戈壁地基扩底掏挖基础抗拔试验及其位移计算

在甘肃和新疆7个戈壁碎石土场地完成了46个扩底掏挖基础抗拔现场试验,分析了基础抗拔荷载-位移曲线的阶段特征,应用L1-L2方法确定了所有基础抗拔承载力和位移。采用归一化荷载-位移双曲线模型对实测荷载-位移曲线进行拟合,得到了各试验基础归一化荷载-位移双曲线模型拟合参数取值及其统计规律,给出了同时考虑抗拔基础极限承载力计算理论模型误差和归一化荷载-位移双曲线模型不确定性时基础荷载和位移的计算方法。结果表明：戈壁碎石土扩底掏挖基础抗拔荷载-位移曲线呈初始弹性直线段、弹塑性曲线过渡段和直线破坏的3阶段变化规律,归一化荷载-位移双曲线模型可较好拟合基础实测荷载-位移曲线,归一化荷载-位移双曲线模型不确定性可转化为该双曲线模型拟合参数的不确定性,基于强度和变形统一的工程设计更有利于工程安全。     

强风化岩中挖孔基础抗拔试验及荷载位移曲线模型参数研究

挖孔基础是目前我国山区架空输电线路强风化岩地基中最常用的基础形式之一。以强风化岩地基中的直柱型、扩底型两种结构型式的挖孔基础为研究对象,通过开展16个全尺寸基础现场抗拔试验,获得各试验基础和地表不同位置处的荷载-位移曲线。试验结果表明:基础及地表的荷载-位移曲线整体变化特征相似,均可划分为初始直线段、中间曲线段和终了直线段3个特征段。采用M值表示相应阶段位移量占总位移的百分比,不同的特征段M值的大小不同,并且其值随着远离基础边缘而逐渐减小。分别对直柱型、扩底型两种结构型式的基础荷载-位移曲线进行归一化处理,采用双曲线模型获得无量纲荷载(Q/Q_(L2))与上拔位移s之间的关系曲线,通过对比分析同种结构型式挖孔基础在黄土、强风化岩两种地基中荷载-位移曲线的差异性,得出地基岩土体抗剪强度参数c、Φ值与双曲线模型参数b值呈负相关,与基础抗拔承载力呈正相关。采用推荐的模型及参数对挖孔基础的荷载位移曲线进行预测,预测值与试验值吻合较好,从而验证了该模型及参数对于强风化岩地基挖孔基础荷载-位移变化行为预测的适用性。     

光测力学方法在薄壁钢-混凝土组合结构节点试验中的应用

应用光测力学中的数字散斑图像处理技术和网格法对对称荷载下的薄壁钢-混凝土组合结构节点的试验进行了监测,得到了节点的一些相关位移,并与百分表法测量的结果进行了比较。结果表明,两种方法用于轻钢组合结构构件的位移测量是足够精确的,可以根据试验的不同要求选择测量方法。     

基于北斗的超长基线解算在滑坡基准点监测中的应用探讨

基于北斗的GNSS监测,因为具有高精度、范围大、易于自动化、全天候等特点,被广泛使用于地质灾害滑坡监测。北斗自动化监测、全站仪监测等位移监测都需要建立一个或者多个基准点,再对滑坡区域进行测量。基准点的定位与形变监测精度精确与否,直接关系的滑坡灾害的监测精度。本文研究了一种基于北斗的超长基线解算软件,用于监测基准点的变化问题,通过测试数据分析探讨了其在滑坡基准点监测中的应用价值。     

黄土地基掏挖扩底基础抗拔试验研究

随着西部电网建设的发展,越来越多的架空输电线路需经过黄土地区。输电线路杆塔基础抗拔能力通常是其设计控制条件。掏挖扩底基础因具有较好的抗拔承载性能而在黄土地区输电线路工程中得到广泛应用。根据甘肃黄土地区2个试验场地12个掏挖扩底基础实测上拔荷载位-移曲线,分别采用Chin双曲线模型以及初始直线斜率法、双直线交点法和L1-L2方法确定了基础抗拔极限承载力及其对应位移,得到了抗拔基础归一化荷载-位移曲线,采用归一化荷载-位移双曲线模型对试验结果进行拟合,给出了不同保证概率下基础荷载-位移预测曲线。结果表明：初始直线斜率法得到的承载力最小,双直线交点法次之,Chin数学模型法最大,宜采用L1-L2方法确定黄土地基掏挖扩底基础抗拔承载性能;荷载-位移曲线归一化处理可显著减小实测荷载-位移曲线的离散性,按双曲线拟合参数a、b均值确定的归一化荷载-位移曲线代表了试验平均值,而试验荷载-位移曲线刚度远大于95％保证概率的预测曲线。     

砂卵石地层中单、双排钢板桩围堰现场水平载荷试验研究

针对松花江砂卵石地层上的钢板桩围堰进行现场模型的水平载荷试验,介绍了模型的施工及试验方法,研究了双排钢板桩通过拉杆连接这种结构在水平载荷作用下的变形特性,同时进行了单排钢板桩水平载荷试验作为对比分析;通过测量其深层水平位移及桩顶位移,分析其桩顶位移预警值为及水平荷载的影响深度;通过测量拉杆轴力,分析水平力的传递,对类似工程设计有一定的参考作用。     

冲击荷载下土体动力响应与加载速率效应研究

为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。     

速度倒数法滑坡预警模型流变试验研究

滑坡失稳的预测预报研究是地质工程领域中的一项重要课题,准确地确定预测预报理论模型的参数是实际应用中的难点。在实际滑坡监测中通常可以观察到位移曲线呈现阶梯形,这些阶梯形位移变化点就是滑坡的变形突变点。为研究滑坡变形突变点的变形特征,进行了不同荷载作用下的天然试样以及不同荷载、不同含水率作用下的浸水试样的流变试验,得到了累计位移-时间曲线以及变形速度-时间曲线。依据秦四清的锁固段理论以及速度倒数法滑坡预警模型对试验结果进行分析。研究结果表明：荷载和含水率的变化对模型参数没有影响,模型参数是关于材料属性的函数;变形过程中突变点的变形特征与破坏时的变形特征相似,并且速度倒数法预警模型在突变点和破坏点确定的模型参数基本一致。因此,滑坡监测曲线中早期位移突变点确定的模型参数可以用于确定滑坡破坏时的预警模型。     

基于Copula函数的基桩荷载-位移双曲线概率分析

提出了基于Copula函数的基桩荷载-位移双曲线概率分析方法。首先将基桩标准化荷载-位移双曲线模型不确定性转化为双曲线参数不确定性,然后在Copula理论框架下建立了双曲线参数的联合分布函数。最后以钻孔现浇灌注桩试验数据为例证明了所提方法的有效性,并进行了基桩正常使用极限状态可靠度分析。结果表明：Copula函数是构造基桩标准化荷载-位移双曲线参数联合分布函数一种有效的方法,它能够更加准确地实现基桩荷载-位移双曲线的随机模拟,从而得到更为合理的可靠度结果。钻孔现浇灌注桩双曲线模型中两个参数间具有较强的负相关关系,忽略了这种负相关性将会高估基桩的失效概率。此外,常用的Gaussian Copula函数并不是拟合双曲线模型中两个参数间相关结构最优的Copula函数,采用Gaussian Copula函数将会明显低估基桩的失效概率。     

水平荷载作用下PCC桩复合地基工作性状

利用河海大学岩土所自行研制开发的大型试验模型槽进行PCC桩水平承载足尺试验,实测得到了水平荷载作用下桩身弯矩分布。利用三维弹塑性有限元方法,研究了PCC单桩与等截面实心圆桩、PCC桩复合地基与等截面实心圆桩复合地基在水平荷载作用下的工作性状,对其桩身弯矩和水平位移的分布规律进行了比较,分析了竖向荷载、褥垫层厚度、基础埋深和置换率对PCC桩复合地基桩身性状的影响。研究表明,PCC桩复合地基在水平荷载作用下,随着竖向荷载、褥垫层厚度、基础埋深和置换率的增加,其桩身弯矩和水平位移随之减小。因此,在PCC桩复合地基设计时可以通过适度调整这些影响参数来减小水平荷载作用下的桩身弯矩和水平位移,确保桩身的安全。     

粘性土的动力特性实验及数值模拟

使用产自日本的DTC-306型多功能电液伺服动态三轴仪,对粉质粘土进行动三轴试验。在试验提供的各种参数和数据的基础上,利用有限元程序ABAQUS建立动三轴试件的三维有限元模型,模拟在循环荷载作用下粉质粘土的动力变形特性;并通过与动三轴试验相关数据的大量对比分析,验证了模型的可靠性。然后在建立的三维有限元模型的基础上,进一步用数值模拟的方法研究了土体动力变形与各影响因素间的关系,得出如下结论:初始弹性模量、阻尼系数、受荷形式对土的塑性变形影响最大,应力幅值、围压、频率、加荷周数次之,加载波形的影响最小,不同波形对塑性变形的影响取决于荷载最大值时历时的长短。有限元数值模拟方法在一定程度上可以替代动三轴实验。     

城市桥梁基桩承载性能时间效应试验研究

岩土的流变性质使建（构）筑物基础的承载性能具有时间相关性,对运营期建筑结构的安全性造成较大的影响。为了进一步探讨城市桥梁桩基础承载性能随时间的变化规律,对某桥梁工程的2根试验桩进行了长效荷载试验研究,得出了桩顶沉降和桩身承载性能随时间的变化规律。利用桩基承载性能时空效应新理论对试验结果进行分析拟合,获得真实的桩土力学参数,得到工程桩桩顶沉降随时间变化的解析解。试验成果进一步揭示了桩在长效荷载作用下自然而真实的发展变化规律,为检验验证理论研究成果提供可靠的依据,可用于指导同等条件下工程桩设计和施工时预测桩的工后沉降变化趋势,控制基础稳定性,同时为解决路桥的工后运营期沉降控制提供科学合理的理论依据。     

非饱和心墙料的固结不排水试验特性

土石坝心墙在施工期间处于非饱和状态,且坝体是分级填筑的。应力变形计算时将载荷分成若干级增量,每一级增量假设瞬间完成,等固结一段时间后再施加下一级载荷。由于施加荷载的瞬间来不及排水,因此,总应力法计算参数可以由固结不排水、不排气试验取得。通过三轴试验,揭示了非饱和心墙料的固结、应力-应变及侧向变形特征,探讨了固结过程中体积应变随时间的变化规律,建立了切线泊松比与围压的双曲线关系模型。     

圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究

在大型圆形煤场中采用桩-网复合地基是火电厂地基方案设计的新思路,该方案不仅要考虑地基土层的强度满足上部荷载的要求,还需要考虑堆载区内土体的变形对环基的影响。通过对圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究,介绍了在大面积堆载下如何进行桩、土及垫层中应力与应变的测试,设计了2套堆载与测试方案,在试验1区铺设了2层土工格栅,而在试验2区未铺设土工格栅。根据在2个试验区所获得的测试成果,研究了大面积堆载对堆载区内外土体变形的影响深度与范围,对比分析了不同高程处垫层与土体的竖向及侧向应力随深度的变化规律,结合堆载区中桩与边桩的桩身轴力变化,计算出上部桩侧土体对桩所产生的负摩阻力,并依据承台顶面附近测得的垫层与土层的应力,计算出桩土分担荷载的比例,以及桩土应力比的大小与变化规律。在此基础上得到土工格栅对大面积堆载区内外土体应变与应力的影响程度,从而可以为大型圆形煤场桩-网复合地基方案的设计与施工提供客观的技术参数与建议。     

隧道新型恒阻让压装置的工作机制研究

恒阻让压支护是挤压大变形隧道的大变形控制中较为理想的支护形式,现有技术在高承载力、大变形量及荷载稳定3个方面尚难统一。针对这一难题,受启发于金属拉拔工艺,结合钢拱架支护受力特点,自主研发了拉压转换恒阻让压装置,论述了其工作原理,分析了其力学响应规律与特征,并通过室内试验和数值模拟,对其设计参数的影响规律进行了分析,确定了拉压转换恒阻让压装置性能衡量指标。分析表明：（1）拉压转换恒阻让压装置可在压力条件下恒阻变形,将其安装于钢拱架分段接头处,与钢拱架嵌合为一体,即可保证钢拱架的稳定性,提高钢拱架的大变形适应能力,也可为围岩提供恒定的支护力;（2）基于锥角、摩擦系数、让压杆截面收缩率和直径4个设计参数,该装置可实现让压恒阻力和让压量可控,且其荷载稳定性好,可为软岩隧道大变形及支护稳定控制提供重要技术支撑。     

岩基载荷试验影响因素分析

在大型工程的岩土工程勘察中,如何确定岩石地基的承载力,直接影响到建筑的质量、造价和进度。载荷试验作为模拟建筑物基础受力条件的试验,科学、直观地提供了地基的承载力和变形模量,给设计部门提供了不可或缺的设计依据。然而,岩基载荷试验结果受基岩埋深及孔径的影响尚不清楚。利用ABAQUS有限元分析软件,对深层岩基载荷试验影响因素进行数值模拟分析,得出的结论可为今后岩土工程勘察提供借鉴。     

冻土三轴蠕变非线性数学模型研究

采用MTS-810液压伺服材料试验机, 对人工配制的冻黏土试件进行了三轴蠕变试验, 获得了冻黏土在复杂应力状态下的蠕变曲线. 结果表明: 冻土的蠕变变形具有较强的温度敏感性, 温度越高, 这种温度敏感性越强; 相同温度下, 荷载越大, 变形越大. 运用相关理论, 推导了冻黏土在复杂应力状态下的三轴蠕变非线性数学模型, 采用MATLAB软件的数据拟合功能得到了模型方程参数的数值, 模型参数与温度之间存在密切关系, 建立了二者之间的数学表达式. 冻土三轴蠕变非线性数学模型的曲线与试验曲线拟合精度较高, 建立的数学模型可以精确体现冻土的蠕变规律, 能够为实际冻土工程的变形发展预测提供有效的理论指导.     

使用长短期记忆人工神经网络进行花岗岩变形破坏阶段的判别

判别岩石所处的变形破坏阶段是分析岩石变化过程的重要基础。由于室内试验视频数据具有很好的等时距分布特征,可以使用基于长短期记忆的神经网络（LSTM-NN）模型判别外荷作用下岩石的变形破坏阶段。本文根据花岗岩室内单轴压缩试验所得应力-应变曲线和试验视频图像中裂隙的分布情况,将岩石变形破坏过程分成岩石压密阶段、弹性变形阶段、裂隙扩展阶段、整体破坏阶段,在提取不同阶段不同组分主要数字特征参数（面积）基础上,建立了基于LSTM-NN模型的岩石变形破坏阶段分类网络,分析了模型主要参数（学习率和最大周期等）对分类准确性的影响,使用所建模型对岩石所处变形破坏阶段进行了判别。结果表明,在LSTM-NN模型参数中,学习率和最大周期对变形破坏阶段判别准确率的影响较大,二者分别为0.005和200时的判别准确率达到最高;对于整个变形破坏阶段来说,LSTM-NN模型对裂隙扩展阶段预测的判别效果最好、对整体破坏阶段预测的判别效果最差;对于花岗岩中不同组分来说,LSTM-NN模型对变形破坏阶段预测准确性高低的顺序是裂隙、黑云母、长石、石英。     

偏压条件下大型地下厂房围岩变形稳定性分析

根据下坂地水库协力波斯电站工程建设实际,在现场调查和电站区勘探、测试资料基础上深入分析地下厂房地质条件,建立了能够反映厂区地形地貌、岩体结构和地应力状态的三维数值模型。根据地应力实测资料反演拟合初始地应力场背景值,采用三维弹塑性有限差分法模拟了在偏压条件下地下厂房、主变室开挖过程中围岩变形和稳定性状况,揭示了各开挖阶段应力的集中部位和围岩潜在破坏部位,这对于工程具有重要的指导意义。     

基于扰动状态理论的软土压缩变形试验

基于扰动状态理论对漳州和东莞软土扰动样和重塑样单向压缩变形的结构性特征进行了分析,利用重塑样试验数据还原了原状样的压缩曲线,将变形中的土体视为相对完整状态和完全调整状态的混合物,定义原状土样为相对完整状态、重塑土样为完全调整状态,且分别用土弹性模型和修正剑桥模型表达,扰动函数与荷载对数具有较好的幂函数关系,因此建立了土体应力应变关系扰动状态模型,并通过压缩试验结果对模型合理性进行了验证。结果表明,该模型能较好地描述土体压缩变形特性,且参数确定简单易行,为软土地基工程沉降分析提供了一定参考。