基于偏最小二乘法的黄土湿陷性评价模型

基于统计学相关理论的黄土湿陷系数预测及评价方法是简化其工程应用的重要途径。当前采用多元回归方法建立黄土湿陷系数预测模型过程中往往缺乏对自变量间多重相关性对预测精度影响的合理考量。基于上述考虑,该文分别采用普通多元线性回归方法和偏最小二乘回归方法建立了黄土湿陷系数的多因素(天然含水量、初始孔隙比和压缩系数)回归模型并对二者精度进行了对比验证。结果表明:偏最小二乘方法在消除自变量之间多重相关性对结果的扰动方面成效显著,采用偏最小二乘回归分析方法获取的回归模型预测效果明显优于普通多元线性回归方法获取的回归模型。黄土湿陷系数与天然含水量和初始孔隙比之间存在显著的正相关关系。压缩系数对湿陷系数的解释能力较差,即使通过偏最小二乘分析方法依然无法正确体现其对湿陷系数的微弱影响,在后续相关回归分析中不宜将压缩系数作为湿陷系数的自变量。     

考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析

利用扫描电子显微镜测试技术对3个场地16个土样的微观结构进行观测,并使用图像处理软件对微观图像进行处理、对土样孔隙的几何特征参数和分维数进行了提取,土样孔隙分布分维数为1.816~1.936。利用分形几何学原理建立非饱和土的孔隙分布函数,对天然湿度下黄土中水分分布进行分析,运用回归分析的方法对孔隙的分维数、非饱和孔隙孔隙率和湿陷性的关系进行了分析。结果表明:孔隙分维数越大,孔隙结构越复杂;天然湿度下处于非饱和状态的黄土孔隙孔径均大于40μm,黄土的湿陷系数随着孔隙分维数、非饱和孔隙孔隙率的增大而增大,非饱和孔隙是造成黄土湿陷的主要原因。     

上埋式管道穿越高填方填挖结合部位的受力状态研究

以延安新区黄土高填方工程中的上埋式排水管道为原型,开展了相似比为1:2的室内试验,试验前在模型箱底部一定位置预设沉降底板模拟实际填方的工后沉降过程,在试验土体和管道中布设压力盒、位移计和应变片,以采集试验过程中的管土接触压力、管-土相对位移和管道应变等数据。研究表明,负土拱效应对管道的上部压力影响明显,竖向压力系数最大达3.4,与沉降量的关系符合三次多项式曲线,负土拱效应对管道的影响不可忽略。开挖纵向剖面后发现管道下部土层间出现明显的脱空裂缝,是管道下部管-土接触压力减小的原因。该成果为黄土高填方场地中管周土压力的计算、管道变形控制提供参考。     

黄土湿陷地裂缝发育特征与成因机理研究

通过一系列地质调查研究了黄土湿陷地裂缝的发育特征,结合浸水试验分析了地裂缝的成因机理和形成过程。研究结果表明:黄土湿陷地裂缝与浸水坑平行,兼具水平拉张和竖直位错,地裂缝发展演化过程可分为四个阶段。黄土湿陷地裂缝上宽下窄,其宽度和竖直位移均随深度增加而减小,地裂缝发育深度约等于黄土湿陷土层厚度。黄土渗透浸润线与竖直面的夹角随时间逐渐增加,导致湿陷地裂缝逐渐向外扩展。黄土湿陷产生的差异沉降和拉张应变是湿陷地裂缝形成的直接因素,当地面倾斜率达到0.6%,拉应变达到0.002%时,地裂缝出露地表。基于悬臂梁理论提出了湿陷差异沉降产生拉张应力的计算公式,根据本公式可预测黄土湿陷地裂缝的发育位置。     

压实黄土抗剪强度参数影响因素研究

为了进一步研究河南三门峡地区黄土抗剪强度的影响因素,采用应变控制式三轴仪对不同含水量、不同压实度下的重塑黄土进行不固结不排水三轴试验。试验结果表明:相同压实度下,随着含水量的增加,应力应变关系曲线由弱应变硬化向强应变硬化转变;粘聚力与内摩擦角均随含水量的增加而减小,粘聚力与含水量的变化呈明显负线性相关,内摩擦角与含水量无明显的相关性。相同含水量下,粘聚力与内摩擦角随压实度的增加而逐渐增大,且呈现出明显的指数相关。含水量对抗剪强度参数的影响比压实度大。对以上强度参数采用最小二乘法进行拟合,得出考虑含水率和压实度的抗剪强度相关关系式,能够较为准确的反映在某种试验条件下强度参数的变化规律,为实际工程应用和数值模拟提供依据。     

基于细观结构的压实黄土抗剪特性试验研究∗

压实度是填方工程质量验收的主要控制项目之一,较高压实度对改善黄土力学性能效果显著。为全面系统分析压实对黄土抗剪特性的影响规律,更好地揭示较高压实度提高黄土抗剪能力的内在原因,利用室内三轴剪切试验和电镜扫描试验,基于 4 种不同压实度,对甘肃省临夏市北塬地区压实黄土的抗剪特性和细观结构进行了研究。研究表明：压实黄土应力—应变满足双曲线形式,较高压实度对提高黄土体抗剪强度和剪切模量作用显著;较高压实度通过改变土体颗粒之间的接触形式以改善黄土体抗剪特性,主要表现为压实黄土颗粒之间的接触形式随着压实度的增加由棱边接触、支架镶嵌向面接触逐渐过渡;较高压实度通过改变土体孔隙尺度特征和形态分布以改善土体抗剪特性,主要表现为随着压实度的增加孔隙分布范围内微、小孔隙的含量增加,中、大、特大孔隙含量减小,孔隙形状也相对变得圆滑。     

湿陷性黄土区长输管道耦合协调危险性评价

湿陷性黄土是影响长输油气管道安全运营的主要地质灾害之一，开展湿陷性黄土区长输管道风险评价有助于预防和减轻其造成的损失。该文以兰成渝长输油气管道甘肃段为例，基于耦合协调原理，将风险评价系统分解为土体、管体子系统，利用熵权法计算指标权重，结合耦合协调模型，最终确定了管段的危险度及相应耦合度。实例分析结果表明:①研究区域的管道风险等级和耦合度均为中等偏高且风险耦合度一致性较高，该管段黄土的湿陷强度、管道受力、覆土厚度因素等更易诱发湿陷性管道破坏；②管体系统中的受力、埋深分别占较大权重，该管段应加强相关因素的监测和维护。该评价方法能合理、准确反映湿陷性黄土区长输管道的风险状况，具有良好的工程应用价值。     

矿渣与工业废渣改良黄土的性能与机理研究进展

黄土在世界上分布面积较广,在我国也有约60×104 km2的分布,具有湿陷性是其区别于其它区域性土的最显著特点,并由此引发造成各种地质灾害和工程问题.采用石灰、水泥或高分子材料等对其进行改性以达到消除湿陷性或提高黄土强度的目的,是岩土工程领域的重要课题.选用矿渣和工业废渣作为改性参料,用以研究改性黄土的力学特性变化和改...     

山区机场高填方边坡工程实践与研究

在山区机场工程建设中,由于地形地貌的限制,高填方工程一般兼具有地形起伏较大,地质条件复杂,工程量巨大等特点,由此给山区机场带来一系列特殊性工程问题,尤其是高填方边坡工程的稳定性问题是目前机场研究的热点和难点。由于山区机场高填方边坡稳定性问题涉及影响因素较多,为便于分析,从变形机理和控制技术两方面对机场高填方边坡工程问题进行了深入研究。(1)变形机理方面,结合工程实践及对现有资料进行分析归纳,从填筑体下覆坡体结构、降雨及地下水、地震、填料特性、施工工艺等方面研究其对填方边坡稳定性的影响,重点提出了4类填筑体下覆坡体结构类型,并深入分析各类型的变形破坏特征。(2)变形控制技术方面:以"三面一体"控制论为核心,结合实例分析了土方平衡、地基处理及交接面加固、排水、支挡结构四个方面,对高填方边坡变形的控制效果。该研究可为我国山区机场高填方边坡变形机理的深入研究和控制技术的提高和改进提供参考和借鉴。     

高液限土路堤直接填筑质量控制参数研究

为减小高液限土弃方处理或改良填筑造成的经济损失,通过室内试验研究了高液限土的基本特性,并结合现场路填筑试验,研究了其直接填筑性能和相应的质量控制参数。研究结果表明:高液限粘土和含砂高液限粘土可用于路堤直接填筑,填筑质量宜通过含水率、压实度、空气率3个参数控制;填筑过程中含水率应满足-2%≤ω-ωop≤6%;填筑碾压后的压实度应大于90%;高液限粘土空气率控制范围为4%≤va≤8%,含砂高液限粘土空气率控制范围为va≤13%。     

地震时黄土震陷量的估算方法

本文利用已有的震陷试验研究资料,并补充进行了相当数量的原状黄土的震陷试验。建立了考虑物性参数、固结应力、振次和地震动应力等因素的西北黄土残余应变的经验计算公式,提出了地震作用下黄土层震陷量的估算方法.并用该方法估算了兰州、西安、西宁、等城市的7个黄土场地的震陷量,给出了每一场地的震陷量随地震动加速度的变化曲线.从而为黄土地区的地震灾害预测预防和地基抗震设计研究提供了一种定量方法.     

季冻区路基冻胀影响因素分析及权重判别

路基冻胀是季冻区常见的道路工程灾害,影响因素复杂且相互耦合。本文针对现行冻胀规范仅考虑土质条件和含水率两种影响因素的局限性,基于以往研究成果和综合判别,明确了含水率、温度、压实度和土质条件是路基冻胀的主要影响因素。以哈尔滨周边有代表性的季冻区道路为例,构建了上述四种因素耦合下的季冻区路基冻胀率计算公式,并采用层次分析法得到土质条件、含水率、温度及压实度对冻胀的影响权重分别为:0.47、0.21、0.18和0.14。新的计算公式能够反映多因素耦合下季冻区路基土的冻胀特性,为季冻区道路工程防灾减灾及相关规范完善提供了借鉴。     

黄土泥岩接触地带边坡的土工织物防护模型试验

以内蒙古黄土泥岩接触地带的路基边坡为研究对象,设计黄土泥岩接触地带的路基边坡模型试验,运用Mirafi-H2Ri新型土工织物疏导下渗雨水,阻止雨水下渗路基并集聚于接触面而引起界面滑移,对黄土泥岩接触地带路基边坡的工程防护进行试验研究。通过在坡体内埋置孔隙水压力传感器,采集黄土层中孔隙水压力值,并测定黄土层中各测点的含水率,研究黄土泥岩路基边坡坡面铺设Mirafi-H2Ri土工织物前后坡体稳定性的变化。结果表明:在降雨条件下,Mirafi-H2Ri土工织物可以将黄土层沿坡面下渗的雨水利用自身的导流通道进行疏导,使得黄土泥岩接触面的孔隙水压力及含水率值较未铺设土工织物时明显降低;沿路基边坡铺设Mirafi-H2Ri土工织物能有效地降低或延缓黄土泥岩界面滑移的出现。     

关中咸阳地区Q_2黄土蠕变特性试验研究

通过对关中咸阳地区Q2黄土进行三轴蠕变试验,得到了关中咸阳地区Q2黄土不同围压及不同含水率下的应变—时间曲线和应力—应变等时曲线。分析试验曲线表明:围压及含水率对关中咸阳地区Q2黄土的蠕变特性具有较大影响,表现在其蠕变变形量与含水率在相同围压时呈正相关关系,与围压在相同含水率时呈负相关关系。再进一步对关中咸阳地区Q2黄土蠕变破坏应力与围压及含水率试验数据做拟合分析,得到了其蠕变破坏应力与围压呈线性正相关关系,与含水率呈负对数关系的变化规律。在以上分析的基础上,通过改进常用的五元件模型(H-K-K)参数性质及结构,得到了可描述Q2黄土加速蠕变的七元件非线性蠕变模型,并应用试验数据对其进行拟合辨识,最终得到较为理想的结果。     

下蜀土导热系数与电阻率和剪切波速关系模型试验研究

针对导热系数现场难以快速、准确测试的问题,以下蜀土为研究对象,建立了依据电阻率和剪切波速估算导热系数的关系模型。分别采用HC-110热导测试仪、四极法和弯曲元测试系统对20℃、含水率为10%～21%、干密度为1.5～1.8 g/cm3下蜀土的导热系数、电阻率和剪切波速进行了测试,得到了三者与含水率和干密度之间函数关系,建立了导热系数与电阻率和剪切波速的关系模型,经检验,该关系模型拟合度高,为工程实践中利用电阻率和剪切波速快速确定土体导热系数提供了新的方法。     

乌鲁木齐机场戈壁砾石土填料的工程特性试验研究∗

以新疆乌鲁木齐机场改扩建工程中道基填筑拟采用的戈壁砾石土填料为研究对象,开展了戈壁砾石土的颗粒分析、表面振动压实、点荷载强度等物理力学试验,对其颗粒特征、压实特性以及大粒径砾石强度展开了探讨.结果 表明:该地区戈壁砾石土不均匀系数Cu为37.9,曲率系数Cc为2.12,属于级配良好的砾类土,且填料在1～2 mm粒组处存在一定程度的缺失;不同粗颗粒含量戈壁土均存在明显的最优含水率与最大干密度,最大干密度随含水率变化呈现抛物线形式,且随着填料粗颗粒含量的增加而增加;天然级配的戈壁砾石土粗颗粒含量超过70％,最大干密度可达2.41 g/cm3;另外,戈壁砾石土中大块砾石的强度较高,自然风干状态下单轴抗压强度的平均值约为60 MPa.试验得出乌鲁木齐机场建设采用的天然级配的戈壁砾石土是一种非常好的道基填筑材料,研究结果亦可为类似工程提供参考.     

库水位骤降与桩基作用对高填方岸坡稳定性影响研究∗

针对库水位骤降可能导致高填方岸坡滑坡，从分析岸坡出现滑坡的因素出发，阐释了库水位骤降作用下岸坡土体抗剪强度降低及岸坡下滑推力增大的原因，同时考虑嵌入高填方岸坡的高桩码头桩基结构?岸坡土体相互作用下岸坡稳定性的变化。本文以三峡库区某高填方岸坡高桩码头为例，通过不平衡推力法，求得三种工况下高填方岸坡的稳定系数和剩余下滑推力；并借助ABAQUS有限元软件，在本文工况三的基础上，采用强度折减法分析桩基作用下岸坡稳定性的变化。结果显示：库水位从175 m骤降到145 m，岸坡稳定系数从1.32减小至1.25，且坡脚至填方平台以下约5 m的区域出现较大塑性变形；而在桩基作用下岸坡的稳定系数从1.25增加至2.0，增加了60.0%，桩基间仅小范围出现较小塑性变形。因此，码头桩基对高填方岸坡起着较明显的加固作用。     

基于多传感器数据融合分析的路堑滑坡模型试验研究∗

以成都天府国际机场高速公路 TJ04 标段 K17+700~K17+900 段滑坡为典型代表,通过地质分析及室内模型试验相结合的方法,运用数据融合及统计学概率运算方法,对降雨作用下路堑边坡的变形破坏过程进行研究。 结果表明：(1)通过地质分析认为 K17+700~K17+900 段滑坡形成主要原因是地表水入渗及滑坡前缘路基开挖 ; (2)通过模型试验研究已开挖路基在降雨条件下的变形特征,得出其变形机理为：降雨入渗→边坡局部溜坍→地表水入渗加剧→土体含水率上升→孔隙水压力增大→边坡失稳→整体牵引式滑移;(3)通过传感器数据融合及统计学概率分析得出,随着降雨历时增长,含水率的变化曲线与累计降雨量之间呈正相关,相关系数为 0.600 15 具有显著相关性,孔隙水压力的变化曲线与含水率之间正相关,相关系数为 0.921 74 具有高度相关性,说明雨水入渗是土体含水率与孔隙水压力增长的直接原因。     

椅式桩板结构地震响应分析与简化计算方法研究

椅式桩板结构在高陡边坡路基工程中应用广泛,研究其高烈度地震下的响应特征对抗震分析具有重要意义。以拟建川藏铁路某斜坡椅式桩板结构路基支挡工程为背景,建立有限差分三维数值计算模型,研究了结构的静、动力学响应特性,分析了结构最不利状态响应物理量的取值方法,探讨了结构传力分担机制及重要受力部位,提出了结构地震响应简化计算方法。结果表明:不同地震波形与峰值加速度下,土压力、结构内力及动位移响应的分布曲线形态相似,而响应量值差异显著;土压力应以桩顶动位移朝向临空面达到峰值的时刻作为最不利状态进行取值,而结构各截面的控制内力则应取地震响应时程中的峰值;横梁的推力传递和转角约束作用使主、副桩协同承载且极大增强了结构抗变形能力,桩身与横梁交界位置为结构重要受力部位;考虑拟静力法与动力时程分析结果的响应分布曲线相似性,以最大拟合优度确定动力修正系数取值并提出了地震工况下的结构响应简化计算方法。     

结构性黄土被动极限平衡状态及被动土压力推导∗

结构性黄土的抗拉强度通常较大,结构性黄土的土压力计算需要合理考虑其显著的抗拉强度,在已建立的可综合考虑结构性黄土拉剪与压剪破坏的强度准则基础上,针对不同破坏状态,分析土压力被动极限应力平衡条件,推导结构性黄土被动土压力计算公式,并与基于Mohr-Coulomb强度理论的朗肯被动土压力公式进行对比分析。研究结果表明:在被动土压力计算与比较中,基于黄土联合强度理论的被动土压力比基于传统的Mohr-Coulomb理论确定的朗肯被动土压力值小。由于Mohr-Coulomb强度理论高估了黄土的抗拉强度,导致被动土压力计算值偏大,而基于黄土拉、压剪切破坏特性建立的联合强度计算所得被动土压力值更接近实际。