Centrifugal model test and numerical simulation of vertical earth pressure on soft foundation box culvert

To obtain the vertical earth pressure on a soft foundation box culvert and investigate the interaction of the soil-culvert-foundation system, both a centrifugal model test and a numerical simulation were conducted and the comparisons with the current methods to determine the load on a culvert were completed. The results of the model test and numerical analysis are in satisfactory agreement, which shows that the direction of the shear stress between the culvert and the adjacent embankment depends on the differential settlement between them. A vertical earth pressure concentration appears on the culvert with a rigid piles foundation because of a downward shear stress. The ratio of the load on a soft foundation culvert and the overburden pressure above the culvert raises first and then decreases as the backfill height increases. In order to reduce the load on a culvert, it is suggested to limit the stiffness difference of the foundations under the culvert and embankment and to use a light backfill over the culvert.

基于振冲碎石桩现场试验的软土坝基处理工艺研究

振冲碎石桩是软弱土坝基重要的加固手段,在实际的工程实践中,振冲碎石桩加固手段对于软弱坝基的处理是否有效需要基于现场试验进行检测。针对非洲卢旺达Nyabarongo II HPP工程的坝基振冲碎石桩加固措施难题,在国内选址了地质条件相似的温州仙湖试验区进行振冲碎石桩的现场试验,验证了振冲碎石桩加固深厚软土层的有效性。采用孔压静力触探试验、十字剪切板试验、动力触探试验、载荷试验检测振冲碎石桩的加固效果和地基承载力。相关研究可丰富软弱土坝基的振冲碎石桩施工处理工艺,为后续类似工程加固实践提供参考。

真空联合堆载预压法在寒区筑坝工程中的应用

真空联合堆载预压法是中国沿海地区常用的软基处理方法,但在北方地区筑坝工程中缺少工程案例和施工经验,具体表现在传统的插板工艺、密封墙工艺对复杂地层适应性不明确,大体积坝体堆载后密封膜的密封效果未知,冬季低温冻结力会破坏饱水的密封和排水系统。为此依托中国北方某土坝工程,选取先导试验段,分别开展塑料排水板插板工艺试验、密封墙成墙试验、密封膜保护试验和坝基防冻试验。研究结果表明:履带式振动插板工艺能有效穿透上覆硬壳层,其施工效率优于引孔+振动插板工艺;采用1.2 m双排泥浆搅拌墙方案能起到良好的负压密封效果;在密封膜表面铺设无纺布、编织布,过渡层采用轻型压实能有效保护真空密封膜。在土坝上层和坡脚填筑2 m的防冻层,可有效防止地基土层和排水系统冻结,冬歇期后真空排水系统可正常运行。

不同强度坝基与坝体接触面力学特性试验研究

为研究不同强度坝基与坝体接触面的抗剪强度特性,结合芝瑞抽水蓄能电站,采用NHRI-4000型高性能大型接触面直剪试验仪,通过直剪试验,对比研究了不同强度基岩与坝体接触面的力学特性。结果表明,坝基与坝体软弱接触面的应力-应变关系大体仍符合Clough等提出的双曲线接触面模型;随着接触材料由较硬基岩到软岩,接触面剪应力与剪切位移曲线由典型的软化型转变为硬化型,且采用双曲线接触面模型整理得到的坝体与坝基接触面的力学指标发生了急剧衰减。作为坝基与坝体的接触部位,坝基为软弱基岩、尤其是软弱覆盖层时,相关接触面的力学特性值得重视及进一步研究。

软基黏土心墙堆石坝三维有限元沉降变形计算

团结水库大坝是位于软基的黏土心墙堆石坝,所面临变形控制难等设计难点,结合黏土心墙堆石坝坝体结构、坝壳料设计,借鉴已建工程经验提出软基抗变形工程措施。采用三维有限元软件建立了坝体、坝基的有限元计算模型,坝壳料的静力学本构采用了邓肯张非线性弹性E-B模型,计算分析了坝体竣工期与正常蓄水位时的变形量。结果表明:坝体在竣工期、正常运行期变形规律合理,黏土心墙不会发生水力劈裂。

水流冲刷下的涵洞软地基承载性能与加固技术

针对目前研究的涵洞软地基承载性能分析结果不准确,加固技术难以达到要求等问题,在水流冲刷下提出一种新的涵洞软地基承载性能与加固技术。以武汉市武昌区红巷南侧、临江大道东侧、武昌山北地区主要的排渍泵站为例,分析其承载性能,确定加固技术。分析水流冲刷下的涵洞软地基特性,根据物理特性、固结特性与强度特性确定涵洞软地基的刚性特性,建立有限元数值模型,对粘土和砂土地基与涵洞软地基承载力之间的关系进行分析,得到承载力变化规律,研究涵洞软地基承载力随固结变化的情况,计算涵洞软地基承载力。通过降低超静孔隙压力的方式增加涵洞软地基的承载能力,控制涵洞软地基的液化性,实现水流冲刷下的涵洞软地基加固。研究的水流冲刷下的涵洞软地基承载性能与加固技术得到的地基承载力数值与实际值更加接近,加固性能更好,具有很好的实际应用效果。

贵州某水电站坝基优化地质研究

混凝土重力坝,特别是百米级以上的高坝,对坝基岩体的质量要求较高。对于某水电站,由于坝基以下软岩埋藏较深,加之软弱夹层发育,工程设计多偏向于大坝的安全,使坝基挖深过大,造成一定的浪费。鉴于此,以贵州某大型水电站为例,对大坝建基面的优化选择进行了地质研究。通过地质复核试验,综合考虑坝基的岩体质量、岩体物理力学参数、岩体抗变形能力、岩体承载力等物理力学性质,论证了该大坝以较软岩作为建基面的可行性。经优化设计,使坝基总体抬高了13m,研究成果取得了显著的经济效益和社会效益。此外,还对坝基优化后存在的主要工程地质问题、工程处理措施进行了分析、总结,为类似条件下高重力坝建基面的选择积累了可靠的经验。

高速铁路软土地基钢波纹板涵洞施工技术

本文依托高速铁路工程施工,介绍了软土地基钢波纹板涵施工技术,分析了采用CFG桩加固的优点,极大地维持了原状土地下水渗流形态,并基于大断面钢波纹板涵安装,详细介绍了辅助安装装置构造、施工原理及施工工艺.同时从波纹板性能要求、紧固件性能要求、防腐层性能要求等三个方面,提出了钢波纹板涵洞质量验收指标,以期对类似工程施工提供借鉴和参考.

深厚软基筑坝加固方案设计与优化研究

深厚软基筑坝受高含水率、高压缩性、低强度、变形持续时间长等不良工程特性制约,相关基础研究严重滞后于工程建设,尚无成熟理论和技术标准来支撑深厚软基筑坝工程建设。本文依托文海水库的深厚软基筑坝工程,综合考虑地基承载力与大坝数值计算结果,系统开展了反压平台、搅拌桩、排水板、旋喷桩及复合处理等筑坝加固方案的优化分析。结果表明,文海水库深厚软土地基处理应综合考虑减载、反压加地基处理等多种技术手段,在坝体分期加高的基础上,采用“高压旋喷桩+反压平台”的综合处理方案可有效保证坝体的抗滑稳定,相关研究可为类似深厚软基工程处理提供参考。

水利大坝施工过程中软土地基处理方法分析

在水利大坝施工过程中,地基的处理十分重要,直接影响工程施工质量,尤其是软土地基,其土质疏松、含水量大,往往难以承受较大的水利压力,可能造成倒塌和溃坝现象。基于此,文章对水利大坝工程施工过程中软土地基的处理技术和质量管控措施进行了研究,通过使用各种技术手段,有效防止土地沉降,希望当前施工团队在提高施工技术水平的基础上,加强对软土地基处理技术的应用,进而推动我国水利工程的建设。

深厚软基条件下大坝稳定性分析研究

文海水库大坝坝基位于深厚软土之上,坝基稳定控制直接影响坝体填筑施工安全,坝基失稳会造成坝体沉陷、坡脚地面隆起。本文针对该水库深厚软基的复杂地质条件,系统开展了深厚软基筑坝中扩大反压平台规模、增设高压旋喷桩以及反压平台+旋喷桩等施工方案比选。结果表明,在增设宽20m、厚1.0m反压平台的基础上,在基底布设置换率0.15的高压旋喷桩的复合基础稳定控制方案能明显提高地基承载力,有效控制坝基变形和沉降,采用该方案施工的水库也稳定运行至今。此基础处理方案可为类似深厚软基工程处理提供参考。

考虑基础刚度的新型高填方双层衬砌式明洞的动态力学特性

为解决高填方明洞整体式衬砌过厚导致的水化热裂缝问题,在渝利铁路重庆丰都高填方明洞工程中首次采用双层衬砌设计,通过现场实测及数值模拟2种方法分析该新型结构的动态力学特性。结果表明:在回填土达到明洞顶部前,即仅有侧向荷载时,明洞结构的内力增量很小,在回填高度超过明洞顶部后,明洞的内力则随回填高度的增加而线性增长;双层衬砌明洞的外衬和内衬的轴力之比接近二者的厚度之比,而二者的弯矩之比则无类似规律,二者的相互作用方式与组合梁类似;采用混凝土坝基础时一定程度上增大明洞的荷载,其上明洞的轴力和弯矩分别为软岩基础上明洞的1.2~1.6倍和1.6~2.4倍;明洞拉应力集中现象主要出现在边墙位置。建议对混凝土坝基础上的明洞采取减载和优化边墙结构措施。

淤泥冲击挤压作用下软基土石坝动力响应分析

以江西城门山铜矿城门湖区软基土石坝为研究对象,基于淤泥流动过程中的冲击力特性,采用FLAC3D程序模拟和分析了淤泥冲击挤压作用下软基土石坝的水平速率、水平位移和剪应变等动态响应。研究结果表明:(1)坝体速率变化规律与冲击挤压作用周期基本一致。坝体监测点速率大小及发生运动的区域均随时间增加而增大。约在0.3 s(1/2周期)时,速率达到最大值;而约在0.45 s(3/4周期)时,发生运动的区域达到最大;之后随着冲击荷载的衰减坝体质点逐渐趋于静止。(2)淤泥冲击挤压作用下坝体发生了永久位移,平均位移值约30 mm,可看作坝身整体向下游侧移动了30 mm。(3)坝体内形成了一条明显的剪应变增量贯通带,发生区域位于上层软土坝基内,表明坝体最可能沿此位置发生整体滑动失稳破坏。

软基深埋涵洞土压力和沉降的三维有限元分析

通过软基坝下深埋涵洞的三维有限元计算,对涵洞的土压力及沉降问题进行了分析研究。研究结果表明:(1)在洞顶采用减荷措施时,洞顶竖向土压力明显减小,减荷效果比较显著;而对洞体的最大不均匀沉降率基本没有影响,涵洞周边土压力的分布特征与无减荷时也是相同的。(2)洞基处理深度变化对洞体附近的应力有影响,且随处理深度的增大,洞顶竖向土压力和洞侧面水平土压力分别有缓慢增大和缓慢减少的趋势。(3)洞底沉降随处理深度的增大而有微弱的减小,但不均匀沉降均小于0.5%,且从总体上看,其量值对工程的影响并无本质的差异,对洞基不进行处理时,洞基的不均匀沉降少许的增大不会对涵洞造成危害。

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6：2.5：1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm×37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6：2.5：1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。

土工离心机试验涵洞模型设计与分析

针对软基低路堤涵洞模型进行室内离心机试验,介绍了涵洞模型制作的过程以及遇到的一些问题。涵洞模型设计采用了必要的简化手段和替代材料,模型桩基设计采用了等复合模量的换算方法,同时考虑了道路面层与行车荷载的相关换算模式。模型试验结果表明:对于软基低路堤路段,涵洞设置水泥搅拌桩复合地基可以减小绝对沉降,但却增加了路面纵向差异沉降;从减少跳车现象、增加行车舒适性考虑,在软基低路堤路段涵洞设计时建议以控制不均匀沉降为主,以控制绝对沉降为辅的设计理念进行设计。

西南某水电站深厚软弱覆盖层地基工程地质研究

研究深厚软弱覆盖层地基工程地质问题对于水电站建设适宜性、投资、工期、运行安全等有十分重要的意义。通过对西南某水电站深厚覆盖层工程地质问题的研究及处理,提出了地质专业分析研究此类问题的方法,并对设计提出了合理性建议,对同类工程具有一定的指导意义。

河床式水电站厂房地震响应软弱基岩弹模敏感性分析

针对水工抗震设计规范的修订情况,以某软弱基岩河床式水电站厂房为例,对中间标准机组段建立基础—厂房整体有限元模型,研究设计反应谱特征周期和下降段衰减系数变动对厂房结构地震动响应的影响,然后依据《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)定量分析软弱基岩弹模变化对河床式水电站厂房自振特性及静动力响应的影响规律。结果表明:由于反应谱特征周期与衰减系数的调整,该厂房依照《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)所得响应较《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073—2000)更为剧烈,第一主应力与总位移可分别提高36.3%和29.8%,增强程度不可忽视。基岩弹模低于5.0 GPa时,厂房对基岩弹模的变化十分敏感,较小的改变也会显著影响厂房在静动力荷载环境下的应力、位移和变形等响应;基岩弹模高于5.0 GPa时,厂房对其变化不再敏感。可见,必须重视软弱基岩弹性模量参数改变的情况,这种改变将对其上建筑物的静动力计算结果产生不可忽视的影响。

应用静力触探技术分析土石坝软基抗滑稳定性

在深圳公明地区的16个勘察区域进行了十字板剪切试验和静力触探试验,分析了典型地基土的原位不排水强度与静力触探锥尖阻力间的关系并归纳出公式。利用经验公式将静力触探测试的锥尖阻力成果转化为原位土体的不排水抗剪强度指标,用于分析深圳公明水库土石坝软基抗滑的稳定性,反映了坝基土的非均质性以及地质缺陷对坝坡稳定的影响。

软土地基沟埋式涵管的若干关键设计问题探讨

目前,沟埋式涵管广泛应用于珠三角水利建设中,由于缺乏对软土地基变形规律的正确认识以及合理的涵管垂直土压力计算理论,涵管在运营中常常出现各种病害。本文以广东省肇庆市某涵闸工程为研究背景,分析了软土地基上涵管的一些常见问题,包括地基不均匀沉降、涵管开裂、附加土压力等,通过现场调查、原位试验和有限元分析问题产生的原因,并且对涵闸地基沉降计算以及箱涵顶垂直土压力进行研究。最后,给出解决上述问题的一些方法和建议:1基础设计时,不仅要考虑地基强度问题,更要重点计算地基的沉降,确保处理后地基的刚度差异不大,以减少地基的不均匀沉降;2根据填土荷载大小确定地基刚度,即荷载越大的地方布桩应该越密,反之越疏;3涵管的结构设计必须考虑地基不均匀沉降引起的附加土压力。