考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用

天然结构性土体容易受到各类施工扰动,导致土体物理力学性质改变,进而影响工程稳定、变形以及邻近环境。针对宁波两种典型土体,分别对原状土和轻、重扰动土以及重塑土开展了三轴试验及一维压缩试验,分析了扰动度对小应变硬化模型(HS-small model,简称HSS模型)主要参数的影响规律,并将其应用于宁波某基坑工程,利用Plaxis3D分析了考虑周边土体扰动影响的坑后土体水平位移变化。研究结果表明,扰动会使土体的强度及刚度参数降低。对于淤泥质黏土,轻扰动试样的参考切线模量E_oed^ref 、参考割线模量E₅₀^ref及参考加卸载模量E_ur^ref值分别降低14%、10%、2%,重扰动试样三参数分别降低43%、14%、15%,粉质黏土三参数也呈现相似降低趋势。在考虑土体扰动影响的情况下,基坑周边两个测斜孔的最大水平位移值分别增大13%、15%,更加接近实测值。研究结果可为小应变硬化模型的参数取值以及考虑扰动影响的基坑工程分析计算提供指导。     

地铁深基坑施工扰动下邻近管线安全评价及保护措施

为研究深基坑施工对邻近管线影响程度,判断其安全度,并提出保护措施,以厦门地铁1号线某车站深基坑为依托,考虑土体小应变、地层不均匀分布及土-管线刚度差异等特性,建立三维有限元模型,并以管线沉降的实测值与计算值进行对比,验证计算方法的合理性,在此基础上,分别研究不同材质、直径的管线在基坑开挖过程的变形及内力,对不安全的管线提出不同保护方案,通过数值模拟选择最优保护方案。研究表明:管线的变形和轴力变化受基坑施工三维时空效应的影响显著,最大变形部位与地形最大变形区域一致;以管线允许转角、最大拉力的安全控制标准值为依据,判断DN1000的混凝土给水管处于不安全状态,最后采用的保护方案为:全长管线四周进行2 m×2 m的注浆加固,同时在主要沉降段的管线两侧打入各两排预制管桩。     

泥石流流变参数敏感性分析

合理的流变参数选取对准确刻画泥石流、高速远程滑坡运动过程和动力行为至关重要。本研究基于三维连续介质动态数值模型,构建Voellmy流变模型,结合方差分析方法,比较了不同流变参数对泥石流运动行为的影响程度。结果表明:动力底摩擦角和湍流系数均会对泥石流与高速远程滑坡的动力特征产生一定的影响,但影响程度各异。较大的动力底摩擦角会产生更大、更快的能量耗散过程,使得运动过程整体滞后;较高的湍流系数增加了流体层之间的动量交换强度,具有较大的与周围界质混合的能力,对周围介质的卷吸作用增大。物源区体积（湍流系数）在一定程度上仅影响泥石流运动速度,对致灾范围和规模影响作用不大。沟道下垫面情况、颗粒物组成、孔隙水压力（底摩擦角）与灾害体流速、移动距离和堆积区体积、面积关系很密切,在很大程度上影响泥石流、滑坡强度,致灾范围和规模。研究成果以期为流变参数选取提供很好的借鉴方法,也为地质灾害防治提供一定的技术参考。     

城市地铁深基坑开挖实测与数值模拟分析

城市地铁施工中由于周边环境复杂,基坑开挖引起的土层扰动,可能会造成建筑物及地下管线破坏,甚至引起基坑失稳。以某地铁深基坑工程为背景,借助FLAC3D,建立了基坑开挖计算模型。现场实测与模型计算结果表明,计算值和实测值基本吻合,采用的计算模型可以近似模拟实际开挖过程。通过改变模型参数,研究了围护桩刚度、锚索倾角及锚索位置对围护体系受力和变形的影响,得出一些有益的结论,为保证城市深基坑开挖周边环境及围护结构安全,提供一定的参考。     

上海地区基坑开挖数值分析中土体 HS-Small模型参数的研究

数值分析方法已成为分析敏感环境下基坑开挖对环境影响的最重要手段,其关键是选择合适的土体本构模型和计算参数。HS-Small模型可以同时考虑土体剪切硬化和压缩硬化,而且还可以考虑土体剪切模量在微小应变范围内随应变衰减的行为,因此,HS-Small模型在基坑开挖数值分析中具有很好的适用性。但HS-Small模型的参数较多,不仅包含了HS模型的参数,还包含了小应变参数,因此,获取完整的HS-Small模型参数存在一定困难。通过上海地区5个基坑开挖数值分析的实例对基于室内试验得出的上海典型土层HS模型参数进行了检验。通过参数的敏感性分析,对HS-Small模型的部分参数的确定方法进行了修正。在此基础上,采用反分析法确定了敏感性最强的小应变参数,从而初步完整地获取了上海典型土层土体HS-Small模型参数。采用文中确定的上海典型土层HS-Small模型参数对该地区若干典型基坑工程实例进行计算,结果表明,计算值与实测值吻合得较好,从而验证了确定的上海典型土层HS-Small模型参数的适用性。     

深基坑开挖围护对既有地铁隧道的影响分析

邻近地铁线路的深基坑工程的开挖和围护会对既有地铁隧道变形产生影响。本文在分析前人研究的基础上,以北京中心城区某深基坑工程为例,采用数值分析软件,建立模型,计算了受深基坑开挖围护影响的相邻地铁隧道结构的变形,并对地铁隧道变形控制进行了评价,提出了相关监测建议,即隧道结构的最大变形值小于3.00mm。在施工期间,隧道结构变形预警值为2.10mm,报警值为2.40mm。为类似工程的安全评估提供依据。     

应用正交试验设计进行数值模型参数的敏感性分析

结合深基坑重力式挡土墙侧向变形的有限元分析 ,提出了采用正交试验设计及其统计分析方法研究数值模拟结果对岩土参数敏感性的步骤。该方法能够区分影响计算结果的主要参数和次要参数 ,并对参数的敏感程度进行量化。实例分析表明 ,模拟结果只对个别参数的变化比较敏感 ,而其它参数对模拟结果影响较小。敏感性分析结果符合工程实践经验 ,表明该方法是可行的。     

一维非线性地面沉降模型参数敏感性分析

以孔隙水压力和位移为基本变量的一维非线性地面沉降模型考虑了土体变形的非线性和渗透系数随土体变形的变化,它包含有km、m、k0、e0、n、kur和m′等7个参数。分析计算结果表明,计算的位移和孔隙水压力对参数km、k0和kur的变化非常敏感,而且当土层不均匀时,靠近孔隙水压力变化边界处的土层的渗透性对整个土层中孔隙水压力消散影响显著,而土层的压缩性对其自身的孔隙水压力消散影响显著。结合模型参数的获取方法,建议在有现场孔隙水压力、沉降等实测资料时,可以将km、k0和kur作为反分析参数。     

土壤非饱和导水率模型中参数的敏感性分析

针对邵明安根据再分布过程得出的非饱和导水率模型,对其中参数的敏感性进行分析,通过实测资料计算非饱和导水率对不同参数的敏感度,对比参数对非饱和导水率的影响程度。研究表明采用线性关系表示土壤湿润剖面的平均湿度和湿润锋处湿度之间的关系时,非饱和导水率对参数的敏感性比其他参数高得多。     

饱和软土深基坑开挖中的主要岩土工程问题——以汉口地区软土为例

以汉口地区软土为例,分析了饱和软土深基坑开挖中遇到的主要岩土工程问题边坡土体和支护结构变形、基底隆起或整体失稳;上层滞水或潜水引起侧壁涌水和流土,或承压水坑底管涌和冒砂;基坑周边地面(或地下)的变形.在分析该类问题产生原因及破坏后果的基础上,提出在软土地基设计时,应充分考虑支护结构、嵌入深度以及止水方案.     

基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究

土体硬化模型已成为基坑数值分析中最常用的本构模型之一,其应用的关键是计算参数的确定。首先采用薄壁取土器现场取得土样,通过基于GDS的三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水卸载-再加载试验及标准固结试验获得了上海典型土层土体的三轴试验应力-应变曲线和固结试验荷载-应变关系曲线。然后根据曲线确定了各土层的HS模型参数,建立了各土层HS模型参数中切线模量 、割线模量 、加载模量 的比例关系,并探讨了这些模量与压缩模量 之间的比例关系。最后将各层的模型参数与模量间的比例关系与国内外其他软土地区的结果进行了比较。试验结果可作为上海地区及其他软土地区基坑工程数值分析中确定HS模型参数时的参考。     

Sobol′方法分析TOPMODEL水文模型参数敏感性

为深入理解TOPMODEL水文模型产汇流机理和分析模型参数选择对洪水模拟影响,使用全局敏感性分析Sobol′方法对TOPMODEL模型单个参数和参数组合对洪水模拟指标影响进行了定量分析。结果表明:模型各个参数单独作用对纳什效率系数、径流总量相对误差和洪峰相对误差影响较小;土壤饱和传导度、坡面汇流速度和土壤下渗率指数衰减速率单独作用对峰现时差影响显著;土壤下渗率指数衰减速率和下渗滞时组合对纳什效率系数、径流总量相对误差、洪峰相对误差影响最大;土壤下渗率指数衰减速率和土壤饱和传导度组合对峰现时差影响显著。     

东北半干旱地区流域分布式水文模拟——以洮儿河流域为例

以东北半干旱地区典型流域-洮儿河流域为研究对象,应用SWAT模型对流域水文过程进行了模拟研究;选择流域上游子流域和中下游子流域分别进行参数敏感性分析,识别出影响模拟结果的敏感参数,研究发现部分参数敏感性存在空间变异性,分析主要原因在于气候和下垫面的空间异质性导致了流域上下游产流模式存在差异。采用1988-1997年水文气象数据进行模型率定和验证,结果表明：干流水文站月流量过程率定期Nash-Sutcliffe 效率系数平均值为0.78,验证期为0.72,相关系数都达到0.86以上,水量误差大多在20%以内,对日过程的模拟也有较高的精度;枯水年模拟结果较差,主要是因为流域降水站数量不够,难以反映降水的时空分布。对于水文、气象等资料相对缺乏的东北半干旱地区,SWAT模型的模拟结果总体令人满意,可以应用于与流域径流相关的各种模拟分析,研究成果对进一步加强洮儿河流域水资源综合管理提供了依据和手段。     

Van Genuchten模型参数对降水入渗数值模拟的敏感性

详细分析不同评价指标下的van Genuchten方程参数敏感性,对于深入认识参数物理意义、合理确定参数值、提高降水入渗数值模拟准确性具有重要意义.用HYDRUS软件建立一维变饱和水分运移模型,以实际补给量、补给过程曲线和极限蒸发深度作为评价指标,采用单因素扰动分析法对van Genuchten方程各参数敏感性进行理论分析,进而选取多组参数实例,分析同一岩性类别下,不同土样土壤水力参数差异及其对入渗补给模拟结果的影响.结果表明:形状系数 (n)、土壤进气值的倒数 (α) 与极限蒸发深度呈负相关关系,是影响极限蒸发深度的显著因素;饱和含水率 (θ_s)、n、饱和渗透系数 (K_s) 对于入渗补给影响的敏感性较高,三者在实际土样粒径分布、干密度和孔隙性的共同影响下发生同向变动.合理的参数敏感性分析及数值模拟调参过程需结合土壤参数的物理意义来开展.      

岩体参数敏感性分析对边坡稳定性评价影响研究——以大岗山坝肩边坡为例

模糊评判系统在边坡稳定性综合评价中的应用越来越广泛。由于岩体材料参数在实际工程中是离散的,将材料参数作为评价因子时,需首先对其本身进行评价得出表征参数,然后再参与到综合评价系统中。以大岗山坝肩边坡为例,从岩体自身抵抗外界影响的角度出发,考虑到位移和安全系数在边坡失稳前、后的变化幅度和变化次序问题,对岩体特性进行深入研究。通过对各参数进行分层敏感性分析并评价,得到表征参数;通过面积分配法得到隶属度;以安全系数和位移两个目标量,对岩体物理力学参数进行综合敏感性分析,以敏感度定义各因子的权重,将其结果应用于评价系统中。敏感性分析结果显示:以位移为目标量时,变形主要依赖于抗剪强度参数中的凝聚力;以安全系数为目标量时,内摩擦角对边坡失稳的影响略大于凝聚力;位移敏感性强于安全系数敏感性。综合评价结果显示:岩体力学参数具有较强的强度,以安全系数为目标量的评价结果优于以位移为目标量的评价结果,与敏感性分析结果一致,符合一般规律和实际情况,从而证明研究方法的正确性。     

影响岩溶热储采出温度的开采参数敏感性研究——以河南清丰地区为例

采出温度是影响地热能有效利用率的关键指标,采出温度越高,热储开发效果越好。岩溶热储作为一种重要的地热储层类型,其采出温度受到储层参数的影响。以河南清丰地热田奥陶系岩溶热储为例,通过建立热储地质模型并利用7口地热井资料,进行基于热流和井储耦合的数值模拟研究,探讨储层地质条件和回灌参数对采出温度的影响。研究结果发现,断层的存在加速了热储中低温区向生产井的扩散,导致热突破时间的提前。在开采后期,有断层情况下采出温度较高,且变化曲线斜率远高于无断层情况,表明断层有助于提高清丰地区热平衡时的采出温度,最终有利于增加采热量。目前,一般认为,注采井距越小采出温度越低。但是,当回灌速率高于50 kg/s时,随着开采时间的增加,采出温度呈现快速下降趋势,注采井距835 m下的采出温度甚至高于1 000 m的情况。最后,确定清丰地区特定场景下的最优回灌参数组合为：回灌温度20℃、回灌速率50 kg/s、注采井距835 m。本研究结果将为清丰地区或其他类似岩溶热储开发方案的制定提供有益指导。     

基于CF模型的斜坡地质灾害孕灾因子敏感性分析——以湖南省新宁县为例

在不同的区域及地质背景下,斜坡地质灾害的主控因子及其影响程度各不相同,分析孕灾因子的敏感性,有利于提高斜坡地质灾害预测的准确性。在资料收集和实地调查工作的基础上,选取了坡度、高程、剖面曲率、地层、斜坡结构、断裂、河流和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)共8个因子作为斜坡地质灾害的孕灾因子; 基于GIS平台,采用确定性系数(certainty factor, CF)模型进行敏感性分析,并通过敏感性指数评价各因子的敏感性大小并划分敏感性分区。结果表明: 坡度≥40°、高程[600,700 m)、剖面曲率≥0.6、三叠系和二叠系、顺向坡、距断层距离[0,500) m、距河流距离[0,200) m以及NDVI为[0.233, 0.595)最容易发生灾害,由高到底划分为极高、高、中、低和极低5个敏感区,同时采用2020—2021年的灾害数据进行了验证,87.50%的灾害位于高敏感区和极高敏感区内,证实了敏感性分析的合理性。研究成果为下一步风险评价工作奠定了基础,为防灾减灾工作提供了参考,也可为湖南省其他县区提供借鉴。     

喀斯特生态环境敏感性评价——以都匀市为例

以都匀市为例,选取地层岩性、地形坡度、植被覆盖、土地利用类型、人口密度和农民年人均纯收入等6个评价指标,利用3S技术对各评价因子进行量化提取,建立空间分析模型,并对各评价指标进行空间叠合分析,划分出研究区域生态环境敏感性等级,再根据其区域空间分布特征,分别作出相应的分级评价分析.结果表明,强度生态敏感面积为75.23 km2,占全市总面积的3.30%,中度敏感面积为228.32 km2,占全市面积的10.02%,轻度敏感面积为902.11 km2,占全市面积的39.60%,微度敏感面积为841.00 km2,占全市面积的36.92%;非敏感面积为231.35 km2,占全市面积的10.16%.同时,研究发现,喀斯特生态环境敏感性是人为活动长期对喀斯特山区频繁干扰的结果.     

滑坡灾害坡度坡向敏感性分析研究——以云南大关县为例

借助地理信息系统(GIS)空间分析技术和基于贡献率的敏感性分析方法,分析地形地貌因子与滑坡敏感性之间的关系,研究大关县坡度坡向对滑坡的影响程度的大小。将坡度和坡向因子细分区间,计算每一区间对滑坡的贡献率,定量地分析坡度、坡向区间变化与滑坡发育的关系。研究结果表明,坡度15°~25°区间的区域为滑坡最敏感的区域,坡向带270°~315°区间是滑坡灾害最敏感的区域,但坡向带每一区域的贡献率差别不大,说明坡向对滑坡发生的作用效果不显著。     

裂隙含水层水文地质参数反演——以黑龙江七台河市应急水源地为例

为了获取裂隙含水层水文地质参数,以黑龙江省七台河市应急水源地为例,在抽水试验和示踪试验基础上,利用数值模拟软件GMS(Groundwater Modeling System)建立地下水流数值模型和溶质运移模型。通过研究溶质运移单域模型和两区模型,发现在裂隙含水层中两区模型能更好的描述穿透曲线的拖尾现象。实例研究表明利用数值模拟方法反演的含水层参数与解析法结果很接近,数值模拟的水均衡误差为0.024%,参数可靠性较高。研究发现该地区裂隙连通性较好,可作为应急水源地。