土工膜应变计的研制及其应用(II):应用

将研制的土工膜应变计应用于三峡工程二期上游围堰现场,以监测防渗土工膜在工程中产生的实际应变,并获得了满意的大应变监测成果。埋设于上游围堰不同高程的18支土工膜应变计,在较长时段内,不仅全部观测到防渗土工膜在施工阶段围堰填土碾压产生的应变规律,如0 500断面的10支土工膜应变计均测得11%～19%的大应变值,而且大部份应变计一直工作到极限量程才损坏。其中除了0 500断面因施工加载速率过快而导致防渗土工膜较早产生较大的变形,使得10支应变计在埋设后的施工填土3个多月内即陆续超量程损坏之外,其余的土工膜应变计工作寿命长达3年多。埋设于0 500子堰和0 930断面的土工膜应变计,在2000年和2001年夏季汛期中及汛期后,有些监测点的应变陡增到16%～20%之间,据此可以推测,此时该测点处的堰体产生了较大的变形。防渗土工膜的应变监测结果不仅与围堰构筑时的加载速率相关,并与围堰拆除时所发现的变形情况相吻合。     

土工膜应变计的研制及其应用(Ⅰ):研制

土工膜应变计作为监测软土地基的一种加固材料——土工织物(土工膜)变形的新型测试手段,经过国家“七五”、“八五”科技攻关研究,解决了将该应变计应用于监测土工织物这类低弹模柔性材料大应变的一系列特殊技术难题;克服长标距特种大应变计的粘贴难点,探讨合理的粘贴方法,使其在土工膜上的粘贴达到最佳效果;寻求合适的低弹模应变胶,要求其固化后的力学特性与被测土工膜材料的力学特性相接近;采用特殊的率定方法对粘贴上特种应变计的土工膜材料进行率定,以求得特种应变计的灵敏系数k和土工膜材料特性A这两项重要参数;以及解决现场实测埋设中的安装、防护等难题。经过攻关研究,使得单薄、脆弱的特种大应变计能够成为可靠、耐用的新型测试手段,应用于三峡工程二期围堰监测防渗土工膜的变形,取得了满意的监测成果。     

围堰防渗墙与复合土工膜联接型式试验研究

防渗墙上接土工膜是围堰常用的防渗体系,两者变形是否协调是决定防渗成败的关键。以某围堰工程为例,通过围堰防渗体系中复合土工膜的受力分析和复合土工膜与砂砾料界面的直剪摩擦试验,研究了土工膜与填料之间的相互作用,提出了保证土工膜不被拉断应满足的条件。另外,通过离心模型试验监测复合土工膜在堰体与防渗墙变形过程中的应变,揭示了复合土工膜的受力性状和联接部位的破坏机制。结果表明,在一定上覆荷载作用下复合土工膜与堰体之间的摩阻力超过其所承受的拉伸力,导致预留伸缩节不能发挥作用;复合土工膜下部风化砂的固结变形使之与刚性防渗墙之间产生较大的差异沉降以及防渗墙与上游堰体的水平脱离,两种变形不协调均可导致与防渗墙联接部位的土工膜因受拉而破坏,在该基础上提出了改进的土工膜与防渗墙的联接型式和铺设方法。试验成果为指导围堰防渗体系的分析和设计提供了可靠的依据。     

泥皮存在时防渗墙与复合土工膜联接型式模型试验

防渗墙与复合土工膜联合作为防渗体系已广泛用于围堰工程,但变形不协调易导致联接部位处土工膜的破坏。通过某围堰工程复合土工膜与防渗墙联接部位离心模型试验,模拟防渗墙泥皮及其厚度、堰体填料的沉降变形等,研究不同联接方式时复合土工膜应变的变化规律。试验结果表明：当联接部位处土工膜水平铺设时,土工膜紧靠防渗墙的部位尤其是泥皮范围以内将产生较大应变,当防渗墙与周围堰体的差异变形达到一定量时,土工膜产生拉裂破坏;当土工膜先竖向抬高一段距离后再水平铺设,水平铺设段的土工膜应变明显减小,且随着与防渗墙的距离越远,土工膜应变越小。防渗墙泥皮的存在可有效缓解土工膜局部受力。     

龙溪隧道初期支护监控量测技术初步研究

针对龙溪隧道在施工过程中常出现软弱围岩变形现象,选取其左线LK22 083～LK22 153段为试验段:采用H20型钢施作初期支护.对锚杆轴力、围岩压力和钢拱架应变开展监控量测工作,验证H20型钢支护是否合理.在试验段范围内选取三个监测断面,对应里程桩号:LK22 084、LK22 100和LK22 125;每个断面在拱顶、两侧拱腰和边墙5个测点埋设监测仪器,每个测点处的锚杆计、土压力计和钢拱架应变计埋设在同一点,便于在数据分析时相互补充说明;通过实测数据分析,结合施工实践,综合表明H20型钢支护是合理的,确保了隧道施工顺利快速通过F8断层.     

超大面积深厚软土桩-网复合地基现场试验研究

结合潮汕车站软基处理工程设置监测断面,埋设相关监测仪器,对桩-网复合地基上部路堤填土施工过程中地表沉降、深部分层沉降、深部水平位移、桩顶应力、桩间土应力、土工格栅伸长量等的变化进行观测分析,结果表明,在加载初期,桩间土和桩顶土的应力都存在一个迅速增大的过程,但桩顶土应力增大的速率要大于桩间土应力增大的速率;当填土达到一定高度时,桩间土应力出现极值,产生的土拱效应会使4桩中心处的应力小于2桩中心处的应力值;管桩的轴力、摩阻力和地层情况密切相关,且均随时间、荷载的增加而增大;地基分层沉降的速率与路堤填土的速率呈正相关,沉降量的大小与地层深度和地层特征有关;土工格栅的拉伸位移量随着填土高度的增加而增加,且其增长速率经历了由慢到快再到缓的过程;地基水平位移随荷载的增加而增大,随深度增加而减小,管桩有效地限制了地基的水平位移。     

新厝公路拓宽工程软土路基施工监测分析

福清新厝公路拓宽海堤段海堤内侧采用分级加载进行路基施工填筑软基加例处理,通过3个断面监测数据分析,最大水平位移日变量为2．28mm／d,最大沉降速率为5．97nm/d,各测点的沉降速率和水平位移均在安全控制范围之内。至监测末期最大总沉降量占淤泥层厚度7％,海堤地基固结度76．3％～85．0％,但尚有10．9～15．8m...     

甘肃兰州某黄土建筑高边坡失稳原因及补强治理方案

通过对兰州市某黄土建筑高边坡现场变形及工程地质条件系统调查的基础上,采用有限元软件Plaxis对目前开挖状态下坡体应力应变状态进行了数值分析,并对该边坡实施了地表及支护结构物表面位移监测。在以上基础上分析了该边坡失稳的原因,并针对该边坡的治理难度及特点,提出了合理治理方案并得出以下结论:(1)位移监测结果表明,目前变形以水平位移为主,沉降较小。22个监测点中,14个监测点累计水平位移超过20 mm,17个监测点日平均水平位移速率大于0.2 mm/d。累计水平位移至已超过规范警戒值,及时实施坡顶应急搬迁及坡脚停止施工的措施、坡顶建筑物拆迁后,位移速率呈明显降低趋势。(2)有限元分析表明,原支护桩基埋置深度较浅,未进入卵石层,桩锚固段过短,且锚杆没有穿过滑裂面,无法提供锚固力,支护桩产生了倾倒式变形,这与位移监测以水平变形为主是吻合的。(3)基于强腰固脚的理念,提出了坡体上部减载,中部锚固,下部抗滑桩支挡的合理治理方案;(4)针对该超限边坡长期稳定监测,提出施工两年后监测到期,采取延长监测、减少次数、重点监控的建议。     

管幕冻结隧道“顶管?冻土”复合结构力学特性试验研究

拱北隧道暗挖段作为港珠澳大桥珠海连接线的重点工程,首次运用管幕冻结法进行施工。该法综合管幕法和人工地层冻结法的优势,可在隧道断面形成“顶管?冻土帷幕”复合支护体系,有效实现“承载”与“顶管间止水”的双重目标,确保隧道开挖时的稳定与安全。为获得“顶管?冻土”复合结构的温度、变形与力学特性,基于相似理论自主研发构建一套相似模型试验系统并开展试验研究,同时利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立数值计算模型进行模拟验证。结果表明:复合结构的冻结温度场因空、实顶管及其内部冻结器的布置形式呈现不均匀分布特征,冻土形成速率在冻结后期明显变缓;土体竖向冻胀变形在60~160 min内急剧增大,且冻胀量随深度增加而增大,整体规律与温度场分布密切相关;土体冻结产生的冻胀力对顶管水平受力影响较大,空顶管相对刚度较小而产生较大水平变形;在加载阶段,顶管受力与变形均以竖向为主。因空、实顶管刚度差异和冻土厚度不均匀的共同影响,空顶管竖向变形包含了“弯曲”与“压扁”并具有非线性特征,其跨中截面底部竖向位移峰值约为实顶管的1.6倍;加载至0.28 MPa时,管间冻土首先发生破坏,进而导致顶管间封水功能失效,实际施工中应重点监测空顶管的变形规律、管间冻土帷幕的温度变化及其完整性。研究成果可为管幕冻结法的施工与监测提供参考,也可为热力耦合数值计算模型提供验证依据。      

北京平原区地下空间建设地质安全监测问题探讨

北京平原区地质条件复杂,冲洪积扇及冲洪积平原相互交织、软弱土体(人工填土、软土)大面积分布,且浅表层地下水流场多变、各类地质灾害发育(活动断裂、地面沉降等),加大了地下空间建设难度,建设完成后易发生各类事故。如软弱土体地层稳定性较差,易发生较大地层形变甚至地面塌陷,破坏地下建(构)筑物结构;地下水水流场的变化,影响地下空间的抗浮稳定性及防渗性,在施工中可能遭遇突涌、施工中断甚至人员伤亡等严重后果;活动断裂产生的三维空间形变,兼具张拉、剪切和扭动的性质,使跨断裂的地下隧道变形,甚至能造成衬砌的断裂;地面沉降发生面积和沉降速率都呈上升的趋势,跨不均匀沉降区建设的地下轨道受沉降影响,出现异常位移或基础破坏等现象。同时,地下空间的建设,对其周边地质环境也会产生作用,产生一系列环境地质问题。如地下空间施工建设措施不当,改变岩土体原有的应力平衡,导致土体位移,产生地表沉降或变形,导致建筑物失稳、甚至破坏;砂质粉土黏粒含量少,饱和状态下受地铁振动易发生液化、流砂;地下管线的渗漏导致地下水受到污染;地下大型线性工程的建设阻断地下水流场,改变地下水环境等。本文拟阐述地质条件对地下空间建设的影响以及地下空间建设可能产生的地质环境问题,从这两个方面出发,提出地下空间建设监测的对象、监测体系及监测方法手段,研究地下空间建成后的地质安全保障。     

岩溶区隧道围岩--支护体系稳定性研究

岩溶是地下水地质作用的过程和结果，是隧道建设面临的不良地质现象之一。正在建设中的某高速公路隧道出口段岩溶地质作用强烈，溶隙、孔洞发育，且受构造变形及后期淋滤溶蚀作用强烈，力学强度低，岩性复杂。其角砾状粘土岩和水云母粘土岩多已泥化成粘土，遇水易膨胀。岩溶区隧道围岩——支护体系的稳定性是该隧道建设面临的主要问题。文章结合隧道施工过程中的围岩变形监控量测和三维弹塑性有限元数值仿真模拟对隧道围岩——支护体系的稳定性进行了研究。围岩水平收敛和拱顶下沉位移及速率变化特性表明，在监测时段内隧道围岩无趋于稳定的迹象。施工动态力学数值仿真模拟表明，在初期支护条件下，围岩出现了较大范围的塑性破坏区，两隧道之间(间距45．0m)围岩破坏接近度达到0．70，最大竖向位移达到3．0mm，表明隧道全断面施工时，两隧道相互作用影响程度较大。为确保隧道围岩——支护体系的稳定，选择合理的施工方法，制定切实可行的支护方案提供了信息。     

用维他命B12进行的PCE和TCE脱氯过程中碳同位素的裂解

利用维他命B12进行的全氯乙烯和三氯乙烯还原脱氯与微生物还原脱氯是类似的，并且目前作为一种辅助技术正在应用中。碳同位素分析是在对污染物研究和监测中的一种强大且有效的手段，被用来揭示在实验室微小实验盒中通过全氯乙烯和三氯乙烯的还原脱氯中同位素效果的特性。在实验室试验中，10mg／l的维他命B12降解了大于90％初始的20mg／l的含三氯乙烯的全氯乙烯。64％至72％的全氯乙烯被降解，这是全氯乙烯降解的主要产物。在三氯乙烯试验中，147mg／1的维他命B12降解了大于90％的初始20mg／l的含cDCE的三氯乙烯。30％至35％的三氯乙烯被降解，这是降解的主要产物。在全氯乙烯和三氯乙烯两种反应物中，可以观测到强烈的同位素的裂解。这种降解可以通过全氯乙烯的-16．5‰至-15．8‰浓缩参数和三氯乙烯的一17．2‰至-16．6‰浓缩参数的瑞利模型描述。在所有试验中，裂解都是相似的，平均浓缩参数为-16．5‰土0．6‰。如此显著浓缩参数的产生可以说明同位素分析可以用来监测通过全氯乙烯和三氯乙烯的脱氯和地下水污染物降解。迹象表明，同位素裂解是在氯乙烯与维他命B12发生作用的情况下产生的，正如通过零价铁的还原脱氯已经暗示了的一样。这个反应中e值与氯乙烯厌氧生物降解中e值的差异暗示着在这两种过程中可能存在着速率确定步骤的不同。