深覆土梯形拱明洞静力特性及卸荷效果

为研究深覆土条件下梯形拱结构–填土相互作用对周围土压力的影响机制和卸荷机理,明确梯形拱明洞相较于传统矩形明洞的优势,采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法,对深覆土梯形拱明洞静力特性及卸荷效果进行分析。结果表明:无减载时,梯形拱明洞两侧回填土沉降大于上方回填土沉降,两侧回填土土压力向明洞上方转移,土压力随着填土高度的增大而增大,基本呈线性变化趋势;减载时,明洞上方回填土沉降大于两侧回填土沉降,回填土内部产生土拱效应,明洞上方回填土土压力向两侧转移,铺设减载层不会改变深覆土明洞结构受力分布,但会极大地减小其内力及变形,并提高结构安全系数;减载后,梯形拱明洞的最大轴力、最大正弯矩和最大负弯矩分别减少17.5%、34.1%、29.9%,最大变形减小32.9%。矩形和梯形两种截面形式下明洞的最大轴力均出现在中隔墙底部,最大正弯矩、最小安全系数和最大变形均出现在顶板中央位置;铺设减载层后两种截面形式拱明洞最小安全系数分别增大42.6%和100.0%,梯形拱明洞安全系数提高的比例更大,效果更显著。该研究可为深覆土梯形拱明洞结构的设计和施工提供理论指导和技术支持。

鄂北浅覆盖金矿区土壤微细粒分离测量有效性试验研究

土壤微细粒分离测量方法在中国北方覆盖区的找矿勘查中应用效果良好,但南方覆盖区地理、地质条件与北方地区差异较大,需要开展有效性试验研究。在鄂北浅覆盖区的小玉皇顶金矿区及卸甲沟金矿区开展方法试验,探讨该方法在鄂北浅覆盖区的采样要求,并分析其探测隐伏矿的有效性。研究表明,鄂北浅覆盖区土壤微细粒分离测量方法较为适合的采样层位为BC层,采样粒度为-120目,能够在保证结果科学性的前提下兼顾采样的经济性。卸甲沟金矿区隐伏矿脉上方的土壤微细粒分离测量结果中存在Au-Pb-Bi-W综合异常,与该区原生晕异常组合相似,表明其极有可能是隐伏矿体的地表显示,说明土壤微细粒分离测量方法在鄂北浅覆盖区具有一定的有效性。

深厚覆盖地基智能振冲方法与系统

中国西南地区流域水力资源富集,水利水电工程开发面临复杂地质环境和深厚覆盖层带来的抗滑稳定、渗透稳定、不均匀沉降变形、防冲刷和砂土地震液化等问题。振冲碎石桩置换是提高地基承载力、防止液化的有效手段。本文通过试验和数值仿真揭示了振冲碎石桩“底中顶三区动力平衡”和“机石土三域相互作用”的成桩机理,依托应用现场实践提出了施工数据全面采集、施工状态真实分析、施工过程智能控制、施工参数持续优化、施工质量在线管理的智能振冲概念;其次,提出了基于状态转移函数的智能振冲控制模型与实时联动控制方法;研发了基于“云-边-端”智能振冲工作架构的一体化数字化协同工作平台和成套智能振冲装备,建立了数字化振冲碎石桩复合地基质量评价体系。研究成果在硬梁包水电站深厚覆盖层处理得到应用,工后监测显示效果良好,可供同类工程参考。

深厚覆盖层地区土层地震反应的不确定性分析

以上海地区作为深厚覆盖层地区代表,在丰富的地质资料基础上,全面、系统地分析了100 m以深地层的土层分布、剪切波速、土动力特性参数、密度和地震输入界面这5个不确定因素可能的分布范围,并采用逻辑树分析方法,利用等效线性化土层地震反应分析,计算得到了这5种不确定因素在23种工况下3个超越概率、4个典型地质孔的地表峰值加速度和反应谱结果。经分析表明,100 m以深地层的土动力特性参数、剪切波速、土层分布、密度属于低敏感性因素,其不确定性对地表地震动参数影响较小,峰值加速度差异基本在5%以内;地震输入界面属于高敏感性参数,对地表地震动参数(尤其是低频段)影响较大,最大差异可达30%—40%。地震安全性评价工作中应合理设定地震输入界面,以避免可能对工程抗震设防参数带来的不利影响。

深厚碎石土覆盖层预应力锚索施工技术研究

基于国道G317线狮子坪水电站改线公路之沙坝路段应急抢险治理工程Ⅰ区中后部区域预应力锚索施工,对深厚碎石土覆盖层预应力锚索施工中的难点、技术方案、施工工艺及安全监测进行了详细分析,制定出切实可行的技术方案并予以实施,取得了较好的效果。阐述了对深厚碎石土覆盖层预应力锚索施工技术进行的研究。

深厚场地上特大桥墩-群桩-土相互作用体系地震反应特性的二维和三维分析

本文以某特大型跨江大桥主墩为研究对象,对相应于抗震设防水准为1000a和2500a地震重现期的6条人工地震波,首先采用一维波动模型分析了主桥墩场地的地震动效应,进而,采用二维整体有限元法和三维子结构有限元法对特大桥墩-群桩-土相互作用体系的地震反应进行了数值计算,分析了桩体不同深度处的地震加速度反应峰值、反应谱特征,探讨了深厚软弱场地上特大桥墩-群桩-土动力相互作用效应对群桩地震反应的影响。结果表明:桥墩场地的深厚软弱覆盖层对输入地震波具有明显的滤波和放大效应;由于特大桥墩-群桩-土体动力相互作用的影响,二维和三维计算得到的桩体加速度反应峰值较同高程处的自由场加速度反应大,且两者的频谱特性有显著的差别,群桩加速度反应峰值的空间分布与输入地震波特性有很大关系,不同桩在同一高程处的加速度反应峰值可能相差20%以上;二维和三维地震反应分析结果之间存在一定的差距,群桩中桩体的加速度反应峰值平均相差10%～25%左右,但两种方法得到的加速度反应峰值沿高程的分布具有相似的规律性。

上覆压力对深厚覆盖层地基渗透及渗透稳定性的影响

为了研究不同上覆压力对深厚覆盖层中管涌型土层的渗透及渗透稳定性影响,利用土体渗流—应力耦合装置,在施加不同上覆压力(0、0.3、0.5、0.7 MPa)的条件下,对缺级配砂砾石进行渗透破坏试验。结果表明,随着上覆压力的增大,土体在渗透破坏过程中,局部的渗透特性变化和渗流场分布均存在差异性,反映了细土颗粒被运移和填充孔隙的情况不同,从而影响了水力坡降在局部的分配情况;上覆压力的增大使得土体稳定渗流阶段和渗透破坏阶段的渗透性出现不同程度的减小,临界坡降和破坏坡降的变化与上覆压力之间存在相同形式的非均匀变化关系。

深埋大断面隧道土石复合地层塌方机制及处置措施评价

针对黄陵—韩城—侯马铁路如意隧道施工通过土石复合地层时隧道围岩塌方事故,分析塌方的影响因素及机制,提出"管棚+小导管注浆"加固围岩以及增大初期支护和二衬的施工参数等处置措施;通过现场监测和三维数值模拟方法评价处置措施的效果。结果表明:复杂地层、围岩软弱、地下水是引发塌方的主要因素;由于土石复合地层和地下水的影响,使隧道拱部产生了较大的附加荷载,导致拱顶岩体鼓起破坏,进一步发展为掌子面拱部大范围的失稳破坏;对塌方地段隧道处置后,实测的拱顶沉降和水平收敛位移分别为26和30mm,拱顶初期支护与围岩之间的压力为128kPa,数值模拟的拱顶沉降从662mm下降到47mm,洞周的塑性区减小到原设计方案的63%,表明采用该处置措施有效地控制了围岩的压力和变形,降低了施工风险;在隧道施工中应注重掌子面的超前加固。

大埋深粗粒土勘察及物理力学特性试验研究

随着我国大量的水利水电工程开工建设,良好的基岩坝基逐渐减少,不得不在深厚覆盖层地基上建设大坝,因此,深厚覆盖层地基的勘测是首先需要解决的问题。通过开挖后现场原位试验论证了大埋深下粗粒土物理力学特性。总结了大埋深下粗粒土勘察,统计分析了现场原位试验中干密度、平均粒径与土体承载力、变形模量、凝聚力之间的关系以及渗透系数与临界坡降之间的关系;通过对现场原位试验与室内试验结果进行对比研究,找出了室内试验凝聚力、内摩擦角、破坏及临界坡降值估算与原位试验对应值的统计规律。这些试验研究成果有助于提高深厚覆盖层的勘测工作效率,具有较大的工程应用价值。

厚软场地的地震动特征及设计反应谱研究

根据场地土层静、动力性能参数的原位测试和动三轴试验结果,进行厚软场地土层地震反应分析,研究厚软场地的地震动效应及地震动特性,并结合工程实例讨论了对应不同地震设防水平(50年超越概率63%、10%和3%)厚软场地的设计反应谱,分析了现行规范设计反应谱应用的局限性,成果对相关工程也有借鉴作用。

深厚软土地基综合处理技术试验研究

根据深厚软土地基的特性及地基处理要求,结合碎石垫层、轻型井点排水固结、强夯法、振冲碎石桩4种地基处理方法的综合处理技术优势,开展地基综合处理技术试验研究。对处理过程中地下水及孔隙水压力等指标进行了细致的监测,并对处理前后的地基承载力进行对比分析,结果表明,该综合地基处理方法可弥补单一地基处理方式的缺点,能够有效提高地基承载力。本文可为后续的同类地基处理工程施工提供借鉴。

工程地质科技发展与进步

进入21世纪,工程地质勘察新技术、新方法发展迅猛,西北院为适应日益竞争激烈的市场,以科技为引领,提高勘察技术进步。近年勘察技术进步主要在3D激光扫描技术、工程勘察技术数字化、定向钻孔测试设备研发及综合勘察技术、地质遥感解译、岩土数值模拟等方面。科技研发主要集中在复杂边坡、深厚覆盖层、岩体结构、特殊性岩土等方面,在以下方面取得研究进展:层状岩质边坡复杂变形破坏机理、失稳模式及治理措施;水库滑坡及塌岸稳定分析、安全防控措施研究及其工程应用;倾倒岩体变形破坏与分类;工程岩体缓倾角结构面;基于量化指标的高拱坝建基岩体可利用标准和建基面选择;超高面板坝巨厚砂砾石料层“深井法”勘察与可利用性评价技术;深厚覆盖层坝基工程特性;城市地下铁道工程富水砂卵石地层勘察与评价;西北地区大型风力发电场盐渍土工程地质特性等。

某基坑复合土钉墙土钉内力超限分析

土钉与预应力锚杆的联合支护在基坑工程中运用广泛,近年来的研究也取得很大进展,但对其受力情况及作用机理仍未完全认识,在实际工程中也有一些失败的教训。本文以内蒙古地区某产品煤槽仓工程为例,针对监测中土钉内力超预警值的情况,从共同作用机理及施工过程控制等方面对数据进行了分析。分析结果表明,未及时喷射混凝土面板致使土体由于缺乏表面约束产生塑性变形是造成土钉内力超限的主要原因,而在土体表面没有混凝土面板约束的情形下开挖过深并施加大的施工扰动更使得被监测的土钉内力值进一步加大。由此可见混凝土面板对于提高被开挖土体稳定性的作用十分明显,此外分析结果还表明了土体和支护结构之间存在时间及空间效应,在施工中应避免超挖和减少施工扰动。

黄土覆盖区隐伏矿地球化学勘查技术试验研究——以河南中河堤银铅锌多金属矿为例

黄土覆盖区由于较难采到基岩风化的水系沉积物,区域化探反映效果往往不理想,因此在我国很多黄土覆盖区域未开展区域化探工作。本文在河南崤山中河堤银铅锌多金属矿区利用深穿透地球化学方法开展了针对黄土覆盖区的隐伏矿地球化学勘查技术试验研究,采用的土壤微细粒分离测量和金属活动态提取测量结果表明,两种方法都能较好地指示黄土覆盖区下伏多金属矿(化)体异常,同时金属活动态提取方法进一步增强了成矿元素对矿体的异常指示,因而两种方法均可作为黄土覆盖区寻找隐伏多金属矿的有效手段。

碎石注浆桩在沿海铁路软土地基加固中的应用

碎石注浆桩是一项新的软土地基加固技术,但在铁路工程建设中,还未见使用,其设计计算方法、施工质量控制等还没有成熟的经验,通过试验研究,提出了一套设计、施工、质量检测与控制方法。施工质量检测结果表明,碎石注浆桩成桩质量良好,加固后,地基沉降得到有效控制,满足设计要求。试验研究表明碎石注浆桩可用于处理深厚层软土地基,对高压线附近等特殊环境下的铁路深厚层地基处理,具有明显的优势。

抛石挤淤在处理深厚软土地基中的应用

抛石挤淤的施工质量直接影响整个工程的质量,在施工过程中施工工艺的选择是确保抛石挤淤施工质量达到到设计及规范要求,满足工后沉降的最终要求是关键。

长河坝水电站深厚覆盖层超高砾石土心墙堆石坝关键筑坝技术应用

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝建造于高山峡谷、高地震烈度及深厚覆盖层上,为深厚覆盖层上世界第一高坝,大坝设计及施工可供借鉴的经验不多。为此,该工程开展了大量的特殊科研并成功应用,其在大坝设计、筑坝技术及管理等方面的先进成果为300 m级大坝设计和施工积累了大量工程经验。

氯盐盐渍土路基中毛细水上升规律试验研究

盐渍土路基工程中,其毛细水上升高度与发生盐渍化病害关系密切.笔者通过对不同含盐量、不同上覆荷载、不同材料改性以及设置级配碎石的盐渍土进行毛细水上升高度试验,研究不同因素对盐渍土毛细水上升的影响及其变化规律.研究结果表明:含盐量越高毛细水上升高度越低;上覆荷载影响毛细水上升速度与高度,上覆荷载越大其上升速度越慢且上升高度越低;改性材料能够改善盐渍土中的毛细水上升情况,水泥改性剂具有较好地抑制毛细水上升的能力;设置级配碎石垫层能很好地抑制毛细水上升高度.

超前长距离大管棚支护在深表土层斜井施工的应用

在斜井施工中,为了顺利通过含有深表土层、流砂层的地段,设计提出了超前长距离大管棚支护和冻结法2个可行的施工方案,经过详细的方案论证和技术经济比较,推荐采用了超前长距离大管棚支护方案,并在经坊煤矿成功采用导向跟管钻进技术实施超前长距离大管棚支护及滑模施工。工程实践表明,采用导向跟管钻进技术,能使超前大管棚一次支护长度达到160 m。与冻结法相比,超前长距离大管棚支护可使工期缩短77%、造价减少83%。同时,该施工方法成功推广到了庄子河煤矿。

含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基动力特性研究

在强震区、含软弱土层的500 m级特厚覆盖层上建坝,超出了现行设计规范的控制范围。开展了覆盖层厚度、输入地震波峰值、覆盖层中的软弱土层厚度等指标的敏感性分析,揭示了深厚覆盖层地震反应的主要特征及坝基建基面加速度放大倍数分布的规律性。研究认为:覆盖层厚度、输入加速度峰值、软弱土层厚度等指标与建基面放大倍数的衰减在变化规律上成正相关;当输入地震波峰值加速度为0.5g作用下,含软弱土层的500m级特厚覆盖层坝基中地震波总体以衰减为主,建基面放大倍数小于1;覆盖层加速度放大倍数随高程变化的基本规律为先衰减后放大。当存在软弱土层时,由于其滤波隔震作用会在土层内发生动力反应的二次衰减。基于上述分析,进一步提出了覆盖层下部区域地震效应衰减、中部区域软弱土层二次衰减、顶部区域放大的加速度放大倍数分布模型,编制了覆盖层加速度放大倍数建议值表,研究成果可为含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基工程设计提供重要参考。