山区天然气管道—滑坡体系下花管微型桩与螺纹微型桩支护性能对比试验

山区天然气管道工程难免会遭遇滑坡等地质灾害的影响,这给穿越滑坡区域的沿线管道的安全运营造成严重威胁。文章以中贵天然气管道K558+700滑坡为工程背景,通过室内大型物理模型试验,研究对比花管微型桩与螺纹微型桩两种新型支挡结构在管道滑坡中的支护机理及适用性。试验表明：（1）花管微型桩山侧及河侧峰值土压力沿桩深分布形式基本相似,大体呈“S”曲线形,桩后土体土拱效应明显,且在各级荷载下分布形式大致保持一致,总体来说花管桩侧土压力分布规律为桩中最大,桩顶次之,桩底最小;滑带附近的桩体周围土压力较大,在抗滑桩设计工作中应重点考虑优化。（2）螺纹桩山侧峰值土压力沿桩深分布图大体呈双“S”曲线形,河侧峰值土压力相比山侧分布形式产生了较大差异,桩底的土压力相比山侧有很大幅度减小;随外部荷载的增加桩周土压力增加幅度较大,表明螺纹微型桩在横向承载性能方面有所欠缺。（3）花管桩桩身弯矩沿深度方向呈“M”形分布,桩身离模拟滑面以上5 cm位置处产生最大正弯矩;螺纹桩桩身弯矩分布沿深度方向呈“S”形,桩体正负弯矩位置在模拟滑面附近大致呈旋转对称分布,滑面以上大部分区段为负弯矩,滑面以下为正弯矩;在相同推力荷载工...     

土质边坡微型桩组合结构大型振动台试验研究

我国是一个地震多发国家。微型桩组合结构作为一种新型柔性支护结构,研究其在地震作用下对土质边坡的支护作用成为了一个意义重大的问题。为此,通过大型振动台试验,以混合加载的方式,研究了微型桩组合结构在加固土质边坡中的动力学特性。试验结果表明：微型桩组合结构在地震作用下对土质边坡的加固达到了理想的结果;加载时随着El波加速度峰值的不断增大,前、后排微型桩桩身加速度峰值及桩身动土压力随之不断增大;随着输入的El-Centro波动峰值加速度的增大,测点动土压力响应效应也越显著;微型桩滑面上、下1/3位置、悬臂端顶部及锚固段底部处,动土压力及加速度常常达到最大值,在实际工程设计及应用中应重点关注这些位置。该研究结果可以为同类地区治理类似滑坡提供抗震设计支撑。     

考虑桩桩相互作用的双排支护桩受力变形分析

双排桩支护结构的变形与内力计算是其设计计算的重要内容之一。双排支护桩结构是由前排桩、后排桩及桩顶连系梁组成的空间门架式结构。在承受水平荷载时,后排桩向坑内发生挠曲变形,挤压桩间土体,同时桩间土体又对前排桩产生推力,使得前排桩向坑内发生挠曲变形,挤压前排桩桩前土体,以致该支护结构在传递水平荷载时,前后排桩及桩间土体之间存在非常复杂的相互作用。本文基于上述双排桩支护结构受力变形特性,将前、后排桩均视为竖向放置的弹性地基梁,以欧拉伯努利双层梁理论考虑前后排桩的相互作用,以水平向弹簧模拟桩间土相互作用,以朗肯土压力计算作用于后排桩的主动土压力,以弹性抗力法计算作用于前排桩基坑底面以下的被动土压力,以基坑底面为界人为将前、后排桩分为上下部分,并通过桩身各段的受力平衡建立前后排桩的挠曲变形控制微分方程,然后通过桩端约束及基坑坑底平面处的连续条件得到方程的解析解,给出了一种考虑桩桩相互作用以及桩土相互作用的双排桩支护结构计算方法。最后结合两个实例,将本文方法计算结果与实例结果进行对比分析,验证本文方法的可行性,以期为双排桩支护结构在工程中的设计计算提供借鉴。     

门架式双排抗滑桩设计计算新模式

门架式双排抗滑桩是一种新型的支挡结构。这种结构具有较大的刚度,可以有效地限制支挡结构的变形,具有桩顶位移小,抵抗力大的特点。但其受力机理复杂,前、后排桩间土对结构的作用很难确定。针对这一问题,提出了一个新的计算模式：将前、后排桩及中间连系梁和桩间土视为一个整体;前排桩和后排桩受到的地基土的抗力简化为弹性支承,提出了桩间土对前排桩的作用模式和作用力计算分析模型,认为前排桩不仅受到桩间土的主动土压力作用,而且受到由于桩间土的挤压作用而产生的附加土压力的作用; 其主动土压力 与单排桩所受到的主动土压力 之比是桩间距与桩宽(桩径)之比的二次抛物线函数;而附加土压力 可由半平面体在边界上受法向分布力的解析解[1]求得;而桩间土对后排桩的作用按照弹性支承考虑。最后,采用有限元理论和Winkler弹性地基梁方法建立了求解门架式双排抗滑桩内力的力学模型,并应用于某供水工程的边坡加固中。计算结果表明：该种计算分析模式是合理可行的,具有一定的推广应用价值。     

双排抗滑桩加固滑坡的前桩后侧推力算法

为了在求解双排全长桩和后排沉埋-前排全长桩中前桩后侧坡体推力的同时也可得到其分布模式,以便更合理确定前排桩受力特征,针对双排桩加固的基岩-覆盖层式滑坡,采用斜条分法将排间滑体分割成若干斜向平行滑面的土条;对所形成的在不同深度位置的4类典型土条,根据静力平衡条件,推导了其作用于前桩受荷段后侧的推力计算公式,进而可确定出前排桩受荷段后侧坡体推力分布模式及其合力。实例分析表明,本文方法所确定的前桩后侧坡体推力呈不规则抛物线形分布,其峰值点接近于滑面;后排桩沉埋模式时前桩后侧坡体推力比后排桩全长模式时的值小8.6%～10.6%;本文方法比传递系数法的计算值偏大10.6%～13.4%,且相对更接近于FLAC3D模拟结果。     

嵌岩桩抗滑特性的物理模型试验研究

进行嵌岩桩与滑坡体相互作用的框架式滑坡物理模型试验,根据微型土压力盒和电阻应变计的监测数据,分别研究滑坡推力作用下模型桩的受力特征、桩身弯矩分布规律及模型变形破坏模式。试验结果表明,嵌岩桩加固后的滑坡,桩后推力随深度的增加呈抛物线型分布形式,合力作用点约在滑动面以上模型桩自由段的1/2处;嵌岩模型桩有明显的抗滑特性,承担了大部分桩后推力,传递至桩前土压力值较小且稳定;模型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩弯矩分布形式,自由段埋深0~15 cm范围内为主要弯矩承受区域,最大弯矩截面位于滑面上模型桩自由段1/3处,滑动面处桩身弯矩绝对值较小;滑坡模型在沿滑面推力加载作用下发生桩后滑体越桩滑动破坏。该试验成果为嵌岩桩的抗滑特性研究提供了科学依据,可为该类型抗滑桩设计提供一定的指导性建议。     

滑坡防治独立微型桩性状的大型物理模型试验研究

通过进行独立微型桩与滑坡相互作用的大型物理模型试验,采用土压力盒、位移计和应变片等测试手段,研究滑坡作用下独立微型桩的受力情况、变形破坏模式及弯矩分布规律等。试验结果表明:独立微型桩的破坏部位位于滑面附近,破坏模式为弯曲与剪切相结合的破坏;滑面上下各15倍桩径的范围内桩土相互作用较明显,此范围外的桩身与周围土体基本共同变形;独立微型桩发生破坏时的桩顶位移量约为1/4倍桩径,且破坏后的微型桩依然有抗滑能力,主要由桩身配筋的拉力提供;独立微型桩的桩身弯矩分布形式不同于普通抗滑桩,弯矩主要分布在滑面附近,且受荷段承受反弯矩。     

双排抗滑桩后侧推力分布物理模型试验

双排抗滑桩后侧滑坡推力分布是其设计中要考虑的关键要素之一。针对一大型基岩-覆盖层式滑坡,进行四组不同后排桩布设方式的双排桩加固滑坡的室内物理模型试验,通过采用坡体外注水,经过特定通道渗入滑带的方法来模拟强降雨条件对滑带的软化效应,测得不同工况下两排桩后侧滑坡推力分布特征,并通过FLAC3D数值模拟方法对试验结果进一步验证。试验结果表明,后、前排桩上坡体压力均呈两端小、中间大的抛物线型分布模式且峰值点相对靠近滑面位置;桩位不变时,后桩后侧坡体压力峰值随沉埋深度增大而减小且峰值点位置上移,前桩后侧坡体压力峰值随后桩沉埋深度增大而增大,但峰值点位置无明显变化;滑带软化效应并不改变双排桩上推力分布模式,但会增大前、后排桩后侧坡体压力,且相比桩顶和底部,桩身中间部分坡体压力增加幅度较大;注水软化前后,后、前排桩上坡体压力分别增大约14.3%～21.4%与17.9%～24.8%。     

微型组合抗滑桩距径比的模型试验

针对碎石土滑坡沿基岩顶面滑移的问题,在平行布置3排微型组合抗滑桩进行加固的条件下,通过开展微型组合抗滑桩的模型试验和有限元分析,研究微型组合抗滑桩在不同距径比条件下土拱效应的形成特点与承载机理,在此基础上得出了最佳的距径比。结果显示,微型组合抗滑桩在一定的荷载作用下,首先沿受力方向第1排桩间形成土拱效应,然后随距径比的增加,依次在第2排、第3排桩上形成土拱效应,并且前排桩的荷载分担比明显大于后排桩的荷载分担比;当距径比小于3和大于11时,没有明显的或者不存在土拱效应,距径比为7和8时土拱效应最为理想。     

黄土滑坡微型桩抗滑作用现场试验与数值模拟

通过现场大型模拟试验和数值(FLAC3D)模拟,研究了黄土滑坡中微型桩滑坡推力及桩后土体抗力分布规律。综合试验结果及数值分析认为:滑坡推力在微型桩上的分布形式可近似认为为三角形,推力在滑面处达到最大值;滑坡推力在五排桩上的分配系数为:0.279,0.195,0.189,0.161,0.176;桩后土体抗力与滑坡推力变化趋势相对应,在滑面附近达到最大值;根据实测值绘出微型桩P-y曲线,并拟合出相应公式,其成果可为微型桩变形破坏机理分析提供基础资料,为微型桩设计提供参考。     

Tropical residual soil as compacted soil liners

A series of laboratory tests was conducted on a tropical residual soil, which is widespread and readily available over a considerable part of Peninsular Malaysia, to assess whether it could be compacted as hydraulic barriers in waste disposal landfills. Index properties, swelling potential, cation exchange capacity (CEC), compaction characteristics, and hydraulic conductivity of the soil indicate that it is inorganic, very plastic, inactive (activity <0.75), moderately expansive (modified free swell index is about 3.06), and of fair attenuation capacity (for inorganic contaminants). For hydraulic conductivity measurement, the soil was compacted in rigid-wall permeameter moulds at a variety of water contents and compactive efforts and then permeated with de-aired tap water. The results of hydraulic conductivity tests illustrate that hydraulic conductivity lower than 1×10^–7 cm/s can be achieved using a broad range of water contents and compactive efforts, including water contents dry of optimum. Its shrinkage and strength properties show that it has minimal potential to shrinkage and has adequate strength to support the overburden pressure imposes by the waste body. These findings suggest that the residual soil can be potentially utilized as compacted soil liner material.     

月壤及模拟月壤微观结构的研究

为了对比研究月壤与模拟月壤的微观结构,介绍了月壤的形成作用过程和5种基本颗粒类型;通过真实月壤照片,对月壤微观结构进行了分析;利用火山灰为模拟月壤主体材料,对其成分进行了检测;对模拟月壤的火山灰颗粒进行了显微图像分析试验。结果表明,月壤存在胶结物微观颗粒,胶结物颗粒具有分支的组织形态和封闭的气泡,并且有金属铁珠存在;火山灰所含的主要成分及含量与月壤相似,经过粉碎的火山灰试样棱角较为明显,其纵横比峰值略小,稍显长条状,但与月壤比较相近,而复杂度因子则略有欠缺,说明颗粒还不够粗糙和多棱     

离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究,通过不同配比的自由膨胀率试验结果,结合施工成本,得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明,改性土线缩率减小,膨胀性指标降低,抗剪强度增大,土体由亲水性变成憎水性,且能达到较好的水稳定性,即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为,通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用,打开土粒与水分子之间的“电化键”,降低土颗粒表面吸附水膜厚度,包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱,从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。     

侧向土体耦合作用对土层地震反应的影响

把侧向土体耦合作用简化为一个弹性系数为k的弹簧和一个阻尼系数为η的线性阻尼器并联作用，建立了考虑耦合作用静止边界－一维土层地震反应波动方程，并给出了其完全解析解，为进一步分析侧向土体耦合作用对土层地震反应的影响，土层密度统一取1900kg/m^3，针对不同的土层厚度：10，20，30米，不同的剪切模量：42．75MPa(剪切波速150m/s)，118．75MPa(剪切波速250m/s),232.75MPa(剪切波速350m/s),k,η分别取不同的数值，进行土层地震反应计算，计算结果表明，k,η对地震动位移峰值，速度峰值影响较小，k对地震动加速峰值影响较大，k减少加速度峰值增大，k增大加速度峰值减少，最大影响程度可达15％以上，η对地震动加速度峰值影响较大，η减少加速度峰值增大；η增大加速度峰值减小，最大影响程度可达25％以上。     

Laboratory tests on soil conditioning of clayey soil

Tunnelling in difficult and challenging conditions such as soft soils in urban areas is increasing. In this condition, it is important to minimise the possible negative effect of the tunnel excavation, such as settlement or, in the worst case, collapses. To achieve this result, earth pressure balance machines are commonly used. One of the key parameters that must be considered for an optimal management of the EPB-TBM excavation is soil conditioning since the excavated muck must properly transmit the pressure to the tunnel face. Soil conditioning is also necessary to reduce the effect of the problems, such as clogging in clay layers, that can occur during the excavation and that can affect the performance of the tools and of the entire tunnelling process. For this reason, in the last decade, much research has been carried out to understand how to deal with and reduce the effects of clogging and stickiness, using different conditioning additives. These studies have proposed several different test procedures to evaluate the effect of the conditioning on the adhesion of the soil on the metallic parts of the machines. The present research has been carried out with the aim of proposing a new approach and new devices to study clay conditioning with laboratory tests, and the results of many tests carried out with the proposed device are presented and discussed.     

Surface history of lunar soil and soil columns

Measurements of cosmic ray track densities are presented for soil samples from Apollo 15, 16 and 17. Median track densities are used to infer total effective exposure times within ~15 cm of the lunar surface. Minimum track densities are used to derive the time of the last impact-produced rearrangement of soil grains. For samples from near various craters ages are derived of 40 m.y. for St. George, 6 (±3) m.y. for S. Ray, 25–90 m.y. for Plum, and 20–35 m.y. for Shorty. The material of 15003. the Apollo 15 deep core at depths of 120–160 cm, is inferred to have been deposited at an average rate of ≥0.35 cm/m.y. The Apollo 16 core at 41–47 cm depths. 60007, appears to be well mixed and was covered up by deposition at 0.3 cm/m.y. for the next few m.y. after its deposition.     

Volume-based soil particle fractal relation with soil erodibility in a small watershed of purple soil

The particle size distribution in small watershed changes under different land uses and affects soil erodibility. The aims of this study were (1) to investigate the volume fractal dimension of particle size distribution under different land uses in a typical small watershed of purple soil, (2) to estimate soil erodibilities of various land uses utilizing the Erosion-Productivity Impact Calculator (EPIC) model and the nomogram (NOMO) model, and (3) to relate volume fractal dimension with the soil erodibility used in the Universal Soil Loss Equation (USLE) in purple soil areas. Laser diffractions and double-logarithmic model were used to measure and calculate volume fractal dimension values. The results show that soil volume fractal dimensions were well linearly fitted to the double-logarithmic model with high correlation coefficients of 0.902–0.936 under six land uses in the small watershed. The averaged volume fractal dimension values under different land uses, from high to low were in the order of Zea mays L, Ipomoea batatas, Citrus reticulata Blanco, Setaria viridis, Robinia pseudoacacia L, Pinus massoniana Lamb. The volume fractal dimension was positively correlated to clay particle fraction (R = 0.933). The average soil erodibility values under different land uses from high to low were in the order of Setaria viridis, Citrus reticulata Blanco, Pinus massoniana Lamb, Zea mays L, Ipomoea batatas, Robinia pseudoacacia L while average soil erodibilities from high to low values were in the order of Setaria viridis, Citrus reticulata Blanco, Zea mays L, Ipomoea batatas, Pinus massoniana Lamb, Robinia pseudoacacia L. The soil erodibilities calculated by the two models were similar, and positively correlated (R = 0.630–0.877). The volume fractal dimension values of six land uses were negatively correlated to both soil erodibility estimated by EPIC and by NOMO models. Moreover, the correlations of the volume fractal dimension values of Zea mays L, Ipomoea batatas and Citrus reticulata Blanco estimated by EPIC or NOMO were lower than those of Pinus massoniana Lamb, Robinia pseudoacacia L and Setaria viridis. Further research is needed to determine the influence of volume fractal dimension on the soil erodibility under different land use and managements.     

水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用

采用击实试验、液塑限联合测定界限含水率试验、蜡封法测定干密度试验、二氧化碳气量法、交换性钠离子百分比试验等方法,结合黏土矿物组成与结构特点,研究了水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用。试验结果表明：随着固化剂剂量的增加,混合料的最大干密度增大,最优含水率降低;固化土混合料经过养护后,塑性指数降低,干密度增大,碳酸盐含量增加,交换性钠离子百分比升高;黏土矿物在强碱性和钙离子作用下被激活,形成各种水化硅酸盐和铝酸盐。研究认为：在土-固化剂-水-气系统中通过液相和气相向固相的转变以及各类水化产物的填充、挤密、胶结等作用,混合料逐渐形成较致密的整体;离子交换反应对土体的加固作用在后期起负效应;铝硅酸盐黏土矿物在强碱性和钙离子存在条件下被分解,参与水化硅酸盐和铝酸盐的反应。     

土壤酶对碘离子在土壤中吸附行为的影响

以批式试验法研究了微生物、葡萄糖氧化酶、脲酶、纤维素酶及其催化底物葡萄糖、尿素和纤维素对Ⅰ-在土壤中吸附的影响,结果表明微生物能显著提高Ⅰ-吸附量,但葡萄糖氧化酶、脲酶、纤维素酶及葡萄糖、尿素和纤维素对Ⅰ-吸附并无促进作用.葡萄糖氧化酶及葡萄糖含量在小于100 mg/L时对Ⅰ-吸附无影响,1000 mg/L时与Ⅰ-呈竞争吸附;脲酶及尿素随浓度增大,对Ⅰ-吸附的抑制作用变得明显;1～1000 mg/L范围内,纤维素酶和纤维素对Ⅰ-吸附没有影响;但葡萄糖氧化酶和葡萄糖生成的中间产物可促进土壤对Ⅰ-的吸附.平衡液中溶解性有机碳(DOC)含量随时间增加而逐渐降低,有机质浓度越大,降低趋势越明显.     

土钉与土体间的应力传递研究

根据土钉与土体间剪应力-相对位移关系曲线,分析了土钉与土体间荷载传递机理,建立了土钉与土体间应力传递的力学模型。利用截面上的平衡条件,推导了有别于传统假设的作用在土钉上的应力分布及变形表达式,从理论上分析了土钉与土体间的应力传递规律,并结合工程实测数据验证了该模型的合理性。