重庆地区红层泥岩侧限膨胀性能试验研究

以重庆地区侏罗系中统沙溪庙组红层泥岩为研究对象,通过侧限无荷膨胀和有荷膨胀室内试验,研究了侧限无荷、有荷及不同加水条件下的膨胀性能。结果表明,红层泥岩侧限无荷膨胀呈现3个膨胀变形阶段,第1阶段膨胀变形较快,膨胀量较大,第2阶段膨胀具有增速特征,95%的膨胀量在前2个阶段完成;竖向荷载对红层泥岩侧限膨胀变形的抑制作用明显,随着竖向荷载的增大,侧限有荷膨胀率急剧降低;侧限无荷条件下,短时间内,初期的水量大小对泥岩膨胀性能影响不明显,但随着时间持续,水量大小对稳定膨胀量、膨胀变形过程及其特征起着控制作用。     

延边地区公路沿线边坡失稳试验分析

延边地区公路沿线分布着大量软岩，其岩性具有强膨胀性，致使这一地区公路边坡出现了多处滑坡现象。为了合理地处理这一工程地质问题，需要认真研究该种软岩的膨胀特性。选取滑坡体软岩为研究对象，定量分析了其自由膨胀率、无荷膨胀率和有荷膨胀率，并具体测定了其膨胀力，探讨了其膨胀率和膨胀力的变化规律，揭示了研究区软岩的膨胀特性，为公路建设中软岩边坡加固参数的选取提供了科学的依据。     

高放废物处置库中缓冲/回填材料膨胀特性研究进展

根据近年来国内外学者的研究成果,重点从缓冲/回填材料膨胀性试验方法、影响膨胀性的主要因素和膨胀机理等方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识:(1)在试验方法方面,根据加载条件可将膨胀率试验分为有荷和无荷两种形式,而膨胀力试验方法主要有三种,不同试验方法获得的膨胀力存在差别;(2)三向膨胀试验为研究缓冲/回填材料膨胀性各向异性提供了可行的途径,柔性边界试验可模拟更真实的膨胀环境;(3)影响缓冲/回填材料膨胀特性的主要因素包括矿物成分、孔隙溶液性质、干密度、初始含水率和添加剂性质等;(4)针对膨润土/添加剂混合物的膨胀性,学界基于膨润土含量、密度、孔隙比等参数提出了多种预测模型;(5)缓冲/回填材料的干密度和试样尺寸会影响其收缩特性。针对目前该课题的研究现状和不足,提出了今后的研究重点和方向,主要包括复杂耦合条件下的膨胀特性、三向膨胀试验与多边界条件试验、具体应用研究、收缩特性研究、添加剂与膨润土相互作用机制、大尺度长期室内模型试验和原位试验等。     

侧限下地基泥岩浸水膨胀变形大尺寸模型试验∗

膨胀泥岩浸水后常常导致地基等上拱变形病害,为研究膨胀泥岩浸水膨胀变形规律,以兰新铁路第二双线一处典型膨胀地段泥岩为研究对象,对3种不同厚度的重塑泥岩分别进行不同吸水量下的大比例膨胀变形模型试验,模型尺寸为100 cm×60 cm×50 cm(长×宽×高)。试验结果表明:不同厚度膨胀时程曲线随浸水量分级增加呈"阶梯形"增长,前期浸水膨胀变形量增长迅速,随含水量增加逐渐变缓,土体膨胀速率与渗透速率密切相关;浸水初期土体含水量由浸水管向四周梯度递减,膨胀变形量与含水量具有一致性。膨胀变形量增加随吸水量增加逐渐减小,膨胀变形量与吸水量呈良好的双曲线关系。厚度越大,膨胀变形量也越大,且膨胀变形量增加随厚度增加逐渐减小,土体厚度作为上覆荷载对膨胀量起抑制作用。     

吸力在非饱和强度理论计算中的探索性试验分析

为探讨南宁非饱和弱膨胀土强度,寻求一种基于物理力学参量简化的强度方程。以弱膨胀土非饱和特性变化规律为依托,开展击实试验、自由膨胀率试验,三轴试验和膨胀力试验等一系列室内试验,获得了不同含水率下的吸附强度与膨胀力间的变化关系。结果表明:抗剪强度随含水率增加而减小,膨胀力与吸附强度变化关系可用指数函数形式表征。基于试验成果,从土的含水率与吸力出发,以膨胀力为变量,建立吸力作用下的预测模型,探索出一种改进的南宁弱膨胀土的强度预测方程。该方程能很好的预测抗剪强度,为非饱和强度理论分析提供一条新途径。     

降雨作用下考虑膨胀推力的膨胀土边坡稳定性分析

为研究膨胀力作用下膨胀土边坡的稳定性,通过合理假设,在传统剩余滑坡推力法中引入膨胀力项,得出了适用于膨胀土边坡的滑坡稳定性系数计算公式。基于该公式对某膨胀土坡的离心模型降雨试验进行了模拟和计算,通过计算结果和试验结果的对比验证了该法的可行性;同时分析了膨胀力施加与否、不同裂隙分布位置和深度、不同降雨历时和降雨强度下膨胀土边坡的稳定性,得出了安全系数的变化规律。结果表明,降雨条件下考虑膨胀力时膨胀土边坡的安全系数相对于未考虑膨胀力时大幅下降,符合膨胀土边坡降雨破坏的实际情况;裂隙位于坡中时膨胀土边坡较裂隙位于坡顶时更危险;降雨强度和降雨历时也对膨胀土边坡的稳定性造成了影响,但超过一定程度时这种影响会受到限制。该方法为工程中膨胀土边坡稳定性的计算提供了参考。     

静力荷载作用下纤维材料增强路基性能的试验研究

分别采用现场铁路路基填料及掺量为0.3%的聚丙烯纤维改良填料构筑室内小型路基,通过对路基顶部施加不同的分级静载,对比研究两种不同填料对路基内应力分布规律和沉降变形特性的影响,进而判断纤维材料作为改良措施运用于路基沉降控制的可行性与有效性。试验结果表明:相对于现场填料路基,纤维改良措施加快了应力在路基中沿深度的扩散速度;应力加载至100 kPa时,两种填料路基的沉降变形规律相似,路基不同深度处的沉降随着基顶作用荷载的增加呈非线性增大;应力达到200 kPa时,纤维改良路基60 cm深度范围内的沉降曲线出现反转点,曲线形状近似拉长的s形;较于现场填料路基,纤维改良措施使基顶沉降分别减少了30.3%及35.4%;在高应力、大变形趋势条件下,纤维材料对路基沉降的控制效果会更好。     

石膏质岩工程特性及其对混凝土劣化机制试验研究

石膏或者硬石膏与碳酸盐沉积共生的岩类一般称作石膏质岩,在整个地质沉积历史上分布广泛。一般情况下,石膏质岩遇水析出的SO_4~(2-)会腐蚀混凝土,并产生体积膨胀,强度变差。当隧道穿越石膏质岩层时,这种工程性质会给隧道安全带来不利影响。该文从宜昌市至巴东县高速公路凉水井隧道围岩取样,通过X衍射试验、化学分析试验全面揭示了该地区石膏质岩化学及矿物组成。对石膏质岩粉末重塑样进行膨胀性试验,试验表明膨胀率的大小与重塑样的初始干密度有关,72 h膨胀力可达0. 18 k Pa～2. 19 k Pa,对工程结构物有一定危害。在静水与动水条件下分别对石膏质岩进行溶蚀溶出试验,试验表明,静态溶蚀存在溶解平衡,溶蚀量先增加后稳定;在动态溶蚀下试样质量一直降低直至整体结构被破坏;溶蚀速度受时间和流速影响。通过模拟试验,研究了石膏质岩析出离子对混凝土的劣化机制。上述研究结果对于工程实践有一定的指导意义。     

应用伺服钢支撑的邻近盾构隧道车站深基坑开挖实测分析

钢支撑轴力伺服系统作为新兴的支护体系,正逐步应用于邻近地铁隧道、周围环境复杂以及需要保护的深基坑。根据杭州某地铁超深基坑的现场监测数据,开展钢支撑轴力伺服系统对基坑开挖变形性状及邻近地铁隧道变形的控制研究。结果表明：钢支撑轴力伺服系统的应用可以使开挖阶段基坑围护结构最终位移减小率达到63%,并且在地下结构施工阶段时可以起到顶回围护结构的作用;邻近新建高楼产生的附加荷载对围护结构作用效果显著,在该条件下对钢支撑轴力伺服系统轴力调控的要求较高;普通基坑围护结构的最大水平位移对应的深度在开挖面附近,伺服钢支撑的应用会使这一深度有3～5 m左右的增加,导致其无法进行直接有效的控制;温度是伺服钢支撑轴力的最主要影响因素,每上升1℃支撑轴力会增大约20 kN;本基坑工程的开挖面位于隧道以下位置,隧道在基坑开挖阶段转向地下结构施工阶段的水平和竖向位移均有突变,总体呈现“水平拉伸,竖向收缩”的变形模式;根据文中实测数据及前人研究拟合得到伺服支撑控制下的隧道水平位移预测公式。     

近海复杂环境下的H-M-T受荷桩内力位移分析

为探讨近海复杂恶劣环境(台风超强风力、车辆冲击力或地震产生的复杂力等)下水平力H、弯矩M及扭矩T共同作用时的基桩桩身内力变形特性,基于传统有限杆单元法思想,获得了H-M-T受荷桩的基本单元刚度矩阵。然后,基于m法考虑桩周地基土的侧向约束作用,并计入H-M-T耦合效应,采用凝聚方法导得了具有简洁统一形式的桩身杆单元刚度矩阵,由此建立水平力、弯矩和扭矩组合作用下的桩身内力位移有限杆单元法计算模型,进而采用MATLAB编制出相应的分析计算程序。最后,结合近海工程算例进行了分析。结果表明:1文中提出的改进有限杆单元法能考虑桩周地基土的分层特性、不同边界条件及H-M-T的耦合效应;2相比单一考虑水平受荷,扭矩的存在加大了桩身的位移和内力;3H-M-T复杂受荷模式下,荷载传递存在有效传递深度,当相对深度z/L超过0.5后,桩身弯矩和剪力趋近于零,而扭矩显著减小。     

不同试验条件下高铁路基基床累积变形差异探究∗

探索循环列车荷载作用下基床的累积变形规律,是高速铁路建设养修的重要课题之一。借助试验分析累积变形仍是目前最可靠途径,但受不同类型试验条件客观差异影响,累积变形测试数据存在差异。为此,结合动三轴试验、室内模型试验和现场动力测试,对三种途径获取基床累积变形规律及差异进行探讨。研究结果表明：模型试验和激振试验获取累积变形较为吻合,测试累积变形曲线均呈快速、缓慢和稳定 3 阶段特征;借助动三轴试验结果构建累积变形经验公式分析结果与文献估算值接近,两者稳定时曲线均大于模型试验和现场测试,差值约为 0.7 mm;不同途径获取基床累积变形在铁路运营 3 年内均能达到稳定状态,最大值控制在 2.5 mm 以内。     

基于热力荷载传递原理的能量桩长期响应研究

为研究能量桩的长期工作特性,通过引入Masing准则来建立桩-土荷载传递循环加卸载曲线,进而基于热力荷载传递原理来模拟循环温变荷载作用下能量桩的响应,然后基于现场原位试验,验证模型的可行性,最后研究不同冷热循环方式和桩顶荷载水平对能量桩长期响应的影响。研究结果表明:①循环温变荷载作用会使能量桩桩顶沉降和桩顶轴力不断增大,并最终趋于稳定;②相较于只提供制冷需求的能量桩循环方式,同时提供制冷制热需求的能量桩更容易引起桩顶残余沉降和残余温度应力的持续积累;③相较于桩顶轴力增量,建筑荷载的增大更容易引起桩顶残余沉降的积累。     

饱和砂土最大动剪切模量的不同试验对比研究

对233个饱和砂土土样室内试验确定的最大动剪切模量和同一位置现场原位试验确定的最大动剪切模量进行了对比研究。结果表明:两者相差很大,室内试验结果基本上小于现场试验结果,埋藏深的土样相差更大;室内试验的最大动剪切模量与深度符合幂函数规律,且与砂土的密实度有关,与砂土的颗粒成分关系不大。通过工程实例,比较了2种试验最大动剪切模量对地震反应分析的影响,得到了室内试验最大动剪切模量与现场剪切波速的统计经验关系式。该经验关系式对工程场地地震反应分析具有一定的参考应用价值。     

典型膨胀土抗剪强度参数试验统计规律研究

目前关于膨胀土抗剪强度参数的试验研究较多,主要集中在含水量、黏粒含量、干湿循环、上覆压力等单一因素对膨胀土抗剪强度参数的影响,而从多因素角度对膨胀土抗剪强度参数影响的研究很少。该文将以湖北襄阳地区典型膨胀土室内试验为基础,以取样深度、含水量、饱和度、塑限指数和自由膨胀率为影响因子,采用matlab软件建立了上述影响因子与抗剪强度参数的统计关系,并以某膨胀土边坡作为工程实例进行计算分析,分析结果表明其统计规律较适合该地区膨胀土抗剪强度参数的取值。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式(两者之差即为加固区压缩变形量)。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

预紧力对输电塔节点承载能力特性研究∗

为探讨风荷载作用下输电塔破坏机理,本文以实际输电塔体系为例,通过建立不同螺栓预紧力作用下输电塔节点精细化模型,用来进行输电塔的螺栓在实际工程中拧紧程度的模拟;提出了螺栓与输电塔各构件之间的非线性接触力模型,研究了风荷载作用下输电塔构件之间接触效应的精确模拟.结果 表明:随着预紧力的增大,斜材螺孔应力、节点板上相对位于斜材处螺孔应力和斜材螺栓应力逐渐增大,并基本呈线性变化;而主材螺孔应力、节点板上相对位于主材处螺孔应力和主材螺栓应力基本不变.可见随着外荷载加载比例逐渐增大,螺栓预紧力对节点承载力性能的影响逐渐减小.     

膨胀土非线性蠕变模型研究

通过对南宁膨胀土的三轴压缩蠕变试验,研究了该膨胀土的非线性蠕变特性。基于流变力学和分数阶微积分理论的蠕变模型,构建了可反映膨胀土非线性流变特性的本构方程和蠕变方程。为了更好地描述膨胀土的非线性流变行为,通过引入考虑应力水平影响的类粘滞系数,进一步改进了软体元件。研究发现,膨胀土的非线性蠕变过程可以通过调整分数阶次β1和β2进行有效地模拟。研究结果表明,所建立的模型能完整地描述膨胀土的粘-弹-塑性变形,且模型分析结果与试验结果非常吻合,为计算膨胀土地基在长期荷载作用下的变形提供了理论依据,也对进一步探索膨胀土的应力松弛和长期强度等流变特性具有理论意义。     

干湿循环作用对堆石长期变形影响的试验研究

堆石体存在流变,不仅与荷载有关,而且与日晒雨淋引起的干湿循环有关。通过室内试验模拟日晒雨淋引起的干湿循环作用,研究其对堆石体长期变形的影响。试验结果表明,荷载作用流变很快趋于稳定,测得的流变量也相对较小;偏应力状态干湿循环作用引起的长期变形非常明显,其变形占后期变形总量的50%~70%,且后期变形的衰减远小于荷载单独作用引起的流变,这对于坝体的安全和稳定的影响是不容忽视的。根据试验研究揭示的变形规律,本文建立了相应的计算干湿循环变形的数值模型,可用于有限元计算。     

金鸡关隧道渗水变形特征研究及其治理

川藏公路雅安金鸡关隧道于1995年元月开始双洞全线通车运行,但是从2001年左右开始左、右隧道均出现了不同程度的渗水变形,并有裂缝以及局部隆起鼓出现象。通过实地勘查和采样分析,结合前人的研究,认为金鸡关隧道的病害主要是地质原因,即灌口组地层中的膨胀性粘土遇水膨胀造成顶拱和路面鼓出隆起变形;溶解了地层中石膏的地下水沿施工造成的环向裂缝渗水重结晶,其诱发因素为地下水。在研究了金鸡关遂道渗水变形特征的基础上,围绕治理表部和隧道周边的地下水提出了相关的治理方案。     

大直径变截面钢管复合桩竖向承载性能研究∗

为了研究大直径变截面钢管复合桩竖向承载性能,选取鱼山大桥37#桩开展了自平衡试桩试验,并利用数值模拟软件ABAQUS对实际工况进行模拟,在验证了数值模型正确性的基础上对模型施加桩顶竖向荷载,分析了其桩身轴力与钢管应力传递规律,并通过改变变截面位置参数建立不同工况模型,分析了变截面位置对桩基竖向承载性能的影响。研究结果表明:自平衡试桩试验Q-s曲线没有突变较为平缓,经计算该桩单桩承载力为120 056kN,为单桩设计桩顶最大竖向荷载38 212 kN的3.14倍,桩基足够安全;数值模拟结果与实测较为吻合,数值模拟方法以及参数选取得当;变截面位置以上桩身轴力减小较缓,变截面处桩身轴力存在突变,变截面以下桩身轴力减小较快,桩端有端阻力存在,钢管处于弹性变形阶段并未屈服;变截面位置以上桩段越长桩基抵抗竖向变形能力越强,但生产实际中应考虑材料用量以达到最优。