兰州高坪黄土湿陷系数的试验压力取值探讨

湿陷性黄土场地的湿陷性质、类型评定与侧限浸水压缩试验的测试压力关系密切.考虑地区、基础型式、埋深和应力扩散的综合影响,确定湿陷系数测试压力,为准确确定地基的湿陷量提供依据.通过兰州两处高坪8个不同位置的湿陷性黄土的室内湿陷性试验,分析黄土密度、含水量、湿陷系数沿深度的变化规律.针对中小型建筑工程采用条形基础时,考虑3个不同基底压力在地基中的附加应力扩散规律,探讨饱和黄土地基总应力沿深度的变化规律,给出不同深度的黄土湿陷系数的浸水压力的建议值表.     

黄土隧道围岩局部浸水静力特征分析

我国西北地区湿陷性黄土分布广泛,由于其具有孔隙大,强度低等性质,导致黄土隧道修建时面临极大的困难与挑战。为了深入研究黄土隧道围岩局部浸水后对隧道结构稳定性的影响,本文依托定西锦屏隧道,借助Midas/GTS建立隧道模型,分别针对正常开挖后和局部浸水两种工况进行对比分析。研究局部浸水后黄土隧道围岩和衬砌结构的变形规律和力学特征。结果显示：正常开挖与浸水后,围岩最大沉降值均出现在隧道拱顶,开挖后最大沉降值为9.60mm,局部浸水后围岩最大沉降量增大到13.18mm;隧道开挖后围岩最大主应力为59kPa,浸水后,围岩最大主应力出现在拱顶与仰拱处,最大值为89kPa。黄土隧道围岩局部浸水后,衬砌结构的最大压应力为5.06MPa,最大拉应力2.08MPa。最大压应力只达到设计强度的42%,最大拉应力超过抗拉设计强度。     

大厚度黄土地层拓宽路基浸水破坏机制

为研究大厚度湿陷性黄土地层浸水湿陷条件下拓宽路基变形破坏特性,基于长安大学土工离心机,安装了降雨浸水系统和位移量测系统,开展与实际应力相一致的离心模型试验,并根据试验结果探讨了湿陷性黄土地层拓宽路基的浸水破坏模式.试验结果表明:拓宽路基荷载影响下,新路基以及部分老路堤会产生新的沉降,最大沉降值出现在拓宽路基形心处,进而产生新旧路基间的不协调变形;持续降雨将会在拓宽路基坡脚处产生雨水入渗,入渗将诱发大厚度湿陷性黄土层内部产生非均匀湿陷,这会导致新旧路基体产生不同程度的湿陷突变,在湿陷突变所产生的差异沉降的作用下,路基边坡首先出现裂缝,进而在新旧路基拼接带处也出现裂缝,最终面临因地基整体增湿失稳所带来的更为严重的路基路面塌陷、滑移等问题.     

湿陷性黄土地基大跨度桩基承载特性模型试验

城市车辆段上盖开发工程中的大跨度桩基具有单桩竖向承载较大、桩间大跨度范围内土体受荷较小的特点。以西安地铁某车辆段大跨度桩基为研究对象,制备人工湿陷性黄土作为相似材料,开展了湿陷性黄土地层大跨度桩基的室内模型试验,研究大跨度桩基在湿陷性黄土地层中的荷载传递机制与变形规律。结果表明：制备的人工湿陷性黄土与现场原状黄土性质接近,将其应用于模型试验时可以得到良好的效果;大跨度桩基在未浸水时,荷载沉降曲线为陡降型,桩身轴力在桩顶附近显著下降,未达到极限承载力时,桩顶沉降、桩端阻力线性增大;在黄土浸水湿陷后,桩身轴力沿埋深方向呈“D”字型分布,随着浸水时间的增加,桩顶沉降、桩端阻力先缓慢增加后显著增加,中性点位置不断向桩身下部移动。     

泥质页岩偏压隧道支护结构受力特征研究

为了研究中国西南地区泥质页岩地层修建隧道时所存在的围岩大变形、初期支护偏压破坏等现象,依托中老铁路玉溪至磨憨段曼木树隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟相结合的方法对泥质页岩偏压段的围岩变形、围岩压力和钢拱架应力进行研究,探讨支护结构的受力特征.研究结果表明:上台阶开挖后的变形占总变形量的80％,最大变形位置为左侧拱腰处;围岩压力和钢拱架应力呈现明显的"上大下小"和"左大右小"的空间分布特点,围岩压力最大值为386.4 kPa,钢拱架应力最大值为174.2 MPa;模拟结果与实测结果变化趋势接近,具有明显的偏压特征,左侧拱腰位置偏于危险.研究成果可为泥质页岩地层下隧道的设计和施工提供参考.     

浅谈湿陷性黄土性质及常用地基处理方法

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下,或在自重应力和附加应力共同作用下,因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的黄土。本文阐述了湿陷性黄土湿陷的机理和工程特性以及湿陷性黄土地基的处理方法,并对不同方法的作用效果进行了对比总结,对于类似工程的研究与施工有一定的意义。     

浅埋暗挖黄土隧道地层及围岩力学特性变化规律

以新建蒙华铁路运煤通道青化砭隧道为依托,埋设地层变位和围岩应力测试元件,对开挖时黄土地区大跨径浅埋隧道的地层及围岩力学特性变化规律进行了研究。结果表明：拱顶沉降和水平收敛变形可分为均匀变形阶段和稳定变形阶段,竖向地层沉降随埋深的增大先增大后减小;当工作面稳定时,横截面方向和轴线方向的水平位移超前影响距离分别为8m、15m。滞后和超前开挖时,周围土体横截面方向和轴向水平位移分别向隧道内侧和背离隧道方向发展;初期支护施做后,衬砌应力重新分布,仰拱压力增大,而左右拱腰压力不变。所得结论可为黄土地区浅埋暗挖大跨度隧道的设计和施工提供参考。     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

湿陷性黄土地基不均匀沉降: 砌体结构基础变形规律

由于湿陷性黄土地基抗剪抗弯能力弱、浸水易发生湿陷变形。地基不均匀湿陷沉降变形极易引发地基、基础局部产生脱空现象,本文针对湿陷性黄土地区砌体结构建筑物地基基础局部产生脱空变形进行了研究,假定湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线符合Peck公式,利用静力平衡、Fourier级数对弹性地基梁挠度进行了数学表达式推导,通过自编程序计算,结果发现变量k取10和100时的值基本相同,湿陷性黄土地基表面及地层表面不均匀沉降曲线基本符合Peck公式,计算结果与实际情况基本相符,为湿陷性黄土地区砌体结构建筑检测、加固、维修提供理论依据。     

西宁地区不同湿陷程度黄土的微观结构分析

为防止由于黄土的湿陷性导致道路不均匀沉降问题,通过采用单线法测定不同压力下西宁地区强、弱湿陷性黄土的湿陷变形量,并利用扫描电子显微镜、压汞仪对其内部结构特征进行研究分析,探讨黄土内部结构与宏观湿陷变形的相关性,对路基高度进行合理设计。研究结果表明:(1)随压力增大,强、弱湿陷性黄土湿陷变形均表现为"显著—平缓—稳定"三个阶段,且强湿陷性黄土较弱湿陷性黄土的湿陷量变化增长斜率较陡,发展变形速度快;(2)弱湿陷性黄土较强湿陷性黄土浸水前后的颗粒由松散易被挤密,孔隙也被细小的集粒填充且连通性变差,由间接接触为主的连接方式变为直接接触;(3)强湿陷性黄土较弱湿陷性黄土浸水前后的孔隙面积比例下降幅度较大,孔隙有序性差且孔隙圆形度减小,颗粒易被压碎且集团化程度较弱,孔隙进汞量大,20μm孔径分布含量较高,与其宏观湿陷性具有较好的相关性。     

黄土公路隧道衬砌开裂分析

衬砌开裂是黄土公路隧道普遍存在的病害。为了预防和处治衬砌开裂,保证黄土隧道结构的长期稳定性,针对甘肃省榆中县新庄岭黄土公路隧道衬砌开裂的病害特征,运用数值仿真、实测等手段分析了病害产生的机理和原因。结果表明,黄土浸水导致土体强度降低、变形增大,从而增大了围岩塑性区范围和变形压力,恶化了衬砌结构受力状况,使衬砌结构拱顶内侧及拱脚外侧被拉裂,进而使拱脚内侧被压裂。根据隧道病害状况,提出了采用环氧树脂嵌补及凿槽嵌入钢拱架法处治衬砌开裂的建议,为分析和处治黄土公路隧道衬砌开裂提供了依据。     

黄土湿陷变形本构关系研究

根据黄土湿陷变形的结构性原理,分析了湿陷变形的塑性特性,引用增湿软化模型ZSM体作为增湿变形的力学模型,应用常规三轴浸水试验研究了不同的应力状态下湿陷性黄土在水和力共同作用下的湿陷变形特性,将增湿含水量作为内应力考虑,并由试验拟台得出湿陷体积屈服面和剪切屈服面,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构模型,该模型考虑了湿陷变形中的湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对湿陷体积变形和湿陷剪切变形的交叉影响,反映了黄土湿陷变形的特性。     

四车道大跨度浅埋黄土隧道开挖方案数值分析

为保证四车道浅埋黄土隧道的施工安全,优化施工方案,采用数值模拟手段对大断面黄土隧道开挖常用的三台阶七步开挖、中隔壁、交叉中隔壁和双侧壁4种方法进行系统的对比和分析。结果表明:(1)四车道浅埋黄土隧道与普通的两车道隧道变形存在较大差异,拱顶下沉显著增大,水平收敛较小且拱脚有向外挤出的趋势,故变形监测应以拱顶下沉为主;(2)地层竖向位移随深度的增加线性增大,距拱顶4m范围内呈指数型增大,且与洞周形成塑性区有关;(3)围岩应力均未超过其强度极限,初期支护应力较大,起到了主动承载和控制围岩松弛的作用,其与围岩共同承担大部分荷载,二次衬砌应力普遍较小,可为隧道结构提供安全储备;(4)变形控制要求严格的地区推荐使用双侧壁法,允许较大变形的情况优先采用三台阶七步开挖法。结论可为黄土隧道设计和施工方法的选择提供理论依据。     

双连拱隧道中隔墙数值模拟分析

针对双连拱隧道在施工过程中的中隔墙受力、变形问题,运用MIDAS GTS 2.6大型有限元程序建立了重庆市高新区森谷路双连拱隧道地层结构法数值模拟计算模型。对双连拱隧道三导洞台阶法开挖具体施工阶段进行数值模拟,同时双连拱隧道中隔墙进行受力变形分析。得到了各施工阶段中隔墙应力及位移变化情况,得出三导洞台阶法开挖工法施工过程中中隔墙应力及竖向位移均呈现"对称—不对称—对称"的分布过程,并对施工过程中可能的风险提出了切实可行的处理措施,以期对双连拱隧道的设计和施工提供一定的理论借鉴。     

极端降雨对黄土沟壑区隧洞施工力学效应影响分析

黄土地区输水隧洞的建设中,降雨入渗极大影响着输水隧洞围岩稳定性。本文利用非饱和渗流理论和数值模拟方法研究了极端降雨条件入渗与黄土沟壑区隧洞的开挖扰动耦合影响下围岩的变形和渗流场演变规律,通过Plaxis3D模型对降雨入渗下新奥法施工过程中围岩力学特性、初期支护过程进行流固耦合分析。结果显示,降雨等级越高,围岩孔隙水压力变化幅度越大,对围岩的稳定性越不利;降雨入渗与开挖扰动会加速土层中渗流场和应力场的重分布过程;基于沟道的汇水特性,隧洞围岩含水率在最初5~10 d呈台阶式增长,拱顶、拱腰和拱趾处的最大变形为17.8 mm、28.2 mm、24.6 mm,最大剪切应力为175.3 kPa、182.5 kPa、150.6 kPa,降雨结束约15~20 d围岩变形速率逐渐减小收敛至特定值,但围岩的应力持续增加,为避免围岩发生塑性变形,故可在15~20 d进行二次衬砌支护。本次研究结果可对极端降雨期黄土沟壑地区隧洞施工安全控制提供参考。     

膨胀岩隧道二次衬砌结构受力特性及工程对策分析

膨胀岩对水敏感性强,遇水发生膨胀变形,并产生膨胀压力。为探究膨胀岩隧道在膨胀压力作用下的结构受力特性,以实际隧道项目为工程背景,基于荷载结构法理论,对膨胀岩浅埋隧道在不同的膨胀位置、不同仰拱矢跨比和不同仰拱厚度时的二次衬砌结构的受力特性及变形规律进行了分析和研究,研究结果表明：隧道常规设计断面下,当围岩发生膨胀时,结构承载力不足;当围岩在隧道仰拱和边墙处发生局部膨胀,此工况下的仰拱及拱脚位置处的内力最大,仰拱隆起变形最大,对结构的危害最大;提高仰拱矢跨比和加大仰拱厚度可降低结构内力和抑制仰拱隆起变形,发挥重要作用,但二者提高到一定范围后作用减弱,工程中应视实际情况选择最优仰拱矢跨比和厚度;当围岩在隧道全环发生膨胀时,可通过提高结构混凝土强度等级和配筋率增大结构承载能力。     

黄土地层基坑开挖对既有地铁隧道影响分析

为解决黄土地区基坑开挖对近接地铁隧道运营安全带来的影响,研究基坑工程与地铁隧道之间的相互作用机理,基于正交试验分析了水平净距,竖直净距等影响因素敏感性程度,并进一步结合西安地铁八号线幸福林带基坑工程,采用室内模型试验分析了基坑开挖对既有隧道影响的受力变形规律,结果表明:基坑与隧道的竖直净距和水平净距对隧道水平和竖直位移...     

大断面浅埋黄土隧道大变形控制技术及效果分析

为研究超大断面浅埋黄土隧道大变形控制技术及效果,依托隧道大变形事故案例,对隧道围岩变形破坏特征及原因进行分析,结合隧道地质条件及围岩特性,提出了合理有效的围岩变形控制技术及施工工艺,并应用数值模拟和现场测试对3种加固措施工况下的变形及应力进行分析。研究结果表明:超大断面浅埋黄土隧道围岩变形主要表现为前期变形速率大,变形持续时间长,累计变形量大,拱顶最大累计沉降为124.3 cm,围岩变形受开挖扰动和持续降雨影响显著;采取临时套拱加固有效抑制变形的持续发展,避免塌方事故的发生,而径向注浆加固和强化支护参数为后续顺利完成大变形段换拱施工提供安全保障;浅埋偏压地段采用地表超前预注浆技术,有效地改善上覆围岩特性,后续施工累计变形均在预留变形量范围内,确保了施工安全和进度。     

锚杆支护下两向不等压深埋隧洞受力与变形弹性分析

为了给引水隧洞隧址选择和支护参数设计提供理论参考,采用均匀化方法,基于复变函数理论,推导了非均匀应力场下锚杆支护时深埋圆形隧洞的应力及位移弹性解析解,并给出了洞周切向应力及径向位移随围岩弹性模量、侧压力系数、锚杆长度、半径和环向间距等参数的变化规律。通过算例分析,得出以下结论:（1）随着围岩弹性模量的增大,隧洞洞周各点的切向应力和径向位移均减小,且对围岩弹性模量（单位:GPa）在[5,10]区间最敏感;（2）侧压力系数在（0,1]区间时,洞周最大切向应力和径向位移随其增大而减小;在[1,2]区间则相反,并对侧压力系数在[1,2]区间更敏感;（3）随着锚杆长度的增大,洞周的切向应力和径向位移逐渐减小;随着锚杆半径增大,洞周的切向应力逐渐增大,径向位移逐渐减小;而随着锚杆环向间距的增大,洞周应力和位移的变化趋势与锚杆半径的规律相反。