建筑荷载下土质洞室地基稳定性的数值分析

随着地面与地下空间的综合开发利用日趋增多,地面建筑与地下工程的冲突及由此所引发的灾害也日益增多。如在既有洞室上修建建筑(开洞地基)或在既有建筑下开挖地下洞室(地基开洞)所引起的地下洞室有害变形及地基破坏,已成为地面与地下工程建设中亟待解决的突出问题。为此,本文结合工程实例,基于大型有限元软件ABAQU S,采用加载系数法和强度折减法,分别对开洞地基与地基开洞后建筑物下土质洞室地基的破坏过程与整体稳定性进行了有限元数值模拟;在此基础上,针对不同的地面加载方式与洞室埋深,采用强度折减法与加载系数法对开洞地基开展了弹塑性有限元数值计算与分析,得出了一些规律性认识,以期为相关工程建设及地下工程防灾减灾提供参考。     

大型复杂采空区空间结构演化规律研究

随着地下矿山开采活动的进行,采空区已成为影响矿山安全的主要隐患之一。以某铜锌矿为背景,利用VS150空区精密探测系统对采空区进行精密探测,采用VoidScan-Geomagic-3Dmine耦合技术,分别建立了研究时段与设计时段采空区三维精细模型,进而对比分析了采空区空间结构演化过程,采用3Dmine-Midas GTS NXFLAC~(3D)耦合的数值模拟技术,结合矿区实际生产情况对设计时段空区进行数值模拟分析,并对空区空间结构演化过程中位移场、应力场及塑性区进行系统的研究,确定了空区顶板及围岩的稳定程度,并进一步揭示了未来时段空区的演化趋势。数值模拟结果与现场实测工作结果相吻合,研究结果为采空区后续的安全治理提供了科学依据。     

高速铁路采空区地基活化判据与工程实例分析∗

为探究高速铁路采空区地基活化问题,基于附加应力分析法,以引起叠加附加应力值等于 5% 岩土层自重应力的深度为附加应力影响深度,推导出高速铁路有砟轨道双线路堤段及路堑段在无列车、有列车情况下的附加应力影响深度计算公式,提出了以附加应力影响深度与垮落断裂带深度大小关系为依据的采空区地基活化判别标准,并分析了高速铁路采空区稳定性影响程度的评价标准。以沁水煤田太焦高速铁路为工程实例,研究结果表明： 高速铁路在采空区地基附加应力影响深度从大到小分别是列车交会、单车、无车;路堤段在采空区地基中附加应力影响深度大于路堑段;路堤段与路堑段在采空区地基中附加应力随深度衰减规律相同;随着路堤高度的增加,附加应力影响深度几乎成线性增加。     

多层采空区条件下的高速公路路堑边坡稳定性数值分析

高速公路建设过程中常穿越各种矿山采空区,采空区对路堑边坡的稳定性产生较大的影响。基于有限差分分析的快速拉格朗算法FLAC3D程序,由于具有强大的数值模拟分析功能,可以模拟多种结构形式的地质体,因而广泛应用于各种岩土工程问题。本文结合国家某重点交通项目,采用快速拉格朗算法FLAC3D程序对多层采空区条件下的某路堑边坡稳定性进行了评价,主要包括开挖、注浆和锚固等工况下路堑边坡的应力和位移分析。分析结果表明,采空区经过处理后的路堑边坡是稳定的,FLAC3D应用于多层采空区条件下的路堑边坡稳定性评价是可行的。     

2种Ⅱ型混凝土试件断裂韧度K_(ⅡC)值的比较研究

根据混凝土四点剪切加载和两端切口半边对称加载这2种Ⅱ型混凝土试件断裂试验的结果,计算分析了它们的断裂韧度KⅡC及其相互关系。采用有限元方法,基于数值模拟,利用ANSYS软件计算分析了2种Ⅱ型混凝土试件断裂试验加载阶段各荷载步的应力场和应变场,用位移外推法分别计算了四点剪切加载和两端切口半边对称加载Ⅱ型断裂数值模拟试验的断裂韧度,并与试验结果进行了比较。由于两端切口半边对称加载条件下试件受力均匀,容易保证整个试验过程中试件断裂过程区切应力占据主导地位,而四点剪切加载条件下则不可避免出现张拉和扭转等现象,从而导致试件断裂破坏过程中并不总是纯剪切的Ⅱ型断裂,这可能是这2种Ⅱ型混凝土试件断裂韧度KⅡC值有所不同的原因所在。     

混凝土单轴动态强度理论的探讨

在分析相关试验结果的基础上,系统地对混凝土在单轴动态加载下的强度特征进行了研究分析。结果表明,不仅加载速率对动态强度有着重要的影响,加载速率对材料弹性参数的影响也很大。结果显示:①混凝土在加载初始阶段,应力—应变表现为线性关系,可认为混凝土处于弹性阶段;随着压力的增加,混凝土产生非线性变形,并出现峰后应力下降;②混凝土的抗压极限强度随着加载速率的增加而增加;③混凝土的弹性模量随着加载速率的增加而提高,而泊松比保持不变。最终提出了一种改进的弹性损伤动态强度的本构理论。     

采动区建筑物抗震、抗变形双重保护作用机理分析

采动区建筑物保护是一个涉及采矿工程、结构工程、防灾减灾工程等多学科的综合性、交叉性问题,采动区建筑物的变形损坏是由于采空区上的土层变形与建筑的基础变形不协调,从而产生附加应力而引起的建筑物倾斜、出现裂缝等一系列问题。由于受到采动区地质条件的物理力学的性质以及煤炭的开采方法、开采面积等开采因素的影响,加之建筑物的结构型式、结构的强度刚度、基础的稳定性、地基的承载能力以及建筑物在采动区的位置等因素的存在,很难按照经典的数学模型和力学计算理论进行统一度量并加以分析研究。本文采用AN SY S有限元结构分析软件,对采动区地震和开采沉陷变形对建筑物的耦合作用机理进行分析,将采动区建筑物抗震设计和开采沉陷的抗变形设计结合起来进行分析研究,提出了采动区建筑物抗震抗变形双重保护的具体措施,发展和补充了采动区建筑结构抗震抗变形控制理论,不仅能够合理地解决地上建筑物保护与地下开采的矛盾,同时也为采动区已有建筑的加固防护、减少采动区建筑物的损害破坏以及新建建筑的结构设计提供理论依据和技术支持。     

叶巴滩水电站高地应力现象及地应力场反演分析∗

为了研究叶巴滩水电站坝址区的地应力场特征,通过现场地质调查,对坝址区高地应力现象的发育形态特征和空间分布特征进行描述和分析,结果表明：坝址区岩芯饼化发育的强烈段多分布在河床以及两岸低高程;片帮现象以轻微片帮和中等片帮发育为主;岩芯饼化和片帮集中发育段可判定为应力集中带。同时,根据坝址区工程地质条件和实测地应力资料,通过数值反演分析方法,考虑地形地貌和断层对初始应力场影响,对坝址区的初始应力场进行反演分析。结果表明：反演应力值与实测应力值基本吻合,能够较合理、准确反映坝址区的初始应力场;坝址区的初始应力场是由自重应力场和构造应力场叠加而成,且以水平向构造应力为主;坝址区应力场可以大致划分为应力松弛带、谷底的应力集中带、岸坡应力过渡带和岸坡深部的应力平稳带;在模型边界断层上下盘附近会有一定的应力集中现象,形成高地应力区。     

单层采动诱发长壁开采水平岩层开裂、冒落过程模拟——基于连续-非连续方法

提出了一种适于模拟准脆性材料(岩石、混凝土等)变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法。开展了单层采动诱发长壁开采水平岩层开裂、冒落过程的数值模拟研究。研究发现,在工作面推进过程中,顶板不断离层和开裂,开裂后岩块不断冒落,采空区和工作面上方的垂直应力低值区呈梯形,其尺寸不断增加,直至稳定;在垂直应力梯形低值区两个腰的位置及其顶部一定范围内,裂隙较为发育,垂直应力梯形低值区其余位置的裂隙被重新压实;在梯形低值区两个腰的位置,开裂后岩块倾斜排列,形如砌体;如果将每次工作面推进长度及每两次开采间隔的时步数目均翻番,则顶板冒落变晚,垂直应力梯形低值区的对称性变好,该差异根源于非线性动力学系统对于加/卸载历史的依赖性。在目前的模拟中,未考虑剪裂和液压支架的作用。     

基于FLAC2D的西安地面沉降数值模拟分析

针对西安地区抽汲地下深层承压水所引发的地面沉降进行了分析,以Biot三维固结理论为基础,采用FLAG2D软件对西安地区地质技工学校处的地面沉降进行了二维数值模拟与土体-渗流耦合计算.通过分析模拟的计算结果,对抽水引起的深层承压含水层垂直沉降和水平变形作了详细的分析,并阐明了沉降漏斗形成的机理;发现模拟结果与实际监测的结果是基本吻合的,表明了地面垂直沉降和水平位移的特征和机理分析的正确性.     

高密度电法在采空区勘测中的应用

通过一工程勘测实例,分析了高密度电法中常用的Wennerα装置和四极测深装置(Wenner-Schlumberger)的适应特征.认为,勘测浅层(如15m内)的采空区或地质灾害异常体时,以四极测深装置为好,对深层(如50m以上)则用Wenner装置为好.地层性质和饱水状态不同地区所测的视电阻率,即使在同一深度(或层位)上,其所表达的意义是不同的,不能用这种资料来作平面等值线图并以此图件来寻找采空区或其它地质灾害异常体.     

山区沿河公路地质风险形成机制

根据山区沿河公路灾害的特点,将以岩土介质为主的传统地质灾害类型和水沙介质灾害类型整合,提出了“广义地质灾害体”的概念,并以介质组成为标准进行了广义地质灾害体分类.在孕灾环境评价和致灾因子评价的基础上,提出了广义地质灾害体的孕灾环境与致灾因子异相耦合发育机理.基于公路承灾体健康的理念,认为公路承灾体易损性主要受控于公路结构本身的健康性态,采取技术可行、经济合理的技术措施使结构健康复原是工程性减灾措施的目的.将公路承灾体类型分为结构性承灾体和功能性承灾体两类.提出了公路地质风险的耦合对抗形成机制,即公路地质风险是广义地质灾害体危险性与公路承灾体易损性之间时空耦合对抗的结果.认为地质风险评估是关于多因素非线性灾害风险系统的预测评价问题.根据地质风险形成的耦合机制,提出了采用解耦措施来逆向控制公路地质风险形成演化过程的减灾思路.针对山区沿河公路,给出了从孕灾环境、致灾因子、广义地质灾害体危险性、承灾体易损性评价到地质风险评估的思路与一般函数表达式.     

北川县城汶川地震震害特征及其成因探讨

根据笔者在汶川大地震极震区北川县城现场考察的第一手资料,分析了2008年5月12日汶川8.0级大地震后北川县城的震害特征,论述了北川县城地震后建筑物、生命线工程的破坏以及次生地质灾害;并对造成各类震害的原因进行了初步的探讨。最后,在总结震害特征及其成因的基础上,提出了当前应加强研究的相关课题,旨在为今后的工程抗震设防和研究提供参考。     

山区线性工程地质灾害风险动态评价方法及应用

线性工程的路线长(如输变电、道路、管线工程等),特别是在地质环境条件复杂的山区,工程建设及运营期间遭受地质灾害威胁的风险大,防范管理的难度大,进行动态评价是防范风险的有效途径,也将是今后研究的主要趋势。结合藏中电力联网输变电工程地质灾害风险管理,提出了基于InSAR监测技术、考虑斜坡活动性的地质灾害风险动态评价方法。该方法构建了考虑斜坡活动性的危险性评价指标体系,建立了可以动态更新的加权信息量评价模型,针对电网工程输电塔位这一核心易损目标,初步实现了山区线性工程地质灾害风险动态评价,最后采用历史灾害分布和ROC曲线对比验证了评价方法的可行性,对于山区线性工程建设风险管理具有推广应用价值。     

西藏浪卡子至洛扎公路沿线的地质灾害

西藏浪卡子至洛扎公路是西藏山南地区环线公路的西段，全长120km，集交通、外交、军事于一体。由于公路位于高寒、新构造运动强烈的地区，特殊的地质背景、气候因素和地理环境，为该地区地质灾害的发生孕育了良好的条件。公路沿线的地质灾害主要有泥石流、滑坡、坍岸等，各类地质灾害影响公路总长7248m，其中泥石流42条，滑坡1处，坍岸12处。各类地质灾害对公路的建设和运营构成了极大的危害，针对各类地质灾害发育的特点。结合当地的环境和公路的等级要求，提出了切实有效的治理措施。     

温州市区"地基污染"灾害分析与防治对策

温州市区软土含水量高,压缩性大,90%以上的建筑物基础为桩基,由于市区旧城改造的加快,同一地块会多次施工建筑物,相应桩基的重复使用会造成"地基污染"灾害.该项人类诱发的地质灾害目前往往被人们所忽视,但从长期发展的角度考虑,却是一个重要的问题,围绕这个问题进行了思考、分析和探索,并提出了相应的防治对策.     

场地断裂活动效应的风险分析与评价——以宿迁三线船闸为例

断裂研究是区域和场地稳定性评价以及工程抗震设计中的一项重要的基础性工作。对于有断裂通过的工程场地,从断裂、场地土层和工程三者相互作用的角度出发,开展有针对性的场地断裂活动效应及地震稳定性研究,对保证工程的安全建设和可靠运行有着极为重要的现实意义。本文试以宿迁三线船闸的建设为例,对场地断裂活动效应的风险进行分析与评价。     

大型抽水蓄能电站场地地震动效应及设计地震动参数研究

大型抽水蓄能电站往往建于山区的沟源坳地,场地地形复杂,各工程场点高差大。结合某大型抽水蓄能电站工程的具体情况,根据工程场地岩土参数原位测试及试验室试验结果,采用二维波动有限元方法研究复杂场地条件下的场地地震动效应,计算确定了50年及100年设计基准期对应超越概率63%、10%、5%、2%共8个设防水准的地震动参数,并通过不同高程处地震动参数的对比分析,研究了地形地貌对场地地震动效应的影响,得到一些有价值的结论。研究成果已在具体工程设计中采用,该成果对其它同类工程也有一定借鉴作用。     

西藏浪卡子至洛扎公路沿线地质灾害与防治

浪卡子至洛朴公路是西藏山南地区环线公路的西段,全长120 km。由于公路位于高寒、新构造运动强烈的地区,特殊的地质背景、气候因素和鹅理环境,为该地区地质灾害的发育提供了良好的条件。公路沿线的地质灾害主要有泥石流、滑坡、坍岸(水毁)等,各类地质灾害影响公路总长7 248m,其中泥石流42条,滑坡l处,坍岸(水毁)12处。各类地质灾害对公路的建设和运营构成了极大的危害,针片这些地质灾害发育的特点,结合当地的环境和公路的等级要求,提出了切实有效的治理措施。     

高速公路小煤窑采空区路基综合勘察与评价

采空区是公路建设中一种特殊的地质病害，特别是小煤窑采空区，由于无规划、无序、反复地开挖，故小煤窑采空区勘察与评价有较多不确定性。在公路工程地质勘察中采用综合勘察方法，查明采空区分布范围并评价其对公路工程危害程度及稳定性，对高速公路建设非常重要。本文结合安徽省铜陵至汤口高速公路具体工程实例，探讨小煤窑采空区综合勘察与评价。