甘肃引洮供水工程饱和黄土隧洞施工方法选择的工程地质研究

甘肃引洮供水一期工程总干渠13#、14#、15#隧洞围岩为al-lQ2饱和黄土,地下水位高于洞顶437m,饱和度一般在98%100%,水稳性很差。因此,该段隧洞施工方法的选择十分重要,从工程地质角度研究其工程特性,采用D rucker-Prager弹塑性模型、关联流动法则,模拟了传统钻爆法开挖时隧洞稳定性,计算表明,若采用钻爆法,由于围岩的岩性软弱,隧洞开挖后,在隧洞周围较大范围内存在应力降低区,隧洞位移十分迅速而且位移量非常大,洞顶下降发生塌方并引起地面沉降。从盾构法施工对地质条件的适应性分析,其施工风险相对较小,施工过程中可利用护盾很快封闭围岩,因此该段隧洞宜采用盾构法施工。     

Q2饱和黄土隧洞围岩变形特征研究

Q₂饱和黄土含水率高,强度低、变形大。饱和黄土隧洞围岩变形破坏一直是工程界关心和亟待解决的问题。利用隧洞围岩收敛变形、二次应力场监控量测与数值分析,获取隧洞围岩动态综合信息,研究在一次支护条件下,隧洞围岩的收敛变形和应力变化特征。结果显示,隧洞围岩收敛变形和应力在最初的10~15天呈线性快速增长趋势。后期,收敛变形随时间呈非线性增加,受一次衬砌的限制,其变形在隧洞开挖30~40天后渐趋于稳定,但应力持续增加,反映Q₂饱和黄土隧洞围岩具有显著的时效特性。为避免隧洞围岩压力过大,造成隧洞围岩及支护破坏,建议在开挖后30~40天施作二次衬砌。     

黄土隧洞衬砌断面的优化设计

西安市黑河引水(二期)见子河渠道工程引水隧洞是较典型的黄土隧洞，其断面型式为马蹄形断面，对于黄土隧洞来说具有普遍的适用性。本文通过介绍其设计，分析了这一断面形式的安全性、经济性以及合理性，可为同类工程的设计提供参考。     

山西万家寨引黄工程总干线湿陷性黄土工程地质特征及隧洞变形破坏的工程处理

山西万家寨引黄工程总干线隧洞穿过湿陷性黄土的洞段较多,其主要为上更新统风积黄土。通过野外地质调查和室内土工试验,查明其物理力学及变形特性,分析其湿陷特征及规律,论证了隧洞产生施工缺陷的原因,提出了合理的工程处理方案,确保输水畅通。     

黄土地区引调水线路主要工程地质问题及对策

在广泛收集资料及实地调查的基础上,对黄土地区引调水线路工程地质勘察成功的经验和失败的教训进行总结,论述黄土渠道、隧洞、边坡和其他渠系建筑物主要工程地质问题及处理措施,进一步认识黄土地区引调水线路工程地质勘察主要工程地质问题。     

欠压密饱和黄土基本物理力学性质研究

黄土浸水可形成两类工程性质差异较大的压密饱和黄土或欠压密饱和黄土。通过对西安地区22个黄土场地的试验和数据统计,分析了两类饱和黄土性质的差异,系统地研究了欠压密饱和黄土的基本物理力学性质,揭示了其具有饱水软弱性和失水大变形的根本原因,归纳得到了西安地区欠压密饱和黄土的物理力学特征指标,为科学研究和工程实践中严格区分两类饱和黄土、分类制定技术措施提供了依据。研究表明：欠压密饱和黄土是黄土浸水过程中未被充分压密、大孔隙结构仍然存在的土,在Q₃和Q₂上部地层中均有揭露,其具有大孔隙比、高含水率、中高灵敏度、中高压缩性、低承载力和强度等特征,一般处于软塑或流塑状态,其与湿陷性黄土、古土壤和压密饱和黄土邻近分布,形成了软硬不均的地层组合特征。     

黄土隧道围岩稳定性粘弹塑性有限元分析

模拟分析黄土隧洞围岩稳定性对了解黄土隧洞变形破坏机理,对黄土隧洞设计施工理论具有重要意义.采用粘弹塑性模型对黄土隧道围岩进行有限元分析,研究围岩的变形规律,探讨围岩位移场分布,并同真实试验黄土隧道的侧面无衬砌和半衬砌两种工况各3种状态的变形破坏结果进行比较,发现用有限元方法模拟的结果与真实隧道的变形破坏过程基本吻合,此结果可为类似的黄土隧道工程的设计施工提供参考.     

水泥粉体喷射搅拌桩处理饱和黄土地基的探讨

饱和黄土地基是多年来建筑地基处理的难点，随着近年来多层住宅建设的蓬勃发展，饱和黄土地基的加固处理成为了目前的热门课题，本文从饱和黄土的工程性质入手，介绍了粉喷桩处理饱和黄土的施工原理及方法，对粉喷桩处理饱和黄土地基应用中几个问题作了探讨。     

黄土场地抗震性能评价指标分析

黄土地震滑坡、震陷以及饱和黄土液化是黄土地区主要的岩土地震灾害.本文结合黄土场地震害的特点,对其抗震性能进行了分类.通过对影响黄土斜坡抗震稳定性、黄土抗震陷和液化性能的主要因素的分析,初步建立了黄土场地抗震性能评价指标及不同地震烈度下场地划分结果.该方法在黄土地震灾害区划、一般工程场地的定性分析或初判等方面有一定的实用价值.     

高速黄土滑坡的一种机理——饱和黄土蠕动液化

本文提出了高速黄土滑坡的一种机理——饱和黄土蠕动液化。文中列举了甘肃地区饱和黄土蠕动液化造成高速滑坡的实例,并从饱和黄土受力前后的应力条件及土体结构内部强度的变化分析了饱和黄土液化的机理。通过现场及室内试验得出剪切强度、剪切速度、饱和度及其它影响因素对液化程度的重要影响。提出了饱和黄土蠕、滑动液化导致高速滑坡的过程。最后,还讨论了高速滑坡及泥流的速度问题。     

灌溉作用下黄土宏观力学响应及微观结构特性研究

从黄土特有的水敏性和微结构角度出发,开展灌溉作用下,水体入渗过程中黄土宏观力学响应与微观结构特性之间变化规律的研究。设定了不同含水量下的黄土宏观力学与微观结构试验,旨在得到水对黄土的应力应变响应规律及试验前后剪裂面上黄土微观结构的变化特征。结果表明:研究区Q3黄土的应力-应变曲线随着围压的增大呈现出由应变软化型向应变硬化型转变,随着含水量的增大呈现出由应变硬化型向应变软化型转变的规律;并以此确定了研究区黄土结构屈服应力σk所对应的应变值一般小于2%;结合饱和Q3黄土三轴固结不排水剪切试验获得了研究区黄土的稳态线参数及状态边界面参数,并在假设不同围压条件下稳定状态收敛的前提下,得到近似状态临界面公式;分析了Q3黄土在不同围压和含水量下的破坏模式,其特征表现在黄土试样剪切前后的微观结构变化主要表现在微结构类型的转变、孔隙含量减小及微裂隙的发育程度上。     

干密度及冻融循环对黄土渗透性的各向异性影响

黄土作为特殊土之一广泛分布于我国中西部季节性冻土地区,以具有明显各向异性的西安Q3原状黄土为研究对象,采用GDS三轴渗透仪测量不同干密度原状黄土竖直向及水平向渗透系数。结果表明,原状黄土水平向渗透系数大于竖直向渗透系数,水平向渗透系数和竖直向渗透系数均随干密度增大而减小;原状黄土渗透各向异性随干密度增大而增强。在封闭系统下用冻融循环箱对干密度相同而初始含水率不同的原状黄土进行冻融试验,结果表明冻融后试样水平向及竖直向渗透系数均随冻融时试样初始含水率的增大而增大;冻融后黄土渗透各向异性随冻融时试样初始含水率的增大而减弱。随着冻融次数增加,黄土水平向及竖直向渗透系数先增大然后趋于稳定;黄土渗透各向异性随冻融次数增加而显著改变,表现在黄土的水平向渗透系数与竖直向渗透系数比值随着冻融循环次数的增加而减小。最后通过观测黄土的微观结构分析了其对黄土渗透性的重要影响。     

Effects of lime treatment on the hydraulic conductivity and microstructure of loess

Lime treatment of loess in foundation engineering modifies the soil structure, leading to changes in mechanical and hydraulic properties of soil, which in turn will affect the flow of water and transport of contaminants in the loess. In light of this, it is essential to identify the dominant effects of different lime treatments on hydraulic conductivity, and to ascertain the optimum lime treatment. For this purpose, we investigated the effects of dry density and lime content on changes in hydraulic conductivity and microstructure of loess in Yan’an City, China. The results indicate that hydraulic conductivity has a log negative correlation with dry density, and lime addition can result in a decrease of hydraulic conductivity of loess at the same dry density. Under a given degree of compaction, however, lime addition can lead to a decrease in dry density due to an increase in flocculation and aggregations. The significant decrease of dry density leads to an increase in hydraulic conductivity when lime content (in mass percentage) is lower than 3%. Nevertheless, when lime content is higher than 3%, the reactions between loess particles and lime will be intensified with an increase in lime content, and become the primary factors affecting pore characteristics. These reactions can further decrease the hydraulic conductivity of lime-treated loess, and the lowest hydraulic conductivity was obtained for lime-treated loess with 9% lime content. The excess lime (above 9% lime content) dramatically increased pore size, leading to a significant increase in hydraulic conductivity. Therefore, 9% is the optimum lime content for loess treatment, and the degree of compaction in engineering should be higher than 95%. In addition, statistical analysis of microstructure of lime-treated loess shows that the distribution trends of macro- and meso-pores coincided with that of saturated hydraulic conductivity, which indicates that lime content affects saturated hydraulic conductivity of lime-treated loess by changing the soil structure, especially the properties of pores larger than 8 µm.     

黄土边坡开挖卸荷力学响应与破坏机理研究

开挖黄土边坡诱发的黄土滑坡频繁发生, 对黄土地区的工程建设产生了极大的威胁, 严重阻碍了各种基础设施建设的推进, 认识开挖卸荷过程中黄土边坡的力学响应机制及变形破坏过程, 是对此类型滑坡进行防治的前提条件和重要依据。基于此, 开展饱和黄土常规三轴剪切试验和卸荷路径下的三轴剪切试验(卸荷三轴试验), 着重分析在两种应力路径下饱和黄土的力学响应及变形特征, 并以兰州上洼子滑坡为例对其形成机制进行分析。研究表明:(1)在三轴试验中, 相比于常规条件, 侧向卸荷条件下, 虽然孔压增长幅度较低, 但卸荷导致侧向压力大大降低, 因此孔压比快速增长, 有效应力持续降低, 对边坡的稳定更为不利; (2)侧向卸荷条件下试样达到峰值强度时所需应变更小(1%~2%), 表明卸荷条件下边坡更易失稳破坏且具有突发性; (3)两种应力路径下饱和土体抗剪强度参数有显著差异, 与标准三轴剪切试验相比, 卸载三轴剪切条件下, c'值降低62.32%~76.92%, 且接近于零, 有效内摩擦角φ'值增大26.92%~29.77%;(4)采用FLAC-3D对上洼子滑坡进行数值模拟分析, 选取侧向卸荷三轴剪切试验结果更符合土体真实应力路径, 揭示了上洼子滑坡的破坏模式为“后退渐进式”。     

冲击压实路基黄土的微观特征研究

采用扫描电镜和压汞试验研究了天然黄土和冲击压实8～40遍路基黄土的微观结构和孔隙特征。结果表明：天然黄土和冲击压实8遍的路基黄土,其微结构以粒状架空结构为主;冲击压实16～40遍,土的微结构变成粒状镶嵌结构。冲击压实16遍前后,土的孔隙直径分布在0.006～164 μm之间,平均孔径从0.767 9 μm降低到0.0 711 μm,中等孔径从5.264 μm减少到0.568 4 μm;但孔隙表面积从0.624 m2/g增加到7.517 m2/g。孔径分布在10 μm和2 μm处出现分界值,16遍前2     

饱和黄土稳态强度特性的试验研究

饱和黄土的稳态强度（残余强度）是黄土边坡是否发生流滑的关键因素,为了评价饱和黄土的残余强度就需要很好地了解饱和黄土的不排水剪切性能。通过对重塑黄土的固结不排水三轴试验,研究了饱和黄土的稳态强度特性。试验研究发现饱和黄土有两种典型的不排水剪切特性：稳态特性和准稳态特性,且大多数情况下饱和黄土总表现为稳态特性,只有疏松的黄土表现出准稳态特性。根据试验结果得出了黄土的稳态线与稳态强度线,用来分析黄土边坡的流滑机理。同时证明了饱和黄土稳态线的存在性和惟一性;探讨了描述黄土稳态性质的参数内摩擦角和黏聚力的物理含义;比较了饱和黄土与砂土稳态特性的差异。     

陕西泾阳南塬滑坡干湿黄土快速大剪切力学特性

借助于先进的多功能大型高速高压环剪试验机,针对陕西泾阳南塬滑坡中的饱和黄土、干燥黄土在快速大剪切位移条件下的力学响应特性进行了环剪试验研究。研究结果表明:1)在相同试验条件下,与干燥状态黄土相比,泾阳南塬黄土在饱和条件下抗剪强度指标降低。2)在连续快速剪切条件下,泾阳南塬滑坡饱和与干燥黄土均表现出应变软化特征,饱和黄土比干燥黄土的软化特征更加显著。3)在相同法向应力条件下,剪切速率对饱和和干燥黄土峰值强度均有显著影响,但两种状态下土体峰值强度随剪切速率变化特征不同。饱和黄土峰值强度随剪切速率的增大而增大,而干燥黄土峰值强度随剪切速率的增大而减小。4)在不同含水状态下,泾阳南塬滑坡黄土剪切力学特性变化规律具有不同的产生机理。其中,干燥黄土抗剪强度在连续剪切过程中主要受黏土颗粒间摩擦(阻)力、颗粒运移与定向排列以及剪切面形态的控制。与干燥黄土相比,饱和黄土峰值抗剪强度变化主要受土黏聚力的控制并受水的影响;土体内水的作用能够加剧其应变软化程度并可形成光滑平整的剪切面形态,进而对其峰后剪切应力变化产生影响。     

温度改性水玻璃固化黄土机制研究

硅化法是湿陷性黄土地基处理的主要化学方法之一,为了提高固化效果需要对水玻璃溶液进行改性。对温度改性水玻璃溶液固化黄土进行了试验研究,并通过化学组成和矿物成分分析、微观结构分析探讨了温度改性水玻璃固化黄土的机制。试验结果表明：在20～80 ℃范围内,随着温度的升高,水玻璃固化黄土的强度有明显提高;X射线衍射图谱中部分矿物衍射强度降低并出现密集低矮的非晶质物相峰群;SEM图像显示随着温度的升高凝胶薄膜增多;MIP（压汞试验）数据显示,随着温度的升高,孔隙表面积增大。水玻璃溶液固化黄土的强度随温度增加的机制在于：生成的非晶质物相和凝胶薄膜随着温度的升高而增加,促使最可几孔径的减小和小孔隙的增多,强化了骨架颗粒的连接强度,并将骨架颗粒黏结成为一个空间网状整体,从而改善了土体的强度。