兰州轨道交通扰动场地黄土浸水试验研究

由于受长期地表降水与排水下渗、前期施工、拆迁等加卸载作用及车辆交通荷载的扰动影响,城市拆迁场地土体的特性与处于原始地形地貌和地层分布的土体情况有所不同。目前尽管已经发表了大量黄土浸水试验的成果,但基本都是在原状黄土场地进行,而在这类扰动场地黄土中开展浸水试验的研究尚不多见。在兰州东岗轨道交通车辆段建设场地进行了累计观测时间超过100天的试坑原位浸水试验。结合室内土工试验和现场测试结果,讨论了该扰动场地黄土浸水产生沉降变形的特征。结果表明:该扰动场地浸水发生沉降变形的时间发展过程具有"缓慢增长—突增—趋于稳定"的特点,其总沉降也远小于既有原状黄土场地的实测结果,应理解为广义的浸水增湿湿陷,其变形包括压缩变形和湿陷变形两部分,二者比例近似为7∶3;前期扰动导致的较低的孔隙比和试坑开挖造成的卸荷是其总变形量较小的原因,但是其浸水沉降变形增长过程中突增的湿陷变形和土层空间分布不均匀引起的差异沉降值得引起注意。研究结果对于进一步加深对黄土湿陷变形与水稳定性的理解,选择扰动场地黄土地基处理和防排水措施具有一定的参考价值。

宝兰客专兰州段泥岩软化特性的微观研究

针对西北地区广为分布的黄土地层泥岩,结合宝兰客专上庄隧道工程,通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及岩石的物理水理性质试验等手段测定该泥岩地球化学成分、微观构造、矿物成分和物理水理性质,研究黄土地层泥岩软化过程中的变化规律。研究表明,该泥岩中金属元素的含量较多,导致泥岩的颜色较深,且其中矿物成分主要为石英、方解石及斜长石,占总矿物含量的77%,而蒙脱石含量为0,仅含有少许伊利石和高岭石;天然状态下泥岩含有较多的黏土颗粒,这些黏土颗粒间主要是面对面接触或点对面接触,在水的作用下,颗粒间的连接逐渐被破坏,导致岩石内部构造损坏,使得泥岩产生软化现象;化学成分及室内试验结果均表明,该泥岩几乎没有膨胀性,但是具有一定的崩解性。

黄土边坡-隧道结构地震动反应谱特性研究

利用地震波处理软件SeismoSignal对大型振动台模型试验坡面处监测点数据进行处理,研究边坡-隧道结构在不同地震动输入下的加速度反应谱特性.结果表明:①地震动输入对加速度反应谱和规准反应谱影响显著,随着周期的增大反应谱值先增大后减小,最后趋近于零;②规准反应谱在地震动输入较小时,最大值随地震动输入的增大而减小,随坡高的增大而增大,在坡顶时达到最大值,隧道的存在对边坡的抗震性能有一定影响,尤其在隧道洞口段是抗震的薄弱环节;③平均规准反应谱在短周期段随地震动的增大而减小,在中长周期段随地震动的增大而增大,峰值随地震动的增大呈现出向中长周期段推移的趋势,平均曲线峰值两侧的数据呈现出较好的数学关系,左端拟合曲线为二次多项式关系式,右端拟合曲线为指数关系式.

非饱和重塑Q3黄土抗剪强度分析

以宝兰客专隧道典型黄土为研究背景,探讨了含水率对重塑Q3黄土抗剪特性的影响,并通过数据拟合得到重塑Q3黄土破坏强度与含水率之间的关系表达式。结果表明:随着含水率的增加,土样的破坏强度随之减小;在同一含水率下,随着围压的增加,其抗剪强度逐渐增大。在低围压下试样有明显的峰值,为脆性破坏;在较高围压下试样为塑性破坏。含水率较低时,剪应变呈现出应变软化及弱硬化状态;含水率较高时,剪应变呈现出硬化及强硬化状态。在轴向应变较小时,重塑Q3黄土的应力-应变呈现出近似线性的关系;当轴向应变较大时,应力-应变呈现出高度的非线性关系。通过线性回归方法以围压和含水率数据回归出重塑黄土的破坏强度计算式,对比计算数据和实测数据,发现它们之间的相对误差较小,实测值与计算值的变化趋势基本一致,本研究成果可以为类似工程提供依据。

考虑微结构特征的黄土动力特性影响因素研究

选取1920年海原地震震中滑坡密集分布区宁夏回族自治区西吉县庞湾乡的黄土,分别进行了不同围压,不同含水率条件下的原状、重塑土动三轴试验。结合动三轴试验前后的微观变化图像,探讨围压和水分对黄土试样土颗粒的作用机制,从微结构的角度阐释了两者对黄土动力特性影响的特点。研究结果表明:所取试样动剪切模量与动剪应变的关系可以用HD模型的推导式拟合,随含水率增加,围压减小,参数a,b值增大;水分在原状试样和重塑试样的作用不同,随着含水率的增加,动剪切模量降低,阻尼比增大,原状试样动剪切模量和阻尼比的变化速率先快后慢,而重塑试样相应值的变化速率先慢后快;除了水分和围压等外在条件的影响,土样本身土体的微观特征如孔隙分布、颗粒大小、粒间间距、联结方式、密实程度等因素对土体动剪切模量和阻尼比等宏观特性产生重要影响。

桩及桩板墙加固路基边坡的对比室内模型试验研究

设计了尺寸相似比为1︰25的室内试验模型,对两组不同支护方式下预设滑面的边坡模型进行逐级水平推移式加载,对比分析了在横向荷载作用下抗滑桩及桩板式挡墙(后置式挡土板)两种支护结构的受力及变形特点(考虑深层滑坡)。研究发现:边坡-支护结构系统的破坏明显分为3个阶段,即滑体土压密阶段、支护结构主要变形阶段及支护结构失效阶段;距桩顶14cm的同一水平位置桩后土压力传递效率较低,与距加载板位置远近成反比,呈指数变化规律;抗滑桩仍是两种支护结构的主要受力构件,挡土板延长了模型破坏的主要变形阶段,加固效果显著;桩板支护结构较抗滑桩支护多承受一级荷载(0.5k N),承载力提高了14.29%;挡土板优化了桩后土压力的分布形式,使作用在整个桩背侧土压力合力的作用点更靠近锚固端,有利于抵抗桩身的挠曲变形。本研究可为这两种边坡支护结构形式的选择提供参考。

黄土隧道边仰坡动力响应的大型振动台模型试验研究

设计并完成了1∶80比例尺的高陡黄土边坡大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波,探讨地震作用下模型洞口仰坡动力响应规律,以及地震动参数对动力响应的影响。试验结果表明,不同地震波加载的过程中,坡面的PGA随着测点高程的增大而增大,在隧道仰拱和拱顶所处的位置,PGA有突然减小的过程。其中仰拱周围边坡坡面的PGA减小更大,说明隧道的存在对坡面加速度的放大作用具有一定的抑制作用,其中仰拱位置比拱顶位置抑制作用更强。台面峰值加速度越大,仰拱对加速度的抑制作用更加明显,坡顶面的PGA最大,因此坡面越高,加速度的放大效应越明显,并没有出现加速度放大系数饱和的这种状态。试验结果有助于揭示黄土隧道仰坡在地震作用下的失稳机制,为工程的抗震设计提供有益的参考。

场地黄土扰动前后的湿陷性与其物性指标的关系

黄土物性指标可以近似但较为简便快速地评价其湿陷性。原状黄土在不同荷载和浸水的扰动下,随着其物性指标的改变,湿陷性也随之变化,故为了更好地评价这类扰动性黄土的湿陷性,在兰州东岗某场地上进行的两次相隔四十多年室内试验的基础上,采用相关分析的方法,研究扰动前后湿陷性系数与干密度、含水率、孔隙比、饱和度和塑性指数之间的关系。结果表明:(1)扰动前后湿陷性系数和干密度、含水率、饱和度和塑性均呈负相关,和孔隙比呈正相关,且扰动后湿陷性系数整体上低于扰动前,各指标对湿陷性系数的影响减弱。(2)以干密度、含水率、孔隙比、饱和度和塑性指数作为反映扰动前后黄土湿陷性的因子进行多元线性回归和因子权重分析,得出用以评价扰动前后黄土湿陷性的回归公式和影响湿陷性的因子排序。研究结果对于研判扰动黄土的湿陷性并选择合适的地基处理方法具有一定参考价值。

黄土隧道仰边坡及洞口段地震动响应试验研究

随着西部大开发的进一步深入,国家对该地区的抗震减灾工作提出更高的要求。以郑西客专和宝兰客专线上比较典型的黄土隧道为工程背景进行振动台模型试验,本次试验加载的地震波形为正弦波(3~50 Hz)、汶川卧龙波和EL-Centro波,通过对试验过程中边坡和隧道洞口段的失稳破坏形式以及得到的实验数据研究分析,得出以下结论:(1)试验过程中模型在坡顶、坡面、拱顶以及拱脚处分别出现不同程度的裂缝,坡顶中部出现错台和震陷。随着地震动峰值加速度的增大边坡鼓出现象更加明显,同时存在隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧。(2)隧道的存在会加大坡面的加速度,坡顶边缘处的动力放大效应比较明显,当台面峰值加速度增大时会出现放大效应趋于"饱和"现象。(3)随着地震动峰值加速度的增大,仰拱和拱顶的最大土压力值位置逐渐向隧道洞内延伸,洞口段衬砌加速度和土压力沿隧道轴向一般先增大再减小,洞口段的抗震设防长度建议为5倍的最大洞径。

红层软岩地区高速铁路深路堑基底变形规律研究

挖方高边坡基底随时间持续上拱变形如果超出铁路路基设计规范的限值,会严重影响列车的舒适性和安全性。为研究西南地区泥岩夹砂岩挖方高边坡基底持续上拱变形机理,使用FLAC3D软件对挖方高边坡进行弹塑性和黏弹塑性数值计算,并尝试从软岩流变的角度分析挖方高边坡施工完后基底持续上拱变形的规律。研究结果表明:在不考虑流变的弹塑性分析中,挖方高边坡具有明显的边坡开挖效应(卸荷效应),竖向应力随着边坡开挖深度的增加而减小,导致竖向变形逐渐增大,应力变化越大竖向变形也越大;在流变分析中,由于开始阶段的岩体应力调整,基底下一定深度出现竖向压缩变形,随着应力稳定,发生持续上拱非线性变形,并在5年后达到稳定;在流变计算中,由于基底下剪应力与水平应力均有所大幅度增加,基底下各深度的竖向变形小于弹塑性计算的变形,采用泥岩流变计算模型能较好的模拟并解释依托工程案例中挖方路基持续上拱变形现象。

高地应力软岩隧道不同施工方法数值模拟变形分析研究

结合木寨岭隧道的实际施工方法,采用三维有限元软件Midas/GTS,分别对隧道的4种施工方法进行数值模拟,4种施工方法分别为全断面法、二台阶法、三台阶法和超前导洞扩挖法。选取适当的物理力学参数进行数值建模,从模拟结果中提取拱顶沉降、水平收敛、隧道应力、塑性区等数据进行对比分析,从而得出最优的施工方法,即适用于高地应力软岩隧道的施工方法,以及相应的支护措施。并在讨论部分引用类似状况隧道实测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力软岩隧道设计施工提供一定的参考。

隧道初支与二衬间接触压力统计分析

复合式衬砌一般由初期支护和二次衬砌共同组成,二者相互作用关系是隧道工程中的研究热点,本文通过对43座隧道79个监测断面初支与二衬接触压力的统计分析,探讨了接触压力的总体分布特征及其与围岩等级、隧道埋深、跨度等因素的关系,研究了二衬荷载分担比在洞周的分布规律,讨论了接触压力随时间的变化规律及其空间分布特征。结果表明:初支与二衬接触压力值分布在10~200 k Pa之间;接触压力及其离散程度随隧道埋深增大而增大,Ⅴ级围岩增大趋势比Ⅳ级围岩更明显;二衬荷载分担比集中在0~20%范围内;接触压力有明显的时间效应,随时间的变化表现为快速增长至峰值之后减小,进而缓慢增大趋于稳定,稳定所需时间在二衬浇筑后30 d左右;接触压力空间分布规律为拱顶→拱肩→拱腰→拱墙增大,拱墙→拱脚→拱底减小。研究结论可为隧道结构受力分析与优化提供参考。

考虑进洞高程效应的黄土隧道洞口段地震动力响应特征研究

通过大型振动台模型试验并采用Midas-GTS有限元软件进行模拟计算,研究黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征、破坏过程和地震波在模型中的传递规律,分析影响黄土隧道洞口段地震动力响应的主要因素。结果表明:边坡沿弧形开裂面的垮塌受坡脚剪切和坡顶拉裂的共同作用;边坡会对其卓越频率内的地震波产生明显放大效应,且在1/2坡高以上放大效应出现饱和现象;隧道临空面是影响隧道洞口段地震动力响应的主要因素。考虑进洞高程效应时隧道洞口段抗震设防长度可取距洞口5倍洞径范围。振动台模型试验与数值计算在位移、加速度、应力三个响应特征上吻合较好,证明二者结果合理可靠。研究成果可为隧道工程设计和地下结构抗震理论研究提供有益参考。

地铁车站PBA法围护桩受力机制研究

以新疆地区某PBA法(浅埋暗挖洞桩法)地铁车站为工程依托,主要采用数值模拟的方法,结合对现场监测结果的分析对比,对地铁车站围护桩在不同施工阶段受力特点进行分析。研究结果表明:围护桩承载位移变化曲线在扣拱开挖和中板施作阶段增长速率较大,该阶段的轴力和水平位移占比分别为65%和72%;围护桩的承载位移变化曲线可以分三个阶段,即快速增长阶段、缓慢增加阶段、稳定持平阶段;围护桩桩径和桩间距对桩体水平位移影响较小,对轴力和弯矩影响较大,通过参数优化,可得到最优方案。

甘肃某地区膨胀土渗透及膨胀特性试验分析

为了研究膨胀土的渗透和膨胀特性,分别对重塑土与原状土进行了渗透性性能试验和膨胀试验.通过室内试验、理论分析将所得试验数据进行整理和函数拟合,对比分析膨胀土的渗透系数、膨胀量与不同影响因素之间的变化规律,为类似地质条件下工程设计和施工提供参考.