泥水盾构带压开舱时压力舱内不同泥浆液位下开挖面稳定性分析∗

泥水盾构在水下复杂地层带压开舱作业时,一般会根据实际情况将压力舱内泥浆降低至一定的液位。依托武汉地铁8号线越江隧道工程带压开舱作业实例,采用FLAC3D软件,对不同泥浆液位下盾构隧道开挖面主被动极限支护力及失稳破坏模式进行研究。结果表明:对于本工程上土下岩的复合地层带压开舱工况而言,不同泥浆液位下开挖面主动破坏均属于整体失稳破坏,且随着泥浆液位的降低,主动极限支护力先增后减,开挖面敏感区域逐渐下移并扩大,液位下降至隧道中心处时主动极限支护力最小;不同泥浆液位下开挖面的被动破坏均属于局部失稳破坏,被动极限支护力呈逐渐降低的趋势,最敏感区域均位于开挖面上半部;当泥浆液位降低至隧道中心以下时,隧道拱顶处支护力显著大于地层土水压力,此时开挖面面临较严峻的被动失稳风险,因此实际施工时不建议液位下降至隧道中心以下。     

废弃口罩加筋固化土的强度特性与破坏模式北大核心CSCD

新冠疫情防控消耗大量一次性口罩,口罩废弃物处置量大、环境环保要求高;高含水率淤泥水泥固化土并作路基填料是解决路基优质填料来源难、价格高等问题的重要途径之一。提出利用废弃口罩加筋高含水率淤泥固化土并作路基填料的解决思路,以水泥为固化剂、以废弃口罩为加筋材料,实测不同废弃口罩掺量、尺寸及龄期条件下废弃口罩加筋水泥固化土的无侧限抗压强度值,探讨废弃口罩掺量、尺寸及龄期等因素对水泥固化土的加筋效果,以及废弃口罩加筋对水泥固化土破坏模式的影响规律。研究结果表明,废弃口罩适用于加筋高含水率淤泥水泥固化土,本文试验条件下废弃口罩的最佳掺量约为0.5%,无侧限抗压强度值提高约87.5%。废弃口罩加筋水泥固化土的无侧限抗压强度应力-应变曲线呈软化型,且废弃口罩的加筋作用提高了试样的抗变形能力;废弃口罩加筋水泥固化土呈现一定的塑性破坏特征。     

斜坡失稳的动力学分析

本文从岩土破坏的本构律出发建议了斜坡失稳的滑动—弱化模式,然后对平面倾斜面、幂函数型滑动面、园弧型滑动面等简单的情形进行了斜坡失稳的动力学分析,得到了滑坡速度分布的表示式:讨论了坡底速度、滑坡止滑位置等问题。     

基于应力分析的黄土层内滑坡地震失稳机制

针对黄土高原地区黄土层内地震滑坡灾害易发多发和破坏性强的特点,选取三处典型滑坡进行考察,得出了此类滑坡的失稳破坏特征。进一步结合斜坡不同部位土体的受力特点和剪切破坏形式,将地震作用以应力形式引入,分析得到了该类滑坡发生时不同部位土体的剪切破坏形式及应力状态变化下剪应力的变化规律。从而基于应力分析给出了具有坡顶土体首先发生小主应力减小主导的拉张型剪切破坏,坡面土体随后发生大主应力增加主导的压剪型剪切破坏,黄土震陷降低滑面摩擦阻力加速滑体滑移特点的黄土层内滑坡地震失稳机制,进而针对此类滑坡地震失稳机制提出了相应的加固及防护措施。     

孔隙压力对含随机缺陷岩石破坏过程及全部变形特征的影响

对于平面应变压缩条件下含有随机缺陷的岩样,利用FLAC研究了孔隙压力对岩样破坏过程、全部变形特征及前兆的影响。以前编写的若干FISH函数,被用于生成缺陷和计算轴向、侧向、体积应变及侧向应变与轴向应变比值的负值(计算得到的泊松比)。在峰值应力之后,密实岩石单元服从线性应变软化行为及随后的理想塑性行为,而材料缺陷呈现理想塑性行为。当孔隙压力较高时,应力—侧向应变曲线具有一平台;破坏的前兆更明显;变形后岩样的体积总是大于原始体积;在初始加载阶段、均匀变形阶段及峰后变形阶段,由于明显的侧向膨胀,计算得到的泊松比远大于0.5。当孔隙压力较低时,在峰值应力之前,变形后岩样的体积小于原始体积,体积扩容出现于峰值应力之后,引起了负的体积应变。利用广义虎克定律,解释了平面应变弹性状态下数值结果的合理性。对岩样进行带状区域扫描后,确认随机缺陷的初始分布与岩样的最终破坏形态紧密相关。     

双向地震作用对台阶型加筋边坡动力响应的影响

以我国西南部一实际工程为背景，分析了双向地震作用下台阶型加筋边坡的动力响应特点及规律。利用经过验证的PLAXIS有限元分析方法，首先在不同地震强度下，对比了水平及双向地震分别作用后加筋边坡的动力响应，然后研究了竖向地震的影响。结果表明，地震作用下，填土的塑性变形呈弥散型分布，随着竖向地震分量的增大，加筋土体横向变形增大，筋材内力提高，同时，竖向地震的震动压实作用使土体侧向围压提高，土体发生硬化，刚度增加，坡面横向位移减小；随着竖向地震分量进一步增大，土体硬化改变了边坡自振特性，在本研究地震激励下，加筋土体动力响应加剧，上坡有发生整体剪切破坏的趋势，并向外偏转，坡面横向位移增大。竖向地震对边坡动力响应的影响随地震强度的增大变得明显。     

川西交通廊道雅安-泸定段典型岩质边坡失稳模式、破坏机理及防治措施

受强烈的内外动力地质作用和复杂的环境因素影响,川西交通廊道雅安-泸定段多处存在边坡变形破坏现象,对区内已建成的318国道、雅康高速公路以及在建的川藏铁路等重要交通工程构成一定威胁。本文从边坡变形破坏的特征现象入手,在查明边坡发育的工程地质条件、以及对边坡的坡体结构和岩体结构进行分类的基础上,总结了11种典型的边坡失稳模式,并采用工程地质分析方法,对每种边坡的破坏机理进行了分析。结果显示:特殊的地层岩性和岩体结构特征、地下水和风化作用、河流下切和人工开挖等是导致边坡变形破坏的主要因素,其中岩体结构是控制边坡变形破坏的最显著因素,它决定了失稳岩体的形态、规模以及失稳形式。最后,针对不同的边坡破坏模式,提出了相应的防治措施建议。研究成果可以为川西交通廊道内的工程建设和运营提供科学的防灾减灾依据,具有重要的工程实际意义。     

地下空间向下增层既有-新增双层排桩支护结构鲁棒稳定性研究∗

以既有建筑物地下空间向下增层改造为背景，通过物理模型试验和有限元数值计算的方法对基坑开挖过程中既有?新增双层排桩支护结构鲁棒稳定性进行了分析研究。结果表明：既有支护结构的破坏过程是循序渐进的， 失稳破坏前会发生预警现象，最先发生失稳破坏的地方是随机产生的，这体现了基坑工程施工过程中不确定因素对支护结构变形有较大的影响。既有支护桩与两排桩之间土体的作用类似于重力式挡土墙，开挖至极限开挖深度时二者发生整体式倾覆破坏。既有支护结构失稳破坏时，滑裂面从开挖面附近开始穿过排间土体沿新增支护桩延伸至土体表面。基坑边坡中部滑裂面的影响范围最大，坑角位置处滑裂面的影响范围最小。既有支护桩排局部失稳破坏对支护体系鲁棒稳定性的影响较小，既有支护桩排整体失稳破坏对支护体系鲁棒稳定性的影响较大。     

滑移孤石稳定性分析及失稳过程研究——以四川省马边县某孤石为例∗

停留在高陡山坡且部分埋入土体的大体积独立崩积物——孤石,在降雨和地震等不良地质情况下会发生失稳破坏并威胁坡脚居民的生命财产安全,独立滑移破坏为孤石的一种主要破坏形式。为了探究独立滑移孤石的滑移力学原理,分析土体物理力学参数对孤石滑移失稳的影响。基于库伦土压力理论,建立上部楔形体土压力计算模型、下部楔形体模型和左右土体模型,使用Mathematics软件分析模型公式中的抗剪强度、黏聚力和滑裂角等对土压力的影响,并使用Flac3D有限差分法分析滑移孤石的失稳过程。结果显示,上部土体所提供的下滑推力随着抗剪强度和黏聚力值的增大而呈减小趋势,下部土体模型能承受的孤石最大推力约19 kN,当孤石推力大于19 kN时,孤石下部土体将以29.22°的滑裂角滑出;下部土体所提供的抗滑力随着抗剪强度和黏聚力的增大而增大,有限差分法模拟得到了孤石以推动表层土体向临空面滑移的方式失稳。孤石周围土体的抗剪强度和黏聚力对孤石稳定性具有控制作用,降雨使抗剪强度和黏聚力降低是孤石滑移失稳的主要原因。     

不同变形失稳模式下隧道围岩稳定性判据研究的进展

计算机模拟隧道围岩失稳研究的困难在于失稳模型不清楚、失稳判据不明确。本文综合分析了目前国内外应用的隧道稳定性判别方法,总结了不同变形失稳机制下的计算模型及其量化的破坏判据,分析了各种方法的研究进展和存在局限,为围岩稳定性数值模拟提供快速、合理、可操作的判据。     

土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

进尺对浅埋隧道掌子面稳定性及变形受力影响

基于强度折减有限元法分析不同进尺对隧道掌子面稳定性和破坏形态的影响,研究不同进尺下掌子面变形形态、拱顶沉降特性、地表沉降槽形状,并揭示不同进尺下掌子面前方、进尺开挖段、支护段的应力传递路径、拱效应特征及应力演化过程。结果表明:进尺对稳定性的影响呈现非线性特征,整体上随着进尺的增大,稳定安全系数降低,塑性分布范围增大,位移影响范围增大,且从掌子面附近逐渐扩展到开挖段,位移矢量角呈现非线性增大,即竖向位移所占比重增加。掌子面前方及进尺开挖段均存在拱效应,竖向拱效应大于横向拱效应,水平拱效应最弱,应加强掌子面底部围岩的稳定和已支护段的强度;根据竖向应力距掌子面距离的不同,可以将其分为三个区段:掌子面附近为应力降低区,即卸荷区;掌子面前方一段距离为应力升高区,即应力承载区;掌子面较远处,为原岩应力区。     

面板砂砾石坝异常状态渗流计算及稳定分析

运用非饱和土渗流与强度理论,把渗流计算的水力条件用于边坡稳定分析之中,对沟后面板砂砾石坝进行了渗流场分析与边坡稳定计算,得到一些新的结论,可补充以前相关的研究结果。计算结果表明:坝料填筑分离造成的渗透各向异性尽管使浸润线升高,但是由于水平排水能力的提高反而使坝体的孔隙水压力总体上降低,从而也就提高了边坡的抗滑稳定安全性;当顶部面板与坝体脱开并导致异常状态渗流时,坝体顶部有一饱和区并且渗流出逸点很高,但坝体中部仍未饱和,异常状态渗流增加的孔隙水压力有限,对坝坡的抗滑稳定影响也很小,因此,按照最高浸润线的位置确定孔隙水压力进行抗滑稳定计算会导致错误的结果;坝顶异常状态渗流增加的孔隙水压力并不会导致下游坝坡滑动失稳,而坝体顶部渗透破坏会导致局部坍塌,最终发生溃坝事故。     

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。     

某高拱坝坝基辉绿岩脉改造特征及其工程影响

通过对我国西南某高拱坝坝基花岗岩体内穿插的辉绿岩脉的侵位和后期构造—热液作用以及浅表改造作用的研究,并对比各组不同走向辉绿岩脉的变形破坏特征,查明坝基辉绿岩脉在其活动后期热液蚀变的基础上,在同一构造应力作用下,各组辉绿岩脉具有不同的主要变形破坏方式,即脉壁张裂、剪切滑移和挤压破碎等,从而控制坝基岩体内与岩脉有关的各种软弱结构面、工程岩体结构及其力学性质,并简要讨论了各组岩脉对拱坝坝基抗滑稳定性和变形稳定性的影响。     

基于模糊故障树的海洋立管破坏失效风险分析

针对海洋立管破坏失效事故资料不完备及发生概率缺乏精确值的现状,提出了基于模糊故障树的海洋立管破坏失效风险分析方法。通过对现有的海洋立管破坏失效事故原因的统计分析,建立了以"海洋立管破坏失效"为顶事件的故障树。在对故障树进行定性分析的基础上,得到了引起海洋立管破坏失效的105个各阶最小割集,确定了海洋立管发生破坏失效的主要模式。采用专家判断法与模糊集理论结合的方法对故障树进行了定量分析,评估了故障树底事件的发生概率,并计算了故障树顶事件的发生概率。通过模糊故障树分析得到了海洋立管系统的薄弱环节,从而可以对其采取有效措施,以降低事故发生概率及提高系统可靠性。     

大跨度斜拉拱桥地震响应分析

以湘潭市在建的一种新颖钢管混凝土拱桥——斜拉钢管混凝土拱组合桥梁为研究对象,通过大型有限元软件建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法对其进行了模态求解,得到并分析了结构的动力特性。在此基础上分别运用反应谱法和时程反应法分析了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,采用了5条实际记录地震波,讨论其主要结构形式、不同的地震波、各种场地以及各参数对地震反应的影响和规律。研究结果表明,大跨度斜拉钢管混凝土拱桥横向稳定性突出,整体抗震性能较好,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

紫下大桥安全检测与评价方法研究

钢桥因具有跨径大、承载能力强、施工工期短等特点,被世界各国广泛采用,但在使用过程中,由于重载甚至超载车辆的反复作用、自然灾害的侵袭及交通事故等人为因素的作用,经常造成桥梁损伤和局部破坏,导致桥梁承载能力和耐久性的降低,甚至影响到运营的安全。本文建立了钢拱桥的健康检测和安全评价方法,采用防腐涂层厚度测定、结合强度测定、无损探伤和动静载荷试验等手段对紫下大桥健康状况进行了检测,采用不确定层次分析法对大桥进行了安全评价,提出了处理意见和措施,为既有钢拱桥的健康检测、评价和维护积累了有益的资料。