污染方式对典型成层土中苯胺迁移转化的影响

苯胺污染场地的治理因其特有的相间转换性质而具有挑战,污染方式对污染物的迁移转化起到关键作用,掌握苯胺在土壤环境中的迁移转化规律,预测不同污染方式对苯胺在上部低渗透、下部高渗透(low permeability zone-high permeability zone,LPZ-HPZ)的典型成层土中迁移转化的风险,对污染场地苯胺的修复方案制定具有指导意义。以贺兰山冲积扇的典型成层土为研究对象,在场地调查的基础上进行吸附/解吸实验和土柱淋滤实验,并根据污染场地条件建立苯胺迁移转化模型,研究土壤类型和污染方式(短期高剂量,1个月泄漏100 kg;长期低剂量,1年泄漏100 kg)对苯胺迁移转化规律的影响。结果表明:①研究区砂土和粉土介质对苯胺的吸附过程符合准二级动力学方程,吸附等温线满足Freundlich等温吸附模型。②TMVOC模型能够较好地模拟不同污染方式下典型成层土中苯胺的迁移转化过程。③相同泄漏量情况下,苯胺在长期低剂量污染方式下迁移更深,证明污染源浓度与迁移深度关系密切。④污染事件发生前期,在短期高剂量的污染方式下97.21%的苯胺以非水相液体(nonaqueous phase liquid,NAPL)相存在,长期低剂量污染方式下NAPL相的占比略低,为93.76%;泄漏后期,两种污染方式下均有99.8%以上的苯胺溶解为液相,并达到相间的动态稳定。⑤苯胺进入地下环境3年后,在长期低剂量的污染方式下率先在LPZHPZ界面发生突破行为,进入高渗透层后苯胺纵向迁移速度增加,对地层更深处造成污染,并且此时相间重分配现象最明显。因此在泄漏发生后应在苯胺进入高渗透介质前及时补救,最晚不应超过泄漏事件发生后3年,且前期修复方案选择着重苯胺的NAPL相修复,后期选择利于液相苯胺修复的方案。

成层土中基坑二维稳态渗流场解析解研究

成层土中基坑渗流场与均质土层中渗流场有较大差别,最有可能发生突涌事故的位置也不同,因此准确确定成层土中基坑二维稳态渗流场是基础工程建设中的重要课题。针对成层土中基坑稳态渗流问题,将基坑周围土体按成层条件划分为多个区域,采用叠加原理和分离变量法给出各区域水头分布的级数形式解,根据各区域间连续条件和傅里叶级数正交性求得成层土中基坑二维稳态渗流场水头分布的显式解析解。将解析解计算得到的水头分布、挡墙水压力与有限元软件计算结果进行验证,并将解析解退化为单层土形式与半解析解进行对比,结果吻合较好,验证了解析解的正确性和有效性。将解析解与考虑水土相互作用的水压计算方法和等效渗透系数方法进行对比,基于解析解进一步给出计算基坑内出逸比降、挡墙水压力和抗突涌安全系数的计算公式,并结合工程案例分别采用解析方法和等效渗透系数方法对成层土中基坑的抗突涌性能进行分析对比。研究结果表明:解析解在求解成层土中基坑渗流场时更贴合实际情况;考虑不同土层间渗透系数差异时,水头在渗透性较差的土层中变化更快;上层土体渗透系数较小时,在土层分界面处发生突涌的风险比挡墙底部更大;等效渗透系数方法在求解某些成层土基坑渗流场时误差较大。

成层土中考虑桩侧土竖向作用的螺纹桩动力响应

螺纹桩与桩侧土的作用相对复杂,为研究竖向荷载作用下螺纹桩的振动特性,从桩侧土的三维波动出发,考虑土体的成层特性和桩侧土的竖向作用,对滞回阻尼地基中螺纹桩纵向振动特性进行研究。基于三维波动理论建立桩侧土波动方程,采用Laplace变换和修正阻抗函数传递法得到桩土完全耦合条件下的螺纹桩振动响应解。将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,证明螺纹桩-土相互作用模型的合理性。结果表明:相比桩侧土为均质体的假定,考虑土体的成层特性可以充分考虑应力波在分层界面的反射和折射现象,更符合实际情况;在有效桩长范围内,随着桩长的增加,桩侧土对螺纹桩的侧摩阻力越大,阻尼效应越明显;螺纹桩螺牙的存在对桩体具有一定的减振效应,且随着螺牙外径的增加,桩顶复刚度曲线的振幅水平和共振频率均显著减小。理论模型能较好地模拟螺纹桩与成层土的相互作用机理,为螺纹桩的应用提供理论支撑。

非饱和成层土稳态渗流问题的解析计算

广泛存在的成层土非饱和稳态渗流的解析计算研究相对薄弱。基于达西渗流定律和土层界面的连续性条件,构建了描述非饱和成层土稳态渗流过程的数学模型。使用分离变量技术和数学归纳思想,获得了成层土同一剖面的基质吸力、有效饱和度与吸应力沿高程分布的解析表达式。基于COMSOL数值分析平台对解析算法进行了验证计算,从而实现了非饱和成层土稳态渗流过程的解析求解。而后,探讨了土层界面的存在对渗流过程的影响并开展了参数敏感度分析。分析表明:(1)相同入渗条件下相同高程处砂土的基质吸力最大,黏土最小;地表渗流速率的不同对粉土层有效饱和度分布影响最大,砂土最小。(2)黏土层中吸应力近乎线性增长,砂土的吸应力则沿高程先增大后减小;土层界面的存在会影响基质吸力沿高程的增长速率,可使有效饱和度和吸应力沿高程分布发生突变。(3)Gardner模型参数α值越小,相同高程处基质吸力值越大,饱和土渗透系数(ks值)越小,基质吸力增长速率越慢;α与k_(s)取值越小,有效饱和度降低速率越慢;α取值越小或ks取值越大,地表处的吸应力值越大。研究成果可为诸如边坡稳定等工程地质问题提供一定的理论支撑。

成层土中长桩竖向承载激发规律研究

针对成层土中长桩承载问题,结合试桩数据建立了成层土中长桩-土相互作用特性分析模型,基于分析模型研究了上砂下黏和上黏下砂中砂-黏占比对长桩竖向荷载-位移曲线的影响,分析了成层土中长桩侧阻和端阻承载分担比,揭示了达到极限承载力时成层土中桩基侧阻、端阻激发规律,即黏土层侧阻可完全激发、砂土层侧阻未完全激发,桩底端阻完全激发,为实际工程中长桩承载力计算选取合理参数提供依据。

考虑锚胫作用下拖曳锚在成层土中的嵌入机制

深水系泊系统及其系泊基础的开发已成为发展清洁能源“海上风电”项目的关键课题。拖曳锚由于其较大的承载力和易安装等诸多优势而具有较好的发展前景。基于极限塑性上限分析法,建立了考虑锚胫作用的拖曳锚在成层土中的嵌入轨迹、姿态以及承载力预测模型。利用已有模型试验对本模型进行验证,结果表明:考虑锚胫作用模型轨迹预测误差控制在13.5%,轨迹和角度预测误差相比于未考虑锚胫作用的模型分别降低了78.32%和36.9%。硬土层的强度、厚度和深度共同制约着拖曳锚的嵌入能力。首先,强度比影响最明显,强度比越大,嵌入深度越小,直至无法穿透硬土层;其次,是深度影响,深度越大,承载力越大。能够穿透硬土层的条件下深度对轨迹和角度影响不明显,不能够穿透硬土层条件下深度越大,嵌入深度越大,最终角度越小;最后,是厚度影响,硬土层厚度越大,嵌入过程中承载力越大。

静压桩在成层地基中挤土效应的可视化研究

为探究静压桩在成层地基中的挤土效应及其与均质地基的差异,利用透明土结合粒子图像测速技术(PIV),对成层土和均质土地基进行静压桩贯入可视化模型试验。对土体位移矢量图、位移等值线图以及软硬土层交界面的位移特征进行分析,结果显示:桩侧土位移及地表隆起,静压桩在黏土地基中的影响范围大于砂土,但在桩侧3倍桩径范围内,砂土地基的挤土效应大于黏土地基;对比均质黏土地基,“上黏下砂”地基的桩端挤土效应减弱,而桩侧的水平位移增大,桩侧2倍桩径以内地表隆起值增大,桩侧2倍桩径以外地表隆起值减小;对比均质砂土地基,“上砂下黏”地基的桩端挤土效应增强,桩侧3倍桩径以内的水平位移、地表隆起值减小,但地表隆起影响范围扩大到4倍桩径以外;在成层地基的土层交界面,上下层土体的位移大小不同,尤其是桩侧附近的位移差值较大。

成层土中海上风电筒型基础竖向承载影响深度研究

明确筒型基础在不同地质条件下的承载模式和竖向承载影响深度,对于筒型基础的承载力计算具有重要的意义。采用数值模拟分析方法,通过分层下探法,针对成层黏性土中筒型基础的竖向承载模式进行了分析,得到了成层黏性土中筒型基础承载力的变化规律以及筒型基础在成层黏性土中的影响深度;针对筒型基础是否穿刺上下黏性土层分界面的工况,分别开展了相关研究,并针对不同情况建立了相对应的影响深度经验公式;结合数值分析结果揭示了成层黏土地基中上下土层强度比和土层分界面位置对筒型基础竖向承载影响深度的作用规律。

考虑成层土阻水减渗效应的地表水入渗过程分析模型

为完善地表水入渗过程分析的理论方法,抓住从高吸力土入渗到低吸力土,入渗会有停滞和入渗速率降低的特点,考虑湿润锋附近土体的非饱和特性,将土壤中水分运移划分为上层土入渗阶段、滞水入渗阶段和下层土入渗阶段,推导了可反映成层土入渗中阻水减渗作用的地表水入渗模型。通过与已有试验结果和现有同类型模型的对比分析,对模型参数进行敏感性分析。结果表明:本文模型比较准确地描述了层状土入渗中的滞水和减渗现象,更好地反映了入渗机理。当湿润锋行进发生停滞时,假设入渗速率呈线性下降是符合实际情况的。不同的土体性质对入渗有不同的影响:下层低吸力土的种类、埋深及积水深度对入渗特性有较大的影响;土体初始含水量仅对入渗时间影响较大;湿润锋过渡区占比对滞水作用有较大影响。

分级堆载预压下成层软土地基的沉降计算

成层软土地基的工后沉降问题是工程界极为关注的问题,通过对某一燃煤电厂项目堆载预压期间的分层沉降数据进行分析得出:(1)堆载速率对土层沉降规律有明显影响,采用传统沉降计算方法,结果具有较大误差;(2)提出依据加载情况基于分层沉降数据优化本构模型及参数的沉降计算方法,该方法的沉降预测结果在整个堆载期间均具有更高的准确性。研究结果对类似工程建设具有借鉴价值。

成层土中载体桩承载力特性实测研究

载体桩在成层土中的承载力特性尚未得到有效的分析。以成层土分布较为典型的苏州地区为例,采用统计方法分析该地区浅层土体物理力学特性,得到适合作为载体桩持力层的地层特性,分析得到单桩承载力在各持力层中的通用公式,同时得到载体填充量的一般公式,对单桩及群桩基础的载体填充量进行计算并验证,以开挖实测得到载体的合理抗拔半径,总结成层土中影响载体桩质量的因素及相应对策。结果表明,除个别较软弱土层外,一般地层均适合作为载体桩的持力层;各适用土层单桩承载力与持力层深度呈现近似抛物线关系;粉土、粉砂作为载体持力层时对单桩承载力提高效果明显;各土层载体填充量也可统一列式求解,单桩载体填充量上限为2.3m^(3),群桩载体填充量上限为1.8m^(3);水泥砂拌合物外边界可作为抗拔计算半径;无明显低应变反射信号的载体桩性能应采用综合分析或其它原位测试方法进行验证。

成层土中基坑开挖降水引起的地表沉降分析

研究了成层土中基坑开挖降水引起的土中应力变化及周围地表沉降求解方法 ,在假定降水引发的渗流是一维竖向的条件下 ,推导了基坑周围土中有效应力和地表沉降计算公式 ,并结合具体基坑降水工程实例作了计算与实测结果的比较与分析 .研究结果表明 。

饱和成层地基中静压单桩挤土效应的有限元模拟

针对实际工程中成层土情况中静压桩存在的问题,在ANSYS平台上,应用位移贯入法对静力压桩的连续贯入的全过程进行有限元模拟,详细对比了在均质土和成层土中静力压桩产生的位移场和应力场。指出软硬土层交界处土体位移加大,土中挤压应力剧变,出现应力间断。实际工程中,挤压应力间断使已压入桩的侧向受力剧变,导致桩体易开裂、弯折。这里提出相应的解决方法。

成层非饱和土渗流的耦合解析解

成层土在工程中很常见,研究降雨过程中成层非饱和土的渗流-变形耦合对非饱和土土力学的发展具有重要的意义。由流体质量守恒,Darcy定律和Lloret等的非饱和土本构模型可得成层非饱和土渗流-变形耦合的控制方程。采用Gardner的非饱和土的渗透系数公式以及Boltzman模型,基于Laplace变换得到耦合方程的解析解。解析及其参数分析表明,渗流和变形耦合是具有时间效应的。与吸力变化相关的土的模量F,对成层土的孔隙水压力分布有明显影响。两层土的F差异越大,孔隙水压力消散得越慢,耦合效应越不显著。增大表层土的F值有利于降低耦合效应。成层土饱和体积含水率变化对吸力变化产生有限的影响。

成层地基中静压单桩挤土效应试验

采用室内模型试验研究了成层地基中静压桩沉桩过程,对模型桩整个沉桩过程中的挤土效应进行了分析研究.通过模型试验对在均质不同软硬地基中静力压入单桩过程产生的位移场进行了比较分析,获得了浅层土体、桩身周围、桩端处土体不同的位移变化模式,并揭示了桩周不同位置特别是软硬土层交界处土体位移随水平和深度方向的变化规律.试验结果表明,均质地基挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应;对于成层地基,最大径向、竖向位移均出现在软硬土层交界面处,由于软硬土层力学性质的差异,土体位移主要表现为,软层处位移变大,硬层处位移变小.试验获得的结果便于进一步明确静压桩沉桩过程中挤土效应的内在机理,对预估沉桩的施工影响和指导沉桩设计都具有现实意义.

成层土中桩的纵向振动理论研究及应用

建立了成层土中考虑桩端和桩侧土作用的有限长桩在任意激励力作用下的定解问题 ,并用拉氏(Laplace)变换和阻抗传递函数求得任意层土中桩顶速度和位移响应函数的解析表达式 ,然后利用卷积定理和付里叶 (Fourier)逆变换求得半正弦脉冲激振力作用下桩顶的速度时域响应的半解析解 (积分形式解 )。并就成层土中的桩侧和桩底土的特性的变化对桩纵向振动特性的影响作了进一步的研究。

成层粘弹性土中桩土耦合纵向振动时域响应研究

从三维轴对称角度出发,采用粘性阻尼粘弹性连续土介质模型,考虑桩土相互作用效应,对成层土中桩土纵向耦合振动时的桩顶时域响应进行了解析研究。求解时,首先建立定解问题,然后利用拉氏变换先对底部土层进行求解得到其振动位移形式解,然后利用桩土接触界面连续条件来考虑桩土耦合作用,分析底层土中桩段的动力反应,然后利用桩段阻抗函数的传递性,进行逐层递推求解,最终得到桩顶时域和频域响应的半解析解。通过参数影响分析和与工程实测曲线的对比,讨论分析了成层土中桩土耦合振动的响应特性,验证了本文解。基于本文研究可为桩基抗震、防震设计、桩基动力检测提供新的理论支持。

成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析

利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。

成层土中粘弹性变截面桩纵向振动分析及应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试,建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性变截面桩与多层土共同作用的数学模型,并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解,然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解。最后,采用数值模拟分析了桩周土层和桩身截面变化位置相同和不同两种情况下,桩周土参数的变化对桩顶速度响应的影响,同时还分析了桩身阻尼的变化对桩顶速度响应的影响。

成层土中粘弹性桩纵向振动分析及工程应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试,建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性桩与多层土共同作用的数学模型,并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解;然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解;最后采用数值模拟分析了桩侧土阻尼因子和桩身阻尼因子对桩顶速度响应的影响主要表现在对峰值点的衰减上,而桩侧土刚度因子主要对桩顶速度响应曲线的整体形状产生影响。