基于柱形孔扩张大应变理论的劈裂灌浆压力研究

用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性,是非常有效的加固堤坝的方法。基于柱形孔扩张理论,考虑大变形分析,假定灌浆孔周围土体服从广义SMP准则,通过理论计算得到劈裂灌浆压力的解析解,进而分析了土体内摩擦角和粘聚力对灌浆压力的影响。结果表明,内摩擦角对灌浆压力的影响较小,而粘聚力的影响则较为明显。所得结论为劈裂灌浆加固工程提供了理论依据。     

塌陷土洞的地面安全警戒距离研究

土洞塌陷后如何确定地表的安全警戒距离是实践中亟待解决的问题,但现有研究成果很少。采用数值计算方法,考虑塌陷后土洞的空间效应,按轴对称模式进行建模,然后提出了分析塌陷土洞内壁临界稳定坡角和地表安全警戒距离的方法。通过对既有塌陷土洞案例的计算,初步验证了该方法的有效性。然后采用该方法研究了土洞内壁临界稳定坡角随土洞半径和洞深变化的规律。在此基础上,计算得到了典型塌陷土洞的地面安全警戒距离分布情况。分析表明,塌陷发生在一般路基压实土范围内时,地表安全警戒距离最大值可取2.5 m;对于一般正常固结土,地表安全警戒距离最大值可取5.0 m。该成果可供土洞抢险时参考。     

覆盖型岩溶土洞致灾过程的数值模拟与预测

以福建永定樟坑自然村岩溶塌陷为研究对象,在野外调查的基础上结合研究区地质环境特征和工程地质资料,归纳总结了岩溶塌陷的致塌机理,采用莫尔-库仑准则建立了考虑了负压作用、地下水浮托力和动压力、降雨入渗作用的力学模型,通过极限平衡理论进行土洞稳定性评价,同时采用有限差分软件FLAC3D模拟了地下水位下降条件下岩溶土洞的发育过程。研究结果表明,福建永定樟坑自然村岩溶塌陷成因机制以渗流潜蚀作用为主;岩溶塌陷系数K与地下水位差呈线性关系,地下水位变化幅度越大,K值降低越多;地下水位变幅、气压差、降水强度三个因素对樟坑岩溶土洞塌陷的影响方面,地下水位下降对岩溶塌陷所起的作用最大;研究区岩溶塌陷主要由于周边矿山采矿过度抽水、地下水位落差过大导致。     

软土地区型钢水泥土搅拌墙墙土相互作用试验研究

软土地区采用型钢水泥土搅拌墙(SMW工法)支护形式优势非常明显,但目前对SMW工法墙-土相互作用机理的研究不够透彻,制约了其推广与应用。为深入探索墙-土相互作用机理,针对软土地区SMW工法建立了大比尺试验模型,对各工况墙顶位移、墙侧土压力以及型钢应变进行了测试。试验结果表明:SMW工法墙顶位移速率变化随基坑挖深增加呈U型趋势,而位移呈S型发展,位移时间效应显著,挡墙存在明显的最优嵌固比;实测墙背主动土压力呈抛物线型分布,基坑墙体位移值和位移速率均影响极限土压力发展,实测极限主动土压力大小间于Rankine主动土压力和静止土压力之间,而实测极限被动土压力远小于理论值;水泥土和型钢的组合挡墙承载能力和刚度明显优于型钢,且二者变形协同性较好,建议在SMW工法支护结构设计时考虑水泥土对组合挡墙的刚度贡献。     

土体侧移作用下桩基侧向土压力的群桩效应∗

当前工程建设中受土体侧移作用影响的桩基问题越来越突出,桩侧土压力是桩?土相互作用研究中的重要问题,并且受群桩效应影响很大,运用岩土数值计算程序 FLAC3D ,针对粘土饱和不排水情况进行了平面应变数值模拟研究,土体采用摩尔?库伦理想弹塑性本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩?土之间建立接触面。研究结果表明,桩周粘结力对桩侧极限土压力有明显影响,达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移随 E/Cu 的增大而减小。单排桩时,随着桩间距增大桩土荷载分担比降低,桩侧极限土压力值增大,达到极限土压力时所需要的桩土相对位移增大。双排桩时,当桩间距大约为 2D 时加筋和遮拦效应影响范围比较小,然后随桩间距增大加筋和遮拦效应影响范围增大,而排间距的增大会使遮拦和加筋作用降低,当排间距大于 6D 后遮拦和加筋效应基本消失,桩间距和排间距的增大都使达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移量增大,并将计算结果与先前学者试验结果进行了对比与分析,具有较好的一致性并有所发展。     

被动双桩侧向土压力群桩效应的三维数值研究

被动桩侧向土压力的群桩效应是研究被动桩的重要问题。运用岩土数值计算程序FLAC3D,对土体沿深度发生均匀侧移,桩基两端简化为铰接的刚性双桩基础(桩中心连线与土体位移方向平行)进行研究。土体采用摩尔-库伦本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面。结果表明,在土位移增加的过程中,两桩侧向土压力均小于单桩,呈近桩大、远桩小。在浅层土体,加筋效应很小,但遮拦效应明显。在深层土体内,加筋和遮拦效应都很显著,p—δ曲线形状与单桩明显不同,在经历较短直线增长后,沿曲线增长至极限土压力,达到桩侧极限土压力所需的桩土相对位移量明显增加,当桩间距增长至6 D,群桩效应基本消失。最后与室内模型试验所得到的桩侧极限土压力群桩效应系数进行了对比分析。     

基于土拱效应确定桩板墙挡土板土压力

基于土拱卸荷原理,借助土拱合理拱轴线假定,建立了桩间土拱的力学计算模型。基于桩间土拱静力平衡、跨中截面前缘土体极限平衡及拱脚受压区截面的强度等条件,提出了考虑滑坡推力作用下,桩间挡土板土压力的计算方法,并在将该方法与已有的方法进行对比分析的基础上,探讨了各参数对挡土板土压力影响的敏感性。分析结果表明,与采用传统土压力理论得到的土压力相比较,按文中方法得到的土压力明显偏小,但略大于按已有的考虑了土拱效应的挡土板土压力计算方法得到的结果;距宽比s/b、内摩擦角φ对作用于挡土板上的土压力有较大影响,黏聚力c的影响次之;挡土板上的土压力随s/b值的增大而递增,随c值、φ值的增大而递减。     

压力板仪法测土-水特征曲线试验研究

非饱和土土-水特征曲线(SWCC)表示了土中含水量与吸力之间的关系。针对非饱和土干-湿循环过程中的吸力变化特征,开展试验研究。采用体积压力板仪实现非饱和土的脱湿和吸湿过程。试验成果显示:(1)土-水特征曲线是不稳定的,它与土体含水率的变化路径有关;(2)在干湿循环过程中,相同的基质吸力具有不同的含水量。     

合肥盾构地表沉降和土压力变化模型试验

盾构开挖穿越不同性质的土体时,地表沉降规律和土压力变化规律均会发生改变。以合肥地铁盾构施工为背景,采用合肥地区典型砂土和黏工作为试验材料进行模型试验,探究盾构开挖情况下两种土质的地表沉降和土压力变化规律。结果表明:与黏土相比,砂土对开挖扰动更加敏感。开挖后砂土的沉降和土压力变化较快,土体在更短的时间内恢复稳定,同时砂土模型中相邻沉降测点测得的沉降值相差较大,最终的沉降槽起伏明显。而黏土的沉降和土压力变化较慢,最终的沉降槽较平缓。对两种土质还均有如下试验结果:开挖阶段的沉降值占总沉降值的比例基本相同,四个阶段中土压力减小速度和沉降速度呈现相似的规律,最大沉降值出现在先开挖侧而最大沉降速度出现在后开挖侧。     

S210线轻钢结构滚石防护棚洞动力响应与优化研究

以2013年芦山7.0级地震生命通道S210线滚石灾害防治为背景,在崩塌滚石灾害特征调查和研究的基础上,根据S210线应急抢险的需求,提出一种新型轻钢结构滚石防护棚洞技术:采用钢板和槽钢为主骨架,双层钢板夹EPS材料为顶板,并将顶板设为20°~25°以提高抗冲击能力。通过动力有限元数值模拟,开展滚石冲击荷载下轻钢结构棚洞动力响应机理与优化设计研究。计算结果表明:轻钢结构棚洞具有较强的抗滚石冲击能力,能承受1 500 k J滚石冲击能量,且施工方便快捷,不影响正常交通,是S210线应急保通较为理想的滚石防护措施。目前轻钢结构棚洞已在S210线滚石危险区段投入使用,效果显著,对确保震后S210线畅通和灾后重建发挥了重要作用,也可在类似山区公路滚石灾害防治中推广应用。     

侧向辐射注浆技术引起地表隆起变形分析

侧向辐射注浆技术是用于处治现役高速公路沉降变形的新技术,可在通车条件下对高速公路进行加固。在通车条件下对高速公路进行加固需要对施工效应进行分析,确保施工过程中高速公路通车安全。根据土体中的球孔扩张理论,将侧向辐射注浆假设为半无限体多球孔扩张模型,将几何条件复杂的侧向辐射注浆简化为多球孔几何模型,并引入有限边界球孔扩张理论,建立注浆压力和扩孔半径的关系,得到了土体注浆过程存在极限注浆压力,在极限注浆压力后存在软化效应的结果;确定注浆球孔扩张压力和隆起变形的关系,最终给出了同时考虑注浆压力和注浆量两个注浆施工控制指标的地表隆起位移计算方法。结合工程实测参数,计算并对比分析了不同注浆压力、不同注浆步距对地表隆起位移的影响,给出了侧向辐射注浆施工隆起位移的计算方法,能够对注浆设计和施工提供指导作用。     

厚冲积地层盾构掘进参数设定及地表变形规律研究

盾构掘进参数与地质条件密切相关,在厚冲积黄-黏土层中掘进参数计算及地表变形规律具有显著的地异性特征。通过统计分析济南轨道交通R1线直径6.68m盾构隧道现场实测数据,明确了盾构掘进参数设定范围和修正计算公式,探究了掘进参数间相关性及其对地表变形的影响规律。研究结果表明:盾构总推力、刀盘扭矩、土仓压力的理论计算修正系数分别为0.677~0.753、0.882~1.260、0.985~1.641;同步注浆量、出土量与掘进速度呈较强线性相关;盾构掘进参数对地表变形规律影响显著,最大地表沉降量及地层损失率随土仓压力的减小而增大,随掘进速度增大呈二次函数递减,随同步注浆率增大呈线性递减。     

地面超载对支护结构的影响

通过对超载所引起的作用在支护结构上的土压力的分析,提出超载较大时按应力扩散的方法确定超载作用的影响范围,建立了超载对支护结构土压力的计算模型,推导了支护结构土压力的计算公式,该计算模型可以较好地解释经典土压力理论计算中支护结构主动土压力偏大、被动土压力偏小的问题。该计算模型成功地用于工程实践后,大幅度降低了基坑支护的造价,表明其具有明显的适用性和经济性,因而对基坑支护和边坡支护的理论研究和工程实践具有借鉴意义。     

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。     

双线盾构多因素引起地下管线的附加荷载研究

研究了地下管线与双线盾构垂直时地下管线附加荷载的分布规律。采用弹性力学Mindlin解,推导出双线盾构在掘进过程中多因素引起的土体附加应力计算公式。基于Winkler土体模型,推导出双线盾构施工中土体损失引起的竖向土体附加应力计算公式。算例分析结果表明:双线盾构施工中盾壳摩擦力和盾尾注浆压力引起的地下管线附加荷载较大;正面附加推力引起的附加荷载较小;土体损失是引起竖向附加荷载的主要原因;随着先行、后行盾构开挖面前后距离Q的减小,后行盾构上方管线的附加荷载变化比较明显;随着先行、后行盾构轴线水平间距L的增大,x和z方向的附加荷载峰值减小。     

古土壤地层盾构施工引起的地表沉降分析

针对西安地铁上覆含有古土壤的黄土地层中盾构施工引起的地表沉降,在分析其产生机理、盾构施工数值模拟过程、基于经验公式的Peck地表沉降计算方法的基础上,探讨了基于注浆效果、支护压力以及偏心超挖的等代层厚度计算方法;具体分析了盾构施工数值模拟过程中的等代层弹性模量和掌子面支护压力比与Peck地表沉降计算公式中最大沉降量和沉降槽宽度之间的关系。研究结果表明,在含有古土壤的黄土地层中进行盾构施工数值模拟时,等代层模量的取值在5～10MPa范围之内,当等代层模量小于5 MPa时,隧道围岩将产生较大的塑性变形;掌子面支护压力比取值在0.5～1.0范围之内,当掌子面支护压力比小于0.5时,掌子面附近土体将产生较大的塑性变形,当掌子面支护压力比大于1时,地表将产生隆起变形。     

喷灌挤压组合桩工作机理现场试验研究∗

通过5棵喷灌挤压组合桩破坏性静载试验,获得该桩工作机理,明确荷载传递机制、桩身轴力、侧摩阻力分布规律。不同荷载作用下,轴力沿桩身逐渐减小,在翼板顶轴力小幅度增大;桩身侧摩阻力随着外载的增加而逐渐增大,上部土体侧阻力先于下部土体发挥作用;揭示喷射注浆效应范围为7～8 m。喷灌挤压综合效应承载力增长显著,主要表现在侧摩阻:存在翼板时,喷射注浆与翼板共同作用,其侧摩阻极限值在砂土层中提高3～4倍,在黏土层中提高2～2.5倍。无翼板存在,但存在喷射注浆效应时,其侧摩阻力极限值提高了2～2.5倍。与普通长螺旋灌注桩相比其极限承载力提高25%～100%。     

压缩空气下FRPC能源桩承载特性分析

可再生能源储存系统是利用钢筋混凝土桩基础来储存由太阳能板产生的可再生能源,可再生能源以压缩空气的形式储存在空心截面的桩基内,桩基础作为上部结构的承载结构,不仅要承受上部结构荷载,还要承受土体的反作用力和压缩空气的压力。然而,混凝土在拉应力作用下易产生裂缝,导致钢筋混凝土桩储存能源的使用性能和耐久性受限。为了克服传统钢筋混凝土能量桩的这些缺陷,针对各种FRP(Fiber Reinforced Polymer)-混凝土复合桩基础储能和承载的双功能进行研究。综合考虑结构荷载、土体的反作用和压缩空气热动力循环引起的内部空气压力的共同作用,对多种形式的复合能量桩基础体系的适用性进行了综合有限元分析。研究表明,内侧和外侧的FRP管可以有效提高使用性能和耐久性,相对于钢筋混凝土桩,FRPC管桩的使用可靠性和耐久性性能更高。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型.为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析.结果表明,随着加载速度的...