高速铁路路基黄土滑移变形的动力数值模拟

以郑(州)-西(安)高速铁路为例,选择典型路段(华阴、潼关、灵宝和偃师等),采集大量原状黄土样品,进行动三轴试验,获得一系列黄土动力学参数,如动弹模、动阻尼、残余应变等,进而建立高速铁路黄土路基动力学数值模型。按该线路地震危险性分析结果,合成8条人工地震波(50年10%和2%的超越概率水平),输入该动力学模型中进行计算。结果表明:黄土路基的横向和纵向变形都随着地震力的增大而增大,从而导致黄土滑移和震陷,这与现场激振试验及动三轴震陷试验结果基本一致。该结果为郑西高速铁路抗震陷和抗滑移设计提供了重要依据,并提出了切实可行的黄土抗震陷和滑移地基处理措施,已应用于该高速铁路的设计与施工中。     

白兰高速公路沿线黄土场地震陷区判定与评价

采用DSD 160型电磁式振动三轴试验系统,通过对甘肃白银—兰州高速公路(国道109线)沿线黄土的震陷试验,探讨了该场地黄土在动荷载作用下的震陷特性。利用黄土震陷灾害预测方法和该地区黄土场地地震危险性分析结果,对该公路沿线黄土场地的震陷区进行了判定和评价。这些研究结果可作为该高速公路工程进行抗震设计和地震变形分析的基本依据,对黄土地区其它工程也有一定的参考价值。     

郑西客运专线黄土路基震陷研究

以郑（州）西（安）高速铁路为例,选择潼关段为研究区,采集大量原状黄土样品,将合成的人工地震动输入到动三轴,进行了固结不排水的动三轴实验,估算了黄土路基的震陷量。建立了高速铁路黄土路基动力学数值模型,研究了50年10%和2%的超越概率水平的地震作用下黄土路基的永久变形,以及地基处理后黄土地基的永久变形。结果显示, 沉降主要发生在Q3黄土中,强夯、DDC桩等地基处理措施可以有效的减少地基黄土的沉降变形,但是当处理深度不够时,在强地震作用下仍然可以产生较大沉降。研究成果为地基抗震处理提供了依据。     

不同含水量下原状黄土动强度和震陷的试验研究

对原状黄土进行动三轴试验,探讨了黄土的动强度和震陷随含水量的变化规律。试验结果表明,塑限含水量可作为黄土动强度和震陷的界限含水量,小于塑限的含水量变化对震陷临界动应力和动粘聚力的影响非常显著,大于塑限的含水量变化对其影响微弱,而动摩擦角不受含水量的影响。通过对震陷曲线的定量分析,说明有必要对黄土的震陷性进行分类。     

列车动荷载下的黄土振陷研究

以拟建大（同）～西（安）客运专线为例,选取典型黄土地段,采集原状马兰黄土和离石黄土进行室内常规试验和动三轴试验,研究了长持时、小振幅作用下黄土振陷特性,通过三组比较试验,得出了黄土振陷与动荷载、埋深、振次、振动频率的定性关系,并对振陷机理做了探讨。     

黄土震陷性深度特征的试验研究

黄土震陷是地震发生时黄土地区发生的一种灾害。以典型马兰黄土（Q3）作为研究对象,对5组不同深度的原状黄土试样进行室内动三轴震陷试验,研究了该场地黄土震陷性随深度的变化特征。研究结果表明,（1）在天然含水率或是增湿、减湿情况下,黄土震陷深度曲线随动应力的增加均经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷深度的发展过程;（2）黄土震陷深度曲线的发展阶段动应力区间不尽相同,随着含水率的增加,黄土震陷快速发展期的动应力区间在变窄,最小动应力值变小,含水率20%条件下比5%最小动应力值可降低30%;（3）典型马兰黄土存在一个最大震陷深度,其最大震陷深度不受动应力、含水率影响,含水率仅能够降低达到最大震陷深度时最小动应力,加速黄土震陷深度的发展进程。在动应力不断增加的情况下,最终的黄土震陷深度曲线收敛于最大震陷深度,本次实验黄土场地的最大震陷深度约为15.5 m。     

黄土场地大型浸水试验湿陷沉降预测的Elman方法

收集郑西高速铁路湿陷性黄土场地现场大型浸水试验资料,运用MATLAB建立了黄土场地湿陷沉降的Elman神经网络预测模型。通过对样本的训练和预测,表明该模型预测的结果与实际湿陷沉降比较接近,是一种比较理想的预测方法。     

宝鸡市渭北台塬马兰黄土震陷特性研究

以宝鸡市地震小区划为依托,选取渭北典型黄土台塬场地,采集大量不同深度（1m、3m、5m）原状马兰黄土样品进行动三轴震陷试验,研究不同深度黄土震陷变化规律。建立了震陷曲线数学模型,分析表明,震陷基本参数起始动应力受含水量影响最显著,随含水量增加而减小,临界动应力与极限动应力受含水量影响不明显,但含水量大于塑限后随含水量增加而减小。震陷基本参数与孔隙比呈负相关关系,存在一特征孔隙比,当大于该特征孔隙比后,震陷临界动应力和极限动应力随孔隙比增大而迅速减小。提出一种表征震陷敏感性的指标¬—震陷敏感性系数Sc,反映震陷发生难易程度,其随含水量的增加而增大,随孔隙比的增加而增大。     

循环荷载诱发黄土滑坡的机理研究

随着黄土地区高速铁路的兴建,为了能更好地服务于该地区高速铁路沿线黄土滑坡的防治工作,本文通过室内不排水动三轴试验,研究了黄土在高速列车这种"长持时,小振幅"荷载作用下的动力特性。试验结果表明,黄土在列车循环荷载作用下其动强度随着振动次数的增加而降低,且黄土在振动过程大多会发生振陷。由扫描电镜试验可知黄土发生振陷主要是由于土体中的大颗粒被振碎,大、中孔隙减少,土体不断被压密所致。在此基础上,提出了循环荷载诱发黄土滑坡的形成机理,并首次将熵增理论应用到黄土滑坡形成机理的解释中,取得了较为满意的结果,为高速铁路沿线黄土滑坡的防治提供了新的理论依据。     

陕西富平黄土震陷特性及震陷小区划

典型黄土由于其特殊的大孔隙架空结构特征,在强震作用下具有强烈的震陷性。陕西富平县地处渭河盆地和鄂尔多斯地台的连接带,区内地震构造背景复杂,黄土分布广泛,黄土场地的震陷危险性较高。文章以富平县城市总体规划建设用地和富阎新区规划范围为研究区,通过资料收集、野外调研、室内试验和理论分析等方法,确定研究区的地震工程地质条件,采用地震危险性概率分析方法确定研究区不同超越概率水平的地震动参数,基于大量黄土动三轴试验确定区内不同地貌单元及不同地层黄土的震陷特性。在此基础上,对富平县强震作用下黄土场地的震陷进行评价,50年超越概率10%条件下,研究区内轻微、中等震陷区分布于浮塬和渭河二级阶地。50年超越概率2%条件下,研究区内轻微及中等黄土震陷区主要分布在石川河三—四级阶地、浮塬和渭河二级阶地。严重震陷区主要分布在渭河二级阶地、石川河三—四级阶地和浮塬。根据震陷等级给出了研究区50年超越概率10%和2%水平下的黄土震陷小区划。研究结果可为富平县的防震减灾工作提供科学依据。     

Seismic Stability of a Tunnel Considering the Dynamic Geologic Parameters of Loess

In this study, Taiyuan loess is used in the analysis of the seismic stability of a loess tunnel. This analysis considers the dynamic parameters of the loess as determined via triaxial compression tests in the literature. In this analysis, the consolidation pressure is converted into the thickness of the overlying loess layer. The spring stiffness and damping coefficients of the viscoelastic boundary are obtained using the maximum dynamic elastic modulus in conjunction with different loess moisture contents and Poisson’s ratios. Additionally, the loess cohesion and internal friction angle are also obtained for different moisture contents. By (1) utilizing the dynamic finite element static shear strength reduction method and the non-convergence rule, (2) taking the safety factor as the assessment standard for loess tunnel stability, and (3) reducing the dynamic parameters of the loess mass until the model calculation is non-convergent, the effects of the moisture content, seismic intensity and loess thickness on the safety factor are obtained. A theoretical basis for the seismic response analysis of this type of loess tunnel is provided by considering the dynamic parameters of loess.     

磐安结构性黄土动阻尼特征及其演化规律研究

地震作用往往会导致结构性黄土动强度的衰减,引发黄土滑坡、振陷等一系列地质灾害,而强度的衰减与其阻尼特性密切相关,因而结构性黄土的动态阻尼特征及其演化规律问题是岩土工程抗震的重要研究课题之一。为此,以天水磐安结构性黄土为研究对象,开展了天然、饱和条件下原状黄土和重塑黄土的动力学特性试验。在试验基础上,分析并比较了黄土的动模量、动阻尼响应特征及其演化规律。研究表明:天然、饱和条件下原状黄土和重塑黄土的动应力随动应变的增大而增大,动模量随动应变的增大而减小,动阻尼比随着动应变的增大而增大;受黄土结构性的影响,原状黄土的最大动模量比重塑黄土的稍大,原状、重塑黄土的最大动模量比饱和原状、饱合重塑黄土的稍大;黄土结构性较强时需要考虑试样固结应力对阻尼比的影响,饱和重塑黄土可以忽略试样固结应力对阻尼比的影响。     

强夯激励下黄土边坡动力响应模型试验研究

设计并完成了1:20比尺的黄土边坡大型动力模型试验,探讨了模型试验中的相似律、边界条件处理等问题;研究了强夯激励下黄土边坡的动力特性变化规律与动力响应规律,以及边坡坡率对动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,边坡坡率越大,动力响应幅值越大;强夯激励下黄土边坡的动力响应幅值均随冲击荷载作用而产生并迅速衰减;振动周期在1 s之内,主频率在25～45 Hz之间,不会出现振动叠加现象。强夯激励下黄土边坡对径向加速度的放大效应更显著,下部边坡以竖向振动为主,上部边坡以径向振动为主。黄土边坡的边缘部位对强夯冲击振动的反应幅值较之内部存在放大现象。沿坡高方向,边坡对输入加速度具有明显的放大作用,坡顶处的放大效应最为显著。试验结果有助于揭示黄土边坡在强夯激励下的动力响应规律,为黄土地区的工程设计和施工提供有益的参考     

黄土受强夯扰动的工程特性与环境公害研究

通过湿陷性黄土地基强夯处理原位测试试验,对强夯引起的湿陷性黄土物理力学特性、密实度、湿陷性、比贯入阻力和承载力变化等扰动特性进行了系统的研究,并划分了不同的扰动区域;同时对强夯所引起周围建筑物的环境公害进行了分析。在实测统计资料基础上,提出了不利扰动影响系数,该扰动影响系数不仅考虑了振动的基本特征,而且考虑了包括建筑物刚度、强度、高度、基础情况以及隔振措施等综合影响因素,其结果可作为强夯振动的扰动评价依据。     

概率性分析在黄土场地动力沉降评价中的应用

天然黄土动残余应变研究主要依赖室内动三轴试验,如何将有限室内试验数据合理地应用于场地动力沉降的定量评价,是岩土地震工程领域中研究涉足尚少的重要科学问题。应用概率统计与蒙特卡洛模拟等非确定性分析方法,借助综合考虑固结应力、结构强度、空间体积特性和地震动荷载等动残余应变关键影响参量的估算模型,提出有效弱化土体物性参量不确定性（离散性与随机性）的场地动力沉降概率性评价的思路与方法。应用结果显示,利用该方法得出的场地动力沉降的概率分布特征,能够反映天然黄土动残余应变的基本认知特点,对明晰地震作用下天然黄土场地精细动力沉降特性以及据此采用适当合理的地基处理方法,具有理论意义与实用价值。     

赤泥改性黄土的基本工程性质研究

为探究赤泥改性黄土的基本工程特性,进行无侧限抗压试验、直剪试验及渗透试验,得出赤泥改性黄土的最佳配比,建立了抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率的经验公式。通过动三轴试验,分析了循环动荷载下改性黄土的累积塑性变形、动弹性模量及浸出毒性。结果表明,随赤泥含量增加,改性黄土无侧限抗压强度和黏聚力都先增大后减小,当赤泥含量为15%时其28 d无侧限抗压强度达到3.5 MPa,较不掺入赤泥时提高约34.7%;改性黄土的渗透系数随赤泥含量增加先快速降低,至赤泥含量5%后趋于稳定;改性黄土的抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率呈良好的线性关系;改性黄土在循环动荷载下的临界动应力达600 kPa,最大动弹性模量比未改性黄土高出6倍,且其浸出液不具有浸出毒性。     

高能级强夯法在石油化工项目处理湿陷性黄土中的应用

对甘肃董志石油化工项目中3 000～15 000 kN m能级强夯处理湿陷性黄土地基的设计、施工、检测进行系统全面的研究,其中12 000、15 000 kN m能级均为国内处理湿陷性黄土的最高能级。通过标准贯入试验、室内土工试验、静力触探试验、瑞利波试验、平板载荷试验对强夯加固效果进行综合检测,得出有效加固深度、湿陷性处理效果等结论,并提出适应该地区强夯法处理深度的经验公式,为湿陷性黄土地基处理设计、施工、检测提供参考     

黄土高边坡的三维动力稳定性分析——以固原九龙山边坡为例

针对高烈度区九龙山黄土高边坡的动力稳定性问题,调查分析了该边坡的工程地质条件和场地所在区域构造活动与分布特征。在考察动荷载循环、往复作用下黄土反应敏感性及动强度参数,以及沿坡高确定地震惯性力反应地震作用大小的基础上,将强度参数折减与有限差分方法结合,从而形成了边坡的拟静力强度折减有限差分分析方法。通过九龙山土边坡拟静力强度折减三维有限差分法计算分析,得到了强度折减条件下边坡的位移场和应力场,边坡关键点位移与折减系数之间的关系,以及黄土高边坡的动力稳定性安全系数。其分析结果与传统的二维极限平衡分析方法确定的结果基本一致,验证了边坡拟静力强度折减有限差分方法的合理性。     

分级加载下冻土阻尼比的试验研究

利用MTS-810型振动三轴试验机对不同加载频率、围压和温度下冻结黏土和冻结黄土的阻尼比变化规律进行研究。结果表明:不同频率、围压和温度下,对于冻结黏土,随动应变幅的增大,阻尼比呈先减小再缓慢增大的变化趋势;对于冻结黄土,阻尼比随动应变幅的增加先减小再逐渐保持不变。相同动应变幅下,冻结黏土和冻结黄土的阻尼比随加载频率的增加而减小,随围压的增加变化不大,温度为?0.2~?1℃时,阻尼比的变化规律不明显,温度为?2℃时,阻尼比的取值显著小于?0.2~?1℃时的阻尼比取值。当动应力水平较低时,阻尼比受频率的影响程度较大;当动应力水平较高时,阻尼比受温度的影响程度较大;在整个加载过程中,阻尼比受围压的影响程度最小。当动应变幅较小时,频率对冻结黄土的影响程度要大于冻结黏土,随动应力水平的增高,冻结黄土受频率的影响程度逐渐小于冻结黏土。在整个加载过程中,温度对冻结黄土的影响程度大于冻结黏土,而围压对冻结黄土的影响程度小于冻结黏土。     

考虑微结构特征的黄土动力特性影响因素研究

选取1920年海原地震震中滑坡密集分布区宁夏回族自治区西吉县庞湾乡的黄土,分别进行了不同围压,不同含水率条件下的原状、重塑土动三轴试验。结合动三轴试验前后的微观变化图像,探讨围压和水分对黄土试样土颗粒的作用机制,从微结构的角度阐释了两者对黄土动力特性影响的特点。研究结果表明:所取试样动剪切模量与动剪应变的关系可以用H-D模型的推导式拟合,随含水率增加,围压减小,参数a,b值增大;水分在原状试样和重塑试样的作用不同,随着含水率的增加,动剪切模量降低,阻尼比增大,原状试样动剪切模量和阻尼比的变化速率先快后慢,而重塑试样相应值的变化速率先慢后快;除了水分和围压等外在条件的影响,土样本身土体的微观特征如孔隙分布、颗粒大小、粒间间距、联结方式、密实程度等因素对土体动剪切模量和阻尼比等宏观特性产生重要影响。