基于断裂错动引起地铁隧道的变形响应研究

以西安地铁隧道穿越骊山山前断裂为研究原型,分析了该断裂的活动特征,并基于近场区地震危险性分析结果,对断裂黏滑活动可能产生的地表最大垂直位错量进行了预测;运用数值模拟方法,研究了断裂错动造成地层与隧道的变形响应特征,并对分段隧道结构受损的临界位错量值进行了分析验证;计算了断裂活动的影响范围,确定了地铁隧道穿越断裂带的主要设防区域。研究结果表明,随着断裂位错量的增大,上盘地层的沉降响应表现较明显,上下盘地层的差异沉降区域集中在断裂带附近,并呈"倒三角"形状逐渐向两侧扩展;当断裂位错量大于20cm时,上下盘远离断裂带的地铁隧道差异沉降尤为严重;当上盘沉降量达到50cm时,相邻分段隧道产生拉张、位错破坏;基于隧道拱顶处地层的竖向位移变化特征,得到地铁隧道穿越该断裂带的最小纵向设防长度为上盘40m、下盘15m,经对比验证,数值模拟计算结果与现场勘察结论一致;最后提出了相应的设防建议措施。     

高铁路基正交跨越地裂缝带动力响应数值分析

本文以大西客运专线高速铁路正交跨越地裂缝带为研究对象,基于有限元数值方法建立了高速铁路地基-地裂缝-路堤动力计算模型,模拟分析了高速列车荷载作用下有、无地裂缝带天然地基上路基的动力响应差异特征及影响规律。计算结果表明:列车荷载作用下无地裂缝带场地,路基动位移、加速度和动应力响应基本平稳,没有明显差异现象;而地裂缝带场地路基动位移、路堤本体内加速度均表现为上盘增大、下盘减小,垂直于线路走向路基动位移、加速度幅值衰减下盘大于上盘,地裂缝对加速度影响的临界深度约为地表以下15 m;地裂缝的存在引起其上盘路基出现动应力降低和下盘动应力增强现象,地裂缝场地沿深度方向路基动应力影响的临界深度为地表以下10 m。上述研究结果可为我国地裂缝发育区高速铁路建设与防灾减灾提供科学依据。     

水平层状场地自振频率的剪切质点系法研究

场地土层的自振频率是场地土的重要动力特性之一。为避免结构物与场地地基的共振效应,工程设施的固有频率应尽量避开地基的固有频率。在传统的基于集中质量矩阵的剪切质点系法（集中质量法）的基础上,发展了基于一致质量矩阵的剪切质点系法。在此基础上,对利用剪切质点系法求解水平层状场地自振频率的精度的影响因素进行了分析,主要考虑了土层分层特性、质量矩阵形式以及材料阻尼3个影响因素,分析表明：分层数越多,计算结果越接近真实解,从实际工程角度出发,分层数超过三层时可不再细分;在层数相等的情况下,层厚对计算结果精度的影响甚微;一致质量法的计算结果要优于集中质量法,且表现出上限解性质;在通常小阻尼情况下,阻尼对自振频率的影响很小。     

地裂缝破裂扩展的大型物理模拟试验研究

通过大型物理模拟试验,研究了具有正断层性质的隐伏地裂缝破裂扩展时,下伏断层位错引起上覆土体中的应力场和位移场等的变化规律,以及隐伏地裂缝向上破裂扩展模式和平、剖面结构特征,并对裂缝的破裂过程进行了分析;将模拟试验结果与西安地裂缝的破裂扩展模式及建筑物的破坏模式进行对比分析发现,模拟试验结果与西安地裂缝剖面结构不一致,但与地裂缝带上建筑物的破裂形式相一致,这证明了西安地裂缝的形成年代较为久远,是一种早就存在的接近地表的构造破裂面,过量开采地下水则使其重新开启而形成地表裂缝.大型物理模拟试验取得的重要成果对于揭示西安地裂缝的成因机理具有重要的指导意义.     

地裂缝环境下SRTP埋地管道性状

以陕西西安市政工程中SRTP埋地管道30°斜交穿越地裂缝带为工程背景,基于足尺模型试验和数值模拟计算,研究了地裂缝沉降作用下埋地管道的变形与受力特点。结果表明:地裂缝沉降作用下,SRTP埋地管道沉降位移明显小于或滞后于地层变形,其沉降变形特征具有明显的"衰减效应";地裂缝作用下,SRTP埋地管道受力变形模式为拉张-挤压弯曲变形模式,位于地裂缝上盘的管道顶部受压应力、底部受拉应力,而位于下盘的管道顶部受拉应力、底部受压应力,具有反对称现象,SRTP埋地管道适应地裂缝大变形的能力较强;地裂缝沉降作用对SRTP埋地管道的纵向影响长度为3.0m,即上盘1.8m和下盘1.2m,在此范围内管道需要采取适当保护措施;地裂缝沉降作用下,管道沿纵向可划分为3段,即上盘沉降段、脱空段和下盘翘曲段,其中,脱空段范围约为1.2m。     

黄土填方边坡界面渗流破坏机制模型试验研究

为了扩大可用耕地面积,延安地区开展了一系列的治沟造地工程,在填方坡体与原始坡体之间形成了接触界面,这类界面潜在影响着填方坡体的渗流变形破坏。针对延安地区治沟造地工程黄土填方边坡已有的和潜在的变形破坏问题,通过室内黄土边坡降雨模型试验,研究了界面对黄土填方坡体渗流特性与变形破坏的影响规律,揭示了界面渗流影响下填方边坡的破...     

结构性黄土的临界压力比及其边界面塑性本构模型预测

结构性黄土的临界状态与初始孔隙比有关,表现出临界状态线不唯一,需通过指标临界压力比反映,而修正剑桥模型及其改进模型预测的临界状态线唯一,这导致结构性黄土的临界状态及应力-应变关系难以被准确预测。针对这一问题,首先基于原状黄土三轴不排水剪切试验结果,根据临界压力比的公式,计算得到了不同初始孔隙比条件下指标临界压力比的值,发现原状黄土的临界压力比与初始孔隙比成反比例关系,阐明了其临界压力比的物理力学意义;进一步,在一个考虑临界压力比的边界面塑性本构模型框架下,引入结构性硬化参数以反映原状黄土在等向压缩路径下的结构劣化,通过临界压力比的不同取值来反映临界状态线不唯一,通过耦合塑性偏应变引起结构强度衰减与塑性体变引起结构劣化两个方面充分反映黄土的结构性劣化行为;最后,采用该模型预测了原状黄土三轴不排水剪切行为与等向压缩行为,临界状态、应变软化、应力路径及孔隙水压力预测效果良好。以上结果表明,结构性黄土的临界压力比物理意义明确,且取值方法可靠,本构模型若考虑临界压力比则能切实反映黄土实际的临界状态。上述研究结果对于黄土地区岩土工程问题的数值分析具有重要的理论与实际意义。     

地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律研究

以西安地裂缝典型地段为研究对象,建立基于实际地裂缝活动方式的地质力学模型,通过FLAC3D数值模拟,研究地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律。结果表明:地裂缝活动作用下,地表竖向沉降变形曲线近似呈反“S”形,表现出“牵引挠曲”现象,水平位移曲线出现明显波峰现象;随着地裂缝位错量的增大,地表竖向和水平位移均逐渐增大;基于地裂缝活动引起的地表变形平均倾斜值,确定了地裂缝带影响区范围为上盘21 m和下盘13 m。地裂缝活动引起两侧地层断距由深部到浅表部逐渐减小,具有明显的变形传递衰减特征,且地层断距随埋深的变化曲线可近似概化为一个四次多项式方程。地裂缝活动导致上盘地层出现应力降低区,下盘地层出现应力增强区,上盘应力降低区范围大于下盘应力增强区,且上、下盘应力变化范围随着位错量的增大均逐渐增大。地裂缝活动作用下地裂缝两侧地层应力影响区随地层埋深的增大而增大,其与埋深之间关系近似满足三次多项式方程。研究结果可为盆地断裂控制型地裂缝发育区的工程防灾减灾提供科学依据。     

特殊地质城市地下空间开发利用面临的问题与挑战

我国地质环境十分复杂,地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象十分发育,是世界上地质灾害最为严重的国家之一,这给我国目前大规模城市地下空间开发利用尤其是城市轨道交通和地下综合管廊的建设带来了前所未有的地质挑战。文中论述了我国城市地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象的分布与发育状况及危害,明确指出了上述特殊地质环境下城市地下空间开发利用中面临的诸如监测缺乏系统性、缺少评价与安全利用理论方法和技术支撑、特殊地质与地下空间相互作用机制不明以及规划缺乏前瞻性等关键问题和挑战,建议尽快开展我国特殊地质城市地下空间开发利用的适宜性评价理论方法、规划设计理论、探测与监测技术方法以及城市地下空间资源评价、安全利用与防治关键技术等方面的研究,为我国地面沉降、地裂缝、活动断裂以及岩溶等特殊地质城市地下空间开发利用与安全运营提供重要科学依据与技术指导。     

非饱和黄土微观结构与黄土滑坡

原状黄土属于非饱和黄土,对非饱和黄土的微观结构研究对于研究黄土地区边坡的稳定性具有重要意义。通过研究区黄土的SEM图像的微观结构分析和利用Janbu法对典型黄土滑坡进行边坡稳定性的计算分析,认为该地区黄土的内部微观结构以架空结构和镶嵌结构为主,在大颗粒上附着的胶结物较少;随着深度的增加,土体上覆压力增大,土体具有明显的挤压变形现象;黄土体在天然状态下处于极限稳定状态,随着含水量增加,边坡稳定性下降,达到饱和状态时,处于不稳定状态;随着黄土地区经济的快速发展,人类水事活动和工程性经济活动广泛开展,人为因素逐渐成为诱发滑坡发生的主导因素。