碎石桩处理可液化地基加密效用的理论分析

以弹塑性理论为基础,将沉管碎石桩的成桩过程视为半无限土体中的圆孔扩张问题,推导了碎石桩处理可液化地基的有效影响范围。考虑超孔隙水压力消散的影响,结合超孔隙水压力计算公式,对碎石桩的加密效用进行了理论分析,并给出了碎石桩加密效用的理论计算公式。最后,结合工程实例,验证了所给公式的正确性。碎石桩处理可液化地基加密效用的理论,为工程设计中碎石桩间距离的确定,提供了理论依据;该理论计算的结果,对碎石桩复合地基加固效果的判断、碎石桩地基处理应用范围的确定等有重要参考价值。     

应力-渗流作用下煤体变形特性试验研究

为探究瓦斯压力、围岩应力变化引起煤体变形规律,利用自行研制的应力-渗流-解吸煤体变形试验装置,以铁新煤矿9号煤为研究对象,开展应力、渗流作用下煤体变形试验,根据试验结果分析围压和孔隙压力对煤体变形影响的显著程度。结果表明:围压自15 MPa起,在以2 MPa/次梯度递减至5 MPa的过程中,煤体的径向应变呈线性减小,纵向应变呈线性增加趋势;围压为定值时,煤体变形与孔隙压力的关系满足二次函数;煤体径向变形和孔隙压力、围压的关系满足二元二次函数,且围压对煤体变形的影响比孔隙压力更显著。     

素土挤密桩处理超高填方下深厚湿陷性黄土地基的试验研究

以某民用机场工程为背景,选取该机场拟建场区85 m黄土高填方所在位置作为试验区,开展素土挤密桩处理地基的试验研究.采用桩体动力触探试验、桩问土室内土工试验及现场载荷试验对处理后的地基进行检测,分析了各小区试验前后土体孔隙比、干密度、压缩模量、动力触探击数等物理力学参数的变化规律,得到了处理后的土体变形模量、地基承载力特征值及其对应沉降量.结果表明,采用素土挤密桩处理后湿陷性黄土地基桩体密实性较好,单桩承载力特征值较低,只有70～75 kPa,而单桩复合地基承载力特征值为240 kPa,与本区黄土承载力特征值相比有较大提高.处理后的地基土层干密度、孔隙比与处理前的平均参考值相比,基本没有变化,而压缩模量增幅较大,桩间土的湿陷性消除.桩间距越小,地基土的处理效果越佳,但处理效果受桩间距影响不显著.研究表明,采用冲击沉管或振动沉管工艺施工素土挤密桩,抱管及塌孔现象严重,工效不佳.施工工艺及参数应根据工程特点合理选择,才能同时满足地基承载力及施工工效的要求.     

水岩耦合作用对软岩巷道变形影响的数值模拟

煤矿软岩巷道支护问题是制约煤矿安全高效生产的技术难题之一,在不同形式的地下水影响下,巷道支护难度急剧增加。为了研究水岩耦合作用对软岩巷道变形的影响规律,基于FLAC3D数值模拟方法对变孔隙水压力作用下软岩巷道围岩位移场和应力场演化规律进行了仿真研究。结果表明,孔隙水压力对软岩巷道的稳定性具有显著影响,且孔隙水压力的演化趋势与应力场演化特征具有同步性。在巷道围岩均布孔隙水压力的条件下,孔隙水压力对两帮的影响范围大于顶底板,圆拱形巷道弧顶正上方1.435~4.21 m范围内应力集中程度可达到原孔隙水压力的3.09~4.03倍,逐渐向外围扩展为扇形面的孔隙压力等值区域,在巷道的下方孔隙水压力呈"W"形分界面。     

开挖扰动及降雨入渗影响的地表沉降特征研究

为研究施工扰动和强降雨浸透影响下的地层变形演化特征,采用通用离散元程序(UDEC),开展不同降雨强度及不同开挖深度组合下地表沉降特征的模拟研究,探索开挖过程中的地表孔隙水压力及位移场分布规律。结果表明:随着开挖深度的增加,孔隙水压力逐渐减小,而土层的沉降量明显增加,且两者均受监测点与开挖位置之间距离的影响;降雨条件下土层的沉降量易受开挖工况的影响,靠近土体上层的土质(如杂填土及碎石填土,黏性土和砂土等)在开挖后产生的沉降量变化相似,下层的土体(如构造破碎带)相对发生沉降量较小;此外,上层土体的性能松散,透水性较好,具有较大的变形特性,所以,降雨入渗会增加上层土体的沉降量。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟北大核心CSCD

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系;湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系; 湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

广三高速公路扩建工程中桩承式加筋路堤的现场试验

结合广三高速公路扩建工程,对素混凝土桩和PHC管桩桩承式加筋路堤工作性状开展现场试验调查,在路堤填筑中以及填筑完成后对路基沉降、孔隙水压力以及深部水平位移进行监测和分析,试验结果表明:当软土厚度小于18m时,采用桩径为50cm的C15素混凝土桩,打穿软土层,桩中心间距1.8 -2.0m,平面呈三角形布置,桩帽采用C30混凝土浇筑成尺寸为1m×1m×0.4m的面板,拓宽路基孔隙水压力变化与填土高度和桩的龄期有关,路基工后沉降得到了有效控制;当软土厚度超过18m时,采用桩径为30cm,桩壁厚7cm的PHC管桩,按照桩中心间距2.5-3.0m间距呈正方形布置,桩帽采用设置双层钢筋的C30混凝土浇筑成尺寸为1.5m×1.5m ×0.4m的面板,路堤填筑完成后预压期内路基孔隙水压力基本未发生变化,路基几乎未发生侧向位移,路基剩余沉降很小,可以节省预压时间,尽早开展路面结构层施工,开放交通.     

北京地铁义和庄站基坑支护结构及变形监测

结合北京地铁义和庄站深基坑支护变形监测方案,并通过大量实测数据对基坑的水平变形、钢支撑和锚索拉力变化规律进行了研究;并比较排桩、内支撑与排桩、锚索两种支护形式的变形差异.监测结果表明:围护结构的变形增量主要发生在基坑深层土体开挖及支撑结构架设前后阶段,在开挖至坑底后变形趋于稳定;支撑内力增加影响因素较多,包括地面堆载及温度影响;围护结构变形与支撑轴力变化具有显著的关联性;桩撑与桩锚支护结构的变形具有一定的差异性.     

考虑水分影响的煤层气吸附及渗透机理

为定量分析水分含量和孔隙压力变化对煤层气渗流特征的影响,采用ASAP2020型比表面微孔分析仪进行低温液氮吸附试验,并通过等温吸附装置和三轴伺服渗流装置进行不同含水率条件下的煤岩吸附和渗流试验.在此基础上,建立考虑煤岩水分含量影响的吸附模型和煤层气渗透率模型,采用试验数据验证其合理性.结果 表明:在液氮吸附试验中,当相对压力较小时,煤岩吸附作用主要依靠范德华力;当相对压力较大时,其吸附作用则主要为毛细凝聚.在相对压力变化过程中,氮吸附量随相对压力的增大呈增大趋势,同时在相对压力较小时液氮脱附曲线与吸附曲线重合,且存在显著的吸附滞后现象.当煤岩中水分含量相同时,煤层气吸附量随孔隙压力的增大先增大后趋向于平缓,而当孔隙压力恒定时,煤层气吸附量随水分含量的增大呈减小趋势.在吸附作用的影响下,煤岩表面吸附变形量与煤层气吸附量的变化趋势一致.在水分与吸附作用综合作用下,煤岩渗透率随孔隙压力的增大呈先减小后趋于平缓的趋势.当孔隙压力恒定时,煤岩渗透率随水分含量的增大显著减小.基于吸附理论,建立考虑水分影响的煤岩吸附模型及吸附变形表达式.综合考虑水膜及其分离压的影响,进一步构建考虑煤层气吸附-水分耦合作用的煤岩渗透率模型.模型计算值与试验数据具有一致性,可较好地表征煤岩在不同含水量条件下的渗流规律.     

交通荷载作用下饱和软基的模型试验及变形分析

采用自行研制的油压式循环加载系统室内模拟交通荷载的作用 ,对饱和软粘土地基的变形性状进行了大比尺的室内模型试验 ;考虑了饱和软基的固结状态、循环应力比的大小对竖向永久变形的影响 ;得出了饱和软粘土地基的临界循环应力比和竖向永久变形及孔隙水压力随加荷周数和固结状态的变化规律 ;模型试验及变形分析研究 ,对交通荷载下饱和软基的工后沉降计算具有重要参考价值。     

砂卵石地层桩锚支护结构稳定性实例研究

在城市中进行深基坑开挖,其稳定性至关重要。为研究砂卵石地层深基坑开挖过程中桩锚支护结构的稳定性问题,采用FLAC3D对其进行了三维模型计算分析,分析了不同开挖阶段桩锚支护体系的变形特性,以及基坑土体位移的变化情况,并与实测结果进行比较,研究了土体压力、桩体内力、锚索拉力与桩体水平位移的关系。结果表明：砂卵石地层在一定深度处存在＂自立拱＂效应,同时,可以对锚索进行有效的锚固,从而对桩体内力、变形起到有效的控制作用,保证基坑的稳定性。数值分析与实测结果相吻合,说明数值计算模型合理,结果可靠。     

龙门吊移动荷载对地铁车站深基坑变形的影响

青岛地铁苗岭路站是在土岩组合地层下开挖的狭长型换乘车站,深基坑两侧既有建筑物众多且临近基坑,施工中采用龙门吊运输材料。为探究龙门吊移动荷载作用下基坑围护结构和土体的空间变形规律,建立三维有限元数值模型,对比分析了加载前后基坑围护桩侧移变形和坑外地表沉降,并探讨了起吊物与边跨的距离对基坑变形的影响。结果表明:龙门吊移动荷载作用下基坑产生明显的动态响应;围护桩桩体侧移变形比竖向变形响应明显且沿深度有所不同,嵌岩点处侧移响应最明显,土岩交界面处响应最小;受基坑阴角效应的影响,动载作用下角隅处土体沉降变形保持不变,坑外土体最大变形位置由距坑边2 m处转移至基坑边;起吊物的移动在基坑边产生明显的变形动态响应区域,随着起吊物远离边跨,桩周土体的沉降量逐渐减小,动态响应区域向远离坑角方向增大;加强冠梁连接、适当增大阴角处桩间距或减少锚杆施作可以保证基坑的稳定性,经济有效。     

考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率演化机理

为模拟页岩气抽采过程中孔隙压力对其吸附特性和渗透特性的影响,通过吸附及多孔弹性理论,建立考虑过剩吸附量的吸附模型,并进一步建立考虑气体传输影响的页岩表观渗透率模型,通过试验数据验证其合理性。结果表明,1)随孔隙压力逐渐升高,页岩过剩吸附量呈先快速增加后趋于平缓的变化趋势;随温度升高,其吸附量呈降低趋势。考虑过剩吸附量和温度修正的吸附模型计算结果与试验所测结果吻合较好,且能较好地反映不同温度下页岩过剩吸附量与孔隙压力的关系。2)页岩气体吸附过程中产生的基质膨胀变形量随孔隙压力升高而升高,且温度较低时的气体吸附变形量大于温度较高时的变形量。3)在有效应力恒定的条件下,CH₄和He的表观渗透率随努森数增大而减小。相同孔隙压力条件下,随有效应力升高CH4和He的表观渗透率均呈降低的趋势,且页岩表观渗透率对有效应力的敏感程度随孔隙压力升高而降低。相同有效应力条件下,充入He的页岩表观渗透率均大于充入CH4的页岩表观渗透率。4)构建考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率模型,模型计算的渗透率与实测值具有良好的一致性,能较好地表征不同外应力条件下的页岩表观渗透率演化规律。     

平原地区公路路基震害类型及机理分析

根据资料分析和现场调查,对平原区公路路基常见震害进行分类.结合库仑强度理论和有效应力原理分析平原区公路路基震害机理.研究表明: 地震作用引起土体中超静孔隙水压力上升、有效应力降低,从而弱化了土体的强度;水平地震力是诱发路堤、边坡破坏的因素;同水平地震力相似,竖向地震力同样会造成土体强度的削弱.最后,针对平原区公路路基震害的特点和机理,在平原区道路的选线、施工、质量控制等方面给出防治措施.     

基于Hoek Brown强度准则深埋隧道掌子面稳定性分析*

为了研究孔隙水压力作用下深埋隧道掌子面的稳定性，构建了深埋盾构隧道的二维刚性有限平动多块体的破坏模式，并引入了Hoek Brown强度准则。利用极限分析得到掌子面前方土体的内部耗散能和外力做的功，利用Hoek Brown强度准则推导得到极限支护力的目标函数，通过MATLAB数值软件的规划求解得到支护力的解，和既有文献中的成果对比，2种方法得到解的最大误差为6.7%，验证了Hoek Brown强度准则的有效性。对各个岩体参数下深埋隧道掌子面极限支护力的变化规律进行分析，结果表明:深埋隧道掌子面前方的极限支护力随着扰动因子D和孔隙水压力系数ru的增大而增大，随着地质强度指标GSI和参数mi的增大而减小；破坏范围随着参数mi和孔隙水压力系数ru的增大而减小，而随着地质强度指标GSI和扰动因子D的增大而增大。研究结果可为岩质地层中深埋盾构隧道掌子面支护力的设计提供理论依据。     

孔隙水作用下深埋硐室稳定性分析及破坏机制

为获得孔隙水作用下深埋硐室的围岩压力及其潜在破坏面，将Hoek-Brown破坏准则和极限分析定理结合，改进传统的深埋硐室“楔形体”破坏机制，并将孔隙水作用考虑到优化的深埋硐室围岩稳定性计算模型中；然后根据虚功率原理推导出孔隙水作用下深埋硐室围岩压力解析解，通过序列二次规划(SQP)算法优化得到围岩压力上限解以及拱顶、拱肩破坏范围。研究表明：Hoek-Brown准则参数中地质强度指数(GSI)、岩体常数、岩体单轴抗压强度增大时围岩压力减小，硐室的潜在塌落范围也减小，而扰动因子、岩体容重和硐室直径的增大会对硐室的稳定性产生不利影响。此外，孔隙水压力系数增大时围岩压力和塌落范围也不断增大，且随着水位线高度的增加，影响程度越加明显。     

尾矿坝边坡土石混合体强度遇水软化的规律研究

为了揭示露天矿土石边坡的稳定性影响因素,开展土石混合体强度遇水软化的试验研究。首先介绍了制作该试样的方法和试样微观结构特点,然后分别对天然和饱和状态的试样开展三轴压缩试验,得到了3种围压的应力-应变曲线,最后分析了试样强度软化的规律和机制。结果表明:由SEM图像显示土石混合体的微观裂隙发育;三轴应力应变曲线经历了线弹性变形、塑性变形和破坏软化3个阶段;饱和试样的峰值强度大幅低于天然状态下的试样,且软化系数随围压增加而减小;土石混合体的强度软化主要是因为试样经过水的入渗后孔隙结构出现不均匀应力,这也是其强度软化的本质原因。     

软弱破碎地层盾构隧道施工开挖面力学行为分析

随着城市地下空间的急剧扩张,大直径深埋盾构隧道越来越普遍的应用到软弱破碎地层开挖施工中。目前大多数的研究方法都是针对隧道掌子面附近土体为均质土提出的。本文结合工程实例利用Flac 3D模拟不同工况条件下软弱破碎围岩隧道开挖面施工过程,研究在软硬不均地层条件下掌子面附近围岩应变随支护力变化的规律以及土体失稳的形式。发现地层土体变形规律与软土层厚度有关,软弱土层夹杂硬土层所需极限支护压力更大,在施工过程中穿越软弱土层夹杂硬土层时需要加强监控量测。     

盾构隧道施工中土灵敏度分析

以西安地铁二号线某区间隧道工程为依托,根据实际的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道掘进面洞顶沉降为衡量标准,对隧道变形受土体各参数影响的灵敏度进行模拟分析,找出主要影响参数,使施工中对隧道周围土体的变形控制更有针对性.研究表明,土体的弹性模量为主要影响参数,其次为内摩擦角和黏聚力,各参数的变化对隧道周围土体变形的影响是由强至弱的.各参数变化对隧道变形影响趋势基本一致,且土体参数越好,参数变化对隧道变形的影响越不敏感,所以改善提高围岩参数可以有效地增加隧道的稳定性.