云南地区地震动特征与堆积体滑坡动力响应分析

强震是近几十年来诱发云南地区滑坡地质灾害的主要因素之一。通过对云南地震数据分析及典型滑坡震害的调查与评估,建立了震级与震中烈度及峰值加速度的对应关系,构建了堆积体滑坡地质概化模型。基于此,采用Geo Studio软件模拟5、6、7、8级地震条件下滑坡的动力响应过程,分析了位移、应力及安全系数的响应规律,初步揭示了强震效应对滑坡失稳破坏的影响机制,为云南地区地震诱发滑坡地质灾害的防灾减灾工作提供了理论支持。

浅埋下穿公路隧道管棚预支护机理及监测分析

针对软岩公路隧道施工中的超前管棚施作问题,采用双参数地基梁模型,分析了大断面浅埋软岩隧道超前管棚的受力机制,对比分析了工程中常用的Φ76和Φ108的2种超前管棚的支护效果,研究结果表明:①管棚的受力和变形主要集中在掌子面前4 m范围内,管棚的梁支撑作用效果明显,采用Φ108管棚比采用Φ76管棚的最大挠度减小约36%。②超前管棚将上部荷载传递到已开挖隧道初支结构及掌子面前方围岩,起到梁支撑的作用,从而提高掌子面围岩的稳定性,而采用Φ108管棚能承担更多的上部围岩压力,更好地控制围岩位移。应用上述管棚弹性地基梁模型,成功指导了云南大永高速公路大断面软岩公路隧道下穿既有公路工程,将Φ76管棚方案调整为Φ108管棚方案后,最大拱顶地表沉降值减少了38%,保障了整个下穿施工过程的安全顺利。

废弃泥浆的固化处理及路用性能研究

为解决废弃泥浆堆积既占用土地资源又污染生态环境的问题,采用水泥作为固化剂对其进行固化处理以作为路基填料,以无侧限抗压强度、含水率、击实性能和加州承载比作为评价指标,研究固化泥浆的工程性能。试验结果表明:1)水泥对废弃泥浆有较好的固化作用,能大幅提高废弃泥浆的强度和稳定性;2)固化泥浆的含水率和最大干密度随水泥掺量的增加而降低,最佳含水率随水泥掺量的增加而增大;3)加州承载比随着水泥掺量和养护天数的增加呈上升趋势;4)水泥掺量为14%的固化泥浆在养护龄期为14 d时的含水率与其最佳含水率相近,可以考虑直接将水泥掺量为14%的固化泥浆作为路基填料使用。

基于振动拌和工艺的水泥稳定碎石混合料强度及拌和均匀性分析

依托高速公路水稳基层铺筑实体工程,在相同的材料、配合比、施工工艺条件下,对振动拌和水稳基层混合料强度提升效果及微观的拌和均匀性进行试验分析。现场检测及室内试验结果表明:振动拌和芯样相比常规拌和芯样其强度提升近40%,且振动拌和芯样的强度试验变异系数更低。采用SEM扫描电镜对6 h及7 d后的水稳混合料微观形态进行试验分析,结果表明:采用振动拌和工艺的水稳碎石混合料,其水泥分布和粗集料裹附更为均匀,水泥结团现象消失,水化反应更加充分。

掺加BFS的乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

为验证在乳化沥青冷再生混合料中掺加高炉矿渣(blast furnace slag, BFS)的可行性并分析掺加BFS的乳化沥青冷再生混合料的路用性能,采用直接掺加BFS和以消石灰做激发剂掺加BFS两种方案,与掺加1.5%水泥的冷再生技术方案进行对比试验。通过测试干湿劈裂强度、冻融劈裂强度、60℃动稳定度和60℃抗剪强度、单轴压缩等性能指标,最终确定了v用于乳化沥青冷再生混合料的合理利用方式。研究结果表明:干湿劈裂强度试验无法有效地反映乳化沥青冷再生混合料水稳定性差异;冻融劈裂强度试验能有效地评价其水稳定性。在乳化沥青冷再生混合料中用BFS直接替代水泥会降低混合料的水稳定性;采用1.5%BFS+0.3%消石灰激发剂后,可使混合料具备与掺加1.5%水泥基本相当的路用性能。

应力释放率对超大断面小净距浅埋隧道的开挖影响研究

依托某高速公路隧道工程,基于空间反向荷载法和CRD施工工法,分析了不同应力释放率下浅埋隧道围岩变形及地表沉降规律。得出以下结论:(1)随着应力释放率的增大,浅埋隧道洞周竖向位移及地表沉降明显增大,围岩塑性区范围也明显增大;(2)在小净距浅埋隧道变形计算中,应力释放率越小,左、右幅隧道开挖引起地表相对干扰越大。当应力释放率取50%时,左洞隧道开挖引起的右洞地表隆起值大于其自身开挖引起的位移值,右洞上部地表隆起,最终导致隧道上方公路可能出现拉裂现象。

基于振动拌和工艺的水泥稳定碎石混合料路用性能研究

为了解不同水泥剂量下水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度、干缩和温缩性能、抗冲刷性能等路用性能及其变化规律,采用振动拌和、振机无振动拌和、普通静力拌和3种不同搅拌方式进行研究,然后基于试验结果对振动拌和工艺的作用机理进行了分析。结果表明:1)振动拌和工艺加大了拌和激振力,增加了水泥稳定碎石混合料的拌和均匀性;2)相比振机无振拌与普通静力拌和方式,振动拌和工艺下水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度平均提高了30.8%、49.5%;振动拌和型水泥稳定碎石混合料的劈裂强度提高了46.1%;3)振动拌和工艺还能有效改善混合料干缩、温缩及抗冲刷等路用性能。

涛源金沙江大桥宾川岸岸坡的长期稳定性研究

拟建涛源金沙江大桥位于鲁地拉水电站水库库区内,库水的存在必然影响桥基岸坡安全的稳定。以大桥宾川岸桥基岸坡为对象,在基于现场试验、工程类比和反分析确定边坡岩土体参数的基础上,开展了岸坡再造的塌陷宽度预测及库岸再造后边坡的稳定性分析。研究结果表明:(1)库岸再造宽度为40 m,小于桥梁主塔距库岸边缘距离(150m)。因此,主塔远在库岸再造影响范围之外;(2)库岸再造后的边坡,在自然和地震水位分别骤降5和10 m,其稳定性都达到工程稳定性要求。因此,库岸再造后的坡形就是稳定坡形。研究成果对大桥建设提供指导性建议和意见。

大断面小净距浅埋隧道围岩的屈服接近度分析

针对甸头隧道下穿大西公路段,采用有限差分法开展隧道施工过程的数值模拟,分析施工过程中围岩的屈服接近度的演化和转移特征,并和围岩塑性区的发展过程相比较,来开展围岩的稳定性研究。研究结果表明:隧道施工产生的围岩塑性区主要集中在拱脚处,现有的锚杆加固方案基本涵盖了围岩重点关注区域(考虑屈服接近度大于0.7的范围),仅在拱脚附近需要加长锚杆的长度,以保证隧道围岩的稳定性。

基于简化模型的某特大拱桥拱座承载安全评价

以云南某特大拱桥为对象,利用简化力学模型,在拱座重量、偏心及不同荷载组合条件下,分析了强风化泥灰岩地基、基底竖桩和斜桩的承载安全性。研究结果表明:在深、宽修正条件下,基底应力满足地基承载要求。各工况的竖桩和斜桩受力均满足桩基承载力要求。基于桩基实际受力进行的桩长反分析,确定边界竖桩最大有效桩长63.5m,中心竖桩最大有效桩长48.4m,边界斜桩最大有效桩长36.0m,中心斜桩最大有效桩长30.3m。该简化分析模型可为拱桥拱座承载安全评价提供参考。

施工工法对下穿公路隧道的影响探究

施工工法对下穿既有公路的隧道工程能否顺利施作起决定性作用。为探究施工工法对下穿公路隧道的影响作用,基于ABAQUS平台有效模拟了采用上下台阶法、CD法和CRD法三种工法时隧道围岩的应力、变位规律及地表沉降特征。结果表明:采用CRD法施工时,拱顶沉降为5cm,底部隆起为6cm,围岩变形控制效果较上下台阶法和CD法好;右幅隧道施工时左幅隧道围岩位移基本保持不变,左右幅隧道施工相互影响不大;隧道开挖对上方既有公路有影响,采用上下台阶法时地表最大沉降为5.80cm,CD法为2.70cm,CRD法为2.65cm。

鲁地拉水库金鸡达旦河拱桥段库岸稳定性评价

以鲁地拉水库涛源金鸡达旦河拱桥段库岸稳定问题为研究对象,基于历史库岸调查,结合两段法塌岸宽度预测经验公式与再造库岸边坡稳定性极限平衡法计算,综合评价库岸稳定性,所得主要结论如下:(1)金鸡达旦河拱桥烧香岛岸历经多期内外动力地质作用,当前及未来一段时期沿桥轴线方向库岸趋于稳定,不存在威胁桥基整体稳定的岩土工程问题。(2)金鸡达旦河拱桥烧香岛岸塌岸预测宽度28 m,当前库岸到结构最小距离20 m,库水长期作用会威胁到桥基安全。(3)金鸡达旦河拱桥既有公路岸不存在塌岸问题。(4)金鸡达旦河拱桥既有公路岸边坡上部填土存在整体稳定问题,潜在滑移影响范围36 m,当前库岸到结构最小距离22 m,长期作用会威胁到桥基安全。建议施工期管理好工程弃渣,避免大规模改变现状库岸。

车辆荷载对浅埋大断面隧道围岩的影响研究

依托在建的甸头隧道,开展隧道开挖是否考虑初期支护下车辆荷载对围岩及大西二级公路的影响研究。结果表明:隧道开挖引起隧道顶部及腰部发生沉降,底部发生隆起,初衬的施加可以有效抑制隧道周边围岩的变形,且可减小车辆荷载对围岩位移的影响;三台阶开挖时,隧道中部开挖引起地表发生剧烈沉降,初衬的施加可以减小地表的沉降,减小车辆荷载对地表沉降的影响。因此,无初支的情况下,当公路有车辆通过时,隧道整体变形较大,路面可能由于差异沉降产生裂缝。

基于变形监测的软岩隧道有限元反演分析研究

软岩隧道施工过程中需要对围岩进行及时有效的加固,以免变形过大威胁工程的安全性。依托天井山隧道工程,采用非接触位移测量监测围岩变形稳定性。为了更好地描述软岩的蠕变特性,结合位移监测数据以及有限元参数反演方法得到软岩蠕变参数,并以此分析开挖断面围岩的稳定性情况。得到以下结果:根据现场实际监测数据,隧道围岩的变形呈收敛趋势,但两侧变形并不对称;采用有限元反演方法得到的参数能较好地反应围岩开挖后位移变化的规律,其变化规律与实测数据一致;隧洞稳定性分析结果表明,现有支护措施下围岩流变塑性区范围将持续增长,最终会导致初砌破坏达不到支撑效果,需要采取进一步的加固措施。

基于振动搅拌的复合冷再生混合料性能研究

为了从机理入手提升复合冷再生混合料的性能,以满足路面再生使用需求,在振动搅拌条件下,主要研究了不同掺配比例的沥青面层与水稳基层复合冷再生混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度、干缩性能、温缩性能及抗冻融性能。结果表明,振动搅拌可有效提升再生混合料的搅拌均匀性,并提高强度,提升幅度可达30%;RAP料的掺量会影响再生混合料的力学性能与路用性能,当RAP料掺量为30%时,强度最高,掺量为40%时,干缩量最小,温缩系数随RAP料掺量的增加而减小,抗冻融性能随RAP料掺量的增加而增强。

浅埋软岩公路隧道超前管棚支护机制与工程应用研究

根据弹性理论刚度等效方法,管棚可视作加劲肋,加固岩土视作各项同性板,将隧道拱顶局部范围的管棚和加固岩土整体视为弹性地基上四边受特定约束的各向异性板。基于传统的管棚弹性地基梁模型,建立管棚弹性地基各向异性板模型,将管棚的力学模型从一维拓展至二维,采用COMSOLPDE有限元法求解,并应用该模型分析甸头隧道管棚的作用机制。同时开展隧道室内物理模型试验,研究超前管棚作用机制,对比分析工程中常用的Φ76 mm和Φ108 mm两种管棚的支护效果,研究结果表明:(1)管棚的受力和变形主要集中在掌子面前6 m范围内,将Φ76 mm管棚调整为Φ108 mm管棚后,横向和轴向弯矩分别增大56.9%和5.5%,同时管棚最大挠度降低38%,表明管棚支护刚度越大,所需承担的隧道开挖过程中的上部荷载也越大,通过减少上部围岩的松弛变形和应力释放,有效控制围岩变形。(2)由于管棚弹性地基各向异性板模型是二维的,对比分析管棚模型的横向和轴向弯矩发现,Φ76 mm和Φ108 mm管棚的轴向弯矩分别为横向弯矩的13和20倍,说明管棚沿隧道轴向弯矩作用明显,与已有研究结论相符,但横向弯矩作用同样不可忽略。(3)室内模型试验表明,沿隧道横向,管棚和围岩共同形成一定厚度的环向承载结构,起到超前支护的作用,共同承担隧道开挖后上方围岩荷载;沿隧道轴向,管棚与初支结构形成系统进行承载,起到梁支撑的作用,有效控制上方围岩的松弛变形和应力释放,从而提高掌子面围岩的稳定性。应用上述研究成果,成功指导了云南大永高速公路大断面软岩公路隧道下穿既有公路工程,将Φ76 mm管棚方案调整为Φ108 mm管棚方案后,现场实测拱顶上方最大地表沉降值减少了38%,室内试验的减少值为37%,室内试验和现场监测分析结果进一步验证了该模型的可行性和合理性,保障了整个下穿施工过程的安全顺利。

浅埋大断面公路隧道渐进破坏规律与安全控制

围绕浅埋大断面公路隧道渐近破坏过程与机制,以大永高速公路甸头隧道下穿大西二级公路工程为背景,开展了室内相似模型试验与现场监测分析。针对不同围岩级别条件(Ⅳ3,Ⅴ1和Ⅴ2),分析了隧道毛洞开挖过程中围岩应力和位移变化规律,提出了基于变形差率的隧道施工安全控制指标,隧道施工现场监测验证了该指标的科学性,保障了隧道施工安全。研究结果表明:①隧道的破坏首先发生在拱顶位置,随着隧道的不同分部的开挖,破坏区向拱肩和地表扩展;围岩级别为Ⅳ3时,隧道开挖后围岩形成一定厚度的塌落拱,塌落拱高度约为0.67M(M为隧道最大跨度);围岩级别为Ⅴ1和Ⅴ2时,隧道开挖将引起围岩坍塌,形成塌方等较严重事故。②隧道开挖过程中,在开挖卸荷作用下,隧道产生不同程度的收敛与沉降,Ⅳ3比Ⅴ1,Ⅴ1比Ⅴ2,Ⅳ3比Ⅴ2最大地表变形分别减少了63.0%、20.0%和70.4%;隧道开挖应力变化方面,Ⅴ1比Ⅳ3,Ⅴ2比Ⅴ1,Ⅴ2比Ⅳ3最大应力变化量分别减少了43.5%、23.0%和56.5%,且Ⅳ3,Ⅴ1和Ⅴ2围岩级别下隧道开挖过程应力和变形影响范围逐个增大。③采用模型试验手段,通过计算典型测点沉降差与测点距离的比值——变形差率,分别探讨Ⅴ2,Ⅴ1和Ⅳ3围岩级别的浅埋隧道施工安全控制标准。隧道施工现场监测结果表明,对于Ⅴ1级围岩浅埋隧道,当隧道地表横向和纵向变形差率均小于10 mm·m-1,可防止公路地表裂缝的产生。研究成果对于浅埋大断面公路隧道施工与安全控制具有重要意义。

基于随机场理论的双线盾构隧道地层变形分析

准确预测隧道开挖引起的地层变形对保障施工安全非常关键。依托厦门地区典型风化花岗岩地层的盾构隧道工程,以土性参数的空间变异性为切入点,针对多层土双线盾构隧道施工地层变形问题,基于随机场理论,采用蒙特卡洛策略和有限差分模拟计算相结合的方法,开展地层变形随机分析。以土体弹性模量E的空间变异性效应为研究重点,系统研究土体弹性模量的竖向、水平波动距离(zθ,xθ)及其变异系数(COV)对双线盾构隧道施工地层变形的影响。结果表明:弹性模量变异系数对变形的影响明显强于波动距离的影响;各向异性系数(/)x zξθθ取值小于32时,地层变形对ξ的敏感性较大;地表沉降变形曲线的特征与隧道上方土体模量的随机分布密切相关。在此基础上,综合考虑低刚度占优效应和模量概率分布形式的影响,提出厦门地区盾构隧道工程设计计算的土体弹性模量等效特征建议值。

基于现场施工的水泥稳定碎石拌和工艺对比研究

为推荐较优的水泥稳定碎石拌和工艺,提升水泥稳定碎石基层耐久性,基于现场施工,以无侧限抗压强度、弯沉以及裂缝特征为指标,分析对比了普通拌和+振动拌和、二次普通拌和、一次振动拌和与一次普通拌和工艺的应用效果。结果显示:以基层无侧限抗压强度最大、弯沉最小、裂缝数量最少、裂缝平均间距最大为评价标准,4种拌和工艺中,普通拌和+振动拌和工艺最优,一次普通拌和工艺最差;一次振动拌和工艺与二次普通拌和工艺的弯沉与裂缝特征差异不大,但无侧限抗压强度明显高于二次普通拌和工艺。