基于PS-InSAR的小浪底土石坝形变监测与稳定性模拟

探索土石坝形变规律及稳定性分析是全球水利工程所关注的一个重大问题,对保障人民群众生命安全和经济健康发展具有重大意义。采用2017年3月至2021年9月小浪底土石坝55景Sentinel-1A卫星SAR影像,利用PS-InSAR技术,监测到小浪底土石坝近5年从坝顶至坝底呈现“阶梯状”形变趋势,最大形变量达到-86.09 mm;并结合库水位、降雨量等因素,发现坝体整体呈现“夏急冬缓”的季节性形变趋势。进一步采用二维有限元方法,对小浪底土石坝的模拟模型进行渗流、应力分析。在高库水位情况下,相较于低水位情况,坝体渗流量更大、形变速率更大;在应力分析部分,发现坝体的垂直向形变趋势与InSAR监测结果相吻合,亦呈现“阶梯状”形变。研究成果不仅为小浪底土石坝运行稳定性分析及形变历史回溯提供理论基础和决策依据,也说明PS-InSAR技术与二维有限元模型模拟技术在水利工程监测方面具有巨大的应用潜力。

膨胀土地层深基坑变形分析及控制

在膨胀土地层的深基坑施工,采集围护结构变形情况的监测数据,能分析出变化量最大部位在时间和空间上的分布,再结合施工步序,提前采取相应措施,或者优化开挖工序,指导施工。本文以某车站深基坑监测为例,对膨胀土地层深基坑的围护结构变形情况进行分析,阐述监测数据的变形规律,总结施工过程中各项变形控制措施的有效性。可以有效地避免膨胀土地层对围护桩变形产生的不利影响,保证了基坑施工安全。通过总结膨胀土地层对基坑开挖各个时期的影响情况,提出合理化的控制措施和实用建议,为相关地区类似项目开展提供参考。

相邻基坑围护结构变形及控制的模拟与实测

通过对杭州市深厚软土地区的相邻基坑群开挖过程进行全工况数值模拟,评估基坑设计中采用的各项工程措施对抑制相邻基坑施工相互影响的效果,并结合工程实测数据分析,探究已开挖基坑的围护结构受邻近后开挖基坑影响的变形发展规律。分析表明:相邻基坑先后施工时引起已建基坑土体位移模式改变,导致支撑轴力减小、地表沉降加剧、相邻侧坑底隆起减小,且基坑相邻侧围护结构侧移发展方向发生转变,出现向坑外的“回弹”;软土基坑采用带内支撑的挡墙式支护结构对相邻基坑施工较为敏感,可以采用设置板带支撑和对坑底土体进行加固等方式消减基坑受邻近施工影响而产生的附加变形。

软土地层地下空间逆作施工变形控制关键技术及应用

我国软土分布广泛,基坑开挖易诱发工程灾害。项目组针对软土地层地下空间开发中逆作基坑土方开挖和水平结构施工速度慢、挡墙暴露时间长、软土流变效应影响加剧、混凝土水平支撑结构收缩徐变显著等因素导致变形偏大、环境影响突出等工程问题,建立了系统的软土地层逆作基坑变形和稳定分析理论,研发了逆作基坑变形控制的系列核心技术,建立了“实时监测→快速反演→伺服调控”的基坑变形全过程监控体系,较好解决了软土地层地下空间逆作施工变形控制的关键难题。首次将逆作技术应用于软土地基既有建筑地下增层,提出了既有建筑地下增层的变形控制技术。项目成果已成功应用于200余项大型地下空间工程,经济效益和社会效益显著。

地下室拆复建工程对旁侧地铁影响的实例分析

本工程位于杭州市拱墅区地铁2号线边,场地内分布有1层老地下室,需拆除原有地下室改建为2层地库,基坑开挖范围内以淤泥质粉质黏土为主,基坑位于中心城区,邻近主要市政道路,且西侧道路下为运营地铁,周边环境非常复杂,拆复建期间要确保周边环境特别是运营地铁安全,基坑变形控制和环境保护是本工程需考虑的重点。本工程邻近地铁一侧基坑采用800厚地下连续墙结合1道钢筋混凝土支撑和2道带轴力补偿系统钢支撑,其余范围采用咬合桩结合2道钢筋混凝土内支撑,远离地铁A区大坑设置钢筋混凝土栈桥,邻地铁侧B区坑内采用高压旋喷桩抽条加固。实际施工过程中发生了地铁隧道变形超控制值、南侧污水干管渗漏、地墙和桩基施工遇地下障碍清障难等事故,可为类似软土地基基坑设计、施工、基坑变形控制、地铁保护监测、采用有限元风险软件预测地铁变形和地铁设施的保护与修复提供参考。

基于现场载荷试验的压实土石填筑料变形参数反演

为了解现场压实土石填筑料的变形特性,开展了5组不同土石填筑料的平板载荷试验,并采用改进加速遗传算法对试验结果进行了反演分析,得到了“薄层重碾”作用下压实土石填筑料的邓肯E-B模型参数.在此基础上,对句容抽蓄上水库库盆填筑过程进行了数值模拟.结果表明:现场压实后的土石填筑料处于超固结状态,其在初始加载阶段产生的沉降较小;由于缩尺效应影响,室内三轴试验试样与现场原级配土石填筑料的力学性状存在较大差别,现场压实土石填筑料的K和K_(b)更大,卸荷模量系数K_(ur)为K的1.56~2.33倍,加载函数初值S_(0)在0.3~0.42之间;利用三轴试验参数计算得到的库盆测点沉降明显大于实测值,而基于反演参数的计算结果与实测值基本一致,说明基于平板载荷试验结果反演确定现场压实土石填筑料变形参数的方法是合理可行的.

岩土复合地层盾构隧道对地表变形及应力分析的研究

考虑到岩体与土体力学性质的差异,利用复变函数结合随机介质理论建立岩土复合地层隧道开挖的力学解析模型,将理论计算结果与数值模拟、现场实测结果进行对比。结果表明:解析解、数值解与实测值三者的吻合度相对较高,且数值解与理论解的沉降槽宽度保持一致,说明该理论计算方法具有较高的可信度。随后讨论了作用于岩、土层分界面不同竖向荷载、岩层隧道埋深与其半径之比以及岩体泊松比等参数对地表变形及洞周应力的影响。结果表明:随着岩、土层分界面竖向荷载的增加,地表沉降也不断增大,洞周环向压应力在隧道拱腰附近显著增大而拱顶环向拉应力变化相对缓慢;随着深径比h/r的减小,地表沉降逐渐增大,当h/r≥3时,增大深径比对洞周环向应力的影响相对较小;岩体泊松比越大,则地表沉降越小,洞周环向应力分布越均匀。

工程降水引起基坑及土体变形机理、规律及控制策略研究

为了解决深基坑工程开挖过程中由于工程降水导致的基坑围护结构和土体变形控制难题,本文以山东省济南市某高层小区深基坑工程开挖为研究对象,运用数值仿真模拟的手段建立基坑降水模型,研究工程降水引起基坑和土体变形的机理及瑰丽,并提出相应的控制策略。研究结果表明,对潜水降水时,在基坑内降水结束后,除地表处的土体沉降变形不变外,其余深度范围内的土体变形呈现抛物线的变化趋势;随着深度的增加,基坑土体的沉降不断增加。降水孔间隔和降深均会对围护结构的水平位移产生明显的影响,但降水孔间隔对围护结构的水平位移主要在间隔较小时影响较大,可以通过调整水位的降深和降水孔间隔达到控制后围护结构变形的目的。

土石混合体工程地质力学特性及其结构效应研究

土石混合体是一种土-石混杂、分布广泛、性质特殊的地质体,也是众多山区滑坡的重要载体.复杂的土-石结构组成是此类介质物理力学特性复杂、难以把控的关键.本文通过多尺度宏-微观室内和现场物理力学试验与模拟,对土石混合体的强度特性、变形特性和渗透特性及其结构控制机理展开了深入研究,系统阐明了含石量、块石形状、基质组分、土-石级配等关键结构因子的制约规律,进一步揭示了土石混合体强度和变形特征随机性的土石结构控制规律,提出了不同结构状态下强度参数的正确获取方法;研究了不同含石量土石混合体的非线性渗透特性,获得了非线性渗流计算模型及其抗渗变形优化设计方法,为全面建立基于真实土石结构和非线性本构关系的新一代土石混合体滑坡预测预警体系提供一定的理论支撑.

滑坡监测TDR技术的试验研究

针对时域反射法(TDR)在滑坡监测方面的应用,阐述了TDR技术的基本原理及电磁波在同轴电缆中的传播特性,通过对三种不同型号同轴电缆室内剪切试验,研究了同轴电缆的剪切变形对TDR波形的影响,总结了不同型号同轴电缆的反射系数随剪切位移的变化规律及力学特性。结合实际工程情况,通过浇筑于水泥砂浆填充体中的同轴电缆TDR试验,分析对比了几种试验条件下同轴电缆的TDR特性,提出了一些具有实际工程应用价值的结论。

蓄水后土石坝应力变形有效应力算法

水库蓄水后,土石坝应力变形较之施工填筑阶段更为复杂,其计算方法可分为总应力算法和有效应力算法。总应力算法简便直观,将心墙作为一个大单元仅宏观上符合总应力加面力的组合,而在微观上对于心墙具体单元而言却不符合;有效应力算法是采用有效应力加渗流力的组合,再考虑浸润线以下坝壳和心墙每个单元受到的浮托力及湿化变形引起的等效结点力(等效荷载),因此,不论是在宏观上,还是微观上,有效应力算法将更趋于合理,没有总应力算法所存在的缺陷。

软弱基座型斜坡变形破坏过程研究

在现场调查的基础上,以黄河上游某电站库区一个下部有软弱基座、上部为硬岩构成的双层结构型斜坡中发育的大型滑坡为例,通过地质分析及数值模拟分析,揭示了该类斜坡的形成多以软弱基座的压缩变形为先导,从而引起上部岩体拉裂、弯曲变形,并最终受坡体内最大剪应力带控制而形成蠕滑拉裂型滑坡的特征。

土岩结合条件下深基坑支护方式研究

以青岛地区"上部土层、下部岩层"的土岩结合地质条件为背景,对该地区深基坑支护方式进行总结,得出土层桩锚与岩层喷锚相结合的主要支护形式。选取青岛地区两个典型深基坑——青岛地铁李村站为实例,对该地铁车站基坑变形进行数值模拟。结果表明:桩锚、喷锚、内支撑相结合的支护体系在青岛地区具有很好的实用性,尤其在控制基坑水平位移、围护桩内力及周边地表沉降等方面效果明显,这将为青岛地铁后续工程设计提供有效指导,并为类似土岩结合地区深基坑支护设计提供借鉴。

新意法隧道设计施工概述

20世纪70年代中期,意大利的Pietro Lunardi教授开始研究并逐步创立了岩土控制变形分析法(ADECO-RS法),该方法用中文解释为"新意法"。介绍新意法的理论基础、新意法隧道设计施工的基本步骤以及新意法与新奥法的不同之处,为新意法在我国的推广应用提供参考。

土钉支护结构的施工监测与变形控制

结合某软岩高边坡工程 ,对土钉支护结构的受力和位移进行了监测。通过对实验数据分析了土钉支护的结构原理和受力状态 ,表明土钉支护工作原理既不同于锚杆结构 ,又不同于土钉墙。同时根据施工过程中对边坡水平位移的监测 ,及时调整了边坡的支护参数、开挖深度和支护时间 ,控制了施工过程中边坡的变形 。

流固耦合油藏数值模拟中物性参数动态模型研究

根据流固耦合的基本思想，将渗流力学与岩土力学相结合，阐述了流固耦合油藏数值模拟的基本原理及其实现过程；将油藏开来过程中的物性参数视为应力与温度的函数，并根据体积应变的概念，导出了流固耦合油藏数值模拟求解所需的孔隙度、孔隙压缩系数及渗透率等物性参数动态变化的理论计算模型，为实现流固耦合油藏数值模拟提供了有效的途径。最后，利用导出的模型进行了实例计算，结果证明在油藏开采过程中流固耦合效应强烈，对物性参数有很大的影响，并最终影响油藏的开采动态，从而检验了流固耦合油藏数值模拟的实用价值。

垛式新型悬臂式挡墙的数值分析及应用探讨

悬臂式挡土墙轻型、柔性的力学特点使其具有适应交替变形的优点,但对其高度有一定的限制。对如何既利用悬臂式挡墙较高的抗倾覆能力和抗滑特性,又能在充分利用墙后填土的自重的前提下提高其支挡的高度,提出了多级垛式悬臂式挡墙这一新结构,并对其进行了探索和讨论。从探索悬臂式挡墙新的构成形式出发,首次提出二级垛式悬臂式支挡结构,并通过数值分析研究其受力变形特点。根据模拟的施工工况,采用弹塑性本构模型并考虑能够反映土体与墙面相互作用的接触单元,分析了墙背变形和填土的受力。此外,通过其力学特点分析和青藏铁路试验段的变形测试结果,探讨其在多年冻土地区的应用,以期为工程应用提供参考依据。

水-岩土化学作用与地质灾害防治

水岩土化学作用对岩土力学效应的研究是岩土力学中亟待开拓的研究领域， 此方面的研究及其应用将直接导致地质灾害研究领域中新认识的出现， 并在地质灾害机理与防治研究及环境地质研究等方面具有广泛的应用前景。本文对常温常压下，不同岩石在不同循环流速的水化学溶液中抗压强度的变化进行了试验研究， 主要对水化学作用对岩石的力学效应的作用机理进行了分析， 同时也分析了水化学作用对土体力学性质的影响， 讨论了其定量描述的可能性及扩展到更广泛的应用研究领域的前景， 其中对一些典型的与水化学作用有关的地质灾害作了分析， 并对地质灾害防治的研究思路进行了探讨。

紫坪铺水利枢纽工程左岸坝前堆积体变形破坏机制研究

为准确把握紫坪铺水利枢纽工程左岸坝前堆积体在水库运行期间的稳定性动态,进行了工程地质条件和堆积体特征调研,结合堆积体的演化规律分析判断其当前处于缓速蠕变演化阶段,在水库运行条件下其变形破坏主控因素为库水作用效应和地震动力效应,并分析主控因素的作用机制,重点研究堆积体在水库运行期间的变形破坏机制。研究发现,堆积体在水库运行期间可能发生表层蠕滑变形和局部坍塌现象,且存在整体沿底部、整体沿腰部、局部沿底部和局部沿腰部4种可能的失稳模式。然后讨论边坡工程中常用的莫尔–库仑准则和广义米赛斯准则的优缺点,分析常用失稳判据的由来,并根据收敛判据提出了具体的实用判别指标。通过强度折减法确定了局部沿腰部失稳模式的滑动面位置和形状,结合极限平衡法进行上述4种失稳模式在不同工况下的稳定性分析。最后分析堆积体的变形破坏演化过程,表明在水库运行期间将首先发生灯盏坪前缘局部沿腰部失稳破坏,继而可能诱发堆积体整体失稳破坏,因此其治理重点应在于严格控制灯盏坪前缘坡体的稳定性。

软弱围岩隧道掌子面及超前核心土挤出位移特征研究

为研究软弱围岩隧道掌子面及超前核心土的挤出位移特征,用Solexperts AG公司生产的GMD滑动测微计对湄渝高速岐山隧道F215构造破碎带区域进行了挤出位移实测,通过有限差分程序进行系列数值试验,着重研究了隧道穿越软弱围岩期间挤出位移的变化特征,并分析了破碎带长度和硬软岩刚度比的影响。结果表明,(1)挤出位移的大小可反映前方围岩质量,挤出位移在超前核心土内的分布可反映前方围岩的节理裂隙发育情况;(2)隧道开挖在掌子面前方造成的扰动范围大致为1.5倍的隧道开挖跨度;(3)隧道接近前方变化地质区域时,挤出位移的增大或减小具有超前性;(4)软岩段长度在一定范围内会影响掌子面进入软岩区后挤出位移的大小和变化趋势;(5)硬岩与软岩间的刚度比越大,挤出位移变化速率越大,且隧道由软岩区向硬岩区掘进时挤出位移的变化时机越早,而由硬岩区向软岩区掘进时的变化时机不受刚度比影响;(6)可将对挤出位移的监测分析作为超前地质预报的补充手段判断掌子面前方围岩情况。