强震损伤格栅墙处理地基抗液化性能离心模型试验研究

水泥土格栅墙能有效减缓被围束土体在地震作用下的剪切荷载及变形,已广泛应用为一种高效的抗液化对策。针对其长期服役过程,开展了两组超重力离心模型试验以研究强振历史对水泥土格栅墙内被围束土体液化响应的影响。两组模型均由15 m厚的易液化含黏粒砂土和2.5 m厚的粗砂层组成。其中,一组模型采用水泥土格栅墙对易液化层进行加固;另一组模型则未进行处理,作为自由场地对照组。两组模型均经历振幅为0.15g的振动事件,且在0.15g振动事件前,对两组模型施加振幅为0.4g的振动事件作为强振历史。试验结果表明,格栅墙在强振下主要的损伤模式表现为竖向贯穿型裂缝,并部分伴随有局部斜向裂缝,且外侧格室对于中心格室表现出类似于群桩基础的“遮蔽效应”。强振历史后,格栅墙中心格室内被围束土体的超静孔压显著低于自由场地,损伤后格栅墙仍具有良好的抗液化效果。同时,格栅墙由于强振后整体刚度的削弱,其与下卧粗砂层间的剪切变形显著减小。

不同含水状态下微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验研究

微生物珊瑚砂桩复合地基是利用MICP技术固化珊瑚砂成桩与珊瑚砂组成复合地基,具有就地取材、对原状砂土扰动小及对岛礁生态环境影响小等优势,在岛礁工程建设中具有良好的应用前景。通过不同工况下的微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究地基相对密实度(50%、65%、72%)、面积置换率(8%、14%、20%)、含水状态(干燥和饱和)和水位升降对复合地基承载特性的影响规律。结果表明:干燥状态下复合地基的承载力及桩侧摩阻力随地基相对密实度和面积置换率增大而增大;复合地基的桩身轴力和桩土应力比随地基相对密实度增大而减小,随面积置换率增大而增大;提高地基相对密实度和面积置换率可有效提高复合地基承载力。饱和状态下复合地基的承载力为干燥状态的49%~66%;饱和状态相对于干燥状态桩身最大轴力和桩侧摩阻力减小,桩土应力比增大。两次水位升降对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基的承载特性影响较小。

基于Kerr地基模型的沉管隧道纵向变形与内力的分析

假定软土地区沉管隧道地基土为三参数Kerr模型,同时沉管隧道管节等效为Timoshenko梁,采用竖向弹簧及旋转弹簧模拟管节接头,建立沉管隧道的简化计算模型。基于Kerr地基上Timoshenko梁理论,推导出沉管隧道整体结构的解析表达式。通过对比基于空间实体有限元的数值模拟结果,合理选取Kerr地基模型中的参数值,然后对Kerr地基模型上土层厚度与压缩模量的敏感性因素进行了分析。结果表明:合理的Kerr地基模型参数使沉管隧道纵向变形结果与实际符合程度好。另外,Kerr地基上土层厚度的增加以及土层压缩模量的减小都会使沉管整体结构纵向变形以及两端弯矩增大。

基于地基雷达数据构建红松人工林树高、枝下高及接触高模型

采用地面激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)扫描10块人工红松林所得到的数据,与实地调查数据相结合,构建红松树高曲线模型、枝下高预估模型与接触高预估模型,并建立联立方程组。首先,从所选择的5种树高曲线模型中,选择出拟合效果较好的2个模型作为联立方程组的备选模型。然后再从5个枝下高基础模型中选出1个拟合效果好,并且适用程度高的模型作为基础模型,运用再参数化和最优子集回归的方法将林分因子(林分平均胸径、林分断面积、高径比、优势木平均胸径和优势木平均高)代入基础模型,选择拟合效果较好的模型作为枝下高备选模型。相同的方法选择拟合效果好的接触高备选模型。最后将树高曲线模型、枝下高备选模型与接触高备选模型分别两两联立,建立联立方程组。通过似不相关回归(Seemingly Unrelated Regression Estimation,SVR或SURE),根据拟合优度与检验结果选择最优秀的方程组,并对联立方程组进行评价。最终得到结果最优联立方程组预估树高时,决定系数R^(2)=0.896,均方根误差RMSE=0.612 m;当方程组预估枝下高时,R^(2)=0.575,RMSE=0.850 m;当方程预估接触高时,R^(2)=0.719,RMSE=0.791 m,而且各种检验指标都较好。综合来看,方程组对树高、枝下高与接触高拟合精度与检验效果较好,可以解决树高、枝下高与接触高的内在相关性问题,为进一步研究红松树冠结构与动态变化提供基础。

差异冻胀条件下双参数地基梯形渠道冻胀变形的计算模型

衬砌冻胀变形便于监测且易于控制,成为《渠系工程抗冻胀设计规范SL23-2006》明确提出的渠道抗冻胀设计控制指标,但规范没有提供差异冻胀变形的具体计算方法。为便捷、合理计算差异冻胀条件下衬砌结构冻胀变形,在现有研究基础上,考虑渠道断面各点地下水位逐点不同及渠基冻土受力变形的连续性,基于双参数冻土地基理论构建了差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀变形与内力计算模型。以甘肃省靖会总干渠为算例,将该模型退化为均匀冻胀条件下的Winkler模型并进行对比分析,结果表明传统Winkler模型可视为该研究模型的特殊情形。以新疆塔里木灌区某梯形渠道为原型,用幂级数方法对该研究模型进行求解,并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行了对比分析。结果表明:应用该研究模型、传统Winkler模型、材料力学方法计算的冻胀变形与观测值的平均相对误差分别为4.31%、9.23%、17.45%,均方根误差分别为0.17、0.29、0.47 cm。可见与材料力学法、传统Winkler模型相比,考虑冻土-衬砌相互作用及冻土中剪力扩散的双参数地基模型能更好地反映差异冻胀条件下梯形渠道的力学行为,计算值与观测值更加一致。通过把形式多样的渠基土自由冻胀量分布统一展开成幂级数形式,可以有效提高模型对不同复杂基土差异冻胀模式的通用性。研究为差异冻胀条件下寒区梯形渠道冻胀力学分析提供了一种有效的计算模型。

重载码头堆场CFG桩网复合地基离心模型试验研究

CFG桩网复合地基广泛应用于处理软土地基。采用土工离心模型试验研究某码头堆场超大荷载下CFG桩网复合地基的变形和桩土应力特性,试验模拟了地基、CFG桩、树根桩、加筋垫层、防尘网和轨道梁基础、矿石堆载等,分析了超大荷载作用下复合地基表面变形、桩顶轴力、桩间土压力、桩土应力比的变化规律。试验结果表明,复合地基的沉降速率在稳定控制标准之内,沉降量满足堆场使用要求,防尘网基础和轨道梁基础水平位移和沉降均很小,桩土应力比为25.2~43.8,CFG桩网复合地基在350 kPa荷载作用下是稳定安全的,达到了预期加固效果。

超大堆载下桩网复合地基变形特性离心模型试验研究

CFG桩网复合地基广泛应用于处理软土地基。采用土工离心模型试验研究某码头堆场超大荷载下CFG桩网复合地基的变形特性,试验模拟了地基、CFG桩、树根桩、加筋垫层、防尘网和轨道梁基础、矿石堆载等,分析了超大荷载作用下复合地基沉降、防尘网和轨道梁基础水平位移、地基剖面位移的变化规律。试验结果表明,复合地基的沉降速率在稳定控制标准之内,沉降量满足堆场使用要求,防尘网基础和轨道梁基础水平位移和沉降均很小,复合地基沉降分量远大于水平位移分量。CFG桩网复合地基在350 kPa荷载作用下是稳定安全的,达到了预期加固效果。

桩网复合地基离心模型试验中桩顶轴力测试方法研究

桩网复合地基是常见的软土加固措施。在开展桩网复合地基离心模型试验时,为了分析桩土应力比,需要测量桩顶轴力和桩间土压力。微型土压力计在离心模型试验中已经得到广泛应用,但尚无成熟的微型桩顶轴力测试传感器。利用模型桩的桩帽,开发了一种离心模型试验专用桩顶轴力测试方法,标定结果显示该方法测试线性度好。通过某桩网复合地基离心模型试验和数值分析的桩土应力比结果对比分析,验证了该方法的测试效果。

废弃轮胎-砂地基抗震性能和恢复力模型研究

为研究废弃轮胎-砂构造地基的抗震性能,进行了6组轮胎-砂构造地基的拟静力试验,分析轮胎-砂单元体的堆砌方式、初始竖向荷载和碳纤维网片对构造地基的滞回性能的影响。在拟静力试验基础上用试验拟合法建立废弃轮胎-砂构造地基的恢复力模型。研究结果表明:废弃轮胎-砂构造地基的滞回曲线饱满,总体呈梭形,具有较好的耗能能力;轮胎-砂单元体错缝堆砌、增大随初始竖向荷载和增设碳纤维网片都有利于轮胎-砂构造地基参与耗能;轮胎-砂构造地基恢复力模型的滞回曲线计算结果和试验结果吻合程度较好,可以反映出试件的受力过程和主要受力特征。

变权组合预测模型在水电站地基沉降预测的改进应用

为提高水电站地基沉降预测精度,以辽宁省桓仁水电站为具体实例,采用改进的变权组合预测模型对电站地基沉降进行预测,并结合水电站地基沉降原位观测数据对预测精度进行验证。结果表明:相比于改进前,改进模型下电站地基沉降预测精度得到明显改善,年尺度和月尺度地基沉降误差均值分别减少8.41%和11.10%,相关系数分别提高0.2676和0.2012。研究成果对于水利工程地基沉降预测精度提高具有重要参考价值。

土工格室加固风积沙地基模型试验及力学特性研究

目前对土工格室加固风积沙地基的最佳规格探究相对较少,市面上的格室规格较多,需对格室规格变化引起的力学性能变化规律进行探究。选用市面上7种不同高度及6种不同焊距的格室加固风积沙地基进行大型模型试验。试验结果表明:格室焊距越小,高度越高,其加固风积沙地基的性能越好。当格室焊距为500 mm、格室高度为50~200 mm时可以提高风积沙地基承载力2.75~4.29倍,当格室高度为100 mm时,格室焊距为300~800 mm时能提高风积沙地基承载力2.32~3.75倍。格室层在竖直和水平方向上均对荷载有分散作用,在竖直方向上尤为明显。当竖向沉降相同时,焊距相同的格室应变走势大致相同,高度相同的格室焊距越大条带应变越小,格室层条带的侧限作用越差,加固效果越差。选用高度×焊距为150 mm×500 mm的格室加固风积沙地基,效果最佳。

循环荷载下粉煤灰复合地基竖向承载特性模型试验研究

为研究粉煤灰单桩复合地基竖向循环承载特性,开展在循环荷载作用下的室内模型试验。通过监测桩身及土体变化情况,分别从桩顶累计沉降、土压力、桩身内力等方面进行分析。试验结果表明:循环桩顶累计沉降前期呈现快速增长,而循环荷载比临界值为0.6,将后期沉降变化划分为稳定型和增长型两种趋势;桩侧土压力主要影响桩身上半部分土体,并沿竖向和径向均出现衰减现象,且竖向衰减更为明显;对桩端阻力强化系数Z和桩侧阻力弱化系数D分别进行拟合,可得到对实际工程中不同循环周期下桩端、桩侧阻力强弱变化情况分析,具有参考依据的函数方程;循环荷载下的桩端/桩侧荷载分担比呈现动态变化,循环周期的增加,将会存在桩端所占承载比例超越桩侧所占比例的占比反超点,循环幅值越大,出现反超点所需的循环次数也越少。

基于改进云模型的湿陷性地基渡槽稳定状态评估

【目的】由于跨湿陷性黄土区的输水渡槽因服役期内的地基变形和建筑物老化,造成渡槽的服役安全性和结构稳定性难以定量评估,为对湿陷性地基渡槽的稳定状态进行评估,以宁夏固海扩灌灌区的清水河渡槽为研究对象,构建了基于湿陷性黄土地基稳定状态与渡槽建筑物稳定状态的多级评估体系耦合的湿陷性黄土地基渡槽稳定状态综合评估体系,【方法】使用云模型对湿陷性黄土地基渡槽稳定状态进行综合评估,使用AHP-熵权法对云模型进行改进,研究中使用拉格朗日乘子法将AHP法与熵权法进行耦合后计算指标权重,以提高模型权重的合理性使其更加客观精确。【结果】研究结果显示:现役清水河渡槽的湿陷性黄土地基稳定状态、渡槽建筑物稳定状态及湿陷性黄土地基渡槽整体稳定状态的云数字特征参数分别为W_(1)=(4.608,0.766,0.228)、W_(2)=(6.094,0.674,0.214)和W=(5.307,0.720,0.221)。【结论】结果表明:现役清水河渡槽的湿陷性黄土地基稳定状态、渡槽建筑物稳定状态及湿陷性黄土地基渡槽整体稳定状态分别处于V_(3)(中等)稳定状态、V4(较为)稳定状态以及V_(3)(中等)稳定状态。该评估模型可为同类湿陷性黄土区域的水工建筑物的稳定状态评估提供参考。

锥体模型地基阻抗的轨道振动分析

为克服轨道振动研究中地基与轨道结构耦合数值计算量大的问题,在经典的考虑轨道结构双层梁模型基础上,引入表示地基阻抗的解析锥体模型。这种锥体模型可以用来计算轨道板与地基的相互作用,可以快速地计算考虑地基参数的轨道振动问题。通过计算分析得到,钢轨轨道间的扣件刚度较小,与地基轨道板间的刚度越接近,引起钢轨轨道的剧烈振动;列车车速越大,反而振动越小;地基土体密度越大,轨道振动幅值越小;土体剪切波速越大,轨道梁振动影响就越小;轨道的振动随着泊松比的增大先减小后增大;土体弹性模型越大,轨道振动越小;土体阻尼越大,轨道振动幅度越小。

基于Sloboda模型的地基沉降预测方法

地基的沉降变形是反映建设工程安全性的重要指标,也是土力学与基础工程领域的热门研究课题。为进一步提高地基沉降预测的准确性,提出了基于Sloboda模型预测地基沉降的方法。将所提出的Sloboda沉降预测模型应用于工程实例计算和模拟预测验证,并与Logistic、Gompertz和Hyperbola模型结果进行了比较研究。结果表明,Sloboda模型在预测“S”形和“双曲线”形沉降发展趋势方面均表现出比Logistic、Gompertz和Hyperbola模型更好的适应性、灵活性和准确性,值得推广应用。

边坡和地基沉降预测曲线模型研究

由于重力荷载的长期作用,边坡或地基等的沉降会随着时间变化而增大。边坡和地基沉降的监测对于建筑物安全保障和施工进度指导具有重要意义。根据部分观测数据来准确预测边坡或地基的沉降量是一项重要任务。文章首先回顾了目前常用的几种沉降预测曲线模型,分析了各种模型的优缺点,在此基础上,提出将改进过的曲线模型用于边坡或地基沉降预测,根据实际观测的沉降数据对模型进行验证,并把预测结果与现有模型进行对比分析,结果表明,文章中提出的新模型显著提高了沉降预测精度,能更好地应用于边坡和地基沉降监测。

基于双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型

隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用。为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程;然后,引入Pasternak地基模型,建立Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型;最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式。将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响。与既有文献的分析方法对比表明,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传统方法理论上更贴近拱棚预支护真实受力状态;解析法和数值法得出的整体挠度曲线均呈勺形分布,结果吻合程度较好。力学分析表明:纵向上,拱棚能很好地调整压力分布,一定程度上使内部围岩处于免压状态;以开挖面为界,拱棚纵向弯矩、剪力的影响范围约为5倍开挖进尺。横向上,拱脚处剪应力起主导作用,拱顶处主要由正应力主导且容易发生材料破坏。不同参数对拱棚结构变形影响程度不同,总体表现为初始挠度>开挖进尺>桩径>开挖高度。

基于Kerr地基模型的盾构下穿诱发既有非连续隧道纵向变形分析

目前针对盾构开挖诱发既有隧道结构变形的理论研究一般将既有隧道视为搁置在Winkler地基上的Euler-Bernoulli梁,未充分考虑地基的非线性剪切变形及管片剪切变形的影响,尤其是较少考虑隧道环缝接头存在所带来的力学效应作用。首先,采用Loganathan和Poulos公式计算得到盾构下穿开挖引起既有隧道轴线处土体竖向位移;然后,将既有隧道视为由环缝接头连接而成的Timoshenko梁,并将其搁置在Kerr地基模型上,采用有限差分法计算得到既有隧道纵向变形;最后,采用工程监测数据与理论解进行对比验证,得到了较好的一致性。此外,针对土层弹性模量、既有隧道等效抗弯刚度和等效抗剪刚度进行了参数分析。分析结果表明,随着土体弹性模量的增大及既有隧道等效抗弯刚度的减小,既有隧道位移、环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩均增大;随着既有隧道等效抗剪刚度的增大,既有隧道位移减小,而环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩均增大;环缝接头相对转角、管片及环缝接头处弯矩随着与新建隧道轴线距离的增大呈先减小后增大趋势;当既有隧道环缝接头刚度折减系数增大时,管片及环缝接头处弯矩均增大,而隧道位移及环缝接头相对转角减小。

黄土地基中能量桩热力学特性及承载变形性状模型试验研究

能量桩通过内置循环管与周围土体进行热交换来开采浅层地热能。通过室内模型试验,测试4个完整的冷热循环过程中能量桩仅受温度作用及热-力耦合两种工况下的桩身和桩侧土体温度、桩顶和桩侧土表面沉降、桩顶荷载及桩身内力,分析黄土地基中埋设单U形换热管的能量桩热力学及承载变形特性。试验结果表明,对于每个冷热循环过程,随循环时间增加能量桩热交换效率逐渐降低并趋于稳定状态,黄土地基中能量桩桩身温度随深度增加逐渐减小。冷热循环会使能量桩桩顶产生累积沉降,与仅受温度作用工况相比,在热-力耦合作用下能量桩桩顶累积沉降较大,桩侧土表面沉降较小,而桩侧土体受影响范围则较大。对于两种工况,冷热循环稳定后能量桩最大附加应力均出现在桩身中部,热循环时桩身上部摩阻力为负,下部摩阻力为正,冷循环时则相反。

散货码头堆场地基推移破坏离心模型试验研究

某散货码头堆场地基中有一软弱的淤泥质黏土层,堆场荷载区地基先采用真空联合堆载预压处理,再对两侧地基进行水泥搅拌桩加固处理,但在矿石试堆载过程中,淤泥质黏土层最厚处的堆场发生了严重的推移破坏。为研究推移破坏原因,通过开展大型离心模型试验,模拟矿石堆载体的填筑过程,测得矿石堆载体和堆场地基表面竖向和水平向位移;判断位移变形发展过程中的转折点,得到堆场地基的极限承载力;通过矿石堆载荷载作用下堆场地基剖面上发生的位移矢量场,分析再现堆场地基推移破坏现象和形成机制。分析结果表明:该堆场地基承载力由深厚软弱土层控制,承载力不足导致矿石堆载填筑过程中堆场地基出现严重下陷,下沉的浅表两层土体挤占下卧淤泥质黏土层空间,迫使其向阻力较小的南柳河一侧挤推,造成大范围的推移破坏。根据分析结果,提出了对堆场软土层进行改良或采用复合地基的修复加固途径。