沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明:心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3~4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。

抗滑桩岩拱效应与合理桩间距分析

在理清不同桩间岩体破坏形式的基础上,对边坡工程中抗滑桩岩拱效应和合理桩间距的确定方法进行了分析,阐明了软质岩体拱效应的形成及演化机理,基于拱轴内力、破坏方式及位置对比分析了岩拱与土拱特性的差异性。在此基础上,建立了悬链线拱轴方程,利用两铰拱原理对岩拱进行了内力计算分析。利用岩体跨中极限平衡条件,建立了拱轴系数m关于桩间距l及拱高f的表达式。同时,利用MATLAB软件对抗滑桩桩合理桩间距进行了探讨。从工程实际中岩拱效应充分发挥及安全经济角度考虑,给出了合理桩间距的选择方案。

瀑布沟大坝心墙拱效应分析

在总结前人提出的拱效应系数基础上,对拱效应系数的公式进行了改进,认为拱效应系数应该是实测土压力与上覆土压力和孔隙水压力之和的比值。结合瀑布沟大坝监测资料,用改进的拱效应系数计算公式对大坝心墙拱效应进行计算,并对心墙内拱效应进行动态分析。在施工期,施工工艺是影响大坝心墙拱效应系数的主要因素,填土在仪器埋设以上0～20 m时,拱效应系数较大,随着填土的增加拱效应系数减小,施工期坝体内应力分布在蓄水初期起决定性作用。在蓄水期,心墙上游侧拱效应系数与水位变化呈反相关联,拱效应系数比下游同高程和0+001 m处大;0+001 m处拱效应系数与水位变化呈正相关联,且此处拱效应系数最小;心墙下游处拱效应系数与水位变化呈正关联的关系,在心墙与基岩接触处拱效应系数大于100%。产生这种规律的原因主要有湿化、渗流、水力劈裂作用,三者共同影响,从而导致心墙内应力发生变化。

岩体拱效应与抗滑桩合理桩间距分析

从桩间岩体破坏形式出发,分析抗滑桩间岩拱效应的存在,并结合岩土性质差异对土拱与岩拱特性进行对比分析。在此基础上,根据岩拱基本特性,建立岩拱分析的假设条件,利用结构力学两铰拱理论对岩拱的水平推力、弯矩等进行计算。在跨中利用岩体极限平衡条件,求出岩拱拱轴线表达式。结合岩体拱效应发挥程度与工程安全经济,对岩质边坡合理桩间距进行分析,并与传统方法进行对比。结果表明:本文方法更接近工程实际。

基于拱效应的露天顺向岩质边坡开采影响范围的确定

顺向开采岩质边坡极易产生顺层滑动,对坡上及坡下建(构)筑物通讯或输电设施以及风景名胜等构成威胁,因此开采前须对边坡的开采影响范围作出合理的评估。本文首先从土拱的形成条件出发,分析了露天顺向开采岩质边坡岩拱效应的存在,同时结合岩土性质对土拱和岩拱的特性进行了对比分析,在此基础上建立了岩拱效应分析的基本假设条件及计算模型,并利用结构力学两铰拱理论对岩拱的拱轴线、拱圈应力、弯矩值等进行了计算;然后根据岩拱轴线和拱圈厚度求得拱圈内缘线及外缘线,并利用拱圈内缘线、外缘线及开采边界将露天顺向开采边坡划分为4个区;最后结合各区对建(构)筑物影响的强烈程度,求得最大滑塌高度及开采边界距离开采影响范围线的水平距离,从而获得露天顺向岩质边坡的开采影响范围。

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。

急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理

急倾煤层沿空软岩巷道变形破坏机理复杂,多次采动影响下巷道维护难度大.利用现场调研实测、物理相似模拟实验和数值模拟分析,对赵家坝急斜煤层群重复采动沿空软岩巷道变形破坏机理进行了深入分析结果表明:赵矿急斜巷道变形破坏是十分复杂的时间、空间问题,即在初次采动阶段:非对称岩体结构及应力分布导致巷道变形失稳;二次扰动阶段:非对称原岩应力释放机理导致巷道变形失稳;三次、四次扰动阶段:拱脚效应与层间压剪变形失稳机理导致巷道变形失稳,为该类型巷道支护形式与参数的选择提供了科学依据.

某大桥锚碇基础深基坑开挖模拟

用有限元方法模拟了某大桥锚碇基础深基坑开挖过程。模拟结果表明圆形地下连续墙的拱效应有效地减少了墙体的侧移;施工误差对结构受力和变形有重要影响;墙体嵌岩部分拉应力和压应力都很大。所得出的结论为此类基坑支护结构设计和施工提供了理论依据和实践参考。

地面非对称填载对既有明挖隧道围岩压力的影响分析

运用普氏理论、朗金土压力理论,对地面非对称填载作用下既有明挖隧道围岩的破坏模式和围岩压力计算进行了探讨。分析表明,地面非对称填载作用下既有明挖隧道的围岩压力计算按埋深可分为三种情况:深埋时采用普氏理论计算;浅埋且地面填载侧边墙与滑裂面之间会产生土拱效应时,该边墙所受的围岩压力采用普氏理论来计算,对侧边墙借助朗金土压力理论来计算;浅埋且地面填载侧边墙与滑裂面之间不产生土拱效应时,将左右边墙都当作挡土墙,借助朗金土压力理论来计算。

高填方土石混合体填料盖板涵垂直土压力计算新方法

涵洞在山区高填方高速公路中应用较为广泛,但由于涵洞上方填料组成复杂与填料-涵洞相对刚度差异大会引起涵顶垂直土压力集中,造成涵洞结构出现了一系列病害。为探明涵顶土压力系数的影响因素,在室内模型试验和FLAC数值模拟的基础上,研究了涵洞顶部填料高度、填料含石量、填料泊松比及盖板厚度等变量对上埋式盖板涵顶部垂直土压力,侧墙水平土压力及土压力系数的影响。结果表明:上述变量均会影响土压力系数值,涵顶垂直土压力分布形式为抛物线;土压力系数在涵顶中心小于1,在涵顶边缘大于1,涵顶与侧墙的土压力均呈非线性分布。对上述变量影响下的数值结果进行汇总,从而建立涵顶垂直土压力、剪力、弯矩的图表和方程,可用于评估同类型盖板涵的静止土压力数值,进行盖板涵顶部静弯矩设计。采用C#语言编写了《涵洞顶部垂直土压力值计算》程序,能快速准确地定位涵洞顶部垂直土压力,可为类似的高填方土石混合体填料-涵洞受力分析提供参考。

广州珠江黄埔大桥悬索桥锚碇基坑支护受力和变形特性分析

针对珠江黄埔大桥南汊悬索桥锚碇基坑支护的工程特点,利用有限元法对其施工过程进行了仿真分析,并与现场监测结果进行对比.结果表明:圆形嵌岩地下连续墙的拱效应显著,能够有效减小墙体竖向应力、侧向位移以及墙后地面沉降;墙体侧向位移和坑底隆起量随开挖深度增大迅速增加并逐渐趋于平缓;基岩的嵌固作用对墙体的变形和受力特性也有显著影响.结论可以为今后类似工程的设计提供理论依据和实践参考.

结构参数与填料特性对盖板涵洞土涵作用影响

为精确地计算涵洞顶部竖向土压力集中系数,进行了土石混合体填料—涵洞室内模型试验。利用试验结果标定了FLAC数值模型,运用该数值模型研究了结构参数与填料性质对涵洞力学特性的影响。结果表明:在侧墙顶部以下0.35D(D为侧墙高度)处出现最大水平负弯矩,在0.67D处出现水平弯矩反弯点;含石量对侧墙上水平土压力影响显著,含石量为50%和70%时,侧墙上产生的侧向水平土压力更大;随着涵洞顶板厚度的增加,涵顶边缘竖向土压力随之增加,涵顶中心竖向土压力随之减小;随着泊松比的增加,侧墙上正负弯矩的反弯点位置逐渐下移,反弯点的位置变化区间为[0.49D,0.71D];数值模拟结果得到的涵顶边缘竖向土压力集中系数大于相关规范与研究成果的上限值,涵洞结构边缘所受竖向土压力大于理论计算得到的竖向土压力。

瀑布沟高堆石坝应力变形分析

近年来,有很多专家学者对瀑布沟堆石坝进行了有限元分析,但都基于二维有限元分析和邓肯张E-μ模型,本文基于邓肯张E-B模型总结和选取了肯张E-B模型参数,建立瀑布沟堆石坝三维有限元模型,分析了其施工期和蓄水期应力和变形情况并和肯张E-μ模型计算结果做了对比分析。计算结果表明:大坝最大沉降和最大水平位移均发生在库水位蓄满期;心墙拱效应现象最强烈的位置大约在1/3坝高坝轴线附近,存在拱效应的部位心墙应力呈驼峰状分布,拱效应在坝体顶部很小,拱效应最大发生在心墙与高塑性黏土接触部位;对两种模型对比分析可知,两种模型计算结果相差不大,坝体变形和应力符合一般规律。

土石坝工程的拱效应分析

通过分析拱效应的成因,利用有限元软件,结合接触理论对内摩擦角和粘聚力对土石坝心墙拱效应的影响做了分析,验证了前人的结论。

高应力环境水平矿柱尺寸演变过程力学响应及稳定性

甘肃某矿高应力回采区域采用下向水平分层六角形进路式充填采矿法,双中段大盘区同时回采的模式。矿体水平应力大,最大主应力方向基本垂直于矿体走向,且接近水平。水平矿柱随着开挖而逐渐形成至变薄消失,同时上部充填体越来越厚,在整个生产过程中水平矿柱尺寸大,很难监控其内部应力分布情况。通过力学解剖水平矿柱形成过程,总结水平矿柱稳定性分析方法,探究基于充填体−围岩拱效应的水平矿柱稳定性。结合数值模拟算法和工程实例,分析水平矿柱中的主应力变化特征、塑性区分布特点以及位移变化规律。研究结果表明:在高应力环境,当水平矿柱厚度降至30 m左右时,应力集中现象逐渐显现;靠近上盘的进路更容易产生侧向挤压变形,并出现顶板冒落;最大主应力一般出现在水平矿柱底部,当水平矿柱厚度降至一定水平,出现明显应力转移,充填体起到承压作用,水平矿柱内的应力集中和位移沉降得到一定程度缓解。通过研究水平矿柱稳定性,有效分析双中段同时回采时的可靠性及矿柱回收的安全性,有效防控大面积失稳灾害。

膜土防渗系统对高土石坝坝体应力的改善

以四川瀑布沟心墙土石坝为例,应用有限差分软件FLAC 3D建立高土石坝的三维模型,主要对土工膜与粘土心墙联合防渗的结构作力学方面的分析,对比了以下3种情况下的应力状态:①坝体与地基接触部分不设置高塑性粘土的情况;②坝体与地基接触部分设置高塑性粘土的情况;③坝体与地基接触部分不设置高塑性粘土,但是心墙前铺设土工膜的情况。对比分析应力水平可知,土工膜的铺设不仅可以代替高塑性粘土起到防渗的优良效果,而且能够改善坝体内的应力状态,有效削弱心墙前的拱效应,从而提高防渗心墙的安全性。

隧道仰拱的施作时机与纵向效应的试验分析

本文介绍了国内首次把地面近景摄影测量的方法用于地下结构三维模型试验的一个尝试,包括试验方法、试验结果和所得的初步结论。通过试验证明了此方法的可行性及其优点,其结果可资有关方面参考。

土岩组合地层暗挖隧道侧穿砌体结构影响研究

位于上土下岩二元地层的地下交通隧道,随土岩组合条件变化土拱效应发挥程度不同,导致土体变形和邻近建筑物地基产生不均匀沉降,地基不均匀沉降易导致砌体房屋开裂。文章以济南地区典型土岩组合地层为研究对象,基于土岩弹塑性本构理论,采用MIDAS/GTS有限元软件,建立隧道—岩土体—砌体结构二维有限元整体模型,分析研究了浅埋暗挖隧道施工对邻近砌体结构的影响,并通过模拟不同土岩界面位置,分析了不同土岩组合条件下隧道施工引起的砌体结构基础沉降、墙体应变及结构破坏等特性。结果表明:土岩组合地层中的土拱效应可以有效地抑制隧道施工产生的变形及对邻近砌体结构的影响,且随土岩界面的上下变化土拱效应发挥程度不同;当土岩交界面位于隧道起拱线以上位置时,更有利于土拱效应的发挥,显著降低暗挖隧道施工对砌体结构的影响。

风化料在坝体防渗中的应用

风化料做坝体防渗的防渗性能、预防拱效应作用,以及其用作防渗体的良好力学性质,阐述了风化料的应用前景。

膜土联合防渗系统对高土石坝心墙拱效应的影响

以四川瀑布沟心墙土石坝为例,应用FLAC3D软件建立高土石坝的三维模型并对高土石坝的应力应变和渗流进行了数值模拟,同时将此数值模拟结果与其他文献中的计算结果进行了对比.结果表明:高土石坝中心墙处会出现拱效应现象;土工膜与土心墙组成的联合防渗系统可大大降低心墙浸润面,有效削弱心墙拱效应,完全消除心墙大主应力小于同高程渗透水压力的现象,从而提高防渗心墙的安全性.