探地雷达在湿陷性黄土挖填方高边坡土体性状探测中的应用

在湿陷性黄土丘陵山区通过平山造地开辟建筑场地,施工后高挖填方边坡变形特征及其交界线在坡面出露位置土体内部性状是边坡稳定性评价的关键环节。为掌握西电东送重要枢纽——同心妙岭变电站湿陷性黄土高边坡稳定性,在该场地挖、填方区域边坡顶端布设了长度为416 m和372 m的测线,同时在挖填交界线两侧分别布设了长度为15 m和20 m的测线,利用pulseEKKO PRO专业型探地雷达,在所选测线上以0.5 m间隔为测点实施相关探测工作。结果表明：高挖方边坡波谱特征图像和地勘报告相同位置处土层分布一致,反射波较杂乱,边坡内部存在卸荷裂缝、零星破碎带等现象;高填方边坡无裂缝、局部沉陷等异常反射波面,填土均匀,填土下伏自重湿陷性黄土,土体存在潜在危险;挖填交界区域有较明显的挖填方交界线,该交界线坡度较缓,过渡均匀;交界线左侧（挖方区）探测波形复杂,岩性种类多,土体密实度高,右侧（填方区）波形规则,土性单一,土体密实度低,挖填方土性的差异性易导致不均匀沉降。研究结果可为平山造地建筑场地的高边坡支护设计与施工提供基础资料。     

第七届全国岩土工程实录交流会特邀报告——黄土高填方关键技术问题与工程实践

黄土丘陵沟壑区高填方工程的地形地貌和地质环境复杂,场地内常分布有大面积湿陷性黄土和淤积土,且具有土方量大、影响因素多、施工工期紧、沉降控制要求高等特点,建设过程面临着填方体的稳定、变形、排水、湿化变形控制及边坡防护等问题。以国内几处典型黄土高填方工程为例,介绍了通过场地综合地质条件评价、土方平衡优化、地下盲沟排水、原地基强夯加固处理、填筑体压(夯)实处理、填挖边坡防护处理、施工质量立体式监控、岩土工程全程监测等多种手段有效组合,解决黄土高填方工程问题的实践工作,相关经验可供类似工程借鉴。     

某井场高填方边坡变形机理及稳定性评价

研究井场为九龙沟内一预探井,由于井场地处斜坡区,为保持场地平整,在前期施工进程中进行了大量的挖填方工程;为保证高填方边坡的稳定性,已在填方区前缘修筑"T"型重力式挡墙。但在后期施工过程中,场区坡体及挡墙等建筑物出现拉张裂缝,变形迹象明显,具有较大危险性。本文根据场区变形迹象分布规律,结合场地地形、建筑物分布及其受影响程度等,对场地进行了分区并详细描述了各区工程地质特征;在此基础上,根据填土特征及原始坡体物质结构特征,对场区变形机理及稳定性影响因素进行了分析;最后采用极限平衡法对各区整体及局部稳定性进行了计算,计算结果为分析场区坡体稳定状况及预测可能造成的工程危害性提供了评价基础。     

黄土高填方地基动力响应数值模拟研究

为研究陕北某削山填沟工程形成的高填方地基的动力响应特征,利用FLAC3D数值分析工具对该填方试验场地进行了真三维动力模拟研究,分析了在自重应力及地震动力作用下,高填方地基的应力及塑性区分布特征,并对动力作用下的变形及动力响应特征进行了深入探讨。研究表明：在原场地地形坡度较大的区域,土体应力相对集中,且更易发生剪切破坏。地震作用会加剧填土层的沉降,且结合面的存在对抗震不利。建议在此类填方工程中对原场地坡体开挖台阶面,降低坡度,以增强填方土体与原地层的整体性,提高填方地基的抗震性能。     

高填方对红黏土地基力学性质影响及坡体稳定性

以云南安宁市一高填方边坡为例,通过勘察、监测等手段,在查明红黏土分布特征的基础上,对填土前后红黏土的物理力学性质变化进行分析,应用数值模拟软件对坡体稳定性进行研究。结果表明,填方工程施工前后,红黏土地基物理力学指标呈现出先降低后增强的特征,致使填土边坡的稳定性呈现出先降低后提高的趋势;坡体上部的地裂缝是在地基土、原地形、填土厚度不均的不利组合下,由于填方体、地基土固结引起坡体的不均匀变形所致,坡体整体稳定。研究成果对于红黏土地基的高填方边坡工程设计、红黏土地基土物理力学指标对坡体稳定性的影响、施工过程中不均匀变形量控制、坡体上部裂缝病害研究具有一定的参考价值和指导意义。     

黄土冲沟中高填方土压力量测及分布规律探讨

以吕梁机场黄土高填方试验段为研究对象,采用数值分析、室内试验、原位监测等多种技术手段相结合的方法,分析黄土高填方地基中的土压力量测技术及其空间分布规律,探讨其土压力的计算方法及与理论土压力存在差异的根源。研究结果表明：土压力现场量测时,土压力计埋设槽的高跨比、填筑材料压实度、沟谷坡度等对土压力存在较大的影响,建议现场布设土压力计时采用开孔高跨比λ＞0.6比较适宜;根据原位监测结果和三维数值反演分析方法,得到了黄土高填方中部及边界部位的包含填方高度H、填土加权平均重度γ、坡角β等参数的土压力计算公式及其空间分布规律,初步考虑了拱效应对土压力的影响。其研究结果可为类似的黄土冲沟中高填方工程的地下结构设计和地基变形计算提供参考。     

黄土梁峁区高填方地基变形规律研究

随着城镇化步伐加快,陕北黄土高原梁峁区三四线城市出现越来越多的高填方工程,陕北大孔隙黄土与特殊地形地貌共同作用下引起建筑物地基发生严重不均匀沉降,导致上部结构开裂甚至失稳垮塌,危及人身与财产安全。为了全面分析梁峁区高填方地基变形规律,课题组在陕北黄土高原某梁峁区填方场地选取了西北地区最大的试验场(直径超过90m),通过原位监测对高填方地基地应力、含水率以及地基沉降进行了研究,分析了黄土填方地基含水率随季节变化规律及其影响深度,并发现黄土高填方地基中存在土拱现象,总结出沉降与填方高度的关系。利用三维数值模拟反演分析推测出高填方地基的最终沉降量,对上部结构作用下地基变形规律进行了预测,为类似黄土地区高填方工程设计及其变形计算提供参考。     

黄土挖填方场地形成的关键岩土工程问题

湿陷性黄土地区挖填方场地形成过程中会遇到众多岩土工程问题,未有效识别和防治会发生工程事故。为避免相关工程事故的发生,保证工程建设的安全,基于工程实践剖析了黄土挖填方场地形成的关键岩土工程问题及处治措施。边坡与基坑的安全、地表水与地下水的防治、地基变形是主要岩土工程问题,填筑体的湿化变形是重点难点,加强防排水是避免工程问题发生的主要措施。临坡顶建筑物应考虑嵌固,临坡底建筑物应考虑基础(地下室)受到的不均匀土压力;挖填接触面两侧、泉水出露点周围易形成饱和土体,强风化岩层、单斜层状构造的强透水岩层为地下水的主要渗流通道。边坡治理、防排水、地基处理、基坑工程、建筑物嵌固等应系统考虑。     

黄土沟壑高填方工后12个月沉降变形规律研究

为研究黄土沟壑高填方工后沉降变形规律,选取最大填筑厚度38 m典型黄土沟壑高填方场地,设计立体的沉降监测方案,对工后的地表沉降以及原始地基沉降数据进行采集,分析不同原始路基坡型在工后12个月时间里地表沉降和原始地基沉降发展的规律,取得以下结论：黄土沟壑高填方在不同位置工后沉降的组成不同,填筑体在自重作用下产生的工后沉降与填筑体厚度有直接关系,原始坡形陡的位置工后沉降量较大,并通过拟合得出填筑体自身工后沉降发展曲线,为黄土地区高填方场地的变形规律研究提供参照。     

黄土高填方坡体加载过程变形-力学响应特征研究

大型工程项目在我国黄土丘陵地区的开展日益增多,为了在有限的空间得到足够的可利用面积,通常需要挖山填沟造地形成了大量高度超过40m的高填方边坡。高填方边坡地质条件复杂,填料物理力学性质差异大,施工困难。高填方边坡的变形与稳定问题突出。高填方边坡工程已成为黄土地区最具危险性的人类工程活动之一,其严重影响黄土地区的经济建设和城市化进程。本文以国内某高填方边坡为研究对象,结合野外调查和勘察资料,结合研究区的地质概况建立高填方边坡加载过程的概化模型;通过研究区高填方边坡回填加载支挡结构变形与监测分析;借助数值分析高填方坡体加载过程力学-变形响应特征,对研究黄土高填方边坡抗滑桩、桩间板支挡结构变形和锚索的受力分析具有重要的理论和工程实践意义。     

基于遥感分析的延安新区平山造城工程地面沉降及植被恢复特征研究

湿陷性黄土地区岩土工程往往涉及大量挖方填方工程,极易引发一系列的地面沉降和植被破坏问题。本文基于SBAS-InSAR技术结合遥感数据处理对延安新区平山造城工后地面沉降及植被恢复特征进行了分析。首先,通过目视解译及DEM提取,获取工程基本特征;随后,基于SBAS-InSAR技术对新区工后地面沉降进行探测;最后,利用遥感提取新区的NDVI时序数据。结果表明:(1)延安新区建筑工程建设滞后挖填方工程约2a,填方区域沿着原始地形的沟谷展布,挖填方体最大厚度均超过90m;(2)延安新区主要沉降区为填方区域,2017~2018年最大沉降速率达45mm ·a-1,主要建筑工程所处的挖方区无明显地面沉降,工程边坡大多处于稳定状态;(3)延安新区2013~2015年NDVI平均值增长230%,2015~2018年增长50%,植被恢复明显。延安新区平山造城工程的规划建设合理的规避了地面沉降及缓解了生态环境恶化,研究成果可为类似工程建设提供科学参考依据。     

西安地区地裂缝带Q3原状黄土流变特性试验研究

汾渭盆地是我国乃至世界上地裂缝最为发育、灾害最为严重的地区。考虑在漫长的地质历史过程中黄土的流变特性对地裂缝破裂扩展模式的影响,采用分级循环加卸载方式,对西安地区长安地裂缝（fc1）带Q3原状黄土进行了不同围压下的固结不排水三轴流变特性试验,得到了地裂缝带Q3原状黄土的蠕变加、卸载曲线和应变速率与时间关系曲线。试验结果表明,不同围压下地裂缝带Q3原状黄土表现为低应力下为减速蠕变,高应力下为减速蠕变和等速蠕变的特征。并基于统一流变力学模型理论,建立了适用于西安地区地裂缝带Q3原状黄土的三维蠕变本构模型,获得了相应的本构模型参数。该成果为研究隐伏地裂缝破裂扩展模式及其力学机制奠定了基础。     

陇东黄土塬区地裂缝灾害形成机理分析

对陇东黄土塬区地裂缝灾害的调查表明,在该区不断发生的地裂缝灾害实际上是在黄土构造节理的基础上,黄土潜蚀灾害的一种表现形式,是黄土塬区边缘一种特有的地质灾害现象,其形成除受黄土构造节理控制外,还受黄土本身的湿陷特性及塬面坡度、降水强度、地面硬化等条件制约。本文在灾害现状剖析的基础上,分析了黄土塬区地裂缝灾害的形成机理。     

黄土高填方场地工后沉降预测模型性能评估方法

工后沉降预测结果是黄土高填方场地变形稳定性评价和建筑物规划布局的重要参考依据。为遴选适合黄土高填方场地的工后沉降预测模型,基于某典型黄土高填方工程的实测沉降数据,分析了工后沉降曲线的变化规律和发展趋势,建立了17种回归参数模型,提出了模型预测效果的评价指标和方法。结果表明：（1）该工程填方区工后沉降历时曲线呈“缓变型”变化,土方填筑完工初期无陡增段,随时间增加沉降速率逐步降低,尚未出现沉降趋于稳定的水平段;（2）将外推预测误差、内拟合误差和后验误差比最小化作为综合控制目标,可遴选出理想的回归参数模型;（3）MMF模型（Ⅱ型）和双曲线模型具有较高的预测精度、较好的稳定性和较强的适应性,在17种模型中的预测效果最佳;（4）沉降数据的变化越平稳,模型预测效果越好;（5）增大建模数据的时间跨度,会提升预测精度,但增大至一定值后,预测精度提升效果不再显著。     

Weak tensile characteristics of loess in China — An important reason for ground fissures

By means of uniaxial tensile tests, we analyzed the tensile characteristics of undisturbed and disturbed loess samples taken from the areas where ground fissures are prevalent. The study shows that the tensile strength and ultimate tensile strain of loess are very small, no more than 25 kPa and 0.5%, respectively. Water content and dry density are the two important factors for the tensile strength of loess, and show a decreasing exponential and increasing exponential relationship with the tensile strength, respectively. From the results of tensile tests on loess and the mechanism of ground fissure development in loess areas, we may draw a conclusion that the weak tensile strength, the loose structure and the collapsibility are the important contributing factors to the development of ground fissures in China's loess areas.     

山西清徐—太谷地区地裂缝形成机理

山西清徐—太谷地区是中国地质灾害高发区之一, 地质灾害类型主要有活动断裂、滑坡、地震、地裂缝等。通过对该区开展地面路线地质调查、物探、水文工程钻探等工作, 将地裂缝划分为山前地裂缝和盆地中部地裂缝2类。山前地裂缝主要与断陷盆地盆-山转换带的活动断层有关, 其盆地上基底构造层岩石组合具有软硬相间的"二元结构"特征, 由厚层状砂岩和薄层状粉砂质泥岩组成, 这种"二元结构"在外在因素(如暴雨、地震等)的诱发作用下, 软质层容易产生层间滑动, 导致地裂缝等地质灾害。盆地中部地裂缝除与可能的隐伏断裂有关外, 主要与清徐—太谷地区地下水过度开采有关。水文工程钻探揭露了该断陷盆地中多个含水层, 每个含水层结构中的上下层为不透水的厚大粘土层或粉砂质粘土层, 中间含水层为粉砂或细砂层。当地下水过量开采时, 水位降低, 含水层受上覆地层重力作用影响, 发生沉降形成地裂缝。清徐—太谷地区上更新统粉质泥岩中常可见少量白色膏盐团斑, 推测是造成本区地下水质普遍偏咸的原因。     

填筑速率对软基上堤防沉降影响的现场试验与数值模拟

堤防的沉降和稳定问题是软土地基上新建堤防工程必须考虑的重要问题。结合南京市长江干堤提升工程小年圩新筑堤项目,开展了软土地基上新建堤防施工全过程的现场监测与分析,主要包括表层沉降、分层沉降、土体侧向位移、土压力、孔隙水压力以及地下水位等内容。基于Plaxis有限元数值软件,建立了软土地基上新建堤防施工填筑过程的数值模型,通过与现场监测结果的对比分析,验证了所建立的数值模型的准确性和可靠性;续而重点分析了填筑速率、填筑间歇时间等关键性施工控制指标对软基上堤防沉降的影响规律。研究结果表明,当单次填筑厚度小于1 m时,单次填筑厚度对整体沉降的影响较小,因此结合实际施工要求,建议单次填土厚度为0.5～1.0 m。相关研究成果可以为类似软基上新建堤防施工质量控制提供参考依据。     

Performance of a multi-face tunnel excavated in loess ground based on field monitoring and numerical modeling

In large-span tunneling projects, the mechanical behavior of the rock changes in response to different sequential excavation methods (SEMs) of advancing the tunnel face. The double side drift method (DSDM), which is a development of SEM, was widely used in loess tunnels with large cross sections in China for its ability to limit ground displacement. This paper presents the deformation characteristics of large-span loess tunnels of the high-speed railway line in China. Field monitoring and numerical simulations were conducted to determine the optimal construction approach and reveal the deformation properties of large-span loess tunnels in China. The construction approaches, support measures, ground surface, and subsurface deformation characteristics associated with DSDM are demonstrated. The ground surrounding the loess tunnel underwent vertical settlement at the arch part and at the ground surface because of the metastable structure of the loess. This study provides an in-depth illustration of the influence of face-advancing sequences on ground displacement induced by tunneling, which helps us implement the most effective SEMs.