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《巖土工程學報》2019年第8期中文摘要
日期:2019年08月14日 14:57:09點擊數:字號:【

濕干凍融耦合循環作用下膨脹土裂隙演化規律

蔡正銀,朱  洵*,黃英豪,張  晨

(南京水利科學研究院巖土工程研究所,江蘇 南京 210024)

摘  要:裂隙的發生與演化是膨脹土在各種外部條件作用下的顯著特征。針對北疆高寒地區膨脹土渠道邊坡劣化問題,以渠基土每年經歷通水、停水及凍結、融化過程為研究條件,開展了單向濕干凍融耦合循環作用下膨脹土裂隙試驗。采用計算機斷層掃描(CT掃描)及三維重建技術,對濕干凍融耦合循環作用下膨脹土試樣內部裂隙演化特征進行定量描述,研究了不同濕干凍融耦合循環次數對膨脹土三維裂隙演化規律的影響。試驗結果表明,濕干凍融耦合循環作用下的試樣內部裂隙發育存在明顯的區域性分布特征,裂隙的發育深度在5次循環后逐漸趨于穩定,對應于試樣初始總高度的40%。對比不同循環次數作用下試樣內部裂隙的發育形態可知,試樣內部裂隙發育模式由循環初期淺層分散分布向后期深層匯聚偏轉進行轉化。采用切片裂隙率、彎曲度、分支數及死端點4個指標能較好地定量描述裂隙空間分布及連通性隨循環次數的演化規律。研究成果對進一步揭示干濕凍融耦合作用下膨脹土渠道的劣化過程和破壞機制具有一定參考價值。

關鍵詞:膨脹土;濕干凍融耦合循環;CT掃描;定量分析;裂隙演化規律

局部破壞對鋼支撐排樁基坑支護體系影響的試驗研究

鄭  剛1,2,雷亞偉1,2,程雪松*1,2李溪源1,2,俞丹瑤1,2

(1. 天津大學濱海土木工程結構與安全教育部重點實驗室,天津 300072;2. 天津大學土木工程系,天津 300072)

摘  要:國內外基坑坍塌事故時有發生,其中不乏采用鋼支撐排樁支護結構體系的基坑。由于該類基坑支護結構受力特征較為復雜,其支護結構局部破壞對基坑整體安全性能及其引發連續破壞機理尚缺乏研究。設計了帶水平支撐的排樁支護基坑局部破壞模型試驗,研究了支護樁或支撐局部變形過大或局部破壞對土壓力、支撐軸力和樁身內力等的影響。結果表明基坑排樁發生局部變形過大和局部破壞時,引起的土壓力重分布對支護結構內力的影響規律與懸臂式排樁支護結構的影響有較大區別,可引起鄰近初始破壞區域的支護樁產生更大的附加內力;當支撐發生失效后,失效支撐釋放的荷載無法相對均衡的轉移至鄰近多根未失效支撐上,而是集中作用在最近的某幾根支撐上,可引發支撐的連續破壞。

關鍵詞:基坑;水平支撐;局部破壞;過大變形;荷載傳遞

基于失效模式控制的地鐵車站結構抗震性能研究

路德春,李  強,杜修力,吳春玉

(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:基于大開車站的塌毀是由于中柱變形能力不足所導致這一觀點,對大開車站中柱進行了失效模式優化,提出一種新型疊層加芯柱。利用有限元軟件ABAQUS建立三維非線性數值分析模型,靜力分析疊層加芯柱的水平極限變形能力和實際工作狀態,采用時域顯式整體分析方法,對大開車站和采用疊層加芯柱的大開車站進行震害模擬,從典型時刻結構整體變形、中柱及側墻的水平向和豎向地震反應等方面對比分析兩者抗震性能的差異。研究結果表明:疊層加芯柱具有良好的水平變形能力;采用疊層加芯柱后的大開車站整體變形明顯減小,結構保存較為完好,未發生塌毀現象;中柱處于安全的工作狀態、側墻水平地震反應降低,結構豎向沉降大幅降低,整體性較好;失效模式控制對地下結構的抗震性能起到了顯著的優化效果。

關鍵詞:大開車站;失效模式控制;中柱變形能力;疊層加芯柱;抗震性能

建筑物下珊瑚砂地基動力響應振動臺模型試驗研究

丁選明1,2,吳  琪1,2,劉漢龍1,2,3,陳志雄1,2,陳育民3,彭  宇1,2

(1. 重慶大學土木工程學院,重慶 400045;2. 庫區環境地質災害防治國家地方聯合工程研究中心,重慶 400045;3. 河海大學土木與交通學院,江蘇 南京 210024)

摘  要:隨著島礁建設的快速發展,珊瑚砂地基抗震安全尤為重要。為揭示珊瑚砂地基和建筑物地震響應特性,開展了地震動作用下不同密實度的可液化珊瑚砂地基上3層框架結構的振動臺模型試驗,對孔隙水壓力、加速度、位移和動應變等動力響應進行測試和分析,并與可液化石英砂場地進行對比。結果表明,相同相對密實度和相近顆粒級配下,珊瑚砂場地相比石英砂場地更難以液化。兩種砂場地液化程度均隨埋深增大而減小,隨與建筑物距離增大而增大。液化后的珊瑚砂場地模型地基相比石英砂場地仍然具有一定的剪切傳遞能力,這種差異隨地基埋深的增加逐漸減弱。珊瑚砂場地液化后建筑物傾斜度、最終沉降和立柱動應變相比石英砂場地均較小。不同相對密實度的珊瑚砂與石英砂場地液化性能存在一定的差異。

關鍵詞:珊瑚砂;振動臺試驗;動力響應;超孔隙水壓力;加速度

剛柔混合型大型真三軸儀研制與驗證

邵生俊1,2,王永鑫1

(1. 西安理工大學巖土工程研究所,陜西 西安 710048;2. 陜西省黃土力學與工程重點試驗室,陜西 西安 710048)

摘  要:真三軸儀是研究三維主應力作用下土的變形強度變化規律的關鍵設備,同時也是巖土力學理論研究的試驗儀。在西安理工大學已經開發的豎向剛性、水平面內正交兩向柔性真三軸加載機構的基礎上,將自主研發的試樣尺寸分別為70 mm′70 mm′70 mm和70 mm′70 mm′140 mm小型真三軸儀進一步開發為上、下兩端伺服控制同步加載的300 mm′300 mm′600 mm大型真三軸儀。該真三軸儀包括壓力室主機架,豎向主應力加載伺服控制液壓油源,水平面內主應力加載伺服控制液壓體變控制器,試樣孔隙水壓力伺服控制液壓控制器,以及伺服控制和信號采集控制系統。壓力室加載機構具有沿豎向軸水平面內轉動、徑向滾動和液壓驅動伸縮運動的隔板,有效地隔離了相鄰柔性液壓囊;具有上下端對稱變形的液壓缸加載剛性頂板和底座和側面對稱作用分布壓力特征。真三軸儀研制中分別采用特殊構造的乳膠膜和裝樣模以及軸–板滾動結構和PID閉合控制優化算法,解決了試樣尺寸增大帶來的試樣制備和安裝、試驗操作、邊界影響等問題,水平面內正交兩向柔性加載腔互相干擾的問題,以及自動控制系統的穩定性問題。最后利用大型真三軸儀對重塑黃土進行了等b試驗驗證,其應力–應變特性、抗剪強度特性得到了一致的結果。

關鍵詞:大型真三軸儀;柔性加載腔;圍壓隔離平衡裝置;PID閉合控制算法;重塑黃土

飽和軟黏土中開孔防沉板基礎上拔特性研究

劉  潤,孔金鵬,劉孟孟,汪嘉鈺

(天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室,天津 300072)

摘  要:在軟黏土地基中,開孔能有效降低防沉板基礎上拔阻力,減小防沉板基礎回收難度。對6種具有不同開孔形式的防沉板模型進行了飽和軟黏土中的上拔試驗,測定了上拔過程中防沉板與土體接觸面間的吸附力,揭示了上拔阻力的構成與發展規律,闡明了開孔率和有效寬度對上拔阻力和接觸面間吸附力的影響規律。采用有限元方法模擬了防沉板基礎的上拔過程,建立了上拔力作用下飽和軟黏土地基的破壞模式,構建了采用極限分析法計算防沉板上拔阻力的機動場,推導了上拔阻力的上限解,得到了可以同時考慮防沉板開孔率和有效寬度的上拔阻力系數Nc的計算公式。對比驗證結果表明:與Skempton公式不同,求解的上拔阻力隨開孔率的增加呈非線性降低規律。

關鍵詞:防沉板基礎;開孔率;有效寬度;飽和軟黏土;上拔阻力;吸附力

單向凍結時開放條件下飽和砂巖凍脹試驗及THM耦合凍脹模型

呂志濤1,2,夏才初*1,2,李  強1,2,王岳嵩1,2

(1.  同濟大學土木工程學院地下建筑與工程系,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:為研究寒區巖石在梯度溫度場中補水條件下的凍脹變形規律,進行了單向凍結時開放條件下飽和砂巖凍脹試驗。試驗結果表明,單向凍結時開放條件下飽和巖石凍脹過程中,沿結方向的凍脹位移變化過程可分為冷縮階段、原位凍脹階段、分凝凍脹階段3個階段。分凝凍脹階段凍結鋒面趨于穩定,凍脹變形持續增長,與時間基本呈線性關系。此外,分凝凍脹階段補水量換算的遷移水分凝凍脹位移與凍結方向凍脹位移比較接近。隨著平均溫度梯度增大,分凝凍脹變形速率增大,且分凝冰位置與平均溫度梯度線性相關。然后,建立了考慮孔隙水原位凍脹與遷移水分凝凍脹的THM耦合凍脹模型。模型中,孔隙水原位凍脹計算基于未凍水含量,并引入約束系數表征巖石骨架對孔隙水凍脹約束程度;遷移水分凝凍脹計算基于分凝勢理論,水分遷移速率與凍結緣處的溫度梯度成正比。模型計算結果與試驗結果對比表明,建立的THM耦合凍脹模型能夠比較準確地計算單向凍結時開放條件下飽和巖石凍脹位移,并能夠模擬出分凝凍脹時分凝冰層引起的位移突變及分凝冰位置,可用于寒區凍脹敏感性巖石開放條件下凍脹變形計算。

關鍵詞:巖石;凍脹試驗;開放條件;分凝凍脹;THM耦合凍脹模型

新型預應力路基水平向附加應力擴散規律研究

冷伍明1,2,艾  希1,徐  方*1,2,張期樹1,楊  奇1,2,聶如松1,2,劉曉豪1

(1. 中南大學土木工程學院,湖南 長沙410075;2. 中南大學高速鐵路建造技術國家工程實驗室,湖南 長沙410075)

摘  要:基于彈性理論,推導了新型預應力路基內水平向附加應力計算公式,并獲得了預應力自坡面向路堤內的擴散規律;同時運用ABAQUS有限元軟件建立三維預應力路基模型,分析了不同側壓板布設位置下路堤內的水平向附加應力分布情況。研究表明:①理論公式的適用條件為側壓板上邊界距路肩距離不小于2.0 m;②板覆蓋區(除板左下角點外)路基內水平向附加應力系數及其衰減速率隨距路堤坡面水平距離的增加逐漸減小,且水平向附加應力逐步由“腹鼓形”差異分布過渡呈“腹平狀”較均勻分布;③距側壓板距離大于0.1 m時,附加應力系數隨水平距離增加先增大后減小,且擴散峰值點距坡面水平距離隨外延距離的增加而增大;④通過合理布置板間距,可在路堤受荷核心區外部形成一道連續、穩定、有效的受壓加固區,進而改善路堤土體受力狀態,提高路堤整體服役性能。研究成果可為預應力路基的設計計算和推廣應用提供理論基礎和參考。

關鍵詞:預應力;路基;側壓力板;水平向附加應力;擴散規律;板間距

白鶴灘拱壩谷幅變形預測及不同計算方法變形機制研究

鐘大寧1,劉耀儒*1,楊  強1,徐建榮2,何明杰2,張偉狄2

(1.  清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室,北京 100084;2. 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江 杭州 310014)

摘  要:中國已建成的特高拱壩如溪洛渡、錦屏一級等,在初期蓄水過程中均表現出了谷幅收縮的異常現象。而拱壩是高次超靜定結構,對壩基變形尤其是不均勻變形非常敏感。從有效應力改變和巖體材料泡水弱化這一谷幅變形機制和邊界施加位移這一計算手段出發,利用彈塑性有限元方法,計算并預測白鶴灘拱壩在初期蓄水過程中可能產生的谷幅變形,并分析了谷幅變形對大壩位移和應力的影響。結果表明:兩種方法的計算結果相差很大;從有效應力改變和巖體材料弱化角度出發,白鶴灘拱壩兩岸山體可能產生的最大谷幅收縮不大于40 mm,且該谷幅變形不會很大程度上降低拱壩的整體穩定性,只是使壩體產生了新的應力集中區。而拱壩對施加邊界位移具有很強的超載能力,但谷幅收縮對壩體應力的影響極小。對比發現,壩基不均勻變形是影響拱壩應力的關鍵因素。

關鍵詞:谷幅變形;有效應力;材料弱化;邊界加位移;不均勻變形

白鶴灘水電站左岸邊坡巖石損傷變形反饋分析

錢  波1,楊  瑩1,徐奴文*1,戴  峰1,周家文1,樊義林2,徐  劍2

(1. 四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室,四川 成都 610065;2. 中國三峽建設管理有限公司,北京 100038)

摘  要:為研究白鶴灘水電站左岸邊坡巖石微破裂損傷狀態下的宏觀變形,基于現場微震監測數據以及宏觀變形資料,運用震源半徑表征巖石破裂尺度,采用考慮巖石破裂尺度的損傷本構關系,通過將巖石微破裂信息導入左岸邊坡準三維數值模型,再現開挖工況左岸壩肩巖體卸荷變形過程,建立微震損傷與邊坡宏觀變形的定量聯系。反饋分析結果表明:邊坡巖體開挖工況下考慮微震損傷模型較未考慮微震損傷變形特征更接近于實際位移測值。考慮微震損傷效應的反饋分析方法作為一種初步的探索性工作,可為高陡邊坡穩定性研究提供新思路。

關鍵詞:巖石邊坡;微震監測;反饋分析;數值模擬;白鶴灘水電站

基于承壓含水層水力響應的溪洛渡水電工程區谷幅收縮變形預測研究

莊  超,周志芳*,李鳴威,王錦國

(河海大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 211100)

摘  要:溪洛渡高拱壩位于一個向斜盆地內,區域水文地質的一個典型特征是盆地內下覆有一個完整延伸的陽新灰巖承壓含水層。水庫蓄水以來上下游庫岸邊坡發生了明顯的谷幅收縮變形,主要是由于水庫蓄水引起承壓含水層孔隙水壓力增加,從而引起灰巖地層因有效應力減小而產生膨脹,以及相對隔水層底板揚壓力增加所引起的。基于承壓含水層水力響應規律,建立了谷幅收縮變形反演及預測的解析模型,分別預測了在變形速率小于0.01,0.001 mm/d兩個收斂準則下的谷幅收縮變形收斂時間以及收斂值。所建立的反演預測模型能夠較好地重現谷幅收縮變形歷時曲線,反映出谷幅收縮變形與庫水位變化具有高度的相關性。模型預測結果顯示,溪洛渡水電工程的谷幅收縮變形已趨于收斂。

關鍵詞:谷幅收縮變形;承壓含水層;水力響應;預測

真空預壓處理填埋污泥的固結解析解

田  乙1,吳文兵*1,2,3,梅國雄1,2,3,蔣國盛1,梁榮柱1,2

(1. 中國地質大學工程學院巖土鉆掘與防護教育部工程研究中心,湖北 武漢 430074;2. 廣西大學土木建筑工程學院廣西防災減災與工程安全重點實驗室,廣西 南寧 530004;3. 廣西大學工程防災與結構安全教育部重點實驗室,廣西 南寧 530004)

摘  要:真空預壓法是一種行之有效的填埋污泥原位加固方法。在考慮真空預壓的時間效應條件下,基于橢圓柱等效模型推導了真空預壓聯合塑料排水板的固結解析解。利用實際監測數據,擬合得出了預壓時間效應參數。通過對比研究,分析了傳統的圓柱形等效模型與橢圓柱等效模型的差異及預壓時間效應參數對固結發展的影響。進一步,將根據解析解計算出的沉降曲線與實測沉降值比較,驗證了解答的合理性與實用性。表明,在考慮塑料排水板的“形狀效應”時,橢圓柱體等效模型的效果最佳,且基于各周長等效模型的計算結果與橢圓柱等效模型結果較為接近;預壓時間效應參數的值越大代表真空預壓施加得越快,對應的土體固結發展越快。

關鍵詞:真空預壓;土體固結;填埋污泥;橢圓柱等效模型;塑料排水板

類矩形盾構施工對地下管線影響的模型試驗研究

魏  綱1,王  辰2,蔡詩淇1,許  訊1,洪子涵1,崔程虹2,徐銀峰1

(1. 浙江大學城市學院土木工程系,浙江 杭州 310015;2. 安徽理工大學土木建筑學院,安徽 淮南 232001)

摘  要:類矩形盾構隧道開挖使土體以不均勻沉降形式作用于地下管線,導致管線產生縱向變形、破壞。針對類矩形盾構隧道施工,采用室內縮尺寸模型試驗,綜合考慮管隧相對位置、管線埋深及土體損失率3個影響因素,研究類矩形盾構隧道在砂土地層中施工,地下管線沉降、變形及地表沉降的規律變化。研究結果表明:管隧垂直工況時,管線豎向位移曲線呈高斯分布,豎線位移反彎點出現在隧道軸線附近處,管線彎矩呈“M”型分布,最大豎向位移及彎矩位于隧道軸線正上方;管隧斜交工況所受影響比管隧垂直工況影響更大;管線埋深越大,管線受影響程度越深;管線豎向位移隨土體損失率減小相應降低,隧道軸線正上方管線豎向位移與管線最大正彎矩及兩個較大負彎矩減小幅度較大,管線兩端受影響程度較小;地表沉降受土體損失影響較大,沉降值比管線大。

關鍵詞:類矩形盾構;縮尺寸模型試驗;土體損失;沉降;彎矩

原狀和壓實黃土持水特性及濕陷性對比試驗研究

穆青翼1,黨影杰1,董  琪2,3,廖紅建*1,4,董  歡1

(1. 西安交通大學人居環境與建筑工程學院,陜西 西安 710049;2. 西安交通大學機械結構強度與振動國家重點實驗室,陜西 西安 710049;3. 陜西科技控股集團有限責任公司,陜西 西安 710003;4. 長安大學西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室,陜西 西安 710054)

摘  要:通過對比研究具有相同初始干密度和含水率的原狀和壓實黃土,揭示黃土結構對其持水特性和濕陷性影響。利用掃描電鏡觀察原狀和壓實黃土微觀結構,對試驗結果輔助分析。研究顯示:壓實黃土持水特征曲線進氣值較原狀黃土大75%。這可能是由于原狀黃土中存在超大團粒間孔隙,造成顯著的瓶頸效應。另外,原狀黃土持水特征曲線的滯回度在低吸力范圍(小于7 kPa)較壓實黃土大,而在中間吸力范圍(7~80 kPa)較壓實黃土小。這是由于原狀和壓實黃土經歷不同脫—吸濕歷史。對于濕陷性,高含水率時(大于18%)原狀和壓實黃土濕陷系數差別不大,而在低含水率(16%)時,原狀黃土濕陷系數大于壓實黃土。這是由于原狀黃土中存在黏土顆粒膠結,使其具有較大抵抗加載變形能力(豎向應力200 kPa)。隨后的注水,導致黏土顆粒膠結作用失效,引起較大濕陷變形。此外,原狀黃土屈服應力較壓實黃土屈服應力增大的程度隨含水率減小而顯著增加,這說明了原狀黃土的結構性隨含水率的降低而顯著增強。

關鍵詞:原狀黃土;壓實黃土;持水特性;濕陷性

四類常見邊坡巖石類別識別和邊界范圍確定的方法

王鵬宇,王述紅*

(東北大學資源與土木工程學院,遼寧 沈陽 110819)

摘  要:巖質邊坡巖石的分類與邊界范圍的確定對于邊坡穩定性的分析至關重要,目前人工方法效率低且受主觀因素影響,所以基于Tensorflow建立了巖質邊坡圖像集分析的卷積神經網絡模型,通過卷積操作和池化操作分別對80000張巖質邊坡圖像進行特征信息的提取和壓縮,然后對網絡模型進行訓練從而實現了巖質邊坡巖石的自動識別與分類;采用訓練集和測試集中的巖質邊坡圖像對模型進行檢驗分析,訓練集準確率達到了98%,測試集準確率達到了90%,顯示了訓練之后的網絡模型具有良好的魯棒性,達到了理想的訓練效果。接下來以邊坡不同巖石的顏色為主要區分依據,利用深度學習回歸操作對巖質邊坡不同種類巖石的范圍進行確定,為驗證算法效果,選取標準彩色巖質邊坡圖像進行仿真試驗,邊界檢測效果準確。最終采用深度學習建立的網絡模型,實現了巖質邊坡巖石識別與邊界范圍劃分的快速化、自動化,為后續將圖像識別獲取的巖質邊坡信息導入團隊自主研發的GeoSMA-3D軟件中,作為對巖質邊坡等級判定的重要參數。

關鍵詞:巖質邊坡;卷積神經網絡;深度學習;圖像識別;邊界范圍

大足石刻小佛灣造像砂巖室內模擬劣化試驗研究

李  震1,張景科*1,劉  盾1,張  可2,劉建輝2,李  黎2,梁行洲2

(1. 蘭州大學土木工程與力學學院西部災害與環境力學教育部重點實驗室,甘肅 蘭州 730000;2. 中國文化遺產研究院,北京 100029)

摘  要:風化是當前大足石刻小佛灣造像砂巖最為嚴重的病害之一,基于造像賦存環境設置3組室內模擬劣化試驗:干濕循環、凍融循環(飽水組和干燥組)和酸雨循環試驗(pH=2.6,4.1,5.6),進行45個循環周期試驗研究,歷時320 d,以此模擬小佛灣造像砂巖的風化過程。在試驗前以及每個試驗周期后,量測試樣質量、表面硬度和縱波波速進行風化程度檢測,并通過顯微拍照(60倍)觀察試樣表層微觀結構特征。最后對試樣進行X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和表面吸水性測試來分析劣化機理,并通過色差測試來檢測表面顏色變化。試驗結果表明:砂巖的主要破壞方式為粉化剝落。砂巖原生層理和泥質團塊最先受風化作用的影響。砂巖的質量、表面硬度和縱波波速呈逐漸下降趨勢。水對砂巖的破壞是由表及里依次進行的。酸雨循環對砂巖的破壞最嚴重,凍融循環次之,干濕循環最小。因此,此次研究成果將為大足石刻小佛灣造像的保護提供依據。

關鍵詞:砂巖;小佛灣;干濕循環;凍融循環;酸雨循環

無黏結預應力環錨襯砌力學特性原位加載試驗研究

曹瑞瑯1,王玉杰1,汪小剛1,齊文彪2,皮  進1

(1. 中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室,北京 100038;2. 吉林省水利水電勘測設計研究院,吉林 長春 130000)

摘  要:新型無黏結環錨襯砌具備預應力損失低、薄弱區小、施工便捷等優勢,但因結構復雜致使力學特性不明確,阻礙了其廣泛應用。依托引松工程總干線壓力隧洞,開展了首次預應力環錨襯砌大型原位加載試驗,明確了內水壓加載過程中襯砌預應力重分布特征,揭示了環錨拉力、鋼筋應力以及錨固應力損失變化規律,并探討了圍巖和環錨襯砌聯合承載作用。原位試驗表明:環錨襯砌整體預應力分布均勻,高效地利用了錨索高強抗拉性和混凝土抗壓性,常規鋼筋作用極小,因而整體可不配筋或僅構造配筋;錨具槽背后混凝土預應力稍薄弱,是高內水壓作用下結構潛在破壞區域,但內水加載過程中襯砌環向、縱向預應力值趨于一致,將有效減緩預應力薄弱部位開裂傾向;環錨襯砌具備優越的抗拉和抗滲性能,可不依賴于圍巖條件而獨立承載,也可利用圍巖部分承載以降低預應力設計值或增加結構安全裕度,它能為覆蓋層薄、地質條件差且內水壓力高的大直徑壓力隧洞長期存在的支護難問題,提供解決新途徑。

關鍵詞:壓力隧洞;預應力襯砌;無黏結環錨;原位試驗;內水壓力加載

壓實黏土剪切帶滲透特性試驗研究

王  剛1,2,游克勤1,2,魏  星3,張建民4

(1. 山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室,重慶 400045;2.重慶大學土木工程學院,重慶 400045;3.西南交通大學土木工程學院,四川 成都  610031;4.清華大學土木水利學院,北京 100084)

摘  要:針對中國在建和擬建的300 m級高堆石壩心墻黏土(尤其是接觸黏土)在大剪切變形、高水頭作用下滲透安全性評價的重大需求,采用新研發的土體環剪滲透試驗裝置對某高堆石壩心墻黏土進行了系列豎向壓縮—環向剪切—徑向滲流試驗,測定了不同壓實密度的黏土剪切帶在不同豎向壓力下導水系數隨剪切位移的變化過程,揭示了壓實黏土在大剪切變形過程中滲透特性的演化規律、內在機理及影響因素。在高豎向壓力下,剪切帶在剪切過程中被壓縮得更密實,其導水系數在剪切過程中并不增大,剪切帶在經歷大剪切變形后仍具有良好的抵抗滲流的能力。在低豎向壓力下,剪切帶內土體破碎、錯動、形成空隙,從而導致其導水系數急劇增大。對于所用的黏土,壓實過程導致的前期固結壓力可以粗略作為判別產生剪切滲漏帶的門檻應力值。超固結的壓實黏土易產生剪切滲漏帶的試驗發現,比目前傳統的水力劈裂假設可以更好地解釋和判別壩體中集中滲漏發生的條件及部位。

關鍵詞:導水系數;剪切帶;滲流試驗;超固結;黏土心墻

砂礫石墊層料與混凝土面板接觸面特性的大型單剪試驗研究

王艷麗,饒錫保,潘家軍,左永振,高  盼

 (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:采用自主研制的低摩阻疊環式雙向靜動剪切試驗機,考慮面板與墊層間噴涂和不噴涂乳化瀝青兩種情況,進行混凝土面板與砂礫石墊層料之間的大型剪切試驗,研究混凝土面板與墊層料接觸面的力學特性,基于Clough和Duncan非線性彈性本構模型整理出接觸面模型參數,并探討了乳化瀝青在接觸面剪切變形中的作用機制。研究表明:①不噴涂乳化瀝青時,接觸面應力隨著剪切位移的增加逐漸變大,接觸面剪應力與位移呈現出很好的雙曲線關系。噴涂乳化瀝青時,接觸面剪應力與剪切位移在峰值強度前呈現出很好的雙曲線關系,在峰值強度后,呈現出一定的應變軟化特性,法向應力越低,表現越為明顯;②兩種情況下,隨剪切位移的增加,上盒土體變形逐漸發展,并由上到下逐漸增加,最大的相對錯動位移均發生在混凝土面板與墊層之間的接觸面處,表明接觸面的抗剪強度小于砂礫石墊層的抗剪強度;③法向應力對疊環的剪切位移有較大影響,法向應力越大,同一高度處疊環的剪切位移越大;在相同的剪切位移和法向應力作用下,噴涂乳化瀝青時疊環水平位移均小于不噴涂時疊環水平位移;④乳化瀝青對接觸面的力學參數有很大的影響,采用Clough和Duncan非線性彈性本構模型擬合時,與不噴涂乳化瀝青時相比,噴涂乳化瀝青的接觸面其勁度系數、指數及強度指標均有大幅度降低,剪切過程中乳化瀝青形成了完整的過渡層來隔離砂礫石墊層料和混凝土面板的直接接觸,并起到很好的阻隔–潤滑效果。

關鍵詞:接觸面;乳化瀝青;砂礫石;混凝土;單剪試驗

基于圍壓柔性加載的土石混合體大型三軸試驗離散元模擬研究

張  強1,2,汪小剛1,趙宇飛1,周家文2,孟慶祥3,周夢佳1

(1.  中國水利水電科學研究院巖土工程研究所,北京 100038;2. 四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗,四川 成都 610065;3. 河海大學土木與交通學院,江蘇 南京 210024)

摘  要:綜合運用計算機三維掃描與隨機模擬技術,建立了不同塊石含量和空間分布的土石混合體三維隨機細觀結構模型和離散元模型,考慮圍壓柔性加載,基于柔性黏結顆粒膜方法,采用顆粒流程序對不同土石混合體試樣進行了不同圍壓下的大型離散元三軸試驗模擬,研究了塊石含量和空間分布對土石混合體力學特性和變形破壞規律的影響。數值模擬結果表明:土石混合體的強度和抵抗變形的能力隨含量和圍壓的增大而增強,且在相同含石量下,受內部塊石空間分布的影響,試樣的內摩擦角和黏聚力雖會表現出一定的離散性,但總體上,內摩擦角隨著含石量增加基本呈線性增加,而黏聚力卻隨著含石量增加逐漸減小;在圍壓柔性加載下,土石混合體試樣表現為鼓脹變形破壞,破壞后形成的剪切帶為一個曲折條帶,形態上呈非對稱的X形分布,厚度約為試樣高度的1/3~1/2倍,且試樣的破壞形態及內部剪切帶大小和分布形態不僅受塊石含量和空間分布影響,而且也取決于圍壓大小;土石混合體試樣在破壞過程中內部剪切帶的形成是伴隨局部顆粒的轉動開始的,在應變到達峰值應變時,局部發生轉動的顆粒相互連接貫通,此時剪切帶已基本形成,此后隨著應變繼續增加,受峰后鼓脹變形的影響,試樣內部顆粒的轉動仍會發生一定的變化,同時伴隨著剪切帶大小和分布形態也發生相應的變化。

高面膜土石壩防滲結構中土工膜彎折(褶皺)試驗研究

張憲雷1,2,劉云鋒3,顧  克3,毛文龍3

(1. 華北水利水電大學水利學院,河南 鄭州 450045;2. 河南省水工結構安全工程技術研究中心,河南 鄭州 450045;3. 河海大學水利水電學院,江蘇 南京 210024)

摘  要:針對面膜土石壩防滲結構設計與施工過程中存在防滲土工膜彎折(褶皺)問題,將彎折定性分為結構性彎折和非結構性彎折兩種類型,為定量評價彎折作用造成的損傷及其規律,基于穩定性理論的薄板(殼)理論推演了影響土工膜彎曲變形的計算參數,并在理論分析的基礎上自主研發一套試驗裝置。試驗方案選用兩種不同PVC土工膜作為試驗材料,取90°最大彎折角度進行試驗研究,并模擬4℃庫水溫度試驗環境,試驗結果表明彎折作用造成土工膜力學性能指標衰減,彎折作用120 d后,SY-GM土工膜斷裂強度衰減度達到58.71%。根據試驗數據分析成果,提出了增大彎折曲率半徑和減小曲面彎折角度結構措施降低指標衰減度。

關鍵詞:面膜土石壩;試驗研究;土工膜;彎折

典型深海軟黏土全流動循環軟化特性與微觀結構探究

任玉賓,王  胤,楊  慶*

(大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室,遼寧 大連 116023)

摘  要:深海軟黏土具有不同于陸相或近海軟黏土的巖土工程性質。針對取自中國南海西部深水區5個典型站位的海床軟黏土,采用一種改進的全流動貫入裝置對其強度特征進行測試,并結合深海軟黏土特殊的微觀結構和生物硅礦物,對其循環軟化特性進行分析和探討。研究結果表明:南海西部深海軟黏土普遍具有高含水率、高液性指數、高活性值、低不排水抗剪強度和高靈敏度等特點,極慢的沉積速率和穩定的沉積環境是深海軟黏土具有高靈敏度的主要原因。全流動循環軟化過程中土體結構的變化主要體現在絮凝體的破壞和孔隙結構的改變兩個方面。特殊的生物硅顆粒在循環作用下會發生破碎,導致內部孔隙水釋放,從而加劇了土體循環軟化的程度。

關鍵詞:深海軟黏土;全流動貫入;循環軟化;微觀結構;生物硅礦物

大直徑盾構下穿越導堤數值分析

楊建剛

(上海隧道工程有限公司,上海 200032)

摘  要:以上海沿江通道隧道工程為背景,采用有限差分法模擬超大直徑盾構隧道開挖對上海吳淞導堤的影響,評價堤身加固在控制導堤變形、沉降差、堤頂地表沉降等方面的效果;分析開挖面土體加固對控制地層損失的有利影響程度、及在泥水盾構隧道中謹慎采用土體加固的原因。結合現場實際施工情況與監測數據,得出穿越過程中盾構主要施工參數確定的原則及控制措施。

關鍵詞:大直徑;下穿越盾構隧道;導堤;數值分析;現場監測

三峽庫區侏羅系順層滑坡滑帶土的剪切蠕變特性

劉虎虎,繆海波*,陳志偉,黃金勇

(安徽理工大學土木建筑學院,安徽 淮南 232001)

摘  要:滑帶土的蠕變行為對滑坡的預測預報和長期穩定性分析具有重要作用。選取三峽庫區侏羅系典型順層滑坡—萬州興福寺滑坡為研究實例,針對滑帶土重塑樣,先進行三軸壓縮試驗測定其峰值及殘余抗剪強度指標,然后開展不同法向應力和不同含水率下滑帶土試樣的剪切蠕變試驗。試驗結果表明:①興福寺滑坡滑帶土在初始破壞之前經歷瞬時蠕變和衰減蠕變階段,并最終穩定在低速率的等速蠕變階段。②法向應力越大,滑帶土剪切蠕變速率和變形量越小,各級法向應力下蠕變破壞時的剪應變均小于5%。③含水率對滑帶土剪切蠕變速率的影響不甚明顯。含水率低于塑限時滑帶土剪切蠕變模量最大。隨著剪切蠕變的進行,低含水率和飽和試樣的剪切蠕變模量均在短時間內急劇降低并分別穩定在某一穩定值,而含水率略高于塑限的試樣則呈緩慢降低趨勢。與此相反的是含水率接近液限的試樣呈緩慢增大趨勢。④滑帶土長期黏聚力為峰值和殘余黏聚力的70%和15.0倍,長期內摩擦角為峰值和殘余內摩擦角的69%,70%,各強度指標均受滑帶土細顆粒含量的影響。

關鍵詞:三峽庫區;侏羅系順層滑坡;滑帶土;剪切蠕變試驗;剪切蠕變模量;長期強度

 


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