膨胀土胀缩等级划分的新途径

膨胀土胀缩等级的划分与施工安全及工程经济核算直接相关,目前对膨胀土等级的划分还处于研究阶段,有的采用胀缩总率eps,有的采用自由膨胀率F_s、液限W_t、膨胀压力P_p等指标,划分方法不同结果也不同。本文从模糊数学角度,对分类中常用的几个因素进行综合评判,进行胀缩等级的划分     

膨胀土地区机场跑道的地基处理研究

为解决在膨胀土山区修建机场时跑道地基处理的问题,以安康地区膨胀土为研究对象,在对现行石灰改良膨胀土施工控制参数常用方法分析的基础上,进行膨胀土及石灰改良膨胀土的膨胀性能和强度的相关试验。研究结果表明:随着石灰掺量的增加,最优含水率增大,最大干密度减小,胀缩潜势呈降低趋势,石灰掺量与最大干密度呈非线性关系,在石灰掺量达到9%时有荷膨胀率变化的规律性很强;相同石灰掺量改良土的CBR与击实功、含水量等因素有关,并不随着压实系数增加而增大。掺加石灰的比例对石灰改良膨胀土的强度增长影响较大,石灰掺量9%时的CBR值明显大于其他掺量;相同压实系数下石灰掺量3%和6%改良膨胀土的压缩性比较接近,石灰掺量增加到9%时其压缩性明显降低。结合试验结果,提出用石灰改良膨胀土对跑道进行地基处理,并以膨胀性指标作为主要控制指标、强度指标作为验证指标来确定施工参数。     

基于Voronoi模型的饱和土建模机理研究

土颗粒是构成饱和地基的重要基础,因此无论用何种方法分析饱和地基时,均不能忽视土颗粒的物理性质。用传统方法计算时均假设土是均质、各向同性的,不考虑实际土颗粒的粒径和形状,与实际情况不符。本文采用了不同形核点数的不同不规则度的Voronoi网格划分模拟了实际土颗粒的结构,建立有限元模型并进行数值分析。计算结果表明,在不同时刻沿深度的孔压数值、有效应力分布和固结度等方面,采用该Voronoi网格划分的有限元模拟结果和太沙基常规模型的理论解进行对比,计算结果趋于一致,说明Voronoi图在对土体划分时是可行的,并且该模型在进行饱和土体一维固结的相关参数计算时具有很好的精度。     

大直径钢管桩土塞效应的拟静力判断方法

钢管桩在贯入过程中土塞效应的正确判断对打桩阻力及承载力的预测有重要影响,常用的静力平衡土塞效应判断方法主要适用于小直径钢管桩。随着海洋平台工作水深的不断增加及海上风电工程的建设,直径大于2m的大直径钢管桩被广泛采用,管桩直径的增加改变了桩管内土体的受力与变形特征。通过数值模拟方法获得砂土中不同径长比的钢管桩在打桩过程中桩周土体的破坏模式,确定采用梅耶霍夫公式计算打桩过程中桩端土体阻力,同时分析锤击惯性力对桩管内土塞的影响,提出采用拟静力平衡法判断大直径钢管桩的土塞闭塞效应。开展不同径长比管桩的室内小比尺打桩模型试验,并对实际工程中的土塞闭塞效应进行判断,验证拟静力平衡法对判断大直径钢管桩土塞效应的适用性。     

蒙脱石晶体胀缩规律及其与基质吸力关系研究

研究了饱和、非饱和膨胀土中对膨胀土工程力学特性有重要作用的胀缩性矿物──蒙脱石晶体的膨胀、收缩变化规律, 将蒙脱石晶体中晶层之间的各种作用综合归纳为收缩和膨胀两种作用势, 并通过实验研究和分析, 给出了膨胀势和收缩势随层间距变化的表述公式, 以及非饱和膨胀土基质吸力随层间距的变化规律, 为进一步研究膨胀土的胀缩机理和非饱和土的基质吸力势提供了一种新的理论基础和研究途径.     

土-结构体系的分枝模态与约束模态混合二步法

为了在结构设计过程中考虑土-结构非线性相互作用的影响,在线性-非线性混合的约束模态法以及分枝模态法的基础上,提出了适用于土-结构非线性相互作用体系的分枝模态与约束模态的混合方法,该方法既可考虑土体和结构的非线性特性又便于考察土-结构相互作用对上部结构的影响。在分枝模态与约束模态混合方法的基础上,进一步提出了混合二步分析法,并将其应用到地基土-框架结构地震响应分析中,算例结果表明,混合二步分析法在实现上部结构和地基土分开计算的同时,还能够考虑结构与地基土的材料非线性特性,有利于采用专业设计软件仅通过对上部结构进行分析来考虑土-结构相互作用的影响,为实际工程计算考虑土-结构相互作用的影响提供了便利的条件。     

隔震板柱结构-基础-地基相互作用地震反应分析

对广州地区一例地基-基础-隔震板柱结构动力相互作用体系进行了计算分析.通过与常规设计方法及非隔震体系的比较,研究了该体系地震反应的变化规律,并分析了阻尼比、地基土特性、基础刚度、基础型式、基础埋深、土体深度、上部结构刚度和地震波等因素对相互作用体系动力特性及地震反应的影响.     

考虑土-结构动力相互作用效应的界限研究

开展了土-结构动力相互作用的模型试验,探讨了框架结构的近似有效基本周期,并研究了考虑相互作用效应的界限.模型试验中分别进行了刚性地基和柔性地基条件下的结构基本周期测试,并通过与理论计算结果的比较,验证了FEMA450中建议的有效基本周期计算方法能够有效预测土-结构相互作用效应的影响.利用FEMA450中建议的刚性地基上普通钢筋混凝土框架结构基本周期近似值的计算式,分别建立了明置基础、埋置基础的框架结构有效基本周期近似值的计算式,并以此分析了框架结构考虑相互作用的界限问题,提出了考虑埋置深度影响的合理界限.     

多因素复杂参数下的圆形地下水泥土桩地基场地地震效应分析

为了实现圆形地下水泥土桩地基场地地震效应的准确分析,提高建筑抗震性能,采用ABAQUS有限元软件,分析不同随机参数的圆形地下水泥土桩地基场地地震效应,分析运算采用的各项参数、场地地质条件以及明确等效复合土体计算参数,通过二维复合模量简化模型,全面考虑加固深度、土桩地基上新建结构、下卧基岩地形、水泥土模量、输入地震波属性和不同场景环境等随机参数对圆形地下水泥土桩地基场地地震效应的影响。实验结果表明:圆形地下水泥土桩地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应显著降低,地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小;地基上新建结构对坝基周围场地地震动特性形成较强的干扰,干扰幅度以及区域同新建结构规模具有较高的关联性;地基下端基岩表面地形同上部地基场地地震动特性间具有一定的关联性;场地土层条件对复合地基地震效应影响较大;桩体模量在可能变化范围内,对水泥土桩地基地震效应影响相对较小。     

场地条件对高速铁路地基土振动影响的研究

发展高速铁路是解决城市间交通问题的有效途径,但其所产生的振动和噪声引起的环境问题,对铁路沿线居民及周围建筑等造成不利影响。在对高速铁路引起的振动问题进行的研究中,关于高速列车引起的地基土振动随深度变化的相对较少。因此,本文针对Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地条件下的路堤式和高架桥式高速铁路,对0—5m不同深度处地基土的振动加速度响应进行了现场测试,并以测试数据为基础,分析了不同场地条件下高速列车引起的地基土振动加速度响应随深度的变化规律。结果表明,不同场地条件下,高速列车引起的振动加速度响应随深度的变化规律具有显著差异;Ⅱ类和Ⅲ类场地条件下,高速列车引起的地基土振动加速度响应总体随深度的增加而逐渐减小,并呈先快后慢的衰减趋势;而Ⅳ类场地条件下,高速列车引起的地基土振动加速度响应随深度的增加呈现先减小后放大的趋势,在深3m处加速度达到最大值。高速列车运行引起的振动频带随深度的变化特征与场地相关。     

南阳膨胀土在受荷的湿干循环过程中细观结构演化规律研究

为了研究浅层膨胀土的细观结构在湿干循环过程中的演化规律,研制了可以进行CT扫描的CT-固结仪。在不同压力作用下对南阳膨胀土的原状样及其重塑土样进行多组多次湿干循环试验,并对每次烘干和增湿稳定后的试样进行CT扫描,跟踪观察湿干循环过程中试样的细观结构变化。结果表明:在湿干循环中,土样的膨胀量和收缩量都比较大,经历三次湿干循环之后,相同饱和度下土样体积基本不再变化;增湿和干燥都能使原状膨胀土及其重塑土的结构损伤,第一次烘干之后,土样即产生明显裂隙;随着湿干循环次数的增加,土样裂隙继续开展,土样结构损伤发生累积;上部荷载对裂隙开展有一定抑制作用,并影响裂隙的发育和裂隙网络的形状;原状膨胀土的裂隙围绕第一次形成的主裂隙发育,而重塑膨胀土的裂隙呈龟背状或辐射状;原状膨胀土及其重塑土在湿态(饱和度S_r=85%)时的CT数M_E值均较干态(饱和度S_r=25%)时的M_E值大;湿态和干态的ME值均随湿干循环次数呈近似线性变化,前者的坡度比较平缓,后者则较陡;基于CT数据定义了膨胀土的细观结构参数,提出定量描述湿干循环过程中膨胀土细观结构参数与试样饱和度、湿干循环次数及所受荷载的数学表达式,预测结果与试验资料比较接近。      

The effect of biological soil crusts on soil moisture dynamics under different rainfall conditions in the Tengger Desert,China

Rainfall is considered as the dominant water replenishment in desert ecosystems, and the conversion of rainfall into soil water availability plays a central role in sustaining the ecosystem function. In this study, the role of biological soil crusts (BSCs), typically formed in the revegetated desert ecosystem in the Tengger Desert of China, in converting rainfall into soil water, especially for the underlying soil moisture dynamics, was clarified by taking into account the synthetic effects of BSCs, rainfall characteristics, and antecedent soil water content on natural rainfall conditions at point scale. Our results showed that BSCs retard the infiltration process due to its higher water holding capacity during the initial stage of infiltration, such negative effect could be offset by the initial wet condition of BSCs. The influence of BSCs on infiltration amount was dependent on rainfall regime and soil depth. BSCs promoted a higher infiltration through the way of prolonged water containing duration in the ground surface and exhibited a lower infiltration at deep soil layer, which were much more obvious under small and medium rainfall events for the BSCs area compared with the sand area. Generally, the higher infiltration at top soil layer only increased soil moisture at 0.03 m depth; in consequence, there was no water recharge for the deep soil, and thus, BSCs had a negative effect on soil water effectiveness, which may be a potential challenge for the sustainability of the local deep‐rooted vegetation under the site specific rainfall conditions in northwestern China.     

膨胀土裂隙面强度的直剪试验研究

膨胀土中原生裂隙面的存在往往导致膨胀土边坡的失稳。选取南水北调中线工程南阳段膨胀土进行裂隙面强度试验研究,研究成果表明,裂隙面中填充的灰白色粘土的含水量远高于两侧不含裂隙膨胀土的含水量,裂隙面的峰值强度不仅远远小于不含裂隙膨胀土的峰值强度,而且也小于不含裂隙膨胀土的残余强度。     

寒区黏土与结构接触面冻结强度特性试验研究

寒区土与结构接触面冻结强度可以视为是与土性、温度、含水量、界面粗糙度、法向压力等诸多因素直接相关的复杂函数形式,并直接影响到上部结构的承载能力及稳定性。以青藏高原黏土与不同粗糙度的钢板结构接触面为研究对象,通过不同含水率、不同温度及不同法向压力下冻结黏土与钢板结构接触面的直剪正交试验,研究土与结构接触面冻结强度的影响因素及影响程度大小,并对冻结强度的变化规律进行初步分析和探讨。研究结果表明含水量对抗剪强度的影响最大,在不同影响因素共同作用下,界面抗剪强度最小值为0.13 MPa,最大值为0.45 MPa。界面抗剪强度随含水量的增加、温度的升高而明显降低,随界面法向压力和粗糙度的增大呈明显增大趋势。界面强度基本可通过摩尔-库仑准则,利用界面的黏聚力和内摩擦角进行表示,并在文中给出了界面强度的参考值。     

湿陷性黄土层桩基侧摩阻力的试验研究

本文依托西安市东北二环立交工程实际,通过现场黄土层浸水试验以及桩基静载试验,研究在湿陷性黄土层中桩基侧摩阻力和桩端阻力的发挥情况、桩基负摩阻力取值问题及桩周土的沉降变化情况,并分析了其实验结果。在总结国内工程界多次试验结果的基础上,给出了湿陷性黄土层负摩阻取值的科学合理方法及应考虑的因素,并分析了影响负摩阻大小取值的因素和引起桩周土沉降差异的因素。研究结果表明：①本工程桩基提供负摩阻力段控制在3～9 m之间,取值建议为-2.0～-5.0 kPa;②桩基上的负摩阻值与特定桩长和地质环境有关,同时与湿陷下沉量及土的粘聚力大小也有关系。从而建议在西安平原地区,黄土层较小时（桩长20 m以上,湿陷层5 m以内）,可不考虑湿陷性对桩基承栽力的影响。本次试验为未来工程实践中湿陷性黄土层的沉降的研究及桩基负摩阻力的取值提供了参考依据和工程实践经验。     

均质及双层地基土条件下环形沟隔振效果分析

为了探究均质地基和双层土地基条件下环形沟几何参数变化对其隔振区域的影响规律,及环形沟在不同地基土层中隔振效果的差异,本文建立缩尺比为1: 15的模型试验,以地基土类型、环形沟深度、宽度及圆心角为研究变量,通过开展具体试验进行探究。结果表明:在均质地基和双层土地基环形沟隔振中,环形沟宽度变化对其隔振效果影响较小,环形沟深度及圆心角是影响其隔振效果的重要参数,且深度和圆心角越大,隔振效果越好,但当地基土为成层土地基,环形沟深在临近土层分界面深度增大时,环形沟隔振效果相对减弱;在均质地基和双层土地基中,相同参数条件下,均质地基土较双层地基土具有更好的隔振特性;振源与环形沟之间及环形沟末端位置区域由于振动波的传播特性存在振动增强区域。     

Construction parameters of graded sand-gravel foundation on seismic response law of nuclear safety grade underground corridor

The treatment of soft soil foundation under nuclear safety grade corridors with graded sand and gravel materials has a good development prospect. It is of great engineering value to explore the influence of construction parameters of graded sand and gravel foundation on the seismic response of gallery structures. Taking the safety grade underground corridor of a nuclear power plant as the engineering background, the equivalent linear method is used to consider the nonlinear dynamic characteristics of graded sand and gravel. The energy transfer boundary is applied at the truncation boundary to simulate the dissipation effect of scattered wave fluctuation energy and the ground motion input. The thicknessless contact element is introduced to consider the contact effect between the corridor structure and the graded sand and gravel foundation, so as to establish the calculation model of the dynamic interaction between the graded sand and gravel foundation and the corridor structure. Furthermore, the influence of the relative compactness and the foundation treatment depth on the seismic response of the corridor structure is studied, and the calculation results of the acceleration response spectrum and relative displacement of the corridor structure are analyzed. The calculation results show that the two construction parameters have different degrees of influence on the seismic response of corridor structure. The research results can provide reference for the engineering design and construction of underground corridors, and provide technical support for the application of graded gravel materials in soft soil foundation treatment.     

季冻区砂性土堤防水分场温度场及水分迁移试验研究

以黑龙江干流堤防工程实际环境为研究基础,依托水分迁移试验装置,测试了干流堤防典型砂性土试样在冻融循环下的温度场、水分场、应力场的分布情况。结果表明：堤顶混凝土公路破坏与堤身不均匀沉降有关,温度变化引起堤基含水率出现梯度变化,从而出现应力场变化,且温度梯度含水率梯度呈线性关系。地基稳定冻结深度达到1.12 m。结合实测数据建立季节性冻土区堤防基础的水、热、力三场耦合模型,最后利用ANSYS有限元分析软件进行模拟分析,证明该模型在堤防工程上的实用性。     

Climate and soil moisture environment during development of the fifth palaeosol in Guanzhong Plain

Based on weathering characteristics of the fifth palaeosol layer (S5) of four sections in Guanzhong Plain, the thickness of the weathered profile of the paleosol is determined to be greater than the ordi- nary soil, a weathered and leached loess layer thicker than 2 m. The distribution depth of the red argil- lans, the weathered and leached loess layer, Fe2O3, CaCO3 and Sr content under the S5 all indicate that the precipitation in Guanzhong Plain was over 900 mm at that time. The distribution depth of gravity water zone reached 4.2 m at least, and the soil moisture content was generally more than 20% within the range of 4.2 m. At that time there was sufficient soil moisture and no dried earth layer developed in Guanzhong Plain, suitable for the forest to develop. When this soil developed, the mean annual pre- cipitation was more than the annual soil moisture evaporation. The value of soil moisture balance was positive and the atmospheric precipitation could supply the underground water normally. Soil water was weak acidic in the middle and late stages when S5 developed in Guanzhong Plain. It was a kind of subtropical climate and even more humid and warmer than the northern edge of the subtropical climate zone in Guanzhong Plain when the S5 developed. At that time the subtropical climate was prevailing over the northern side and southern side of Qingling Mountains, showing the Mountains no longer to be the boundary between the subtropical zone and the temperate zone in China. The summer monsoon acted intensely and could go over Qingling Mountains frequently bring abundant precipitation.