昌景黄铁路边坡危岩落石运动特性及防治研究

以昌景黄铁路西武岭隧道进口和东山隧道进口边坡危岩落石地段为依托,根据现场调查资料及危岩落石发育特征,运用RocFall软件建立高陡边坡落石运动分析模型,系统研究了危岩落石的运动轨迹及特征,揭示了落石弹跳和冲击动能特性,预测了落石运动轨迹和落点分布规律。进一步地对西武岭隧道进口和东山隧道进口边坡危岩落石防护效果进行了验证分析。计算分析结果表明,由于边坡存在植被覆盖土,落石基本无法直接落入明洞。因此,提出了在混凝土护坡顶设置防护结构,并按时清理离明洞洞口较近的危岩落石等防治措施。

生态沟渠拦截猕猴桃种植区氮磷径流污染的有效性研究

近年来,国内猕猴桃种植业呈蓬勃向上态势,但连年种植使农业面源污染问题凸显。为评价生态沟渠系统在拦截猕猴桃种植区氮磷污染方面的有效性,在四川省都江堰市天马镇某猕猴桃种植园内原位构建了以空心菜和峨眉山仙土堰为核心的生态沟渠系统,在5次降雨中分别监测生态沟渠进水和出水处水样的总氮(TN)和总磷(TP)指标,以探究其面源污染拦截效果。试验结果表明,都江堰地区猕猴桃种植区存在严重的氮磷面源污染问题,与生态沟渠进水处相比,出水处TN、TP平均浓度降低,TP平均去除率可稳定达到22.9%。可知在都江堰猕猴桃种植区,生态沟渠可以快速拦截该区域内的氮磷径流污染物,是经济可行的面源污染防控措施,值得进一步研究和推广应用。

林下生态系统拦截猕猴桃种植区氮磷径流污染效果研究

过量施肥与降雨径流导致大量的种植业氮磷污染,尤其是在龙门山脉沿线的都江堰山地猕猴桃种植区,较大的种植坡度和多雨气候使得当地猕猴桃产业面临严重的农业面源污染威胁。但如何防控这种山地猕猴桃种植面源污染很少受到人们关注,为此因地制宜地利用和构建了林下生态系统,评价了其在拦截山地猕猴桃种植区氮磷污染方面的有效性。本研究在四川省成都市都江堰市蒲虹路东岳庙附近进行,原位建造了一个小型的林下生态系统。在4次降雨事件中分别监测了林下生态系统进水和出水区域水样的氮磷指标,用以探究其面源污染防治效果。研究发现,都江堰地区山地猕猴桃种植区的主要面源污染威胁是氮污染。与林下生态系统进水区相比,其出水区中总氮(TN)和总磷(TP)浓度显著降低,TN和TP的平均去除率分别为27.5%和69.3%。在都江堰地区山地猕猴桃种植区,因地制宜地构建林下生态系统,可以有效拦截该区域内的氮磷污染,是一种简单、经济、有效的种植业面源污染防控措施,值得进一步研究和推广应用。

抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应试验研究

以成兰铁路某抗滑桩加固碎石土滑坡为工程背景,设计完成振动台缩尺模型试验,对抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应进行研究。结果表明:前排抗滑桩宜靠近桥梁桩基础提供必要的水平抗力,后排抗滑桩发挥主要的抗震加固作用,桩身裂缝位于滑动面以下锚固段长度1/6~1/3处;随着正弦波振动强度增加,滑坡模型剪切变形峰值先增后减,最高可达7×10~(-5),且位于下滑段的剪切变形峰值有上移趋势,直至滑坡完全被破坏;在逐级加载过程中,滑坡PGA放大系数服从层状分布并随振动加剧呈减小趋势,当滑坡体自振频段与振动波频率接近时出现共振耦合效应,PGA放大系数显著增大,最大值和最小值之比可达158%;当加载正弦波加速度峰值相等而频率不同时,高频振动时土体摩擦耗能较小,PGA放大系数较大。

岩石节理微生物诱导碳酸钙沉积封堵渗流演化规律试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced calcite precipitation,MICP)在土体加固中应用广泛,但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制,以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象,考虑MICP反应影响因素,开展了6种不同工况下的岩石节理MICP封堵室内试验,得到了MICP封堵过程中岩石节理导水系数和水力隙宽变化规律以及相应的碳酸钙时空分布图像。试验结果表明:MICP封堵过程中岩石节理水力隙宽随灌注轮次大致呈线性减小趋势,且水力隙宽减小速率与岩石节理中碳酸钙分布情况密切相关,而MICP反应过程中碳酸钙分布又受灌注速率、固定液、菌液和反应液灌注时长、静置时长等因素影响;6种工况中灌注速率较大、先灌注菌液和固定液静置一段时间再灌注菌液和反应液、灌注和静置时间最长的工况4封堵效率和效果最佳,在仅灌注2轮的情况下可将岩石节理导水系数由40.51×10^(-6)m^(2)/s减小至0.52×10^(-6)m^(2)/s,降幅达98.72%,对应的水力隙宽值由0.367 mm减小至0.086 mm,降幅达76.6%;通过观测岩石节理试件上、下表面的碳酸钙沉积情况,发现岩石节理中MICP反应产生的碳酸钙在较短时间内就可以形成一定胶结强度,在封堵岩石节理减小其渗透性的同时,还有改善其力学性能的潜力。

基坑降水开挖对邻近铁路高架桥的影响区研究

以国内首例下穿城际铁路结构的基坑工程——深圳轨道交通12号线和平站为依托,建立了基坑近接铁路高架桥降水开挖有限元模型,对邻近高架桥进行近接影响区研究,以期对地铁车站基坑施工过程中邻近桥梁的状态进行预测。研究结果发现:在仅考虑基坑降水开挖时,桥梁墩顶水平位移比竖向位移更容易超限,当桥坑间距为0.341~3.029倍基坑开挖总深度时墩顶位移会超过极限值,当桥坑间距大于3.664倍基坑总深度时墩顶位移会始终小于警戒值(极限值的60%);将铁路高架桥受邻近基坑降水开挖的影响范围划分为三类大区和五类小区,根据桥坑间距及基坑开挖深度预测桥梁结构状态,在仅考虑基坑降水开挖时,邻近铁路高架桥30号和31号桥墩随着基坑开挖会存在位移超限的可能,因此现场采取隔离桩和旋喷桩的组合加固措施来保证桥墩安全;数值计算结果及现场监测结果吻合性较好,均表明采用的加固措施能保证桥梁结构的安全。

柱状节理岩体水-力各向异性特性研究进展

柱状节理岩体是一类典型的结构性岩体,具有柱状节理网络发育、岩体完整性差的特点,其力学和渗流特性呈现出显著的各向异性。在分析柱状节理成因的基础上,从现场试验、物理模型试验、数值试验和理论分析4个方面系统总结了柱状节理岩体力学和渗流各向异性的最新研究成果,分析了现有研究方法和研究成果的不足,探讨了今后柱状节理岩体力学和渗流各向异性特性研究的新方向,即:基于柱状节理冷却收缩形成机制研究一种模拟柱状节理岩体试件一次成型制备方法,在考虑柱状节理卸荷扩容特性的基础上重点开展卸荷条件下柱状节理岩体力学和渗流各向异性规律研究。

风化泥质砂岩地层隧道结构安全性研究

泥质砂岩地层隧道在遇水条件下易产生垮塌的灾变现象。为探明不同风化程度下的泥质砂岩地层隧道结构安全性并有效控制围岩稳定,通过室内试验和地勘资料得到弱风化、中风化和强风化泥质砂岩的物理力学参数,弱风化、中风化和强风化下的泥质砂岩地层隧道初期支护最大压应力分别为8.14MPa、10.83MPa、14.26MPa,为支护结构极限承载力的33.6%、44.8%、58.9%,满足安全性要求。基于数值模拟对不同风化程度下的结构受力和变形差异进行量化,最后提出富水泥质砂岩的围岩稳定控制技术并通过现场监测验证支护措施的有效性。研究结果表明:不同风化程度下的结构受力和变形均满足控制要求,采取控制措施后,支护结构在第47d基本能保持稳定和安全状态。

围压对粉质粘土动力学参数影响的共振柱试验研究

土的最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比是对土层进行动力反应分析的重要力学参数。利用英国GDS公司生产的RCA共振柱仪,研究围压对都江堰地区粉质粘土的上述动力学参数的影响。研究表明:相同围压条件下,最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比随重复次数基本不变,表明该试验过程具有可重复性;最大动剪切模量、剪应变幅和阻尼比均受围压影响较大,随着围压的增大,最大动剪切模量和阻尼比均逐渐增大,而剪应变幅随着围压的增大逐渐减小。据此,建立了都江堰地区粉质粘土动力学参数随围压变化的经验公式。本研究可为土层地震动力反应分析提供参考并积累基础资料。

土木工程材料课程试验与创新——以水泥混凝土抗渗试验为例

土木工程材料课程试验是熟悉国家技术标准,验证和巩固所学理论知识,培养学生动手和创新能力的重要环节。以水泥混凝土抗渗试验为例,针对传统水泥混凝土抗渗试验过程复杂、试件密封困难、试验成功率不高、试验结果误差大等问题,在保持现有抗渗仪的试验机理基本不变的前提下,通过不断改进和总结,优化创新传统水泥混凝土抗渗试验仪及其试验操作,首次提出通过适当增大混凝土试件尺寸、增加内部预埋引压管等关键措施,直观察看渗水路径,提高抗渗试验的成功率。研究成果为土木工程材料课程及其它土木工程课程试验与创新提供了参考,值得土木工程材料课程和其它课程教学借鉴;同时将为修改和逐步完善现行规范提供技术支撑,为土木工程中抗渗结构带来社会和经济效益。

薄层充填岩石节理剪胀特性试验研究

岩石节理剪胀特性是影响节理渗流的重要因素,主要受节理表面粗糙性和法向应力的影响。而对于充填岩石节理而言,其剪胀特性还受到充填介质的影响。为了研究薄层充填岩石节理的剪胀特性,首先制备了3组具有Barton标准剖面线形貌特征、充填度△=0.00,0.25,0.50,0.75及1.00的薄层充填模拟岩石节理试件,然后在低、中、高三级法向应力下进行直剪试验,得到了薄层充填岩石节理试件法向位移–剪切位移曲线及其破坏特征。结果表明:在低法向应力条件下,节理表面粗糙性和充填度共同影响薄层充填岩石节理试件的剪胀特性,而在中高法向应力条件下,节理表面粗糙性是影响其剪胀特性的关键因素;薄层充填岩石节理破坏特征包含充填介质的剪切挤碎和节理上下表面粗糙凸起体被剪断两种,且随着充填度的增加,充填介质剪切挤碎逐渐占主导地位,成为薄层充填岩石节理试件的主要破坏特征。在此基础上,考虑充填介质对节理表面粗糙度系数JRC的弱化作用,建立了薄层充填岩石节理峰值剪胀角随充填度呈指数变化的经验关系式,并通过直剪试验数据和已有文献数据对其适用性进行了初步分析。

不规则柱状节理岩体力学特性模型试验研究

结合Voronoi图随机模拟和3D打印技术制备不规则柱状节理网络模型,采用白水泥浆类岩石相似模型材料浇筑模型并拆模,然后分别采用白乳胶和502胶水作为黏结剂黏结柱体得到两组不规则柱状节理岩体试件,通过对其进行室内单轴压缩试验研究不规则柱状节理岩体强度特性和破坏模式。试验结果表明:不规则柱状节理岩体试件单轴抗压强度随柱体倾角的变化曲线呈现近似"J"型,表现出显著各向异性特征;不规则柱状节理岩体试件典型破坏模式包括沿柱状节理面的劈裂破坏、沿柱状节理面的剪切破坏和沿柱体的压裂破坏等3种,其部分破坏形态有异于规则柱状节理岩体试件。同时,通过与采用净水泥浆作为黏结剂的柱状节理岩体试验结果进行比较,结果表明:采用白乳胶和502胶水作为黏结剂时柱体间黏结强度更低,能够较好反映柱状节理面的弱化效应,试件力学响应与真实柱状节理岩体更为一致。

不规则柱状节理网络随机模拟方法研究

现场调研发现,不规则柱状节理岩体柱列横截面为不同边数多边形镶嵌组合图形。为了生成不规则柱状节理网络,基于voronoi图生成原理建立了不规则柱状节理岩体柱列横截面镶嵌组合图形的随机模拟方法,即:先将不规则柱状节理岩体区域假设为矩形区域,确定该矩形区域的范围,然后在该区域内采用随机函数生成一定数量的随机点,通过控制镶嵌组合图形不同边数多边形的比例对随机点进行筛选,得到生成voronoi图所需数据点,然后采用delaunay三角剖分算法生成voronoi图,即为所需不规则柱状节理岩体柱列横截面镶嵌组合图形,再在CAD软件中对该镶嵌组合图形进行编辑处理,即可得到不规则柱状节理网络三维模型,可为后续3D打印柱状节理网络实体模型和建立不规则柱状节理网络数值计算几何模型提供支撑。最后,以Giant’s Causeway典型柱状节理岩体为例进行其柱列横截面镶嵌组合图形随机模拟,初步验证了上述方法的可靠性。

岩土工程哲学(I):基本概念

岩土工程充满了不确定性和复杂性,因而存在不同程度的风险与挑战,充满了哲学的命题,要求我们研究岩土工程学与哲学的关系,从哲学高度来认识岩土工程问题。在对前人研究成果的理解分析基础上,运用马克思主义哲学的观点,汲取工程哲学的成果,从现代科学技术革命对岩土工程的影响出发,基于岩土工程学科中的系统性思维、创造性思维、综合性思维等科学哲学思想,提出关于岩土工程的哲学思维和方法论的新学科——岩土工程哲学,并重点对相关基本概念进行探讨。

全风化红砂岩地层隧道掌子面变形特征及控制技术研究

为解决全风化红砂岩地层隧道在开挖过程中出现的掌子面失稳问题,以浩吉铁路阳城隧道为工程依托,利用现场调研、室内试验以及数值模拟等多种研究方法,对全风化红砂岩地层隧道掌子面的变形特征及控制技术进行系统研究。结果表明:1)掌子面挤出位移主要集中在掌子面高度3~10 m的位置,掌子面最大挤出位移出现在上台阶和中台阶交界位置。2)拱顶沉降主要发生在已开挖段和掌子面前方约1倍洞径处,其预变形量占总变形量的比值均在40%以上,最大达到78.33%。3)掌子面前方核心土挤出变形曲线的变化趋势从快速减小到缓慢减小,直至减小为零,大致将其分为强影响区、弱影响区和无影响区3个区间,影响范围为5.8~19.2 m。4)阳城隧道采用超前水平旋喷桩和三台阶预留核心土法可以较为有效地控制掌子面的挤出变形,实际施工中,建议在采取降水措施的情况下将2种控制措施配合使用。

地铁基坑下穿铁路桥的桥墩保护设计方案合理性研究

以深圳地铁12号线和平站下穿穗莞深城际铁路特大桥工程为依托,通过数值模拟和理论分析,对地铁基坑下穿段实施的桥墩保护措施的合理性展开了深入研究。研究结果发现:针对桥墩水平位移,若仅采用隔离桩和采用土体加固两个措施,对两侧桥墩产生的影响差别较小;设置隔离桩可有效控制桥墩的竖向位移;在地下连续墙能保证基坑稳定的前提下,改变其墙厚和嵌固深度,对桥墩位移的变化影响较小;分区开挖可有效控制基坑变形及临近桥梁区域土体的变形。

基于微变形控制要求的地铁车站基坑钢支撑预加轴力研究

地铁车站基坑钢支撑合理取值范围的确定对于围护结构变形控制效果及其受力安全具有重要意义。以深圳地铁12号线和平站下穿穗莞深城际铁路高架结构段基坑工程为依托,通过数值模拟和理论分析,对基于地连墙变形、地连墙受力、钢支撑受力及墩台位移等不同控制对象的钢支撑预加轴力取值范围进行了研究。结果表明,地铁车站基坑钢支撑预加轴力的合理取值范围宜为钢支撑设计轴力的0.5~0.7倍。

武侯祠桂荷楼穿斗木构架透榫节点抗震性能研究

以武侯祠桂荷楼穿斗节点为原型,模拟了等厚单向透榫节点在拟静力荷载作用下的应力应变特征和抗震性能,探讨了榫高、榫厚和柱径三种因素对节点力学性能的影响。研究表明:等厚单向透榫耗能性能好,但节点受力复杂,榫头根部应力集中,小榫头根部易发生撕裂和折断现象;榫高、柱径对节点等效黏滞阻尼系数、节点刚度和承载力有显著影响,而榫厚影响不明显。最后,根据透榫节点弯矩转角关系提出三折线模型,建立了模型参数与榫高、榫厚、柱径的函数关系来预测节点性能。本文研究成果可为穿斗木构架结构的榫卯节点尺寸设计、抗震理论研究和文物修缮设计提供建议和参考。

单轴分级循环加载时冻结粉质黏土的动力特性试验研究

为研究冻结黏土的动力特性,在不同温度(-0.6℃,-1.0℃,-1.5℃)和不同频率(0.5 Hz,1.0 Hz,1.5 Hz,2.0 Hz,3.0 Hz)时开展单轴分级加载试验。结果表明,随动应变幅的增加,温度和加载频率对土的动刚度、阻尼特性和残余应变特性的影响越来越显著;骨干曲线均呈线性变化特征,相同动应变幅时动刚度随温度的降低和频率的增加而增大;阻尼比随动应变幅的增加先增加再逐渐减小,加载末期呈略微增加趋势;相同动应变幅值时阻尼比随温度的降低和频率的增加而减小;同一级荷载下残余应变随循环次数呈线性不断增加,加载级数越高,残余应变增长越快;不同温度和频率时dε_(pd)/dt随动应变幅的增加而增大,相同动应变幅时dε_(pd)/dt随温度的升高和频率的降低而增大。

不规则柱状节理岩体一次成型制备方法试验研究

针对现有不规则柱状节理岩体物理模型试验中存在制样困难、效率低、柱状节理力学响应不好模拟等不足,提出了基于Voronoi图随机模拟和3D打印技术的模拟不规则柱状节理岩体试件一次成型制备方法,并选用脆性绿蜡作为3D打印材料打印不规则柱状节理网络实体模型,制备了圆柱型模拟不规则柱状节理岩体试件。通过对上述试件进行单轴压缩试验,获得了不规则柱状节理岩体试件的单轴抗压强度、变形模量和破坏形态,分析了其力学各向异性规律,总结了其在单轴压缩条件下的典型破坏模式,并将其与现有模型试验结果进行比较,结果表明:上述不规则柱状节理岩体一次成型制备方法在提高制样效率的同时能够较好模拟真实柱状节理的力学响应,具有较好的应用前景。