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《巖土工程學報》2019年第4期中文摘要
日期:2019年04月11日 14:58:54點擊數:字號:【

統一考慮加載變形與流變的粗粒土彈塑性本構模型及應用

陳生水1,2,傅中志1,2,石北嘯1,袁  靜3

(1. 南京水利科學研究院,江蘇 南京 210029;2. 水利部土石壩破壞機理與防控技術重點實驗室,江蘇 南京 210029;

3. 南京市江寧區水務局,江蘇 南京 211112)

摘  要:實測資料表明,現行粗粒土本構模型明顯低估高度200 m以上特高土石壩的沉降量,主要原因之一是現行本構模型普遍割裂加載變形與流變,計算時忽略施工過程中壩料產生的流變。在總結分析典型粗顆粒土石料流變特性的基礎上,以應力、應變和時間為基本變量,提出了一個可以統一模擬粗粒土加載變形、流變、應力松弛等性質的彈塑性本構模型。模型假定加載塑性變形和流變可同時發生,應力和時間變化均會引起屈服面擴張,從而產生塑性變形,但兩者服從不同的塑性流動準則。運用某特高心墻堆石壩壩殼堆石料和礫石土心墻料的試驗結果對模型的合理性進行了驗證,并對該大壩填筑施工過程進行了模擬。計算結果表明,忽略壩料施工期流變可使大壩竣工期沉降量低估10%以上。因此,采用統一模擬粗粒土加載變形與流變的本構模型可有效提高特高土石壩變形的預測精度。

關鍵詞:土石壩;粗粒土;流變;本構模型

青藏高原東緣水庫繞壩基滲流化學溶蝕研究

陳建生1,2,李  平1,2,王  濤1,2,詹瀘成1,2,嚴嘉恒1,2

(1. 河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇 南京 210098;2. 河海大學巖土工程科學研究所,江蘇 南京 210098)

摘  要:研究了青藏高原東緣某大壩基礎遭受滲流場與化學場破壞的過程。通過氯離子示蹤、溫度電導示蹤以及人工示蹤方法,確定混凝土防滲墻中存在缺陷,庫水通過非全封閉式防滲墻繞壩基滲漏,滲水通過壩后區的反濾層排泄;酸溶解試驗和X射線熒光分析證明,壩后區地表的白色顆粒物主要是CaCO3;結合化學反應過程,確認析出物來自于防滲墻中的水泥,滲漏水中的CO2與水泥中的Ca(OH)2發生反應生成可溶性Ca(HCO3)2,然后被滲漏水帶到地表,并在常溫下分解形成CaCO3。通過地表水中CO2含量的測試分析發現,參與水巖反應的CO2具有除大氣降水之外的其他來源。結合地質構造推斷來自深部碳庫中的CO2通過斷裂帶進入到了地下水與庫水中,并參與了水巖反應,對大壩的侵蝕速度大幅度增加。研究表明深部CO2進入地下水并參與滲流過程,對大壩及水工建筑物的化學侵蝕作用將大幅度增強。

關鍵詞:大壩破壞;水巖反應;化學侵蝕;深部CO2;青藏高原

廣吸力范圍內非飽和粉土動力變形特性

孫德安,李  宣

(上海大學土木工程系,上海 200072)

摘  要:以非飽和粉土為研究對象,利用飽和鹽溶液蒸汽平衡法和吸力可控的動三軸儀進行動力變形試驗,得到了廣吸力范圍內非飽和粉土試樣在凈圍壓和吸力基本不變條件下的骨架曲線、動彈性模量和阻尼比,研究了吸力對非飽和粉土動力變形特性的影響。結果表明,在同一凈圍壓下,非飽和粉土試樣的骨架曲線和動彈性模量隨著吸力增大而提高,而阻尼比隨著吸力增大而減小。此外,隨著試樣的水力狀態從邊界效應區到過渡區再到殘余區的變化,非飽和粉土試樣的骨架曲線和動彈性模量的提高幅度逐漸減小,而阻尼比減小的趨勢顯著,動彈性模量隨應變的衰減率隨著吸力的增大而減小。

關鍵詞:非飽和粉土;廣吸力范圍;動力變形特性;吸力控制動三軸試驗;蒸汽平衡法

臨線堆載影響下高鐵路基長期沉降預測方法

姚仰平1,王  珅1,王乃東1,張千里2

(1. 北京航空航天大學交通科學與工程學院,北京 100083;2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所,北京 100081)

摘  要:高鐵對變形十分敏感,而鐵道的臨線區域又不可避免地會遭遇到土體等堆載的作用,因此工程中十分關注臨線堆載下鐵路路基變形的情況和趨勢。通常采取的辦法是對特定監測點進行定期觀測,但是這種觀測僅能反映鐵路當前的變形情況,無法對未來做出判斷。如能基于已有數據對鐵路路基未來變形進行有效的預測,提早發現鐵路未來某時間將會出現的預警變形,對于高鐵的安全運營管理具有重要意義。筆者等提出的蠕變沉降實用算法,可根據有限沉降數據預測未來變形,論證了使用蠕變實用算法預測高鐵路基長期變形的可行性并給出了根據已有實測數據時段計算特定誤差下的有效預測范圍的方法。

關鍵詞:高鐵;堆載;沉降;蠕變;預測

考慮滲透吸力影響膨潤土的修正有效應力及其驗證

徐永福

(1. 上海交通大學土木工程系,上海 200030;2. 皖江工學院,安徽 馬鞍山 243000)

摘  要:普遍認為膨潤土是高放廢物地質處置庫緩沖/回填層的理想材料,膨潤土在地下水溶液中的膨脹變形和剪切強度關乎高放廢物地質處置庫的安危。地下水溶液中膨潤土膨脹變形和剪切強度受到滲透吸力影響,根據膨潤土表面分形模型,建立考慮滲透吸力應力影響的修正有效應力公式,用豎向應力p和滲透吸力π表示為 ,并采用膨潤土在NaCl溶液中的膨脹變形和剪切強度進行驗證。NaCl溶液中膨潤土的膨脹變形與修正有效應力 表示為同一曲線 ,峰值剪切強度與修正有效應力 表示為同一直線 ,符合Mohr–Coulomb準則。

關鍵詞:滲透吸力;膨潤土;膨脹變形;峰值剪切強度;表面分維;修正有效應力

單軸壓縮下非貫通節理巖體損傷破壞能量演化機制研究

王桂林1,2,張  亮1,2,許  明1,2,梁再勇1,冉龍寶1

(1. 重慶大學土木工程學院,重慶 400045;2. 庫區環境地質災害防治國家地方聯合工程研究中心(重慶),重慶 400045)

摘  要:能量的積聚與釋放伴隨發生在節理巖體受荷變形全過程。為探尋加載過程中節理巖體能量演化規律,基于單軸壓縮試驗及巖石能量原理,研究非貫通節理巖體變形破壞過程中總能量U、彈性應變能Ue及耗散能Ud的轉化特征,揭示節理巖體損傷破壞能量演化機制,建立了基于彈性能耗比變化率(dK/dε)的非貫通節理巖體裂縫擴展及強度失效準則。研究表明:節理存在對巖體中能量的存儲具有明顯的削弱作用,峰值點總能量與彈性應變能隨節理數量的增加逐漸減小;節理巖體的彈性應變能Ue及耗散能Ud變化曲線存在“階梯狀”突減或突增,雙節理巖樣彈性應變能和耗散能突增或突減的數值明顯小于單節理巖樣;峰前與峰后階段彈性能耗比變化率發生連續突變(dK/dε正負交替變換)與突變(dK/dε保持為正無窮)作為節理巖體裂縫擴展及強度失效判據。

關鍵詞:節理巖體;單軸壓縮;能量損傷演化;能量突變;整體破壞

等應力比路徑下粗粒土濕化試驗研究

賈宇峰,姚世恩,遲世春*

(近海與海岸工程國家重點實驗室(大連理工大學),遼寧 大連 116024)

摘  要:采用古水面板壩玄武巖堆石料進行了等應力比路徑下的粗粒土濕化試驗。試驗結果表明,在等應力比路徑下的土體的濕化變形不僅受應力狀態的影響還受加載應力路徑的影響。在傳統濕化變形公式中引入應力路徑參量,并采用體積應力和參考應力水平描述應力狀態對濕化變形的影響,建立了等應力比路徑下的濕化變形公式。所建立的濕化變形公式能夠很好地描述等應力比路徑下的粗粒土濕化變形。

關鍵詞:粗粒土;等應力比路徑;濕化變形;橡皮膜嵌入量;參考應力水平;體積應變

試驗設計法在硬巖PFC3D模型細觀參數標定中的應用

鄧樹新1,2,鄭永來*2,馮利坡3,朱鵬宇2,倪  寅2

(1. 南京理工大學機械工程學院,江蘇 南京 210094;2. 同濟大學土木工程學院,上海 200092;3. 金華市軌道交通投資建設有限公司,浙江 金華 321017)

摘  要:利用試驗設計法針對硬質巖體顆粒離散元數值研究中的細觀參數標定問題進行了研究。首先利用Plackett-Burman試驗設計分析了細觀參數對宏觀響應的敏感性,并建立了宏觀力學指標和細觀參數之間的線性關系,然后利用響應曲面法考查了顯著影響參數之間的相互作用,得到了宏觀響應與細觀參數之間的非線性關系。最后將問題轉化為非線性多目標數學規劃問題利用MATLAB軟件中FGOALATTAIN函數進行求解。通過和典型硬巖物理試驗結果對比發現,利用試驗設計法標定參數建立的顆粒離散元模型可以很好地反映單軸和低圍壓下巖石的破壞過程,但是由于采用了球形顆粒對于高圍壓下的擬合效果偏弱。利用PB設計、響應曲面法并結合數學規劃建立的細觀參數標定方法可以反映各細觀參數對宏觀力學響應的敏感性并給出明確的函數表達式,同時可以通過增加求解過程中的約束條件來體現更多的巖石力學特性。

關鍵詞:試驗設計;巖石力學;數值模擬;顆粒流;參數標定

砂層劈裂–壓密注漿模擬試驗系統研發及試驗

張連震1,2,李志鵬2,3,劉人太2,張慶松2,李術才2

(1. 中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院,山東 青島 266580;2. 山東大學巖土與結構工程研究中心,山東 濟南 250061;

3. 山東交通學院交通土建工程學院,山東 濟南 250357)

摘  要:劈裂–壓密模式是砂層注漿擴散過程的主要模式之一。為研究砂層劈裂–壓密注漿擴散過程,研發了一套可視化注漿模擬試驗系統,該系統由模擬試驗架、地應力加載模塊、動態監測模塊以及注漿控制模塊4部分構成,可實現劈裂–壓密注漿擴散過程的可視化模擬。以青島地區含黏性土砂層為典型被注介質,開展了砂層劈裂–壓密注漿模擬試驗,揭示了注漿擴散過程中劈裂通道形態、注漿壓力、應力場以及位移場隨時間變化規律,獲得了試驗條件下的砂層劈裂–壓密注漿影響范圍。研究結果表明:砂層注漿起裂方向與劈裂通道擴展方向均與大主應力方向一致,漿脈厚度在漿脈擴展方向上存在明顯衰減;注漿會引起與劈裂通道垂直方向的應力增加,且該應力沿劈裂通道擴展方向衰減,但注漿對平行劈裂通道擴展方向的應力沒有顯著影響;劈裂–壓密注漿對劈裂通道兩側砂層的影響范圍非常有限(20~40 cm)。最后從單孔注漿量、鉆孔布置方面對砂層劈裂–壓密注漿設計方法提出了改進建議。

關鍵詞:巖土力學;砂層注漿;劈裂–壓密模式;模擬試驗;擴散規律

纖維加筋微生物固化砂土的力學特性

謝約翰1,唐朝生*1, 2,尹黎陽1,呂  超1,蔣寧俊2, 3,施  斌1

(1. 南京大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 210023;2. 南京大學(蘇州)高新技術研究院,江蘇 蘇州 215123;

3. 美國夏威夷大學土木與環境工程系,美國夏威夷州 火奴魯魯 96822)

摘  要:微生物固化能有效提高砂土的強度,但同樣會導致土體破壞時呈現明顯的脆性。為了平衡微生物固化砂土脆性破壞的不利影響,提出纖維加筋與微生物固化相結合的改性方法,即將質量分數為0%,0.05%,0.15%,0.25%和0.30%的聚丙烯纖維與石英砂均勻混合,然后基于微生物誘導碳酸鈣沉積(MICP)技術對土樣進行固化,并開展了一系列無側限抗壓試驗,同時采用酸洗法測定了各組試樣中的碳酸鈣含量,進一步分析了試樣的微觀結構及纖維–土顆粒之間的界面作用特征。結果表明:①在微生物固化砂土中摻入纖維,能極大提高土樣的無側限抗壓強度和殘余強度,并能顯著改善土樣破壞時的韌性;②纖維摻量對微生物固化砂土的力學特性有重要影響,無側限抗壓強度隨纖維摻量總體上呈先增加后減小的趨勢,最優纖維摻量為0.15%,峰后殘余強度與纖維摻量呈單調正相關關系;③纖維加筋使微生物固化砂土的峰后應力–應變曲線呈階梯式下降模式,局部存在波浪式起伏特征;④纖維加筋能夠提高微生物誘導碳酸鈣的沉積效率和產量,與此同時,碳酸鈣的膠結作用對纖維加筋效果具有促進作用。纖維加筋技術與MICP技術相結合能夠實現優勢互補,對提高工程結構的安全性與穩定性具有積極意義。

關鍵詞:纖維加筋;微生物固化;MICP;力學特性;碳酸鈣含量;微觀結構

復合地層盾構隧道管片施工病害特征及成因分析

蘇  昂,王士民*,何  川,盧岱岳,方若全 

 (西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室,四川 成都 610031)

摘  要:上軟下硬復合地層盾構隧道施工,極易發生管片裂損病害,對盾構隧道長期安全影響顯著。以某地鐵盾構隧道為依托,針對施工階段管片裂損情況進行了大量現場調查,總結歸納了管片裂損分布規律及裂損特征。在此基礎上,采用理論分析和擴展有限單元法,系統分析了管片裂損的成因機制。研究結果表明:盾構隧道管片襯砌裂損按照所占比例由大到小依次為環向區域性剝落、縱向裂紋、邊角部裂損,環向區域性剝落和縱向裂紋屬于結構性裂損,邊角部裂損屬于材料性裂損。縱向裂紋與千斤頂推力和接觸面不平整有關,其產生及擴展多沿千斤頂推力分界面分布,裂紋擴展是能量積累—釋放的往復過程,表現出臺階式漸進遞增的特點,開裂機制為受拉破壞。環向區域性剝落與環間錯臺有關,與榫槽徑向允許位移量8 mm相等的錯臺高差是管片發生環向區域性剝落的臨界值。在上軟下硬復合地層采用錯縫拼裝進行盾構隧道施工時,應避免使用帶榫管片或減小管片榫槽深度。

關鍵詞:盾構隧道;上軟下硬地層;不良施工荷載;錯臺;管片病害

堿性氧化劑對水泥固化淤泥強度的影響研究

王臻華1,項  偉*1,2,吳雪婷1,崔德山1

(1. 中國地質大學(武漢)工程學院,湖北 武漢 430074;2. 中國地質大學(武漢)教育部長江三峽庫區地質災害研究中心,湖北 武漢 430074)

摘  要:為消除淤泥中有機質對水泥固化淤泥的不利影響,提出了氧化降解有機質、減薄雙電層厚度、維持pH值穩定等對策來提高水泥固化淤泥的強度。采用高鐵酸鉀和碳酸氫鈉作為堿性氧化劑,配合水泥對淤泥進行固化處理。通過無側限抗壓強度試驗,初步了解堿性氧化劑對水泥固化淤泥強度的影響規律,并利用有機元素試驗、動電電位試驗、比表面積試驗和SEM等手段,進一步探究堿性氧化劑的固化機理。研究結果表明:摻堿性氧化劑的水泥固化淤泥7 d無側限抗壓強度達到了1.536 MPa。碳酸氫鈉通過中和有機酸,維持水泥固化淤泥為pH=9~10的堿性環境;該條件下,高鐵酸鉀能高效降解有機質,除去黏土顆粒表面聚合態的有機質膠膜,有利于SiO2與Al2O3游離于孔隙溶液中,促進水泥水化產物的生成。同時,孔隙溶液中游離的高價陽離子與黏土顆粒表面低價陽離子交換吸附,減薄雙電層厚度,引起土顆粒的絮凝團聚。

關鍵詞:淤泥;有機質;堿性氧化劑;無側限抗壓強度;固化機理

多邊界條件下緩沖/回填材料的膨脹特性

李勝杰,唐朝生*,王東偉,陳志國,施  斌

(南京大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 210023)

摘  要:高放廢物處置庫中緩沖/回填材料的膨脹特性是評價其屏障性能的關鍵因素。受試驗儀器等條件的限制,以往的膨脹試驗基本都是在恒體積和恒應力這兩種極端邊界條件下開展的,無法有效反映處置庫中的復雜應力–應變環境。研發了一套新型的多邊界條件膨脹儀,集成了恒體積、恒應力和柔性等剛度3種邊界條件。利用該膨脹儀對中國高廟子(GMZ)緩沖/回填材料開展了一系列膨脹試驗,分析了邊界條件對試樣膨脹特性的影響。結果表明:研發的多邊界條件膨脹儀具有操作簡單、性能穩定等特點,能有效地模擬各種邊界條件;邊界條件對試樣膨脹指標具有重要影響,對應的最終膨脹力關系為:恒體積>柔性等剛度>恒應力邊界條件,最終膨脹率關系為:恒應力>柔性等剛度>恒體積邊界條件;膨脹平衡極限(SEL)曲線可作為評價土體在復雜邊界條件下水化時的最終體變和膨脹力的參考。研究結果對進一步認識土體的膨脹特性和指導高放廢物處置庫中緩沖/回填材料的設計具有一定參考意義。

關鍵詞:核廢物地質處置;緩沖/回填材料;多邊界條件膨脹儀;膨脹特性;邊界條件;SEL曲線

水中沉井下沉期側壁摩阻力分布試驗研究

褚晶磊,馬建林*,蔣炳楠,李孟豪,張  凱

(西南交通大學土木工程學院,四川 成都 610031)

摘  要:以滬通長江大橋主墩沉井為背景,開展深水大截面沉井模擬下沉試驗。通過對整個動態下沉過程的分析,確定了側壁有效應力受下沉速率、壓力松弛、傾斜、翻砂突沉等因素影響。停止吸泥后,側壁有效應力由動態的分布形式轉為準靜態,整體呈減小趨勢,表現為極值點的減小和壓力松弛區的恢復。沉井側壁臺階的設置可減小沉井側壁總摩阻力,其減小主要來自沉井直壁段。發現階梯式沉井側壁受力分為線性區、臺階影響區、過度區和壓力松弛區,建立了基于臺階影響的沉井豎直狀態下側壁摩阻力計算模型,并結合滬通大橋#29沉井現場監測試驗加以驗證。沉井傾斜會引起側壁有效應力分布的改變,擠土產生的增大土壓力可達對應側主動土壓力的3~4倍。

關鍵詞:動態下沉;側摩阻力;豎向分布;臺階;傾斜

膨脹土干燥過程中收縮應力的測試與分析

曾  浩,唐朝生*,劉昌黎,林  鑾,徐金鑒,王東偉,施  斌

(南京大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 210023)

摘  要:膨脹土在膨脹過程中會產生膨脹應力,收縮過程中亦會產生收縮應力。探究膨脹土在干燥過程中收縮應力的變化規律對理解收縮變形機制有重要意義。為了掌握膨脹土在干燥過程中內部收縮應力與含水率及吸力之間的關系,在控制相對濕度條件下開展了一系列干燥試驗。試驗中共配置了3組初始飽和的泥漿樣,將試樣分別置于裝有不同過飽和鹽溶液的保濕器中,并在恒溫20℃的條件下進行干燥,實時記錄試樣含水率的變化。此外,在試驗過程中,通過在試樣內部植入微型壓力傳感器來測定土體收縮應力隨干燥時間的變化。試驗結果表明:①在不同相對濕度條件下,土體內水分蒸發特性不同,如相對濕度越小,土體水分蒸發的越快,且蒸發結束后,土體殘余含水率越低;②干燥過程中,土體內收縮應力呈現明顯的階段性變化特征。干燥前期,收縮應力隨時間的推移增加緩慢,但當達到臨界時間點ts或臨界含水率ws以后,收縮應力隨著干燥的持續開始急劇增加,并且蒸發速率越大,ts和ws越小;③干燥結束后,土體內部收縮應力與環境相對濕度呈負相關,與對應吸力呈正相關。

關鍵詞:膨脹土;干燥收縮;相對濕度;收縮應力;吸力;測試與分析

加載條件對土拱效應影響的Trapdoor模型試驗研究

徐  超1,2,張興亞1,韓  杰3,楊  陽1, 2

(1. 同濟大學地下建筑與工程系,上海 200092;2. 同濟大學巖土與地下結構工程教育部重點試驗室,上海 200092;

3. 堪薩斯大學土木/環境與建筑工程系,英國 勞倫斯 66045)

摘  要:土拱效應是一種土中應力的重分布現象,它是由土與土中結構物間剛度的差異而引起的。目前關于循環荷載對于土拱效應影響的研究十分有限。使用鋁棒相似土代替砂土作為填料,通過自制的模型試驗裝置進行了土體自重、表面靜荷載及循環荷載作用下的平面應變Trapdoor模型試驗,利用土拱率作為土拱效應強弱的衡量指標,對比研究了不同加載條件對土拱效應的影響,并將試驗所得結果與前人的研究成果進行了對比驗證。結果表明,靜荷載與循環荷載均會削弱已有穩定“土拱”,削弱程度隨荷載幅值及頻率的增大而增大,隨荷載作用面積的增大而減小。相同荷載水平下,循環荷載對土拱效應的削弱較靜荷載更強,兩者間的差異隨荷載幅值的增大而減小,隨荷載頻率的增大而增大,且峰值荷載下的差異小于零荷載下的差異。總體而言,Evans提出的土拱率計算公式能夠較好地用于土體自重及靜荷載作用下的Trapdoor試驗中土拱率的預測,而對于循環荷載作用下的情況,還有待對計算公式進行進一步地改進。

關鍵詞:土拱效應;Trapdoor模型試驗;土拱率;循環荷載;鋁棒相似土

微生物誘導碳酸鈣沉積加固有機質黏土的試驗研究

彭  劼1,2,溫智力1,2,劉志明1,2,孫益成1,2,馮清鵬1,2,何  稼1,2

(1. 河海大學巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇 南京 210098;2. 江蘇省巖土工程技術工程研究中心(河海大學),江蘇 南京 210098)

摘  要:利用尿素水解菌ATCC 11859,開展了不同膠結液濃度下MICP壓力灌漿加固有機質黏土的研究試驗。通過試驗前后試樣的無側限抗壓強度、CaCO3含量、滲透系數、有機質含量以及灌漿過程中流出液Ca2+與NH4+濃度的變化,綜合評價了MICP壓力灌漿加固有機質黏土的效果。結果表明:MICP壓力灌漿加固有機質黏土是有效的,處理后試樣有機質含量可降低1%~4%,無側限抗壓強度提高可達370%,滲透系數可降低約1個數量級;在本試驗的菌液活性(即每分鐘水解尿素的量為9.68毫摩爾每升)及濃度(約108 cell/mL)下,膠結液濃度對處理效果有明顯影響,提高0.25M膠結液中的urea濃度,可顯著提高處理后土體的無側限抗壓強度。

關鍵詞:微生物誘導碳酸鈣沉積(MICP);有機質黏土;壓力灌漿;膠結液濃度

壓實風積沙土層鹽分遷移規律研究

張  宏1,2,閆曉輝1,王中翰1,劉海洋1

(1. 內蒙古大學交通學院,內蒙古 呼和浩特 010070;2. 內蒙古綜合交通科學研究院,內蒙古 呼和浩特 010051)

摘  要:針對沙漠地區風積沙路基發生鹽漬化病害現象,探究壓實風積沙土層水、熱、鹽變化規律。自制下墊面為硫酸鈉鹽漬土地基的風積沙土柱試驗設備,以自然環境條件下6個月(6月—12月)的實時監測數據為基礎,分析壓實風積沙土層內水、熱、鹽的時空分布規律與遷移特征。研究結果表明:受外界環境溫度影響,壓實風積沙土層分影響劇烈區(0~50 cm)與薄弱區(50~120 cm),隨著埋深增加,土柱內部溫度變化幅度趨于平緩,各層溫度到達峰值具有滯后效應;受含鹽下墊面與壓實素土風積沙含鹽量的濃度梯度作用,壓實風積沙土層深部區域被鹽分遷入,由無到有。風積沙土層內鹽分的存在,為鹽分的進一步遷移奠定了物源基礎。由外界溫度影響,土層淺部受水分賦存形態的變化與蒸發牽引作用,促使水分攜帶鹽分在壓實風積沙土層內部逐漸向上發生遷移;鹽分在土層整個埋深斷面上呈現“高—低—高”的分布特征。受外界環境荷載周而復始作用,壓實風積沙土層淺部鹽分將漸漸積聚,由少到多,隨著時間推移將形成鹽漬化病害。

關鍵詞:沙漠地區;壓實;風積沙;鹽漬化

基于薄環層元法的層狀地基中摩擦樁豎向受荷計算

劉齊建1,王劍波1,馬建軍2,高文華3

(1.湖南大學土木工程學院,湖南 長沙 410082;2. 河南科技大學土木工程學院,河南 洛陽 471023;

3. 湖南科技大學巖土工程穩定控制與健康監測省重點實驗室,湖南 湘潭 411201)

摘  要:基于薄環層元法和虛土樁假設,提出了層狀地基中豎向受荷摩擦樁計算模型。將樁身正下方至基巖間的土層視為虛土樁,并將樁土體系劃分為多個薄層單元;隨后利用虛位移原理求得薄環單元和樁單元的單元矩陣方程,并根據單元間平衡關系建立整體矩陣方程;最后通過樁與樁周土的協調關系,計算出層狀地基中樁土體系位移。計算結果與已有方法結果吻合良好,驗證了本文的正確性與可靠性。參數分析表明,計算單元厚度越小,精度越高;三層地基中的摩擦樁,中間夾層模量越大,其分擔的荷載越多。樁端下臥土層厚度越小,樁端剛度越大。當樁端土厚度小于0.3倍地基厚度時,樁端剛度顯著增大。當樁端以下土體分層時,樁端剛度與持力層厚度和強度密切相關。

關鍵詞:豎向受荷樁;薄環層元法;層狀地基;摩擦樁;虛位移原理

循環三軸應力路徑下鈣質砂顆粒破碎演化規律

王  剛1,2,查京京1,2,魏  星3

(1. 山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室,重慶 400045;2. 重慶大學土木工程學院,重慶 400045;

3. 西南交通大學土木工程學院,四川 成都 610031)

摘  要:鈣質砂廣泛分布于中國南海區域,是吹填造陸的重要材料。鈣質砂顆粒容易破碎,使得其力學特性相比于普通的陸源硅質砂有顯著差異。對取自中國南海西沙群島某島礁的鈣質砂開展了三軸排水循環剪切試驗,研究了圍壓、循環應力比、循環振次對鈣質砂顆粒破碎發展過程的影響。在試驗所采用的圍壓范圍內,鈣質砂在固結過程中產生的顆粒破碎較少,但是在隨后的循環剪切過程中產生了顯著的顆粒破碎。在循環剪切作用下,鈣質砂的顆粒破碎形式主要是尖角的磨損,剪切后試樣的顆粒中出現了一些碎屑和微細顆粒,大顆粒的棱角有一定程度的磨圓,但粒徑無明顯減小。在常圍壓下的等幅循環剪切中,顆粒破碎程度隨著循環剪切次數的增大而增加,增長速率逐漸降低,可以采用對數曲線來描述相對破碎指數的發展過程。再考慮圍壓和循環應力比的影響規律,初步建立了一個描述顆粒破碎演化過程的數學模型。 

關鍵詞:鈣質砂;三軸排水循環剪切試驗;相對破碎指數;演化規律

PSI技術應用于防波堤沉降監測研究

黃其歡1,王青青1,何  寧*2,王一安1,周彥章2

(1. 河海大學地球科學與工程學院,江蘇 南京 211100;2. 南京水利科學研究院巖土工程研究所,江蘇 南京 210024)

摘  要:防波堤工后穩定性監測是其安全運行的關鍵,需大量的實測數據進行分析評估,而水準測量和GPS等傳統測量方法需耗費大量人力物力,且僅能提供稀疏的點狀沉降數據。PSI技術通過雷達傳感器和地面目標(如人工建筑物、道路和其它基礎設施)之間距離變化信息,獲取高密度目標點的雷達視線向形變值,轉換得到垂直向位移(沉降量),適用于監測長期發生緩慢形變的區域。以某港區東防波堤(8 km)為例,對2016年9月29日至2017年12月29日共38景Sentinel-1A衛星C波段合成孔徑雷達影像處理分析,提取788個均勻分布的穩定散射體點(PS點),并選取9個特征點分析其形變規律。結果表明,該防波堤累積沉降量達到336 mm,占堤高的0.8%,堤身安全穩定。最后將PSI監測結果與同期水準測量結果對比分析,可以發現二者具有一致性,能滿足防波堤地表沉降的精度要求,表明PSI技術在同類線性工程沉降監測領域具有較大應用潛力。

關鍵詞:防波堤;PSI;沉降監測;Sentinel-1A

承壓水越流對地下結構浮力影響試驗研究

木林隆1,2,王  樂1,2,黃茂松1,2,何彥承1,2,康景文3

(1. 同濟大學巖土與地下工程教育部重點實驗室,上海 200092;2. 同濟大學地下建筑與工程系,上海 200092;

3. 中國建筑西南勘察設計研究院有限公司,四川 成都 610000)

摘  要:針對承壓水地層中地下結構受到浮力預測不準確的問題,開展存在地下結構的土層中豎向滲流模型試驗,考察不同環境中的承壓水滲流對地下結構的浮力影響。主要探討不同水力梯度下均質土層中豎向滲流及承壓水向上穿越弱透水層滲流時,所產生的孔隙水壓力變化規律及其對地下結構的浮力的影響特點。試驗表明:存在滲流時,土中孔壓分布和地下結構浮力與靜水壓力不符;均質土中豎向滲流時,孔壓和浮力較同深度理論值的提升比例與豎向水力梯度成正比;承壓水在上覆弱透水層中滲流時,弱透水層中孔壓和浮力的提升比例要大于強透水層,且土分層界面處孔壓和浮力的提升比例最大,約為2倍的水力梯度。

關鍵詞:地下結構;承壓水;滲流;浮力;孔隙壓力

基于地表實測爆破振動的巖體動力學參數快速反演方法

楊招偉1,2,盧文波*1,2,高啟棟1,2,陳  明1,2,嚴  鵬1,2,王高輝1,2 

(1. 武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室,湖北 武漢 430072;2. 武漢大學水工巖石力學教育部重點實驗室,湖北 武漢 430072)

摘  要:巖體動力學參數的準確、快速獲取對水利工程設計、施工及建設起著重要作用。盡管可通過現場原位試驗、經驗關系法等傳統方法對其進行評估,但上述傳統方法均存在耗時長、投資大等缺點,且難以準確快速的獲取大尺度巖體動力學參數。本文通過分析地表實測爆破振動波形,識別出各測點P、S波初至到時,進一步給出各個測點區間內P、S波的平均傳播速度,提出基于地表實測振動的巖石動力學參數預測方法。并以豐寧抽水蓄能電站為例,基于爆破試驗實測振動數據反演的巖體動態模量約為北京勘測設計研究院推薦使用的靜態模量值的2.2~2.9倍,動泊松比為靜泊松比的0.9~0.975倍。提出的基于地表實測振動預測巖體動力學參數的方法為工程尺度下快速獲取巖體動力學參數提供了一條新途徑。

關鍵詞:巖體動力學參數;工程尺度;實測振動;初至到時

硫酸鹽侵蝕水泥改良路基段上拱研究

堯俊凱1,葉陽升1,王鵬程2,陳  鋒2,蔡德鉤2

(1. 中國鐵道科學研究院,北京 100081;2. 中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所,北京 100081)

摘  要:首先對某高速鐵路無砟軌道路基上拱問題進行了資料調研,通過現場變形監測、填料取樣試驗、礦物成分分析等手段,明確了硫酸鹽侵蝕水泥改良填料膨脹是引起路基上拱主要原因,然后結合化學反應機理和室內模擬試驗,對發生此類膨脹變形的反應條件、膨脹變形特征進行了分析。研究結果表明,膨脹變形主要發生在路基水泥改良填料層位,該土層具有大量硫酸鹽侵蝕水泥產物鈣礬石和硅灰石膏發育的特征,路基上拱與硫酸鹽侵蝕水泥改良土形成鈣礬石和硅灰石膏晶體相關;水泥改良填料中相對潮濕的高PH值堿性環境和石膏等硫酸鹽礦物的存在是發生此類膨脹變形的必要條件;硫酸鹽侵蝕水泥改良填料將發生持續性膨脹變形,上拱持續時間可達數年,破壞性強。本文研究成果可供類似環境下路基工程的建設及相關研究借鑒。

關鍵詞:路基上拱;水泥改良土;硫酸鹽侵蝕膨脹;X射線衍射分析;鈣礬石;硅灰石膏

邯鄲強膨脹土三向膨脹力特性試驗研究

劉洪伏1,汪時機*1,李  賢1,2,梁廣川1,沈泰宇1,何丙輝2

(1. 西南大學工程技術學院,重慶 400715;2. 西南大學資源環境學院,重慶 400715)

摘  要:對在不同干密度、初始含水率、溫度下的邯鄲強膨脹土和復合改性后的膨脹土進行三向膨脹力試驗研究。結果表明,在試驗條件范圍(干密度:1.2,1.35,1.5,1.65 g/cm3;初始含水率:15%,18%,21%,24%;溫度:20℃,35℃,45℃,55℃,65℃)內,豎向與水平向膨脹力的比值隨干密度增加而增加,干密度等于1.2 g/cm3時,比值接近1;干密度是決定平衡時間的關鍵因素,干密度越大的試樣膨脹平衡時間越長,且所有試樣平衡時間都在3000 min內;在室內常溫(20℃左右)和初始含水率相同時,豎向膨脹力隨干密度呈指數關系遞增;相同溫度和干密度下,隨著初始含水率增加,三向膨脹力皆呈線性減小的規律,且三向膨脹力與初始含水率關系曲線的斜率隨干密度線性遞增;經過0.8%PVA(聚乙烯醇)+5%KCl(氯化鉀)的混合溶液改性,并添加0.6%聚丙烯纖維后的土樣豎向膨脹力下降33.3%,0.8%PVA+4%CaO(氧化鈣)的混合溶液改性的土樣豎向膨脹力下降16.7%。未改性和經過0.8%PVA+4%CaO的混合溶液改性的土樣豎向膨脹力隨著溫度的升高而減小,經過0.8%PVA+5%KCl的混合溶液改性,并添加0.6%聚丙烯纖維后的土樣隨著溫度升高豎向膨脹力先增加,溫度大于45℃后逐漸減小。

關鍵詞:強膨脹土;膨脹力;干密度;溫度;復合溶液改性

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