路堤下现浇薄壁管桩复合地基工作特性分析

现浇薄壁管桩和土工格栅加筋碎石垫层所组成的复合地基加固软弱路基具有经济合理，施工时间短，承载力高，沉降减小明显等优点。采用非线性有限元对路堤荷载作用下的现浇薄壁管桩复合地基的工作特性进行了分析，结果表明：在路堤荷载作用下，路堤填土材料中的拱效应、土工格栅的拉膜效应或加筋垫层的刚性垫层效应、桩土间刚度差异引起的应力集中效应保证了大部分荷载由桩承担，有效地减小了总沉降和不均匀沉降。同时对荷载传递机理的影响因素做了分析.     

素混凝土桩复合地基支承路堤变形破坏模式

为了分析素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形特征和失稳破坏机制,建立了3组不同桩间距的素混凝土桩复合地基支承路堤离心试验模型及其数值模型。结果表明：在路堤填土自重、轨道和车辆荷载作用下,改变桩间距对素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形、桩体应变、加筋垫层和桩体破坏模式具有显著的影响;当桩间距不大于4倍桩径时,加筋垫层整体基本保持完好,路堤下素混凝土桩复合地基沉降能逐渐趋于稳定,而桩间距达到6倍桩径后,桩顶刺穿加筋垫层,加筋垫层对桩土变形协调和传递荷载作用失效,素混凝土桩复合地基支承路堤沉降持续增大;当桩间距达到4倍桩径时,素混凝土桩最大应变值发生随上部荷载的增大反而减小的突变现象,最靠近坡脚的素混凝土桩最先产生弯曲破坏而不是剪切破坏,当桩间距增大至6倍桩径时,桩体弯曲破坏逐渐往路堤中心方向发展。     

基于Winkler模型的双向增强体复合地基沉降计算

将加筋体和复合地基垫层作为一个整体薄板加以考虑,在考虑薄板非线性变形及加筋体水平抗力作用的基础上,基于虚功理论及Winkler弹性地基模型,建立了双向增强体复合地基加固区沉降计算方法。该方法能综合反映上部荷载、面积置换率、垫层及桩间土刚度、桩土应力比等主要因素的影响。以其为基础,设计完成了2组双向增强体复合地基室内模型试验,得到了其相应的荷载-沉降曲线及桩土应力比数据。模型试验与工程实例计算分析表明,加筋垫层的水平抗力对于降低复合地基沉降量是有利的,其影响不容忽视,同时验证了该方法的合理性和可行性。     

静载作用下土工格栅加筋拓宽路堤土中应力特征试验研究

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征,利用自行设计制造的模型试验系统,通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验,研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明,拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大,受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响,荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征;软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大,土中竖向应力随着差异沉降增大而增大;旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大;在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降：相同荷载作用下对比无加筋路堤,铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%,土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。     

复合加筋排水褥垫加固路基有限元计算

复合加筋排水褥垫是针对沿海缺砂地区开发的,具有水平排水与加筋作用的一项新型专利技术,可取代软基加固中的排水砂垫层。采用二维平面应变Biot固结有限元模型对复合加筋排水褥垫软土路堤进行了数值模拟,结果表明复合加筋排水褥垫可以满足水平排水要求,另外与传统的水平排水砂垫层相比,该技术可降低地基附加正应力和超孔隙水压力,有效抑制路基侧向变形的发展,减小路基沉降与不均匀沉降,提高路基稳定性,加筋效果显著。     

桩承式加筋路堤时效性数值模拟研究

利用有限元数值模拟方法研究了桩承式加筋路堤的时效性变化规律。通过无桩无筋、无桩加筋、竖向桩体及水平加筋联合使用3种情况对比研究,分析了路堤填土荷载作用下软土地基中超静孔隙水压力随时间的变化规律,探讨了路堤水平位移、沉降和工后沉降、筋材最大拉力及桩体荷载分担比随固结时间的变化规律。研究结论可为软土地基上路堤的设计和施工提供重要的参考。     

双向增强复合地基沉降计算方法研究

将双向增强复合地基中的水平向加筋垫层视为具有一定刚度的地基梁,竖向桩体和桩间土体简化为一系列刚度不同的弹簧,考虑水平加筋垫层上下界面摩阻力的影响,基于Winkler弹性地基梁理论推导出水平加筋体的挠曲变形微分方程,并给出其幂级数半解析解,从而得到了双向增强复合地基在对称荷载作用下的沉降计算方法。通过与常规弹性地基梁法的比较验证了该方法的正确性。该方法可考虑水平加筋体筋材拉力对双向增强复合地基沉降的影响,研究结果表明,水平加筋体的设置有利于减少复合地基的沉降量     

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。     

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。     

水泥土桩联合土工格栅复合地基的离心模型试验研究

在软土地基上修筑路堤需要兼顾承载力和变形两方面的要求。针对山区沟谷软基的特点,采用了夯实水泥土桩与土工格栅联合加固的方法,是一种创新,选择合适的试验手段来研究该种型式的复合地基对于工程设计和施工具有重要意义。通过离心模型试验,模拟夯实水泥土桩联合土工格栅复合地基上路堤的填筑进程,水泥土桩采用石膏柱模拟,土工格栅采用预拉伸加筋格网模拟,试验得出了该种复合地基的工程特性。夯实水泥土桩具有较好的加固基础作用,格栅的主要作用是均衡上部荷载和减小差异沉降,采用夯实水泥土桩联合土工格栅的复合地基形式可以满足沟谷软基的沉降控制要求,其最终结论可以为设计和施工提供参考。     

地震作用下水平层状岩质边坡累积损伤与破坏模式研究

研究边坡在反复地震作用下的累积损伤对于库区岩质边坡的长期稳定性分析具有重要意义。结合振动台试验与理论分析方法,对水平层状岩质边坡在反复地震作用下的累积损伤与破坏模式进行了深入研究。结果表明:采用混凝土疲劳裂纹扩展的双K准则可以很好地解释边坡的累积损伤曲线的变化趋势,完整的累积损伤演化曲线表现出初始损伤、细观裂纹扩展、宏观裂缝扩展3个阶段;分别采用三次多项式和幂指数建立了微小地震和强震作用下边坡岩体累积损伤演化模型并取得了良好的拟合效果,微小地震作用下边坡岩体累积损伤曲线表现出初期略微下降、中期线性增长、后期平缓增长的正"S"型的3段式特征,强震作用下边坡岩体累积损伤相比微震作用下有较为快速的增长,且在边坡破坏前增速加快。频发微震作用下,水平层状岩质边坡在坡体上部形成阶梯型破坏面并向坡面出露,在坡体下部形成平直的剪切破坏面,坡体最终的破坏面呈阶梯状。     

基于染色标定与图像颗粒分割的钙质砂颗粒破碎特性研究

针对混合粒径钙质砂中不同粒径颗粒绝对破碎量无法获得和现有破碎率难以考虑破碎重叠掩盖破碎量这两个问题开展研究。设计了粗砂、中砂、细砂颗粒集中分布的3种级配钙质砂试样,进行侧限压缩试验。对不同粒径区间钙质砂分别染成不同颜色,拍照获取各粒径区间钙质砂破碎信息;采用Image J软件进行彩色图像颗粒分割、二值化处理、统计各颜色颗粒面积,换算得各颜色颗粒破碎后含量;并提出考虑破碎重叠掩盖的试样累积破碎率指标B_a。结果表明,随压力增大及颗粒分布集中,试样的重叠掩盖破碎量增大。混合粒径钙质砂中的中间粒径(0.25~1.00mm)颗粒易于破碎,各粒径颗粒破坏模式以颗粒边角破碎为主;累积破碎率B_a值较相对破碎率B_r较大,与垂向压力对数值间满足线性关系,为颗粒破碎研究提供了新的思路。     

藏北羌塘盆地侏罗纪含颗石藻黑色岩系地球化学特征与地质意义

藏北羌塘盆地侏罗系发育一套富含有机质的黑色岩系,化石较为丰富而倍受地质学家关注。本文选择双湖地区毕洛错剖面,从有机地球化学和元素地球化学方面分析富含颗石藻黑色岩系特征。研究表明,研究区黑色岩系有机碳含量为2.84%~3.71%,氯仿沥青"A"含量为0.18%~0.29%。有机质类型为Ⅱ1型,母质主要来源于浮游生物及少量陆生植物,Tmax为429~435℃,显示该套岩系处于未成熟阶段。研究区样品的主量元素Si、Al、Ca等元素较富集,表明该套黑色岩系以陆源碎屑输入为主;V/Cr、U/Th、Ni/Co、V/(Ni+V)特征比值、U和Mo的富集以及Eu和Ce无明显异常,反映了该套黑色岩系主要沉积在弱还原环境,有利于有机质保存。以上研究表明,研究区含颗石藻黑色岩系为较好的烃源岩,保存条件较好,可以作为进一步勘探开发的有利烃源岩层。     

基于STA/LTA岩石破裂微震信号实时识别算法及工程应用

微震监测获取的数据中通常混有大量的非岩石破裂信号,该类信号目前主要通过人工经验进行识别与滤除,这消耗了大量的宝贵时间,严重影响灾害的防治和救援效率。对大量微震信号进行分析,发现STA/LTA算法在信号实时触发后能大致表征波形振幅和频率的变化,岩石破裂信号和非岩石破裂信号在延迟位置处R值具有差异性。基于此,提出了岩石破裂微震信号实时识别算法。新算法应用到白鹤滩水电站地下厂房、红透山和阿舍勒铜矿深部采场3个工程,岩石破裂事件识别的准确率分别是85.98%、92.45%和91.06%,非岩石破裂事件滤除的准确率分别是72.06%、83.11%和49.87%。该算法使基于岩石破裂微震信息的岩石工程灾害自动分析与预警成为可能,具有重要意义。     

基于探地雷达属性分析的典型岩溶不良地质识别方法

采用探地雷达进行岩溶隧道超前地质预报时,受现场探测环境、岩溶地质的复杂性以及解译技术制约,多解性问题一直未能得到很好解决。从依托工程中选取代表性的案例,分析总结隧道建设中常见的几种典型岩溶不良地质的属性特征,结果表明岩溶不良地质类型与探地雷达属性参数有很好相关性,其中:空腔型溶洞、干燥松散黏土夹碎石充填型溶洞和无水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较慢,分布范围分别为90~105、85~100、70~110MHz;软塑状黏土充填型溶洞和富水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较快,分布范围分别为60~80MHz和40~70MHz。研究属性特征定量表示方法,提出基于广义S变换及子波谱模拟的雷达波吸收衰减参数计算方法。实际数据分析结果表明:每种属性都能从某些角度反映岩溶不良地质体雷达反射波的特征,在综合多个特征参数后,可以较好地区分不同的岩溶不良地质类型,从而提高探地雷达目标识别精度。     

基于冲切破坏模式的嵌岩桩桩端溶洞顶板临界厚度确定方法研究

桩端下伏溶洞顶板厚度是影响嵌岩桩竖向承载力的一个重要影响因素,在工程实践中,我国相关规范要求桩端平面以下的顶板厚度不小于3倍桩径。根据规范确定溶洞顶板厚度具有一定的经验性和笼统性,没有考虑溶洞顶板岩体质量,亦忽略了溶洞自身尺寸的影响。基于桩端岩体的冲切破坏模式,并结合广义Hoek-Brown准则和极限定理上限法建立了溶洞顶板临界厚径比(h/d,即顶板厚度h/基桩直径d)的计算方法,给出了不同岩体基本质量级别的临界厚径比建议值。结果表明:极限端阻力、岩石坚硬程度和岩体质量均对临界厚径比产生影响,极限端阻力越小、岩体质量越好、岩石越坚硬,则溶洞顶板的临界厚径比越小;以《工程岩体分级标准》(GB/T50218-2014)中岩体基本质量分级为参考依据,Ⅰ~Ⅳ级岩体的临界厚径比建议值分别是Ⅰ级岩体h/d≤2.41、Ⅱ级岩体2.41≤h/d≤2.96、Ⅲ级岩体2.96≤h/d≤3.73、Ⅳ级岩体3.73≤h/d≤4.91。     

水平荷载下桩身侧阻抗力矩的作用机制与计算模型研究

为探讨摩阻力增强效应影响下的水平受荷桩承载机制,建立了水平荷载作用下考虑增强效应影响的桩侧摩阻力τ-s曲线模型,并在此基础上推导了桩身单位长度侧阻抗力矩数值解。随后开展了桩径、临界位移、极限侧摩阻力等因素影响下Ms,ini/Msu,ini-θ/θref,ini无量纲化曲线规律分析。结合摩阻力增强效应理论进而分别建立了线弹性-塑性、双曲线、API规范砂土与黏土τ-s曲线模型作用下的桩身侧阻抗力矩简化理论解,并基于传递矩阵法原理,解得了考虑桩侧摩阻力作用时基桩水平承载力半解析解。通过多组验证工况和工程实例分析验证了所建立的侧阻抗力矩简化解以及考虑侧阻抗力矩影响的基桩水平承载力方法的正确性,同时也证明了摩阻力增强效应对基桩水平承载力的影响不能忽略,并得出如下结论:无试验数据参考时,砂土、黏土与桩接触面的刚度指数可分别取0.725和0.600;桩身侧阻抗力矩随着桩径、极限摩阻力的增加以及临界位移的减小而增加,其中桩径对侧阻抗力矩影响更为明显。