探地雷达技术在古城墙修缮中的应用

平遥古城墙是我国珍贵的文化遗产。由于古城墙经历年代久远以及近代人为破坏,其内部结构发生了很大改变,目前已有部分马面和墙体出现裂缝,甚至发生了严重的跨塌事故。本文以探地雷达技术的应用为基础,简述了探地雷达在古城墙修缮中的基本原理及应用。通过讨论探地雷达技术对目标体的检测,分析古城墙雷达剖面,得出了城墙内部存在松软土体、孔洞、裂缝等结构缺陷,并给出危险等级,为制定修缮计划提供了可靠的依据。     

考虑接触非线性的西安明城墙稳定分析

西安明城墙是由内芯土和外包墙组成的人工黄土边坡。强度折减有限元法是分析土坡稳定性、确定土坡最小安全系数的有效方法,但应用该方法计算城墙的安全系数时,却难以处理外包墙上的潜在破坏面对城墙稳定性的影响。根据外包墙破坏的实际情况,假设了不同形式和位置的潜在破坏面来模拟外包墙的破坏形态,通过考虑软化性能的界面本构方程,应用强度折减有限元法确定了外包墙的最危险破坏形态,并基于此破坏形态研究了影响城墙稳定性的主要因素,可为古城墙的稳定性评估和保护修缮提供依据。分析表明,城墙内芯土潜在滑动弧可简化为一条直线,其顶点位于坡肩内约3 m处;城墙沿该滑动弧的安全系数满足稳定性要求;外包墙的破坏形态和砂浆强度、外包墙与内芯土之间的摩擦系数是影响城墙变形破坏的主要因素。     

地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术

以西安地铁2号线区间隧道下穿南门古城墙工程为依托,通过建立FLAC3D数值模型对可能的3种施工方案进行了对比分析,建议将管片支护及壁后注浆、城门基础范围内土体化学注浆加固和城墙南面基础附近施工钻孔灌注桩的联合变形控制方案作为最优的可行性方案,并对该方案引起的古城墙变形规律进行了预测研究,根据预测结果制定了监测方案。工程实践表明,建议的古城墙变形控制施工技术是合理的,隧道施工时引起的城墙和地表变形值处于安全值范围内。得到的地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术对西安地铁1号线下穿东西古城墙的安全施工具有借鉴价值。     

砖-土结构劣化及入侵建筑物拆除对榆林卫城稳定性影响

研究古城墙在环境和人为破坏因素下的稳定性对于古城墙保护和修复工程具有重要科学意义。以陕西榆林卫城为研究背景,对其保存现状进行大量调研,对砖墙砌体及夯土材料力学特性进行原位测试和室内试验,再基于数值方法来综合评判砖-土结构劣化及入侵建筑物在拆除过程中古城墙的整体稳定性和受力性态。结果表明:(1)城墙夯土受水分入渗后平均含水率w≥11.5%或顶部剥蚀长度L≥2.5m时,安全系数低于设计值[Fs]=1.3,而外墙砌体劣化对城墙整体稳定性影响不大,表明夯土的强度对城墙整体稳定性起着决定性作用;(2)拆除2层以上、入侵深度超过3.0m的民居或拆除1层的入侵深度超过2.5m的邻近建筑物时,城墙顶部夯土塑性区几乎贯通至城墙顶部;(3)拆除高2.0m宽超过4.0m的贯通城墙的门洞或层高4.0m宽超过2.5m的贯通城墙的民居时,建筑物顶部以上夯土塑性区贯通至城墙顶部,可能会出现坍塌危险,而拆除断面尺寸低于2.0m×2.0m的贯通城墙的建筑物时,对其城墙稳定性影响不大。     

震裂斜坡形成机理及变形破坏模式研究

震裂斜坡是强震作用下形成的一类分布范围广、震裂变形严重、潜在危害大的次生地质灾害,为了深入系统地分析其震裂机理及变形破坏机制模式,本文结合"5.12"汶川大地震造成的震裂斜坡及其破坏现象的详细调查,在对强震中的地震波效应深入分析的基础上,以双面斜坡为例,首先对震裂变形的力学机理进行了系统分析。认为强震中的体波效应将导致斜坡体处于量值和方向不断变化的拉-剪应力和反压应力的交替作用之下,其形成的拉-剪破裂效应和潜在的楔劈效应是斜坡震裂变形的重要力学因素之一。同时,面波效应将导致坡体表面处于鼓胀拉力和扭力的作用之下,是坡体表部整体震裂破碎甚至破坏的另一重要力学因素。二者共同作用均使坡体应力场处于不断的动态变化过程中,坡体(面)震裂变形甚至破坏更为严重。在此基础上,对强震中斜坡变形破坏的机制模式进行了归纳,认为主要有四种表现形式,即旋转-拉裂型、旋转-剪滑型、鼓胀-拉裂型和滑移-拉裂型。研究成果为震裂斜坡稳定性分析以及灾后重建和防灾减灾提供了有力参考。     

强夯碎石墩处治“山地型”软土路基的变形特征研究

为明确填方路堤荷载下强夯碎石墩的变形特征与其路堤稳定性的内在关联,针对“山地型”软土地区某高速铁路车站高填方路堤的失稳破坏现象,基于现场实测数据和三维数值分析模型,着重研究了不同位置强夯碎石墩墩体的鼓胀变形与侧向弯曲变形规律,并定义墩体鼓胀率和最大侧向弯曲值对其变形特征予以描述。研究结果表明:路堤荷载作用下不同位置的强夯碎石墩发生不同程度的鼓胀变形和侧向弯曲变形,其中鼓胀变形主要由上覆路堤荷载所产生的压缩鼓胀和路堤侧滑所产生的滑动剪切鼓胀所组成,且其最大鼓胀变形区域集中在距桩端1~2倍桩直径范围内;位于强夯碎石墩复合地基潜在滑裂面剪入口附近墩体的鼓胀率最大(0.75%),约为路堤中心处墩体鼓胀率的1.5倍,表明该处以滑动剪切鼓胀变形为主。沿路堤中心线向外不同位置的强夯碎石墩墩体的最大侧向弯曲变形的发展规律近似呈三段线模式,其中潜在滑裂面剪入口附近的17#墩体为其侧向弯曲变形开始陡增的拐点,表明17#与其附近墩体为控制路堤侧向变形与稳定的关键构件。路堤填筑过程中所出现数条裂缝的原因可能在于强夯碎石墩的剪切破坏而致使路堤出现整体滑移所引起的,建议在采用散体材料桩复合地基处治“山地型”软弱地基时,应配合其他加固措施以确保填方路堤的整体稳定性。     

上硬下软型危岩及其失稳临界凹槽深度确定方法研究——以水富市罗岩崩塌为例

以水富市罗岩上硬下软型危岩为研究对象,基于工程地质测绘,查明危岩岩体结构形态特征,分析其不利组合及可能存在的变形破坏模式,通过岩体质量分级及临空岩体承载力分析,对鼓胀式、倾倒式两种不同破坏模式下临界凹槽深度进行反算对比。结果发现：本研究实例上硬下软型危岩失稳主要受后缘高角度结构面控制,鼓胀式失稳时所需的临界凹槽深度较倾倒式更小,更易发生失稳破坏,危岩防控应首先考虑鼓胀式危岩的稳定控制。     

石窟寺典型工程地质变形破坏模式及分类体系

石窟寺是宝贵的石质文物,但在复杂的赋存环境、长期的侵蚀风化以及人类活动的影响下产生了多种变形破坏问题.详细的破坏分类体系是石窟寺病害表征、解释、分级和预测的基础,而目前尚未有针对石窟变形破坏的综合分类方法.分析了川渝、陇东地区代表性石窟的工程地质条件和变形破坏特性,将石窟的变形破坏类型分为工程地质成因型和工程地质力学型,建立了2大类、6亚类、24种破坏现象的综合分类体系.采用工程地质类比法对比了石窟变形破坏及诱发机制的南北差异.陇东石窟因卸荷产生的变形破坏更多,而微环境扰动带来的变形破坏在川渝石窟更突出.在微环境扰动下,川渝石窟的破坏响应以鳞片状剥落破坏为主,而陇东石窟以渔网状剥蚀破坏为主.      

探地雷达在古城墙病害探测中的应用

古城墙由于长年雨、雪水的侵蚀,容易造成城墙内部砖层、土体疏松等病害区域的发生,然而如何确定这些病害的位置、深度、规模等,是非常棘手的问题。探地雷达作为一种无损探测手段,具有探测效率高、分辨率高、结果直观等特点,对探测目标体不会造成任何损伤。结合工程实例,采用探地雷达技术对古城墙顶面进行探测。根据对探地雷达图谱进行处理分析,并选取5处有代表性的雷达图谱进行轻型动力触探验证。结合轻型动力触探验证资料,综合解释分析,提高了查找病害区域的准确性,同时说明探地雷达在古城墙探测中的适用性。     

散体材料桩复合地基沉降计算方法的研究

对散体材料桩复合地基桩与桩间土的相互作用进行研究,试验表明：散体材料桩在一定深度内发生鼓胀破坏,因此,将复合地基分为鼓胀段、非鼓胀段和下卧层3段进行沉降计算。假定桩-土协调变形,利用弹性力学空间问题理论推导出散体材料桩复合地基的沉降计算公式,为按沉降控制的复合地基优化设计提供计算依据。算例分析表明,所提方法的计算结果与实测值基本吻合。     

台风滑坡变形破坏机制模型试验研究

对温州市台风地质灾害分析,发现乔木类滑坡最为典型。以物理模型试验再现其演化过程,归纳总结变形破坏特征,分析台风引发裸坡和乔木类斜坡变形破坏现象的联系,再综合分析,初步得到台风滑坡的变形破坏机制。研究表明,坡体在强降雨作用软化后更易在台风与植被耦合下破坏。与一般类型斜坡变形破坏在诱发机制方面显著不同,台风对斜坡的作用主要包括暴雨的冲蚀、软化作用和大风的动力作用等。台风来袭时,当乔木根系在滑带之上则不利于斜坡的稳定,可能导致前缘小部分土体失稳。风振液化是以脉动风的反复循环荷载形式通过植被作用于根部土体,使土体液化,加剧植被的风倒和斜坡的变形破坏。将台风滑坡的变形破坏机制归纳为:暴雨冲蚀土体软化风的作用植被摇曳土体松动裂缝发展前缘土体失稳滑坡形成。     

陕西延安某老滑坡场地上建筑物破坏机理分析

陕北地区土地资源匮乏。随着城市人口数量增加及城镇化进程的加快,在老滑坡上修建各种建筑物与构筑物以求合理利用土地资源已成趋势,但此举导致的建筑物与构筑物的变形破坏现象,对人民生命与财产安全造成重大威胁。本文针对延安某处大型老滑坡体上民用建筑群墙面开裂及墙体前鼓病害,在现场调查基础上,开展建筑物变形破坏机理分析;采用FLAC3D数值模拟方法,分析了在建筑物附加荷载下老滑坡以及地基土体的应力应变发展规律,揭示了建筑加载下老滑坡稳定性的变化趋势和建筑物变形破坏机理。研究结果表明,修建建筑物后老滑坡基本处于稳定状态,并未发生整体复活现象;老滑坡场地上的不均匀地基在建筑物附加荷载下产生较大差异沉降是造成建筑物墙面出现裂缝的主要原因;老滑坡场地内第四级台阶的加载变形引起了临近台阶边缘建筑物的墙体前鼓。     

差异流动变形破坏研究

工程岩体出现许多流变现象, 它最突出的特点是差异流动变形破坏。本文从流变现象及变形量测结果论述差异流动变形破坏特征, 并且根据蠕变流动变形破坏与时间的关系进行了差异流动变形分类, 这些类型同时存在于一个岩体或岩块内。     

三峡库区凉水井滑坡地质力学模型研究

针对凉水井滑坡两个不同的地质模型（地质模型一及地质模型二）进行了对比研究,认为地质模型二较为合理,即凉水井滑坡是顺层岩质古崩滑堆积体,目前还未形成统一连续的滑带,滑坡按不同的堆积形成秩序及稳定性相关关系分为主滑坡和后部牵引区。并对滑坡的影响因素及变形机制进行了简要分析,认为启动滑坡变形裂缝的根本原因是水库初期蓄水时库水对滑坡阻滑段的浮托、阻滑段滑带的软化和滑坡前缘表部松散坡体的侵蚀塌岸;而在水库运行条件下,滑坡的稳定性影响因素主要是降雨特别是暴雨和久雨。滑坡稳定性分析表明,滑坡自2009年5月以来一直处于缓慢的应力调整和应力释放过程中,滑坡变形总体处于蠕变状态。此外,还对滑坡的破坏模式及稳定性进行了预测分析,认为在未来特大暴雨久雨条件和库岸再造的共同作用下,滑坡表部岩土体将首先发生滑塌（模式一）,也有发生滑坡整体深层滑动破坏的可能（模式二）。     

奉节县城区高挡土墙裂损破坏机理及补救措施

论文简要回顾了奉节高档墙建设和运营的基本现状。指出了奉节高档墙的一些主要裂损破坏型式:①挡墙自身墙体完好。但相对于墙背后土体,挡墙轴线有一定偏移。具体表现为墙体顶部与土体之间产生裂纹;②挡墙与墙背后土体未发生位移,墙体中部出现近横向并且有贯通趋势的裂缝或者表现为伸缩缝位置有错缝现象;③挡墙整体与背后土体均未变形。但墙面局部出现竖向臌胀裂缝。针对其破坏型式,文章简要分析了破坏机理:①墙与墙背后土体产生裂缝,主要是挡墙基础未处理好;②墙体中部出现横向贯通裂缝或伸缩缝位置有错缝现象。主要因墙背后静止土压力增大转化为主动土压力造成;③挡墙墙面局部出现竖向臌胀裂缝。主要由于地下水泉涌造成。在分析其破坏机理基础上,同时提出了一些相应的处置措施。     

三峡库区大型斜倾顺层滑坡失稳机理分析

长江三峡库区位于我国地形第二、三级阶梯过渡地带,地质环境复杂,斜倾顺层基岩滑坡较为发育。本文以重庆石柱龙井滑坡为例,详细分析了大型斜倾顺层基岩滑坡的变形特征、成因机理和破坏模式、并采用极限平衡法计算了滑坡在四种工况条件下的稳定性。结果表明:（1）龙井滑坡位于扬子准地台石柱向斜北西翼,体积约1.42×106 m3,主滑方向162°,前缘发育两个次级滑坡;（2）受地形地貌、地层构造、地下水和降雨等因素影响,滑坡目前处于蠕滑变形阶段,变形方式主要为拉张裂缝、剪切裂缝和局部鼓胀变形;（3）滑坡同时处于暴雨和前缘次级滑坡滑动条件下,稳定性为1.03,处于欠稳定状态,滑坡易沿软弱夹层发生整体滑动破坏。     

绵阳市普明街道鹏业小区边坡稳定性分析

通过绵阳市普明街道鹏业小区边坡调查,研究了暴雨对边坡影响、变形破坏的特征和形成条件。研究表明:(1)边坡在暴雨后,北侧边坡形破坏发生明显变形破坏,北段上部墙体滑移开裂;(2)边坡的岩性、结构对滑塌的发育分布起控制作用,暴雨是滑塌的主要诱发因素;(3)计算表明北部边坡现状条件下处于基本稳定状态,在强降雨作用下,会发生大面积的滑移变形破坏。(4)建议对已滑塌地段采取清除损毁墙体后,用钢筋混凝土板墙加格构锚索进行修复,对未滑塌地段采取格构加锚杆进行护面墙体加固处理。     

三峡库区大型斜倾顺层滑坡失稳机理分析——以石柱县龙井滑坡为例

长江三峡库区位于我国地形第二、三级阶梯过渡地带,地质环境复杂,斜倾顺层基岩滑坡较为发育。本文以重庆石柱龙井滑坡为例,详细分析了大型斜倾顺层基岩滑坡的变形特征、成因机理和破坏模式、并采用极限平衡法计算了滑坡在四种工况条件下的稳定性。结果表明:(1)龙井滑坡位于扬子准地台石柱向斜北西翼,体积约1.42×106 m3,主滑方向162°,前缘发育两个次级滑坡;(2)受地形地貌、地层构造、地下水和降雨等因素影响,滑坡目前处于蠕滑变形阶段,变形方式主要为拉张裂缝、剪切裂缝和局部鼓胀变形;(3)滑坡同时处于暴雨和前缘次级滑坡滑动条件下,稳定性为1.03,处于欠稳定状态,滑坡易沿软弱夹层发生整体滑动破坏。     

包裹碎石桩承载特性试验研究

为了研究包裹碎石桩的承载机制,开展了室内模型试验,对不同套筒长度和刚度的包裹碎石桩承载力、端阻力、变形和破坏情况等进行了分析。试验中利用自制的桩体径向变形测量仪监测了桩体的径向变形情况。试验结果表明：当桩体支承在坚硬土层时,全长包裹碎石桩有效提高碎石桩的承载力和刚度,且采用弹性模量较大的土工材料套筒,包裹碎石桩的极限承载力和刚度也较大,部分包裹碎石桩（包裹长度为0.6倍桩长）相对于碎石桩优势不明显。这是因为部分包裹碎石桩和全长包裹的承载特性、变形特点和破坏模式均存在差异。全长包裹碎石桩传递至桩底端的荷载大于部分包裹碎石桩和碎石桩的。与部分包裹碎石桩和碎石桩比较,全长包裹碎石桩桩身变形分布较为均匀,同一应力作用下,桩身最大径向变形量较小。此外,全长包裹碎石桩刺入顶部褥垫层发生破坏,而部分包裹碎石桩发生鼓胀破坏。     

降雨条件下黄土边坡现场试验研究

黄土边坡的变形破坏多发生于降雨期间,由此也造成了大量的损失。为减小降雨诱发黄土滑坡的影响,开展降雨型滑坡现场实验研究,具有现实意义。本文选取泾阳一天然黄土边坡为研究对象,利用自行设计的模拟降雨系统,设计并进行了3组不同雨强下的大型黄土边坡人工模拟降雨试验,旨在研究不同雨强条件下天然黄土边坡的入渗规律及变形破坏模式。通过对边坡内埋设的土壤水分传感仪、土压力盒和张力计管的读数变化及试验现象进行分析,进而得出降雨条件下大型黄土边坡现场试验的变形破坏规律,总结出该类边坡的水分入渗规律和变形破坏模式。试验结果表明,边坡入渗呈现一定的规律:降雨条件下,坡肩入渗深度和速率最大,坡脚次之,坡面最小;同时,降雨强度越大,雨水入渗速率越快,入渗时间越长,边坡相同位置处体积含水率和土压力增大幅度越大,基质吸力减小的幅度越大。降雨条件下天然黄土边坡的变形破坏模式为:坡肩侵蚀及侵蚀扩展→坡面裂隙形成扩展→坡肩裂隙形成扩展→局部滑塌;若继续降雨,则坡肩局部裂隙逐渐贯通进而形成滑面,最终导致滑坡发生。