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《岩土工程学报》2019第5期中文摘要
日期:2019年06月04日 15:27:35点击数:字号:【

胶凝粗粒料的弹塑性模型与应用研究

魏匡民1,2,陈生水1,2,李国英1,2,米占宽1,2,凌  华1,2

(1. 澳门真钱视讯手机岩土工程研究所,江苏 南京 210024;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)

摘  要:目前工程技术人员对胶凝粗粒料能否应用于高堆石坝等重要、永久性建筑物还存在疑虑,这主要是由于目前对胶凝粗粒料力学性质研究尚不充分。尚没有广为认可的胶凝粗粒料标准本构模型,使得胶凝粗粒料数值模拟结果可信度较低。进行了胶凝砂砾料大围压范围(7级围压,范围100~3000 kPa)的室内三轴剪切试验,试验结果表明,胶凝砂砾料力学性质具有压硬性、强度非线性、强剪胀性和应变软化性等显著特征。研究发现,三轴应力路径的胶凝砂砾料应力应变关系可用驼峰曲线较好描述,其体积剪胀性可采用Rowe剪胀方程描述,以此建立了三轴应力平面内胶凝砂砾料应力应变关系,并根据广义塑性理论中切线模量与塑性模量之间的关系,将模型拓展至三维应力空间,得到了胶凝砂砾料弹塑性本构模型。试验结果和前人多组试验结果对该模型进行了验证,均表明模型具有良好的适用性,模型简明、实用,易于数值实现。将该模型成功应用于一个高面板坝的“胶凝增模区”弹塑性分析,并从坝体、防渗体应力变形安全性方面评估了胶凝料用于高堆石坝“增模”的可行性。

关键词:胶凝粗粒料;三轴试验;应变软化;本构模型;增模区  

非饱和土渗透系数的一种测量方法和预测公式

邵龙潭1,2,温天德1,2,郭晓霞1,2

(1. 大连理工大学工程力学系,辽宁 大连 116085;2. 工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连 116085)

摘  要:总结了非饱和土渗透系数的各种测量方法和预测模型。在此基础上,提出一种直接测量瞬态渗透系数的方法和预测模型。这一测量方法采用多步溢出法测量土水特征曲线,同时实时测量渗透流量和土样的含水率。在试验过程中,把气压强增量分为两个部分:一部分克服渗透阻力,驱赶水分运动,另一部分平衡静水平衡条件下的表面张力,转化为基质势,从而根据达西定律公式求出瞬态渗透系数。另一方面,利用孔隙水的平衡微分方程,引进雷诺层流理论来解释土体渗透产生的土骨架和孔隙水之间的相互作用力,推导出了非饱和土渗透系数的理论公式,该公式只有一个参数,可以通过讨论不同孔隙率、饱和渗透系数与土水作用力系数之间的关系拟合得到,从而预测出非饱和土渗透系数。通过与试验结果的对比,证实了所提出的测量方法和预测模型的正确性。

关键词:非饱和土;渗透系数;多步溢出法

非饱和土中热湿盐多场耦合过程分析

周凤玺1,2,高国耀1

(1. 兰州理工大学土木工程学院,甘肃 兰州 730050; 2. 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃 兰州 730050)

摘  要:以多孔介质理论为基础研究了非稳态条件下非饱和土中温度–水分–盐分多场耦合问题。考虑到非饱和土中孔隙被液态水、溶解的盐分、水蒸气和干燥气体等填充,在质量和能量守恒的基础上获得了非饱和土中水分、气体、盐分的质量守恒方程以及能量守恒方程。考虑一维非稳态问题,选取温度、孔隙气压、孔隙水压和含盐量以及其梯度作为状态变量,得到问题的状态方程组。利用Laplace变换将时域上的状态方程转换到频域上,在给定的边界条件下,采用打靶法求解该强耦合的非线性变系数微分方程组。基于Hausdorff矩问题的稳定化算法将频域上的数值解转化到时域上,通过与已有的试验结果相比较,验证了模型的有效性。基于数值算例与参数,分析了压力梯度、温度梯度、孔隙率等条件对非饱和中温度场、水分场和盐分场分布的影响规律。

关键词:非饱和土;热湿盐耦合;非稳态条件;打靶法;Laplace变换;Hausdorff矩问题

盾构隧道施工预测与动态调控方法研究

周  健1, 2,柴嘉辉1,丁修恒3,于仕才1,张艳伟1

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

3. 中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司,上海 201900)

摘  要:隧道近距离穿越已有结构的风险不容忽略,而盾构隧道开挖引起的地层变形主要由地层损失引起,通过对施工过程的调整控制可影响开挖过程中的地层损失率。基于此,提出一种盾构隧道施工预测与动态调控的方法:基于地层损失理论建立地层损失率与地层变形的关系,同时基于经验公式对盾构施工过程进行动态调控,使盾构施工引起的变形满足控制要求。具体而言,通过试算确定满足变形要求的最大地层损失率,并进一步依据已盾构区段的施工情况,通过动态调控使风险区段地层损失率符合要求,从而满足安全施工的要求。相对其他方法,本方法易于操作、具有实用性,同时减少了人为因素,结果较准确。通过苏州轨道交通3号线下穿1号线重叠隧道的工程实例验证,具有可行性,针对该下穿区段,提出地层损失率应控制在0.76%以内,并为3号线下穿1号线给出安全施工建议。

关键词:重叠隧道;地层损失;施工预测;动态调控

FLAC3D基于非平衡热力学理论的黏土多组分重金属吸附模型

张志红,张嘉培

(北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124)

摘  要:黏土垫层土颗粒的吸附特性是控制溶质运移的重要关键因素,进而影响对防渗屏障长期服役性能的准确评估。在传统单组分吸附模型的基础上,基于非平衡热力学和Ziegler最大耗散率原理,通过构建弥散型自由能函数和弥散型耗散率函数,采用连续介质力学方法建立了非理想状态体系下适用于多组分重金属离子的非平衡态吸附模型。所建模型预测的多组分重金属离子吸附行为与已有试验结果吻合度较好,对比分析结果表明:所建非平衡态吸附模型能够正确揭示多组分重金属离子在黏土中的吸附动力学机制。

关键词:非平衡吸附;多组分;非平衡热力学;黏土垫层

实时温度下花岗岩动态压缩破坏特性试验与数值研究

石  恒,王志亮*,石高扬,郝士云

(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽 合肥  230009)

摘  要:为了研究黑云母花岗岩热动力学性能,对不同实时温度(20℃,100℃,200℃)下的花岗岩试样力学响应和破坏过程进行了室内试验和数值模拟分析。结果表明:在所研究的温度范围内,20℃时岩样的抗压强度和弹性模量值最大,100℃时最小,且100℃下岩样的破碎程度比20℃和200℃的明显偏大;随着加载速率的提高,应力–应变曲线上的峰值应力和峰值应变增加,岩样内部裂纹演化及破坏程度也随之增大;低加载率时试样周边易萌生裂纹,高加载率下试样内部裂纹在加载初期甚至也可被激活;所提出的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型参数确定方法是可行的,数值模拟能较好地描述热处理岩样在冲击荷载作用下力学特性; HJC模型与相关失效准则相结合,能逼真地展现岩样动态压缩破裂过程及其形破坏态变化。

关键词:花岗岩;实时温度;动态荷载;破坏过程;数值模拟

新型拉压复合型锚杆锚固性能研究Ⅲ:现场试验

涂兵雄1,蔡燕燕1,何锦芳1,俞  缙1,许国平2,程  强3

(1. 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心,福建 厦门 361021;2. 福建省建筑科学研究院有限责任公司,福建 福州 350025;3. 厦门源昌城建集团有限公司,福建 厦门 361004)

摘  要:针对传统拉力型锚杆存在受力集中、锚固体与岩土体界面黏结强度发挥不充分、抗拔承载力偏低的问题,研发了一种新型拉压复合型锚杆。通过开展现场破坏性试验,对拉力型锚杆及拉压复合型锚杆的承载能力、荷载位移曲线及应变数据进行分析,结果表明:3组拉压复合型锚杆TC12-3、TC11-1、TC21锚杆的平均破坏荷载分别提高至拉力型锚杆的2.81,2.01,2.52倍;拉压复合型锚杆套管内的拉力传递损失率最大为20.5%,在自由段内的拉力传递损失率最大仅为6.8%,拉力传递损失主要发生在承压锚固段上;TC12-3锚杆的受拉锚固段长度最短,单位受拉锚固段长度分担荷载最高;TC21-1锚杆的承压锚固段最短,单位承压锚固段长度分担荷载最高;锚杆破坏时,TC12-3、TC11-1、TC21-1锚杆的受拉承载系数分别为0.398,0.470,0.600;且TC11-1锚杆表现为承压锚固段与受拉锚固段同时破坏,TC12-3、TC21-1锚杆表现为先后破坏;拉压复合型锚杆锚固性能显著提高主要是由于荷载分解作用,界面剪应力双向传递机制及短锚承载效应;从荷载位移曲线来看,拉压复合型锚杆具有较好的抗变形能力,在岩土锚固工程中,具有显著的优势和广阔的应用前景。

关键词:拉压复合型锚杆;现场试验;荷载位移曲线;受拉承载系数

深埋盾构隧道同步注浆施工扰动力学问题研究

叶  飞,郭华伟,段智军,梁  兴,王思宇,王  斌

(长安大学公路学院,陕西 西安 710064)

摘  要:为研究深埋盾构隧道施工过程中同步注浆对周边土体及既有连拱隧道的扰动影响,将同步注浆浆液对土体的作用简化为无限空间土体中的柱孔扩张问题,基于柱形扩孔理论和统一强度理论,考虑同步注浆时浆液渗流对土体的作用,建立了同步注浆施工扰动力学模型,推导了同步注浆扰动下周围土体弹塑性区内应力场、应变场及位移场的理论计算公式。并以西安地铁四号线航—航区间盾构隧道为例进行了算例分析,研究表明:①注浆渗透压力对塑性区范围的影响显著大于注浆压力对塑性区范围的影响,可通过控制注浆渗透压力来减少注浆扰动范围;②新建盾构隧道在近距离侧穿既有连拱隧道时,同步注浆产生的施工扰动影响显著,可实时调整同步注浆的注浆压力、注浆量及采取隔离加固措施,确保安全通过。

关键词:深埋盾构隧道;同步注浆施工扰动;统一强度理论;柱形扩孔理论;浆液渗流理论

单裂隙砂岩蠕变模型参数时间尺度效应及颗粒流

数值模拟研究

胡  波1,杨圣奇*1,2,徐  鹏3,田文岭1

(1. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221116;2. 中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116;3. 中建三局工程设计有限公司,湖北 武汉 430064)

摘  要:深部高应力环境下硬岩的蠕变变形不可忽略,尤其是裂隙岩体的蠕变变形。为研究含裂隙硬岩的长期蠕变变形行为及蠕变模型,采用高速水射流技术在红砂岩试样中预制了一条贯穿的α=45°单裂隙。确定了该裂隙岩石在围压30 MPa下的三轴压缩强度,采用单级加载方式对试样进行长期压缩蠕变试验,蠕变应力水平约为峰值偏应力的80%。试验结果表明:经历539 h(约22 d)的含45°单裂隙红砂岩只出现衰减和稳态蠕变变形,未发生加速蠕变破坏。为描述裂隙岩石的蠕变变形,在Burgers模型基础上基于有效应力原理建立了考虑损伤的蠕变模型。通过最小二乘法得到的蠕变模型参数显示出显著的时间效应,据此提出了考虑时间尺度的损伤蠕变模型,该模型可以描述裂隙岩石在不同时间尺度下的蠕变变形。最后,采用颗粒流程序PFC2D对试样的三轴压缩及蠕变进行了数值模拟,数值计算结果与试验结果吻合程度较高。研究工作为进一步研究裂隙硬岩的蠕变变形和模型提供了一定的参考价值。

关键词:裂隙岩石;蠕变模型参数;时间尺度效应;非线性蠕变模型;颗粒流模拟

既有地下结构受下穿施工影响的力学响应与安全控制研究

白海卫1,2,王剑晨2,刘运亮2,张顶立1

(1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044;2.北京城建设计发展集团股份有限公司,北京 100037)

摘  要:北京地区下穿工程中,新建隧道断面及施工方法种类众多、地层条件复杂、既有结构形式多样,有极其复杂的组合关系,目前尚无对既有结构力学响应的系统分析。通过北京地区13个下穿工程案例,总结了新建隧道结构形式及施工措施,明确既有地下结构变形特点,采用两阶段法分析及预测了各因素影响下既有地下结构的力学响应。研究表明:①新建隧道包括市政管道、地铁区间及车站,常见的施工方法有多导洞法、台阶法,洞桩托换法和中洞法,新建隧道开挖面积与施工方法有较明确的对应关系。②既有地下结构实测最大沉降概率分布符合数学期望4.89,方差16.4的正态分布。其中,新建市政管道、地铁区间和地铁车站下穿施工引起的既有地下结构平均最大沉降分别为2.56,3.82,11.07 mm。③根据新旧隧道空间位置关系的不同,穿越工程可分为7种组合,其中,既有地下结构力学响应有V,U,W 3种模式。④严格控制新建隧道开挖面积,不留或少留间隔土,尽可能选择W型穿越模式,以此减小对既有地下结构的扰动。

关键词:穿越工程;既有地下结构;力学响应;安全控制

盐溶液中膨润土峰值剪切强度的计算方法

李晓月,徐永福*

(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240)

摘  要:膨润土作为高放废物地质处置库的工程屏障材料,在高放废物储存罐与围岩间起缓冲作用,与地下围岩裂隙水接触,膨润土的剪切强度产生变化,危及核废物处置库缓冲层的安全。因此,计算盐溶液中膨润土的剪切强度对保障核废物处置库缓冲层安全具有十分重要的意义。利用双电层理论,从微观角度定性地解释了盐溶液浓度对膨润土峰值剪切强度影响的机理;根据膨润土在盐溶液中的应力平衡,提出考虑盐溶液的渗透吸力影响的修正有效应力概念,反映盐溶液浓度对膨润土强度的影响;基于膨润土表面的分形模型,导出与渗透吸力对应的修正有效应力的表达式,盐溶液的渗透吸力采用修正的Debye-Hückel公式计算;根据Mohr-Coulomb准则,膨润土在盐溶液中的峰值剪切强度( )由修正有效应力( )表示为统一线性关系: 。

关键词:膨润土;剪切强度;盐溶液;表面分形;双电层

盾构隧道双层衬砌结构三维力学分析模型及验证

梁敏飞1,张  哲2,李  策1,王士民1*,杨赛舟1,3,何  川1

(1. 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;2. 中铁十四局集团大盾构工程公司,江苏 南京 211802;

3. 中国建筑西南设计研究院有限公司,四川 成都 610041)

摘  要:在已有双层衬砌梁–弹簧模型的基础上,提出了改进的双层衬砌盾构隧道三维壳–弹簧力学分析模型。该模型采用压杆–弹簧组合方式模拟双层衬砌的结合面力学相互作用,并充分考虑了由盾构隧道管片接缝引起的结构刚度沿环、纵向分布不连续效应。依托武汉地铁8号线越江隧道工程进行建模计算分析,将计算得出的内力数据与现场实测的内力数据进行对比,两者具有一定的一致性,验证了该模型模拟双层衬砌盾构隧道结构三维力学行为的准确性和适用性。研究结果表明:①管片内力分布受到环缝和纵缝的影响呈现明显的不连续性,且由于地层岩性不均,管片上部与下部的弯矩亦有较大差异;②管片受力稳定后施作二衬,管片自身的内力量值变化较小,二衬主要受到自重作用,内力分布呈现“上小下大”分布规律,其量值与管片相比较小,在建设初期仅起到辅助承载作用。

关键词:盾构隧道;双层衬砌;三维分析模型;接触面;验证 

电化学法改善蒙脱土膨胀性试验研究

马  鹏,庄艳峰*,刘志涛

(武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072)

摘  要:基于电化学特点,提出一种可实现原位处理膨胀土的新思路,以室内配制具有高电荷的羟基铝离子溶液为电解质,在外加电场作用下,羟基铝离子进入土体实现对蒙脱土的改性。从宏观角度,对电化学改性前后的蒙脱土进行颗粒分析、界限含水率及膨胀特性试验研究,表明改性后蒙脱土膨胀特性指标显著下降,阳极区土体达到非膨胀土的性能要求。从微观层面,进行X射线衍射试验,改性后蒙脱土矿物晶格层间吸湿敏感性明显降低,表明羟基铝离子进入晶层间置换了层间阳离子,降低了矿物晶格的亲水性;通过热分析试验研究不同温度下改性前后蒙脱土的失重变化,表明羟基铝离子进入双电层交换出水化阳离子并且附着在黏土颗粒表面,减小了双电层厚度,降低了蒙脱土的膨胀性。

关键词:化学电渗法;羟基铝离子;蒙脱土;电动土工合成材料

泥水盾构支护压力设定范围及其影响因素分析

刘学彦1,2,王复明1,袁大军3,方宏远1,张士龙4

(1. 郑州大学水利与环境学院,河南 郑州 450001;2. 北京林业大学水土保持学院,北京 100083;3. 北京交通大学土木建筑工程学院,

北京 100044;4. 中交天和机械设备制造有限公司,江苏 常熟 215557)

摘  要:与土压平衡盾构对掘进面的被动支护不同,泥水盾构是依靠液态介质实现对掘进面的主动支护。泥水支护的关键是选择合适的泥水和支护压力从而形成并维持泥膜的完整性。基于泥水劈裂(渗透破坏)和仓筒理论给出了泥水支护压力的上下限。结合静水压力、土体特性、盾构直径和覆土厚度等因素研究了支护压力区间特性(可设定范围)。研究表明:支护压力下限主要受静水压力和土体摩擦角的影响,其中静水压力起决定性作用。一般情况下,泥水压力设定可以取为静水压力+20 kPa;支护压力上限为泥水劈裂(渗透破坏)压力,主要受静水压力和覆土厚度的影响。增加覆土厚度可以提高地层的泥水劈裂(渗透破坏)抗力,从而改善地层的泥水支护特性,增大泥水支护压力区间长度。然而,增加静水压力只可以平移泥水支护压力区间,而不能使其增大。泥水支护压力区间长度还受土体摩擦角的影响,而其它因素影响较小。考虑泥水支护区间长度的影响,实施带压换刀的隧道覆径比不宜小于0.8~1.0。

关键词:泥水支护特性;支护压力区间;静水压力;泥水劈裂;因素分析

双面加筋路堤的地震动力响应分析

曹建洲,刘华北*,樊  成

(华中科技大学,湖北 武汉 430074)

摘  要:双面加筋路堤作为加筋土挡土墙的一种衍生结构,沿袭了加筋土挡土墙优良的抗震性能,被广泛应用于道路建设工程,然而国内外关于双面加筋路堤的抗震设计还不够完善,采用的基于极限平衡法的抗震设计仍存在诸多问题。采用基于PLAXIS软件的有限元分析方法,对双面加筋路堤进行了较为全面的动力特性分析,结果表明,地震作用下双面加筋路堤的各层筋材最大内力分布、单侧面板侧移形式及路面沉降形式同单一的加筋土挡土墙表现形式相似;通过对不同宽高比结构筋材内力的分析得出,在地震作用下,加筋区及非加筋区之间存在第二潜在破裂面发育的可能。基于单自由度强迫振动理论及数值分析结果,建立了整体最大筋材内力与地震动及结构参数的关系。 

关键词:双面加筋路堤;破裂面;最大筋材内力;面板侧移

非饱和土孔隙比与基质吸力关系的通用模型

叶云雪1,邹维列*1,2,韩  仲1,刘小文3

(1.武汉大学土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2. 西京学院土木工程学院,陕西 西安710123;

3. 南昌大学建筑工程学院,江西 南昌 330031)

摘  要:基于土的土–水特征曲线(SWCC)和收缩特征曲线(SSCC)的特点及二者之间的联系,采用三直线的分段SSCC模型及非饱和土的三相比例公式,推导出了反映非饱和土孔隙比与基质吸力关系的通用模型。为了证实所提出模型的可靠性,采用GDS三轴仪进行了一系列吸力平衡试验,并对所提出模型的理论假设进行了验证。试验结果表明:利用该假设并通过吸力平衡下试样的排水量,可以准确地预测饱和试样在某一基质吸力和净围压共同作用下的体积变化量、进气量和总体变,证明了所提出模型的假设是成立的,且假设中的系数u具有明确的物理意义。

关键词:非饱和土;土–水特征曲线;收缩特征曲线;孔隙比;基质吸力

基于设定地震场地相关反应谱的高土石坝抗震安全评价

李红军,朱凯斌*,赵剑明,刘小生,杨正权,杨玉生

(中国水利水电科学研究院岩土工程研究所,北京 100048)

摘  要:结合最新颁布的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)中关于甲类设防重大土石坝工程设计反应谱的规定,重点研究了基于设定地震的场地相关反应谱和一致概率反应谱确定的动参数下高土石坝的动力反应特征。通过240 m高长河坝高心墙堆石坝在两种不同反应谱下设计和校核地震动下的计算分析发现一致概率谱得到的坝顶动力响应加速度、动位移、永久变形、坝坡安全系数和塑性滑移等关键安全评价指标均高于场地相关反应谱的结果,进而探讨了两种反应谱对长河坝高土石坝工程极限抗震能力的影响,计算结果表明采用基于设定地震的场地相关反应谱得到的坝体的极限抗震能力明显高于一致概率谱,采用一致概率谱得到的地震动参数进行长河坝抗震设计和抗震加固措施研究易得到较保守的结果。

关键词:高土石坝;设定地震;场地相关反应谱;一致概率反应谱;极限抗震能力

地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道影响的试验研究

黄大维1,周顺华2,冯青松*1,李  雪3,封  坤4,黄  强5

(1. 华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心,江西 南昌 330013;2. 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室,

上海 201804;3. 西南石油大学地球科学与技术学院,四川 成都 610500;4. 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;5. 宁波大学岩土工程研究所,浙江 宁波 315211)

摘  要:为了探明地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道的影响,通过隧道与地层相互作用的模型试验,对地表超载作用下隧道变形、土压力及土体沉降进行了量测。试验结果分析表明,相同的地表超载作用下,软土地层中的隧道横椭圆变形要大于硬土地层中的隧道横椭圆变形。当隧道穿越土层的土体压缩模量较小时,地表超载作用下隧道上覆土层表现为被动土拱土压力;当隧道穿越土层的土体压缩模量较大时则为主动土拱土压力。隧道竖向收敛变形与其穿越土层竖向压缩量之间的关系分析表明,隧道横断面变形刚度与穿越土层的土体压缩模量共同决定隧道上覆土层的沉降状态,从而决定了地表超载对既有盾构隧道的影响。研究成果定性地揭示了软土地区既有盾构隧道在地表超载作用下极易发生变形超限的机理。

关键词:地表超载;盾构隧道;土拱;土压力;收敛变形

黏性土中单桩贯入桩–土界面超孔压和土压

测试现场试验

王永洪1,2,张明义1,2,刘俊伟*1,2,白晓宇1,2,杨苏春1,桑松魁1,闫  楠3

 (1. 青岛理工大学土木工程学院,山东 青岛 266033;2. 山东省高等学校蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心,山东 青岛 266033;3. 青岛大学环境科学与工程学院,山东 青岛 266071)

摘  要:黏性土地基中静压桩沉桩过程桩–土界面受力变化是岩土工程中常见的问题。在东营某工地黏性土地基中进行了足尺静压桩的贯入试验,重点监测了桩身不同h/L位置处桩–土界面超孔隙水压力和土压力随入土深度的变化规律,并分析了桩身不同h/L位置处桩–土界面超孔隙水压力与上覆土体有效压力的关系,在同一入土深度桩–土界面土压力的变化特性,重点研究了影响桩–土界面有效土压力分布的原因。测试结果表明:沉桩引起的桩身不同h/L位置处桩–土界面超孔隙水压力与上覆土体有效压力比值最大是1.08,且该比值沿桩身向上逐渐减小;同一入土深度桩身不同h/L位置处桩–土界面土压力存在“侧压力退化”现象,且随着h/L的增加,该退化现象会越发明显,h/L=11/12位置处桩–土界面土压力仅约为10 kPa;除h/L=11/12位置处,桩身其它不同h/L位置处桩–土界面有效土压力是桩–土界面超孔隙水压力的1.88~2.20倍。研究成果对黏性土地基中静压桩施工和承载力确定具有一定的工程指导意义。

关键词:静压桩;沉桩过程;桩–土界面;超孔隙水压力;土压力;现场试验

倾斜可液化场地中矩形闭合型地下连续墙桥梁

基础动力特性研究

李  艳1,程谦恭*1,2,张建磊1,吕  波1,王玉峰1,谢尚英3

(1. 西南交通大学地质工程系,四川 成都 611756;2. 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室,四川 成都 611756;3. 四川西南交大土木工程设计有限公司,四川 成都 610031)

摘  要:矩形闭合型地下连续墙作为一种新型桥梁基础,在倾斜可液化场地中的动力响应特性还不清楚。基于离心机振动台试验结果,研究在倾斜可液化场地中的不同地震动工况下,矩形闭合型地下连续墙桥梁基础抵抗土体液化的性能及其位移(沉降、转角和水平位移)特征。通过对比在三种地震动(小震峰值为0.05g、中震峰值为0.13g、大震峰值为0.50g)作用下,远场土体与墙内土芯的动力响应特征,证实了矩形闭合型地下连续墙基础的抗液化性能。综合分析在3种地震动工况下,矩形闭合型地下连续墙基础的位移特征,讨论了其在倾斜可液化场地中作为桥梁基础的优劣性;分析发现在中震工况下,在可液化场地中矩形闭合型地下连续墙基础作为桥梁基础的性能最为显著。此外,通过对比有、无承台的两组矩形闭合型地下连续墙基础的位移特征,分析了矩形闭合型地下连续墙基础顶部承台的作用。

关键词:矩形闭合型地下连续墙;砂土液化;倾斜场地;离心机振动台试验;桥梁基础

刚性与柔性顶部边界下筋土界面特性的细观数值研究

王志杰1,2,3,杨广庆*1,王  贺1,刘伟超1

(1. 石家庄铁道大学土木工程学院,河北 石家庄 050043;2. 亚琛工业大学岩土工程研究所,德国 亚琛 52074;

3. 河北省大型基础设施防灾减灾协同创新中心(石家庄铁道大学),河北 石家庄 050043)

摘  要:土工格栅拉拔试验被认为是研究土工格栅与土相互作用行为最直接有效的方法。在土工格栅拉拔试验中,常采用刚性或柔性顶部边界条件施加竖向荷载。为了研究刚性与柔性顶部边界条件对拉拔试验结果的影响,基于离散元数值模拟,从细观层面深入分析了刚性与柔性顶部边界条件下土工格栅与土的力学响应。研究结果表明:在拉拔位移较小的情况下,刚性与柔性顶部边界条件对拉拔试验结果几乎没有影响;随着拉拔位移的增大,顶部边界条件对拉拔试验结果的影响逐渐明显,刚性顶部边界条件下的最大拉拔阻力略大于柔性顶部边界条件下的最大拉拔阻力;土工格栅张力与试样内部土颗粒间接触力分布情况、试样内部土颗粒旋转情况以及顶部加载板颗粒的竖向位移分布规律直观地展现了顶部边界条件对拉拔试验结果的影响。本研究结果有望为规范土工格栅拉拔试验方法提供科学依据。

关键词:土工格栅;拉拔试验;边界条件;筋土界面;离散元

考虑封孔浆体黏度时空变化的止浆机制研究

张  聪1,梁经纬2,阳军生1,张贵金3,谢亦朋1,叶新田1

(1.中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075;2. 湖南省水利水电科学研究院,湖南 长沙 410007;3.长沙理工大学水利学院,湖南 长沙 410114)

摘  要:封孔止浆技术是松软地层注浆防渗加固的重要手段,而封孔浆体自下而上的注入方式及其黏度时变特性导致浆体在止浆段长内黏度呈现出空间分布不均匀。通过流变试验获取封孔浆体流变参数与流型,建立考虑黏度时空变化的宾汉流体同心环状劈裂封孔浆体止浆模型,推导出黏度时空变化的封孔浆体止浆的控制方程,并定量分析封孔浆体的止浆能力,最后将研究成果成功应用于河堤防渗加固注浆工程。研究结果表明,封孔浆体黏度时空变化对浆体封孔止浆能力影响较大,其止浆能力与浆体流变参数、浆体塑性强度、封孔高度等有关;封孔浆体所能承受的极限注浆压力随封孔浆体固化剂掺量的增加或封孔浆体塑性强度的增大而增大,且这种变化随封孔高度的增高而表现的越明显,综合考虑注浆堵管、后续拔管等问题,封孔浆体水固比宜控制在1∶1左右,且黏土含量不宜超过50%,固化剂掺量宜控制在1.2%~1.8%;现场钻孔取样、压水试验均反映注浆后地层连续性和整体性得到了显著提高,已达到设计防渗加固标准,理论计算推导虽与实测结果存在一定误差,但可满足实际工程要求。研究结果有利于封孔浆体止浆技术的进一步推广应用,可为工程实践提供理论指导。

关键词:封孔浆体;注浆;黏度;时空变化;理论推导

循环荷载下饱和南沙珊瑚砂的液化特性试验研究

马维嘉1,陈国兴*1,2,李  磊1,吴  琪1,刘景儒3

(1.南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 210009; 2.江苏省土木工程防震技术研究中心,江苏 南京 210009;3.海军工程设计研究院,北京 100070)

摘  要:针对饱和南沙岛礁珊瑚砂,开展了一系列不排水循环加载试验,研究了相对密度Dr和初始围压 对饱和珊瑚砂的超孔隙水压力、应变发展、有效应力路径及动强度特性的影响,并比较了珊瑚砂与福建砂的液化特性差异。试验表明,珊瑚砂的超静孔压Δu的发展模式与石英砂的有较大区别,可用修正后的Seed模型进行表征。珊瑚砂液化时的累积能量耗散远比福建砂的大。珊瑚砂的轴向应变εDA随着循环振次增加而逐渐变大,不会发生急剧增大的现象。在有效应力路径接触相转换线后,珊瑚砂会发生剪胀和剪缩交替出现的现象,仍然会存在有效应力。较之福建砂Δu的波动特征,珊瑚砂Δu的波动更大,且当Δu接近 时波动明显增大,产生“瞬时液化”现象。珊瑚砂的动强度随着Dr以及 的增大而增大。珊瑚砂的动强度大于石英砂的动强度。

关键词:饱和珊瑚砂;不排水动三轴试验;孔压发展模式;动强度

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