土工格室对黄土路堤边坡抗冲刷的试验研究

在黄土地区,植被恢复很慢,由于黄土本身的特性以及突发性的暴雨,对路堤边坡的冲蚀作用十分明显,甚至造成路基的坍塌。用格室防护黄土路堤边坡的冲刷试验研究,目前尚未见报道。通过一系列对比试验并详尽分析,发现土工格室对黄土路堤边坡冲刷防护的效果明显。在此基础上,对土工格室的冲刷防护机理进行了初步探讨。     

基于物联网技术的PHC管桩加固湿软黄土地基自动化监测现场试验

预应力高强度混凝土(Pre-stressed High-strength Concrete:PHC)管桩作为一种常用的处理湿软黄土地基方法,质量稳定可靠。但是,在传统PHC管桩施工过程中,对管桩贯入位移的记录存在频率不足、效率不高等问题,未能满足预期的地基处理施工监测效果。鉴于此,基于物联网的基本框架和技术,依托甘肃安临高速PHC管桩处理湿软黄土地基工程,设计了一套PHC管桩施工质量自动化监测系统,采用自行研发的监测装置与系统,针对管桩在施工过程中的贯入位移质量控制指标进行了现场监测试验。结果表明：该监测系统可实时输出管桩贯入土层过程中贯入位移随锤击次数的响应情况,并将管桩贯入持力层的信息及时反馈于现场施工作业区。同时借助地质雷达与低应变检测技术验证了该监测系统的可靠性。该研究成果可为PHC管桩在施工过程中实现贯入信息采集的智能化提供一定的技术支撑。     

均质边坡离心试验锚杆的应力响应及布设探究

以低碳钢片模拟全长黏结锚杆,开展均质岩质边坡离心模型试验,研究了锚杆的应力响应规律。基于试验模型锚杆应力响应规律启发及实际均质边坡变形破坏演变规律,提出仅针对边坡松弛区进行局部强度折减,数值模拟探讨了均质岩质边坡单锚应力监测的较佳位置。结果表明:均质岩质边坡变形破坏起始于坡脚的剪切破坏,且随着边坡变形破坏的开展,靠近坡脚的全长黏结锚杆会较早产生明显的应力响应,锚杆应力增长速率会不断增加;锚杆应力监测点距离边坡潜在滑动面（塑性变形区）越近,锚杆应力响应时间越早,且量值越大;建议在距离坡脚0.25~0.35 H（H为边坡高度）的坡面处布设监测锚杆,但对于具体监测边坡对象,应具体问题具体分析。研究成果可为均质岩质边坡的锚杆监测工作提供一定的参考借鉴。      

断层泥剪切力学行为与应变软化特征研究

探究断层泥力学行为是研究断裂带工程地质效应的基础,以延安神道沟断裂带断层泥为对象,借助颗粒分析、X射线衍射等微观测试手段研究了3种颜色断层泥的组构特征,并通过环剪试验分析了不同含水率条件下重塑断层泥的力学行为。研究结果表明:单峰型粒径曲线的断层泥级配明显优于双峰型,石英、云母和长石为主要的非黏土矿物,黏土矿物则以伊利石和高岭石为主,赤铁矿与绿泥石的相对含量是造成断层泥颜色差异的主要原因;受含水率和粗颗粒含量的影响,断层泥应变软化特征显著,应变软化随着含水率增大呈现先增强后减弱的变化规律,当含水率小于塑限含水率时,应变软化特征则随着粗颗粒含量升高而趋弱;内摩擦角是影响应变软化特征的主要力学指标,峰值内摩擦角和残余内摩擦角均与含水率呈负相关;矿物含量影响内摩擦角的变化,在5%和10%含水率条件下,内摩擦角随非黏土矿物含量的升高而增大。     

结构面粗糙度系数与采样精度的关系研究

结构面粗糙度系数（JRC）的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究。选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理。在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素。结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动。采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高。综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e-0.067x的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响。该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度。     

基于迁移卷积神经网络的黄土含水率智能识别

黄土含水率深层原位精准探测是揭示黄土重大工程灾变机理及灾害预警的有效手段,基于卷积神经网络提出了一种原位孔洞探测黄土含水率的智能识别方法。首先,通过搭建室内实验平台采集间隔等级为2%的7种不同含水率下的图像信息,生成用于神经网络训练的数据集。然后,基于迁移学习思想建立了多种迁移卷积神经网络模型,并对比分析了不同模型的黄土含水率识别精度,通过混淆矩阵可视化验证模型的可靠性。结果表明：针对所建立的黄土含水率图像数据集,基于VGG19、ResNet101、DesNe201的深度迁移网络模型的测试准确率都在90%以下,并且在一定程度上出现了过拟合现象,如推广应用则会出现超过10%的误判现象;而基于Xception、MobileNet、NASNetMobile的轻量化迁移网络模型在训练后泛化能力较好,测试准确率都达到了90%以上,其中Xception迁移网络模型的识别精度最高,达到了94.6%。搭建的轻量化迁移网络模型识别精度高、计算速度快,可为开发黄土地质信息原位探测机器人的视觉系统提供算法支持。     

黄土公路隧道病害治理实例研究

黄土物理力学性质相对较差,具有大孔隙、湿陷性强、强度低的特点,加之黄土区的地形地貌、地质条件比较复杂,导致黄土隧道修筑过程中病害较多。利用SIR2000型探地雷达、RSM-SY5非金属声波探测仪和BJSD-2型激光限界仪等多种方法对某黄土公路隧道病害进行了探测,探测表明隧道洞身出现环向和横向裂缝,衬砌厚度不足,局部地段存在集中涌水和渗漏水,根据探测结果对隧道病害成因进行了详细的分析。在此基础上结合黄土隧道的基本特征,有针对性地提出了锚喷加固、套衬加仰拱、套衬和下加固围岩3套病害治理方案。并利用数值模拟对隧道治理前后围岩稳定性和衬砌结构受力状态进行了分析,结果表明治理方案衬砌受力状态基本对称,结构的安全系数有较大的提高。     

季节性寒区隧道温度场数值分析

为解决寒区隧道冻害问题,以祁连山某隧道为依托,采用ANSYS对铺设保温层与主动辅热相结合的隧道温度场进行了数值模拟,研究了保温层对隧道衬砌的保温效果以及安装电伴热系统后隧道的温度场分布规律,确定了电伴热系统的开启与关闭时间及正常运行功率。结果表明：围岩最大冻深月份比外界大气的最冷时间推迟一个月左右;在隧道大约运行5 a之后,保温层的保温效果开始衰退,围岩重新出现负温状态;安装电伴热系统能彻底解决寒区隧道运营期间的冻害问题,最佳发热功率为125 W·m^-2,持续加热时间为80 d,年消耗电能为10 000 W·d·m^-2,数值模拟结果与理论计算结果吻合良好。研究成果可为寒区隧道的保温防冻提供理论依据,并可为类似工程提供借鉴。     

水库蓄水对莫洛村滑坡的影响研究

莫洛村滑坡上分布有大量的古藏碉群,猴子岩水库蓄水后,可能影响位于库尾左岸莫洛村滑坡的稳定性,从而对藏碉群文化遗产构成威胁。本文分析了莫洛村滑坡的稳定性现状,预测蓄水可能对莫洛村滑坡稳定性的影响,指出即使采用1 852m初拟最高水位,水库蓄水对堆积体的稳定性影响也是有限的,不会对藏碉群文化遗产构成威胁,今后藏碉群文化遗产的保护应该放到防治莫洛村滑坡的局部解体和藏碉周围的水沟防渗上。     

炭质页岩的颗粒破碎及其路用性能试验研究

为综合评估炭质页岩的路用性能,充分认识炭质页岩的颗粒破碎行为,测试了炭质页岩块在循环压实过程中各粒组含量的演化规律,结合室内击实试验阐述了颗粒破碎对炭质页岩击实性能的影响,确定了最佳填筑级配,并依据最佳级配进行三轴湿化变形试验,从颗粒破碎角度分析了炭质页岩填料湿化变形的变化规律,最后对炭质页岩现场填筑效果进行了验证。结果表明：炭质页岩压实过程经历结构调整、颗粒破碎、压缩变形3个阶段,形成的相对稳定级配结构为其用作路堤填料提供了基础;填料最大干密度形成机制受颗粒破碎过程中粒径为20～40 mm与粒径小于2 mm颗粒含量变化的影响较大,随粗料含量增加,试样相对破碎率线性增大,最大干密度呈先增大后减小变化,最优粗料含量约为70%;湿化变形是混合料颗粒破碎的外在表现,浸水湿化后混合料强度降低约40%,可采用相对破碎率 B_r 预估混合料遇水产生的湿化变形量,并建立了相对破碎率与围压、应力水平间的数学关系式;现场填筑过程中路堤压实度检测与沉降观测表明,炭质页岩路堤的最佳铺松厚度约为40 cm。