侧向约束防渗路基新结构防渗效果试验研究

在湿陷黄土地区修建客运专线如何满足修建过程中以及工后沉降的要求,同时提高路基结构的抗渗性能,是该地区客运专线路基工程的关键技术。提出侧向约束防渗的路基结构新形式,研究了湿陷性黄土地基侧向约束防渗路基结构的防渗效果。采用灰土挤密桩和水泥土挤密桩作为侧向约束防渗结构,通过室内模型试验,针对不同桩体填料及桩间距,测试地基中不同位置及深度处地基土含水率的变化,对比分析后得出,与天然地基相比,设置挤密桩显著提高了地基的侧向防渗能力,且随着桩间距的减小,地基土含水率增长速率逐渐减小,即渗流速度减缓,防渗效果越好。对比试验中两种挤密桩复合地基,水泥土挤密桩侧向防渗效果优于灰土挤密桩,研究成果可供同类工程参考。     

原位贯入装置标定罐模型试验研究与发展

为明确标定罐模型试验在室内模拟原位测试技术领域中的研究现状,根据国内外大量文献中相关标定罐模型试验的报道,对现今世界上已有的大型标定罐进行了总结,并对比分析了各个标定罐的优缺点以及标定罐的改进历程。介绍了国内外使用最为广泛的两种标定罐体系的相关研究内容,论述了影响标定罐模型试验的相关参数以及影响因素,并归纳了标定罐试验的应用研究结果。分析结果表明,标定罐模型试验在原位测试技术的应用研究具有很好的应用前景,且集边界条件控制、应力状态控制、土样控制等各种特点于一身;通过标定罐试验进行相关的土体参数的推算与验算,与之相应的原位试验进行对比,分析了不同土层的现场经验公式,可为原位试验的评价与分析提供依据。但是,标定罐试验的相关研究还需进一步的加强与扩展,目前主要是砂质土的相关研究,对于黏性土和特殊土尚缺少相关研究;原位测试参数方面也应加强对侧摩阻力、孔隙水压力等相关参数的试验研究。     

奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采覆岩破坏特征研究

采用相似模型试验和数值模拟相结合的方式,分析了奥陶系石灰岩推覆体含水层下煤层开采的覆岩破坏及地表沉陷 特征。经验公式计算,相似模型试验和数值模拟的对比分析表明：该特殊地质条件下,不考虑渗流场影响时,垮落带高度 为采厚的2.2~4.5倍,导水裂隙带高度为采厚的14.0~19.1倍;渗流场的存在使导水裂隙带及垮落带高度增加,此时垮采比为 4.8,裂采比为20.6。因此,从偏安全的角度考虑,煤层的实际开采过程应考虑渗流场的影响,以渗流场-应力场耦合作用 下的导水裂隙带高度作为安全煤（岩）柱合理留设的依据。     

海上风机支撑结构动力特性模型试验研究

海上风机是一种高柔性海洋结构物,其支撑结构动力响应受风、浪、流等环境因素,风机荷载及基础刚度的影响异常敏感。本文在结构动力特性试验平台上,建立了以基础-塔架-顶部集中质量为一体的风机简化分析模型,并利用新型循环加载装置,在砂土中开展了4组针对风机模型长期动力特性变化规律的试验。主要研究在一定的加载频率下,支撑结构一阶自振频率在不同幅值的循环荷载作用下的变化规律,并从土体力学行为特性及循环荷载下土颗粒运移规律角度对试验现象进行分析。通过该模型试验所获得的结论,并基于一系列的相似性准则,在一定程度上可以揭示长期循环荷载下,海上风机支撑结构动力特性的变化规律,并对今后实际工程中有关基础选型及支撑结构设计上给出了相关建议。     

山岭隧道洞口段设置减震层的振动台模型试验研究

为了解减震层在地震过程中对隧道衬砌及围岩仰坡动力响应的影响,针对山岭隧道洞口段开展振动台物理模型试验研究,模型试验按有无减震层分为两组工况。试验结果表明:减震层的存在可以有效减弱洞口段衬砌加速度与位移的放大效应,减弱围岩振动向衬砌的传递;衬砌的应变反应在设置减震层后明显减小,特别是应变反应较大的两侧拱肩和拱脚位置,减震层的设置使衬砌的动应变接近均匀,随着地震次数的增加,减震层并不会失效,减震效率反而会有所增强;而减震层的设置不能改变围岩的加速度反应,坡面随高程的放大效应依然明显,较易发生局部的滑塌破坏,特别是高位滑塌,但坡面均为浅层破坏,不会对衬砌产生附加荷载作用,但需要注意的是滑塌的围岩会掩埋洞口,将严重影响隧道的正常使用。     

公路隧道下穿3层采空区施工模型试验研究

隧道近接下穿3层倾斜采空区施工容易引起围岩松动范围叠加、增大,地层的非对称移动易使隧道结构受非对称荷载作用。采取室内模型试验模拟公路隧道下穿3层煤层采空区的开挖过程,通过埋设土压力盒、电阻应变片、地中位移计,测量隧道开挖过程中初期支护受力和地层位移。试验结果表明,一定范围倾角越小,隧道测试断面开挖过程中的采空区地层的沉降速率越大,时程曲线越陡,后期沉降值较大,扰动程度随地层与隧道距离的增加先增大后减小;一定倾角的采空区会使离采空区较远一侧的仰拱处土压力明显增大,结构设计时应予以加强;在15°～30°范围内,倾角对围岩压力的分布形态、量值影响不大,对钢拱架内力影响较大,倾角越大,初期支护偏心距越大。对于Ⅳ级围岩,双车道隧道近接（2 m）3层采空区地层施工时,建议先进行超前支护,再采用台阶法开挖,进尺不大于1 m,钢拱架间距不大于0.5 m。     

循环荷载下桩网结构路基和垫层动力响应研究

基于相似理论,开展了4组桩网结构路基大比例动态模型试验,测试了循环荷载下桩网结构路基的动力响应指标,研究了降雨前、后加载力、加载频率以及循环加载次数对路基的动力响应、桩土荷载分担以及垫层格栅应变的影响。结果表明,降雨后路基动应力和动加速度均会增大,并且在基床内部增速较快,而路堤下部其增长基本趋于稳定;循环加载期间桩土应力比缓慢增大,其受降雨影响敏感,雨后降幅可达56.4%～79.5%;循环加载完成后垫层格栅应变增大,其横向分布特征基本保持不变;土拱形成后路基填高继续增加,路基宽度范围内4桩中心格栅应变增幅较大,峰值出现在边坡中心和路基中心附近,横向分布呈“W”型;两桩中心的格栅应变由路基中心向坡脚处呈“台阶”型递增,而路基宽度与边坡范围的格栅应变差距不断缩小。     

沉管接头突发渗漏水的红外监测模型试验

在沉管隧道的应用中,渗漏水已经成为威胁到沉管建设和运行过程中的重大问题。针对沉管隧道接头渗漏水的问题,通过建立等尺寸模型进行室内试验,模拟港珠澳大桥沉管隧道接头渗漏。采用红外技术建立无接触、无明水渗漏监测系统,收集沉管接头渗漏的红外辐射图像数据,并采用Matlab对图像数据进行分析。采用温度突变法,通过分析不同温度的水渗入接头OMEGA中导致构件红外辐射特征发生变化,从而对是否有渗漏水发生进行有效的判断,同时对影响判别的因素进行分析。试验结果表明：采用温度突变法的红外监测系统在沉管隧道中的监测,可以对突发渗漏水进行判别;当快速渗漏的水体与沉管接头处构件存在较大温差,则会造成构件表面温度突变;温差越大,造成的温度突变越明显,监测系统判定出渗漏所需时间越短。研究成果为红外监测在沉管隧道以及其他类似工程中的应用提供了一种思路,并验证了其可行性。     

深部层状节理岩体分区破裂模型试验研究

随着地下工程开挖深度的增加,深部洞室围岩将产生不同于浅部洞室的分区破裂现象。为深入研究深部岩体分区破裂现象的形成机制和影响因素,以淮南矿区丁集煤矿的深部巷道为工程背景,利用模型相似材料和高地应力真三维加载模型试验系统,首次开展了带有软弱夹层的层状节理岩体的真三维地质力学模型试验。结果表明：（1）在满足一定应力条件下,带有软弱夹层的层状节理试验模型出现明显的分区破裂现象;（2）软弱夹层是影响层状节理岩体分区破裂现象的重要因素,在相同的应力条件下,软弱夹层使得巷道围岩的径向位移和应变明显增加;并且软弱夹层的间距越小,洞周破裂区的层数越多,范围越大;（3）洞周破裂区的形状近似为圆形,与是否存在软弱夹层及软弱夹层间距均无关。模型试验结果有效揭示了分区破裂的影响因素,为深入研究高地应力深部岩体的非线性变形破坏特征奠定了坚实的试验基础。     

坡面形态对边坡动力变形破坏影响的模型试验研究

采用自主制作的单向振动试验台,对不同坡面形态土质边坡进行了失稳破坏过程的模型试验研究。试验设计了凹面坡、凸面坡和凹凸面组合型3类边坡共8个模型,通过单向振动试验台施加初始位移,触发模型边坡失稳破坏,利用摄像机对模型边坡破坏过程进行跟踪记录,并对变形破坏特征进行分析。试验表明：凹面坡主要由坡面上形成的横向裂隙带动整个坡体发生破坏,而凸面坡则是由于坡顶上形成的横向裂隙带动整个坡体发生变形破坏,凹凸面组合型边坡的破坏则是受坡面凸起部位所控制;进一步研究发现,凹凸程度越强的边坡越容易发生变形破坏,其变形破坏的程度越大。研究成果有助于了解不同形态坡面边坡的破坏特征,为工程边坡设计提供借鉴意义。