基于上限定理确定岩溶区桩端极限承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度

嵌岩桩因单桩承载力高、沉降量小等优点而在工程中,尤其是高层建筑及大型构筑物中得到了广泛的应用。岩溶区嵌岩桩桩端岩层极易发生冲切破坏。引入用小而非零拉伸截断改进的M-C强度准则描述岩体的破坏特性,确定破坏面上单位面积的能量耗损率;从极限分析上限定理出发,构建了岩楔体平移破坏机构;根据桩端荷载和冲切圆台自重所做的外功率与冲切圆台破坏锥面的能量耗损率相等的条件,建立了虚功率方程,并由此得到了岩溶区桩端极限承载力的上限解及其下伏溶洞顶板安全厚度的计算公式。工程实例分析表明,该方法具有一定的可靠性,可为岩溶区类似建筑桩基的设计和施工提供参考。     

岩溶区空间变异性边坡建筑荷载作用下稳定分析∗

基于长沙湘江欢乐城废弃矿坑进行改造再利用工程项目,为保证上部工程建筑安全,对地质条件复杂且常有岩溶发育的矿坑高陡边坡稳定性开展了系列研究。考虑岩土体固有的空间变异性及岩溶孔洞影响,采用确定性和可靠度分析相结合的方法对边坡稳定性进行评价。首先针对土岩结构多级高边坡采用Morgenstern‐Price法计算非圆弧滑动面条件下的安全系数;随后基于随机场理论,考虑岩土体抗剪强度指标的空间变异性,对不同变异特征下受结构荷载作用的高陡分级边坡稳定性开展了概率分析;并探讨了岩溶空洞的发育情况及位置对高陡边坡可靠度的影响。结果表明,在土‐岩二元结构的边坡中,滑动破坏往往只发生在性质较差的上层土体中。考虑岩土体力学特性的空间变异特征对边坡稳定性分析具有重要意义,忽略空间变异性可能高估边坡的失效概率;溶洞位置和形状都会影响边坡稳定性,溶洞越靠近陡峭临空面对边坡影响越大,整体来说圆形溶洞比方形溶洞更容易造成边坡失稳破坏。     

DX嵌岩桩承载特性模型试验研究

新型DX嵌岩桩通过在强风化岩层设置承力盘、将桩端置于中风化岩表层,充分挖掘了强风化岩层的端承潜力,桩端阻力亦能较早发挥。与直孔嵌岩桩相比,具有高承载力低沉降、造价节约、工期缩短等优势,在广东、广西等地得到广泛应用,经济效益显著。然而现场静载试验难以达到其承载极限,目前对于DX嵌岩桩承载机理认识尚未充分。为研究极限荷载下DX嵌岩桩承载特性,依托于防城港钢铁原料厂项目,通过3组18根桩的DX嵌岩桩与直孔嵌岩桩模型试验,对其荷载传递特性及承载机理进行了研究。结果表明:①DX嵌岩桩Q—s曲线呈缓变型;②同等条件下,DX嵌岩桩极限承载力较直孔嵌岩桩提高118%~131%;当直孔桩嵌岩深度增加时,DX嵌岩桩承载力仍较其提高56%~64%;③单个承力盘在加载初期承担桩顶荷载百分比达30%~33%,同时桩端承担荷载百分比达14%~16%;随荷载增加,承力盘底部岩体发生局部破坏,盘阻力增长速率逐渐减小,端阻力则加速增长;极限荷载下,盘阻力占总承载力百分比下降至20%~22%,端阻力占总承载力百分比增长至36%~38%,与现场试验结果较为一致。     

基于突变特征的边坡工程失稳判据研究∗

边坡系统时刻与外界环境进行着物质、能量和信息的交换,导致其失稳演化过程具有典型的非线性、非连续性特征,这是边坡工程稳定性难以准确评估的重要原因之一。结合非线性突变理论,以势函数为响应变量,破裂区长度为控制变量,构建边坡突变失稳分析模型,对边坡力学机制及突变模型特征进行分析,获得边坡发生突变失稳时的破裂区临界长度,量化边坡稳定状态判定依据,为边坡的稳定性评估提供一种新的可选路径。实例分析结果表明,基于所述方法得到的结果与实际情况间误差在工程上是可以接受的,验证了方法的可行性。     

深水高桩嵌岩桥墩抗撞能力分析

以2007年6月15日广东九江大桥船撞倒塌事故中被撞深水高桩嵌岩桥墩为研究对象,采用更新拉格朗日列式考虑结构几何非线性,Hognestad模型和Mander模型分别模拟无约束和受约束混凝土,理想弹塑性模型模拟钢筋作用;考虑桩基和周围介质的非线性作用,采用P-Y、T-Z和Q-Z弹簧模拟计算了单个高桩桥墩的抗撞能力,揭示了...     

单排桩工况下软弱地基刚性桩支承路堤稳定性计算

刚性桩支承路堤的稳定性评价是近年来研究的热点和难点问题。从刚性桩桩间软弱土是否发生绕流滑动破坏的角度出发,基于Ito T塑性变形理论率先推导了路堤荷载下单排刚性桩桩身被动荷载的分布模式;以极限分析的上限定理为框架,基于单排桩支承路堤旋转破坏机构的内外功能平衡关系构建了以安全系数为目标函数的约束方程,提出了软弱地基单排刚性桩支承路堤的稳定性计算方法,并借助数值模拟验证了该方法的合理性。计算结果表明：当路堤潜在滑裂面经过单排桩时,单排桩加固位置由路堤坡趾向路堤中心移动,其安全系数总体上呈现出先增大后减小的趋势;单排桩的最大加固比受路堤堆载高度影响不大,但随着软弱地基抗剪强度的降低而增大,亦随着路堤坡率的降低而降低;单排桩的最优加固位置则受路堤堆载高度、路堤坡率以及地基内摩擦角等的影响显著,受地基土黏聚力的影响较小。研究结果为刚性桩支承路堤的稳定性计算提供了一种新的思路和理论支撑。     

人工神经网络在鞍山城区岩溶塌陷危险性评价中的应用

回顾了岩溶塌陷危险性评价研究进展,分析了鞍山市区岩溶塌陷的主要影响因素,选取了“盖层结构、盖层厚度、含砾石粘土厚度、构造影响距、构造组合、灰岩富水情况、降落漏斗影响距、地下水径流强度、基岩类型、岩溶填充率、线岩溶率、居民点分布和人口密度“作为岩溶塌陷危险性评价指标;结合实际情况阐述了人工神经网络的应用过程,得到了每个指标的权重;利用地理信息系统作为评价手段对鞍山市岩溶塌陷危险性进行了区划。通过与历史岩溶塌陷点分布图的比对,验证了区划结果是可信的。     

考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳机制及稳定性评价∗

侧壁阻力作用下,顺层边坡主滑方向将偏离岩层倾向,其变形及失稳机制具有典型特征。以四川盆地马边河流域某顺层边坡为例,基于其工程地质条件,总结顺层边坡不同变形区域的特征,结合失稳边界条件研究了考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳演化机制;最后,对比主滑方向偏离岩层倾向与否的受力差异,分析考虑侧壁阻力的顺层边坡三维稳定性,并研究了各影响因素的作用效应。结果表明：（1）考虑侧壁阻力的顺层边坡变形可划为失稳滑走区、滑坡区和稳定区,滑坡区包含滑动区和蠕滑变形区,滑动区岩体滑动后解体风化为碎、块石土,蠕滑变形区受侧壁阻力影响岩体仅变形拉裂;（2）顺层边坡经岩体劣化和前缘临空后,总体呈下部滑动、中部蠕滑拉裂的顺层临空-后退式破坏;滑动区边界受前缘及侧壁临空控制,长度与侧壁冲沟下切段长度相近;蠕滑变形区部分侧壁由节理面转化为挤压带,侧壁阻力增大,稳定性高于临界失稳状态;受侧壁阻力及滑体厚度控制,蠕滑变形区与稳定区界限处因滑体厚度削薄而拉裂;（3）建立了考虑侧壁阻力的顺层边坡稳定性系数计算式,以及岩层倾角δ、滑面倾角α、主滑方向偏离岩层倾向夹角β 三角度间的换算关系式,侧壁摩擦系数和β 越大,侧壁阻力越利于顺层边坡稳定。     

单支撑深基坑围护结构及坑外土体变形分析

对某混凝土单支撑排桩支护深基坑开挖过程中围护桩的水平位移进行了实测,围护桩体现出内凸式的变形特征。由于水平支撑提供的支撑刚度不同,不同位置围护桩的水平位移有所差别。通过建立有限元模型对实际工程进行了数值模拟,结果表明,在内凸型模式下坑外地表沉降呈现凹槽形,沉降最大值位于距围护结构0.6倍开挖深度处;坑外深层土体的竖向变形可分为凹槽形沉降区、过渡区和隆起区,一倍开挖深度范围内为主要影响区域。分析表明,坑外深层土体的水平变形随着距围护结构距离的增加呈现出由内凸形向悬臂形演化的特征。     

高喷插芯组合群桩竖向承载特性的数值分析

高喷插芯组合桩(简称JPP)是一种新型的复合材料桩,具有承载力高、造价低等优点。利用岩土工程专业软件FLAC3D对JPP群桩竖向承载特性进行了数值模拟分析,讨论了桩数、桩间距、桩长、不同组合形式、不同水泥土弹性模量等对竖向承载特性的影响。结果表明:承载力随着桩数的增加而减小,但16根群桩与25根群桩的承载力相差不多,16根群桩承载力可以代表16根以上群桩的承载力;桩间距越大,承载力越小,桩间距宜采用3倍的JPP组合桩径或4倍的芯桩桩径;承载力随着桩长的增加而增加;分段组合形式承载力效果较好,实际工程施工中宜采用之;水泥土弹性模量对竖向位移没有影响,但水泥土弹性模量越大,芯桩轴力越小。     

岩溶地区双连拱隧道超前地质预报及施工技术研究

岩溶地区修建双连拱隧道难度较大,岩溶探测、支护方式选择等成为施工的关键问题。依托广西宜河高速公路某连拱隧道,根据围岩等级分别制定Ⅲ级、Ⅴ级围岩施工和支护方案,施工期间采用超前地质雷达探测隧道掌子面前方未开挖岩体,通过分析雷达反射波波形图,预测隧道中导洞存在4处溶洞,隧道开挖过程中揭露了3处溶洞,与地质雷达探测结果基本一致,证明了超前地质雷达的可靠性和重要性。针对溶洞地段采用Ⅴ级岩体支护方案,即采用套拱进行溶腔的加固处理,监测数据显示其变形基本值为0,表明该加固处理方法的可靠性。     

岩溶地基土洞塌陷评价及处理

地下水(地表水)产生的渗透潜蚀作用、崩解作用等是土洞形成和发展的重要原因。对工程实例中的土洞,采用极限平衡法和压力拱分析法进行了稳定性判别。在土洞中充填砼,然后采用压力灌浆,灌浆所采用的水灰比为1∶1~1∶1.5,灌浆压力一般为0.15~0.30 MPa,地基处理效果好。     

岩溶隧道突涌水预警体系的建立

为加强岩溶隧道突涌水预警的准确性,基于理论分析方法及岩溶隧道实际特点,提出溶洞侵入及未侵入隧道两类情况下的岩溶隧道突涌水预警体系的建立方法.通过理论分析,确定了突涌水的主要影响因素及其发生过程中变化显著的监测项目.选择溶洞特质、水的变化、岩盘破损程度、节理裂隙形态为预警体系的主要评价指标.根据溶洞与隧道相对位置关系,建...     

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。     

一种求解地下结构顶板频率和振型的方法

采用欧拉梁横向自由振动理论,发展了一种求解浅埋地下结构顶板频率和振型的方法.鉴于地下结构顶板频率求解问题的复杂性,首先将该问题假定为平面应变问题求解,推导出浅埋地下结构顶板梁的自由振动方程;然后根据顶板梁的边界条件,得到了顶板梁的频率方程,从而得出了顶板梁的频率和振型;进一步得出了墙体转动刚度对顶板频率影响的规律,即转...     

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。     

拱形双排隔离桩对既有隧道的保护效果研究

采用隔离桩来保护邻近基坑的既有隧道是工程中常用方法,目前隔离桩平面排列形式多采用传统的矩形行列式。以杭州市某房建地下室基坑工程为例,提出由直线形排桩和弧形排桩组成的拱形双排隔离桩及相应的优化方案,采用ABAQUS有限元软件建立三维模型,研究了隔离桩中心距、桩半径、平面位置以及弧形排桩曲率半径等因素对隔离效果的影响,并与实测结果进行对比。结果表明:隧道衬砌总位移存在最大值和最小值,隧道衬砌总位移最大值点位于拱底,最小值点位于拱顶,隧道衬砌整体呈现出沉降的趋势。减小隔离桩中心距或增大隔离桩半径均可减小隧道衬砌的位移,拱形双排隔离桩的保护效果优于传统形式;将拱形双排隔离桩设在距基坑10 m处,并将弧形排桩设在隧道一侧更合理;弧形排桩曲率半径对隧道保护效果存在合理值;采用优化方案时隧道位移比原方案减小45.7%,隧道更趋于安全。     

软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基工作状态分析

软土场地碎石桩因具备桩体侧向变形大、超孔隙水压力消散慢的问题,导致出现基础沉降大、土体固结排水速度慢等工程病害。路堤下采用加筋碎石桩复合地基是处理软土场地的主流方法。本文采用二维有限元方法,建立考虑路堤填筑过程的软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基数值模型,探讨了加筋碎石桩复合地基承载力的影响因素。基于达西定律和比奥固结理论,分析高地下水位场地条件下加筋体刚度和桩数对加筋碎石桩复合地基工作状态的影响规律。研究表明:增大褥垫层厚度和减小褥垫层模量均能够提高桩土应力比,改善桩顶应力集中的问题。与传统碎石桩相比,高地下水位条件下加筋碎石桩复合地基中超孔隙水压力消散速率快,桩数增加可以有效提高复合地基排水速率。     

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。     

含体积型缺陷加筋球壳拱顶的稳定性分析

当大型储罐拱顶出现体积型缺陷时,最常见的破坏形式是拱顶外压失稳破坏。因此,针对含体积型缺陷的加筋拱顶,对其缺陷发生的最不利位置及拱顶稳定性进行了大量的有限元计算,提出了含缺陷加筋拱顶临界失稳载荷的实用计算公式,以供建立含缺陷加筋拱顶的安全评定方法参考。