基于响应面法的砂质黄土路堑高边坡稳定性研究

为给砂质黄土路堑高边坡设计提供参考,以甘肃某山区砂质黄土路堑高边坡为工程依托,采用强度折减法研究坡高、坡率和台阶高度对边坡安全系数的影响规律,在此基础上采用响应面法,以边坡安全系数为基准对黄土路堑高边坡坡形进行优化设计。研究结果表明:边坡稳定安全系数(F S)与单级坡高呈负相关关系,与单级坡率、台阶宽度呈正相关关系;坡形参数对边坡F S影响程度为:台阶宽度>单级坡高>单级坡率;基于回归模型方程给出的数值解得到不同坡高(H)条件下的最优坡形设计方案。研究结果可为西北砂质黄土高边坡稳定性设计和针对性治理提供理论基础。

冻融循环作用下砂质黄土强度劣化特性及影响因素研究

为揭示砂质黄土在冻融循环作用下的强度特性,以榆林子洲某地砂黄土为研究对象,对其进行不同初始条件的冻融循环试验,并测定土体冻融后的三轴剪切强度。结果表明:砂黄土冻融后表面出现明显的结构破坏现象;土体粘聚力随着冻融循环次数增加先减小然后有所回升,土体冻融后的粘聚力随初始含水率的增加而减小,冻结温度对不同含水率土体粘聚力的影响不同;土体内摩擦角在冻融循环作用下有所减小,总体下降量不大;土体强度下降主要受粘聚力劣化影响;高含水率极端低温冻结及低含水率较高温冻结均加速了冻融循环作用对土体强度的破坏。

砂质黄土土–水特征曲线的试验研究

针对取自浩吉铁路阳城隧道的砂质黄土土样,采用张力计法、滤纸法和露点水势仪(WP4C)法,得到了宽广吸力范围内不同干密度砂质黄土的土–水特征曲线(SWCC)。采用vanGenuchten模型对SWCC试验结果进行拟合,确定其进气值。基于扫描电镜试验,对不同干密度和含水率砂质黄土的微观孔隙结构进行了观测,从宏微观角度分析了不同干密度土样SWCC的初始饱和含水率、失水速率以及进气值的变化规律。试验结果表明:砂质黄土的体积含水率随基质吸力的增加逐渐减小;随着干密度增加,土体内部的孔隙结构由较多的架空孔隙转化为较均匀的中等孔隙,初始饱和含水率和失水速率逐渐降低,进气值逐渐增大。

水-力耦合作用下干燥和湿润砂质黄土渗透特性试验研究

为探讨干燥和湿润砂质黄土在水-力耦合作用下的非饱和渗透特性,研制考虑水-力耦合效应的非饱和土渗透系数测量试验装置。针对不同初始含水率的干燥土柱和湿润土柱,采用湿润锋前进法开展一系列一维土柱渗流试验,得到水-力耦合作用下湿润锋、渗透系数与竖向变形的变化规律,并结合扫描电镜试验,揭示其微观机理。结果表明:(1)随入渗时间增大,湿润锋前进速率逐渐减小,并且干燥土柱的湿润锋速率明显小于湿润土柱;(2)轴向压力相同时,湿润土柱的渗透系数函数直线段斜率大于干燥土柱。随着轴向压力增大,两种类型土柱的渗透系数函数直线段斜率均略有减小。渗流稳定后,湿润土柱稳定渗透系数大于干燥土柱;(3)与湿润土柱相比,干燥土柱具有明显的水敏性,湿化后其变形量显著增大。该研究成果对揭示阳城隧道砂质黄土区围岩的渗透及变形机理,指导隧道安全施工具有重要的理论及实际意义。

基于湿润锋前进法的不同应力状态砂质黄土土柱渗流试验

由于试验装置的局限性,非饱和土渗透特性的研究大多未考虑应力对渗透系数的影响。为探讨水-力耦合作用下砂质黄土的渗透特性,自主研制了一套水-力耦合试验装置。采用湿润锋前进法探究了不同初始干密度和轴向力对非饱和渗透系数的影响,得到水-力耦合作用下非饱和黄土渗透性和轴向位移的演化规律。结果表明:(1)砂质黄土的渗透系数随基质吸力的增大而减小,在不同测试截面处渗透函数曲线出现分层现象;(2)土体的渗透系数随初始干密度和轴向力增大而减小;(3)随轴向力增大,不同初始干密度土柱的稳定渗透系数趋向一致;(4)砂质黄土具有较大的水敏性,在水-力耦合作用下土体结构破坏,导致湿化前后轴向位移差异较大。

砂粒含量对砂质黄土力学性质影响试验研究

为研究不同砂粒含量对砂质黄土力学特性及其工程地质性质的影响,以吴起砂质黄土为主要研究对象,基于室内渗透试验、压缩试验、三轴剪切试验,研究了不同砂粒含量(30%、35%、40%、45%)对砂质黄土渗透特性、压缩特性及强度特性的影响及其力学机制,所得结果为砂质黄土地区滑塌灾害防治减灾提供了重要的力学参数。试验表明:随着砂粒含量的增加,砂质黄土的渗透性逐渐增大,其孔隙比逐渐增大,可压缩性逐渐增强,抗剪强度逐渐增大;砂粒含量对抗剪强度参数的影响表现为随着砂粒含量的增加其内摩擦角逐渐增大,黏聚力逐渐减小。

函谷关隧道砂质黄土地层支护受力测试分析

研究目的:针对郑西客专函谷关大断面砂质黄土隧道,隧道开挖过程中初期支护受力及变形特点,进行砂质黄土隧道支护合理性的研究,提出有效的支护措施。研究结论:结合函谷关隧道设计施工及科研测试,通过现场支护变形、内力量测,分析总结浅、深埋条件下大断面砂质黄土隧道围岩压力及支护受力特性后得知:对于大断面砂质黄土隧道,采用大刚度型钢钢架,结合网喷微纤维混凝土等初期支护措施,是控制土体变形、保证施工安全的有效措施。

沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土强度试验研究

【目的】研究含水率与干密度对砂质黄土强度的影响,揭示土体力学强度与结构强度对沙漠-黄土高原过渡区砂质黄土边坡滑塌的影响。【方法】通过直接剪切试验,分析了砂质黄土含水率(7%,11%,15%和19%)、干密度(1.60,1.65,1.70和1.75 g/cm3)、砂粒质量分数(30%,35%,40%和45%)对抗剪强度及其参数的影响。在此基础上,通过砂质黄土构度试验,分析其结构强度特性规律并建立其与抗剪强度之间的关系,对比分析含水率、土性(砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土)对构度的影响。【结果】砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着含水率的增大而逐渐减小,含水率由7%增加到19%时,其黏聚力由5.5 kPa降低至2.0 kPa,内摩擦角由33.22°降低至26.98°。砂质黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随着干密度的增大而逐渐增大,干密度由1.60 g/cm3增加到1.75 g/cm3时,其黏聚力由5.5 kPa增加至60.5 kPa,内摩擦角由25.64°增加至26.15°。砂质黄土的抗剪强度、内摩擦角随着砂粒质量分数的增大而逐渐增大,黏聚力随着砂粒质量分数的增大而逐渐减小,砂粒质量分数由30%增加到45%时,其黏聚力由3.82 kPa降低至1.48 kPa,内摩擦角由22.56°增加至25.42°。砂质黄土、粉质黄土、黏质黄土的构度均随着含水率的增加而逐渐降低,含水率由7%增加到19%时砂质黄土构度下降了38.83%,粉质黄土构度下降了84.57%,黏质黄土构度下降了34.89%。随着砂质黄土构度的增加,其抗剪强度也随之增加,亦即结构性越强其抗剪强度越大。【结论】含水率与干密度对砂质黄土剪切强度及结构强度影响较大,应重视因含水率增加或干密度降低使得土体剪切强度及结构强度降低,进而引发黄土滑塌的灾害。

砂质黄土地下车站分幅施工变形规律研究

目前尚无地下车站主体结构分幅施工的先例,也没有此种情况下明确的不均匀沉降控制标准。兰州中川机场地下车站采取主体结构分幅施工,通过调研相关规范与文献,制定该地下车站不均匀沉降控制标准。采用FLAC3D软件,分析不考虑结构顶部回填土和考虑结构顶部回填土2类共7种工况下的地基不均匀沉降变形潜势及车站结构受力情况。结果表明:兰州中川机场地下车站变形潜势可分为安全、单指标预警、双指标预警、临界(一指标达到即可)、超限(一指标达到即可)等5个级别;对不均匀沉降而言,设后浇带左右半幅施工在施工期和长期均有利。对结构受力而言,设后浇带左右半幅施工在施工期有利,但对长期受力不利,推荐采用不设后浇带左右半幅施工方案;砂质黄土条件下地下车站主体结构不同施工工况变形潜势差异明显,左右半幅2种工况分别出现双指标预警和单指标预警的变形潜势等级。

大断面砂质黄土隧道二次衬砌受力特征

通过现场监测和数值模拟,研究了中兰客运专线盘岘山大断面黄土隧道二次衬砌的受力特征。结果表明:接触压力、钢筋轴力、混凝土应力随时间变化大致可分为施工扰动阶段、变化阶段和稳定阶段,仰拱受力波动幅度较拱墙大,达到稳定的时间更长;接触压力沿洞周不均匀分布,边墙以上呈双耳状分布,仰拱处呈哑铃形分布,且仰拱整体接触压力大于边墙以上部分;理论与实测荷载作用下二次衬砌内力与分布规律差异显著。安全系数最小值在理论荷载作用下位于拱顶和左右拱肩,在实测荷载作用下位于仰拱与边墙交界处。实测结果表明基于松动压力的理论荷载不能表征砂质黄土地层二次衬砌结构的实际受力特征。

三台阶大拱脚临时仰拱法与微台阶法在砂质黄土隧道中的适用性对比分析

在软弱围岩隧道施工中常采用三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法。针对蒙华铁路阳城隧道上覆砂质黄土下伏软弱围岩的典型工况,采用MIDAS有限元软件对三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法的施工过程进行了数值模拟。结果表明:采用大拱脚临时仰拱法施工最大拱顶沉降、最大水平收敛、最大掌子面挤出位移和最大地表累计沉降均小于采用微台阶法施工,三台阶大拱脚临时仰拱法能更好地控制围岩变形,更适合于上覆砂质黄土下伏软弱围岩隧道施工。该工法已在蒙华铁路实际工程中应用,取得了良好效果。

兰州砂质黄土的湿陷变形特性

通过在兰州和平镇探井取不同深度Q3黄土的试样,在室内做了颗粒分析,测定了其常规物理力学指标,并测了不同深度土样的湿陷系数。研究表明:该地区黄土湿陷性以中等和弱湿陷为主,少量黄土湿陷性强烈,湿陷系数的峰值随深度增加而逐渐变小,湿陷的敏感性一般。该地区不同深度的砂质黄土在不同压力下会表现出不同的湿陷特性。随黄土层位加深,上部荷载对其湿陷性影响逐步减弱。在同一压力作用下,上中层黄土的湿陷系数较大,下层黄土的湿陷系数较小。

郑西客运专线砂质黄土大断面隧道浅埋暗挖法施工技术

介绍函谷关、盘东两座砂质黄土隧道分别采用三台阶法、CRD法、双侧壁导坑法施工的情况,对3种施工工况下监控量测结果的分析,总结砂质黄土大断面隧道3种工况下变形特征。

砂质黄土大断面隧道CRD法施工技术

郑西客运专线函谷关隧道为大断面砂质黄土隧道,施工采用CRD法施工,施工过程中临时支护体系繁多,受力复杂。主要介绍CRD法开挖支护以及临时支护拆除的步骤、步长关系及其变形特征,并介绍CRD施工过程中施工要点。

砂质黄土隧道支护侵限段迈式管棚超前支护技术有效性分析

风积砂质黄土构造上具有松散、钻孔成孔困难等特点,这种土质中隧道施工易于发生崩塌。针对朔州隧道进口段拱顶出现塌陷、下沉,喷射混凝土剥落、开裂、下塌变形且侵限等现象,选择采用迈式管棚超前支护技术对初支进行拆换。采用有限元差分软件FLAC3D对风积砂质黄土隧道坍塌体工作面迈式管棚超前支护技术进行了研究,结果表明:迈式管棚超前支护结合迈式径向锚杆可以有效控制支护及围岩变形,实现了侵限段初支安全拆换。该技术措施对同类工程具有一定的参考和借鉴意义。

砂质黄土滑坡诱发因素及变形机理分析

随着我国高速铁路的快速建设,隧道不可避免的穿越不稳定地质体,特别是隧道出口位置边坡的稳定性,严重影响着铁路后续的安全稳定运行。针对高速铁路隧道施工过程中,隧道洞口处的砂质黄土滑坡实例,分析了黄土滑坡的诱发因素,通过数值模拟计算分析了滑坡的变形机理,进而提出了针对性的边坡治理措施,可为具有类似地质体隧道的施工提供借鉴,进而希望减少类似滑坡事故的发生。

一种微泡沫基液体系在砂质黄土层雾化钻井中的应用

针对低压裂缝性易水敏砂质黄土层,钻井液钻井存在恶性井漏难题,转换为常规雾化基液体系实施雾化钻井,又难以满足井壁稳定性需要。通过室内实验,在对发泡剂、稳泡剂及降滤失剂种类、用量优化的基础上,研制出了强抑制性、良好流变性能的微泡沫基液体系,对该体系的流变性、抑制性及抗盐性进行了评价,经现场应用表明,采用该微泡沫基液体系实施雾化钻井,解决了钻井液钻井恶性井漏难题,该基液体系具有较好的维护井壁稳定能力及较强的携砂能力,为水敏地层雾化钻井提供了一条新方法。

东孔兑隧道砂质黄土地段施工技术

结合呼准铁路增建二线东孔兑隧道,分析了砂质黄土隧道特殊地段的地质现象,通过工程实践提出施工方案,为同类隧道工程施工提供技术参考。

黄土隧道砂质黄土地质中出现流砂层处理技术

针对马家坡隧道出口,在开挖DK118+880掌子面里程桩号,出现涌水、流砂时,采取"堵"和"排"相结合的原则,并且打超前注浆小导管进行处理的技术。提出了在黄土隧道砂质黄土中出现流砂时的处理方案、施工工艺,为类似工程施工提供参考。

复杂水–力路径下非饱和砂质黄土增湿变形特性

为研究复杂水–力路径下非饱和砂质黄土的增湿变形特性,采用GDS非饱和三轴仪,对非饱和砂质黄土开展偏应力作用下固结–加载–增湿–加载、固结–卸载–增湿–卸载2种复杂水–力路径的单线法三轴增湿试验,全面分析水–力路径和应力比对非饱和砂质黄土增湿变形特性的影响。试验结果表明:(1)轴向应变与增湿剪应变均随应力比的增加而减小;(2)应力比为0.25时,试样未达到饱和便发生剪胀破坏;经历加载路径试样比经历卸载路径试样的增湿剪应变、孔隙比发展更快,率先达到破坏;(3)应力比为0.5和0.75时增湿变形特性基本一致,湿化体应变、增湿剪应变均随湿化参数的增加先增加后趋于稳定,孔隙比随着湿化参数的增加先减小后趋于稳定,经历加载路径试样的最大湿化体应变、增湿剪应变与增湿前初始孔隙比均大于经历卸载路径的试样。