动力排水固结法加固软土路基的模型试验研究

软土中孔隙水压力长消规律是研究动力排水固结法加固机制及控制施工效果的关键因素。针对这一问题,设计了动力排水固结法加固软土路基的模型试验装置并进行了试验。试验模拟某高速公路现场条件,按不同锤重、不同落距、不同锤底面积等工况分别进行。重点研究了动力排水固结法加固软土路基时,夯击击数、夯击能、夯锤重量及落距等参数在不同组合情况下土体不同深度处孔隙水压力的长消规律。研究表明,夯击能相同的情况下增加夯击次数将导致孔隙水压力消散减慢,但保持夯击能不变的情况下增加锤重比增加落距的加固效果好;高夯击能能使孔隙水压力有较大增幅,相应的加固范围也会增大。为了促使孔隙水压力消散,施工时宜采取多遍夯击,逐遍增加夯击能的施工方法     

软土动力排水固结的室内模型试验研究

以广州国际会展中心一期工程动力排水固结软基处理项目为工程背景进行了室内模型试验,重点观察和分析了插设塑料排水板过程中、全部夯击过程中及夯击完成后饱和软黏土内的孔压响应。结果表明,塑料排水板插设完毕时刻与各个位置孔压达到峰值时刻不同步,孔压增长体现出滞后性特点。夯击过程中,离夯击点越近,其孔压增长越快,孔压增长幅度也越大,达一定夯击击数后浅部孔压增长趋于平缓,而深部处全部夯击完毕后其孔压依然继续增加,但各个位置孔压消散情况基本一致。     

岩溶水作用下填石路基稳定性模型试验研究

以广西水南高速为工程依托点,通过大型岩溶塌陷物理模型试验室,针对岩溶区填石路基中不同岩溶形态的处置方式,模拟研究岩溶水对填石路基的稳定性问题。试验中,重点研究了四种结构: 填石级配型、(片石+ 级配碎石+ 土工布+填石)型、反滤层型、(土+ 填石)型,它们分别对应岩溶水对填石路基侵蚀问题及填石路基的稳定性问题,漏斗、落水洞的处理及土工布防止细粒土流失引起路基变形问题,溶洞填充物的流失问题,岩溶水对粘土路基潜蚀问题及石牙地基的处理。试验结果表明,地下水位变化的瞬时速度对填石路基的稳定性具有重要意义,不同的处置方法在抵抗地下水冲刷方面有显著区别。      

不同竖向排水体下淤泥地基冲击能传递规律模型试验研究

静动力排水固结法中,土体固结效果与排水体间距有很大关系。为研究高能量冲击下不同排水体间距设置对软土能量传递规律影响,利用多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,在模型箱中设置多组不同排水体系,对淤泥土进行静动力排水固结模型试验（1:30相似比）,获得了高能量多遍冲击作用下不同排水体系中能量传递规律:（1）冲击荷载作用下,非插板（无人工排水体）区产生的孔压难以消散、附加应力难以沿埋深方向往下传递,而插板区则可,但其传递需要经历一定夯击遍数;插板较密区比插板较疏区的孔压更易消散,其工中沉降更大;（2）插板区软土层是由上至下逐步加固的;插板越密,随着夯击遍数增加,能量在软基深层分布的比例越大,且深层最终能量增量占处理厚度总能量的分布比例最大,表现出主要压缩区向下移动趋势更为明显。试验表明,排水体设置是必要的;在给定条件下,插板越密,越有利于地基深部的加固。上述结果的重要工程意义在于,当施加足够遍数的夯击且设置相适应的排水体时,对于淤泥类高含水量软土地基,运用静动力排水固结法,可加固深厚淤泥地基。     

水位涨落作用下藕塘滑坡响应特征模型试验研究

藕塘滑坡是三峡库区结构复杂的巨型古滑坡之一,由多个次级滑体和滑面组成,大坝蓄水运行以来,滑坡出现复活迹象,对周边数千人的生命财产安全构成威胁。为明确藕塘滑坡在库水位涨落作用下的响应特征、变形破坏模式和机制,以物理模型试验为手段,通过制配滑坡模型试验材料,精确控制试验中库水位涨落条件,实现了藕塘滑坡变形失稳过程试验模拟,并从试验角度探讨了藕塘滑坡响应特征和力学机制。得到以下结论:库水涨落速度越快组成滑坡的3个次级滑坡产生的变形越大,库水位下降造成的滑坡变形明显大于库水位上涨和稳定状态;库水位涨落影响主要集中于第一期次滑坡区域,当库水位快速下降时第一期次滑坡坡脚局部发生牵引式崩滑的风险大;第一期次滑坡变形造成其后的第二期和第三期次滑坡稳定性下降,随之发生变形;藕塘滑坡为动水压力型滑坡,滑坡在库水位涨落作用下发生整体沿基岩面滑移破坏的可能性不大,变形失稳模式表现为第一期次滑坡前缘的局部崩滑。试验揭示了该类滑坡在库水位涨落作用下的响应特征和变形破坏机制,可为类似滑坡的研究提供参考。     

毛细导水布料排水性能及孔隙结构试验研究

本文选取了5种具有毛细导水特性的布料进行了水中的排水试验、土中的排水试验、毛细上升试验以及核磁共振试验,对其排水性能和孔隙结构进行系统研究。旨在揭示其毛细吸水排水性能的机制,为寻找或生产出能够应用到我国一些含水率较高的非饱和土地区的土工材料做参考。结果表明,毛细导水材料在非饱和土中具有良好的排水效果,能够一定程度上提高非饱和土的排水速率。毛细导水材料在水中的排水试验表明,各材料的排水效果受毛细上升距离和空气相对湿度的影响。此外,通过对比不同种类的毛细导水材料在土中和水中排水性能的强弱,发现试验布料的排水性能大致可以分为两类：COOLPASS、COOLMAX和普通网布的排水性能最好,而SHCOOL和COOLPLUS的性能稍弱。通过核磁共振试验测得COOLPASS、COOLMAX和普通网布的孔隙大小约为53.4μm, SHCOOL和COOLPLUS的孔隙大小约为37.8μm。布料吸排水的强弱与其孔径大小及孔隙分布特征有关,综合考虑毛细导水材料毛细吸水和蒸发排水的两个过程,发现孔径较大且孔隙分布特征表现为稀疏的普通网布材料在非饱和土中的排水效果最佳,相同条件下比未设置毛细导水布料的土样含水率...     

堆载下桩+地下墙水平承载组合基础模型试验研究

桩–地下墙组合基础是一种新型的水平承载基础,具有水平承载力高、造价低的优点。通过进行新型组合基础的室内模型试验,研究堆载作用下该组合基础内力及变形的规律,同时进行常规桩–承台基础的室内模型的比对试验,得到新型组合基础的变形控制机制,为进一步推广这种技术提供理论和实践依据。试验结果表明,(1) 组合基础相对于桩承台基础具有较高的水平承载力;(2) 组合基础主要由前墙受力,且组合基础桩身下部受力较小;(3) 组合基础与桩承台基础的变形性状不同,前者由于受较大负摩阻力作用,基础向堆载侧倾斜且呈整体下沉趋势,后者向远离堆载侧位移;(4) 上部荷载对组合基础水平承载力影响较小但增加基础的倾斜。     

抽水井周围饱水介质场三维水位动态观测及地下水流运动特征

利用设计建造的抽水试验装置,采取多项潜水及承压水的抽水试验,获得大量的抽水井周围饱水介质场三维动态观测数据。试验发现：无论是潜水还是承压水状态,抽水井附近观测井的水位变化,均具有距抽水井愈远愈高、愈近愈低的漏斗状分布,抽水井附件的地下水位降落漏斗是显著的;同时发现每个观测井不同高度上的观测点的水位,均呈现上高下低的特征,说明地下水具有由上到下的运动分量,地下水由周边的供水边界向抽水井聚集运移时,运动方向是下斜向的,潜水如此,承压水也如此。分析认为,这是水头压力与水体自身重力同时起作用的结果。由此推断,在抽水时,靠近承压水含水层顶板存在强势水流,且越靠近补给源,这种强势水流越强。     

爆破荷载下围岩及支护锚杆动力响应特征模型试验研究

为了研究爆破荷载下围岩及支护锚杆动力响应特征,借助地下工程模型试验系统,开展了三维动态加载物理模型试验,采用电火花震源代替传统炸药,测试了爆破地震波在围岩中的传播规律和支护锚杆的动力响应特征。试验研究表明,电火花震源具有冲击荷载特性,能够很好地代替传统烈性炸药。爆破地震波的径向加速度峰值以及轴向和环向应变峰值沿洞室径向不是逐级递减,而是呈现正负交替波浪式衰减;加速度峰值沿洞室轴向基本上呈现非线性逐渐递减。加速度峰值受震源荷载幅值的影响较大,即震源荷载越大,同一测点加速度峰值越大。另外,测量了爆破荷载作用下支护锚杆的振动特性,发现对于加长锚固锚杆,自由段主要以受拉状态为主,锚固段拉压状态都存在。锚固段和自由段的最大拉应变大致相同,而锚固段的最大压应变远大于自由段,而且锚固段和自由段振动持续时间大致相同。对于全锚锚杆,锚杆既存在拉伸状态,又存在压缩状态,拉伸应变大于压缩应变。对于端锚锚杆,其受力状态主要以受拉状态为主,拉伸应变远大于压缩应变。研究结论不仅具有重要的理论意义,也能够为地下洞室支护设计提供可预见性指导。     

湿度影响下莫高窟壁画地仗层吸附水及吸力变化特征研究

莫高窟气候干燥,窟内壁画地仗层常处于低含水率、高吸力的状态,受到洞窟环境湿度波动的影响较大。为了进一步了解湿度影响下地仗层土体中吸附水以及吸力变化特征,本文通过蒸汽吸附法测试莫高窟不同地仗层高吸力段内的土水特征曲线,并且根据测试结果分析土体中由于范德华力与毛细凝聚作用产生的不同吸力的变化特征;同时进一步利用蒸汽吸附法测试了含NaCl地仗层土水特征曲线并探讨水汽吸附过程中渗透吸力特征;此外利用热重分析方法测试地仗层土体中在范德华力与毛细凝聚作用下所吸附水分的特征。结果表明:地仗层水汽吸附过程中土体内大部分基质吸力来自于毛细凝聚作用,土颗粒分子间范德华力仅在含水率极低的情况下为土体提供比较明显的吸力,湿度影响下地仗层水汽吸附过程中土体内渗透吸力仅在外界环境湿度大于地仗层中盐分的潮解临界湿度时才比较明显;地仗层土体所吸附的水分大部分以弱结合水形式存在,并且地仗层中澄板土含量越高,弱结合水临界含水率越大。结论可以为湿度影响下的壁画病害机理以及地仗层中水汽运移等问题的研究提供理论基础。     

堤外水位升降条件下非稳定渗流模型试验研究

建立堤坝饱和-非饱和渗流测试系统,对在水位骤升和水位骤降条件下堤坝进行试验研究。主要测试堤坝模型内各点的非饱和基质吸力,同时观察记录试验过程中实验室内的气温和湿度,探讨水位升降条件下非饱和区负压的变化规律及其影响因素。研究发现,堤坝模型中各点的吸力不仅与水位变化、各点所处的位置有关,同时也受大气温度、湿度、蒸发等外界环境因素的影响;水位变化因素占优还是蒸发因素占优,决定着堤坝非饱和区负压的变化发展方向     

库水升降作用下浮托减重型滑坡稳定性研究

大坝建成后形成众多涉水滑坡。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响机制,基于重大涉水滑坡分类,针对浮托减重型滑坡,运用自主研制的滑坡模型试验系统,建立浮托减重型滑坡模型进行库水升降作用试验。试验结果表明,库水位升高,滑坡模型体内有效应力随之减小;库水位降低,有效应力随之增大。对于模型试验过程,运用Geo-studio软件进行渗流及稳定性计算,对照试验结果与数值模拟结果得出土压力及孔隙水压力渗流模拟变化情况与试验实测变化情况基本吻合。库水位上升阶段,滑坡稳定性系数随之减小;库水位下降阶段,滑坡稳定性系数随之降低。由此分析得出库水升降对浮托减重型滑坡稳定性的影响规律是：库水位上升引起滑坡体内阻滑段有效应力随之减小,导致滑坡稳定性降低;库水位下降引起滑坡体内阻滑段有效应力随之增加,使得滑坡稳定性提高。     

基于电磁驱动的滑坡模型水分迁移理论及试验研究

加快模型试验中水的渗流速率对库岸滑坡研究意义重大。考虑滑坡渗流特性,基于电磁驱动原理,在滑坡模型中施加相互垂直的电场、磁场,推导出孔隙水受力公式,根据电渗固结理论,推导水分迁移速率v与电压Ve、磁场强度B的关系式,进而获得时间相似比,实现了通过电磁场强度来控制滑坡模型水分迁移速率,改进模型试验,为研究库水位升降对滑坡的影响提供条件。通过试验进行验证：电磁场对水分迁移速度的影响具有显著效果,且电压大小对模型的稳定渗流场影响较小。说明在不改变模型材料参数的条件下,改变磁场强度和电压可获得任意孔隙水的渗流速度,为研究库水位波动条件下的滑坡演化机制奠定基础。     

Centrifugal model test on a riverine landslide in the Three Gorges Reservoir induced by rainfall and water level fluctuation

Frequent soil landslide events are recorded in the Three Gorges Reservoir area, China, making it necessary to investigate the failure mode of such riverside landslides. Geotechnical centrifugal test is considered to be the most realistic laboratory model, which can reconstruct the required geo-stress. In this study, the Liangshuijing landslide in the Three Gorgers Reservoir area is selected for a scaled centrifugal model experiment, and a water pump system is employed to retain the rainfall condition. Using the techniques of digital photography and pore water pressure transducers, water level fluctuation is controlled, and multi-physical data are thus obtained, including the pore water pressure, earth pressure, surface displacement and deep displacement. The analysis results indicate that: Three stages were set in the test (waterflooding stage, rainfall stage and drainage stage). Seven transverse cracks with wide of 1–5 mm appeared during the model test, of which 3 cracks at the toe landslide were caused by reservoir water fluctuation, and the cracks at the middle and rear part were caused by rainfall. During rainfall process, the maximum displacement of landslide model reaches 3 cm. And the maximum deformation of the model exceeds 12 cm at the drainage stage. The failure process of the slope model can be divided into four stages: microcracks appearance and propagation stage, thrust-type failure stage, retrogressive failure stage, and holistic failure stage. When the thrust-type zone caused by rainfall was connected or even overlapped with the retrogressive failure zone caused by the drainage, the landslide would start, which displayed a typical composite failure pattern. The failure mode and deformation mechanism under the coupling actions of water level fluctuation and rainfall are revealed in the model test, which could appropriately guide for the analysis and evaluation of riverside landslides.     

承压水位变动下深大基坑空间效应离心试验与数值模拟

基坑工程是典型的三维空间问题,只有在一定条件下才能简化为平面应变问题。针对基坑工程的空间效应问题,首先采用离心模型试验建立基坑工程三维模型,分析承压水位变动条件下基坑变形规律;然后,进一步开展三维数值模拟,与离心模型试验结果进行对比验证,并开展基坑长度、开挖深度、承压水位高度和基坑面积等因素对基坑三维空间效应的影响研究。研究表明：三维基坑离心模型试验监测得到基坑中部和角部断面处的地连墙水平位移以及基坑外侧地表沉降,验证了角隅效应,且承压水位上升时角隅效应更显著;影响因素分析表明,长江I级阶地中当基坑长度大于6倍开挖深度时,基坑中间断面基本为平面应变状态;随开挖深度逐渐增大时平面应变比显著增大,而当深度大于25 m时增大速率减缓;承压水位升高时角隅效应更显著,承压水位超出地表3 m时平面应变比为0.46。该研究成果为长江I阶地典型二元结构地层深大基坑的设计和施工提供依据。     

预测农田水分渗漏和氮素淋失的两种模型比较

以田间试验为基础,分别用平衡模型和动力学模型计算了3个小区农田水分渗漏量和氮素淋失量,并对其结果进行了比较,平衡模型计算的水分渗漏量为191～202mm,氮素淋失量为38～63kg·N/hm2;而用动力学模型计算的水分渗漏量为168～234mm,氮素淋失量为27～53kg·N/hm2。造成结果差异的主要原因是:平衡模型没有考虑向上的水流和非饱和流;而动力学模型同时考虑了二者。动力学模型需要大量的田间实测资料,主要应用于农田氮素循环、定量评价水氮资源利用率、优化水肥管理措施等方面。平衡模型仅需要非常少的资料,就能够得到农田水分渗漏量和氮素淋失量,这对精度要求不太高的农田水肥管理来说,不失为一种好方法。     

地下水位波动带三氮迁移转化过程研究进展

三氮是我国地下水中典型污染物,其在包气带和含水层中的迁移转化过程受到高度关注。近几年,地下水位波动带中的三氮迁移转化已经成为新的研究领域。在综合运用文献计量分析法,定量分析相关研究趋势的基础上,系统总结地下水位波动带形成及特点,梳理波动带中三氮迁移转化过程及生物地球化学过程最新研究表述及成果,并对今后可能的研究热点和方向进行了展望。现有研究表明:水位波动带中环境指标如土壤含水率、氧化还原电位、溶解氧和有机质含量均表现出一定的分带性规律,微生物菌群结构和功能基因更多样化,并呈现一定的分布特征。随着地下水位波动,包气带中的三氮易浸溶进入地下水并发生迁移。地下水位上升,硝化作用减弱,反硝化作用增强;地下水位下降,硝化作用增强,反硝化作用减弱。为完善水位波动带三氮迁移转化过程研究,应进一步关注:（1）将水化学演化分析与分子生物学高通量测序方法相结合,深入探究水位波动带三氮转化与微生物作用机理;（2）除关注硝化、反硝化作用外,增加异化还原、同化还原和厌氧氨氧化等作用过程的研究;（3）细化分析更多情境、更多影响因素的水位波动过程,识别水位波动带三氮转化的关键影响要素。     

降雨和库水位联合作用下库岸滑坡模型试验研究

受库区水位波动和降雨影响,库岸大量老滑坡体变形加剧,地质灾害问题十分突出。为研究库岸滑坡影响因素、变形演化规律及失稳条件,以大型物理模型试验为手段,选取三峡库区黄土坡滑坡临江Ⅰ号崩滑体为对象,通过考虑水位波动、降雨及其组合作用等诱发因素,开展了一系列的库岸滑坡模型试验研究。试验结果表明：水位升降,变形主要集中于模型坡体前缘,其中,水位抬升过程中,滑坡模型变形较小,变形加速阶段出现于水位下降期间,且变形速率与水位下降速率成正比,即临江Ⅰ号崩滑体为典型的动水压力型滑坡;降雨影响下坡体变形在时间和空间上存在明显分区现象,时间上,变形发展主要集中于坡体浅表层饱和之后,即短时降雨对坡体变形未产生显著影响,空间上,坡体前缘和后缘变形剧烈;库水位下降和强降雨联合作用下坡体前缘产生局部流滑破坏,并溯源发展至前缘整体破坏,为典型的牵引式破坏模式。试验揭示处于临滑阶段坡体,其孔隙水压力、土压力变化呈现异常频繁的波动现象,可为滑坡预警预报提供一定参考依据。