乔木护坡效果物理模型试验研究

随着人们对环境保护的日益重视,植被护坡作为一种生态友好型的边坡支护方式逐步得到了广泛应用,其中针对草本和灌木护坡效果的研究较多,但有关乔木护坡效果的研究较少。为此,本文通过3D打印技术制作了较为逼真的乔木根系模型,并基于自行设计的滑坡物理模型试验平台,开展了乔木护坡效果物理模型试验,对边坡变形破坏全过程中抗滑力、坡体位移和坡体滑动面积进行了分析。结果表明：与无根系护坡试验工况相比,(1)有根系护坡坡体的抗滑力峰值增大、达到峰值所用时间延长,峰后抗滑力衰减程度降低;(2)有根系护坡坡体的坡体位移,随着根系长度和布设排数的增加总体呈现下降趋势,且研究发现：持续增加根系长度并不能持续显著减小坡体位移,而当根系长度较大时,适当减少根系布设排数亦能达到较好的护坡效果;(3)有根系护坡坡体的滑动面积明显减小。上述认识丰富了乔木护坡效果方面的研究,对乔木护坡实际工程应用有一定指导意义。     

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性的试验研究——平行双根

为探索乔木根系在浅层滑坡中的阻滑效应及变形特性,以自行设计加工的大型层叠式根土复合体直剪仪为基础,对海口地区橡胶树(乔木)直根进行了不同深度剪切面处的乔木根土复合体大型直剪试验,得到了不同剪切面处乔木根系的阻滑能力及变形特性。试验结果表明:对比相同推力作用下含根土和素土剪切盒位移,发现根系的存在具有提高土体强度,延缓破坏的能力,乔木根系的存在主要通过根土之间的摩擦力起到对土体的加筋作用来有效提高土体的强度。随着剪切深度的增大,根系的阻滑能力逐渐加大;但加筋率逐渐减小。靠近剪切面处的根系相对位移最大,随着距剪切面距离的增加根系位移逐渐减小。根系的变形说明根系有将剪切面上下土体连成整体共同承受剪力的作用,且根系变形越大抵抗抗剪强度的能力越大。研究成果对于深入研究乔木直根在浅层滑坡中的阻滑及变形机理提供了试验依据,为更好的将植被根系的阻滑作用运用到浅层边坡治理中奠定了基础。     

浅层滑坡中乔木直根阻滑效应及变形特性试验研究—平行双根

为探索乔木根系在浅层滑坡中的阻滑效应及变形特性,以自行设计加工的大型层叠式根土复合体直剪仪为基础,对海口地区橡胶树(乔木)直根进行了不同深度剪切面处的乔木根土复合体大型直剪试验,得到了不同剪切面处乔木根系的阻滑能力及变形特性。试验结果表明：对比相同推力作用下含根土和素土剪切盒位移发现根系的存在具有提高土体强度延缓破坏的能力,乔木根系的存在主要通过根土之间的摩擦力起到对土体的加筋作用来有效提高土体的强度。随着剪切深度的增大,根系的阻滑能力逐渐加大,但加筋率逐渐减小;靠近剪切面处的根系相对位移最大,随着距剪切面距离的增加根系位移逐渐减小;根系的变形说明根系有将剪切面上下土体连成整体共同承受剪力的作用且根系变形越大抵抗抗剪强度的能力越大。研究成果对于深入研究乔木直根在浅层滑坡中的阻滑及变形机理提供了试验依据,为更好的将植被根系的阻滑作用运用到浅层边坡治理中奠定了基础。     

高竖向应力作用下海砂直接剪切特性研究

随着近海工程项目的日益增多,海砂可作为经济性建筑材料,但关于高应力作用下海砂的剪切特性研究未见相关文献。通过研究高竖向应力作用下中等粒径海砂的直剪特性,探究了剪切速率对强度指标的影响,得出以下主要结论:(1)随着竖向应力的增大,海砂应力-位移曲线的软化特性越来越突出。(2)海砂达到峰值应力时的位移大致呈现随竖向应力的增大而逐渐增大的趋势。(3)剪切过程中,竖向位移逐渐减小并趋于稳定,表现出剪胀特性。(4)竖向位移-剪切位移关系曲线在初始过程呈现出轻微的剪缩过程,表现为一个较长的稳定阶段,主要是与材料选择与高竖向应力有关。(5)剪切速率对高竖向应力作用下摩尔-库伦曲线的斜率有一定影响,近似可认为随剪切速率的增大,表现为内摩擦的降低。研究成果对近海工程项目建设有一定的参考价值。     

用撞击原理分析高耸结构的竖向地震作用

在强烈地震作用下 ,高耸结构的破坏除了因为水平地震的作用外 ,竖向地震作用的影响也很大。本文根据撞击原理对高耸结构的竖向地震作用进行了分析计算 ,表明竖向地震作用的大小主要取决于地震烈度和场地土的类别 ,烈度和场地土类别较高时 ,结构的上部有拉力产生。烈度和场地土类别越高 ,上部结构的受拉范围和最大拉力越大 ;地基基础和下部的质量越大 ,受拉范围下移。     

根系生态护坡的机理及试验研究

针对公路边坡开挖可能导致生态破坏和边坡失稳等问题,分别从理论上分析植物根系生态护坡的力学机理和从试验上研究根系的抗拉锚固能力.理论研究表明,根系提高土的抗剪强度主要是通过根-土接触面的摩擦力把土中的剪应力转换成根的拉应力来实现的;根系在生长时分泌了大量高分子聚合物,将其表面附近的土颗粒聚集起来,从而抵抗边坡土体受水流等...     

低填方钢波纹管涵洞受力变形特性及垂直土压力计算

分析了填筑施工动态过程中钢波纹管涵洞的受力变形特性及管涵周围土压力分布规律,基于马斯顿理论,构建了一种垂直土压力的计算公式,结合试验数据和有限元计算对其进行验证.结果表明:应变随填土高度呈波动增长态势,在管侧填土高度为3.6m时,内外部测点应变出现最大值;填土完成后,内部测点存在受拉或受压状态,而外部测点以受拉为主;水平向和竖向变形随管侧填土高度的增加而增加,呈竖向椭圆形;管涵顶部的垂直土压力最大,垂直土压力系数随倾角的增大而增加.     

考虑轴力的管线变形控制微分方程及其优化解

为计算地铁施工引起的既有管线附加变形,将地埋管线视为弹性地基梁,受到地层竖向和水平位移荷载作用,考虑管线变形的几何非线性,建立了管线变形的控制微分方程组.采用优化方法进行模型求解,进行了案例计算和离心模型试验.将有限元解和试验结果同优化解进行了对比,验证了优化方法的正确性.分析了地层水平位移和几何非线性对管线变形和内力的影响.结果表明:管土摩擦系数较小时,管线在开挖影响范围内全长受拉.管土摩擦系数较大时,管线在隧道开挖中线附近受压,在其余范围内受拉,在管线变形计算中应同时考虑压应变和拉应变.较大的地层沉降使管线变形呈现几何非线性,表现为管线竖向位移引起管线轴向伸长,且管线弯曲变形与轴向变形存在一定的相互影响.     

用撞击原理分析高耸结构的竖向地震作用

在强烈地震作用下，高耸结构的破坏除了因为水平地震的作用外，竖向地震作用的影响也很大。本文根据撞击原理对高耸结构的竖向地震作用进行了分析计算，表明竖向地震作用的大小主要取决于地震烈度和场地土的类剐，烈度和场地土类剐较高时，结构的上部有拉力产生。烈度和场地土类别越高，上部结构的受拉范围和最大拉力越大；地基基础和下部的质量越大，受拉范围下移。     

斜弯独塔混合梁斜拉桥参数敏感性分析

为研究斜弯独塔混合梁斜拉桥在成桥状态下受结构设计参数的影响程度,对结构设计、施工监控和关键控制量制定等提供参考,以张家口纬二桥为工程背景,建立有限元模型。基于结构参数敏感性分析的摄动原理,引入敏感度分析指标,选取塔梁固结处弯矩值、桥顶纵向位移值、背索索力、主梁最大挠度为控制目标,对桥梁钢混结合段位置、桥塔局部温度荷载、斜拉索初拉力和背索竖向倾斜角度等结构参数进行敏感性研究。分析结果表明：桥梁钢-混结合段位置、斜拉索初拉力、背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥主梁挠度和桥塔线形影响较大。其中,混凝土梁和钢梁的跨度比变化15.73%,塔顶纵向位移、主梁最大挠度将分别变化30.3%和29.4%;桥塔局部温度荷载主要影响此类桥塔的纵向变形,对桥塔受力敏感度较低;背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥影响最为显著,背索竖向倾斜角度变化7%,塔顶纵向位移较初始位置最大变化也达到205.8%。     

橡胶隔震支座剪切变形下的竖向拉伸刚度

建立橡胶支座的分析模型,根据支座的变形协调和受力平衡条件,推导出不同拉力时支座竖向拉伸刚度的计算公式,据此分析一个实际的橡胶隔震支座剪切变形下的竖向拉伸性能.结果发现:在剪切变形下,当拉力小于临界值,即橡胶剪切模量与修正的支座剪切面积的乘积时,支座的竖向拉伸性能不是压缩性能的镜像;当拉力大于临界值时,竖向拉伸性能的变化与竖向压缩性能类似,但竖向拉伸刚度远小于竖向压缩刚度.此外,与纯拉伸相比,支座在拉剪作用下容许发生更大的竖向位移,因此,支座在拉剪作用下会改善橡胶层受拉而破坏的情况.     

植被根系对土体渗透特性影响的试验研究

植被根系可以调节土体中水分的入渗过程,植被土的渗透特性是决定植被护坡水力特性的重要参数,也是影响植被边坡稳定性的重要因素.文章选择高羊茅和小叶黄杨植被土,采用现场双环入渗试验分析入渗体积和渗透系数的变化,研究根系对入渗性能的影响;制备不同含根量的土样,通过室内变水头渗透试验研究重塑土和原状土的含根量对土体渗透特性的影响...     

负斜桩顶部水平受拉响应及p-y曲线特征试验研究

为研究倾斜桩的水平受拉响应特征,在模型砂土中设置0°、10°、20°倾斜桩及桩底嵌岩20°倾斜桩,桩顶施加水平拉力,拉力方向与倾斜方向相反,测试4根模型桩的水平位移、应变片与土压力盒应变,获得桩身水平位移、弯矩、土抗力和p-y曲线特征随倾斜角和桩底约束条件的变化规律. 结果表明：1）桩顶水平受拉时,随着倾斜角的增加,负斜桩顶部水平位移逐渐增大,弯矩峰值随之增大,而土抗力峰值逐渐减小,土抗力峰值点位置逐渐降低,单桩的水平承载力随之降低,抗弯能力减小;2）随着桩底约束程度的提高,负斜桩顶部水平位移减小,桩身弯矩峰值、土抗力峰值减小,单桩水平承载力增大,抗弯能力增强;3）水平荷载作用下,本模型的负斜桩破坏模式为“转动+弯曲”,转动点位置随倾斜角的减小或桩底约束程度的提高而下降;4）0°～20°负斜主动桩p-y曲线可采用p/pub= α（y/y50） β进行拟合,倾斜角与桩底约束程度对α影响不大,倾斜角对β值变化幅度影响较小,β值变化幅度随桩底约束程度提高而降低.     

竖向加预应力钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究预应力钢筋混凝土柱的抗震性能，进行了四根预应力钢筋混凝土柱在变轴力和变水平力作用下的反复加载试验．对试件的破坏过程、荷载-位移关系滞回曲线特征、耗能能力等深入分析，得出在试验加载条件下试件的抗震性能明显不对称，且施加了预应力的柱受拉有效工作范围明显增大的结论．同时建议采取在柱中加一定竖向预应力的方式，来改善高层或超高层建筑结构整体弯曲变形时柱中可能出现拉力的情况．为竖向加预应力钢筋混凝土柱的进一步应用提供了理论基础．     

黏性土中倾斜荷载下抗拔桩的模型试验研究

为研究黏性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载试验.对比试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩周土体始终受压,而另一侧土体始终受拉的现象.达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大.此外,极限抗拔承载力随着倾角的增大而增大.在此基础上,依据破坏模式建立了倾斜荷载下抗拔桩的计算模型及桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式.与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好.     

室内静压沉桩试验桩周土体全过程位移场分析

采用室内半桩模型试验研究了砂土中静压桩沉桩过程,基于DIC(digital image correlation)技术对桩周土体位移发展与相应土压力变化律进行了分析研究.试验采用无标识点方法对桩周土体累计竖向位移发展规律进行了全过程分析,并拟合出了桩周土体位移轨迹,揭示了桩周不同位置土体的运动规律.通过对桩周土体竖向位移与相应位置土压力变化进行联合分析,从土体变形的角度对土压力变化机理进行了解释与证明,实现了力与位移关系的统一.最后对沉桩速度对桩周土体位移的影响进行研究.研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和桩周土体压力的发展规律提供参考.     

基坑开挖对围护墙竖向变形的影响机理

采用数值分析方法,研究开挖卸荷引起的基坑围护墙竖向变形机理.在有限差分软件中建立考虑土与结构共同作用的分析模型,采用理想弹塑性接触模型模拟墙土接触力学特性,对比分析了3种土体参数下墙体和墙底土体竖向位移、墙土相对位移和墙体两侧摩阻力分布特性.结果表明:墙体的竖向位移主要由墙底土体竖向隆起和墙土相对滑动共同决定;坑底土体位移主要受到土体卸荷回弹的影响,与土层参数关系较大;当黏聚力增大时,墙体的下沉量减小;砂土的摩擦角越大,墙体的竖向隆起量也越大;墙土相对滑动则受墙体两侧的摩阻力共同作用,而摩阻力受参数取值的影响;当接触属性变强时,坑内摩阻力上升的趋势将增强,墙体发生的竖向隆起量也显著增加.     

基坑开挖对坑内工程桩影响的实测及有限元分析

基坑开挖对坑内工程桩的影响越来越受到工程界的重视.对天津站地下换乘中心盖挖逆作法基坑工程开挖过程中支承于桩基上的钢管柱的竖向位移进行了实测,在此基础上进行了有限元分析.实测结果及有限元分析表明：基坑开挖可导致工程桩产生较大隆起,截至底板浇筑完毕本工程实测钢管柱顶最大值达到33,mm,钢管柱之间及钢管柱与地下连续墙之间产生了可观的差异竖向变形.随着盖挖逆作法基坑分层降水、分层开挖及分层施做地下结构,钢管柱的竖向位移呈波动式发展.坑底以下土体的隆起除在引起桩发生较大的竖向位移外,在桩身还可引起一定的拉力.不同位置处工程桩对应桩身拉应力和侧阻分布相差较大,基坑边部桩受地连墙变形影响较大.在桩顶作用有较大荷载的情况下,基坑开挖后,桩身中下部仍会产生较大的拉力,在设计时须加以考虑.     

多花木兰根系抗拉特性及边坡稳定性分析

以护坡典型植物多花木兰根系为对象进行室内抗拉试验;在假定滑动面平行于坡面的前提下,推导生态护坡中坡体稳定系数的计算公式;研究不同坡度下根系的抗拉力、抗拉强度、弹性模量及边坡的稳定性.研究表明:多花木兰根系抗拉力随着直径的增大呈幂函数增加;根系抗拉强度为21.15~76.08MPa,随着直径的增加呈幂函数减小;坡度越大,同一直径根系的抗拉力与抗拉强度越大.多花木兰根系弹性模量为0.64~2.33GPa,随着直径的增加其弹性模量逐渐减小;根系直径为1.2~2.2mm时,弹性模量减小的幅度大,其他区间减小的幅度较小.坡体的稳定系数与根系的抗拉力呈正相关关系,与边坡的坡度呈负相关关系,并受根的生长方向和密度、植物的种植密度以及原状土的性质等影响.坡体的稳定系数随根系直径的增加呈线性增加.     

倾斜荷载与负摩阻共同作用下的桩基承载特性

利用有限元方法模拟现场倾斜荷载试验及现场负摩阻试验,并对倾斜荷载与负摩阻共同作用下的基桩受力特性进行分析.首先,施加竖向荷载;然后,分先后顺序施加水平荷载与产生负摩阻的地面荷载.研究结果表明:地面荷载先于水平荷载施加对基桩承载有利,当地面荷载为竖向荷载的1.3％时,承受倾斜荷载时基桩桩顶水平位移、桩身最大弯矩、桩身最大轴力与未施加地面荷载情况相比,分别减小35.1％,22.2％和5.6％;当地面荷载后于水平荷载施加时,基桩的水平承载特性与仅受水平荷载时的相比无明显区别;桩侧负摩阻力略增大.