敏感因素劣化对导堤边坡稳定性影响的数值模拟

以吴淞导堤工程为案例,基于超声波现场检测及室内强度试验、探地雷达现场检测试验、潜水员水下探摸及测量结果,分别评价导堤在长期运营过程中护面混凝土结构、内部堆石结构、导堤两侧坡度变化以及两侧冲淤演变等敏感因素的劣化程度,并采用有限元数值模拟方法研究导堤护面混凝土结构等4种敏感因素劣化对导堤边坡变形及稳定性的影响。结果表明:导堤护面混凝土及内部堆石结构弹性模量与导堤水平位移最大值均呈负指数关系;导堤安全系数随着坡度的增大而呈现出近似线性减小;导堤位移的最大值随着导堤左侧淤积和右侧冲淤高程的增加呈线性增大,在实际加固维护方案设计中应该引起重视。     

地下空洞的面波探测

 利用有限元方法对Rayleigh 面波的波场特征进行数值模拟,比较不同网格长度对Rayleigh 面波频散的影响,针对20 Hz的主频震源,确定当网格划分长度为0.5 m 时可满足要求。由于Rayleigh 面波散射的时距关系为双曲线,在地面布置检波器可接收到地震信号,根据地震记录所携带的地质信息对非均匀地质体进行查找,通过数值模拟验证其有效性。以Lafayette 体育馆的空洞为例,研究表明Rayleigh 面波勘探结果与电法探测的结果吻合。通过频散数据按等效半空间法,反演得到V-H 频散曲线排列和x-H-V 速度等值线图,在勘探深度范围内,能较准确地确定地下空洞的位置。     

浅地表面波频散曲线组合勘探方法

面波勘探方法因其分辨率高、能量强,而且成本低、操作便捷等优势,被广泛应用于浅地表S波速度结构探测。为了兼顾面波探测深度及浅层分辨率,通过不同道间距组合,不同主频检波器组合,主、被动源组合,获得宽频带的面波频散曲线,实现在提高探测深度的同时保持浅层分辨率。实测结果表明,面波频散曲线组合勘探有效拓宽了频散曲线的频带宽度,兼顾了横波波速度结构反演深度和浅部速度结构的分辨率。     

岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征

根据边坡失稳的地球物理模型,系统研究了岩石边坡失稳的瑞利面波基阶模的相速度、波数响应特征,总结了边坡从稳定→失稳演化过程的瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从中提取边坡失稳的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等特征标志,使瑞利面波法不仅能用于探测边坡失稳的滑动面或结构面,而且还能评价边坡的稳定性,对边坡失稳进行综合预测预报.     

TI地层井孔中正交偶极子声波测井的物理模拟

采用缩小尺寸的模型井和自制的声波测井模拟试验系统模拟研究正交偶极子声源在井轴与TI介质的对称轴呈不同夹角的模型井中声传播的特征,采用慢度时间相关法、频散分析方法及各向异性分析方法对测量得到的四分量偶极子波形进行分析,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:正交偶极子声源在TI介质井孔中激发的弯曲波的速度随井轴与介质对称轴夹角的变化趋势与对应的横波体波速度的变化趋势相一致,且略小于对应的横波体波速度;从试验数据中提取的快、慢弯曲波的频散曲线互相平行,与固有各向异性地层井孔中的快、慢弯曲波频散曲线互相平行的理论相一致;通过HTI井孔中的正交偶极子模拟测量试验验证了地层横波各向异性测量及快横波面测量的可靠性。     

多道瞬态面波法在强夯地基处理工程的应用

多道瞬态面波法基于在不均匀介质中,面波具有频散性.通过对频散曲线进行分析,可划分不同深度相应的面波,而面波与剪切波有密切关系.剪切波在建筑抗震设计中,可用于建筑场地类别划分,同时也是场地地震效应评价不可缺少的参数.通过工程实践,用统计方法建立剪切波与土体的标准贯入试验击数、地基承载力、黏聚力及内摩擦角等参数的关系,可间接提供强夯地基处理施工中,因客观原因,缺少土层参数的不足.为此,通过工程实例,说明多道瞬态面波法在强夯地基工程的应用效果.     

基于起伏地形的瑞利面波有限差分数值模拟

利用瑞利面波的频散特性及其不同频率瑞利面波能量随探测深度衰减变化规律,能够用来进行浅地表的地质勘探和地球内部构造的研究。利用有限差分数值求解的算法,模拟起伏条件下的地下介质中的瑞利面波;建立速度-应力弹性波动方程,利用交错网格的差分方式,引入完全匹配层(Perfectly matched layer,简称PML)的人工边界条件,对几种简单的起伏地表模型进行正演模拟。结果表明交错网格有限差分方法有比较好的精度,PML边界条件能够对来自边界的虚反射有较好的吸收处理。     

瞬态面波技术在岩溶地区勘察中的应用

利用面波在不同介质中传播时具有频散的力学特性，将其利用于岩土工程勘察中，可以解决许多利用常规方法不易解决的岩土勘察问题，工程实践表明，利用多道瞬态面波法和高密度地震影象法是一条有效的勘察辅助手段，效果良好。     

一非饱和多孔介质层中Love波频散特性

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love 波的频散方程,计算分析多阶模态Love 波频散曲线。结果表明,Love 波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。 Love 波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。     

非饱和多孔介质层中Love波频散特性

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。Love波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。     

高堆石坝填筑施工过程中协调控制计算机仿真建模

高堆石坝坝面施工过程中常涉及到不同料物填筑的协调问题,对不同料物进行合理的施工顺序和施工强度协调对施工速度和工程质量有重要意义针对堆石坝填筑计算机仿真研究较少考虑坝面不同填筑材料之间填筑强度的相互协调问题,借鉴网络计划逻辑关系描述,对堆石坝各种料物之间的填筑施工的强度协调问题进行了研究,提出了一种坝面填筑材料之间协调控制的仿真模型,并提出坝面可达填筑强度和工期限制强度两个概念最后,以糯扎渡工程为例对所提出的仿真模型的可行性进行了验证．     

人工堆石料的颗粒破碎率

天然堆石料的颗粒破碎率不易准确测量。为精确测量堆石料的颗粒破碎率,对人工模拟堆石料进行了颗粒破碎三轴试验研究,并对试验后试样颗粒破碎的情况进行了详细筛分和统计。结果表明:破碎颗粒可分为残缺颗粒和完全破碎颗粒,两者的质量分数存在幂函数关系。现有的多粒径指标Bg、Bf和Br仍可作为颗粒破碎的影响参量使用,而单一粒径破碎指标B15、B10和B60局限性较大。     

考虑围压效应的高土石坝动力响应分析

试验结果表明土石材料的动力特性参数有很强的围压依赖性,所以在高土石坝动力计算分析中考虑围压效应是十分必要的.在广泛应用的Hardin-Drnevich本构模型的基础上,提出了改进动剪切模量与动剪应变关系式及阻尼比与动剪应变关系式的方法,得到一个可以考虑围压效应的改进模型,与实际工程试验曲线对比结果表明,新模型可以较好地模拟土石料在各个围压下的动力特性.根据新模型编制相应计算程序并应用于长河坝高土石坝地震动力反应分析中,得到了大坝整体动力反应规律与大坝地震永久变形,为工程设计提供参考.     

微生物诱导碳酸钙沉淀提高红砂岩堆石料无侧限抗压强度的试验研究

为改善红砂岩堆石料的力学性能,采用巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀矿化技术加固红砂岩堆石料。对不同含石量的红砂岩堆石料进行无侧限抗压强度试验,并测定土体的抗压强度指标与碳酸钙产量来表征微生物改良堆石料效果,结合扫描电镜分析微生物改良堆石料的微观结构特征。结果表明：巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀改善红砂岩堆石料的抗压性能效果明显,经过恒温养护10 d矿化效率最高,土样由初期黏土的黏结作用转变为碳酸钙胶结作用,养护后期土样表现出更大的脆性特征;在一定含石量范围,微生物矿化产生的碳酸钙产量与含石量和养护时间呈正相关性,且抗压强度与碳酸钙产量呈正比关系,进一步表明碳酸钙胶结作用是试样抗压强度增大的主要因素;从SEM(scanning electron microscope)图像分析,高含石量堆石料为微生物提供更大生存繁衍和活动空间,微生物矿化生成碳酸钙晶体主要附着在土体骨架粗颗粒上和填充于颗粒间的孔隙,有效加强了土体颗粒间的胶结作用并增强了土体的力学性能。     

基于核磁共振成像技术的堆浸细观渗流速度场特性

采用核磁共振成像技术对柱浸渗流过程进行非接触、无损探测,得到溶液静止和流动时的核磁共振图像.通过对速度值分布的分析,评价了速度场均匀性,得到了均匀性指数与喷淋强度的关系,进而研究了细观渗流速度场分布特性和孔隙内速度场演化规律.研究表明：流速分布具有明显的不均匀性,流速值与孔隙大小并不严格一致;不同喷淋强度下速度值分布趋势相似,最大流速与喷淋强度正相关;通过分析速度场均匀性与喷淋强度间关系可得到喷淋强度阈值,实验中0.7 L· cm -2·h -1为此粒级级配的喷淋强度阈值.现场应用动态喷淋强度可明显改善堆场的渗透性,提高铜的浸出率.     

钨合金球形破片侵彻DFRP靶板的试验研究

为研究钨合金球形破片对DFRP靶板的侵彻规律,利用弹道枪动加载设备,研究了两种质量的钨合金球形破片对不同厚度DFRP靶板的侵彻. 根据弹道试验结果,获得了弹道极限速度和靶板面密度的关系,并利用量纲分析法得到了弹道极限速度的经验关系式,其预测值与试验结果吻合较好;分析了DFRP靶板在钨合金球体高速撞击下的主要破坏模式及细观吸能机制,并且获得靶板面密度和钨合金球形破片的初始撞击速度对弹道吸能的影响规律.      

粗粒料颗粒破碎三维离散元模型及其在密度桶试验中的应用

采用局部应力集中的最大接触力破碎准则,将阿波罗填充模式和最大接触力方向相结合,考虑整体破碎与局部破碎两种破碎模式,建立模拟粗粒料颗粒破碎的离散元模型,对大粒径堆石料的大型相对密度试验机制进行了研究。结果表明:不同破碎模式下的细观力学响应存在较大差异,模拟大粒径堆石料的局部破碎模式可以有效提高数值模拟的精度;堆石块体强度越高,级配偏差对于极值干密度影响程度越大;密度桶高径比过小时,不利于堆石体的振动密实和颗粒重排列,此时试验级配最大干密度的测量值可能远低于理论值,以测量值作为堆石料现场压实检测判别标准,可能会出现相对密度大于1 的情况。     

快速液压夯动力补强效果无损评价试验研究

为了探究快速液压夯动力补强效果,对同种液压夯不同夯实次数处理过的路基开展瞬态面波无损检测,然后进行钻土取芯并开展土工试验,得到了含水率与压实度等相关土体参数随深度变化情况。基于瑞雷波波速及相关土体参数,建立了压实度经验模型,并通过实测数据进行了验证。试验结果表明：瑞雷波波速云图呈现明显的层状分布,干密度和压实度随着路基高程增加逐渐提高,在路基表面处,夯实2组的路基压实度与未夯实路基相比提高了1.95%,夯实4组的路基压实度与未夯实路基相比提高了3.13%;在路基表面处,夯实2组的路基干密度与未夯实路基相比提高了0.91%,夯实4组的路基干密度与未夯实路基相比提高了1.01%。进行瑞雷波速与原位试验实测纵向压实度关系曲线标定时考虑含水率对瑞雷波速的影响进行回归拟合,建立了相关性良好的波速-压实度经验模型,提高了基于瞬态面波的压实度检测方式精度。     

北京地区土层剪切波速与埋深之间的相关性分析

剪切波速是土体重要的动力学参数之一。以收集到的北京地区地震安全性评价报告中实测剪切波速资料为依据,进行统计分析;利用幂函数作为回归模型,给出该地区包括黏土、粉质黏土、粗中砂、粉细砂和粉土五种常见土类剪切波速与埋深之间关系的推荐模型;并和全国范围内常规土类的回归模型及《构筑物抗震设计规范(GB50190—2012)进行对比。利用两个不同场地实例对比验证了回归模型的可行性。结果表明:①区域内各常见土类(除人工填土外)剪切波速与埋深间存在联系,且离散程度随埋藏深度增大而增大;②推荐模型除Ⅱ类场地细砂土表现略差于刘模型外,其余土类均较为接近实测数据;③区域性对剪切波速与埋深之间的相关性存在影响。