岩土工程反分析方法研究现状与若干问题探讨

详细回顾了岩土工程反分析方法的发展历史,介绍了研究现状与进展,在此基础上对当前反分析方法存在的问题进行了剖析与探讨,并进一步提出了解决问题的思路。

岩土工程抗震研究背景及其课程体系建设

基于岩土工程抗震的研究背景,本文构建了适合岩土工程特色的岩土工程抗震课程体系,并针对岩土工程抗震课程体系中的课程理论体系及课程实践体系的核心内容建设进行了探讨;然后,提出了适合本科生层次的岩土工程抗震教材的建设思路;最后,推荐了本科教学中岩土工程抗震课程讲课学时。本研究成果可以提高本科生在岩土工程抗震领域中的专业素质的培养。

渭河中砂地层工程特性随深度变化规律试验研究

以西安渭河某合建桥工程为例,基于室内试验和现场原位试验,开展了原状和重塑渭河中砂的物理性质、细观结构特征、强度特性及标贯试验。深入分析了抗剪强度随深度的关系和细粒含量及标贯击数对抗剪强度的影响,得到了其经验关系。结果表明:黏聚力随着深度的增加而减小,内摩擦角随着深度的增加而增加。原状砂土的抗剪强度大于重塑砂土。内摩擦角随标贯击数的增大呈线性增加的趋势。通过大量室内试验和原位测试结果得到了渭河中砂地层工程特征参数,可为类似工程的设计、施工提供参考。

西安地铁二号线下穿古城墙段地表沉降控制标准研究

以地铁二号线下穿西安南门城墙为研究对象,建立能够反应城墙结构中沿着灰缝、外墙-土芯墙界面及结构内部预先存在的裂缝发生张拉或剪切破坏的特殊离散化有限元模型。采用直接输入位移荷载的方法来描述建筑物基础在盾构施工作用下产生的变形,从变形和力学两个角度量化分析城墙所能承受的极限变形能力,从而提出西安地铁盾构施工引起地表沉降的控制标准,为古建筑物临近地下开挖地表沉降控制提供参考。

基于岩土材料软化特性的滑坡多级滑动面分析方法研究

在实际工程中,滑坡经常呈现出多级破坏的特征,而一般计算和设计中仅关注最危险的滑动面及对应的最小安全系数,这往往遗留安全隐患。在考虑岩土材料软化特性的基础上,借助FLAC3D和Matlab软件平台构建了无需人工干预便可有效模拟与评价滑坡多级破坏的理论框架。以旬阳县党家坝廉租房小区滑坡为例,通过对塑性剪应变、塑性拉应变、剪切应变增量等特征变量的渐进发展规律分析发现:滑坡多级滑动面的形成,其时间和空间顺序并不一定相对应。各级滑动面在时间上按产生的先后顺序依次为第1级主滑面、第2级主滑面、次级滑面;而在空间上按照从前到后的顺序依次为第1级主滑面、次级滑面、第2级主滑面。从计算所得的滑坡最终破坏形态中发现,坡体内部出现的滑动面条数与现场采集的拉裂缝数基本保持一致;第1级主滑面的入口位置与滑坡前缘拉裂缝位置基本吻合;而第2级主滑面及次级滑面的位置与现场勘查到的拉裂缝位置出现偏差。从材料参数的渐进发展规律中发现,滑面上强度参数的分布及大小均随着滑面的产生、发展而逐渐变化,其变化区间为峰值强度到残余强度,这是此方法可以有效模拟多级滑动面形成过程与各级滑动面之间相互影响的核心所在。借助矢量和法成功地实现了基于滑面上强度参数渐进发展规律的安全系数演化过程的确定。通过对安全系数演化过程的分析发现,在滑坡多级滑动面的形成过程中安全系数大小顺序呈现出3种不同的状态,这很好地揭示了各级滑动面在形成过程中的主、被动关系。

西安地铁正交地裂缝隧道的模型试验研究

以西安地铁二号线穿越地裂缝的区间隧道为对象,通过几何相似比尺50:1的物理模型试验,开展了地裂缝活动条件下地铁隧道骑缝(变形缝与地裂缝一致)正交穿越地裂缝时衬砌结构与围岩相互作用机制的试验研究。结果表明,在地裂缝发生各级错动位移条件下,不同围岩应力场的围岩土压力、衬砌结构应力及其不均匀沉降位移变化规律相似;上下盘内的衬砌结构之间具有明显的错断位移,下盘内衬砌结构的沉降量越小,上盘内衬砌结构的沉降量越大,均呈渐变趋势;上盘内衬砌结构应力、围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而减小,下盘衬砌结构应力和围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而增大,围岩土压力和衬砌结构应力的增量峰值均发生在地裂缝附近。模型试验研究研究结果对于分析地裂缝活动区间地铁隧道工程的运营及维护具有重要的理论与实际意义。

平面应变条件下土的强度准则在黄土工程问题中的应用研究

文章依据Mohr-Coulomb、Matsuoka-Nakai、■空间滑动面、Lade-Duncan、AC-SMP强度准则所建立的平面应变条件下的中主应力公式和土的平面应变强度准则,对黄土工程中常见的平面应变问题进行分析和计算,包括黄土基坑直立开挖平面应变问题、挡土结构土压力问题和条形基础地基承载力问题。研究结果表明,平面应变条件下Lade-Duncan准则和■空间滑动面强度准则对于各种黄土工程的计算结果是基本相同的,进一步说明Lade-Duncan强度准则描述土单元剪切破坏时的空间滑动面近似为■空间滑动面;平面应变条件下所推导的各个强度准则在进行黄土工程具体问题分析时与常用的Mohr-Coulomb准则有较大的差异,Mohr-Coulomb准则趋于保守,未能充分发挥黄土的强度。在进行平面应变问题的黄土工程设计时,可选择适合黄土的强度准则,考虑平面应变条件下中主应力对土强度的贡献,充分的发挥黄土的原生结构特性,在工程建设中提高经济性。

图像测量技术在岩土工程CT图像定量分析中的应用

首先对计算机层析成像技术(CT 技术)原理进行了简单的介绍,基于图形图像处理技术,引入了数学形态学中图像平移、反射、腐蚀、膨胀等运算方法,基于定义的兴趣域边界提取算法和形状因子实现了其几何测量和空间描述,定量分析了 CT 图像兴趣域的空间物理特性。该方法异于以往数学建模的思路,而是借用数学形态学中空间几何描述的思想,以实现对岩土体中的天然缺陷及其演化过程进行合理刻画。该项工作对于推动岩土工程 CT 图像定量化描述具有一定意义。

软化岩土介质的应变局部化研究进展——意义·现状·应变梯度

如何准确描述岩土的应变软化已是岩土力学研究的难题,而岩土介质的软化性状与应变局部化的产生和发展直接相关。阐述了研究岩土材料的软化性状的意义以及岩土材料的软化与应变局部化的关系。从实验研究、理论建模和数值模拟三方面综述应变局部化在岩土力学中的研究现状;说明应变局部化发生时考虑应变梯度的必要性;就应变局部化研究在岩土力学中的发展趋势提出初步看法。

高液限土工程特性改良的试验研究

为解决高液限土路基难以晾晒和难以压实问题,采用室内试验方法,确定了土壤稳定剂的类型并得出了大量的试验数据;针对高液限土的工程特点,在高液限土中掺入不同类型的土壤稳定剂(康耐),研究改良后高液限土的物理力学性质和强度变化规律。研究结果表明,高液限土经掺入十万分之五的土壤稳定剂(康耐)处理后,其液限和塑限降低,强度大幅度增长,可作为高等级公路的路基填料。

西安地铁明挖黄土隧道湿陷变形工程特性分析

黄土隧道围岩的湿陷变形引起衬砌结构不均匀沉降,将对隧道的安全运行构成威胁。以西安地铁4号线明挖黄土隧道工程为背景,针对典型地层结构建立有限差分数值模型,首先,依据场地探井自重湿陷量计算结果反演得到饱和状态下的土性参数。然后,模拟隧道基坑开挖、围护结构支护、隧道结构施工和基坑回填,以及可能的浸水入渗地下水位上升作用,分析了隧道黄土围岩不同浸水条件下黄土地基的湿陷变形及附加应力变化。进而,得到了黄土隧道区间湿陷变形引起的不均匀沉降,以及隧道地基黄土湿陷压缩应力条件的变化规律。分析表明,浸水入渗作用下隧道的湿陷压缩应力及湿陷变形较大,地下水位上升作用下隧道的湿陷压缩应力及湿陷变形较小,总变形甚至会出现回弹。

紫坪铺工程F_3断层大断面隧洞施工中塌方机理的数值仿真分析研究

针对紫坪铺工程导流洞软弱破碎围岩稳定性问题,分析了#1导流洞F3断层处塌方形成的机理.分析表明,造成塌方的几个主要因素是:岩体参数、施工顺序和水的影响.对各因素对围岩结构的应力、变形的影响进行了有限元数值仿真分析.结果表明,软弱破碎岩体中大断面隧洞(室)开挖爆破施工中,开挖使围岩宏观物理力学参数急剧降低是导致塌方的主要原因之一;开挖中强调用新奥法及时支护限制围岩发生松动变形原则尤为重要;地下水的影响导致岩体物理力学参数降低,渗透水压力的变化进一步恶化了岩体的应力状况,也是导致软弱岩体大断面开挖中塌方的原因.

西安地铁双线隧道地表沉降预测模型研究

针对西安地铁留核心土、上下半洞开挖、超前小导管注浆加固与水平钢撑锁脚的钢拱架和挂网喷层支护的饱和黄土隧道,根据现场地面沉降监测数据,分析了隧道右线、左线掌子面间隔30m开挖过程中洞顶地表沉降变形的历时变化规律,以及左、右线单洞沉降槽和双线沉降槽的分布特征。结果表明,洞顶地表沉降变形可以划分为初期沉降变形、右线开挖主变形、左线开挖主变形及沉降变形稳定4个阶段;左、右线单洞沉降槽和双线沉降槽均可用高斯分布曲线拟合。基于沉降槽Peck公式及O’Reilly和New最大沉降与隧道埋深的关系,得到了饱和黄土隧道单洞与双洞地面沉降槽的宽度和最大沉降,以及右、左线隧道先后开挖单洞的沉降槽宽度比和最大沉降比。考虑双线隧道洞间距、左右洞先后开挖地层松动相互影响以及围岩饱和黄土固结变形的影响,提出了一种饱和黄土隧道双洞开挖施工引起地表沉降的预测模型,验证了该预测模型应用的可靠性。

冻融对压实黄土工程地质特性影响的试验研究

季节冻土区黄土路基经常遭受强烈的冻融循环作用,使得路基土体的水分重新分布、密度发生变化,严重的会导致路基发生较大变形而破坏,造成一定的经济损失和安全隐患。通过补水条件下的压实黄土冻融循环试验,研究冻融循环作用对压实黄土的水分分布、变形和干密度等工程地质特性的影响。试验结果表明：反复的冻融循环作用使得土样含水率增加,从底板到顶板土样含水率逐渐递增,且含水率增加幅度随冻融次数的增加而增加;土样在冻融循环初期冻胀变形大于融沉变形,总体变形显著增加,经过一定冻融循环次数后土样总体变形趋于稳定,冻融循环后期土样出现较小的沉降变形;冻融循环使得土样的干密度逐渐减小,冻融循环次数越多,其干密度减小幅度越大。研究成果对压实黄土路基病害形成机理及防治措施研究具有重要的科学意义。

奥地利岩土工程软件FINAL的应用与开发

介绍了引进的 FINAL软件在中国地下工程、边坡工程、基础工程及坝工中应用的若干关键技术问题及其分析思路 ,为在中国推广应用该软件作技术准备与说明。

下坂地水利枢纽工程坝基砂层透镜体的动力特性试验研究

在不同固结状态(σ3 c和kc)下对下坂地水利枢纽工程坝基砂层透镜体的砂土进行了动三轴试验。结果表明:不能用Hard in公式确定偏压固结时的起始动剪切模量G0,G0和τy(最大动应力)均与σ3 c.kc之间有良好的幂函数关系,且对不同固结状态可以归一;动强度dτ/σm′受固结围压σ3 c的影响很小,但随固结比kc的增大而增大;动孔压比ud/σ′m与振次比N/Nf关系曲线为下凹型,不符合Seed提出的孔压模型,可用指数关系来拟合。动应力σd值变化对ud/σm′-N/Nf和ud/σm′-εdr关系影响很小,固结比kc变化对它们有显著的影响;界限残余应变εdr,t受kc的影响较小,但它随σ3 c的增大而增大,当εdr大于εdr,t时呈先快速增长后趋于平缓的变化。

西安黄土的新型旋转触探室内试验研究

简要介绍了静力触探在我国的发展与局限,并对西安黄土进行了新型旋转触探仪的室内试验研究。通过锥尖阻力的变化分析,认为探头阻力在触探过程中的影响因素主要有触探速率、探头的尺寸(锥底面直径)和土性指标等。试验结果表明,旋转钻进能有效提高设备在坚硬黄土中的触探能力,为静力触探在硬质地层中的应用创造了条件。

传统改性土工程性能试验研究及在城墙修复中的应用

以某明城墙后期修复段的坍塌事故为背景,分析了该城墙坍塌的原因。基于室内试验和城墙缩尺模型试验,研究了传统改性土及素土的非饱和特性、强度软化特性及不同土类夯筑城墙的抗渗性、抗剥蚀性、抗裂性等工程性能;采用非饱和渗流原理和边坡稳定性分析方法探索了不同改性土夯筑城墙的降雨入渗规律及整体稳定性,最终针对6类传统改性土在城墙修复中的适宜性进行了对比分析。结果表明:相对于素土,三七灰土和糯米灰膏改性土具有较良好的抗渗、抗剥蚀和抗裂等综合工程性能;不同降雨工况下,素土夯筑城墙的入渗深度及增湿影响程度最大,入渗最深达2.9 m,三七灰土整体的入渗深度最小,约为1.0 m,其次为三合土,采用三七灰土或糯米灰膏改性土修复后城墙的整体稳定性相对较高;降雨积水入渗是导致修复段城墙坍塌失稳的外因,新修筑夯土的用料不当及排水系统失效是导致墙体失稳的内因;适当采用改性夯土进行古城墙修复并避免墙体顶部出现积水,将有利于提高修复后城墙的整体稳定性。

基于改进的BP神经网络对西安黄土抗剪强度指标的研究

运用带适应学习率和动量因子的梯度递减法——TRAINGDX训练函数的BP网络对黄土的抗剪强度指标进行了预测。首先分析了影响黄土抗剪强度的6个影响因素,而后建立了6∶14∶2的神经网络(Artificial Neural Network)黄土抗剪强度指标的预测模型,最后借助Matlab为平台,利用自编的程序,进行了预测计算。通过对预测结果的分析可知该模型模拟和预测的精度均较高,可以应用到黄土抗剪强度指标的预测中。

西安地裂缝带土体动强度特性试验研究

地裂缝场地动力响应一直以来是地裂缝灾害研究涉及的薄弱环节。由于地裂缝的存在,场地变得不完整和不连续,进而场地动强度参数将发生变化,而场地动强度参数的变化又直接影响地裂缝场地动力响应。针对临潼—长安断裂带内最北侧的f_(c1)地裂缝,开展了裂缝带两侧土体动强度特性试验,获得了动应力应变时程曲线及不同围压下动强度与破坏振次关系曲线,从而得到了不同破坏振次下地裂缝带两侧土体的动强度参数。试验结果表明:地裂缝带两侧土体的动应变随着围压的增大越容易达到破坏,而对于同一围压不同动应力幅值的土样,其土样所受的动应力幅值越大,越容易达到破坏;地裂缝带两侧土体的动强度随固结围压的增大而增大,动内黏聚力c_d及动内摩擦角φ_d随着破坏振次的增大而减小;不同类型土体动强度表现出差异性,其中Q_3(L_1)黄土动强度略大于Q_2(L_2)黄土,Q_3(S_1)古土壤动强度最小。