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《岩土工程学报》2019年第4期中文摘要
日期:2019年04月11日 14:58:54点击数:字号:【

统一考虑加载变形与流变的粗粒土弹塑性本构模型及应用

陈生水1,2,傅中志1,2,石北啸1,袁  静3

(1. 澳门真钱视讯手机,江苏 南京 210029;2. 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京 210029;

3. 南京市江宁区水务局,江苏 南京 211112)

摘  要:实测资料表明,现行粗粒土本构模型明显低估高度200 m以上特高土石坝的沉降量,主要原因之一是现行本构模型普遍割裂加载变形与流变,计算时忽略施工过程中坝料产生的流变。在总结分析典型粗颗粒土石料流变特性的基础上,以应力、应变和时间为基本变量,提出了一个可以统一模拟粗粒土加载变形、流变、应力松弛等性质的弹塑性本构模型。模型假定加载塑性变形和流变可同时发生,应力和时间变化均会引起屈服面扩张,从而产生塑性变形,但两者服从不同的塑性流动准则。运用某特高心墙堆石坝坝壳堆石料和砾石土心墙料的试验结果对模型的合理性进行了验证,并对该大坝填筑施工过程进行了模拟。计算结果表明,忽略坝料施工期流变可使大坝竣工期沉降量低估10%以上。因此,采用统一模拟粗粒土加载变形与流变的本构模型可有效提高特高土石坝变形的预测精度。

关键词:土石坝;粗粒土;流变;本构模型

青藏高原东缘水库绕坝基渗流化学溶蚀研究

陈建生1,2,李  平1,2,王  涛1,2,詹泸成1,2,严嘉恒1,2

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 河海大学岩土工程科学研究所,江苏 南京 210098)

摘  要:研究了青藏高原东缘某大坝基础遭受渗流场与化学场破坏的过程。通过氯离子示踪、温度电导示踪以及人工示踪方法,确定混凝土防渗墙中存在缺陷,库水通过非全封闭式防渗墙绕坝基渗漏,渗水通过坝后区的反滤层排泄;酸溶解试验和X射线荧光分析证明,坝后区地表的白色颗粒物主要是CaCO3;结合化学反应过程,确认析出物来自于防渗墙中的水泥,渗漏水中的CO2与水泥中的Ca(OH)2发生反应生成可溶性Ca(HCO3)2,然后被渗漏水带到地表,并在常温下分解形成CaCO3。通过地表水中CO2含量的测试分析发现,参与水岩反应的CO2具有除大气降水之外的其他来源。结合地质构造推断来自深部碳库中的CO2通过断裂带进入到了地下水与库水中,并参与了水岩反应,对大坝的侵蚀速度大幅度增加。研究表明深部CO2进入地下水并参与渗流过程,对大坝及水工建筑物的化学侵蚀作用将大幅度增强。

关键词:大坝破坏;水岩反应;化学侵蚀;深部CO2;青藏高原

广吸力范围内非饱和粉土动力变形特性

孙德安,李  宣

(上海大学土木工程系,上海 200072)

摘  要:以非饱和粉土为研究对象,利用饱和盐溶液蒸汽平衡法和吸力可控的动三轴仪进行动力变形试验,得到了广吸力范围内非饱和粉土试样在净围压和吸力基本不变条件下的骨架曲线、动弹性模量和阻尼比,研究了吸力对非饱和粉土动力变形特性的影响。结果表明,在同一净围压下,非饱和粉土试样的骨架曲线和动弹性模量随着吸力增大而提高,而阻尼比随着吸力增大而减小。此外,随着试样的水力状态从边界效应区到过渡区再到残余区的变化,非饱和粉土试样的骨架曲线和动弹性模量的提高幅度逐渐减小,而阻尼比减小的趋势显著,动弹性模量随应变的衰减率随着吸力的增大而减小。

关键词:非饱和粉土;广吸力范围;动力变形特性;吸力控制动三轴试验;蒸汽平衡法

临线堆载影响下高铁路基长期沉降预测方法

姚仰平1,王  珅1,王乃东1,张千里2

(1. 北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京 100083;2. 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所,北京 100081)

摘  要:高铁对变形十分敏感,而铁道的临线区域又不可避免地会遭遇到土体等堆载的作用,因此工程中十分关注临线堆载下铁路路基变形的情况和趋势。通常采取的办法是对特定监测点进行定期观测,但是这种观测仅能反映铁路当前的变形情况,无法对未来做出判断。如能基于已有数据对铁路路基未来变形进行有效的预测,提早发现铁路未来某时间将会出现的预警变形,对于高铁的安全运营管理具有重要意义。笔者等提出的蠕变沉降实用算法,可根据有限沉降数据预测未来变形,论证了使用蠕变实用算法预测高铁路基长期变形的可行性并给出了根据已有实测数据时段计算特定误差下的有效预测范围的方法。

关键词:高铁;堆载;沉降;蠕变;预测

考虑渗透吸力影响膨润土的修正有效应力及其验证

徐永福

(1. 上海交通大学土木工程系,上海 200030;2. 皖江工学院,安徽 马鞍山 243000)

摘  要:普遍认为膨润土是高放废物地质处置库缓冲/回填层的理想材料,膨润土在地下水溶液中的膨胀变形和剪切强度关乎高放废物地质处置库的安危。地下水溶液中膨润土膨胀变形和剪切强度受到渗透吸力影响,根据膨润土表面分形模型,建立考虑渗透吸力应力影响的修正有效应力公式,用竖向应力p和渗透吸力π表示为 ,并采用膨润土在NaCl溶液中的膨胀变形和剪切强度进行验证。NaCl溶液中膨润土的膨胀变形与修正有效应力 表示为同一曲线 ,峰值剪切强度与修正有效应力 表示为同一直线 ,符合Mohr–Coulomb准则。

关键词:渗透吸力;膨润土;膨胀变形;峰值剪切强度;表面分维;修正有效应力

单轴压缩下非贯通节理岩体损伤破坏能量演化机制研究

王桂林1,2,张  亮1,2,许  明1,2,梁再勇1,冉龙宝1

(1. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆),重庆 400045)

摘  要:能量的积聚与释放伴随发生在节理岩体受荷变形全过程。为探寻加载过程中节理岩体能量演化规律,基于单轴压缩试验及岩石能量原理,研究非贯通节理岩体变形破坏过程中总能量U、弹性应变能Ue及耗散能Ud的转化特征,揭示节理岩体损伤破坏能量演化机制,建立了基于弹性能耗比变化率(dK/dε)的非贯通节理岩体裂缝扩展及强度失效准则。研究表明:节理存在对岩体中能量的存储具有明显的削弱作用,峰值点总能量与弹性应变能随节理数量的增加逐渐减小;节理岩体的弹性应变能Ue及耗散能Ud变化曲线存在“阶梯状”突减或突增,双节理岩样弹性应变能和耗散能突增或突减的数值明显小于单节理岩样;峰前与峰后阶段弹性能耗比变化率发生连续突变(dK/dε正负交替变换)与突变(dK/dε保持为正无穷)作为节理岩体裂缝扩展及强度失效判据。

关键词:节理岩体;单轴压缩;能量损伤演化;能量突变;整体破坏

等应力比路径下粗粒土湿化试验研究

贾宇峰,姚世恩,迟世春*

(近海与海岸工程国家重点实验室(大连理工大学),辽宁 大连 116024)

摘  要:采用古水面板坝玄武岩堆石料进行了等应力比路径下的粗粒土湿化试验。试验结果表明,在等应力比路径下的土体的湿化变形不仅受应力状态的影响还受加载应力路径的影响。在传统湿化变形公式中引入应力路径参量,并采用体积应力和参考应力水平描述应力状态对湿化变形的影响,建立了等应力比路径下的湿化变形公式。所建立的湿化变形公式能够很好地描述等应力比路径下的粗粒土湿化变形。

关键词:粗粒土;等应力比路径;湿化变形;橡皮膜嵌入量;参考应力水平;体积应变

试验设计法在硬岩PFC3D模型细观参数标定中的应用

邓树新1,2,郑永来*2,冯利坡3,朱鹏宇2,倪  寅2

(1. 南京理工大学机械工程学院,江苏 南京 210094;2. 同济大学土木工程学院,上海 200092;3. 金华市轨道交通投资建设有限公司,浙江 金华 321017)

摘  要:利用试验设计法针对硬质岩体颗粒离散元数值研究中的细观参数标定问题进行了研究。首先利用Plackett-Burman试验设计分析了细观参数对宏观响应的敏感性,并建立了宏观力学指标和细观参数之间的线性关系,然后利用响应曲面法考查了显著影响参数之间的相互作用,得到了宏观响应与细观参数之间的非线性关系。最后将问题转化为非线性多目标数学规划问题利用MATLAB软件中FGOALATTAIN函数进行求解。通过和典型硬岩物理试验结果对比发现,利用试验设计法标定参数建立的颗粒离散元模型可以很好地反映单轴和低围压下岩石的破坏过程,但是由于采用了球形颗粒对于高围压下的拟合效果偏弱。利用PB设计、响应曲面法并结合数学规划建立的细观参数标定方法可以反映各细观参数对宏观力学响应的敏感性并给出明确的函数表达式,同时可以通过增加求解过程中的约束条件来体现更多的岩石力学特性。

关键词:试验设计;岩石力学;数值模拟;颗粒流;参数标定

砂层劈裂–压密注浆模拟试验系统研发及试验

张连震1,2,李志鹏2,3,刘人太2,张庆松2,李术才2

(1. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580;2. 山东大学岩土与结构工程研究中心,山东 济南 250061;

3. 山东交通学院交通土建工程学院,山东 济南 250357)

摘  要:劈裂–压密模式是砂层注浆扩散过程的主要模式之一。为研究砂层劈裂–压密注浆扩散过程,研发了一套可视化注浆模拟试验系统,该系统由模拟试验架、地应力加载模块、动态监测模块以及注浆控制模块4部分构成,可实现劈裂–压密注浆扩散过程的可视化模拟。以青岛地区含黏性土砂层为典型被注介质,开展了砂层劈裂–压密注浆模拟试验,揭示了注浆扩散过程中劈裂通道形态、注浆压力、应力场以及位移场随时间变化规律,获得了试验条件下的砂层劈裂–压密注浆影响范围。研究结果表明:砂层注浆起裂方向与劈裂通道扩展方向均与大主应力方向一致,浆脉厚度在浆脉扩展方向上存在明显衰减;注浆会引起与劈裂通道垂直方向的应力增加,且该应力沿劈裂通道扩展方向衰减,但注浆对平行劈裂通道扩展方向的应力没有显著影响;劈裂–压密注浆对劈裂通道两侧砂层的影响范围非常有限(20~40 cm)。最后从单孔注浆量、钻孔布置方面对砂层劈裂–压密注浆设计方法提出了改进建议。

关键词:岩土力学;砂层注浆;劈裂–压密模式;模拟试验;扩散规律

纤维加筋微生物固化砂土的力学特性

谢约翰1,唐朝生*1, 2,尹黎阳1,吕  超1,蒋宁俊2, 3,施  斌1

(1. 南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023;2. 南京大学(苏州)高新技术研究院,江苏 苏州 215123;

3. 美国夏威夷大学土木与环境工程系,美国夏威夷州 火奴鲁鲁 96822)

摘  要:微生物固化能有效提高砂土的强度,但同样会导致土体破坏时呈现明显的脆性。为了平衡微生物固化砂土脆性破坏的不利影响,提出纤维加筋与微生物固化相结合的改性方法,即将质量分数为0%,0.05%,0.15%,0.25%和0.30%的聚丙烯纤维与石英砂均匀混合,然后基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对土样进行固化,并开展了一系列无侧限抗压试验,同时采用酸洗法测定了各组试样中的碳酸钙含量,进一步分析了试样的微观结构及纤维–土颗粒之间的界面作用特征。结果表明:①在微生物固化砂土中掺入纤维,能极大提高土样的无侧限抗压强度和残余强度,并能显著改善土样破坏时的韧性;②纤维掺量对微生物固化砂土的力学特性有重要影响,无侧限抗压强度随纤维掺量总体上呈先增加后减小的趋势,最优纤维掺量为0.15%,峰后残余强度与纤维掺量呈单调正相关关系;③纤维加筋使微生物固化砂土的峰后应力–应变曲线呈阶梯式下降模式,局部存在波浪式起伏特征;④纤维加筋能够提高微生物诱导碳酸钙的沉积效率和产量,与此同时,碳酸钙的胶结作用对纤维加筋效果具有促进作用。纤维加筋技术与MICP技术相结合能够实现优势互补,对提高工程结构的安全性与稳定性具有积极意义。

关键词:纤维加筋;微生物固化;MICP;力学特性;碳酸钙含量;微观结构

复合地层盾构隧道管片施工病害特征及成因分析

苏  昂,王士民*,何  川,卢岱岳,方若全 

 (西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031)

摘  要:上软下硬复合地层盾构隧道施工,极易发生管片裂损病害,对盾构隧道长期安全影响显著。以某地铁盾构隧道为依托,针对施工阶段管片裂损情况进行了大量现场调查,总结归纳了管片裂损分布规律及裂损特征。在此基础上,采用理论分析和扩展有限单元法,系统分析了管片裂损的成因机制。研究结果表明:盾构隧道管片衬砌裂损按照所占比例由大到小依次为环向区域性剥落、纵向裂纹、边角部裂损,环向区域性剥落和纵向裂纹属于结构性裂损,边角部裂损属于材料性裂损。纵向裂纹与千斤顶推力和接触面不平整有关,其产生及扩展多沿千斤顶推力分界面分布,裂纹扩展是能量积累—释放的往复过程,表现出台阶式渐进递增的特点,开裂机制为受拉破坏。环向区域性剥落与环间错台有关,与榫槽径向允许位移量8 mm相等的错台高差是管片发生环向区域性剥落的临界值。在上软下硬复合地层采用错缝拼装进行盾构隧道施工时,应避免使用带榫管片或减小管片榫槽深度。

关键词:盾构隧道;上软下硬地层;不良施工荷载;错台;管片病害

碱性氧化剂对水泥固化淤泥强度的影响研究

王臻华1,项  伟*1,2,吴雪婷1,崔德山1

(1. 中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074;2. 中国地质大学(武汉)教育部长江三峡库区地质灾害研究中心,湖北 武汉 430074)

摘  要:为消除淤泥中有机质对水泥固化淤泥的不利影响,提出了氧化降解有机质、减薄双电层厚度、维持pH值稳定等对策来提高水泥固化淤泥的强度。采用高铁酸钾和碳酸氢钠作为碱性氧化剂,配合水泥对淤泥进行固化处理。通过无侧限抗压强度试验,初步了解碱性氧化剂对水泥固化淤泥强度的影响规律,并利用有机元素试验、动电电位试验、比表面积试验和SEM等手段,进一步探究碱性氧化剂的固化机理。研究结果表明:掺碱性氧化剂的水泥固化淤泥7 d无侧限抗压强度达到了1.536 MPa。碳酸氢钠通过中和有机酸,维持水泥固化淤泥为pH=9~10的碱性环境;该条件下,高铁酸钾能高效降解有机质,除去黏土颗粒表面聚合态的有机质胶膜,有利于SiO2与Al2O3游离于孔隙溶液中,促进水泥水化产物的生成。同时,孔隙溶液中游离的高价阳离子与黏土颗粒表面低价阳离子交换吸附,减薄双电层厚度,引起土颗粒的絮凝团聚。

关键词:淤泥;有机质;碱性氧化剂;无侧限抗压强度;固化机理

多边界条件下缓冲/回填材料的膨胀特性

李胜杰,唐朝生*,王东伟,陈志国,施  斌

(南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023)

摘  要:高放废物处置库中缓冲/回填材料的膨胀特性是评价其屏障性能的关键因素。受试验仪器等条件的限制,以往的膨胀试验基本都是在恒体积和恒应力这两种极端边界条件下开展的,无法有效反映处置库中的复杂应力–应变环境。研发了一套新型的多边界条件膨胀仪,集成了恒体积、恒应力和柔性等刚度3种边界条件。利用该膨胀仪对中国高庙子(GMZ)缓冲/回填材料开展了一系列膨胀试验,分析了边界条件对试样膨胀特性的影响。结果表明:研发的多边界条件膨胀仪具有操作简单、性能稳定等特点,能有效地模拟各种边界条件;边界条件对试样膨胀指标具有重要影响,对应的最终膨胀力关系为:恒体积>柔性等刚度>恒应力边界条件,最终膨胀率关系为:恒应力>柔性等刚度>恒体积边界条件;膨胀平衡极限(SEL)曲线可作为评价土体在复杂边界条件下水化时的最终体变和膨胀力的参考。研究结果对进一步认识土体的膨胀特性和指导高放废物处置库中缓冲/回填材料的设计具有一定参考意义。

关键词:核废物地质处置;缓冲/回填材料;多边界条件膨胀仪;膨胀特性;边界条件;SEL曲线

水中沉井下沉期侧壁摩阻力分布试验研究

褚晶磊,马建林*,蒋炳楠,李孟豪,张  凯

(西南交通大学土木工程学院,四川 成都 610031)

摘  要:以沪通长江大桥主墩沉井为背景,开展深水大截面沉井模拟下沉试验。通过对整个动态下沉过程的分析,确定了侧壁有效应力受下沉速率、压力松弛、倾斜、翻砂突沉等因素影响。停止吸泥后,侧壁有效应力由动态的分布形式转为准静态,整体呈减小趋势,表现为极值点的减小和压力松弛区的恢复。沉井侧壁台阶的设置可减小沉井侧壁总摩阻力,其减小主要来自沉井直壁段。发现阶梯式沉井侧壁受力分为线性区、台阶影响区、过度区和压力松弛区,建立了基于台阶影响的沉井竖直状态下侧壁摩阻力计算模型,并结合沪通大桥#29沉井现场监测试验加以验证。沉井倾斜会引起侧壁有效应力分布的改变,挤土产生的增大土压力可达对应侧主动土压力的3~4倍。

关键词:动态下沉;侧摩阻力;竖向分布;台阶;倾斜

膨胀土干燥过程中收缩应力的测试与分析

曾  浩,唐朝生*,刘昌黎,林  銮,徐金鉴,王东伟,施  斌

(南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023)

摘  要:膨胀土在膨胀过程中会产生膨胀应力,收缩过程中亦会产生收缩应力。探究膨胀土在干燥过程中收缩应力的变化规律对理解收缩变形机制有重要意义。为了掌握膨胀土在干燥过程中内部收缩应力与含水率及吸力之间的关系,在控制相对湿度条件下开展了一系列干燥试验。试验中共配置了3组初始饱和的泥浆样,将试样分别置于装有不同过饱和盐溶液的保湿器中,并在恒温20℃的条件下进行干燥,实时记录试样含水率的变化。此外,在试验过程中,通过在试样内部植入微型压力传感器来测定土体收缩应力随干燥时间的变化。试验结果表明:①在不同相对湿度条件下,土体内水分蒸发特性不同,如相对湿度越小,土体水分蒸发的越快,且蒸发结束后,土体残余含水率越低;②干燥过程中,土体内收缩应力呈现明显的阶段性变化特征。干燥前期,收缩应力随时间的推移增加缓慢,但当达到临界时间点ts或临界含水率ws以后,收缩应力随着干燥的持续开始急剧增加,并且蒸发速率越大,ts和ws越小;③干燥结束后,土体内部收缩应力与环境相对湿度呈负相关,与对应吸力呈正相关。

关键词:膨胀土;干燥收缩;相对湿度;收缩应力;吸力;测试与分析

加载条件对土拱效应影响的Trapdoor模型试验研究

徐  超1,2,张兴亚1,韩  杰3,杨  阳1, 2

(1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学岩土与地下结构工程教育部重点试验室,上海 200092;

3. 堪萨斯大学土木/环境与建筑工程系,英国 劳伦斯 66045)

摘  要:土拱效应是一种土中应力的重分布现象,它是由土与土中结构物间刚度的差异而引起的。目前关于循环荷载对于土拱效应影响的研究十分有限。使用铝棒相似土代替砂土作为填料,通过自制的模型试验装置进行了土体自重、表面静荷载及循环荷载作用下的平面应变Trapdoor模型试验,利用土拱率作为土拱效应强弱的衡量指标,对比研究了不同加载条件对土拱效应的影响,并将试验所得结果与前人的研究成果进行了对比验证。结果表明,静荷载与循环荷载均会削弱已有稳定“土拱”,削弱程度随荷载幅值及频率的增大而增大,随荷载作用面积的增大而减小。相同荷载水平下,循环荷载对土拱效应的削弱较静荷载更强,两者间的差异随荷载幅值的增大而减小,随荷载频率的增大而增大,且峰值荷载下的差异小于零荷载下的差异。总体而言,Evans提出的土拱率计算公式能够较好地用于土体自重及静荷载作用下的Trapdoor试验中土拱率的预测,而对于循环荷载作用下的情况,还有待对计算公式进行进一步地改进。

关键词:土拱效应;Trapdoor模型试验;土拱率;循环荷载;铝棒相似土

微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究

彭  劼1,2,温智力1,2,刘志明1,2,孙益成1,2,冯清鹏1,2,何  稼1,2

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 江苏省岩土工程技术工程研究中心(河海大学),江苏 南京 210098)

摘  要:利用尿素水解菌ATCC 11859,开展了不同胶结液浓度下MICP压力灌浆加固有机质黏土的研究试验。通过试验前后试样的无侧限抗压强度、CaCO3含量、渗透系数、有机质含量以及灌浆过程中流出液Ca2+与NH4+浓度的变化,综合评价了MICP压力灌浆加固有机质黏土的效果。结果表明:MICP压力灌浆加固有机质黏土是有效的,处理后试样有机质含量可降低1%~4%,无侧限抗压强度提高可达370%,渗透系数可降低约1个数量级;在本试验的菌液活性(即每分钟水解尿素的量为9.68毫摩尔每升)及浓度(约108 cell/mL)下,胶结液浓度对处理效果有明显影响,提高0.25M胶结液中的urea浓度,可显著提高处理后土体的无侧限抗压强度。

关键词:微生物诱导碳酸钙沉积(MICP);有机质黏土;压力灌浆;胶结液浓度

压实风积沙土层盐分迁移规律研究

张  宏1,2,闫晓辉1,王中翰1,刘海洋1

(1. 内蒙古大学交通学院,内蒙古 呼和浩特 010070;2. 内蒙古综合交通科学研究院,内蒙古 呼和浩特 010051)

摘  要:针对沙漠地区风积沙路基发生盐渍化病害现象,探究压实风积沙土层水、热、盐变化规律。自制下垫面为硫酸钠盐渍土地基的风积沙土柱试验设备,以自然环境条件下6个月(6月—12月)的实时监测数据为基础,分析压实风积沙土层内水、热、盐的时空分布规律与迁移特征。研究结果表明:受外界环境温度影响,压实风积沙土层分影响剧烈区(0~50 cm)与薄弱区(50~120 cm),随着埋深增加,土柱内部温度变化幅度趋于平缓,各层温度到达峰值具有滞后效应;受含盐下垫面与压实素土风积沙含盐量的浓度梯度作用,压实风积沙土层深部区域被盐分迁入,由无到有。风积沙土层内盐分的存在,为盐分的进一步迁移奠定了物源基础。由外界温度影响,土层浅部受水分赋存形态的变化与蒸发牵引作用,促使水分携带盐分在压实风积沙土层内部逐渐向上发生迁移;盐分在土层整个埋深断面上呈现“高—低—高”的分布特征。受外界环境荷载周而复始作用,压实风积沙土层浅部盐分将渐渐积聚,由少到多,随着时间推移将形成盐渍化病害。

关键词:沙漠地区;压实;风积沙;盐渍化

基于薄环层元法的层状地基中摩擦桩竖向受荷计算

刘齐建1,王剑波1,马建军2,高文华3

(1.湖南大学土木工程学院,湖南 长沙 410082;2. 河南科技大学土木工程学院,河南 洛阳 471023;

3. 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室,湖南 湘潭 411201)

摘  要:基于薄环层元法和虚土桩假设,提出了层状地基中竖向受荷摩擦桩计算模型。将桩身正下方至基岩间的土层视为虚土桩,并将桩土体系划分为多个薄层单元;随后利用虚位移原理求得薄环单元和桩单元的单元矩阵方程,并根据单元间平衡关系建立整体矩阵方程;最后通过桩与桩周土的协调关系,计算出层状地基中桩土体系位移。计算结果与已有方法结果吻合良好,验证了本文的正确性与可靠性。参数分析表明,计算单元厚度越小,精度越高;三层地基中的摩擦桩,中间夹层模量越大,其分担的荷载越多。桩端下卧土层厚度越小,桩端刚度越大。当桩端土厚度小于0.3倍地基厚度时,桩端刚度显著增大。当桩端以下土体分层时,桩端刚度与持力层厚度和强度密切相关。

关键词:竖向受荷桩;薄环层元法;层状地基;摩擦桩;虚位移原理

循环三轴应力路径下钙质砂颗粒破碎演化规律

王  刚1,2,查京京1,2,魏  星3

(1. 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆 400045;2. 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;

3. 西南交通大学土木工程学院,四川 成都 610031)

摘  要:钙质砂广泛分布于中国南海区域,是吹填造陆的重要材料。钙质砂颗粒容易破碎,使得其力学特性相比于普通的陆源硅质砂有显著差异。对取自中国南海西沙群岛某岛礁的钙质砂开展了三轴排水循环剪切试验,研究了围压、循环应力比、循环振次对钙质砂颗粒破碎发展过程的影响。在试验所采用的围压范围内,钙质砂在固结过程中产生的颗粒破碎较少,但是在随后的循环剪切过程中产生了显著的颗粒破碎。在循环剪切作用下,钙质砂的颗粒破碎形式主要是尖角的磨损,剪切后试样的颗粒中出现了一些碎屑和微细颗粒,大颗粒的棱角有一定程度的磨圆,但粒径无明显减小。在常围压下的等幅循环剪切中,颗粒破碎程度随着循环剪切次数的增大而增加,增长速率逐渐降低,可以采用对数曲线来描述相对破碎指数的发展过程。再考虑围压和循环应力比的影响规律,初步建立了一个描述颗粒破碎演化过程的数学模型。 

关键词:钙质砂;三轴排水循环剪切试验;相对破碎指数;演化规律

PSI技术应用于防波堤沉降监测研究

黄其欢1,王青青1,何  宁*2,王一安1,周彦章2

(1. 河海大学地球科学与工程学院,江苏 南京 211100;2. 澳门真钱视讯手机岩土工程研究所,江苏 南京 210024)

摘  要:防波堤工后稳定性监测是其安全运行的关键,需大量的实测数据进行分析评估,而水准测量和GPS等传统测量方法需耗费大量人力物力,且仅能提供稀疏的点状沉降数据。PSI技术通过雷达传感器和地面目标(如人工建筑物、道路和其它基础设施)之间距离变化信息,获取高密度目标点的雷达视线向形变值,转换得到垂直向位移(沉降量),适用于监测长期发生缓慢形变的区域。以某港区东防波堤(8 km)为例,对2016年9月29日至2017年12月29日共38景Sentinel-1A卫星C波段合成孔径雷达影像处理分析,提取788个均匀分布的稳定散射体点(PS点),并选取9个特征点分析其形变规律。结果表明,该防波堤累积沉降量达到336 mm,占堤高的0.8%,堤身安全稳定。最后将PSI监测结果与同期水准测量结果对比分析,可以发现二者具有一致性,能满足防波堤地表沉降的精度要求,表明PSI技术在同类线性工程沉降监测领域具有较大应用潜力。

关键词:防波堤;PSI;沉降监测;Sentinel-1A

承压水越流对地下结构浮力影响试验研究

木林隆1,2,王  乐1,2,黄茂松1,2,何彦承1,2,康景文3

(1. 同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室,上海 200092;2. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;

3. 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司,四川 成都 610000)

摘  要:针对承压水地层中地下结构受到浮力预测不准确的问题,开展存在地下结构的土层中竖向渗流模型试验,考察不同环境中的承压水渗流对地下结构的浮力影响。主要探讨不同水力梯度下均质土层中竖向渗流及承压水向上穿越弱透水层渗流时,所产生的孔隙水压力变化规律及其对地下结构的浮力的影响特点。试验表明:存在渗流时,土中孔压分布和地下结构浮力与静水压力不符;均质土中竖向渗流时,孔压和浮力较同深度理论值的提升比例与竖向水力梯度成正比;承压水在上覆弱透水层中渗流时,弱透水层中孔压和浮力的提升比例要大于强透水层,且土分层界面处孔压和浮力的提升比例最大,约为2倍的水力梯度。

关键词:地下结构;承压水;渗流;浮力;孔隙压力

基于地表实测爆破振动的岩体动力学参数快速反演方法

杨招伟1,2,卢文波*1,2,高启栋1,2,陈  明1,2,严  鹏1,2,王高辉1,2 

(1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;2. 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072)

摘  要:岩体动力学参数的准确、快速获取对水利工程设计、施工及建设起着重要作用。尽管可通过现场原位试验、经验关系法等传统方法对其进行评估,但上述传统方法均存在耗时长、投资大等缺点,且难以准确快速的获取大尺度岩体动力学参数。本文通过分析地表实测爆破振动波形,识别出各测点P、S波初至到时,进一步给出各个测点区间内P、S波的平均传播速度,提出基于地表实测振动的岩石动力学参数预测方法。并以丰宁抽水蓄能电站为例,基于爆破试验实测振动数据反演的岩体动态模量约为北京勘测设计研究院推荐使用的静态模量值的2.2~2.9倍,动泊松比为静泊松比的0.9~0.975倍。提出的基于地表实测振动预测岩体动力学参数的方法为工程尺度下快速获取岩体动力学参数提供了一条新途径。

关键词:岩体动力学参数;工程尺度;实测振动;初至到时

硫酸盐侵蚀水泥改良路基段上拱研究

尧俊凯1,叶阳升1,王鹏程2,陈  锋2,蔡德钩2

(1. 中国铁道科学研究院,北京 100081;2. 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081)

摘  要:首先对某高速铁路无砟轨道路基上拱问题进行了资料调研,通过现场变形监测、填料取样试验、矿物成分分析等手段,明确了硫酸盐侵蚀水泥改良填料膨胀是引起路基上拱主要原因,然后结合化学反应机理和室内模拟试验,对发生此类膨胀变形的反应条件、膨胀变形特征进行了分析。研究结果表明,膨胀变形主要发生在路基水泥改良填料层位,该土层具有大量硫酸盐侵蚀水泥产物钙矾石和硅灰石膏发育的特征,路基上拱与硫酸盐侵蚀水泥改良土形成钙矾石和硅灰石膏晶体相关;水泥改良填料中相对潮湿的高PH值碱性环境和石膏等硫酸盐矿物的存在是发生此类膨胀变形的必要条件;硫酸盐侵蚀水泥改良填料将发生持续性膨胀变形,上拱持续时间可达数年,破坏性强。本文研究成果可供类似环境下路基工程的建设及相关研究借鉴。

关键词:路基上拱;水泥改良土;硫酸盐侵蚀膨胀;X射线衍射分析;钙矾石;硅灰石膏

邯郸强膨胀土三向膨胀力特性试验研究

刘洪伏1,汪时机*1,李  贤1,2,梁广川1,沈泰宇1,何丙辉2

(1. 西南大学工程技术学院,重庆 400715;2. 西南大学资源环境学院,重庆 400715)

摘  要:对在不同干密度、初始含水率、温度下的邯郸强膨胀土和复合改性后的膨胀土进行三向膨胀力试验研究。结果表明,在试验条件范围(干密度:1.2,1.35,1.5,1.65 g/cm3;初始含水率:15%,18%,21%,24%;温度:20℃,35℃,45℃,55℃,65℃)内,竖向与水平向膨胀力的比值随干密度增加而增加,干密度等于1.2 g/cm3时,比值接近1;干密度是决定平衡时间的关键因素,干密度越大的试样膨胀平衡时间越长,且所有试样平衡时间都在3000 min内;在室内常温(20℃左右)和初始含水率相同时,竖向膨胀力随干密度呈指数关系递增;相同温度和干密度下,随着初始含水率增加,三向膨胀力皆呈线性减小的规律,且三向膨胀力与初始含水率关系曲线的斜率随干密度线性递增;经过0.8%PVA(聚乙烯醇)+5%KCl(氯化钾)的混合溶液改性,并添加0.6%聚丙烯纤维后的土样竖向膨胀力下降33.3%,0.8%PVA+4%CaO(氧化钙)的混合溶液改性的土样竖向膨胀力下降16.7%。未改性和经过0.8%PVA+4%CaO的混合溶液改性的土样竖向膨胀力随着温度的升高而减小,经过0.8%PVA+5%KCl的混合溶液改性,并添加0.6%聚丙烯纤维后的土样随着温度升高竖向膨胀力先增加,温度大于45℃后逐渐减小。

关键词:强膨胀土;膨胀力;干密度;温度;复合溶液改性

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