开挖顺序及内支撑早期刚度对软土基坑稳定性影响规律

深基坑开挖变形控制是软土基坑工程的难题,工程中常采用密集的混凝土内支撑来提高支撑刚度,然而实际工程中未能合理考虑软土深基坑的开挖顺序和混凝土内支撑早期刚度影响,往往导致基坑实际变形远大于设计值。结合珠三角水资源配置工程的软土深基坑,利用验证后的数值模拟方法研究了不同开挖顺序及混凝土内支撑早期刚度对基坑受力和变形特性的影响规律,得出了分层分区非对称开挖和对称开挖对地连墙水平位移和地表沉降的影响规律。结果表明:尽管非对称开挖会造成基坑两侧的地连墙位移和地表沉降差异,但是密集内支撑条件下非对称开挖比对称开挖对于基坑周围地表沉降和地连墙水平位移影响更小并能够大量节约工期;受混凝土内支撑早期刚度影响,施作内支撑后越早进入下一步开挖,地连墙水平位移和周围地表沉降越大;考虑内支撑早期刚度影响时基坑上部的内支撑轴力会增大,而下部的内支撑轴力会减小,早期刚度越小,这种趋势越明显;现场施工时难以实时动态监测混凝土的弹性模量,极易造成内支撑轴力的早期监测数据失真,甚至给工程带来错误决策。

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。

深松铲对砖红壤扰动行为影响的仿真与试验

针对香蕉地深松作业相关研究较少,深松铲-土壤耦合机理尚未明确等问题,结合海南热区香蕉地砖红壤土的物理特性,利用离散元虚拟仿真试验,堆积生成了耕作层、犁底层和心土层3层土壤模型,建立了滑切深松铲-土壤耕作模型,并通过对比虚拟仿真试验,研究了滑式深松铲和国标深松铲对海南香蕉地土壤的扰动情况。结果表明:在相同的作业条件下,滑式深松铲作用下的土壤颗粒在x、y和z方向的最大运动速度均明显大于国标深松铲对土壤颗粒的作用,且滑式深松铲的扰动轮廓要明显大于国标深松铲作业的扰动轮廓,同时滑式深松铲作用下土壤蓬松度和土壤扰动系数均大于国标深松铲作用产生的深松效果,进一步验证了所设计的滑式深松铲更适用于海南香蕉地的深松作业。

成都膨胀土地区深基坑降雨稳定性分析与变形预测

成都膨胀土分布广泛,降雨是引发该地区深基坑工程事故的一个重要因素。基于工程实例的调研,分析了降雨入渗作用下排桩支护的成都膨胀土地区深基坑的典型变形失稳过程;总结了基坑常见破坏类型;基于工程实测数据,将基坑水平变形曲线概括为3种类型:陡变型、渐变型和稳定型。根据该地区深基的变形失稳的发展过程以及降雨初期3种不同类型实测水平变形曲线的发展规律,指出成都膨胀土地区深基坑工程的早期的风险防范可以以围护结构的水平变形为依据。基于小波分析、人工神经网络和Copula随机变量相关性分析方法,建立了考虑降雨影响的基坑水平变形预测模型,并对实际深基坑的变形进行了预测,基于预测的变形提前给出了风险预警。变形的预测结果与实测结果具有较好的一致性,初步证实了所提出变形预测模型的有效性。在采用相同的变形预警指标情况下,根据预测变形进行风险预警能够大幅提前预警时间,为优化处理方案提供依据。

深层土壤硝态氮原位实时检测系统设计与开发

硝酸盐是植物氮素营养的重要来源,低成本、微损的深层土壤硝态氮含量原位检测一直存在瓶颈。基于土壤光谱特性,设计了一款低成本、深层土壤硝态氮原位实时检测系统。该系统基于单光谱波段,可深层植入土壤中进行原位测量,利用钛烧结滤芯采集土壤溶液,通过220 nm波段的紫外光灯作为照射光源,根据吸光度原理和电压电流转换放大电路,检测采集到的土壤溶液中硝态氮的含量,同时采用LoRa无线传输模块将数据自主传输至上位机,无需人工干预,无需对土壤样本进行采集和处理,不仅降低了检测成本,而且降低了人力成本。土壤硝态氮预测模型的预测决定系数R^(2)、相关系数R、均方根误差RMSE分别为0.9822、0.9911、0.0092,满足实际应用测量的准确度。

冷凉区黑土有机质和玉米产量双提升技术探索及经济效益分析

为明确有机肥还田+保护性耕作措施下黑龙江省西部土壤有机质和作物产量的双提升技术效果,2021年10月,在黑龙江省西部齐齐哈尔市梅里斯区开展试验,以玉米为供试作物,设置5个处理:有机肥+深松40 cm(YS40)、秸秆留茬+深松40 cm(WS40)、有机肥+旋耕20 cm(YS20)、秸秆留茬+旋耕20 cm(WS20)、有机肥表施+免耕(YB);一个对照:秸秆留茬+免耕(CK)。结果表明:施入有机肥的处理能够提升深土层土壤肥力,在20~40 cm土层中YS20处理与CK处理相比有机质和全氮依次提升11.56 g·kg^(-1)和0.57 g·kg^(-1);40~60 cm土层中YS40处理与CK处理相比有机质和全氮依次提升2.83 g·kg^(-1)和0.28 g·kg^(-1)。土壤结构方面,在0~20 cm土层中YB处理的容重较CK降低17.5%、含水量提升35.5%,40~60 cm土层中YS40处理的容重较CK处理降低5.3%、含水量提升38.4%。有机肥与保护性耕作处理提高了玉米不同生育时期叶面积指数、叶绿素含量和干物质积累量,进而提高了玉米产量,第二年的YS40、YS20、YB处理较CK处理分别增产14.5%、18.5%、11.4%。收益分析表明,与CK处理相比,2021年YB处理和2022年YS20处理收益增加最多,分别增加5770元·hm^(-2)和5223元·hm^(-2)。综上所述,黑龙江省西部薄层黑土实施有机肥还田+保护性耕作是提升土壤有机质、有机碳储量、全氮、全氮储量、玉米产量和经济效益的有效措施。

基于CWT-CARS-CNN综合方法的矿区土壤煤源碳质量分数高光谱估测

目的目前,尚无可靠方法定量识别土壤中煤源碳,为此,方法采集焦作矿区耕地土壤,配制249个不同质量分数的煤源碳土壤样品,利用ASD FieldSpec4获取样品光谱数据,采用连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)-竞争性自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)-卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)方法估测土壤中煤源碳质量分数,并对比CWT-CARS-CNN方法与传统光谱指数法构建的煤源碳估测模型估测效果,检验CWT-CARS-CNN估测模型的适用性。结果结果表明:350~2500 nm波段内,煤与土壤光谱特征截然不同,含煤土壤样品光谱反射率随煤源碳质量分数增加而降低;CWT方法提高了光谱对土壤煤源碳的敏感性,CARS方法提取的煤源碳敏感波段数量明显增加,基于CWT-CARS-CNN方法的煤源碳质量分数估测模型精度明显高于传统光谱指数法的;以L8分解尺度构建的CWT-CARS-CNN模型精度最高,验证集R2=0.9993,RPD=40.3081。结论基于CWT-CARS-CNN的高光谱估测方法能较准确地估测矿区不同土地利用类型下土壤中的煤源碳质量分数,可为“双碳”背景下矿区土壤碳固存与肥力评估提供参考。

增效型无土相仿生油基钻井液技术的研究与应用

针对深井超深井钻井过程中钻遇高温高压、井壁失稳及井下复杂情况的难题,基于仿生学、超分子化学以及岩石表面润湿性理论,通过优选仿生增效剂、仿生提切剂及仿生降滤失剂,配套相关处理剂,最终形成了一套适用于深井、超深井地层钻探的增效型无土相仿生油基钻井液体系。研究发现,建立的增效型无土相仿生油基钻井液体系可抗220℃高温,配制密度为2.4 g/cm^(3),破乳电压大于400 V,高温高压滤失量为3.2 mL,人造岩心在该体系中220℃下老化后的抗压强度达到7.1 MPa,平均渗透率恢复值为93.9%。现场应用情况表明,体系流变性能稳定,平均机械钻速比邻井提高16%,平均井径扩大率仅为1.25%,可有效解决深井超深井钻井过程中出现的井壁失稳难题,为我国深井超深井的钻探提供了技术保障。

基于TRNSYS的中深层土壤源供暖系统运行特性分析

本文针对长春地区某居住建筑,利用TRNSYS软件建立中深层地埋管土壤源热泵系统仿真模型,模拟分析了热泵机组性能系数(简称COP)随地埋管深度和运行年数的变化趋势及岩土导热系数对地埋管出水温度的影响。结果表明,地埋管深度越深,COP随运行年数变化越小,系统运行越趋于稳定。当地埋管深度达到1800 m时,系统运行趋于稳定。在运行初始阶段,地埋管出水温度变化幅度较大。当运行达到750 h时,地埋管出水温度趋于稳定;当热储层岩体导热系数增加2 W/(m·℃),载热流体出口温度由34.1℃增至36.9℃,增加了8.21%,由此可见岩体导热系数对地埋管出水温度的影响显著。

粉垄深松深耕改善南疆重度盐碱土理化性质和棉花产量及其后效

南疆地区棉田土壤高盐碱与板结限制棉田增产增效。粉垄耕作有利于破除土壤板结层、促进灌溉洗盐作用。为探讨粉垄深松深耕对盐碱棉田的改良效果,该研究开展2 a(2021–2022年)田间试验,共设置3个粉垄耕作深度(DT20:深松20 cm,DT40:深松40 cm,DT60:深松60 cm)与常规耕作(五铧犁翻耕20 cm)交替,并设置CT20为连续2 a常规耕作,分析其对土壤理化性质、棉花生长及籽棉产量的影响,通过结构方程模型量化明确作物增产效应。结果表明:1)粉垄深松深耕能够疏松耕作范围内土壤以优化土壤结构。其中DT60较DT20与CT20显著降低耕作深度范围内的土壤容重、粗大团聚体(>2 mm)的含量与黏粒和粉粒(<0.053 mm),这使得土壤的平均重量直径和平均几何直径显著降低,并增加孔隙度和微团聚体(<0.25~0.053 mm)的含量。2)DT40与DT60处理能够显著增加0~40cm土壤水分,并降低土壤盐分和pH值,而DT20处理则仅能降低0~20 cm的土壤盐分,而DT60能够较DT40显著降低0~60 cm土壤盐分和pH值,但不能显著增加土壤水分。盐分降低促进了土壤中0~40 cm土层有机碳和0~60 cm的全氮累积。3)结构方程模型的分析表明,土壤盐分是影响籽棉产量的间接因子,干物质量累计和棉铃质量为直接因子。土壤盐分的降低,有利于土壤养分累积和根系生长,促进养分向植株运移和累积,提高棉花干物质累积量和籽棉产量。因此DT60处理使得土壤盐分降低的效果最佳,使得该处理下的增产效果最佳。综合分析得,粉垄深松深耕60 cm与常规耕作交替的制度能够实现南疆重度盐碱棉田改良与增产增效协同。

大荷载矿石堆场中深厚吹填软土的地基处理及后评价

吹填淤泥形成陆域是资源利用和环境保护方面的优质解决方案,但当前吹填软土形成陆域的工程中,多数为荷载较小的堆场、工业园区道路、绿化区等。以青岛港董家口港区矿石码头工程20万吨级散货泊位后方预留堆场区的地基处理工程为例,对该工程的设计、施工及使用后6年的情况进行详细阐述,从多个角度展示深厚吹填软土的演变情况,详细介绍土体含水量、孔隙比、抗剪强度等指标在不同时期的变化,对比施工期沉降计算和监测数据,分析不同时期抗剪强度指标下矿石堆存的高度。结果表明,在大荷载矿石堆场中采用吹填软土形成陆域是可行的,通过合理的地基处理方式和有序增加堆存荷载,最终可使矿石堆场达到满载堆存。

HUW组合钢板桩在软土地基深基坑工程中的 适应性分析

目的:本研究旨在分析HUW组合钢板桩在软土地基深基坑工程中的结构适应性,以期为相似地区深基坑工程提供理论支持。方法:基于某软土地区科技产业园深基坑工程,运用ABAQUS有限元软件,通过增量法模拟实际开挖过程,计算正常开挖下的结构变形和土体位移,从而分析HUW组合钢板桩在实际工程中的结构可行性。结果:随着基坑的逐层开挖,基坑边缘的沉降值逐步增大,尤其在软土地基条件下,地表沉降现象更为明显。针对6.3米深基坑的开挖,HUW组合钢板桩的最大水平位移为22.78毫米,符合基坑施工规范的要求。结论:HUW组合钢板桩在实际工程中具备可行性,可为类似工程提供理论参考。但土体受侧向约束的影响,在边界区域会形成局部隆起,因此需对边坡边缘进行加固处理。

某高速公路深厚软基路桥过渡段跳车病害处治研究

结合某在役高速公路路堤深厚软基桥头跳车实测累计沉降量40.60 cm病害处治工程,开展室内土工试验、理论计算及GEO5模型计算分析。结果表明:15年内的累计剩余沉降量均超规范中桥头路基容许工后剩余沉降量不大于10.00 cm要求;提出“CFG桩+路面重铺”等处治方案,进行检算校核,计算得剩余总沉降量9.76cm,表明处治设计方案较为可靠。结合工点需保通及基底存在前期已施工CFG桩特点,制定通车条件下的施工顺序及工艺,确保方案可行。

数学拟合法应用于旋耕机结构设计研究

针对旋耕机在作业时存在耕深不够、碎土效果差及土地平整效果差等问题,将数学拟合法应用于旋耕机,对其结构设计进行研究。为了提升旋耕机的作业效果,对旋耕机的结构参数进行优化设计,包括对旋耕机的参数进行分析,并建立旋耕装置的数学模型。为了验证旋耕机的性能,对其进行了旋耕性能试验和旋耕后农田碎土率测定试验。试验结果表明:旋耕机的耕深、地表平整度和碎土率均达到合格指标,作业效果良好。

人工智能深度学习模型在土壤属性数字制图中的应用

为提高土壤属性数字制图预测精度,以及随着遥感环境变量数据量的增加、算力的增强和开源深度学习框架的普及,数字土壤制图正在从传统的知识驱动模型向数据驱动的人工智能深度学习模型转变。该文以土壤关键属性有机碳为例,分析归纳土壤有机碳数字制图深度学习模型的理论基础、模型结构、亟待解决的有关环境变量空间上下文信息和多模态数据整合及模型可解释性等问题,旨在促进人工智能深度学习模型在第三次全国土壤普查土壤属性制图中的应用。

不停航条件下跑道深厚软土地基处理方案研究

机场不停航施工通常会遇到净空要求严、作业时间短、对作业面平整度要求高等问题,本文以某软基机场跑道延长线为例,开展不停航施工条件下深厚软基处理方案研究。首先,总结分析了一期跑道的软基处理方案和勘察、监测及试验等成果,在此基础上,结合本场区的地层特性和软土参数的差异性,获得了本期软基处理设计的物理力学特性参数。其次,针对本场区存在深厚软土、不停航施工和净空限制等复杂条件,提出了直排式真空预压的地基处理方案;并针对软土上部土石混合料填筑层难以密封的问题,首次提出了自凝灰密封墙新技术,确保了设计要求的膜下真空压力。最后,采用PLAXIS软件对处理后的典型断面进行了沉降复核分析。截至目前,机场延长线已运行3年,沉降满足设计要求,该方案可为类似工程提供技术借鉴。

不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响

砂姜黑土黏闭僵硬问题突出,耕作是改良其结构的重要措施之一。基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地,采集免耕(No-tillage,NT)、旋耕(Rotarytillage,RT)和深翻(Deepploughing,DP)处理的原状土柱(高20cm,直径10cm),利用X射线CT扫描技术和ImageJ软件等对土壤孔隙结构进行三维重建和可视化处理,定量分析不同耕作方式对土壤孔隙度、孔径大小分布、孔隙形态特征、网络特征以及土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)与免耕相比,旋耕和深翻下土壤的大孔隙度分别增加了192.7%和261.1%(P<0.05);与旋耕相比,深翻下土壤大孔隙度增加了23.4%;(2)相较于免耕,旋耕和深翻显著增加了土壤孔隙的水力半径、紧密度、分形维数和全局连通性(P<0.05),显著降低了各向异性程度和欧拉数(P<0.05),土壤饱和导水率得到显著提升,且深翻的改良效果总体优于旋耕;(3)相关分析表明土壤饱和导水率与除水力半径外的孔隙结构特征参数均存在显著相关(P<0.05),其中与连通性最大孔隙度的相关性最高(r=0.833**,P<0.01)。综上所述,深翻扩大了土壤孔隙的水力半径,改善了连通性,提升了复杂程度,从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构,提高了导水能力,消减砂姜黑土结构性障碍效果显著。

基于监测数据的广州软土基坑深层水平位移分析

软土基坑工程开挖会引起土体应力的重新分布,表现为地层的移动、地面沉降、围护结构变形等。以广东省广州市南沙区软黏土基坑为例,通过监测分析预应力管桩、灌注桩加1~2道扩大头预应力锚索支护形式的基坑水平变形特征,研究结果表明:软黏土地区地基中采用联合支护形式,土体变形主要发生在开挖面以上,沿围护桩深度呈中间大、两端小分布,最大水平位移靠近基坑开挖底。基坑开挖影响范围约为2.5倍基坑开挖深度,在2.5倍开挖深度以下,土体水平位移可忽略不计,开挖对深部土层的影响较小。实际上,基坑开挖是一个复杂的动态系统,深层土体位移随开挖过程不断变化。在施工过程中应加强监测,确保周围建筑物的安全。

黄土塬区不同土地利用方式10 m剖面土壤水分年际和季节动态特征

为揭示黄土高原南部塬区不同土地利用方式土壤水分时空变化特征,2014—2022年间采用土壤温湿度自动观测系统对苜蓿地、休闲地、高产农田、低产农田0—10 m剖面21层的土壤含水量进行了定位监测,并探究了其时空变化的影响因素。结果表明:4种土地利用方式中,由于多年生苜蓿地根系强吸水效应,其平均土壤含水量显著小于其他3种土地利用方式;随着土层深度的增加,苜蓿地土壤含水量先减小后增大,其他3种利用方式土壤含水量大致呈增大趋势;在季节变化特征上,土壤水分季节性干湿交替层分别为0—2 m、0—1 m、0—3 m、0—1 m,最小值和最大值分别出现在1—2月和9—11月;年尺度上,苜蓿地土壤含水量变异最大,高产农田次之,低产农田和休闲地变异性最小;就长期动态而言,土壤干层厚度和储水量变化与降水年际分布密切相关,2014—2022年各土地利用方式年均土壤储水量呈现增大趋势,2019、2021两丰水年份苜蓿地储水量增幅明显,降水补给深度可达4 m;相关性分析表明,土地利用方式、土层深度和黏粒含量为影响土壤含水量的关键因子。研究结果可为黄土高原深层剖面土壤水分观测和模拟提供数据支撑。

达拉特旗黄河南岸盐碱化土壤不同含盐量估算模型对比

内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗黄河南岸由于气候干旱,降水量少,年蒸发量远大于年降水量,靠近黄河地下水位高,导致土壤盐渍化问题突出。以达拉特旗黄河南岸盐碱地为研究对象,基于Sentinel-1、Sentinel-2、Landsat-8和SRTM DEM多源数据,采取相关性分析和连续变量投影结合索套回归(Lasso)、随机森林回归(Random forset,RF)、轻量梯度提升机模型(Light gradient boosting machine,LightGBM)、极端梯度提升模型(Extreme gradient boosting,XGBoost)、一维卷积神经网络(One dimensional convolutional neural networks,1DCNNs)、深度神经网络(Deep neural network,DNN)6种模型进行春季裸土期与植被覆盖期土壤含盐量估算。结果表明:XGBoost模型精度最高,春季裸土期、植被覆盖期测试集决定系数(R2)为0.76、0.58;均方根误差(RMSE)为5.76、7.22 g/kg;平均绝对误差(MAE)为3.38、4.33 g/kg。多源遥感数据结合变量筛选方法利用XGBoost模型揭示研究区不同季节土壤盐分空间分布最有效,含盐量反演结果与野外实际调查分析结果基本吻合。变量重要性分析表明春季裸土期、植被覆盖期重要反演因子分别为:盐分指数(48.3%)、地形因子(33.8%);植被指数(22%)、地形因子(47.9%)。本研究为达拉特旗黄河南岸盐碱地遥感反演提供了有效方法,为春季裸土期与植被覆盖期盐碱化土壤监测及预防提供了理论依据。