抛石爆破挤淤过程的有限元数值模拟

抛石爆破挤淤的过程主要分为4步。第1步是直接进行抛石挤淤;第2步是在堤头前方的淤泥内进行首次堤头爆破,使淤泥的强度降低,抛石和淤泥之间的平衡被打破,抛石向淤泥内滑移和下沉,直至达到新的平衡;第3步是补填后再次进行爆破,并依次循环;第4步是每50m进行一次侧爆。通过改变淤泥强度的方式来代替爆破作用,利用有限元数值模拟方法对这4个过程进行了模拟,在此基础上进行了挤淤效果的预测。通过工程实例,进行了理论预测与钻探、探地雷达实际检测结果的对比,证实数值模拟的结果是正确的。模拟结果表明经过抛石爆破挤淤4个步骤的处理,抛石最终会形成稳定的马蹄形海堤。     

动静力排水固结法在淤泥质地基处理工程中的应用

以广州南沙泰山石化仓储区1期淤泥质地基处理工程为背景,介绍了采用动静力排水固结法处理促淤饱和软黏土地基的基本思想和工艺。该工程施工与现场实时监测相结合,利用孔隙水压力、土体分层沉降和载荷试验等检测指标对加固效果进行了监测和检测。工程实践表明,采取动力即低能量“少击多遍”的强夯施工工艺,辅以填土预压和设置竖向塑料排水板的静力方法来加固淤泥质地基,其效果明显,促淤地基的物理力学性能和抗变形性能显著提高,整体加固效果很好,工后各项指标完全达到或超过预期值。     

软土地基海堤沉降的有限元模拟

围涂工程的海堤直接坐落在软土地基上,致使地基土受到挤淤、排水固结,产生了较大的沉降量。当前计算海堤沉降基本上按照规范规定以分层沉降总和法为主,辅以软土修正系数,对工后沉降要求结合固结计算和类似工程经验等综合分析确定,对不同的设计人员往往会产生较大的计算误差。如何准确判断海积软土在海堤荷载作用下的沉降变形往往是堤防建造和围海造地等重大工程中的关键环节。为研究海积软土的变形特性,在室内试验和实测沉降的基础上,采用plaxis有限元软件对实际的工程项目全过程施工的模拟,认为采用粘性土弹塑性模型对堤坝沉降变形进行平面应变情况的模拟,沉降模拟跟实测比较接近,并能很好地模拟工后沉降,能解决由经验判断产生的较大误差。     

导流隧洞开挖施工的爆破振动监测与分析

详细分析了导流隧洞地质条件,结合隧洞的布置特点和现场的施工情况,采用固定测点的方案,对隧洞开挖施工进行了现场监测。分析测试数据发现,质点振动速度具有明显的方向效应,质点朝临空面的振动速度明显大于其他方向。测点和爆点不在同一高程时,当两点的高差与爆心距的比值较大时,“高差效应”引起的质点在不同方向的峰值振动速度差别十分明显,当两点的高差与爆心距的比值较小时,“高差效应”明显减弱。对于高差与爆破振动传播和衰减规律之间的关系,以往的研究提出了一些修正公式,但这些公式均把高差作为一个独立的变量进行考虑,物理意义不甚明确。根据前面的数据分析,考虑高差影响的实际意义并结合无量纲分析,取高差与爆心距的比值作为“高差效应”影响因子,对传统爆破振动波衰减经验公式进行了修正,经过对比分析,修正后的爆破振动波衰减规律公式具有更高的精度。同时,对实际监测中出现的振动速度超过安全控制速度的情况进行了分析,及时调整爆破参数,从而有效地控制了爆破振动破坏效应。其研究成果对指导隧道工程开挖爆破施工和保证坝体及大坝帷幕安全起到了重要作用,保证了该工程爆破施工的顺利完成。     

岩体黏弹性蠕变计算的高阶数值流形法研究

数值流形法（numerical manifold method）是一种新型的数值计算方法,已成功应用于岩土工程的诸多领域,但该方法尚未应用于岩土工程蠕变分析。近年来对高阶流形法的研究表明,对复杂的岩土工程问题,使用高阶覆盖函数可明显提高流形法的计算精度。为此,开展了用高阶流形法模拟蠕变的研究,在高阶流形法中引入“时步-初应变”法计算蠕变,以广义开尔文体为基础,推导了相关的计算公式,并编制了相应的计算程序,同时还通过算例,验证了方法的可行性和合理性。结果表明,高阶流形可以方便地与“时步-初应变”法结合用于蠕变计算,可较好地模拟蠕变变形。算例分析表明,在不改变网格密度情况下,仅通过采用高阶覆盖函数,高阶流形法可大幅提高传统流形法的计算精度。     

注浆抬升地层的机制、解析解及数值模拟分析

注浆抬升地表是地下工程施工控制地层和邻近建筑物沉降的常用工法。目前,注浆设计主要依靠现场监测和工程经验。数值方法模拟注浆效果通常是通过提高注浆区域的土性参数来实现的,但该方法忽略了注浆抬升对地层的补偿作用。通过研究注浆引起的土体体积膨胀的机制,将注浆体积、土体体积应变增量、位移大小三者联系在一起。采用了一种模拟注浆抬升地层的数值方法。在该数值方法中,给出了土体体积应变的计算方法,提出了施加“虚拟”膨胀压力来增加单元体积,并通过判断单元体积应变增量是否达到土体体积应变增量来控制模拟注浆的过程。其方法的优点在于：施加在单元上的膨胀压力可以是一个虚拟的压力,而无需是实际注浆压力。通过解析解与数值解对比分析,验证了这种数值方法的正确性和可行性。     

一种模拟岩石蠕变的数值流形方法

为了保障岩土工程结构能长期正常使用,需要对其蠕变变形进行分析。“时步-初应变”法是一种常用的计算岩石蠕变的方法。数值流形方法是一种新兴的数值计算方法,常用于计算节理岩体的变形,但尚未被试用于计算蠕变变形。在原数值流形方法的程序中增加了基于“时步-初应变”法的计算模块,通过对广义开尔文模型进行的模拟,显示新程序可以正确反映岩石的黏弹性蠕变趋势,并能够计算包含节理的岩体的蠕变变形,改进后的数值流形方法不但能够模拟岩石的线弹性变形,而且可以模拟岩石的黏弹性蠕变,比原流形方法更能全面地模拟岩石的变形,扩展了数值流形方法在岩土工程中的使用范围。     

爆炸排淤填石坝的稳定性分析

爆炸排淤填石法广泛用于我国浅海滩涂防波堤的修建,但爆炸排淤填石堤坝的滑动稳定性,目前还没有有效的分析方法。首先通过对处于深厚淤泥中的填石坝体和坝侧土体的极限平衡分析,推导出计算此类堤坝稳定性安全系数的新方法。然后针对一个工程实例,将新方法与几种常用边坡稳定性分析方法的计算结果进行了对比,结果表明,新法优于其他几种方法,其结果较好地反映了堤坝的实际稳定性。     

开山石填海挤淤区非均匀软弱地基的治理

对开山石填海挤淤形成的非均匀软弱地基进行处理时，由于工程性质很差、厚度较大、沉降固结历时较长且数值较大的淤泥层位于开山石回填层之下，地基处理比较困难。本文介绍了一个经济、合理的地基处理方法，对沿海地区大量存在的同类工程具有参考价值。     

土坝坝体底部劈裂灌浆加固效果研究

介绍了传统堤坝劈裂灌浆工存在的主要问题,通过对灌浆起始劈裂点的力学求解,分析了劈裂灌浆浆液扩散规律;提出了坝体底部首先劈裂的灌浆工艺。以山东某水库堤坝劈裂灌浆工程为研究对象,利用三维有限差分数值方法分析了坝体底部劈裂灌浆引起坝体的应力和变形特征。结果表明,采用应变软化模型能有效的模拟土体材料的弹塑性力学行为,反映灌浆完成后浆脉的固结和周围土体的湿陷作用,即“浆坝互压”的作用机制,分析结果与实测结果吻合较好;同时得到了一些有价值的结论,为劈裂灌浆防渗加固工程的施工和设计提供理论指导。     

软土地基上海堤变形与失稳的离心模型试验与数值分析

软土地基上海堤的沉降及稳定性是围垦海堤工程的关键问题。针对海堤工程开展离心机模型试验,分别通过变加速度法及恒加速度法模拟海堤填筑过程和竣工后稳定运行过程,得到了海堤施工期及工后沉降变化规律,并通过PIV技术观察海堤的破坏模式;在此基础上,采用GeoStudio软件分别基于总应力及有效应力分析法,分析了海堤施工期及竣工后稳定运行期海堤的整体稳定性随时间变化规律。物理和数值模拟结果表明,离心模型试验能一定程度上模拟海堤的变形及失稳情况,且与数值分析结果吻合较好。海堤施工期瞬时失稳的滑裂面贯穿软土地基,并使海堤滑体发生了超过1 m的瞬时沉降。海堤填筑完成后地基超静孔隙水压力逐渐消散、海堤稳定性安全系数随时间不断提高。海堤竖向和水平位移最大值分别位于堤轴线处及坡脚处。     

软土的一维次固结双曲线流变模型研究

软土的次固结对于软土的变形量非常重要。在软土次固结计算中,通常以次固结系数作为计算参数,但该系数不能反映荷载变化的影响,而且只适用于正常固结土。由于工程中所遇到的大都为超固结土,对超固结土的次固结计算还缺少合理的方法。通过室内试验开展了软土次固结沉降相关研究,进行了多组原状软土试样的分级加载次固结试验,试验结果表明,对于软土次固结计算,建议从次固结应变与时间关系的角度,采用双曲线形式进行拟合,并分别对正常固结和超固结状态的次固结应变参数进行分析,建立了一维次固结的经验模型公式,提出了一种考虑压力对次压缩影响的次固结沉降计算方法,并将该方法应用于现场工程项目,验证了该方法可以适用于正常固结土和超固结土,使得软土次固结沉降量的计算能够更好地反映实际工程问题。     

加荷比对结构性软土沉降特性的影响

软土一般具有结构性,试验表明,加荷比会对结构性软土压缩特性有很大的影响,加荷比增加土体剪切趋势,降低土体结构强度,使土体的结构屈服应力值和压缩指数降低。在试验的基础上,给出了考虑加荷比影响的结构性软土地基的沉降计算方法。工程算例表明,在加载终值相同的情况下,如果加荷比过大,就会增大结构性软土地基沉降产生附加沉降,为了减小对软土结构性的破坏而影响土体压缩特性,建议对结构性软土的加荷比不宜采用为1:1以上,宜采用1:0.25或1:0.5。     

扰动结构性软土地基的沉降特性分析

天然软黏土一般都具有一定的结构性,地基处理会改变结构性软土的工程特性。对比扰动软土原位和室内压缩曲线,分析了扰动软土的沉降机理及其压缩性的上下限,给出了考虑扰动影响的结构性软土沉降计算公式。算例分析表明,在孔隙比e0和0.42e0之间所对应的应力水平范围内,扰动会增加地基沉降量,附加沉降量大小与应力水平、扰动度直接相关,通常在0.1～0.3 m之间,但随着应力水平的提高,不同扰动度的结构性软土地基的最终沉降量将趋于相同,得出的有关结论具有工程参考价值。     

Laplace变换解双层地基固结问题

连云港地区的软土是海相淤泥和淤泥质土.在连云港软土地区修筑高速公路时,通常采用水泥土搅拌桩地基处理方法使路基强度和变形满足工程的要求.该类软土压缩沉降量大,排水固结缓慢,地基稳定性差,造成高速公路建设中及建成后工程问题频繁出现.从江苏海相软土的工程实例出发,将经水泥土搅拌桩处理后的高速公路路基简化为双层地基,借助Laplace变换求解了二级加荷下的双层地基一维固结问题,为克服对固结方程进行Laplace逆变换的困难,在Laplace逆变换中运用Stehfest算法进行数值求解,该双层地基固结沉降计算结果与实际观测数据基本一致.     

滨海软土非线性流变模型及其工程应用研究

基于室内一维固结蠕变试验,研究了天津滨海淤泥质软黏土的蠕变变形规律,建立了反映滨海软黏土的非线性流变本构模型,确定了模型中的各个参数。通过此本构模型推导出天津软黏土的沉降计算公式,利用该公式对天津滨海地区北塘水库大坝软土堤基进行了沉降计算和分析,计算值与实测值比较吻合,证明了流变模型的合理性,同时也说明在软土地基沉降计算中,考虑非线性流变性状的影响是必要的。并对天津滨海新区软土长期蠕变沉降作出预测。     

排水固结法加固软基变形简化计算分析

插板和砂井堆载预压是处理软基有效方法之一,现有的沉降变形计算方法大部分采用轴对称理论的解析解和以太 沙基或比奥固结理论为基础的数值解,仍较为复杂。根据软基排水固结机理,采用固结度等效原理,对渗透系数进行调整,把 砂井(插板)地基简化为均质成层地基。运用有限元对某软土路基处理工程进行简化计算,并和监测结果进行对比分析,对简 化计算方法进行验证。发现具有较好的准确性,为实际软基处理工程的沉降变形分析提供了一种简单实用的方法。     

基于正交试验的复合地基沉降影响因素分析

结合苏北滨海平原连云港地区海相沉积的软土粘粒含量大、海侵海退、多夹层等特点及某高速公路沉降观测资料,考虑复合地基段沉降效果良好、固结显著, 对水泥搅拌桩处理海相软土地基实测累计沉降的影响因素进行单因素和多因素分析。在正交设计理论的基础上, 提出似正交设计方法并重点对软土厚度、预压方式、填土高度、桩长和桩间距进行多因素分析, 计算证明了预压方式和填土高度对水泥土桩复合地基加固软土地基的实测累计沉降的显著影响, 建议在该工程软土厚度范围变化不大的地段, 应优先调整预压方式并控制填土高度。     

超载预压加固软土路基效果数值分析

利用超载预压法处理软土地基,在确定超载预压高度与预压时间时,很少考虑软土蠕变的影响。结合武英高速公路软土路基处理工程实例,考虑软土蠕变特性,采用有限元软件ABAQUS对超载预压软土路基中超载预压高度与沉降关系、超载预压高度与超载预压时间关系进行计算,并与实测结果对比分析。结果表明,软土路基超载预压沉降分析中考虑软土蠕变是必要的,软土路基的沉降随着超载预压高度的增加而增大。在一定范围内,随着超载预压高度的增加,超载预压时间越短,但二者并非线性关系。在路基稳定的前提下,存在一个最佳的超载预压高度,使得超载预压时间最短。