单跨与多跨黄土窑洞点稳定系数对比研究

基于M-C强度准则,对点稳定系数计算公式进行推导。利用Geostudio软件分别建立上覆有古土壤与无古土壤的单跨窑洞和多跨窑洞模型,并在拱顶、拱肩、窑腿和地面等关键部位布置测线。通过在Sigma模块中计算各模型大小主应力分布情况,获得各测线点稳定系数变化曲线。对比不同覆土条件和不同形式窑洞的点稳定系数变化曲线,得到如下结论:(1)天然状况下,单跨窑和多跨窑各关键部位点稳定系数均大于1.82,具有较大安全储备;(2)点稳定系数在上覆古土壤层附近显著提高,且上覆古土壤仅对拱顶有局部加固作用;(3)相较单跨窑,多跨窑点稳定系数在主窑窑腿部位相对较低,更易在地震荷载下发生剪切破坏。

黄土窑洞病害调查及分析

黄土窑洞是目前世界上建筑面积最大的地下工程群体,研究黄土窑洞病害问题不仅具有工程背景,也有重要的人文和生态意义。基于大量的现场调查研究,归纳出了黄土窑洞病害类型,并分析了影响黄土窑洞病害的因素。

西北黄土窑洞减渗防塌措施的研究

黄土窑洞在我国北方分布极广,目前仍有四千万人居住在各种形式的黄土窑洞中。长期以来连阴雨是造成窑洞坍塌的主要原因。本文根据近代土壤水能量原理,结合室内外的实验研究,证明在黄土窑洞洞顶土层设置砂层,可以防止和减少土壤水分的下渗。

横向地震对黄土窑洞稳定性的影响

在黄土高原上,数千万人居住在窑洞中,且很多地区处于地震带上,进行黄土窑洞的地震反应分析有助于探讨如何提高其稳定性。基于对河南陕县黄土窑洞的调研和测绘,并提出"抗震稳定性系数",分析了多遇地震、罕遇地震情况下,窑洞的塑性区、最大剪应变随折减因子增大的发展变化情况,探讨了黄土窑洞的稳定性变化趋势。结果表明,不管是多遇地震还是罕遇地震,材料、几何参数均为平均值且折减因子为1的河南陕县的黄土窑洞,均不会出现塑性区,具有较高的抗震稳定性;在增大折减因子时,窑腿最先出现塑性区且塑性应变最大,是决定窑洞稳定性的关键部位。

降雨入渗下渭北地坑黄土窑洞稳定性分析

通过试验得到了土层中有竖向节理裂隙和无竖向节理裂隙2种黄土物理力学参数随含水率变化的规律。利用硐室围岩应力的表达式和莫尔-库伦强度准则给出了黄土窑洞安全系数的定义,分析得到重现期为10年,即有效降雨量为277mm时的降雨入渗深度为286cm,计算得到了窑洞安全系数最小值为1.183。当废弃窑洞覆盖土层中含有竖向节理,雨水可以直接到达窑洞周围土体,使含水率增大,力学参数降低,计算得到窑洞安全系数最大值为0.657。同时依据毕肖普条分法得到了分层边坡的计算公式,稳定安全系数最小值为5.537。结果表明:降雨量为277mm时,无竖向节理裂隙的窑洞稳定,有竖向节理裂隙的窑洞破坏,边坡均处于稳定状态。

黄土窑洞地震反应分析

采用有限元法 ,分别按平面应变问题和空间三维问题 ,对黄土窑洞在各种地震荷载作用下进行了时程反应分析 ,明确了在地震荷载作用下黄土窑洞的薄弱部位和破坏机理 。

黄土窑洞“人文层”厚度及宏微观性质

人类正在使用的黄土窑洞通常较废弃窑洞更加稳定,为揭示这一现象的机理,提出黄土窑洞"人文层"的概念,并借助室内土工试验和SEM系统测试在用窑洞洞壁一定厚度范围内土体宏观物理力学性质及微观特征,以期揭示黄土窑洞"人文层"厚度及基本特征。试验结果表明:探洞揭露范围内洞壁黄土含水率介于3.32%~7.24%;天然密度介于1.33~1.55 g/cm^3;干密度介于1.24~1.48 g/cm^3;100 kPa压力下剪切强度介于78.00~157.61 kPa。分析可得四点结论:(1)黄土窑洞"人文层"客观存在,在其厚度内,土体含水率、天然密度和干密度变幅很小;(2)"人文层"厚度可以通过窑洞洞壁土体表观特征、含水率、天然密度、干密度和剪切强度变化曲线拐点综合确定。试验黄土窑洞"人文层"厚度51~61 cm;(3)"人文层"黄土具有干燥、致密和高强度的宏观特征,有利于窑洞整体稳定;(4)微观上"人文层"黄土土粒多以团块形式存在,接触方式以镶嵌接触为主,空隙面积极小、数量极少且多为点线状。

陕北延安靠崖式黄土窑洞静力性能及加固方法研究

以延安市宝塔区杨家岭毛泽东旧居旁的靠崖式单孔窑洞为研究对象,依据当地黄土的力学特性,按弹塑性理论,使用Midas GTS NX岩土有限元分析软件,对靠崖式单孔黄土窑洞的静力性能进行分析,以揭示窑洞的破坏形式和规律并提出加固窑洞的相应方法和措施.

基于盲数理论的黄土窑洞稳定性定量评价

窑洞黄土物理力学性质的各向异性和试验误差等不确定因素使窑洞稳定性评价成为灰箱问题,故有必要提出一种可以体现随机性和模糊性的窑洞稳定性定量评价方法。以西安市临潼区一孔在役黄土窑洞为研究对象,通过直剪试验测定在役窑洞黄土抗剪强度指标,基于强度折减法和响应面法求解窑洞极限状态方程,根据盲数理论计算窑洞富裕稳定系数的盲数解。同时引入窑洞富裕安全系数及稳定可靠度两个指标对窑洞稳定性进行定量评价。结果表明:(1)在役窑洞富裕稳定系数落在[1.00,1.10]的概率最高,可信度为18%;(2)当窑洞富裕安全系数分别取0.50、0.55、0.60、0.65和0.70时,相应的稳定可靠度分别为100%、100%、99%、98.5%和98%;(3)在役窑洞稳定性定量评价结果与实际情况相符,窑洞处于相对稳定状态。建议在整平洞壁后继续使用,无需进行整体加固。

黄土窑洞构造防水技术的工程试验研究

介绍了利用土壤水动力学中止水势在层状土中的阻水原理，以防止黄土窑洞在50a一遇的降雨过程中，产生渗漏雨导致坍窑成灾的工程试验。讨论了双层或三层结构在3a的实验观测中防水减渗过程方面的有效性和适用性。

黄土窑洞的环境与岩土工程问题

我国黄土高原地域辽阔 ,地层完整 ,黄土厚度极大 ,世界罕见。窑洞是黄土高原地区传统的民居形式之一 ,由于具有冬暖夏凉、节约能源、节约土地的独特优点 ,从古到今得以延续和发展。发展窑洞民居对于保护耕地、改善西部地区人民的生活水平有着重要的意义。但黄土高原分布区存在着复杂的环境岩土工程问题 ,如何研究大风沙及沙漠化趋势、水土流失严重、生态环境恶化 ,以及沟谷发育、滑坡、泥石流等。因此 ,重视和研究窑洞区域的环境岩土工程问题是十分必要的。本文总结窑洞分布区的若干环境岩土工程问题 ,并对现代化的窑洞民居建设提出了建议。

黄土窑洞弹塑性有限元分析

本文以甘肃省兰州市榆中县北山地区坡崖式黄土窑洞为研究对象,按弹塑性模型,采用有限元方法,对浅埋式黄土窑洞的洞室及周围土体的受力特性和应力分布规律进行了分析。对黄土窑洞的结构设计提供了具有重要参考价值的数据。

降水入渗对黄土窑洞稳定性的影响

根据非饱和渗流理论和非饱和强度理论,应用有限差分法对不同降水强度下无防渗层和具有不同宽度防渗层的窑洞土壤入渗深度进行了分析,并进一步研究了关键点位移及塑性区的变化规律。结果表明:窑洞的安全性随着降水强度和降水历时的增加而降低;洞顶土体的防水防渗措施对窑洞安全的影响非常显著;当埋深为3.5 m、防渗材料的渗透系数小于1×10-7cm/s时,只要防渗层宽度大于2倍洞宽,就能达到既安全合理又经济适用的目的。

陕北黄土窑洞灾害分类及成因分析研究

黄土窑洞是中国独具特色的地下工程,研究其现状及灾害问题具有重大的工程意义及现实意义。以陕北大量的野外调查为基础,经后期的深入研究,归纳出黄土窑洞的灾害类型,并且分析探讨其内在原因,对陕北黄土窑洞的修建有很大的现实指导意义。

黄土窑洞到绿色住区的研究

黄土窑洞是中国黄土高原地区传统民居的重要类型之一,其中蕴含着丰富的朴素生态学思想,堪称为古老的生态建筑.然而,当人类在世纪之交面临环境、资源、人口等诸多世界问题的同时,黄土窑洞的存在与发展也受到多方面的威胁和挑战.因此,必须在发掘与整理传统建筑经验的基础上,融入动态与发展的设计思想,结合多学科的最新科技与实践成果,使这一古老而优良的建筑形式走上可持续发展之路.本文通过中国陕北延安枣园村的示范建设,阐述了"绿色住区"的基础理论、方法体系及其在实际中的应用.

白鹿塬西南废弃黄土窑洞边坡破坏机理研究

以白鹿塬西南长安区四坡村废弃黄土窑洞边坡为研究对象,借助迈达斯(MADIS GTS NX)有限元软件模拟不同窑洞状态下窑洞边坡的应力应变特征,进而揭示废弃黄土窑洞边坡变形破坏机理并提出相应的防治措施。分析总结不同状态窑洞边坡的MADIS数值模拟结果显示,随着窑洞废弃,土体含水量的增加导致土体力学性质降低,局部临空面土体发生失稳掉落,加之降雨影响,土体力学性质进一步降低,窑洞拱形结构遭到破坏,从而引起窑洞所在边坡发生崩塌等整体失稳破坏。

榆林地区黄土窑洞崩塌灾害的多发性原因及其防治对策研究

本文通过对榆林地区米脂、绥德、子洲、清涧、吴堡和榆林市黄土窑洞建窑环境进行考察,总结分析了在黄土介质中修建的土窑洞崩塌灾害多发性原因,并提出了可操作性的防治对策。该对策可广泛适用于我国黄土窑洞分布区。

黄土窑洞在水作用下的变形过程机理研究

在实地调查和模拟黄土窑洞在不同黄土含水率条件下各主要部位应力与位移发展特征的基础上,对黄土窑洞的敏感部位及其变形破坏发展过程进行了研究,并将黄土窑洞的变形发展过程归纳为四个阶段,得出黄土窑洞抗力主要来源于黄土自身结构和窑洞拱形结构提供的抗力,并在此基础上提出经过验证的经济可行的防护措施。

黄土窑洞室内全年温度的动态分析

以延安地区黄土窑洞为模型 ,以当地的室外年温度波为外扰 ,用反应系数法求解和分析了窑洞室内的年温度变化 ;并与相同空间结构 ,相同外扰作用下的平房作了分析比较 ,定量的说明了窑洞与平房相比具有冬暖夏凉的优点。