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。

岩土CT图像中裂纹的形态学测量

利用计算机层析成像(CT)技术提供的岩土体损伤破裂演化图像,定义每一点的CT数变化量为该像素点CT数与其后紧邻的同行像素点、其下紧邻的同列像素点的CT数差的绝对值中的较大值。根据CT数在扫描断面上的分布规律,设定了提取疑似裂纹区的像素点CT数变化量标准值ξ=20,进行了疑似裂纹区的检出操作。并对其上的几何信息和CT数信息进行了统计,接着定义了裂纹长度和宽度,利用该参数对裂纹尺寸进行了计算。该工作对于推动岩土工程CT图像定量化描述具有一定意义。

数字图像伪彩色增强方法在岩土CT图像分析中的应用

直观岩土CT图像分析是最基本的CT分析方法,而高分辨率的岩土CT图像是这一分析方法的关键。为了提高岩土CT图像的分辨率,根据人眼的视觉特点,结合计算机数字图像颜色模式和图像格式,采用灰度级-彩色变换方法,对灰度CT图像进行伪彩色增强,显著地提高了CT图像的分辨率。

西部大开发中的岩土力学问题

针对西部大开发中广泛的岩土工程问题提炼出四个有代表性的岩土力学问题 ,就该岩土力学问题的研究现状、存在的困难、发展方向等进行了探讨 ,可望对这一问题引起抛砖引玉的深究。

西安黄土地层盾构施工诱发地面沉降规律分析与预测

西安黄土地层中地铁盾构施工尚属首次,无现有的工程经验可借鉴,采用Peck公式对盾构施工段实测地表沉降进行预测时,得到沉降槽与实测结果差异较大,鉴于此因,利用APDL语言编制邓肯–张模型及有限元程序来追踪模拟盾构施工过程,对黄土邓肯–张参数、含水率及埋深等因素的变化引起的地层沉降进行量化分析,对黄土地层在盾构施工条件下引起的地表沉降进行相关的规律性研究和探讨,提出了地面沉降预测经验公式,并对某实测结果进行预测。结果表明预测公式能较好的反映西安黄土地层盾构施工引起地面沉降特性,具有一定的工程参考意义。

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。

晶体及矿物颗粒大小对岩土材料力学性质的影响

岩石常见较大的晶体或者矿物颗粒,混凝土中是骨料,通过团簇模拟大颗粒的力学行为、团簇可以破裂。根据设计的相同数量、相同位置、不同半径的大颗粒数值单轴压缩试验,在虚拟试验条件下,考察了颗粒大小对材料力学响应的影响。通过分析颗粒材料的破裂形态、裂纹扩展过程、应力-应变曲线和破裂能量演化规律发现:大颗粒具有明显的增强特性,有阻止裂纹扩展的作用,破裂多绕大颗粒发展;增强幅度随颗粒半径的增加呈单增趋势,半径较小时,增强效果不明显。

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。

西安地裂缝活动现状及地铁隧道建设应对措施

汾渭盆地是国内地裂缝发育最强烈的地区。西安地处汾渭盆地,已经出露地表和隐伏的地裂缝共发现15条。在综合已有的认识基础上,深化了西安地裂缝成因的认识。通过西安地裂缝的活动现状及其发展趋势分析,针对西安各地裂缝的分布、活动状态和已有监测结果,给出了地裂缝带的最大地表宽度和地铁设防长度;针对地裂缝活动对衬砌结构的影响及破坏作用,从适应地裂缝变形、预防衬砌结构破坏和道床变形调控等方面,探讨了地基处理措施、结构加强措施、道床结构措施,阐述了西安地铁2号线通过地裂缝时地铁隧道建设的应对措施。目前,确立的"放"与"防"的设计指导思想是西安地铁隧道穿越地裂缝设计方案进一步完善和深入研究的基础。

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。

西安地铁施工诱发地表沉降及对城墙的影响

以西安地铁2号线为背景,利用3种预测公式对实测地表沉降值进行拟合,得到了沉降槽形态参数。利用拟合参数,借鉴"刚度修正法"原理对地铁下穿城墙施工诱发其基础的沉降进行预测,并建立城墙的三维有限元模型,对城墙所能承受的极限变形能力和承载力进行量化分析,分析结果表明:Peck公式能较好地描述地表沉降特征;考虑后期蠕变和固结作用,盾构施工所诱发的城墙基础最大沉降量不得超过20 mm,期望对后期地铁施工引起地表沉降及其对建筑物的响应提供科学参考。

西安地铁二号线建设对钟楼古建筑影响

地铁盾构施工对土层的扰动将导致周围地表及地面古建筑的不均匀沉降,建立其控制标准是国内隧道工程遇到的研究课题之一。针对西安地铁二号线绕穿西安钟楼古建筑问题,建立能够反映钟楼台基青砖及砖土之间接缝和上部木结构的有限元数值模型,采用输入位移边界荷载方法来模拟盾构施工对钟楼古建筑的影响,同时分析了有无隔离排桩下钟楼关键部位沉降量、沉降差、局部倾斜、应力大小及上部木结构构件的内力,并依此确定地层沉降控制标准,为地下开挖经过钟楼等含有木质结构古建筑的相似工程提供参考。

压缩及增减湿作用下非饱和黄土细观结构演化规律研究

土的细观结构是其宏观力学性质变化的本质,而黄土是一种特殊的结构性土,细观结构研究对揭示黄土地质灾害机理尤为重要。为了探讨黄土在不同外荷作用下的细观结构演化规律,本文采用压汞技术(MIP)及扫描电镜(SEM)等细观结构研究手段,对黄土在不同压实状态,无侧限增减湿,常含水率压缩以及常应力增湿作用下的细观结构进行全面试验研究,并从有效应力角度对细观结构演化进行探讨,进一步总结黄土填方地基的细观沉降机理。结果表明:松散黄土在压实过程中会形成团聚体间大孔隙,团聚体内小孔隙以及黏粒间微孔隙等三层次孔隙结构;初始干密度,饱和度主要影响大、小孔隙结构,而对微孔隙结构无影响;无侧限增湿对孔隙密度分布形态影响有限,但能弱化颗粒间的胶结,而常应力下增湿会引起大孔隙塌陷,产生湿陷变形,孔隙结构趋于均匀稳定;无侧限干燥会同时作用于3个层次孔隙结构,而压缩仅作用于大孔隙结构。整体来讲,细观结构的调整是土有效应力变化的结果,但净应力会先作用于大孔隙,而吸力变化会对3种孔隙结构同时产生影响。细观结构研究表明,压实度在一定程度上决定黄土大孔隙结构,控制施工压实度可以有效控制黄土填方地基施工期及工后期沉降。

西安地裂缝场地动力响应规律及影响因素分析

在地裂缝密集分布的西安地区,建筑"傍缝而建"的现象非常普遍,地裂缝的存在严重制约了城市建设用地的有效利用和规划。为研究地裂缝对场地动力响应的影响,分析地震动作用下地裂缝场地动力响应规律及其影响范围,以西安地裂缝为研究对象,基于室内振动台试验及FLAC^(3D)数值模拟,分析地裂缝场地动力响应中的加速度幅值动力响应特征。在此基础上,进一步分析不同地震波类型、地裂缝破裂面倾角、地震动强度、地裂缝两侧土层错距对地裂缝场地动力响应的影响。研究表明:地裂缝对场地动力响应影响明显,表现为地裂缝一定范围内峰值加速度呈"带状"分布,即地裂缝处峰值加速度最大,随着距地裂缝越来越远,峰值加速度逐渐减小后趋于稳定,带状分布范围上盘约30 m,下盘约20 m;地裂缝场地动力响应表现出明显的"上盘效应",即上盘峰值加速度略大于下盘;地震动强度对地裂缝场地动力响应影响明显,地裂缝倾角、地裂缝两侧土层错距。

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。

基于图像测量的岩土破损信息的判读

以CT图像资料为例,利用物理特征值分析和裸眼观察法分别对岩土材料损伤出现的时间进行了估计,证明单纯观察判断的局限性,随后利用等值线法确定了损伤出现的位置和扩展的方向,接着通过对试样区CT数的最大、最小值随加载变化曲线进行考察,确定了无损区、损伤区和破裂区的分区界限值,在该阈值下对各区进行了图像的二值化,最后对二值图进行了形态、几何和物理特征值的定量化描述。

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。

多年冻岩土区露天矿边坡局部稳定性探究

多年冻岩土区露天矿边坡具有特殊的地层分布,且坡表易受外环境周期性的影响而产生局部滑塌或掏蚀破坏。本文沿用含相变的温度场、渗流场、应力场耦合(THM)简化算法和理想边坡模型,探究了边坡冻融下局部损伤破坏演化过程,讨论了基于屈服接近度的局部稳定性分析评价方法的实用性,并以此研究了各因素对边坡稳定性的影响。结果表明:拉塑性区会随着季融层回冻而内移,坡体浅层有沿季冻层底冰面滑塌的可能,而坡肩内部是坡体整体安全性的受力关键,局部有效屈服区综合了拉剪破坏的性质及其区域分布。冻结温度、坡高、冻融循环次数、热膨胀系数、孔隙率对局部有效屈服区的影响程度依次减弱。其中,坡高、冻结温度、冻融次数主要导致坡体内部的损伤积累,坡角更易导致坡表的破坏,而热膨胀系数、孔隙率将同时增大坡体的破坏区与损伤区。