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《巖土工程學報》2019年第7期中文摘要
日期:2019年07月16日 13:52:29點擊數:字號:【

基坑開挖引起隧道水平變形的被動與注漿主動控制研究

鄭  剛1,2,潘  軍1,程雪松*1,2,白如冰1,杜一鳴1,2,刁  鈺1,2

(1. 天津大學建筑工程學院,天津 300072;2. 濱海土木工程結構與安全教育部重點實驗室(天津大學),

天津 300072)

摘  要:對于鄰近基坑的地鐵結構保護問題,現有研究多集中于加強基坑自身支護體系、優化開挖方案等被動控制措施,此類方法缺乏在基坑開挖過程中對控制隧道變形的適時性和主動性,且會造成基坑造價提高、工期延長。以某鄰近地鐵結構的大面積基坑工程為例,分析了基坑施工中地鐵結構的變形規律,進行了注漿對土體及隧道水平變形主動控制的試驗及應用實踐。在此基礎上,通過數值模擬對幾種隧道變形控制方法進行了對比和評價,并進行了注漿方案的優化研究。工程案例以及數值模擬結果均表明基坑分區分期開挖、分倉開挖、加強支護體系等被動控制措施具有較大局限性,而適時注漿主動控制隧道變形技術較為經濟有效。在注漿策略上,多排孔注漿時“近距離、多孔位、小方量、由遠及近”的注漿方案優于“遠距離、少孔位、大方量、由近及遠”的方案。主動注漿控制技術具有成本低、工期短、適時控制隧道變形等優點,條件適當時明顯優于分區分期開挖等被動措施。

關鍵詞:基坑;隧道;注漿;水平變形;主動控制;被動控制

基于頻率步進原理的TDR研制及在土體含水率測試中的應用

陳仁朋1,2,3,陳  卓1,2,3,陸  明4,劉惠斌4,王晨光4,盧  玉4

(1. 湖南大學建筑安全與節能教育部重點實驗室,湖南 長沙 410082;2. 湖南大學國家級建筑安全與環境國際聯合研究中心,湖南 長沙 410082; 3. 湖南大學土木工程學院,湖南 長沙 410082;4.天津特利普爾科技有限公司,天津 300384)

摘  要:基于時域無載頻脈沖原理的時域反射法(TDR)能夠快速準確測試土體含水率,在巖土工程領域有廣泛用途。但是目前TDR測定儀器均為進口,國外對中國實行技術封鎖。介紹了一套基于頻率步進原理的TDR,利用該原理信號源輸出的頻率分量能夠精確獲知,接收信號中的噪聲有效被抑制;研制了探針轉換器,避免在常態測試區域出現測試盲點,提高測試范圍和精度。最后通過水、空氣及土體3種介質中含水率測試對比試驗,驗證了新型TDR測試設備的有效性。

關鍵詞:時域反射法;頻率步進原理;體積含水率

基于Pasternak地基的盾構隧道開挖非連續地下管線的撓曲

林存剛1,2,黃茂松*1,2

(1. 同濟大學地下建筑與工程系,上海200092;2. 同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室,上海 200092)

摘  要:盾構隧道開挖引起地下管線撓曲的準確預估對于其損傷評估與防護控制至關重要。引入Pasternak地基模型,采用有限差分方法推導了盾構隧道開挖地層損失下帶接頭管線的撓曲解答。經與離心機模型試驗結果及連續彈性解對比,驗證了該理論解答的適用性及其在運算效率方面的優勢,并給出了地基剪切剛度的取值建議。參數分析發現,接頭剛度會對管線撓曲產生顯著影響,隨接頭剛度的增大,管線最大撓度降低,撓曲線形態趨近于連續管線;此外,接頭數量及其分布也會對管線撓曲產生影響,其影響程度隨接頭數量的增大而削弱。

關鍵詞:盾構隧道開挖;地層損失;帶接頭管線;撓曲;有限差分法;Pasternak地基

強夯的物質點法模擬及其能量轉化規律分析

張芮瑜,孫玉進,宋二祥*

(清華大學土木工程系土木工程安全與耐久教育部重點試驗室,北京 100084)

摘  要:提出大應力范圍內的密度相關土體本構模型,適用于分析強夯等作用下的土體變形問題。對剛柔接觸算法進行了修正,用物質點法結合提出的本構模擬了強夯過程。與其他數值模擬將荷載假設為三角形應力波作為輸入荷載不同,通過輸入夯錘與土體的碰撞速度實現加載。模擬結果與承德機場4標段某處試驗數據進行了對照,吻合較好。提出強夯過程中的能量轉化率的概念,對能量轉化的規律進行了研究,為研究強夯問題提供了新視角。模擬分析表明,能量轉化率的提高不總意味著每擊夯沉量的提高,因為能量在較大范圍的擴散可能導致高能量轉化率下的低夯沉量;剪切變形過程中吸收較多的塑性應變能,可能會使體積壓縮變形吸收的塑性應變能向局部集中。通過數值模擬還發現,重錘低落時的能量轉化率高于輕錘高落,一般可產生更大的夯沉量。

關鍵詞:強夯;密度相關土體本構模型;物質點法;能量轉化率;塑性應變能

水庫運行期岸坡消落帶紅砂巖抗剪與抗壓強度劣化機制

張振華,王  野* 

(合肥工業大學土木與水利工程學院,安徽 合肥 230009)

摘  要:目前在水庫運行期岸坡消落帶環境條件模擬方面,對消落帶巖石在庫水位周期性升降條件下宏觀強度劣化規律進行研究時,主要側重于“濕干”交替作用環境條件的單一模擬,鮮見對水庫運行期岸坡消落帶巖石所處的岸坡應力、“濕干”交替和庫水滲透綜合作用的真實環境條件進行模擬。自主研發了能模擬岸坡應力、“濕干”交替和庫水滲透綜合作用環境的水庫岸坡消落帶軟巖三軸試驗系統,以三峽庫區馬家溝滑坡紅砂巖為研究對象,開展紅砂巖的單軸、三軸壓縮試驗,并分析了巖石試樣的破壞模式;同時,通過掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)等測試方法,獲得紅砂巖的微細觀結構和黏土礦物成分隨“濕干”交替作用次數增加的變化規律。研究結果表明:紅砂巖的峰值抗壓強度隨“濕干”交替作用次數增加逐漸劣化,其中前4次“濕干”交替過程中,峰值抗壓強度劣化幅度較大;第6~8次“濕干”交替過程中,劣化幅度逐漸減小。隨“濕干”交替作用次數的增加,紅砂巖的黏聚力也逐漸下降,第1~4次“濕干”交替過程中,黏聚力的下降幅度較大;第6~8次“濕干”交替過程中,黏聚力的下降幅度明顯減小。隨 “濕干”交替作用次數的增加,紅砂巖的內摩擦角有所降低,但變化規律不明顯。紅砂巖中的黏土礦物因水化反應產生不均勻膨脹、收縮,導致碎屑礦物顆粒之間的膠結作用遭到一定程度的弱化,在宏觀上表現為抗剪強度、抗拉強度的劣化;抗剪強度、抗拉強度的劣化使得紅砂巖在軸向荷載的作用下更容易發生破壞,是導致峰值抗壓強度發生劣化的直接原因,而紅砂巖中膠結物膠結作用的變弱是紅砂巖峰值抗壓強度發生劣化的根本原因;同時,滲透壓對峰值抗壓強度、抗剪強度的劣化具有一定程度的促進作用。研究成果可為水庫運行期岸坡穩定性動態分析與評價提供科學的依據。

關鍵詞:“濕干”交替;紅砂巖;強度劣化

十字換乘地鐵車站結構地震響應分析

王國波,余淼坤,袁明智,李凱達

(武漢理工大學道路橋梁與結構工程湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430070)

摘  要:換乘地鐵車站結構由于其顯著的空間效應以及其在地下交通線網中的重要性,其抗震性能值得關注。基于某十字換乘車站結構,建立其三維計算分析模型。其中將其簡化為兩方向相同長度和結構形式的地下框架結構,采用等價線性化模型Davidenkov模型考慮土體非線性。計算分析了不同地震動類型和幅值作用下換乘車站結構的地震響應規律。同時,將換乘站地震響應與典型的單體車站進行了比較,探討了其空間效應及抗震性能。基于本文的計算分析結果表明:對于文中計算分析案例而言,由于換乘站端墻的影響,其空間效應比單體車站強,層間相對變形較小,因此其整體抗震性能優于單體車站。另外,由于換乘站平面尺寸相對較大,在一定程度上阻隔了地震波的傳播,因而換乘站降低了土體地表響應,而單體車站則放大了土體地表響應。論文研究成果對換乘車站的抗震設計與分析具有一定的參考意義。

關鍵詞:十字換乘車站;單體地鐵車站;地震響應;空間效應

土–地下連續墻–復雜異跨地鐵車站結構動力相互作用分析

王建寧1,2,竇遠明1,莊海洋*2,付繼賽2,馬國偉1

(1. 河北工業大學土木與交通學院,天津 300401;2. 南京工業大學巖土工程研究所,江蘇 南京 210009)

摘  要:針對目前地鐵地下車站結構抗震性能研究中不考慮地下連續墻存在的現實問題,通過建立土–地下連續墻–復雜異跨地鐵車站結構靜動耦合非線性相互作用的有限元數值模型,對比分析了無地下連續墻、含單層地下連續墻及含雙層地下連續墻等不同情況下異跨地鐵地下車站結構的地震動力反應特征。結果表明:地下連續墻的存在僅在地震強度較小時能夠顯著提高車站主體結構的抗水平側移能力,當地震強度較大時結構的水平位移增大明顯;從結構層間位移的角度看,結構下層的層間位移漲幅最大,不考慮地下連續墻存在的計算結果將偏于危險;地下連續墻加強了地鐵車站結構的抗側移剛度,致使車站結構整體變形性態和內力分布發生重大變化,其中結構側墻端部應力水平明顯減小,各樓板端部的應力水平明顯增大;本文計算工況中,異跨車站結構的下層中柱是抗震設計時的薄弱位置,其中以雙層地下連續墻工況時的結構下層最為危險。

關鍵詞:異跨地鐵地下車站;地下連續墻;土–結構相互作用;抗震性能

土巖變化地層長隧道縱向地震響應解析解

禹海濤1,2,張正偉3,李  攀*4,賀維國5,趙  旭6

(1. 同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室,上海 200092;2. 上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司,上海 200092;3. 上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司,上海 200125;4. 蘇州大學軌道交通學院,江蘇 蘇州 215131;5. 中鐵第六勘察設計院集團有限公司,天津 300308;6. 北京工業大學城市與工程安全減災教育部重點實驗室,北京 100124)

摘  要:土巖地層交界面是制約長隧道結構抗震安全的關鍵控制節點,但現有設計方法均未考慮隧道沿其縱向的地層變化。基于隧道的動力響應特點提出力學模型,將隧道沿縱向簡化為兩段處于不同地層條件中的半無限長彈性地基梁。通過求解結構的位移微分控制方程,推導出土巖變化地層長隧道縱向地震響應的解析表達式,并引入位移相位角模擬行波效應,提出了面向工程設計的土巖變化地層長隧道縱向抗震簡化分析方法。通過與有限元基準模型在相同條件下的對比分析,驗證了該方法的有效性。最后應用該解析公式進行參數敏感性分析,揭示了結構剛度、地層剪切波速比等關鍵因素對土巖變化地層隧道結構地震響應的影響規律:隧道結構剛度越大,結構內力響應越劇烈,隧道地層突變段的內力峰值差越大,地層突變的影響范圍也隨之變寬;地層剪切波速比越大,隧道地層突變段的內力峰值差越大,但地層突變的影響范圍卻不受影響。

關鍵詞:地下結構;縱向地震響應;擬靜力法;土巖變化地層;參數化分析

基坑開挖引起鄰近盾構隧道轉動與錯臺變形計算

魏  綱1,洪文強2,魏新江1,張鑫海* 2,羅經緯1

(1. 浙江大學城市學院土木工程系,浙江 杭州 310015;2. 浙江大學建筑工程學院,浙江 杭州 310058)

摘  要:基坑開挖會對鄰近盾構隧道的變形產生顯著影響。考慮基坑開挖時卸載在隧道軸線處產生的附加應力,建立了綜合考慮剪切錯臺變形和剛體轉動變形的隧道變形計算模型,結合最小勢能原理推導出隧道的縱向變形量、環間錯臺量、環間轉角和環間剪切力的計算公式。選取兩組工程實例進行分析,將計算結果與實測數據進行比較。研究結果表明:鄰近并平行于盾構隧道的基坑側壁的卸荷效應對旁邊隧道的影響最大;隧道水平位移最大值附近的管片基本不發生錯臺變形和剛體轉動變形,環間剪切力值也很小;而在隧道水平位移曲線的反彎點處,隧道的剪切錯臺量、環間轉角和環間剪切力值達到最大;在基坑開挖工況下,鄰近隧道的水平位移變形模式以剪切錯臺為主,剛體轉動為輔。

關鍵詞:盾構隧道;剛體轉動效應;剪切錯臺效應;基坑開挖;變形模式

雙向耦合循環剪切條件下飽和砂土體應變發展規律試驗研究

趙  凱,吳  琪,熊  浩,茅文博,陳國興

(南京工業大學巖土工程研究所,江蘇 南京 210009)

摘  要:砂土的剪脹與循環應力路徑密切相關。針對飽和南京細砂,利用空心圓柱扭剪儀(HCA)進行了一系列均等固結條件下軸向–扭轉耦合循環剪切排水試驗,研究了復雜應力路徑下飽和砂土的剪脹性及其體應變量化方法。研究表明:雙向耦合循環剪切條件下飽和砂土的剪脹由一個完全可逆的循環體應變分量和一個不可逆的累積體應變分量構成,循環應力路徑對累積體應變發展規律影響顯著;以等效循環應力比ESR作為表征復雜應力路徑下動應力大小的指標,飽和砂土累積體應變與ESR值具有事實上的唯一性關系,累積體應變隨ESR的增加而線性累積;通過引入參數ESR,提出了雙向耦合剪切條件下飽和砂土累積體應變規準化方法。驗證性試驗表明新的體應變增量模型的預測值與試驗結果的吻合度較高,而基于循環直剪試驗結果建立的Byrne模型對雙向耦合剪切條件下飽和南京細砂的體應變預測偏小。

關鍵詞:剪脹;均等固結;應力主軸旋轉;應力路徑;等效循環應力比

基于CPTU數據融合技術的黏性土應力歷史與強度特性評價研究

劉曉燕,蔡國軍*,鄒海峰,李學鵬,劉松玉

(東南大學巖土工程研究所,江蘇 南京 211189)

摘  要:超固結比(OCR)和不排水抗剪強度(Su)是土的基本力學參數,對土體沉降變形分析和穩定性計算具有重要影響。采用數據融合技術,結合孔壓靜力觸探(CPTU)測試數據,提出了江蘇典型黏性土超固結比和不排水抗剪強度的預測模型。利用特征級數據融合技術(回歸樹、模型樹)與決策級數據融合技術(自舉聚合、堆疊泛化)對預測模型的可行性進行分析。將土的超固結比和不排水抗剪強度的預測值、室內試驗所得到的參考值以及CPTU傳統方法所得到的估計值進行對比分析。結果表明,模型樹預測結果比回歸樹要好,決策級融合算法可以提高回歸樹的預測結果,但對模型樹的預測結果影響較小;疊加回歸樹和模型樹的預測結果會使其預測的不排水抗剪強度比回歸樹預測的結果要好,但比模型樹預測的結果要差;對于幾種數據融合模型,OCR預測值大致相當,回歸樹模型在預測OCR方面稍優于其他數據融合模型,數據融合技術能更好地預測土的超固結比和不排水抗剪強度。

關鍵詞:孔壓靜力觸探;數據融合技術;超固結比;不排水抗剪強度;黏性土

高瀝青混凝土心墻受拉特性的簡化力學分析方法

高  俊,黨發寧,楊  超,任  劼

(西安理工大學西北旱區生態水利國家重點實驗室,陜西 西安 710048)

摘  要:目前,瀝青混凝土心墻受力變形特性研究尚缺乏簡化的分析方法。針對高瀝青混凝土心墻存在嚴重的受拉現象,探討了心墻產生拉應力的機理,結合拱結構的特殊傳力機制,提出了減小心墻拉應力的構想,即將直線型心墻堆石壩設計成曲線型心墻堆石壩;基于Winkler彈性地基直梁和曲梁理論,構建了直線型心墻和曲線型心墻的簡化力學分析模型;借助該模型分析了壩高和堆石料模量對直線型心墻的撓曲變形和拉應力(彎矩)的影響,考察了曲線型心墻減小其內部拉應力的效果。研究表明,建立的簡化力學分析模型能夠較好地反映心墻的受力變形特性;直線型心墻端部存在較大的拉應力,壩高越高和堆石料模量越小,心墻端部的拉應力越大,心墻產生拉破壞的風險越大;曲線型心墻借助撓曲變形使其軸線縮短和將橫向荷載部分轉化成軸向壓荷載以減小彎矩以及增大軸向壓力達到減小其端部拉應力的目的,曲線型心墻相較于直線型心墻拉應力減小約42.7%,顯著改善了心墻的受拉特性,增強了心墻的安全性。

關鍵詞:瀝青混凝土心墻堆石壩;直線型心墻;曲線型心墻;彈性地基梁

考慮大變形特征的超深凍結壁彈塑性設計理論

張  博,楊維好*,王寶生

(中國礦業大學深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室,江蘇 徐州 221116)

摘  要:凍結法是深厚不穩定、含水地層中最主要的鑿井方法,凍結壁設計理論是凍結法鑿井的技術核心之一。以往的深井凍結壁(表土層厚度超過400 m)設計理論忽略凍結壁變形對其尺寸、位置的影響,既偏于不安全,又低估開挖土方量。為了考慮超深表土層內大變形的影響,采用有限應變推導出變形前凍結壁的開挖半徑與有效厚度的求解公式,建立凍結壁厚度設計新理論;與數值計算結果對比,分析了地應力、凍土黏聚力、凍土內摩擦角、彈性模量等參數對凍結壁厚度與井幫位移的影響。結果表明:新理論既能解決小變形問題,又能解決大變形問題,忽略彈性應變的理論公式能適用于應變達0.15的大變形情況,新理論還能準確地計算開挖土方量,為超深表土層凍結壁設計提供理論參考。

關鍵詞:大變形;超深凍結壁;彈塑性;有效厚度;設計理論

考慮T應力的巖石壓剪裂紋起裂機理

劉紅巖

(中國地質大學(北京)工程技術學院,北京 100083)

摘  要:傳統斷裂理論在研究巖石壓剪裂紋起裂機理時,往往僅考慮裂紋尖端應力場Williams展開式中的r1/2奇異應力項,而忽略了非奇異應力項(T應力)的影響,造成理論預測值與試驗結果不符。在對壓剪應力下裂紋受力特征進行分析的基礎上,將T應力引入傳統斷裂力學的最大周向應力準則,提出了考慮T應力的修正最大周向應力準則。同時考慮壓剪應力下的裂紋應力傳遞特點,在上述準則中又引入裂紋面法向剛度及切向剛度等變形參數。最終建立了能夠同時考慮巖石性質和裂紋幾何參數(如裂紋傾角、長度等)、強度參數(裂紋面摩擦系數)及變形參數(裂紋面法向及切向剛度)的最大周向應力準則,更好地反映了巖石壓剪裂紋起裂機理。算例表明由該方法計算得到的翼裂紋起裂角與試驗結果吻合較好,同時通過參數敏感性分析發現裂紋尖端相對臨界尺寸對翼裂紋起裂角的影響最大。

關鍵詞:T應力;巖石;壓剪斷裂;翼裂紋起裂角;最大周向應力準則;裂紋面法向及切向剛度

福島核泄漏引發河湖庫底泥污染及處置:實例研究

劉既明1,3,朱  偉*2,3,吳思麟1,3

(1. 河海大學土木與交通學院,江蘇 南京 210024;2. 河海大學環境學院,江蘇 南京 210024;

3. 河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇 南京 210024)

摘  要:福島核電站泄漏事故造成的水體污染問題主要聚焦于用水安全及輻射劑量。日本環境省的調查顯示水體的放射性污染物主要累積于底泥之中,用水安全問題較小,可以得到保障。就底泥放射物的輻射問題而言,由于水對 射線有遮蔽作用,水深較大的水體暫時不會對人體造成危害,而水深較小存在枯水期的池塘則可能需要進行處理。針對這類水體的處理日本各施工企業因地制宜地開發使用了多種新的工法。本文梳理了核泄漏事故后日本政府進行或發起的水體污染調查、研究,和污染處理的決策、施工等過程,介紹了其中有代表性的一些處理工法,此外還介紹了福島第一核電站港灣內高放射性污染浮泥的原位覆蓋處理實例。

關鍵詞:核污染處理;底泥污染;底泥處理;薄層疏浚;原位覆蓋

基于數字圖像相關技術的土體干縮開裂過程研究

林  鑾,唐朝生*,程  青,曾  浩,施  斌

(南京大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 210023)

摘  要:在干燥條件下,土體極易蒸發失水收縮產生開裂,深入研究土體干縮開裂過程對準確掌握干旱氣候環境中的土體工程性質響應特性具有重要意義。通過對黏性土開展室內干燥試驗,采用數碼相機實時記錄土體表面裂隙的動態發育過程,結合數字圖像相關技術,獲取土體收縮開裂全過程。結果表明:①裂隙通常在土體表面張拉應力集中處產生,裂隙產生后周圍應力場得到迅速釋放并發生重排,且裂隙間傾向于成直角相交;②土體表面的位移場和應變場可以有效反映土體收縮開裂過程中的動態特征,能為分析和預測裂隙的演化過程提供重要參考信息;③土體被裂隙分割成不同的塊區,每個塊區在收縮過程中都存在收縮中心現象,且各塊區的收縮中心位置會隨時間而變化;④數字圖像相關技術能有效識別不同圖像之間的灰度特征值,能在完全不擾動土樣的條件下準確獲取土體表面干縮變形信息的時空演化特征,為研究土體干縮開裂動態過程及機理提供了優越的技術手段,具有較好的推廣價值。

關鍵詞:干縮開裂;數字圖像相關;收縮中心;應變場;位移場

樁–土–斜拉橋動力相互作用體系振動反應特性試驗研究

謝  文1,孫利民*2

(1. 寧波大學建筑工程與環境學院,浙江 寧波 315211;2. 同濟大學土木工程防災國家重點實驗室,上海 200092)

摘  要:大跨斜拉橋結構自振頻率和阻尼較低,其地震響應可能受樁基礎和場地土特性的影響較大,然而目前為止,由于試驗條件和技術所限,尚缺乏相關的包括樁基礎、場地土和上部結構在內的全模型振動臺試驗研究。以一座試設計的主跨1400 m超大跨斜拉橋為原型,設計并完成了一座幾何相似比為1/70,且包括群樁、人工土和上部結構在內的試驗模型,采用多點振動臺試驗技術,研究了不同加速度峰值和不同頻率成分地震作用下樁–土–斜拉橋動力相互作用體系的振動反應特性。試驗結果表明:樁–土–結構相互作用對斜拉橋地震響應產生影響,其影響程度與地震輸入頻譜特性密切相關;在縱向一致激勵下,樁–土–結構相互作用受地震動加速度峰值的影響不明顯,在橫向一致激勵下,樁–土–結構相互作用隨地震動加速度峰值的增大而減小;主塔高階振型對其地震響應的貢獻明顯;地震輸入頻譜特性影響樁–土–斜拉橋動力相互作用體系的地震響應,特別是在具有豐富長周期成分的Mexico City波作用下主梁豎向地震響應顯著增大。

關鍵詞:大跨斜拉橋;振動臺試驗;樁–土–結構相互作用;高階振型;頻譜特性

地下工程開挖卸荷既有樁基承載響應物理模擬及新進展

劉松玉1,李洪江*1,童立元1,張明飛2,周志宏3

(1. 東南大學巖土工程研究所,江蘇 南京 210096;2. 鄭州航空工業管理學院土木建筑工程學院,河南 鄭州450046;

3. 江蘇省建設工程設計施工圖審核中心,江蘇 南京 210036)

摘  要:地下工程開挖卸荷引起的災變問題一直是社會高度關注的問題之一,近年來中國多地發生了由基坑開挖或隧道建設誘發的地面變形、樁基傾斜偏位及建筑物垮塌等災害事故,威脅人們的生命和財產安全。簡要介紹傳統地下工程開挖卸荷物理模擬存在的不足,對比概述了近20 a間國內外有關基坑、隧道開挖對樁基影響的典型試驗方法和試驗裝置(小比尺模型試驗和離心機試驗)。重點設計提出了一種地下工程開挖卸荷既有樁基承載響應室內綜合模擬試驗裝置,并對模型設計原理及技術特點進行了分析,同時開展了鄰近基坑開挖對既有工程樁水平承載力影響及工程阻隔物對地下水阻擋作用影響兩類問題試驗研究。最后,對卸荷樁未來的研究方向提出了一些建議和展望。

關鍵詞:地下工程開挖;樁基;模型試驗;氣壓加載;卸荷樁

不同摻礫量下礫石土抗拉強度試驗研究

吉恩躍1,2,3,陳生水1,2,朱俊高3,傅中志1,2

(1. 南京水利科學研究院巖土工程研究所,江蘇 南京 210024;2. 水利部土石壩破壞機理與防控技術重點實驗室,

江蘇 南京 210029;3. 河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇 南京 210024)

摘  要:礫石土的抗拉強度是土心墻堆石壩抵抗拉裂破壞的重要指標之一。基于自主研制的單向拉伸試驗模具,對不同摻礫量下的礫石土進行了系列的單向拉伸試驗。在此基礎上得到了以下結論:在本文的試驗參數范圍內,礫石土的抗拉強度隨著含水率的增大而減小,隨著干密度的增大而增大;分別給出了各摻礫量下土樣抗拉強度與其最優含水率及最大干密度的關系表達式;對于處于各自最優含水率和最大干密度下的礫石土,摻礫量從0%增加到50%時,試樣的抗拉強度從122.6 kPa減小到了49.8 kPa,且兩者呈線性遞減關系;試樣的峰值拉應變和極限拉應變均隨著摻礫量的增加而線性遞減;對不同摻礫量土樣的斷裂能分析發現,隨著摻礫量的增加,土樣的抗拉能力不斷減弱;在略高于最優含水率及處于最大干密度時礫石土試樣的綜合抗拉能力最強。相關試驗成果可為實際土石壩心墻抗裂設計提供參照。

關鍵詞:礫石土;摻礫量;單向拉伸;抗拉強度;拉應變

MBT垃圾的三軸試驗結果

張振營,郭文強,張宇翔,吳大志,徐  輝,劉開富,陳  萍

(浙江理工大學建筑工程學院,浙江 杭州 310018)

摘  要:采集杭州天子嶺垃圾填埋場的MBT垃圾,在環境土工實驗室進行了成分分析、試樣制備、三軸快剪、固結快剪和慢剪試驗,對MBT垃圾的剪切強度特性進行了系統地研究。結果表明:①MBT垃圾的組分主要以塑料、紡織物、玻璃、灰土和無法識別的材料為主。②隨著軸向應變的增大,偏應力逐漸增大,軸向應變超過30%后仍沒達到峰值,是一條應變硬化曲線。③得到了三軸快剪、固結快剪和慢剪試驗條件下抗剪強度參數(黏聚力和內摩擦角)的取值范圍。④MBT垃圾的抗剪強度參數與軸向應變的關系可擬合為直線關系,建立了抗剪強度參數與軸向應變的線性關系表達式。⑤MBT垃圾的應力–應變關系符合鄧肯–張模型,得到了模型參數a,b的取值范圍,建立了模型參數a,b與圍壓的冪函數關系表達式。研究結果可為MBT垃圾填埋場的穩定性分析提供理論基礎。

關鍵詞:MBT垃圾;三軸試驗;應變硬化;抗剪強度參數;Duncan-Chang模型;模型參數

高地應力深埋隧道斷裂破碎帶段大變形控制現場試驗研究

崔光耀1,王雪來1,王明勝2

(1. 北方工業大學土木工程學院,北京 100144;2. 中國中鐵隧道集團有限公司,廣東 廣州 511458)

摘  要:麗香鐵路中義隧道出口平導玉龍雪山西麓斷裂破碎帶段圍巖軟弱、破碎,受高地應力及斷裂破碎帶影響嚴重,邊墻大變形災害突出,以此為研究背景,開展了4種圍巖大變形控制措施的現場試驗研究。試驗結果表明:采用普通加強支護措施(工況1),無法控制該段圍巖變形;采用“抗放結合”控制措施,下部圍巖應力釋放需緩釋,采用工況3(雙層支護+下臺階、仰拱分開施作)方案,試驗段圍巖應力得到較好控制,但其工序繁瑣,施工進度緩慢;采用“強支”理念的工況4(單層支護+加強拱架+預留應急加固措施)方案,最大日變形速率、累計最大變形量均最小,分別為3.2 cm/d和62.2 cm,試驗段全長圍巖累計變形量在可控范圍內,施工工序較為簡單,施工月進尺可達90 m以上;考慮到平導需發揮超前作用,建議中義隧道出口平導玉龍雪山西麓斷裂破碎帶段采用工況4方案進行施工。研究結果可為類似工程提供參考。   

關鍵詞:深埋隧道;高地應力;斷裂破碎帶;圍巖;大變形;現場試驗

基于透明土技術的多孔介質孔隙流動特性研究

梁  越1,2,陳鵬飛*1,2,林加定1,2,孫志偉1,2

(1. 重慶交通大學國家內河航道整治工程技術研究中心,重慶400074;2. 重慶交通大學水利水運工程

教育部重點實驗室,重慶400074)

摘  要:土體作為一種特殊多孔介質,內部孔隙通道尺度與形態隨機性強,導致土體滲流場中孔隙流速分布不均,即存在優勢流現象。優勢流是影響污染物運移、導致土體滲透變形的重要因素。基于透明土原理,利用聚丙烯酸鈉交聯聚合物顆粒和蒸餾水,配制成飽和透明多孔介質,并利用一種新的研究透明多孔介質內部流場的裝置及方法,將綠色光源激光器、單反相機、十字滑臺等組合成簡易粒子圖像測速(PIV)系統,采集不同水力梯度下透明多孔介質內部流場圖像,結合粒子圖像測速技術,將得到的流速數據進行統計分析,揭示孔隙液體的流動特性。研究表明,利用自制簡易PIV系統進行流場測量,實測孔隙流動結果與宏觀流速吻合程度高,能夠實現對流場的多點、無擾、高精度測量。研究發現多孔介質內部縱斷面上的孔隙面積與縱斷面所在位置有關,而孔隙面積越大,斷面上的孔隙流速也越大。多孔介質內部孔隙流速分布規律大致相同,優勢流速隨著斷面流速的減小而減小,優勢流速越小,其概率密度越高,優勢流動現象越顯著。

關鍵詞:透明土;PIV;多孔介質;孔隙流速;優勢流;宏觀流速

大型微摩阻土工真三軸試驗系統及其應用

潘家軍,程展林,江洎洧,左永振,徐  晗

(長江水利委員會長江科學院水利部巖土力學與工程重點實驗室,湖北 武漢 430010)

摘  要:介紹了長江科學院研制的大型土工真三軸試驗系統,該試驗系統具有如下功能:①能夠穩定的開展粗粒土的真三軸試驗;②可以提供的小主應力最大值為3.0 MPa,大主應力最大值為15.0 MPa;③試驗尺寸為300 mm(長)×300 mm(寬)×600 mm(高);④可按任意設定的加載過程,采用應力或應變控制方式進行三向獨立加載,實現復雜應力條件下的模擬試驗;⑤能獲得粗粒土試樣的應力變形全過程線。通過一個典型工程案例,將該試驗系統應用于粗粒土復雜應力條件下的力學特性研究,獲得了粗粒土在不同應力水平下的應力變形規律;得到了試樣在不同加載路徑下的強度參數,并對其破壞準則的適用性進行了初步探討。大型微摩阻土工真三軸試驗系統的成功研制,為深入研究粗粒土在高應力和復雜應力路徑下的強度與變形特性提供了技術手段。

關鍵詞:大型真三軸;粗粒土;應力變形;中主應力;強度特性

隧道工作面穩定性與滑移線網破壞模式研究

孫雁軍1,2,陽軍生1,3,羅靜靜1,鄭響湊4,楊  峰*1,3

(1. 中南大學土木工程學院,湖南 長沙 410075;2. 湖南省高速公路建設開發有限公司,湖南 長沙 410001;3. 重載鐵路工程結構教育部重點實驗室,湖南 長沙 410075;4. 代爾夫特理工大學土木工程和地球科學學院,荷蘭 代爾夫特)

摘  要:針對隧道工作面穩定性和破壞模式問題,從保守角度將其假定為沿隧道縱向中線剖開的二維平面應變模型,采用剛體平動運動單元上限有限元法(UBFEM-RTME)開展分析研究,繪制了土體自重作用下地層臨界失穩狀態對應的隧道工作面穩定系數Ncr圖表和有效間斷線網(近似滑移線網)破壞模式,探討了埋深比H/D、內摩擦角 和剪脹角ψ等參數影響規律,給出了Ncr與H/D和 影響因素的擬合公式,進一步揭示了有效間斷線數目及位置分布等網格參數對計算精度的影響程度。研究表明UBFEM-RTME數值計算配合網格更新策略并保證合理充足的網格密度,能提高Ncr上限解精度并捕獲高密度有效間斷線網破壞模式,其分析結果可用于評價隧道工作面穩定性、揭示極限失穩破壞形態的主要特征,為地層預加固方案制定等工作提供一定理論支撐。

關鍵詞:工作面穩定性;上限有限元;剪脹效應;穩定系數;破壞模式

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