砖-土结构劣化及入侵建筑物拆除对榆林卫城稳定性影响

研究古城墙在环境和人为破坏因素下的稳定性对于古城墙保护和修复工程具有重要科学意义。以陕西榆林卫城为研究背景,对其保存现状进行大量调研,对砖墙砌体及夯土材料力学特性进行原位测试和室内试验,再基于数值方法来综合评判砖-土结构劣化及入侵建筑物在拆除过程中古城墙的整体稳定性和受力性态。结果表明:(1)城墙夯土受水分入渗后平均含水率w≥11.5%或顶部剥蚀长度L≥2.5m时,安全系数低于设计值[Fs]=1.3,而外墙砌体劣化对城墙整体稳定性影响不大,表明夯土的强度对城墙整体稳定性起着决定性作用;(2)拆除2层以上、入侵深度超过3.0m的民居或拆除1层的入侵深度超过2.5m的邻近建筑物时,城墙顶部夯土塑性区几乎贯通至城墙顶部;(3)拆除高2.0m宽超过4.0m的贯通城墙的门洞或层高4.0m宽超过2.5m的贯通城墙的民居时,建筑物顶部以上夯土塑性区贯通至城墙顶部,可能会出现坍塌危险,而拆除断面尺寸低于2.0m×2.0m的贯通城墙的建筑物时,对其城墙稳定性影响不大。     

基于广义热力学的超固结土本构模型

基于广义热力学基本理论,通过考虑塑性剪切变形产生的能量一部分以塑性自由能的形式储存,并且该部分自由能与超固结度相关,结合修正剑桥模型的热力学函数形式建立了适用于超固结土的自由能函数和耗散函数。该耗散函数与当前应力状态无关,相关联流动法则仍然适用。由建立的耗散函数和自由能函数,推导了弹塑性本构关系的屈服函数、流动法则、硬化定律。通过4种不同超固结土的试验结果和计算结果进行比较,验证了模型的合理性。     

基于分形理论的SWCC边界曲线滞后效应模型研究

微观土颗粒及孔隙分布的非均匀性及由此引起的瓶颈效应是造成非饱和土土-水特征曲线(SWCC)滞后效应的主要原因。引入分形理论,考虑非饱和土孔径及渗流路径的微观分形特性,提出了一个用于描述水在非饱和土中渗流的毛细管模型。模型中将非饱和土孔隙简化为一系列具有不同孔径大小的毛细弯管,其孔径大小及弯曲程度假定服从分形规律。在此基础上,推导得了非饱和土的吸湿与脱湿过程的饱和度S_e~-水头高度h来描述土-水特征曲线滞后效应的特征方程以及饱和度S_e~-相对水力传导系数Kr特征方程。与室内观测结果及已有研究的对比表明,该模型相比以往方法,可更好地模拟非饱和土土-水特征曲线的滞后效应。对非饱和土吸湿与脱湿过程滞后效应的本质进行了对比分析,揭示了滞后效应产生的根本原因在于土体中流通孔隙大小的非均匀性。     

下穿隧道开挖引起的挤土桩沉降控制分析方法

随着地下空间开发利用的立体式发展,地下近接工程中结构相互作用问题日益突显。针对盾构隧道下穿既有挤土桩问题,提出了基于岩土介质小孔扩张（收缩）理论的分析方法。通过基于统一砂黏土本构模型和大应变假设推导的小孔扩张-收缩排水解析解,建立了隧-桩相互作用力学模型;提出了隧道开挖影响下桩基的承载力衰减因子,并采用荷载-沉降曲线预测了桩基沉降。由分析结果可知,隧道地层损失引起的桩侧承载力减小、桩端承载力减小和桩端刚度损失,三者共同作用促使桩基发生沉降失稳,并提出了桩基的承载力控制准则、稳定控制准则和变形控制准则。此外,研究得到了桩基失稳时隧道地层损失与各因素之间的相关关系。其结果为揭示隧道与邻近结构相互作用机制、保障地下结构稳定性提供了有效的分析手段和必要的理论依据。     

FeSO4对铬污染土的稳定特性及风险评价试验研究

采用硫酸亚铁（FeSO4）对铬污染土进行稳定化处理。选用浸出试验、Cr(VI)残留值试验和形态提取试验,研究了粒径和有机质对铬污染土稳定特性的影响规律。试验结果表明,粒径和有机质对铬污染土稳定特性有较大影响。粒径的减小可显著降低稳定土中Cr(VI)和总Cr的浸出浓度及稳定土中Cr(VI)的含量;当污染土粒径小于2 mm时,Fe(II)/Cr(VI)摩尔比为3,稳定土中Cr(VI)和总Cr的浸出浓度分别为4.68、8.9 mg/L,均低于我国《危险废弃物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB/T5085.3－2007）的限值。有机质添加量的增加可明显降低稳定土中Cr(VI)和总Cr的浸出浓度及Cr(VI)的含量。当Fe(II)/Cr(VI)摩尔比为3时,有机质的添加量为5%,稳定土中Cr(VI)的含量为28.3 mg/kg,低于我国《土壤环境质量标准》（GB15618－2008）中工业和商业用地限值（30 mg/kg）;当有机质的添加量为10%时,稳定土中Cr(VI)的含量为4.8 mg/kg,低于居住用地限值（5 mg/kg）。形态提取试验结果表明：粒径的减小可降低弱酸提取态的铬含量,增加可还原态的铬含量,而对可氧化态和残渣态的铬含量影响不大;有机质可促使弱酸提取态、可还原态的铬转化为可氧化态的铬,而残渣态的铬变化不大。稳定土中铬从活性态向较稳定态转化,是铬稳定土稳定特性和环境风险变化的根本原因。     

嵌岩桩负摩阻力现场试验与计算方法研究

桩-土剪切位移对桩基负摩阻力发展有重要的影响。在既有研究的基础上,通过桩周土体沉降与桩身应变的监测结果建立了计算桩-土剪切位移量的方法。利用该方法对浅中层桩-土监测数据进行分析,确定了在桩顶自由条件下该试验场地桩-土剪切位移量在4~5 mm;对于深层桩-土没有达到该剪切位移量,负摩阻力则无法发挥至极值。根据负摩阻力的发挥特征,改进了规范中嵌岩桩负摩阻力的计算方法,该方法同时考虑了桩周土竖向有效应力与桩土剪切位移的影响。使用该方法计算的负摩阻力与实测结果较为吻合,获得的下拉荷载能够达到安全与经济的效果,可供工程设计参考、借鉴。     

深海管道水平向管-土相互作用大变形连续极限分析

管道被广泛应用于油气产业,其中管-土相互作用机制是管道可控屈曲设计的关键。采用新开发的连续极限分析(SLA)方法对深海管道与软土水平大变形相互作用进行了研究。该方法基于极限分析对变形体进行一系列求解与更新模型,能够考虑模型的极端几何变形和材料的应变软化与率效应。该研究对固定管道竖向位移条件下水平加载这一工况进行了探讨,分析了不同初始埋深的管道在位移过程中所受竖向及水平向反力(V、H)的发展。通过与多组离心机试验数据对比,验证了SLA对管-土水平大变形相互作用研究的有效性和高计算效率。主要成果有:提取了管道在不同位置的V-H屈服包络面以考虑加载路径变化对管道受力行为的影响,发现了管道的等效摩擦系数H/V随水平位移的线性增加规律。该研究以期为深海管道的可控屈曲设计提供参考,并推广SLA法在大变形土结相互作用问题中的应用。     

NaCl溶液饱和膨胀土的压缩特性及其微观机制

孔隙溶液浓度及组份改变会影响膨胀土颗粒间作用力,改变微观孔隙结构,从而影响土体的物理力学特性。为此,以宁明膨胀土为研究对象,采用不同浓度NaCl溶液制备泥浆预固结重塑样开展一维压缩试验和压汞试验,研究化学作用对重塑天然膨胀土的压缩性和微观孔隙结构的影响规律。结果表明：随着渗透吸力增加,颗粒间水化能力降低,物理化学力使土颗粒由分散状态转变为集聚体状态,形成了集聚体内孔和集聚体间孔,土体表现出双峰孔隙分布特征。预固结样（压力为20 kPa）的初始孔隙比随渗透吸力增加而减小,进而导致固结屈服应力增加;但是渗透吸力对压缩性影响不大,压缩指数和回弹指数基本不变。此外,利用固结系数计算了土体的渗透系数,随着竖向压力增加渗透系数降低;当竖向压力小于200 kPa时,随着渗透吸力增加,渗透系数先增加后减小,但是竖向压力超过200 kPa后,渗透系数变化不大。分析发现,渗透吸力增加导致大孔隙增加,渗透系数增加,但同时密实度增加会导致渗透系数降低,低竖向压力下渗透性受密实度和微观孔隙结构变化耦合作用控制。     

煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散性能

为验证土工合成黏土衬垫（Geosynthetic Clay Liners,GCL）作为煤矸石处置场衬垫层建设材料的可行性,采用垂直式双筒扩散装置进行室内扩散试验,研究了煤矸石淋滤液中典型污染物Zn2+、Mn2+和SO₄2-在人工钠化膨润土GCL中的扩散性能,使用有限层法模拟软件POLLUTE V7对污染物随时间变化的曲线进行拟合,确定3种污染物在人工钠化膨润土GCL中的扩散系数。研究结果表明,污染物在GCL中的扩散系数低于它们在传统压实黏土衬垫层中的扩散系数,从而能更有效地控制煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散迁移行为。      

击实黄土孔隙结构对土水特征的影响分析

土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率（小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%）下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。