基于NbS结构的黄土填方边坡降雨物理模型试验

黄土高原地区,在“平山造城”“固沟保塬”“治沟造地”等计划开展过程中产生了大量的填方工程边坡,存在着巨大的地质灾害隐患。为了对黄土高原地区填方边坡治理提供新的解决思路,本文将黄土-古土壤层状自稳结构引入黄土填方边坡的灾变防控中,利用生石灰以及改性纤维素对黄土进行改良,提出了基于自然的解决方案(natural-based solutions,NbS)理念的黄土填方边坡控水结构,并开展人工降雨物理模拟实验,探究了有无控水结构下填方边坡渗流场、应力场和形变场变化规律、低渗场性质对边坡的影响,最终得出边坡失稳破坏模式。结果表明:1)改良黄土具有良好的工程性质,与重塑黄土相比,其液限、塑限均提高,抗剪强度增强,饱和渗透系数大幅下降,其中,改性纤维素改良黄土渗透系数降低88.59%,石灰改良黄土渗透系数降低95.18%,有控水结构边坡水分运移速度较慢,低渗层起到了良好的隔水效果;2)抗侵蚀面层的存在提高了边坡的抗侵蚀能力,有控水结构坡面的侵蚀量仅为无控水结构的28.43%;3)有控水结构边坡变形破坏模式为渐进式剪切滑移失稳,无控水结构边坡变形破坏模式为突发式溃散流滑破坏。本研究成果可为黄土高原地区填方边坡的生态治理及灾变防控工作提供理论参考。

黄土填方地基中微型钢管桩承载性状试验研究

目前对于黄土填方场地微型钢管桩桩基性能的研究非常匮乏。依托某实际加固纠偏工程,在黄土填方场地制作三根微型钢管桩试桩,在试桩桩身混凝土中布置混凝土应变计,进行现场单桩静载试验。实测结果研究表明:(1)在一些特定场合,尤其是在施工场地狭小,工程条件复杂的情况下,微型钢管桩可用于黄土填方场地较大荷载的建筑物基础纠偏加固中,并且在黄土填方场地具有较高的承载力。(2)黄土填方地基中微型钢管桩的Q–s曲线呈缓变型,当加载至最大荷载时,都没有出现明显向下的弯折段。(3)微型钢管桩在黄土填方场地其承载力介于材料破坏和失稳破坏之间,约为材料破坏的62%,是失稳破坏的1.76倍,桩身挠曲而产生过大沉降是导致试桩破坏的主要原因。(4)在黄土填方地基中确定30~40m长的微型钢管桩单桩竖向极限承载力时,建议将Q–s曲线和s–lgt曲线相结合,同时考虑桩顶沉降值,这样才较为合理。

黄土填方高边坡变形破坏机制分析

本文依据西北某油田倒班基地黄土填方高陡边坡工程勘察,研究了该边坡的变形破坏机制,通过对边坡工程地质条件及变形破坏分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制。研究结果表明,主要变形区或破坏区为陡坎周围至其沿坡面向下20-25m的范围之间,其破坏深度底界为全新世填土层Q4与原状黄土Q3接触面,但要重点控制沿坡面向下20-25m的范围之间的变形。数值模拟结果表明,该边坡目前整体稳定性较好,不会发生整体变形破坏。

基于贯入阻力与含水率联测的黄土填方压实度检测方法

利用普氏贯入仪检测填土压实度时,填土的含水率变化会使测量结果产生较大误差。为消除含水率对普氏贯入仪压实度检测结果的影响,提出了普氏贯入仪、土壤水分传感器联合测试、数据融合建模的压实度检测方法。建立测试土模型时,采用普氏贯入仪、土壤水分传感器分别测定试样的贯入阻力和土壤水分传感器输出电压,同时采用灌砂法、烘干法测定试样的干密度和含水率,根据试验结果分析了含水率、干密度对贯入阻力的影响规律,构建了干密度、贯入阻力、土壤水分传感器输出电压三者的数学模型。试验结果表明:采取双传感器联合测试、融合建模,可使测试结果受含水率的影响明显减小,精度显著提高。研究成果可为开发集贯入阻力、含水率测试功能为一体的压实度检测设备提供参考。

黄土填方场地管沟变形破坏机理研究

根据黄土高填方变形区线性管沟破坏问题,采用工程地质调查、钻探、取样分析以及室内数值模拟等方法对某典型黄土填方变形场地进行了研究,揭示了填方场地的变形规律,并将第一、第二强度理论作为填方区管沟破坏的判据,分析并总结出管沟的破坏机理。从填方场地稳定性与结构变形两个方面对管沟渗漏的原因进行解释,同时分析了管道渗漏引起的次生灾害,得出管道渗漏对填筑体溶蚀会加大填筑体及其附属结构物变形,为类似填土区管道变形研究提供了参考依据。

不同压实度下黄土填方边坡失稳的模型试验研究

黄土填方边坡在降雨入渗下容易发生滑坡。为了探讨降雨入渗下压实度对黄土填方边坡变形破坏机制、失稳模式以及滑动机理的影响,基于室内降雨系统,结合传感器监测和三维激光扫描技术,开展了边坡压实度为80%(低压实度)、90%(中压实度)、95%(高压实度)的降雨模型试验研究,分析了压实度对填方边坡体积含水率、基质吸力以及变形破坏过程的影响规律。结果表明:压实度的不同,边坡首先破坏的位置不一。中、高压实度下的边坡最先破坏发生在坡脚处,表现出滑塌破坏;而低压实度则是在坡顶,为湿陷沉降破坏。边坡压实度越大,其变形破坏过程持续时间越长,所需累积雨量就越大,但滑动距离和滑面深度越小。随压实度的增加,边坡破坏模式由深层整体破坏向浅层多级破坏转变。低压实度边坡为湿陷沉降-深层蠕滑拉裂式,中压实度边坡为深层蠕滑拉裂式破坏,而高压实度边坡则为浅层多级后退式失稳。

降雨诱发直线型黄土填方边坡失稳模型试验

近年来,随着“治沟造地”和“固沟保塬”等工程在黄土高原的陆续开展,出现了许多直线型黄土填方边坡。降雨是诱发边坡失稳的重要因素,但对降雨诱发直线型黄土填方边坡变形演化特征和破坏模式的研究较少。以直线型黄土填方边坡为研究对象,通过传感器监测、三维激光扫描和人工降雨,开展室内降雨模型试验,记录了降雨入渗下边坡内部水文响应特征和边坡失稳破坏过程,并对湿润锋、土颗粒运移、坡体内部变形响应、裂缝演化特征及破坏模式进行了分析。试验结果表明:随着降雨入渗,湿润锋达到后,体积含水率增加,并在峰值后保持稳定,而基质吸力则减小,到达最低点后保持稳定。冲沟对填方边坡的影响较大,它的发育改变了坡体内含水率特征,同时也是控制边坡整体滑动的边界;边坡变形响应区域主要是以填方边坡前缘堆积区和后缘滑塌区为主;裂缝演化方向由边坡前缘向后缘发展,它的发育为雨水入渗提供优势通道,同时也加剧边坡的变形破坏;降雨形成的水动力驱使坡体中细颗粒从填方边坡后缘向前缘流失,减弱了土体颗粒之间的胶结能力,使其抗剪强度降低,进而使边坡失稳破坏。因此,在降雨入渗下,直线型黄土填方边坡的变形破坏模式为:坡顶冲沟破坏、坡脚软化→局部牵引坍塌、整体失稳→块体分割、流滑破坏。研究结果可为直线型黄土填方边坡的工程建设和滑坡灾害防治提供理论参考。

基于高陡交填界面软弱带影响下黄土填方边坡失稳模式研究

近年来,我国黄土高原地区为了扩大土地可利用资源,开展了大范围的填沟造地、平山造城等工程建设。针对高陡原始坡-填方坡交填界面可能存在的灾变隐患开展了室内物理模型试验,发现黄土填方边坡在连续强降雨下会沿高陡交填界面发生整体滑移失稳。进一步通过有限元数值模拟对交填界面处无软弱带、不同软弱带厚度与弱化系数等工况进行了对比分析,证明了交填界面通过该处滋生的相对软弱带对填方边坡的稳定性产生影响,软弱带的不断发展在降低填方边坡稳定性系数的同时也改变了潜在最危险滑面的位置。设定的弱化系数对稳定性系数的影响可划分为3个阶段:无影响阶段、等速陡降控制阶段、等速缓降控制阶段;其中定义的“关键弱化系数”是对边坡稳定性开始产生影响的临界弱化系数,在实际工程中应采取相应措施来避免软弱带弱化系数降到其“关键弱化系数”之下。降雨诱发基于高陡交填界面软弱带影响下黄土填方边坡的失稳模式可归纳为:坡表侵蚀并形成冲沟→坡脚多级局部滑塌、交填界面软弱带逐步发展→土体沿交填界面滑移下错及坡脚剪出→剪切裂缝贯通、填方体整体滑移失稳。研究成果可为修筑在陡坡上的黄土填方边坡防灾减灾工作提供理论支撑。

黄土填方路基病害原因分析与防治

针对黄土地区高速公路填方路基病害问题,结合某高速公路路基病害发生情况,分析了压实黄土路基病害的发生过程,并对影响黄土填方路基质量的主要因素提出了防治措施。

压实度对黄土填方边坡变形破坏特征的影响及细微观试验研究

压实度是影响黄土填方边坡稳定性的重要因素。目前很少有学者将宏观(模型试验)、细观(三轴试验)以及微观(扫描电镜试验)等手段联合起来研究压实黄土。为此开展了不同压实度下模型试验、等压固结不排水(isobaric consolidation undrained, ICU)试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验。分析了不同压实度下压实黄土的饱和强度、临界状态、孔隙水压力和峰值强度(u-q_(max))关系,同时也分析了不同压实度下微观孔隙结构特征,统计了不同孔隙类型个数、面积以及孔隙的平均面积、孔隙率和概率熵等。研究结果表明:饱和强度、临界状态线的斜率M值、u-q_(max)关系均随压实度的增大而增大。随着压实度增大,试样的孔隙个数增大,但孔隙面积减小,且微小孔隙决定了压实黄土的孔隙结构;平均孔隙面积、孔隙率随压实度增大而减小,而概率熵则随压实度增大而增加。黄土填方边坡中,增大填料的压实度可以提高土体的强度,减缓水分的入渗速率。在降雨情况下,增加土体压实度能在一定程度上提高黄土填方边坡的稳定性。

黄土填方区地表沉降时序InSAR监测分析

"削山填沟造地"等岩土工程在湿陷性黄土沟壑地区屡见不鲜,掌握填方区沉降情况具有重要意义。本文收集了2017年11月—2020年12月获取的56景TerraSAR-X StripMap模式影像,利用时序InSAR技术监测了陕北某湿陷性黄土填方地基工程的沉降信息,并与2017年11月—2020年12月期间监测区3个水准点的沉降测量结果比对。结果表明,在填方区地表以沉降为主,在挖方区地表以抬升为主,研究区存在有1处较为明显的地表沉降情况,位于填挖边界线附近填方区内,形变速率范围为-40~-20 mm/a,最大形变速率达-49.9 mm/a,累计量为-151.6 mm,时序InSAR形变结果和实地水准结果吻合性较好,垂直方向形变速率中误差为1.8 mm/a,表明时序InSAR技术在湿陷性黄土填挖方区变形监测中具有较好的应用价值。

黄土填方场地强夯与分层碾压施工过程的内部沉降监测方法

黄土填方场地采用强夯法与分层碾压法处理时,会引起较大的冲击荷载与振动荷载,导致施工期埋设的监测元件易被破坏且补救困难。为此结合填方场地施工特点,对深层沉降标法、电磁式沉降仪法和串接式位移计法进行改进,主要包括:当采用深层沉降标法时,施工期将沉降钢板预埋至填土内不同高程,竣工后钻孔测量沉降钢板的高程变化,确定施工期总沉降,然后利用同一钻孔安装深层沉降标,采用水准测量方法观测工后沉降;当采用电磁式沉降仪法时,将沉降管及沉降磁环通过钻孔与探井安装至填土地基内,沉降管端部深入基岩内,将基岩内安装的沉降磁环作为相对基准点观测内部沉降,以减少施工期管口高程频繁变化引起的测量误差;当采用串接式位移计法时,在填方地基内同一垂直线方向,设置若干位移计监测单元,通过分段测量、逐段累加方法,获得填方场地不同深度处的沉降量。上述监测方法的集成应用实现了填方地基内部沉降的全程、连续监测,也可为类似工程监测提供参考。

机械振动影响下微动勘探技术在黄土填方地基勘察中的应用

为研究机械振动影响下微动台阵剖面法在黄土填方地基勘察中的应用,以西北黄土填方场地上的某金属冶炼厂为例,在厂区机械正常运转产生的背景噪音影响下,使用多次覆盖线性微动台阵剖面法对该场地进行了探测,在部分点位进行钻孔,将岩样与微动探测结果联合分析对地基进行地质解释;同时在微动探测地质异常区再次进行钻孔,对地质解释推断结果进行验证。结果表明:采用多次覆盖线性微动台阵剖面法采集数据,并使用SPAC法结合地震勘探中的剥层反演法处理数据,可有效减小机械震动产生的背景噪音影响,该方法适用于机械振动背景噪音影响下的黄土填方地基勘察;原地基粉土在富水情况下横波速度会明显降低,微动探测技术可用于西北黄土填方场地地基富水区域的探测。

灰土挤密桩法与砂石桩法于黄土填方地基处理中的应用研究

黄土填方地区的利用一直以来颇受争议。以实际调查案例为基础,分析了原始加固方案的弊端。分别模拟分析了灰土挤密桩与砂石桩加固方案,从沉降趋势、应变分布、超静孔隙水压力分布、渗流量等几个方面系统分析了两个方案的加固效果。分析表明,两种加固方案均可满足沉降要求,砂石桩法排水更通畅,固结更迅速,工程实践中具体可根据地基内含水情形选用。

黄土填方场地工后持水特性及雨水入渗研究

通过压力板仪测定了填方场地不同深度(1.0m、3.0m、5.0m)回填压实黄土的吸-脱湿持水特征曲线,并结合X射线衍射试验、压汞试验和现场含水量监测分析不同取样深度下回填压实黄土持水特性差异原因。结果表明:(1)不同深度回填压实黄土具有相似的粒径分布、矿物组成、孔径分布和干密度。(2)5.0m黄土持水特征曲线的平均滞回度(0.23)比1.0m和3.0m黄土(0.04和0.05)分别大475%和360%。1.0m和3.0m回填压实黄土持水特征曲线较小滞回效应可归结于现场经历了多次干湿循环而引起的时效作用。(3)分析不同深度黄土持水特性差异对土柱雨水入渗计算结果的影响发现,采用单一1.0m、3.0m和5.0m黄土水力学参数计算雨水入渗深度分别为4.0m、2.4m和1.2m,而采用考虑深度影响的黄土水力学参数计算雨水入渗深度为4.4m,这与现场含水率监测结果较为一致。建议在进行黄土高填方工后渗流分析时,考虑不同深度黄土由于经历干湿循环历史不同造成的水力学参数差异。

竹筋格栅加固高陡沟壑黄土填方路基数值模拟研究

竹筋格栅是一种新型加筋材料,其具有的高强、环保等特点使其优于土工格栅等传统加筋材料。通过ABAQUS三维建模计算,对高陡沟壑黄土填方路基填土与原状土交界面竹筋格栅加固效果及其影响因素进行研究。研究结果表明:黄土填方路基填土与原状土交界面最大差异沉降和最大横向位移均位于路基顶部;在填土与原状土交界面采用竹筋格栅加筋后交界面差异沉降较加筋前明显减小,交界面横向位移亦明显减小;相比于中部和底部,在路基上部位置铺设竹筋格栅效果最优,交界面差异沉降减少量最大;竹筋格栅间距存在最优加筋间距,即界面差异沉降控制效果随格栅间距变密而提升,但间距过密时效果提升不明显。在实际工程中可仅在路基中上部位置铺设竹筋格栅,并选择最佳的格栅间距。

土体三相指标换算在黄土高填方土方平整中的应用探究

黄土高填方工程土方平整主要施工控制参数为土方量计算及增湿用水量等,为探究其准确性与可靠性,依托兰州某黄土高填方土方平整工程,在分析勘察资料的基础上,分别以土体三相指标换算和当地定额要求,计算得出不同压实系数下土体孔隙率和土方换算系数,据此进行方案设计并比选出最优方案。同时,根据最优方案及施工组织计划,进行了土方工程增湿用水量强度分析。通过理论计算与对比分析,表明以场地勘察资料为基础并结合土力学三相换算指标基本公式所得成果更加贴合工程实际,有利于工程投资控制,能够为类似工程提供可靠参考和指导。

湿陷性黄土超厚填方SDDC桩施工及质量控制

孔内深层强夯法SDDC桩采用旋挖钻机成孔至预定深度,然后通过圆锥形夯锤在孔内分层夯实挤密,形成密实桩体,从而达到消除地基不密实、湿陷性等地基处理的目的。为保证SDDC桩施工质量及达到地基处理效果,通过试桩施工调整桩径、桩距及压实度等技术参数,能够为后续施工提供经验。基于此,结合实际案例探讨SDDC桩施工工艺流程及操作要点,然后提出相应的质量控制措施,最后分析该施工工艺的经济与社会效益,为相关人员提供参考。

兰州某填挖场地黄土高填方填土体变形特征研究

黄土高填方地基填土体的沉降大小以及沉降稳定时间已成为岩土工程中的一大难点。控制黄土高填方地基的工后沉降往往是高填方工程成败的关键。通过对兰州某填挖场地形成的黄土高填方地基填方体进行现场监测与检测,分析填方体的沉降与应力的变化规律,并对其原因进行了研究分析。结果表明:填土的压实度受含水量的影响显著,随深度呈波动变化;随填土压实度的增加,其压缩性与湿陷性明显降低;填筑体沉降具有明显的阶段性特征,填筑初期沉降速率快,后期逐渐平缓。研究结果可为黄土高填方地基的处理设计以及工后沉降预测提供一定的参考。

吕梁机场黄土高填方地基工后沉降时空规律分析

以吕梁机场高填方地基工后沉降监测结果为基础,对原地基及填筑体的工后沉降组分和产生不均匀沉降的原因进行了深入分析;量化分析了填土高度、填土速率、地基综合压实度、时间等因素对高填方工后沉降的影响,提出了基于应变速率的工后沉降递推分析法。结果表明:减小填土速率、适当增大地基综合压实度和降低填土高度都是减小工后沉降的有效措施,采用递推分析法,更能够近似描述施工工艺对工后沉降的影响。