TBM隧道回填层-管片受力特征模型试验研究

回填层作为围岩和管片之间的连接部分,起到稳定衬砌、传递荷载、吸收变形等作用。护盾式TBM隧道施工过程中,回填层存在未注浆松散、注浆固结两个主要状态。回填层状态不同,回填层作用及管片受力特点也不同。研究采用相似模型试验分析不同状态下的回填层作用机制,通过研究得到了以下结论：回填层未注浆松散状态下,由于碎石的径向压缩与环向移动,围岩传递到管片上的荷载量值降低且分布较为均匀,此时回填层作为“可压缩层”,具有让压和均匀荷载的作用,能明显降低管片的受力和变形;回填层注浆固结后,回填层虽然能够承担少量的荷载与变形,但承载能力有限,主要作为围岩与管片之间的“传递层”,传递荷载与变形;对于挤压性围岩护盾式TBM隧道施工可适当应用回填层未注浆时的“可压缩性”,减小施工过程中管片受力与变形;对于浅埋及地铁隧道则应尽早注浆,使衬砌与围岩形成稳定的受力体系;回填层弹性模量的增加可提高回填层-管片组合体系支护刚度,但增加效果不明显。     

软弱土路基沉降变形控制研究

从理论分析着手,建立路基沉降变形控制系统模型。根据室内试验成果,对路基沉降进行数值分析。模拟不同参数对沉降的影响,研究不同工况中路基沉降的控制效果。地基弹性模量对沉降影响大,提高地基弹性模量,沉降将减小,并且减小的幅度很大;填料密度对沉降影响较大,降低填料密度,沉降将减小,并且减小的幅度很大;路基累积沉降量与路基本体高度之间存在近似线性正相关关系;路基累积沉降量与地基处理深度之间存在近似线性负相关关系。     

基于X-Ray CT试验的塌陷区回填体孔隙结构研究

为了研究地表塌陷区回填体破坏过程中的孔隙结构演化规律,利用医用X-Ray CT及小型加载装置开展了废石/尾砂混合回填体实时单轴压缩扫描试验,重构了不同应力状态下回填体的多组分结构模型。试验结果表明:随应力值增大,回填体孔隙率增加,应力超过峰值应力80%后,孔隙率陡增,孔隙主要以X型共轭面分布;回填体孔隙率随含石量增加而增大;回填体细观结构演化过程可划分孔洞持续压密、孔洞先压密后扩容、孔洞持续扩容、相邻微裂隙的贯通、不均质区的孔隙扩展6种模式;回填体在峰值应力80%以前,CT数、孔隙率变化幅度小,回填体中并未出现显著的贯穿性裂缝,主要以原生孔隙的压缩与扩容、次生孔隙的萌生与扩展两种状态为主;应力超过峰值应力80%后,CT数急剧降低,孔隙率陡增,回填体中的原生、次生孔隙结构逐渐贯通,形成贯穿性裂缝,回填体破坏。     

底含渗突水条件下井筒变形特性的试验研究

通过模型模拟试验，本文着重讨论了在底含渗突水条件下井筒的受力变形特性。试验结果表明：在渗突水条件下，底含土体内水平应力呈降低趋势；井壁纵向应力升高趋势明显，并表现出很高的不均匀性，其中底含顶界部位井壁表现尤为明显；底含砂岩中井壁受力呈非稳定变化。井筒成为底含土体因渗流潜蚀架空而应力降低的重要应力转嫁支承体。过去把井壁纵向附加力完全归结于由底含失水压缩围抱井筒下沉而产生的观点值得商榷。     

软土地层盾构隧道结构整体抬升实践

软土地层盾构施工易沉降过大导致轴线偏差,出现调坡困难,甚至影响后期列车运行速度,注浆抬升是轴线偏差治理的一种方法。宁波轨道交通某区间在施工过程中因对地层变化理解不彻底,导致沉降过大,调坡困难,为了不造成结构破坏,不影响工程工期,使隧道线型得到改善,对隧道结构整体抬升进行了实践。通过对地质情况分析,结构验算,注浆工艺研究,提出了下部注浆,内部支撑,实时监控,即时调整的思路,在注浆过程及时调整浆液。经过精细化管理,该区间最大稳定抬升量达3 cm。工程实践表明,注浆工艺和内部支撑对抬升阶段通用环管片结构安全起到重要作用,浆液的选择对后期稳定非常重要。该工程探索了软土地层盾构隧道不均匀沉降治理、控制措施,可为其他盾构隧道沉降治理提供参考和抬升设计提供依据。     

大屯孔庄矿副井井筒破裂与底部含水层水文地质条件

本文从水动力和水化学两方面讨论了大屯孔庄矿副井井筒破裂与第四系底部含水层水文地质条件的关系, 详细分析了底部含水层水文地质条件变化可能对底部含水层及其周围岩土体以及井筒受力状态和强度特征产生的影响。首次指出了底部含水层水动力变化在井筒外部受力环境分析中的重要性和水化学作用对井壁混凝土强度的损害性。     

全尾砂-废石混合回填膏体流动特性变化规律

质量浓度、废石掺量是影响尾砂-废石混合回填体流动特性的主要因素,研究这些因素对膏体流动性的影响规律,对于控制膏体流动性具有重要意义。采用改进的小型直剪装置进行混合回填体直剪试验,以黏聚力、内摩擦角、抗剪强度为依据,综合得出了混合回填膏体流动性变化规律。试验结果表明,膏体在受力变形前期呈较为明显的似弹性性质,随废石掺量增加,位移-剪应力曲线中阶梯状变化趋势增加;回填体黏聚力取决于质量浓度,内摩擦角受质量浓度和废石掺量影响程度基本相同,两者协同作用;质量浓度在80%～88%范围时,黏聚力随质量浓度增大呈非线性增大,内摩擦角与质量浓度呈S型变化趋势;抗剪强度随质量浓度的增大而增加,在82%～84%区间抗剪强度变化显著,流动性出现突变。     

底含渗突水上条件下井筒变形特性的试验研究

通过模型模拟试验，本文着重讨论了在底含渗突水条件下井筒的受力变形特性。试验结果表明：在渗突水条件下，底含土体内水平应力呈降低趋势；井壁纵向应力升高趋势明显，并表现出很高的不均匀性，其中底含顶界部位井壁表现尤为明确；底含砂岩中井壁受力呈非稳定变化。     

公路大跨连拱隧道中墙受力分析

文章以相思岭隧道为背景,在施工过程中进行了应力量测,并通过有限元数值模拟计算,深入探讨了公路大跨连拱隧道中墙应力受施工工况影响的变化特点,对其受力影响因素进行了讨论.连拱隧道主要特点是设置了左、右衬砌共用的中墙,准确掌握中墙在施工过程中的受力状态和特点是保证整个衬砌体系安全稳定的关键.     

滨海复杂地层长大深基坑施工变形实测分析

为研究厦门滨海复杂地层环境下,长大深基坑在施工中的稳定性及对周边环境的扰动规律,文章以厦门地铁2号线海沧大道站基坑为背景,通过现场实测,从地下连续墙水平位移、地表沉降和地下水位变化3个方面进行了研究,得出了如下结论:（1）地下连续墙水平位移最大值为24.5mm,约为0.35%倍基坑深度H,略小于其他软土地区水平位移量;（2）地表沉降槽呈现“√”状分布,最大值出现在距基坑边0.5倍基坑深度位置附近,影响范围约为1.76倍基坑深度范围,监测区域地表沉降最大值为22.4mm;（3）滨海地区基坑施工过程中地下水位表现为上下波动的变化,是重点监测项目之一,总体呈现上升的趋势,累积变化量最大约为0.72m;（4）海堤水平位移和沉降变化不稳定,但始终变化幅度很小。文章研究成果对厦门滨海复杂地层环境下类似长大深工程施工具有一定参考价值和指导意义。     

Wind tunnel experiments on vertical distribution of wind-blown sand flux and change of the quantity of sand erosion and deposition above gravel beds under different sand supplies

Wind tunnel experiments were carried out with respect to the vertical distributions of wind-blown sand flux and the processes of aeolian erosion and deposition under different wind velocities and sand supplies above beds with different gravel coverage. Preliminary results revealed that the vertical distribution of wind-blown sand flux was a way to determine whether the gobi sand stream was the saturated one or not. It had different significances to indicate characteristics of transport and deposition above gobi beds. Whether bed processes are of aeolian erosion or deposition was determined by the sand stream near the surface, especially within 0–6 cm height, while the sand transport was mainly influenced by the sand stream in the saltating layer above the height of 6 cm. The degree of the abundance of sand supply was one of the important factors to determine the saturation level of sand stream, which influenced the characteristic of aeolian erosion and deposition on gravel beds. Given the similar wind condition, the sand transport rates controlled by the saturated flow were between 2 and 8 times of the unsaturated one. Those bed processes controlled by the saturated flow were mainly of deposition, and the amount of sand accumulation increased largely as the wind speed increased. In contrast, the bed processes controlled by the unsaturated flow were mainly of aeolian erosion. Meanwhile, there was an obvious blocking sand ability within the height of 0–2 cm, and the maximal value of sand transport occurred within the surface of 2–5 cm height.     

Shale experiment and numerical investigation of casing deformation during volume fracturing

The casing deformation issues have occurred widely in Changning-Weiyuan National Shale Gas Demonstration Area. During multi-stage volume fracturing process, a large amount of fracturing fluid is injected into the formation, leading to tremendous change of stratum property and formation stress field. To assess the influence of shale formation on casing deformation, the acoustic velocity is measured to obtain the shale rock elastic modulus after saturation with water for different times. Then, the three-dimensional physical and finite element models are established using the stage finite element method considering transient thermal-pressure coupling. Shale anisotropy, shale stiffness degradation, and formation slip are taken into account to investigate the influences on casing deformation. Experiment results indicate that shale stiffness degrades dramatically after saturation with water for 24 h. Numerical simulations indicate that the shale modulus degradation mainly leads to large casing stress. Formation slipping not only causes excessive casing stress, but also causes large casing displacement. When slipping distance is larger than 15 mm, casing stress can reach up to the yield stress for P110 grade casing. Meanwhile, the casing deformation will be 14.95 mm, blocking the fracturing tools into the well bottom. Shale anisotropy has a minor influence on casing deformation.     

平煤八矿己15-13030工作面煤层顶板突水溃砂可能性评价

煤矿突水溃砂灾害的发生与煤层上履含水层性质、岩性特征及破坏程度等诸多因素有关。通过研究己15煤层顶板基岩与第四系底部的含、隔水性能及顶板覆岩岩性组合特征,计算出一次全部开采3．6m煤层时,其导水裂缝带最小发育高度为38．46m,最大为47．95m,确定了采煤活动导致的上覆顶板含水层发生水力联系的范围,认为己15—13030工作面煤层开采时发生顶板突水的可能性不大;计算一次全部开采3．6m煤层时,防砂安全垂高最大为23．5m．防塌安全煤岩柱最大垂高为12．5m,结合煤层顶板基岩及第四系底部岩层的水文地质特征,认为工作面回采时顶板溃砂的可能性也不大。强调在生产过程中,要加强顶板涌水的观测,同时增加现有排水系统的排水能力,从而为工作面安全回采提供支持。     

软粘土层上的油罐差异沉降

根据某一大型油罐软基加固处理工程方案设计和优选需要,按照离心模型相似律,开展了三组模型试验,分别模拟了天然地基、土工合成材料袋装碎石垫层和既在填土层中设置袋装碎石垫层又在淤泥质粘土层设置土工合成材料排水板三种情况,以研究这一加固布置形式对减小高压缩性软土层地基上油罐罐底的差异沉降效果反应。模型油罐地基采用原型土重塑制备,现场土工合成材料袋装碎石采用柔性机织玻璃纤维细管塞装粗砂条模拟,并在不停机运转条件下模拟了多次充放水预压加载。试验结果表明,油罐软弱地基经土工合成材料袋装碎石加固后,罐底总沉降值和差异沉降值均明显小于天然地基情形下对应的沉降值,罐底畸变得到显著减小,就本文所述的土质条件、土层厚度和预压荷载强度,地基经加固处理后,油罐罐底畸变减小了近50 %。最后就土工合成材料在加固油罐地基布置形式的合理性进行了初步探讨。     

可液化场地碎石桩复合地基地震动力响应分析

采用砂土液化大变形弹塑性本构模型分析可液化砂土,采用模量随应力与应变变化的等效非线性模型增量形式分析碎石桩,应用FLAC3D有限差分软件对地震动力作用下可液化场地碎石桩复合地基进行三维动力响应分析。模拟分析了在地震作用下碎石桩刚度效应和排水效应对加固处理可液化场地的抗液化效果,从初始小变形到液化后大变形的变形发展,超静孔压累积与消散,及桩与土的变形与应力分配变化等。结果表明,所用模型与方法可合理描述可液化场地碎石桩复合地基在地震作用下场地的动力响应特性和抗液化效果;在地震作用下可液化场地中桩周土体与碎石桩体的竖向应力与水平向剪切应力向碎石桩体集中,竖向有效应力比可降至约1/6～1/3;桩周土体与桩体为非协调变形,剪应变比可达7～10;碎石桩抗液化影响范围约为2.5～3倍桩径,对超过3.5倍桩径范围影响较小;碎石桩与砂土渗透系数比大于100时对降低砂土中超静孔隙水压影响明显;碎石桩对场地的加密效应可显著降低超静孔隙水压力,而碎石桩刚度则对超静孔隙水压力变动影响较小,但有助于减低地面加速度响应峰值。     

大口径深井取心钻进活动套管技术方法的探讨

在大口径深井取心钻进施工中,为了提高钻进效率、改善钻柱受力条件、封隔不稳定地层等,经常会下入活动套管。由于深井地层复杂、应力较大,井斜和井壁稳定性不易控制,如何保证安全、顺利地起、下活动套管,防止活动套管事故便成为施工中的突出问题。着重介绍了在施工过程中下入活动套管的技术方法及相关措施,并就施工过程中可能出现的相关问题提出了解决办法和思路。     

旋挖钻机在岩溶地区干作业成孔方法与质量控制

在沪昆铁路盘州站桩基施工中,采用旋挖钻机干作业成孔,成孔过程中近1/3的桩基遇到了溶洞。通过分析不同病害情况,针对在岩溶地层施工中遇到的无充填和半充填溶洞地质条件,分别采取了土石回填筑壁、反转复压,素混凝土挤扩成孔、分段成型,钢护筒护壁、挡截桩混凝土,斜岩找平、重新钻进,定位回填、水泥固化等技术措施,完成了桩基的施工任务。     

砂土中开口管桩沉桩过程的颗粒流模拟研究

基于颗粒流理论,采用PFC2D程序,模拟再现不同型号开口管桩在沉桩过程中土塞的形成演化规律、土颗粒细观结构变化以及桩周土应力场分布情况,并通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观力学响应的内在机制。计算结果表明,管桩直径对土塞效应影响很大,外径为30 mm的开口管桩,沉桩过程中土塞增量填充率（IFR）值较小,土塞效应明显,土塞高度小,类似闭口桩;随着管桩直径的增大,土塞效应迅速减小,大直径管桩在砂土中沉桩全部闭塞的可能性很小。细观因素（孔隙率和滑动比例）与土体宏观位移表现之间存在着明显的相互对应关系,并依此将桩周土划分3个区域。桩周土体水平应力、竖向应力和剪应力都在桩底附近形成“应力核”,不同型号管桩桩周土应力场分布相近。     

缓冲／回填材料——砂-膨润土混合物研究进展

砂-膨润土混合物已被很多核能国家选为核废物地质处置库中理想的缓冲/回填材料。膨润土中加入砂可提高热传导系数和强度,维持适当的膨胀力,使其工程上易于处理并节省成本;但同时会导致其阻水能力和自愈性减弱。研究表明,影响砂-膨润土混合物以上各性质的主要因素为：砂/膨润土配合比、初始含水量、干密度等,它们综合决定着砂/膨润土最优配合比的选取。石英砂对混合物的渗透性、热传导性、强度等的影响,最优配合比选取,以及非饱和状态下吸力变化对混合物渗透性的影响等,应该是今后一段时间内砂-膨润土混合物研究的重点。     

淤泥土应力-应变矢量增量的真三轴试验研究

保持大主应力、中主就力不变,增大小主应力是实际工程中可能存在的一种应力路径,土石坝蓄水和土方回填等就类似这种加荷方式。就该应力路径对宁波淤泥土进行了真三轴试验,针对真三轴试验结果,对弹塑性本构关系中涉及到的应力矢量增量与庆变矢量增量的方向变化规律进行了特定条件下的研究。结果表明,在这种应力路径下排水剪切,应变知音一增量与应力矢量增量的方向不仅不一致,而且与π平面上相应的径向应力路径的偏角也不一致,这种应力路径下的现象和结果是岩土塑性力学和计算土力学中极少考虑的。