黄河标准化堤防工程淤背的合理设计宽度

黄河下游标准化堤防建设中,采用放淤固堤方式提高堤防的防洪能力.由于黄河堤防的水文地质条件极为复杂;有的大堤常年甚至多年不靠水,难以通过原型观测资料率定土层的渗透系数,常规的渗流分析方法难以确定大堤淤背的设计宽度.可靠度理论将影响工程安全的因素视为随机变量,通过建立功能函数来求解失效概率或可靠度,据此评价工程的安全性.在考虑黄河堤防土体参数随机变异性的基础上,编制渗流可靠度程序,分析设计洪水位下,黄河堤防背河坡脚不同距离地层土体的渗透破坏概率,从而确定淤背的合理设计宽度.实例分析表明,该法计算结果与其它研究成果一致,可为黄河堤防放淤固堤工程设计提供理论依据,并可供其它河流治理时参考.

黄河下游水闸结构使用性能评价方法研究

通过对黄河下游特定环境条件下水闸结构受损情况的研究,认为影响水闸结构使用性能的主要损伤包括裂缝、碳化、钢筋轻微锈蚀和蜂窝4种类型的非结构性损伤,据此建立了结构使用性能评价方法,推导了裂缝宽度的计算公式,并用工程实例说明了其使用情况。

膨胀土胀缩与改性机理研究进展

文章在总结膨胀土胀缩机理的基础上,综述了近年来膨胀土的改性方法包括化学改性法、物理改性法、生物改性法及复合材料改性法的研究现状,分析了此领域研究及实际工程应用中亟待解决的问题,提出了改性方法与技术相关建议,以期为改性膨胀土的研究及膨胀土地区的工程应用提供相应的参考。

一种具有加速入渗装置的小料石铺装及其渗水性研究

小料石是地面铺装的一种常用形式,具有古朴典雅的风格和优良的物理力学性质等特点。然而,小料石的渗水能力较差,降雨时容易形成地面径流并引发城市内涝。文章提出一种以透水材料替代部分小料石铺装,并在透水材料下面布置滤芯渗井的方法,使其渗水功能得到大幅度提高。提出的新型渗水装置应用到合肥宝教寺生态修复工程中3号生态廊道建设之中,并根据当地的实际情况,建立了渗流数值模型。计算结果表明,该方案具有较强的渗流能力,具备在海绵城市等工程中大面积推广的条件。

基于滤芯渗井技术的植草沟渗透性能研究

在海绵城市建设中,植草沟是一种常见的形式。常规的植草沟具有一定的生态效应,但其渗水能力有限。为缓解植草沟的积水现象,提高其渗透效率,在植草沟之下设计了一种高透水性滤芯渗井,并结合合肥宝教寺生态修复工程,将设计的新型植草沟应用于3号生态廊道建设,使得植草沟在原有生态效应的基础上,其渗水功能得到了大幅度提高。同时,根据当地工程地质及水文地质条件,建立了降雨条件下的新型植草沟渗流数值模型。通过对水头分布与孔隙水压力的计算,结果表明:本文提出的植草沟+滤芯渗井设施,具有极强的渗水能力,可以在工程中大面积推广。该研究为海绵城市建设提供了一条新的思路和方案。

基于离散元的透水混凝土单轴压缩性能分析

为了研究透水混凝土的力学性能以及受力的破坏过程,使用PFC2D建立透水混凝土单轴压缩试验的离散元模型,并模拟试验。结果表明:建立离散元模型可以较为准确地描述透水混凝土裂纹的产生、发展以及破坏过程。

黄河特细砂塑性混凝土渗透性能

为研究黄河特细砂塑性混凝土渗透性能,通过相对渗透性试验,探讨了黄河特细砂取代率(R)、水灰比(W/C)、黏土占胶凝材料的质量比(c1)和水泥占胶凝材料的质量比(c2)等因素改变时黄河特细砂塑性混凝土相对渗透系数(Kr)的变化规律,并在分析试验结果的基础上建立了多因素影响下Kr的计算模式。结果表明:R对黄河特细砂塑性混凝土细骨料颗粒级配影响显著,进而影响Kr;随着R增加,Kr呈减小趋势,R=25%是抗渗性能显著变化的界点,R=50%为最佳取代率;W/C显著影响抗渗性能,随着W/C增加,Kr逐渐增加;黏土及水泥掺量均对Kr有影响,Kr随c1、c2增减变化规律不尽相同。

山东东明黄河标准化堤防裂缝成因数值分析

采取淤背方式加固黄河下游堤防时,山东东明一期标准化堤防多处出现纵向裂缝,严重危及黄河大堤安全。放淤固堤对堤身的影响非常复杂,相关研究成果较少,目前尚无此类裂缝成因的定量研究成果,因而难以从根本上进行防治。通过开展典型堤段试验,利用非饱和渗流、非饱和流–固耦合、湿化变形、有限元分析等理论与方法,模拟标准化堤防的施工过程,并进行多种特定工况分析,探讨堤防裂缝的形成机制及其主要影响因素。研究成果表明,计算结果能反映堤身裂缝的扩展过程,并与实际情况相符;大堤开裂的主要原因为背河侧放淤、淤背施工过快、湿化变形、排水不畅、堤顶堆载、车辆作用等。该成果可供标准化堤防及类似工程的裂缝防治时参考。

影响黄河下游边坡稳定性的堤防土体参数概率统计分析

介绍几种常用的边坡可靠性分析的参数概率统计概型及检验方法,通过对影响黄河下游堤防边坡稳定性的土体参数进行概率统计分析,得到参数合理概型,为利用可靠度理论对堤防边坡稳定性计算提供参数基础。

板偏心受压全过程非线性有限元分析模型研究

以水闸中典型板构件为基础,采用钢筋混凝土非线性有限元分析理论,考虑混凝土本构关系的下降段、钢筋与混凝土的黏结滑移力,建立有限元分析模型,并利用有限元软件ANSYS12.0对板施加偏心距为100 mm的面偏心荷载,进行板偏心受压全过程非线性分析计算。结果表明:有限元分离式模型基本符合板在受压过程中的变化规律,采用的模型是可行的。

干湿循环-硫酸盐侵蚀对钢纤维SCC弯曲性能的影响研究

通过四点弯曲梁试验,研究了钢纤维体积分数(Vf)和30次干湿循环-硫酸盐侵蚀对钢纤维SCC荷载-挠度曲线(F-δ曲线)和特征参数的影响及作用机理。研究表明,随着Vf增加,F-δ曲线的饱满度增加,荷载软化阶段拐点的荷载和挠度明显提高。循环侵蚀前后钢纤维SCC的峰值挠度随Vf增加而增加,侵蚀后峰值挠度明显降低;Vf为1.00%时,侵蚀前后较基准SCC-0分别提高118%和58%,侵蚀后降低25%。侵蚀前SCC的等效弯曲强度fe随Vf增加而提高,侵蚀后则呈升高后降低的趋势,Vf为0.75%达到最高,均明显高于基准SCC-0,说明钢纤维有效改善了SCC的弯曲韧性;Vf不大于0.75%时,侵蚀后SCC的fe略有提高。侵蚀前后SCC断面SEM图片显示,未侵蚀SCC结构致密,经30次干湿循环-硫酸盐侵蚀后局部区域生成大量密集交错的针状AFt晶体束,部分区域可见疏松和多裂纹结构,说明侵蚀作用改变了SCC的水化产物和孔结构。

截面应力内力相互转化的初步研究

渡槽等水工建筑物的三维有限元力学分析结果为应力形式,不能直接用来进行配筋设计,研究应力内力相互转化的方法,通过对梁的边界条件、应力特点的研究,得出了适用于一般情况的转化公式,编制了转化程序,经典题目和工程实例验证了方法的可行性。

透水滤芯渗井技术及其在城市海绵化改造应用研究

为缓解雨季严重的城市内涝,提出了一种使用范围广、满足低影响开发理念且成本较低的滤芯渗井技术,即以既有地层作为蓄水海绵体的地下水库,在土层中埋置竖向透水混凝土滤芯技术方法将透水滤芯埋入土体内部,降雨时能将雨水快速引入深层土层,从而达到消减径流的目的。透水滤芯由碎石、废弃混凝土、水泥等材料加钢纤维预制而成,由布置方式和间距确定渗透滤芯的位置和长度。通过开挖滤芯孔洞并在指定渗井孔下方打孔放置水位计进行原位试验监测地下水位变化,同时,基于Midas开展数值仿真进行对比分析。研究表明:(1)滤芯的埋置能有效提升雨水入渗速率,提升土体饱和速率,在大暴雨条件下不会出现明显积水现象;(2)随着降雨时间的不断增大,土体饱和度亦不断增大,场地中心区域滤芯能更有效地实现雨水渗流路径规划;(3)在同一个入渗装置处,随着土层的深度增加,孔隙水压力值越高,土体的饱和程度增加的速率越快。总之,该技术可在城市老旧小区改造中进行推广应用,减小其雨季地表径流进而缓解城市内涝压力,使城市建成区更加符合海绵城市建设理念。

膨胀土地基海绵化改造技术分析

膨胀土作为特殊黏性土体对工程施工甚至城市发展有着不可忽视的影响。文章对膨胀土地基改造与建设的已有研究进行了综述,调研发现现有的膨胀土地基改造措施与施工设计方法存在施工过程繁琐、施工技术控制不够精准、膨胀土地基的改良代价过高、建设影响大等局限性。因此,针对膨胀土特点和海绵化改造的问题,基于海绵城市建设理论,提出了在膨胀土地区地面钻孔且在孔内布设长度为3~5m的滤芯,浅层膨胀土滤芯裹套不透水PVC管的改造技术方案,并从工作原理、技术特点等方面进行了分析,旨在减少降雨条件下膨胀土地区土体遇水破坏,在满足低影响开发的同时高效储存雨水,优化对该地区膨胀土地基的改造与建设。

非饱和黏土有效应力强度指标计算

因非饱和土性质的复杂性,需用高精的设备获取相关强度参数,试验难度大,应用受到限制。在分析非饱和土强度理论的基础上,从土的有效应力强度出发,利用常规三轴仪开展不同含水率、干密度组合的黏土CD试验,探讨含水率及干密度对黏土抗剪强度的影响,据此建立考虑含水率(饱和度)、干密度影响的有效应力强度指标计算公式。研究表明,黏土的强度与含水率、干密度密切相关,其中黏聚力、内摩擦角均与含水率(饱和度)呈二次曲线关系,与干密度成线性关系;二者的交互影响可按乘法效应进行组合,研究成果可为工程应用提供参考。

田湾核电站引水隧洞边坡稳定性综合评价

首先对边坡工程地质情况进行分析,采用定性和定量方法综合判定边坡的稳定性,然后利用正交设计法得到影响边坡稳定性的显著因子,对边坡失稳的预测、预防具有重要意义。

多因素影响下铣削型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度

通过铣削型钢纤维混凝土立方体试块劈裂抗拉试验,探讨了钢纤维体积分数(φf)、粗骨料最大粒径(dmax)和水灰比(mW/mC)等因素对铣削型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度(fft)的影响.结果表明:铣削型钢纤维平均长度为35mm时,能够显著提高混凝土的劈裂抗拉强度,随着φf,dmax(≤20mm)增加,fft及其增益比逐渐增加;随着mW/mC增加,fft及其增益比逐渐减小;铣削型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度与测试试块断面特性有关,在试验结果分析的基础上,建立了铣削型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度计算模型;采用BP神经网络对铣削型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度进行了预测.

车辆和温度影响下大堤沥青路面开裂数值模拟

山东黄河大堤淄博段沥青路面开裂产生裂缝的危害比一般公路的裂缝危害大的多,裂缝的存在不仅影响行车安全,还大大损害了堤防结构的整体性。应用ANSYS有限元软件对沥青路面进行数值模拟,分析路面体在冬季一个变温周期下不同位置处温度场及温度应力场随时间变化的规律,以及车辆荷载作用下路面体的荷载应力以及在温度、荷载耦合作用下的复合应力的变化规律。研究结果表明:在冬季低温季节,路面表面层的最大拉应力超过了低温冻断应力,路面将开裂;对于车辆荷载,面层底部容易产生拉应力,可能引起路面开裂;车辆荷载与温度应力耦合作用下,路面表层最大拉应力大于沥青路面最大抗拉强度,路面将会发生破坏。采用合理的路面厚度、选择合适的沥青混凝土材料、合适膨胀系数的半刚性基层材料选择以及冬季车辆荷载控制可以有效防止裂缝产生。成果对路面裂缝发展的预测和路面结构设计有一定的指导意义。

大型矩形水工渡槽动力分析

针对大型矩形渡槽的动力特性和动力响应问题,建立了流固耦合(FSI)系统的位移-压力(ui,p)有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程;基于FSI系统的(ui,p)格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学模型,采用非对称模态提取法求解了4种水深下渡槽的动力特性,并用隐式-显式积分算法计算了4种水深、2种强震作用下大型渡槽的动力响应。计算结果表明,基于FSI的(ui,p)格式,考虑到槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算精度,同时也得出不同水深、不同激励下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律等结论,可为大型渡槽及同类工程动力设计提供参考。

广义径向基函数法在防渗墙变形预测中的应用

广义径向基函数兼备模糊系统及神经网络的优良性能,精度较高,能满足围堰安全监控的要求。在系统分析围堰防渗墙变形影响因素的基础上,建立了基于广义径向基函数的围堰防渗墙变形预测模型。通过长江三峡二期围堰实例分析表明:此预测模型计算简便,适用性强,精度高,为围堰防渗墙变形预报提供了新思路。