Variation analysis of ultimate pullout capacity of shallow horizontal strip anchor plate with 2-layer overlying soil based on nonlinear M-C failure criterion

Based on the nonlinear Mohr-Coulomb failure criterion and an associated flow rule,a kinematic admissible velocity field of failure mechanism of the 2-layer soil above a shallow horizontal strip anchor plate is constructed.The ultimate pull-out force and its corresponding failure mechanism through the upper bound limit analysis according to a variation principle are deduced.When the 2-layer overlying soil is degraded into single-layer soil,the model of ultimate pullout force could also be degraded into the model of single-layer soil.And the comparison between results of single-layer soil variation method and those calculated by rigid limit analysis method proves the correctness of our method.Based on that,the influence of changes of geotechnical parameters on ultimate pullout forces and failure mechanism of a shallow horizontal strip anchor with the 2-layer soil above are analyzed.The results show that the ultimate pull-out force and failure mechanism of a shallow horizontal strip anchor with the 2-layer soil above are affected by the nonlinear geotechnical parameters greatly.Thus,it is very important to obtain the accurate geotechnical parameters of 2-layer soil for the evaluation of the ultimate pullout capacity of the anchor plate.

Design of Foundations Built on a Shallow Depth (Less than 4 m) of Egyptian Macro-Porous Collapsible Soils

It is nowadays well reported that collapsible soils spread in many countries, including United States, Russia, China, South America (e.g. Brazil), South and North Africa (e.g. Egypt, Algeria), Middle East (e.g. Saudi Arabia) and many countries in Eastern Europe. In general, collapsible soils are located in arid and semi-arid regions around the world. This special type of soil is characterized by abrupt reduction in strength, excessive and sudden settlement when it becomes wet leading to failure of the structure. Construction on such a kind of soil is one of the prominent problems in geotechnical engineering. The main objectives of this study are reporting geological and geotechnical zonation maps for potentially collapsible soils in inhabited areas in Egypt. Furthermore, a design technique for foundations built on a shallow depth of Egyptian macro-porous collapsible soils (less than 4 m) is developed. The design method includes a design chart for soil collapse field classification in terms of the most governing parameters, a method for foundation settlement estimation based on a correlation between the wetting-induced collapse strain and the applied pressure, and a design practice to guide practicing engineers to select the appropriate foundation system to construct on such soil with a great degree of confidence and safety.

Analysis of the Bearing Capacity of Shallow Foundation in Unsaturated Soil Using Monte Carlo Simulation

The ultimate bearing capacity of shallow foundation supported by unsaturated soil depends on the degree of saturation of the soil within the influence zone because the strength and deformation parameters of soil are affected by the degree of saturation. As the degree of saturation varies with rainfall, surface runoff, evapotranspiration and other climatic and geotechnical parameters, these parameters must be systematically incorporated for accurately computing the ultimate bearing capacity. In this study, a framework is proposed to compute the ultimate bearing capacity of a shallow footing in unsaturated soil considering site specific rainfall and water table depth distributions. The randomness in rainfall and water table depth is systematically considered using Monte Carlo method. The infiltration of water through the unsaturated zone is modelled using Richards equation considering infiltration and water table location as the top and bottom boundary conditions, respectively. The results show that the bearing capacity calculated using the proposed method is approximately 2.7 times higher than that calculated using the deterministic approach with fully saturated soil parameters.

Characteristics of root-permeated soil under simple-shear and direct-shear conditions

The simple-shear condition is closer to reality than the direct-shear condition for simulating the mechanical behavior of vegetated soil slope under shallow failure.However,study on simple-shear characteristics for vegetated slope is still insufficient,and there lacks intuitive comparison of characteristics between these two shear conditions.In this study,large-scale simple-shear and direct-shear experiments were conducted on soil permeated by roots of Amorpha fruticosa to investigate the shear strength and stiffness.The stress-displacement relationship of each sample was obtained and further normalized to unify the influence of root content.The results reveal that the direct-shear condition overestimates the shear strength of root-permeated soils(by 41%)and thus the estimation of slope stability based on the parameters of direct-shear condition is not conservative.Furthermore,the initial stiffness of root-permeated soil under simple-shear condition is 34%lower than that under direct-shear condition.The higher strength and stiffness under direct-shear condition are caused by the following reasons:the shear plane does not have the lowest strength,the shear area is decreasing,and the shear zone is thinner.The significant deformation(lower stiffness)revealed by the simple-shear condition facilitates the application of early warning for vegetated shallow landslides.

浅埋滴灌下玉米秸秆不同还田年限土壤有机碳固存特征及其影响因素

外源有机物(秸秆)添加直接影响耕层土壤有机碳的周转,研究浅埋滴灌条件下玉米秸秆持续还田土壤有机碳固存及其影响因素对西辽河平原灌区玉米可持续生产与耕地地力提升具有重要意义。本文基于连续7年的田间定位试验,设置玉米连作秸秆连年全量还田0年(0a)、3年(3a)、5年(5a)和7年(7a)4个处理,探讨玉米秸秆不同还田年限对土壤结构、胞外酶活性、有机碳组分含量、碳储量、固碳量和碳库管理指数的影响。与0a处理相比,0~30 cm土层3a、5a和7a广义土壤结构指数分别增加1.65%、1.99%和3.33%,土壤三相结构距离分别降低5.55%、6.65%和12.7%;0~30 cm土层3a、5a和7a土壤β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和土壤β-葡萄糖苷酶活性分别提高4.34%、13.0%、15.9%和12.1%、16.3%、20.9%,土壤纤维素酶和土壤蔗糖酶活性分别提高5.86%、13.4%、19.2%和12.6%、21.3%、34.1%;不同处理间几何平均酶活性和总体酶活性差异显著,0~30 cm土层3a、5a和7a几何平均酶活性和总体酶活性较0a分别提高8.63%、15.90%、22.25%和9.12%、17.19%、25.09%。土壤有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳和微生物量碳含量及其储量均表现为3a、5a和7a显著高于0a,0~30 cm土层3a、5a和7a土壤有机碳和土壤易氧化有机碳含量较0a分别提高13.4%、32.7%、42.7%和17.5%、27.5%、42.5%,土壤水溶性有机碳和土壤微生物量碳含量较0a分别提高13.2%、18.5%、28.5%和33.9%、45.3%、56.1%;同时0~30 cm土层3a、5a和7a土壤有机碳和易氧化有机碳储量分别提高11.6%、29.5%、36.2%和14.9%、23.8%、35.5%,土壤水溶性有机碳和微生物量碳储量分别提高10.7%、15.2%、22.3%和31.0%、41.0%、48.5%。0~30 cm土层5a和7a土壤固碳量均显著高于3a;0~30 cm土层各处理碳库指数和碳库管理指数差异显著,5a和7a较3a分别提高17.0%、26.1%和7.00%、19.9%。土壤结构稳定性、胞外酶活性与土壤固碳量和碳库管理指数的相关分析和冗余分析结果表明,土壤β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性、液相体积分数、三相结构距离、纤维素酶活性和β-葡萄糖苷酶活性是影响玉米秸秆不同还田年限土壤有机碳固存的主要因素,其解释率分别为76.0%、4.10%、3.30%、1.70%和3.40%。浅埋滴灌下玉米秸秆连续还田7年改善了土壤结构的稳定性,提高了与土壤碳素相关的土壤胞外酶活性,进而提升了土壤有机碳固存和碳库指数。

降雨条件下植被根系对非饱和土浅层滑坡的加固作用

为了研究降雨条件下植被根系对非饱和土边坡浅层滑移的稳定性,基于可计算任意时刻任意土层深度处孔隙水压力分布与变化特征的降雨入渗解析模型,通过理论解析方法研究降雨入渗作用、植被根系抗拉强度、根面积指数以及根系生长方向等因素对边坡浅层滑移稳定性的影响。结果表明,植被根系的抗拉强度越大或根面积指数越大,则边坡的稳定性越强。随着边坡坡角的增大,植被根系对边坡稳定性的加固效应越加明显。此外,植被根系的生长方向也会对加固效果产生明显影响。在实际工程中,应在合理控制植被根系生长方向的基础上,选择根系发达且发育较长同时具有较大根面积指数的植被,以达到更好的护坡效果。

渭河流域浅层包气带土体温度分布规律及变化模式

大气温度、太阳辐射强度、降雨量、空气湿度等气象要素决定浅层土体温度的变化.以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区作为研究区域,建立野外观测站,对该区域浅层包气带土体温度对气候变化的响应过程进行实时监测.通过现场监测和理论分析发现土体温度分布规律及变化模式如下:气象要素只对变温带的土体的温度有影响,且大气温度和太阳辐射强度是影响变温带土体温度的主要因素,土层越深,其影响程度越小;相位随着土体的深度呈线性平移,即土体温度是存在滞后效应的,经分析,土体在地下深度760 cm处的温度曲线的相位与地表处正好相反,此处温度恰好滞后于地表半年时间.通过监测数据预测该地区恒温带深度为1193 cm,恒温带温度为13.152℃;在计算土体温度理论滞后时间时将土体的热扩散系数看作是一常数,导致土体温度滞后时间的理论值与实测值有所差异,随着土层的加深,两者的差距越来越小.

较大纵坡浅覆土大断面矩形顶管顶进控制技术

以杭州地铁3号线支线留下站A1-A2出入口连接通道为背景,结合工程地质情况,介绍了始发井及接收井端头加固、较大纵坡及覆土较浅顶进控制等施工技术,对顶管变形和地表沉降监测结果进行了详细分析,阐述了顶管施工引起的周边土体变形特征。现场监测结果表明,采用有效、综合的顶管施工控制措施,避免了顶管下穿范围内的地面沉降问题。

浅埋矩形顶管背土效应全过程理论分析模型

针对浅埋矩形顶管顶进的背土效应,提出覆盖背土竖向扩展阶段、水平扩展阶段和整体背土阶段的全过程理论分析模型,确定顶管顶进的松动土压力、管土摩擦力、侧壁剪切约束力和前端阻力的计算方法,得到背土启动和发展全过程的理论计算公式.结果表明:背土是否启动主要由顶管上覆土层的厚度、地层土体特性和管土摩擦特性决定,与顶进长度无直接关系;背土竖向扩展阶段的背土区域厚度和水平扩展阶段的地表扩展宽度都随着顶进长度的增加而非线性增长;理论分析结果与矩形顶管顶进全过程三维有限元模拟结果和现场实测结果吻合较好,理论公式可为矩形顶管背土发展全过程预测分析提供一种有效而简便的方法.

杭州湾富浅层气区工程超前排气井井距优化研究

对遭遇浅层气灾害地质的工程,一般防治措施多为建设前期布设超前排气井进行控制性排气。深入了解排气过程中气藏内部的气水运移规律,对于排气井井距的设计和高效率排气有重要意义。基于非饱和土两相渗流原理和杭州湾富浅层气区的典型概化地质模型,利用数值模拟方法研究了有控排气条件下气藏内部气水界面运移过程,探讨了影响超前排气井布设的因素,提出一种井距优化方法,并在实际工程中应用。结果表明:不同井口排气速率下,气藏内部气水分布形态与气体排放效果显著不同;工程超前排气井井距的设置可以淹井时间最长和剩余气藏厚度最小进行优化;原始气藏压力是影响井距优化的最显著因素,而储气层下部渗水系数、气藏厚度等并不影响最优井距的确定;调节井距对改善竖向排气井的排气效果随原始气藏压力系数减小而减弱;原始气藏压力系数大,井距适当减小,反之,可适度增加;对于气藏压力系数小的工程,建议发展水平排气井布设技术,以改善排气效果。此外,工程超前排气井的井距设置还应考虑与建(构)筑物的合理安全距离,达到高效、安全和避免投资浪费的目的。

浅耕和施肥对茶叶产量、品质及土壤肥力的影响

为分析浅耕和施肥对茶叶产量、品质及土壤肥力的影响,以苍梧县群体种为供试材料,研究浅耕、浅耕+施肥、施肥处理对茶叶产量、品质及土壤理化性质的影响。结果表明,不同处理的发芽密度、芽叶长度、百芽重及鲜叶重之间差异极显著(P<0.01);浅耕+施肥的发芽密度、百芽重和鲜叶重高于其他处理,说明浅耕结合施肥可促进芽叶长度生长。各处理的水浸出物含量差异极显著(P<0.01)、茶多酚含量差异显著(P<0.05);以浅耕+施肥的水浸出物、茶多酚含量最高。各处理的咖啡碱、游离氨基酸、黄酮含量差异不显著(P>0.05),茶氨酸含量差异显著(P<0.05)。浅耕+施肥处理的土壤全氮、全磷、有效磷、速效钾和有机质含量高于其他处理,而施肥处理的土壤全钾含量最高。各处理的土壤水解性氮含量较对照均有不同程度降低。浅耕、浅耕+施肥的土壤pH值显著提高。综合考虑,浅耕+施肥在提高茶叶产量、品质及土壤肥力方面效果明显,适合在六堡茶生产中推广应用。

基于SHAW模型的祁连山浅山区荒漠草地土壤水热动态模拟研究

祁连山是我国重要的生态安全屏障,其浅山区是连接高寒山区与绿洲平原的过渡地带,土壤水热变化显著影响该区生态系统与水文过程的相互作用。本文利用祁连山浅山区荒漠草地的观测资料,基于SHAW模型对土壤水热动态进行了模拟和分析,利用控制变量法量化了不同冻融阶段气温和降水变化对土壤温度和水分的影响。结果表明:模型模拟的各层土壤温度纳什效率系数(NSE)均大于0.95,且土层越深模拟效果越好,模型模拟的土壤水分总体上能反映土壤水分的动态变化和浅层土壤中降水的入渗过程。不同冻融阶段土壤水热分布的剖面特征差异明显,总体而言,土壤温度波动随深度逐渐变小,而土壤水分随深度逐渐升高,浅层土壤水热过程对气象要素变化更敏感。情景分析表明,气温每升高1.0℃,土壤冻结发展期、完全冻结期和融化发展期分别缩短1.4 d、0.8 d和2.2 d,表层和深层土壤温度分别升高0.6℃和0.1℃,土壤温度升高的幅度随深度减小。降水的变化对完全融化期0.20~1.20 m的土壤水分影响最显著,对融化发展期和冻结发展期的影响体现在0.20~0.60 m的浅层土壤,而对完全冻结期的土壤未冻水含量基本没有影响。研究结果可为气候变化背景下祁连山浅山区脆弱生态系统的稳定性维持提供参考。

基于现场原型测试的乔木覆盖滑坡区根-土复合体力学性能研究

为揭示乔木根系力学特性及其对斜坡的力学效应,选取福建武平高植被覆盖区滑坡为研究点,对研究区典型乔木根系按径级分类后进行根系抗拉力学特性测试,并在滑坡现场进行不同根系横截面积比(rootcross-sectionalarearatio,简称RAR)、含水率下的根-土复合体原位直剪试验以及剖面根系分布特征调查,对根系在浅层滑坡的力学效应展开探究。研究结果表明:(1)1~7径级下马尾松、杉木抗拉力范围为12.45~673.09 N,抗拉力与根径呈幂函数正相关;抗拉强度范围为7.16~60.95MPa,抗拉强度与根径呈幂函数负相关。杉木根系平均抗拉力与抗拉强度均大于马尾松。(2)乔木根系显著提高了土体抗剪强度,根系对土体提供的附加黏聚力与剪切面RAR显著正相关。杉木根系构型更接近R型,马尾松为VH型,相近RAR下杉木对土体的加固作用优于马尾松。(3)随着含水率增加,马尾松、杉木根-土复合体抗剪强度显著下降,水分入渗使根系对土体提供的附加黏聚力受到削减。(4)基于Wu模型,考虑水分对土体黏聚力与根系附加黏聚力的影响,建立了考虑含水率的根-土复合体抗剪强度值估算模型,经检验,精度高于Wu模型,结果较为合理。(5)根系对浅层滑坡虽然具有加固作用,但受到根系分布深度、密度以及降雨等因素限制,强降雨作用下根系对浅层滑坡稳定性贡献具有局限性。

软土地层浅埋暗挖矩形大断面隧道施工力学响应特征

[目的]为探究在城市软土地层中安全有效地施工浅埋暗挖矩形大断面隧道的技术方法,以实现施工过程的安全性控制。[方法]以某地铁区间隧道工程为例,提出4导洞开挖和“中导洞”先行6导洞两种开挖方案。利用有限差分软件建立三维数值仿真模型,模拟了隧道施工过程并详细分析了隧道施工过程中的地层竖向位移和初期支护内力变化。通过与现场监测数据分析对比,验证了所提工法的合理性与有效性。[结果及结论]在导洞开挖阶段,隧道顶部和底部的地层竖向位移最为显著,且相邻导洞的开挖对位移影响有限。采用6导洞开挖方案,与4导洞开挖方案相比,底部最大位移值显著减少了21.5%,同时在施工过程中,底部的竖向位移速率也降低了6.1%。特别是在中导洞施工期间,地层竖向位移变化速率是侧导洞变化速率的1.2倍左右,这表明中导洞对地层的影响更为显著。6导洞开挖方案在控制施工期间地层变形和结构受力方面更为有效,特别是在中导洞施工阶段,需要特别关注并加强监控和支护措施。

HVSR analysis of pumice sands for sediment depth characterization:A case study for Guadalajara,Mexico

The horizontal to vertical spectral ratio(HVSR)methodology is used here to characterize pumice soils and to image the three-dimensional surface geometry of Guadalajara,Mexico.Similar to other Latin American cities,Guadalajara is exposed to high seismic risk,with the particularity of being the largest urban settlement in Latin America built on pumice soils.Methodology has not yet been tested to characterize subsoil depths in pumice sands.Due to the questionable use of traditional geotechnical tests for the analysis of pumice soils,HVSR provides an alternative for its characterization without altering its fragile and porous structure.In this work,resonance frequency(F0)and peak amplitude(A0)are used to constrain the depth of the major impedance contrast that represents the interface between bedrock and pumice soil.Results were compared with borehole depths and other available geotechnical and geophysical data and show good agreement.One of the profiles estimated on the riverbanks that cross the city,reveals different subsoil thickness that could have an impact on different site responses on riverine areas to an eventual earthquake.Government and academic efforts are combined in this work to characterize depth sediments,an important parameter that impacts the regulations for construction in the city.

盾构掘进对浅基础建筑物的扰动及影响分区研究

软土地层中地铁隧道盾构掘进对上方建筑物的扰动效应明显。本文以典型软土地层为背景,模拟不同空间位置盾构下穿浅基础建筑物的扰动效应,分析地表沉降变化规律,探究盾构下穿独立基础、筏板基础、箱型基础建筑物的内力及变形特征,并基于复合准则和强度折减法研究了软土地层盾构下穿建筑物的影响分区。研究结果表明:建筑物沉降随隧道埋深的增加先增加再减小,在隧道埋深(H)=12 m时达到最大值;隧道埋深增加会导致建筑物的水平倾斜变小,最大倾斜值出现在H=6 m处;可将隧道衬砌及围岩的安全系数比值曲线突变点作为强、弱影响分区的界限。研究结果可为软土区盾构掘进对浅基础建筑物的扰动分析及影响区的划分提供参考。

无锡市区土体工程地质层组划分及其应用

无锡市区地处太湖冲湖积平原区,第四纪松散沉积物较厚,城市建设多以土体为载体,土体结构质量关系到工程建设的成本和周期,但长期以来无锡市区土体工程地质层组划分并无统一标准,地层代号编码混乱,严重降低了工程地质资料的可重复利用率。为提高无锡市区工程地质资料的通用性,使其利用价值最大化,文章基于大量地质钻孔和土体参数测试数据,对比区域地层资料,综合考虑研究区沉积演化特征、土体物质组成及工程特性等因素,采用绘制工程地质剖面的方法建立地层层序结构和编码规则,将无锡市区100 m以浅的土体划分为9个工程地质层组和27个工程地质亚层。利用土体参数的离散性和三维地质结构模型分析了该工程地质层组划分方案的合理性,并探讨了该划分结果在优势持力层的选择、地下空间开发利用适宜性评价和浅层地热能开发利用中的应用。结果显示,该土体工程地质层组划分方案能准确地反映无锡市区100 m以浅的土体结构,划分方案合理正确。

北京浅山区绿色空间及生态环境质量变化研究

北京浅山区作为首都重要的生态源地和生态屏障,承载着带动山区经济发展和城市可持续发展的任务。研究北京浅山区绿色空间结构,可为推动浅山区绿化建设提供参考,以改善浅山区生态环境质量。以北京浅山区为研究区,基于面向对象分类方法,提取北京浅山区2015—2021年的绿色空间,分析其分布和变化特征,并探讨绿色空间变化对水土流失的改善效果及对生态环境质量的影响。结果表明:北京浅山区2015—2021年绿色空间面积总体呈现增加趋势,面积增加了8.00%,共增加了30867.39 hm^(2);2015—2021年北京浅山区水土流失状况改善明显,绿色空间面积的增加对水土流失的改善具有较大贡献;2015—2021年北京浅山区绿色空间面积的增加使得2021年的浅山区生态环境质量总体呈现较好状态,生态环境质量评价等级为好的地区面积增加63877.19 hm^(2),2021年北京浅山区生态环境质量远远高于2015年。

浅埋软弱围岩隧道掌子面锚杆预加固参数分析

大断面浅埋隧道在软弱围岩中全断面开挖时,隧道掌子面核心土处于短暂稳定或不稳定状态,处理不慎便会造成核心土的失稳,因此采用玻璃纤维锚杆对核心土进行预加固是有必要的。结合格鲁吉亚某隧道工程实例,采用新意法理念,运用FLAC3D有限差分软件,对浅埋软弱围岩隧道全断面开挖时掌子面玻璃纤维锚杆加固长度l(5个工况)和加固密度β(7个工况)进行优化分析,结果表明:随着l或β的增大,目标掌子面挤出位移和拱顶前方位移逐渐减小,目标掌子面拱顶前方应力逐渐趋于原始状态;当l>6 m或β>0.75时,掌子面锚杆对核心土的预加固效果不明显,综合工程的安全性和经济性,取l=8 m、β=0.75较为合理,为类似工程提供了一定的参考依据。

原位固化技术在超深淤泥浅层处理中的应用

超深淤泥地基因其流塑性强、承载力低的特点,对其进行处理往往存在工期长、造价高、易失稳的问题。为完善现有超深淤泥地基处理方法,特别是相关理论计算存在的不足,该文以第十一届江苏园博园城市展园泥潭绿色改造为工程背景,针对性提出超深淤泥地基浅层原位固化处理方案。对原位固化桩复合地基的承载力和沉降计算进行了详细分析,梳理了完整的计算流程,并通过现场载荷试验,进一步验证了该方案实施的可行性,可为同类工程提供技术参考。