴播最差。生长期减流减沙效益优于成熟期,枯萎期最差。撒播方式在生长期内呈现出最佳的减流减沙效益,减流率和减沙率分别达到49.6%,95.5%。

弃土场原位与弃土斜坡水分运动特征对比分析

降雨入渗会改变斜坡原有的平衡状态,为探究弃土场原位与弃土斜坡降雨入渗过程的水分运动特征。以某弃土场为研究对象重复开展染色示踪试验,对比分析原位与弃土斜坡垂直方向上土壤剖面的染色面积比和渗流前后水分运动特征的差异。结果表明(1)原位斜坡水分入渗以基质流为主,少量优先流动由生物通道引发;0~50 cm深度水分垂直均匀入渗程度高,随深度增大,表现出沿容重小一侧非均匀流动;50 cm深度以下,平均染色面积比与深度呈负相关;(2)无植被发育弃土斜坡无优先流动,沿斜坡土体表层水平扩散流动程度高,平均染色面积比在20 cm深度以下保持为0,无染色特征;植被发育弃土斜坡水分沿植物根茎优先入渗,垂直入渗较活跃;(3)染色面积比及湿润带特征能很好的捕捉斜坡水分渗流的非均匀信息;同时,根系会改变土体的孔隙发育程度,形成内部交织的网状结构,降低土壤容重,增加水分入渗,有利于增强表层土壤含水率,降低水分深层渗流,增强斜坡稳定性;加强弃土场植被生态恢复有利于增加斜坡的固土保水能力及稳定性。

基于松散耦合方法的弃土场边坡三维建模及稳定性分析:以福州市闽清县白樟池埔建筑弃土场为例

近年来大规模的旧房拆迁改造及道路建设导致弃土方量剧增,弃土场已成为城市建设的重要附属工程。由于弃土场边坡结构松散、密实性差,较天然边坡更易发生变形破坏,弃土场的安全管理备受关注。为实现复杂工况下弃土场稳定性的快速分析,通过搭建ArcGIS和GeoStudio的松散耦合方法,构建了一套集可视化建模和模拟计算为一体的技术框架。为改良模型可视化效果,配合虚拟钻孔和空间插值方法改良地层曲面精度,完善了弃土场的三维建模技术。采用Python语言为程序接口完成跨平台模型数据交换,实现全时空全方位的多工况弃土场边坡稳定性快速预测。闽清白樟池埔建筑弃土场的应用实例表明,此方案能够实现弃土场任意断面的高质量识别和复杂工况下稳定性变化规律的快速预测,可见松散耦合方法在弃土场稳定性分析过程中具有显著的适用性和实用价值。

工业固废-水泥协同固化工程弃土配比优选

为了推进工业固废资源化,同时有效提高工程弃土的利用率。选用高炉矿渣、钢渣、磷石膏3种常见的工业固废协同水泥,复配聚羧酸减水剂,对工程弃土进行固化处理。通过D-最优混料试验,确定固化剂的最优配合比为高炉矿渣:钢渣∶磷石膏∶水泥∶聚羧酸=59.9∶5∶20∶15∶0.1,在该配方下固化土的7 d无侧限抗压强度达到了5583 kPa。利用X射线衍射(diffraction of X-rays,XRD)试验和扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验对新型固化剂固化土的微观结构进行分析,结果发现固化土中生成大量的丝状物、针状物和絮状物,使孔隙减小,土体结构更加紧密。该研究成果不仅可为工业固废和工程弃土资源化处理提供参考,同时也为工程弃土二次利用提供一定的理论指导,具有较好的工程适用性。

导水隧洞在公路弃土场治理工程中的应用研究

公路工程建设中,一些公路附属设施弃土场多数置于公路沿线沟谷内,部分弃土场因建设周期快,未设置完善的排水系统甚至排水措施缺失,在长时间强降雨工况下导致弃土场上游积水,直接影响着弃土场安全稳定,存在较大的安全隐患,同时威胁弃土场下游居民或线路安全。本文以陕西某国道过境公路改建工程项目弃土场排水综合治理工程为例,采用导水隧洞进行弃土场上游沟道排水方案,成功解决了既有弃土场排水不畅的工程问题,取得了良好的排水效果。本文就导水隧洞设计要点和水文计算相关问题进行论述,希望对类似的工程问题处理提供参考。

沐川至马边高速公路Q13弃土场泄洪渠设计

随着我国交通建设的发展,山区高速公路弃土场不可避免存在阻断既有沟道的问题。以沐川至马边高速公路Q13弃土场泄洪渠为例,阐述了沟道型弃土场泄洪渠总体设计、水力计算、渠身结构选材及选型情况。实施情况表明,结合准确的水力计算,通过弃方压实度控制,设置于弃方上的泄洪渠,平缓渠身采用模袋混凝土,跌水、消力及边墙放坡受限段采用混凝土边墙及钢筋混凝土底板,可保证渠身结构在弃方上的整体性;通过放缓渠底纵坡,恰当设置跌水,可有效降低水流速度及其对渠身冲刷,提高泄洪渠耐久性。

山区高速公路弃土场稳定性评价

为降低弃土场安全隐患,介绍了山区高速公路弃土场稳定性的评价内容与流程,阐述了山区高速公路弃土场稳定性评价方法,并结合工程实例,对已施工完成的弃土场进行稳定性综合评价,从选址、稳定性、风险等方面进行综合研判,提出相应措施和建议,供同类工程参考。

铁路弃土(渣)场渣顶防护体系布设

以新建中卫至兰州铁路甘肃段为例,研究了弃土(渣)场水土保持措施体系布设及其防治效果。结果表明:弃土(渣)场周边截水沟及渣顶排水沟的设置能有效拦截上游降雨产生的汇流冲刷,排出渣场顶部雨水,避免雨水汇流后集中下渗产生陷穴等,在下游坡面顶部设置挡水埂能使坡面侵蚀量减少95%以上,水土保持效果显著;渣顶平整覆土后采用“田字格”状整地,能有效降低施工初期的水土流失并为植物生长创造良好微环境,是干旱半干旱区一种极为有效的水土保持整地模式;试验筛选发现相同栽植条件下四翅滨藜(Atriplex canescens)的成活率最高,平均可达91%,且养护管理要求低,柠条(Caragana korshinskii)成活率次之,撒播草籽成活率、保存率普遍较低。

河道工程弃土区复垦设计

随着近年来我国经济建设不断增长,水利工程也支持了各项生产建设,但同时也留下了大量废弃地,未得到及时复垦利用。盐城地区主要表现为大型河道治理工程土方开挖量大,临时弃土区占用了大量农用地。以黄河故道干河治理响水县六套中心社区新条段弃土区复垦为例,分析了项目区的地形地貌、气象水文、土壤植被等特征,研究了河道工程弃土区复垦的目标和技术标准,总结了弃土区复垦的主要技术措施,提出了利于复垦工作的建议。项目区现已投产,效果良好,对盐城地区同类项目弃土区复垦具有一定的参考价值。

基于GIS的弃土消纳场规划选址研究

传统的弃土消纳场选址,存在效率低、成本高、准确性低等问题,难以满足新时代城市建设的需求。一是通过分析弃土消纳场选址存在的问题,提出了规划选址应遵循的基本原则;二是采用基于GIS的空间分析技术,进行地形分析、缓冲区及叠加分析,识别弃土场选址区域;三是利用GIS与BIM集成软件进行弃土场容量计算,综合评价弃土场选址可行性。综上,对缓解城市建设中弃土难问题提供了技术支撑。

铁路工程弃土场变更水土保持工作探讨——以福建某新建铁路工程为例

针对铁路项目水土保持的特殊性,弃土场变更时有发生,文章以福建某新建铁路工程为例,分析导致弃土场发生变更的原因,提出完善弃土场变更的解决对策,通过强化资料获取、夯实现场调查成果和完善弃土场水土保持措施防护体系,提出可能减少或避免弃土场变更的思路,供同类型项目参考。

黄土沟壑区弃土场稳定性研究

随着基础设施建设的不断推进,弃土的不合理堆放成为工程建设面临的重要问题之一。堆积体随体积和高度的增加,其失稳的风险增大,易造成水土流失、生态环境破坏等灾害。以甘肃某高铁隧道黄土沟壑区弃土场为研究对象,采用室内试验、现场试验及数值模拟研究方法探究不同参数条件下弃土堆积体力学性质、压实度及堆填阶型设置方法。研究结果表明:弃土堆积体的黏聚力与内摩擦角随干密度呈正相关变化趋势,随含水率呈负相关变化趋势,但内摩擦角受含水率影响变化幅度不大;弃土堆积体分层压实过程中表层压实度增幅最大,中、底层随压实次数增多压实度有明显提升,平均压实度在前期压实过程中迅速提升但随次数增加其变化幅度明显降低,平均含水率在压实过程中呈先减后增变化趋势;在堆填整形过程中,应力大小与位移变形随台阶高度和台阶坡率的增大而增大、随平台宽度的增大而减小,边坡的稳定系数随台阶高度和台阶坡率的增大而减小、随平台宽度的增大而增大。经曲线综合分析,边坡稳定性对阶型参数设置所表现出应力大小、位移变形及稳定系数的变化差值敏感程度由高至低依次为台阶坡率、平台宽度、台阶高度。

消费级无人机倾斜摄影测量监测弃土场的精度评估

无人机摄影测量技术在弃土场监测中发挥重要作用,消费级无人机具有低门槛、低成本的显著优势,但利用消费级无人机进行摄影测量的精度分析研究较少,特别是2021年发布的最新《低空数字航空摄影测量内业规范》中对测量精度有更高的要求。本文以公路建设项目弃土场为研究对象,根据地面布设的像控点评估应用消费级无人机对其进行倾斜摄影测量的精度,并与传统正射摄影测量方式进行对比分析。试验结果表明,消费级无人机通过倾斜摄影测量精度能提高25.19%~90.68%,在高程上更为显著,同时能够消减因地形落差大对测量精度的影响,使其达到厘米级,符合规范中1∶500比例尺的成图要求,证实了消费级无人机在弃土场监测中的可靠性与可行性。

微生物矿化对塔基弃土的固结作用及抗降雨侵蚀效果

输变电线路工程建设过程会产生大量弃土,因土体松散受降雨作用极易饱和形成渗流,从而诱发滑坡和水土流失。本研究在输变电工程水土保持仿真模拟试验平台,通过喷洒方式向塔基弃土添加微生物矿化菌液和胶结液,分析测定土壤试样的干密度、孔隙度、渗透性、液限、塑限、压缩性、抗剪切强度等土力学指标,用射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)表征矿化试样的晶体类型和微观形貌,最终将技术工艺在输电线路工程现场进行示范应用。结果表明,喷洒微生物矿化菌液和胶结液,可在塔基弃土孔隙中形成方解石型碳酸钙晶体,使塔基弃土更加密实,增大干密度,降低孔隙度和渗透系数,且液限增高5%,塑限降低5%,赋予土壤更好的可塑性,内摩擦角从29.97°提高到了32.62°,提高土壤的抗剪强度,对塔基弃土浅层具有很好的固结作用,可显著降低受不同等级强度降雨侵蚀的产沙量,从而减少因降雨侵蚀造成的水土流失,现场示范也进一步证明了抗降雨侵蚀效果,微生物矿化技术可非常明显地减少流失斑。因此,微生物矿化技术可作为输变电线路工程建设的一项绿色、环保、简便、高效的水土保持措施。

不同降雨条件下对山区公路弃土场稳定性影响分析

降雨是诱发山区公路弃土场失稳的重要原因之一。为研究不同降雨条件下弃土场失稳破坏机理,提出了一种同时考虑弃土场填料饱和度、孔隙水压力及软化效应的稳定性计算方法,通过Geo-Studio有限元seep模块建立降雨入渗模型,分析不同降雨条件下弃土体内部孔隙水压力和饱和度的变化规律,结合弃土场暂态饱和区域内软化效应,将降雨渗流结果与slope稳定性模块进行耦合,分析不同降雨类型下弃土场稳定性变化规律。研究结果表明:降雨入渗阶段,暂态饱和区首先在弃土场坡脚处和表层逐渐发育,并指向斜坡深层土体延伸,导致部分填料负孔隙水压力随着降雨历时增加逐渐增大,在孔隙水压力、重度及软化效应共同作用下,弃土场由稳定削弱至欠稳定,该影响具有一定的滞后性。安全系数受降雨类型影响不同,弃土场边坡稳定性影响顺序为:前锋型>中锋型>等强型>后锋型。

水石分离在大型弃土场综合整治中的应用

莲叶沟曾爆发泥石流,次生灾害隐患极大,如何科学设计弃土场又不形成泥石流灾害,在综合整治方案上具有很大难度。在分析该沟流域基本特征的基础上,论证了拦挡、水石分离以及弃土场综合整治技术在山区大型弃土场综合设计和泥石流整治中的可行性和治理效果,为山区泥石流沟道内建设大型弃土场提供了借鉴。

铁路建设项目弃土弃渣综合利用浅析

铁路建设是“交通强国”战略的重要组成部分,工程建设土石方开挖会产生弃土弃渣,为有效解决好弃土弃渣问题,需要在源头上出渣减量化、过程中出渣资源化、末端实现合规化,最终实现弃渣综合利用最大化。通过对铁路建设项目弃渣处置现状的分析,阐述水土保持方案及工程建设中弃渣综合利用的途径,提出增强铁路建设的环保意识、加强与职能部门的沟通、提高对弃渣综合利用的主动性、建立健全管理制度等建议,为后续铁路项目前期规划设计、方案编制及施工阶段弃渣综合处置提供借鉴。

水土保持在主体设计弃土场选址中的指导作用

以安徽省某山区高铁工程为例,简述水土保持对主体设计弃土(渣)场选址的指导作用,水土保持专业可提早介入主体工程设计,并在初步设计阶段确定弃土(渣)场位置,必要时可考虑设置一定数量的备用弃渣场,以期为主体设计弃土(渣)场选址提供新思路。

某山区高速公路弃土场稳定分析

在高速公路建设过程中不可避免地会产生大量废弃土方,且因远运成本高,往往就近废弃。但弃土场常常不被重视,在施工过程中或施工完之后会暴露出许多问题,例如违法用地、环保问题、稳定性差、排水措施不完善等,造成较大隐患。以桂北山区某高速公路K18+700右侧弃土场为研究对象,通过现场实际调查、测量及使用SLIDE建模,针对该弃土场的稳定性及排水措施合理性进行相关计算分析,综合研究其稳定性。结果证明,该弃土场稳定性好,排水能力满足要求,加之完善了弃土场绿化设施,可减少雨水冲刷,更有利于弃土场稳定性。