地下工程涌水涌砂诱发的沉降试验研究

针对地下工程中涌水、涌砂诱发的沉降问题,设计了一套可以改变涌口直径模拟水、砂涌出的可视化试验装置,对不同厚跨比及砂土中不同细颗粒含量下涌水、涌砂诱发的沉降规律进行了研究。试验结果表明:当厚跨比大于某一数值时,砂土中无论细颗粒含量多大,土体均不会发生沉降;当厚跨比在一定范围内、细颗粒含量小于某一数值时,土体会发生沉降,大于该数值后,土体会发生溃砂;溃砂发生的临界细颗粒含量与厚跨比初期呈抛物线上升关系,后期保持水平;当厚跨比小于某一数值时,砂土中无论细颗粒含量多小,均会发生溃砂;圆形涌口涌水、涌砂诱发的沉降在平面上呈圆形,剖面上近似二次曲面;土体溃砂后的沉降范围与沉降曲面的形状破坏角有关,沉降曲面的形状破坏角大致比土体天然休止角大9o。

基于遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别技术研究

传统的滑坡识别主要通过遥感目视解译和人机交互识别,存在耗时费力、主观性强和提取精度低等问题。文中以福建省某公路为实验区,提出了一种基于高分辨率遥感数据的闽东南山区公路滑坡快速识别方法。包括采用亚米级高分辨率遥感影像,通过对色调、地形、光谱、植被指数和纹理等滑坡特征进行分析与研究,确立了适用于东南山区公路的多维多尺度滑坡分类识别规则;借助机器学习算法分类工具与多维多尺度特征筛选集相结合构建了公路滑坡识别模型,并基于高分辨率遥感影像在色调尺度上对滑坡进行初步识别;最后经由坡度、归一化植被指数和纹理特征筛选集对初步识别的滑坡区域进一步的分割提取,从而对山区公路滑坡空间分布实行精准识别。经实验验证,文中方法所得滑坡识别的平均精度达到85.73%,且滑体提取形态特征完整,可清晰地展现出滑体的“舌”、“簸箕”状形态,亦可清晰辨别滑体的滑壁与堆积体。研究成果可为我国植被发育区的山区交通线路的滑坡识别与风险评估提供科学参考。

球状风化花岗岩类土质边坡随机重构与其失稳破坏模式研究

球状风化花岗岩类土质边坡高度的非均质性、非连续性以及土-球接触界面的复杂性致使其失稳破坏复杂多变,综合运用几何学、计算机随机模拟技术等,以有限元软件ABAQUS为平台,基于Python开发了球状风化花岗岩类土质边坡的随机结构模型程序,研究了球状风化体的含量、空间分布、粒度组成以及土-球接触界面等作用下球状风化体类土质边坡的失稳破坏模式。结果表明:球状风化花岗岩类土质边坡破坏模式复杂多变,且由于球状风化体的存在,使得该类边坡的潜在滑动面极其不规则,甚至出现多条滑动面;位于滑动面附近的风化体阻碍了滑动面的发育,迫使其出现“绕石、分流或者包含”的塑性扩展模式。随着球状风化体含量的增长,坡体内部越来越难以形成单一的、上下贯通的滑动面,安全系数随之逐步提高;(0.22~0.3)Lc粒径风化体含量越多,Ⅱ区风化体所占面积越大,越有利于边坡稳定;土-球接触界面最有可能发展为滑动面,界面接触类型显著影响着球状风化花岗岩类土质边坡的失稳演化过程。研究成果可为合理准确地评价球状风化花岗岩类土质边坡的稳定性提供科学依据和理论支撑。

工程高边坡开挖治理过程定量风险评估

结合路堑边坡定量风险评估技术框架,以龙岩市永定大道K1+160—K1+310左侧边坡为例,对高边坡开挖及加固两个阶段开展定量风险评估;首先基于边坡危险性分析确定边坡破坏概率,继而开展危害后果分析确定灾害到达承灾体概率、承灾体时空概率及承灾体易损性等关键指标,从而估算边坡开挖及加固两个阶段的财产损失风险和人身伤害风险,结合风险容许标准进行价值判断和风险决策,充分论证了该边坡加固治理的必要性和可行性,同时说明工程高边坡定量风险评估技术方案具有较高的工程实用价值和科学研究意义,可为类似工程所参考。

邻近输电塔路堑边坡失稳风险定量评估及加固工程设计优化

基于路堑边坡风险评估及管理技术框架,以龙岩市永定大道K0+855～K1+085路堑边坡为例,开展边坡定量风险评估,对边坡开挖及加固两个典型工况的边坡破坏概率、灾害到达承灾体概率、承灾体时空概率、承灾体易损性、承灾体财产价值等关键参量进行分析及计算,从而实现了上述两个工况边坡潜在风险损失的定量估算和比较,验证了边坡加固工程实施的必要性和有效性。因公路拓宽方案变更需求,对该边坡提出多级锚固和抗滑桩两种优化设计方案,并同样实施了这两个方案的定量风险评估及对比分析,研究表明在边坡设计安全系数基本相当的条件下,多级锚固方案具有较低的破坏概率和较少的潜在财产损失,为优选变更方案。本文研究提出了一套完整的边坡定量风险评估技术方案,并例证了该技术方案可以在设计阶段预测边坡风险状态及估算潜在风险损失,体现了风险防控对策的科学性和前瞻性,实现从源头控制风险的目标。

水泥-矿渣-粉煤灰固化淤泥的水分转化规律及其固化机理研究

为研究石膏激发的水泥-矿渣-粉煤灰固化淤泥的力学强度与水分转化过程的演变规律,从本质上揭示水泥-矿渣-粉煤灰对淤泥的固化机理,通过无侧限抗压强度、抗剪强度试验探究水泥/矿渣/粉煤灰配比、固化剂掺量、养护龄期对固化淤泥土强度的影响,结合核磁共振弛豫分析(NMR)、矿物成分分析(XRD)、微观结构分析(SEM)探究结合水量、水化物种类、微观形貌随养护龄期的变化规律,并建立无侧限抗压强度qu、抗剪强度参数c、tan φ与结合水量Cw的函数关系。结果表明:14 d龄期内较高水泥配比(20%)的固化土强度显著高于低水泥配比(5%)固化土,其早强效应归功于水化物的大量生成,结合水量大幅提高,14 d龄期后5%水泥配比固化土强度增长迅速并超过20%水泥配比固化土强度。从宏观力学强度看,较高水泥配比(20%)固化土qu、c、tan φ均与龄期对数lg t呈线性增长关系,低水泥配比(5%)固化土则呈幂型函数关系;从微观水分转化角度分析,高低水泥配比固化土的结合水量与抗压强度、抗剪强度参数的函数关系相同,即qu-Cw、tan φ-Cw呈幂型函数增长,c-Cw存在线性关系。固化土力学强度不仅与水化物中的结合水量有关,还与水化物的结构有关,絮凝状水化物C-A-S-H逐渐形成空间网状结构,使土体结构密实,孔隙减小。

考虑位移滞后效应的降雨型滑坡SSA-DELM位移预测模型研究

针对东南丘陵山地降雨型滑坡变形发展特征,现有滑坡预测模型应用存在局限,结合滑坡变形特点研究基于智能算法的滑坡预测模型。以福建安溪尧山滑坡为例,选取2019年9月至2022年6月滑坡监测数据进行研究,采用集对分析、灰关联法、麻雀搜索算法及深度极限学习机对滑坡位移进行预测,提出了一种考虑滑坡位移滞后时间基于深度学习的滑坡位移预测模型。结果表明:SSA-DELM模型的MAE、MAPE、RMSE相较于已有的BP神经网络、SVM模型均更小,同时模型结合了滑坡影响因子以及水位-位移滞后特征,具有明确的物理意义,位移预测效果较好且精度较高,可推广应用于类似的滑坡位移预测中。

高温遇水冷却石灰岩力学与声学性质研究

以石灰岩为研究对象,对加温遇水冷却后的岩样进行轴向压缩试验和声波测试,研究不同高温遇水冷却岩样的表观形态和力学性质的变化情况,分析力学与声学性质的关系。研究结果表明:随温度升高,高温遇水冷却干燥后岩样的颜色逐渐变浅,700℃时变为灰白色;峰值强度整体上呈减小趋势;当从常温升至500℃时,峰值应变逐渐增大,弹性模量和变形模量逐渐减小;高于500℃时,随温度升高,峰值应变先减小后增大,弹性模量和变形模量先增大后减小;随温度变化,弹性模量、峰值强度与纵波声波波速、横波声波波速间均呈现出良好的相关性。

桩板式挡土墙桩-板土压力传递特性的试验研究

广泛应用于路堑、路堤以及滑坡等特殊路基支挡工程的桩板式挡土墙目前多采用桩后搭设直板的结构形式,致使设计严重偏于保守。为明确不同挡土板布设位置下桩板式挡土墙桩–板土压力的传递特性及其分布规律,基于相似原理采用室内物理模型试验,开展桩前置板、桩后置板以及桩间无挡板3种典型工况的室内模型试验研究,获取桩–板后填土在水平推力作用下的整体变形及其典型破裂面特征,监测并确定抗滑桩两侧、桩间挡土板背侧以及填土跨中土压力的分布规律。试验结果表明:在水平推力作用下,桩前置板、桩后置板以及桩间无挡板3种典型工况的桩–板后填土均产生一条横跨加载面的整体裂缝。抗滑桩和桩间挡土板的背侧土压力大致分别呈"勺子型"和"梯形"分布,且相较于桩后置板工况而言,尽管桩前置板工况下抗滑桩所承担的土压力较大,但桩间挡土板所对应的土压力则显著降低。由于桩间挡土板的存在,尤其是桩后置板工况,在一定程度上削弱了桩–板后填土的土拱效应,但桩前置板工况仍为桩–板后侧填土土拱效应的形成和发展提供了空间;相较而言,桩前置板工况可利用桩–板后填土土拱效应的发挥显著减少作用于挡土板上的土压力,设计时宜采用桩前挂板或板搭设在桩翼缘板上的结构形式。研究成果可为桩板式挡土墙的合理设计提供参考。

不同含水率条件下花岗岩脆性特征评价指标研究

准确评价花岗岩在不同含水率条件下的脆性特征对此类工程岩体稳定性评价具有重要的意义。总结国内外现有岩石脆性评价指标,着重对基于应力-应变曲线特征的指标适用性和准确性进行详细分析和讨论,结合单轴压缩条件下花岗岩脆性特征随含水率增加而逐渐降低的试验规律,指出目前常用的基于应力-应变曲线特征的指标难以全面准确反映不同含水率花岗岩脆性特征。基于此,综合考虑全过程应力-应变曲线及峰后破坏时间,应用峰值应变表征峰前脆性特征、峰后应力跌落速率及应变增长速率表征峰后脆性特征,由此提出一种能全面反映花岗岩变形破坏全过程的脆性评价新指标Bd。经试验证实,新指标Bd能够准确地反映出花岗岩在不同含水率条件下的脆性变化趋势,相比其他脆性评价指标具有一定优越性。研究成果对丰富和改进现有的岩石脆性评价指标具有一定的参考意义和价值。

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据.结果表明:预埋的多点位移计测点位移主要为0.5~3.0 mm,收敛位移监测值主要为4~8 mm,拱顶沉降监测值主要为3~6 mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显.提出洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%~60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5 m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化.

降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究

我国东南沿海地区丘陵山地发育,降雨入渗到土体中的水分是导致滑坡灾害频发的关键因素。以福建省泉州市德化县地质灾害点为主要研究对象,考察典型地质灾害点具有代表性的坡积土与花岗岩残积土的渗透特性。利用自行研制的土体入渗装置,分别在降雨强度为15、30、60mm/h条件下,考虑降雨历时一致(180min)与过程降雨量一致(90mm)两种工况开展一维土柱入渗试验,得到相应的各个土柱含水率、湿润锋、入渗率随时间变化的响应规律。试验结果表明:(1)土体渗透系数越大、雨强越大,土体湿润蔓延距离越深、速度越快。(2)降雨入渗过程中,土体含水率由浅及深逐次对降雨进行响应。不同雨强对含水率的影响主要体现在第一次响应时间以及饱和速度上,雨强越大,响应时间越快,饱和速度也越快。(3)提出可表征在不同雨强作用下,德化县马坪滑坡与崩土岭滑坡的湿润锋入渗公式。该研究成果对台风暴雨型滑坡的孕灾机制分析以及精细化监测预警具有重要的理论及实际意义。

满流条件下管道破损诱发渗流侵蚀的试验研究

针对富水砂层中地下管道破损诱发地面沉降的问题,设计了一套可视化试验装置,对骨架粒径d90=1.45~8.45mm的11种砂土样、5种满流流速下土体渗流侵蚀诱发地表沉降的规律进行了研究。研究表明:(1)管道破损诱发的土体渗流侵蚀有3种模式,分别为:只突水无沉降、形成土拱并发生沉降和溃砂沉降;(2)土体骨架粒径、破损口尺寸、厚跨比是决定土体产生何种渗流侵蚀模式的主要因素,满流流速主要影响土体沉降范围;(3)管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,土体骨架粒径d90与厚跨比r的关系为:当8.0≥r≥4.2时,d90随r的增大呈抛物线下降;当12.5≥r≥8.0时,d90保持不变;(4)管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,流速为0的初始沉降半径、沉降深度由破损口直径D与土体平均粒径d50的比值(D/d50)决定;沉降半径、沉降深度均随满流流速的增大而线性增大;形成土拱时,沉降半径、沉降深度随流速增大的扩展速度(VL、VH)与D/d50呈对数关系;溃砂时,沉降半径随流速增大的扩展速度VL规律如下:当23.0≥D/d50≥6.0时,VL随D/d50的增加而线性增大,当42.0≥D/d50≥23.0时,VL随D/d50的增大呈对数减小。

基坑开挖过程坑侧土体应力路径试验研究

随着基坑的开挖,基坑侧壁土体的竖向应力不变而侧向应力减小,侧壁土压力由静止土压力逐步向主动土压力变化。基于基坑开挖前、开挖过程及支护结构作用后坑侧土体的应力变化情况,开展了常规三轴固结不排水剪切试验、K0固结不排水剪切试验、K0固结侧向卸荷试验和不等压固结侧向卸荷不排水剪切试验等多种室内试验,对比分析了不同应力路径条件下土体的应力应变曲线、抗剪强度及孔隙水压力变化特征,总结了基坑开挖过程复杂应力路径下土体的应力应变特征及强度特性。

反复循环荷载下考虑上覆土体压力软土次固结变形试验研究

采用不同原状软土,取循环荷载卸载时试样最小应力为原状软土上覆土体压力,进行反复循环荷载下的一维固结试验,研究软土的次固结变形特性。研究结果表明:在荷载循环过程中,初始最大预压荷载越大,软土次固结系数C_a越小;次固结系数随循环次数增大减小明显,当循环次数达20次以上时,减小逐步变缓;循环荷载越大,软土的次固结系数越大且减小越迅速。经35次循环荷载后,再加载时次固结系数C_a随再加荷载p_1增大而增大,且C_a与lgp_1呈线性关系;最大预压荷载越大、维持时间越长,再加载时次固结系数C_a越小。

饱和花岗岩残积土强度演化的温度效应研究

我国东南地区夏季炎热多雨,地表温度变化频繁且幅度大,其对饱和花岗岩残积土强度及其演化特性具有重要影响。将含水率由25%~10%~25%作为一次循环,分别在30℃、40℃、50℃、60℃与70℃条件下进行多次含水率循环的饱和花岗岩残积土室内直剪试验和声波测试,研究饱和花岗岩残积土强度演化的温度效应及其规律。结果表明,各种温度下,随着循环次数的增加,花岗岩残积土黏聚力和纵波波速均呈下降趋势,下降速率先快后慢,然后逐渐趋于稳定;温度为50℃、60℃与70℃时,黏聚力在第2次循环中降幅最为显著;循环次数相同,温度越高,黏聚力和纵波波速衰减较大;损伤变量随循环次数增加而增加,增长幅度先快后慢,然后趋于平稳;循环次数相同,温度越高,损伤变量越大;平均纵波波速和黏聚力具有较好的对数关系。本研究结论对东南地区花岗岩残积土边坡工程和地下工程的科学处理具有重要意义。

降雨条件下大孔隙土体含水率变化规律研究

为探究发育类型各异的孔隙在降雨条件下引发的优势流效应对土体含水率变化规律的影响,采用一维降雨入渗试验、数值模拟等方法分析孔隙竖直贯通样、死端孔隙样、孔隙各向展布样原状土与重塑土在降雨入渗条件下含水率分布规律及大孔隙渗流特征。结果表明:水流沿土体孔隙由浅至深迁移,浅表层以均匀入渗为主且含水率均匀增大至峰值,而土体深处优势渗流效应占优,其含水率增长模式各异;竖直贯通型孔隙的含水率缓慢增大,后期增长速率小幅增加,水流沿优势通道优先侧渗,下渗速度由慢到快后迅速出流;死端型孔隙的水流在死端位置滞留,深部含水率最高,水流由下渗转变为侧渗延缓出流;各向展布型孔隙的水流先快速通过优势通道后向周围缓慢扩散,含水率的增长速率先增大后减小,水流运移至底部出流耗时较长;双重渗流模型数值模拟能较好地刻画不同大孔隙的发育特征和水分运移规律,可由不同模型参数的取值表征不同孔隙类型的水分迁移特征。

钢筋混凝土建筑物振动特性的高度效应研究

建筑物振动特性对于结构抗震设计有重要的理论价值,其中自振周期和阻尼比是2个主要的动力参数。对福州地区129栋不同高度钢筋混凝土建筑物进行振动测试,并统计建筑物的基本特征,研究了高度在21~99m范围内建筑物的自振周期和阻尼比随建筑物高度变化的规律。结果表明:建筑物自振周期随高度增加而增大,有良好的相关性,自振周期约是高度的0.018 63倍;长短轴向自振周期也随高度的增加而增大,长轴向自振周期约是高度的0.014 56倍,短轴向自振周期约是高度的0.018 46倍;随着建筑物高度的增大,阻尼比、长轴向阻尼比和短轴向阻尼比这三者在一定的范围内近似均匀分布,对高度的敏感性低,其中建筑物阻尼比的平均值为4.44%,与建筑抗震设计规范所取的定值5%是比较接近的。研究结论:可为蓬勃发展的高层钢筋混凝土建筑物的初期设计提供科学依据。

某排土场边坡变形的二维颗粒流仿真研究

排土场失稳破坏将产生重大的灾难性后果。由于排土场的特殊性,其失稳变形破坏机制更为复杂。以福建某露天矿排土场为原型,用颗粒流软件PFC2D对其进行饱和工况下的变形破坏过程模拟,根据坡形变化图、位移矢量图以及测量圈的孔隙率监测数据探究排土场的破坏机制,总结排土场变形破坏规律。结果表明,上部堆积体最先产生滑移,对下部产生堆挤,使得坡脚隆起、细颗粒挤出,最终导致整体性滑移;于基岩面附近产生沿基岩面的折线滑动,越靠近临空面则逐渐演化为圆弧滑动;变形过程中,孔隙率变化可分为两类:Ⅰ类孔隙率由大变小,Ⅱ类由小变大,两者在坡体破坏之时孔隙率增长速度接近。研究结果对排土场边坡的稳定分析具有理论和实际意义。

锤击震源参数对浅层地震波的影响规律研究

由于锤击震源对环境的负面影响较小且经济实惠、操作便捷,因此在各类浅层地震勘探方法中应用广泛。考虑锤击震源参数对地震波的影响规律,开展现场试验和离散元数值模拟研究。试验结果表明:进行现场锤击试验,当大锤质量由5kg增至30kg时,主频与频带宽度总降幅分别为21.43%、71.39%,最大振幅总增幅为479.6%;当瞬时锤击速度由3.13m/s增至5.42m/s时,主频与最大振幅总增幅分别为4.60%、79.58%。数值试验结果得出主频与频带宽度会随大锤质量增加呈二阶非线性减小规律,而最大振幅与大锤质量呈线性正相关,瞬时锤击速度的变化对最大振幅有较大影响,与锤击试验结果相似。