河流冲积平原饱和砂土区地下管线渗漏诱发地面塌陷机制研究

河流冲积平原区是我国城市建设的主要区域,地层以松散冲洪积物为主,该地区地下管网破损带走松散地层极易形成隐蔽性很高的地下空洞,进而诱发地面塌陷,威胁人身财产和基础设施安全。以安庆市长风路地面塌陷为例,建立渗流、应力多场可控的等比实体模型箱,开展城市地面塌陷仿真实验,分析带水管线破损后地层中孔洞发育过程及孔洞周边各个方向应力变化特征,旨在揭示地面塌陷形成机制。结果表明:(1)安庆市长风路地面塌陷从孕育到塌陷,经历了小孔、竖直孔洞、塌陷坑三种形态,可将地下异常孔洞当作前兆进行预警;(2)河流冲积平原区城市地面塌陷的孕灾环境是地层的高渗透性地层和地下水位,诱发因子是管道的破损,尤其是污水排水管道破损;(3)城市地面塌陷危害大小主要受控于管道及地下水位相对埋深,且可以根据地层性质对塌陷坑的大小进行计算评估。该成果可为城市地面塌陷风险评价、防治区划等提供理论基础。

基于BOTDA的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究

针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题,将布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究,采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺,实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。研究结果表明:在上拔荷载作用下,试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小;桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好,上桩侧摩阻力较小,全桩长侧摩阻力最大值在桩底;抗拔桩随上拔荷载的增加,轴力逐渐向下传递,向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担;分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。

土工布加筋砂土场地抗液化数值模拟

以往的试验研究表明土工布加筋可以有效缓解饱和砂土的振动液化。针对饱和砂土抗液化研究,过去的研究手段往往局限于室内动三轴试验,而缺乏对土工布加筋砂土场地的抗液化研究。首先结合土工布加筋砂土抗液化动三轴试验结果,对不同的土工布加筋砂土进行了参数标定。在此基础上,利用开源有限元数值模拟平台OpenSees,对不同土工布加筋工况下的饱和砂土场地开展抗液化数值模拟研究。结果表明,土工布加筋能够降低砂土场地的超孔压和位移,砂土场地的抗液化性能随着土工布层数的增加而提升。这种通过参数标定法来实现土工布加筋砂土数值建模的技术,可为类似加筋土层的数值模拟提供一些有价值的参考与借鉴。

微生物结合碳纤维加固钙质砂的高强度试验研究

为了研究微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)结合碳纤维固化钙质砂的效果及机理,先通过低轮次注浆试验探究碳纤维对MICP加固钙质砂效果的影响,并确定碳纤维的最佳掺量及长度,然后开展高轮次注浆试验,研究MICP胶结液无法再注入时的砂柱强度,通过试验结果对比和扫描电镜等分析,分析了微生物、碳纤维及钙质砂之间的作用机理。试验结果表明,掺加碳纤维能显著提高微生物加固钙质砂的强度。在低轮次注浆试验中,掺加碳纤维能有效提高碳酸钙的生成量及试样强度,纤维组的碳酸钙生成量比无纤维对照组提高了15%~34%,试样强度提高了135%~217%;高轮次注浆试验中,在MICP胶结液无法再注入砂柱的情况下,由于两组试样注浆轮次的差异,纤维组最终的碳酸钙生成量对比无纤维对照组减少了4%,试样强度提高了11%。

土体置换率对预加固粉细砂地层掌子面失稳变形的影响

以佛山某道路盾构工程堤坝保护为背景,开展了粉细砂地层经旋喷桩预加固后的浅埋大直径盾构隧道工程的三维数值仿真分析,研究了土体置换率对掌子面失稳变形的影响规律。结果表明:(1)对粉细砂地层进行加固可提高掌子面支护力的调节范围,其中掌子面主动极限支护力随土体置换率提高而降低,土体置换率至30%后基本不再变化;(2)粉细砂地层加固对支护力不足产生的主动失稳变形有显著抑制作用,相比不加固工况,30%的置换率可使掌子面失稳时地层最大水平位移及地表最大沉降量分别降低90%及95%,依托工程所采用的4.52%土体置换率也可使最大水平位移及最大沉降量分别降低45%及30%。

预留土堤对深基坑力学性状的影响分析

预留土堤在基坑支护中应用广泛,但在设计计算时往往以经验为准,存在一定的盲目性和不确定性。依托在建工程,采用FLAC3D建立了数值分析模型,通过改变预留土堤的高度和宽度,研究了基坑支护桩水平位移、基坑周边地表沉降、桩身弯矩、安全系数以及潜在滑动面的变化规律,最后提出了经济合理的预留土堤设计参数。结果表明:基坑支护桩的最大位移发生在桩顶,基坑周边地表沉降呈“凹槽形”分布,最大沉降量距离基坑边缘2~3 m;桩身弯矩沿桩长呈“鼓肚形”变化规律,峰值点在距离桩底8~12 m处;桩前预留土堤的设计宽度不应大于8 m,否则对于减小支护桩位移和弯矩、基坑周边地表沉降益处不大,而且会占用基坑有限的施工作业面;桩前预留土堤的高度不应大于5 m,否则其稳定性将难以保证。

砂卵石地层大直径盾构施工的关键技术

[目的]总结分析砂卵石地层大直径盾构施工中盾构机选型、盾构始发与接收、盾构掘进姿态控制等施工关键技术,并提出具体的施工控制参数与施工控制措施,以减轻刀盘刀具磨损、降低地层损失、减小地层沉降变形。[方法]针对砂卵石地层结构松散、颗粒无胶结或弱胶结、颗粒粒径大、透水性强的工程结构特性,采用理论分析、现场监测等方法,从盾构机选型、盾构始发接收、盾构掘进姿态控制、盾构刀盘刀具的检测维修等方面深入分析砂卵石地层大直径盾构施工关键技术。[结果及结论]大直径盾构的刀盘开口率、刀盘刀具类型、渣土改良方案等应根据地层结构特性进行特殊设计,且有利于盾构排渣和超前切割;盾构井端头宜采取地层注浆加固、大管棚支护、施工降水等综合加固措施以保证大盾构始发或接收时地层的稳定;大直径盾构的掘进施工应重点控制刀盘转速、出渣量、出渣温度等参数,并应适当增大注浆量,提高渣土改良效果,避免过大超挖,保证地层损失处于合理范围内。采用上述施工参数与施工措施后,盾构掘进风险可控,施工质量与施工效率明显提升,同时大大降低了施工成本。

考虑指数渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为深入探究饱和黏土地区砂井地基的固结机制,在Barron自由应变假定下,引入考虑时间效应的统一硬化(unified hardening,UH)模型描述土骨架的变形非线性关系,同时引入指数渗流方程代替Darcy定律,并考虑渗透系数变化及涂抹效应的影响,研究了土体非线性、施工扰动及外载荷等因素对砂井地基非线性固结过程的影响规律。结果表明:由于土体的黏滞效应,在加载前期,砂井地基不排水边界附近孔压出现升高现象,且考虑非Darcy渗流时上述现象更加明显,砂井地基固结速率也愈加缓慢。此外,涂抹区渗透系数的减小显著降低了砂井地基整体孔压消散速率,而外载荷的增大却加快了地基的固结进程。

粉细砂地层双线盾构施工实测地表沉降规律分析与预测

依托南通地铁二号线某区间盾构隧道施工,针对盾构穿越典型粉细砂地层条件,对双线盾构隧道施工引起的地表沉降开展现场测试和规律分析,对经典Peck公式在南通地区粉细砂地层中双线盾构施工的适用性进行探讨,并研究先行线和后行线土体损失率和地表沉降槽宽度系数的取值及影响因素。研究结果表明,在粉细砂地层中,后行线隧道施工对地层的二次扰动效应会引起先行线轴线上方地表沉降的显著增加,且二次扰动效应明显强于其他软土地层,但弱于砂土地层;相较于淤泥质土地层,在粉细砂地层中盾构停机对地表沉降的影响更为显著;先行线和后行线施工引起土体损失率比值η_(1)/η_(2)在1~5倍范围内,平均值为2.3,先行线和后行线地表沉降槽宽度系数比值K_(1)/K_(2)在1~2倍范围内,平均值为1.4;砂土、粉细砂和粉土地层中土体损失率比值η_(1)/η_(2)均大于1,η_(1)/η_(2)和K_(1)/K_(2)与隧道覆土深度比(H/D)相关性较弱。

新型排水用轴向中空壁聚氯乙烯埋地管力学性能试验及数值分析

为了研究埋地轴向中空壁塑料排水管的变形与力学响应特性,以便充分利用材料与结构性能,基于模型箱试验,获得埋地管道受到土荷载、地面荷载和管土相互作用下管道及其管周土体的力学及其变形特性;基于ABAQUS有限元分析管截面在埋地外压、排水内压及两者组合作用下的应力和变形特性,建立管道的基本力学参数在砂箱试验与真实埋地条件下的换算关系,提出边界效应修正计算公式。研究结果表明:土柱法+分布角法适用于计算地面静荷载作用下埋地结构壁管道的管顶竖向压力,荷载扩散角宜取30°~35°;在地面静荷载作用下,管道径向变形计算方法中Spangler-Iowa公式偏保守,AWWA M23规范计算结果与试验结果较吻合,而考虑准永久值系数会导致变形计算结果偏小;在埋土外压作用下,管腰位置内壁易发生受压破坏;排水时,管顶位置内壁易发生受拉破坏;内外壁起主要承载作用,受力较大;中间筋主要起连接作用,受力时应力以中性轴为零点向两侧呈梯度增加;本文提出的边界效应修正计算公式是准确可行的。研究成果可为轴向中空壁塑料管等柔性埋地管道的结构设计、力学和损伤失效分析提供参考。

电力工程砂石垫层法地基处理技术的标准编制及工程应用

为推广砂石垫层法在电力工程中的应用,促进砂石垫层法地基处理技术的发展,确保地基处理的质量,做到安全可靠,合理控制工程投资,使砂石垫层法地基处理的勘察设计和施工质量控制系统化、规范化以及更具可操作性,制定T/CEPPEA 5010—2021《电力工程砂石垫层法地基处理技术规范》。介绍标准的编制背景、主要内容、支撑标准的重要研究成果,及标准的主要技术特点,并结合工程案例对电力工程砂石垫层法地基处理技术的应用情况和应用效果进行说明。

富水砂卵石地层的异型地连墙施工质量控制技术研究

地下连续墙的施工技术比较成熟,近年来在城市地铁车站的围护结构施工中应用较广。论文结合工程实例,针对富水砂卵石地层中异形槽段地连墙的工艺控制及可能存在的施工质量风险进行分析,并提出相应的质量防治措施,对类似工程施工有一定的指导意义。

陕西省榆林市榆阳区治沙树种引种实验

本文旨在研究陕西省榆阳区引种青海云杉、白刺、沙柳、刺槐的实验,对它们各自的苗木进行实验,并对苗木的高度生长量、地径生长量、成活率以及保存率进行相关数据统计。结果表明,苗高方面刺槐表现最好。地径方面沙柳表现稍微优于其他树种,但整体增长不大。冠幅方面白刺和沙柳表现最好。成活率和保存率四种树种的表现均较好,其中白刺的三年保存率最高。同时,还需要进一步对这些实验树种继续进行评估和推广。

城市复杂环境下富水砂层地质中地铁明挖车站施工关键技术研究

本文结合武汉地铁12号线工程实例,介绍了在复杂城市环境下富水砂层地质中地铁明挖车站施工关键技术,就基坑开挖技术和围护结构地连墙施工技术进行分析,旨在提高复杂城市环境下地铁车站明挖施工的管理能力,寻求技术手段控制地铁车站明挖过程中的安全风险,保证地铁车站明挖施工安全性的同时,保障周边环境安全。

微生物灌浆加固液化砂土地基的动力反应研究

饱和松砂地基在地震等周期性荷载作用下易发生液化,而松砂边坡在降雨或地下水位上升过程中易发生"静态"液化,这些都易造成路基沉陷、滑坡、地下管道及隧道的上浮等与液化相关的工程灾害。相对传统的地基加固技术,微生物灌浆加固技术是利用一项微生物成矿学的最新进展,即微生物诱导碳酸钙结晶技术,通过向松散砂土地基中低压传输微生物细胞以及营养盐,最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶,改善地基力学性能。微生物灌浆加固技术具有扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势,是目前地基加固研究的前沿问题。通过标准动三轴及振动台试验来检测微生物灌浆是否能够用于液化地基加固。首先,概要介绍了微生物灌浆加固技术的原理、方法以及国内外研究发展水平,给出了适用于液化砂土地基加固的微生物灌浆方法。其次,通过标准动三轴及小型振动台试验,研究了微生物灌浆加固液化砂土的抗液化性能,以及其它动力性能,并与传统的液化地基加固方式进行了对比分析。试验结果表明,微生物灌浆加固砂柱及模型地基的抗液化性能显著提高。可以说,微生物灌浆技术在液化砂土地基加固方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。

幂律型浆液扩散半径研究

基于广义达西定律及球形扩散理论模型,推导出幂律型浆液在砂土中进行渗透注浆时有效扩散半径计算公式。分析了注浆压力差随浆液流变参数c和n及浆液扩散半径的变化情况。注浆压力差随流变参数c,n分别呈线性和非线性变化,浆液扩散半径增大所需的注浆压力差也相应的增加,增长的幅度受浆液流变参数的影响显著。

砂土中隧道施工引起土体内部沉降规律特征的室内模型试验研究

随着城市建设的发展,隧道下穿管线以及建(构)筑物基础事故案例逐渐增多,由隧道施工引起的地层沉降问题日益受到重视。针对这一问题,本文基于室内大型模型试验,以干砂为填料,通过调整模型箱底部沉降条的沉降量模拟了隧道施工过程中地层的沉降。分析了对不同深度土体沉降量、地层损失量,研究不同深度土层沉降规律以及地层损失量变化特征。试验结果表明,沉降槽宽度系数与土层埋深之间具有较好的线性关系;不同深度土层的沉降槽体积不是一个常数,与中心最大沉降量Smax以及沉降槽宽度系数i有直接关系;地层损失量受沉降发展程度、埋深等因素影响。

饱和砂土地基中吸力式桶形基础水平承载力研究

吸力式桶形基础不仅承受着上部结构及自身所引起的竖向荷载,还受到波浪、海流、海风等引起的水平荷载作用,在高纬度海域冬季还可能受到海冰的长时间挤压作用。利用三维有限元模型,研究饱和排水砂土条件下吸力式桶形基础的水平极限承载力和失稳模式,分析缓慢施加水平荷载时吸力式桶形基础失稳破坏机制,探讨不同长径比的桶形基础承载性能,研究桶体内外壁土压力分布情况和转动轴位置,并根据极限平衡解法,推导出饱和砂土地基桶形基础水平极限承载力计算公式。研究结果可为砂土地基条件下的吸力式桶形基础的设计提供参考。

砂土自由场地基水平垂直振动离心模拟试验

利用最新研制的R500B振动台在450 g-t离心机上对砂土自由场地基在水平和垂直地震下的动态反应做了离心模拟试验研究。模拟离心重力场为30 g,振动台在水平和垂直方向的控制最大加速度分别为20 g和10 g。模型内布置相应的微型加速度计以测量地震反应。结果表明,在水平和竖向同时激振与单向分别激振砂土两种情况下,砂土地基有不同的动力反应,应在设计中予以考虑水平和竖向同时激振的耦合作用对砂土地基的影响。

坡顶邻近处群桩对边坡的挤土效应模型试验研究

本模型试验在边坡坡顶邻近处,连续贯入4根模型桩,边坡介质为均质砂土。研究边坡坡顶邻近处群桩的压入对边坡土体位移的影响规律。压桩仪器采用改装的手摇式静力触探仪,整个压桩和边坡变形过程由数码相机拍摄记录,通过后期用图像处理软件处理实验有效照片,可得每一根桩的压入所对应的整个边坡土体位移状态变化情况,其状态变化情况由边坡土体中每一点的径向和纵向位移体现。根据实验数据,比较群桩压入过程中每一根桩对均质砂土边坡位移场的影响大小和影响范围,得出群桩压入过程对边坡土体位移的影响规律。