沉降-时间曲线呈“S”型的证明及其应用——从土体本构关系

从土体本构关系出发,严格证明了在线性加载或近似线性加载情况下(这和岩土工程实际加载相类似),沉降-时间曲线呈“S”型,并由此建立了新的沉降-时间预测模型,工程应用证明了该模型的合理性。     

沉降-时间曲线呈“S”型的证明

从一维固结理论出发，严格证明了在线性加载或近似线性加载情况下（这和工程实际加载相类似），沉降-时间曲线呈“S”型。     

不同加载方式下路堤沉降性状与预测模型研究

从考虑土体流变的本构关系出发 ,证明了瞬时加载、线性或者近似线性加载和分级加载情况下路堤沉降的性状 ,提出了从数学上能满足各自变形特征的预测模型 ,工程实例分析表明了在不同条件下采用不同模型的合理性和实用性     

分级连续加载条件下原状膨胀土固结变形研究

由固结系数Cv与有效应力 和孔隙比的关系,推导了考虑固结系数变化的分级连续加载固结控制方程。根据方程的解析解得到了分级连续加载的沉降计算公式。结合云桂高速铁路建设,以高路堤分段堆载方式为研究依据,在GDS三轴试验系统开展原状膨胀土分级连续加载K0固结试验。结果表明：沉降与时间关系在加载期呈折线式发展,稳载期呈双曲线变化;膨胀土的应力-应变关系呈阶梯式变化;当 ≤ 时,固结系数随有效应力呈先增大而后减小,当 ＞ 时,固结系数随有效应力呈波动持续减小。固结度理论计算值与试验结果相比,考虑固结系数变化的固结度计算比固结系数为定值更准确。分级连续加载沉降计算公式可作为分析高速铁路路基沉降-时间关系的参考方法。     

考虑路堤-加固区相互作用的刚性桩复合地基沉降算法

为合理计算路堤荷载作用下刚性桩复合地基沉降,考虑路基填土中的土拱效应以及路堤-地基加固区竖向荷载传递的耦合特征,基于填土中内、外土柱界面摩阻力系数随深度线性发挥模式以及复合地基中桩土相对位移模式与桩侧摩阻力系数分布模式,采用微元体静力平衡原理,并考虑路堤-加固区-下卧层之间的应力连续与变形协调条件,推导出了路堤下刚性桩复合地基的桩土应力比、桩土沉降差、加固区沉降量的计算公式,定量反映了路基填高、填土及软土地基的黏聚力和内摩擦角、桩长、桩径、桩间距等多个主要因素。实例分析表明,加固区沉降量的计算值与实测值误差一般不超过15%;桩长对加固区沉降呈非线性影响;面积置换率、地基土内摩擦角与黏聚力对加固区沉降均具有线性的负相关影响特征,且沉降量受内摩擦角影响比黏聚力更敏感。     

基于流变和固结理论的非饱和红层路堤沉降机制研究

路堤本体的沉降问题一直是公路和铁路路基研究解决的主要问题。路堤本体主要是非饱和土,其变形由3 部分组成,即瞬时压密产生的变形、主固结产生的变形和次固结产生的变形,但主固结和次固结并不是两个完全独立的过程,它们是相互影响的,即路堤本体的变形是非饱和固结-蠕变耦合的结果。以单轴压缩红层蠕变试验为基础,提出了非饱和单变量理论、路堤沉降计算理论;同时采用离心试验和数值模拟方法,对各种压实系数的路堤本体的沉降与填筑高度关系以及工后沉降与时间的关系进行了研究,并对工后最终沉降进行了预测,结果表明,模拟结果与离心试验数据预测的结果相符,说明该理论是正确的?     

公路黄土地基处治前后沉降变形分析

在湿陷性黄土地区,黄土作为高速公路地基的主要原料其强度和变形特性不能满足要求,主要有振动碾压、冲击碾压和强夯3种有效且实用的处治方法。本文根据原位试验和室内试验的数据,进行有限元模拟,在不同高度路堤和不同加载方式情况下,地基沉降变形随着处治能级的增加而减小,路堤本身的沉降保持不变。对于地基处理的深度和沉降变形减小的效果,强夯最好,冲碾次之,振碾最弱。处治前后地表中心沉降变形值与加载路堤高度之间的关系均可用二阶多项式回归拟合。2～4m高的路堤采用振碾的方式处理地基,5～10m高的路堤采用冲碾方法,大于10m的路堤多用强夯或者直接修桥来代替,对于黄土地区高速公路建设与维护具有重要意义。     

分级循环荷载下土工格室加筋路堤模型试验研究

目前对土工格室加筋路堤研究主要集中在静载条件下,动载条件下研究的比较少。为研究分级循环荷载下土工格室加筋路堤的力学性能,采用USTX-2000的动力加载装置进行加载,对土工格室加筋路堤在不同加筋层数、格室高度、格室焊距等工况下进行一系列模型试验。对分级循环荷载下路堤的竖向变形和坡面法向变形进行研究,并与固定振幅循环荷载及静载作用下的路堤进行对比分析,研究不同加载方案路堤力学性能的差异性。试验结果表明,土工格室加筋能显著提高路堤承受分级循环荷载的能力和减小竖向累积沉降量,在加筋间距一定的情况下,两层及以上加筋效果比单层加筋效果更显著,格室高度增大和格室焊距减小均可不同程度提高路堤承受分级循环荷载能力并减小竖向累积沉降量;加筋可减小路堤分级循环荷载下的坡面法向变形,格室高度增大和格室焊距减小在分级循环荷载幅值相同时均能减小坡顶和坡中处的法向累积变形;分级循环荷载作用下,当振次≥8 000或幅值≥80 kPa时,路堤竖向累积沉降量超过固定振幅循环荷载,当振次≥9 000或振幅≥90 kPa时,路堤坡顶法向累积变形超过固定振幅循环荷载;分级循环荷载作用下,路堤竖向和坡面法向累积变形均大于静载,加筋可有效减小分级循环荷载和静载作用下坡面法向累积变形差。     

软土路基线性加载沉降曲线的研究

分析了线性加载路基沉降的机理,直接从一维固结度出发,证明了沉降曲线呈S形状。对Gompertz模型、Logistic模型、Weibull模型等3种呈S形状的成长模型进行数学分析。前两种模型虽然使用广泛,但不能反映加载速率和施工方法的影响,反弯点处沉降值与最终沉降相对不变,用它们进行基础全程沉降模拟具有一定的局限性;相对而言,Weibull模型具有较强的适用性。最后对路基沉降模拟提出了建议。     

高速铁路穿透型CFG桩复合地基沉降计算修正系数分析

为掌握铁路工程CFG桩复合地基在路堤荷载作用下的沉降计算修正系数变化特点,基于武汉－广州高速铁路24个路堤断面的地基沉降测试数据,结合地勘和设计参数,分析了地基沉降计算修正系数的变化规律及工后沉降的时间效应特征,结果表明,软弱土层浅薄的穿透型CFG桩复合地基具有优良的沉降控制效果,对应的地基沉降计算修正系数在0.63～0.17之间,较当量压缩模量相当的《铁路工程地基处理技术规范》推荐值偏低约1/3;地基沉降表现出显著的时间效应特征,地基工后沉降占最终沉降的比值有随时间逐渐降低的趋势;路堤填筑速率加快和地基布桩间距加大,对穿透型CFG桩复合地基工后沉降占最终沉降的比值有明显增大作用,地基沉降稳定所需的时间更长。     

路基沉降预测的Usher模型应用研究

基于线性或近似线性加载情况下路基沉降过程和Usher曲线,将广泛用于经济和资源预测的Usher模型应用于路基沉降预测。对Usher模型微分方程式的分析表明,目前用于沉降预测的Logistic模型和Gompertz模型是Usher模型的两种简化形式,但Usher模型对于实际情况具有更强的适应性。阐述了Usher模型参数的计算方法,并结合某工程实例进行了计算分析,对比结果说明Usher模型用于沉降预测的效果较好,且比Logistic模型和Gompertz模型具有更高的预测精度,可供工程应用参考。     

可描述地表沉陷动态过程的时间函数模型探讨

分析了地下采矿引起的地表沉陷的w-t曲线为一近似的“S”型曲线。地表点沉陷的物理过程是一个先加速后减速的过程,且速度曲线的起点和终点的数值为0。因此,能描述地表点沉陷动态过程的时间函数模型不但能较好地拟合沉陷的w-t曲线,而且由此函数模型求出的v-t曲线和a-t曲线也要符合地表沉陷随时间变化的物理过程。通过分析目前常用的预测地基或路基沉降的时间函数模型如指数时间函数模型、双曲线时间函数模型、Gompertz时间函数模型、logistic曲线时间函数模型和Weibull曲线时间函数模型的w-t、v-t和a-t曲线,得出,只有Weibull曲线时间函数模型能完整地描述地表沉陷的动态过程,并且用2个煤矿地表的沉陷观测实例进行了验证。     

隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析

城市地铁隧道施工不可避免地对围岩产生扰动引起地表沉降,动态预测隧道开挖引起的地表沉降是确保地表建构筑物与隧道施工安全的重要基础。针对隧道施工过程中地表沉降难以准确动态预测的问题,在定义纵向开挖度系数? 的基础上,建立横向地表沉降动态预测模型。该模型能够描述同一监测位置沉降曲线随掌子面推进而不断变化的规律,实现施工现场沉降动态预测。结果表明：在特定约束条件下,该模型能够退化为Peck模型以及随机介质理论预测模型;通过现场施工验证了该动态预测模型的准确性与适用性;基于纵向开挖度系数? 将隧道沿纵向分为强烈、中度和轻度共3个影响段,较好地反映了开挖掌子面在不同位置对同一监测截面的影响程度;通过分析建筑物和隔离桩对地表沉降曲线的影响可知,建筑物与其附近地层呈现出协同变形、共同承载的特征,在隧道一侧添加地质钻隔离桩对该侧地表沉降值的减小程度可达71.9%。研究成果对滇中引水工程现场施工与类似工程具有一定指导和借鉴意义。     

增加曲线模型在路基沉降预测中的应用研究

增加曲线模型自身的特点，决定了它能很好地拟合一级荷载下的地基沉降．时问曲线，这已得到了验证。将其引入到多级填土荷载下的软土路基沉降的预测中，提出了相应的预测数学模型，并通过工程实例予以验证。其结果表明：与传统的针对多级荷载的指数曲线模型以及双曲线模型相比，该模型的理论更为充分，其预测结果也更接近实际，具有一定的工程实用价值。     

软土地基沉降曲线拟合的Logistic—Gompertz叠加曲线模型应用研究

为了提高软土地基沉降模型的拟合精度,通过对实测数据的分析,研究了软土地基沉降发展规律。在前人研究的基础上将Logistic预测模型和Gompertz预测模型进行叠加,建立了地基沉降历时曲线的Logistic-Gompertz叠加曲线模型,并给出模型的求解方式。通过工程实例讨论了新模型的拟合效果,对比计算结果表明所建立的新模型拟合精度不仅比Logistic模型和Gompertz模型要高,而且可靠性也优于各个单一的模型。新模型具有一定的科学性和适用性,是一种分析地基沉降观测资料的有效方法。     

浅埋洞口段黄土公路隧道施工变形性状现场测试研究

以某黄土公路隧道工程为依托,借助现场测试方法研究浅埋洞口段黄土公路隧道地表沉降、拱顶下沉和周边收敛时态分布规律,并结合实测数据建立隧道施工变形统计分析预测模型。研究结果表明:（1）黄土隧道施工变形呈现显著的时间和空间效应,其时态分布曲线符合指数函数型发展规律;（2）地表沉降随时间呈增长趋势,约60 d后逐渐趋于稳定,其最大值（w_max）的统计变化范围为（?30.78～?105.20）mm;（3）横向地表沉降曲线分布呈凹槽形,沉降槽宽度约（3～5）倍隧道跨度（B）,且隧道开挖引起的地层损失率为0.74%～3.08%;（4）拱顶下沉与周边收敛时态曲线可分为线性增长、持续变形和平稳发展3个阶段,且线性增长阶段占总变形量的60%以上;（5）v_max的统计值变化范围为（?17.1～?201.1）mm,其95%置信区间为[?51.53,?65.11],u_max的统计值变化范围为（?12.1～?122.0）mm,其95%置信区间为[?35.08,?43.39],建议V级围岩黄土隧道预留变形量取值范围为（?100～?150）mm;（6）拱顶下沉与周边收敛速率时态曲线呈先急剧增加后逐渐衰减趋势,最终稳定后的拱顶下沉速率（Δv）和周边收敛速率（Δu）依次为（?0.05～?0.80）mm/d和（?0.02～?0.60）mm/d。     

载荷试验计算两层土复合地基变形模量

两栋18层住宅楼建在天然地基中有淤泥的土层上,地基采用振冲法处理。通过对两栋楼地基的载荷试验与沉降观测曲线的比对．发现对筏板基础依据载荷试验曲线初段的压缩模量不能真实反映复合地基的压缩性,建筑物的总沉降量与载荷试验曲线的后半段相关。根据载荷试验曲线计算压板影响范围内两层复合地基土变形模量．据此参数计算建筑物的沉降量与根据实际沉降观测结果推算值较为接近．克服了现有的根据载荷试验只能获得一层土变形模量的缺陷。     

地裂缝场地施工降水对地表沉降和地层应力的影响研究

地裂缝是西安市典型的城市地质灾害，地下水位的变化是诱发地裂缝活动的重要因素。以西安地铁六号线暗挖段施工降水为研究背景，基于有限元数值模拟计算，分析了地裂缝场地施工降水引起的地表沉降规律和地层应力变化特征。计算结果表明:当地下水位下降时，地表沉降量上盘大于下盘，地裂缝带两侧地表存在差异沉降的现象，最大差异沉降量与地下水位下降深度近似呈直线关系；不同位置处地表的横向沉降呈现出"Z"形的变化特征，差异沉降区随地裂缝位置的变动而变化，且差异沉降量与横向地表位置近似呈二次函数曲线关系；地层竖向应力随着地下水位下降而增大，地裂缝位置处地层应力存在突变现象，上下盘应力影响区与地层深度近似呈三次函数曲线关系；基于分层总和法计算了地下水位下降时地表沉降量的解析解，并与数值模拟结果进行对比，发现两种方法计算结果基本一致，得到了计算地表最大沉降量的经验公式。研究结果可为地裂缝场地地铁隧道及其他地下工程安全施工提供科学指导。