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橡胶支座在浅埋地下框架结构中的减震效果研究

杜修力1,刘  迪1,许成顺*1,刘洪涛1,李  洋2 

(1. 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124;2. 中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心,北京 100081)

摘  要:基于浅埋地下框架结构的破坏机理和减小中柱水平变形的局部减震设计理念,探讨了橡胶支座在地下车站结构中的适用性和有效性。首先从理论上阐明了地下车站中柱柱顶设置橡胶支座的减震原理,然后建立橡胶支座的三维精细化有限元模型,采用动力时程分析方法,对比研究了天然叠层橡胶支座(LNR)和铅芯橡胶支座(LRB)两种类型减震装置在地下车站中的减震效果。最后,探讨了橡胶支座水平刚度特性对结构体系减震效果的影响规律。研究表明:柱顶设置橡胶支座改变了结构的抗侧力分配,大幅度降低了地下车站中柱的地震响应,并且相比于LRB,LNR表现出更好的减震效果。此外,随着LNR水平刚度的增大,中柱的减震效果逐渐减弱,但对支座位移及侧墙变形起到了有利的控制作用。因此,合理地选择橡胶支座类型及参数,可实现地下结构的减震控制和支座性能的优化。

关键词:地下车站;中柱;橡胶支座;减震效果;水平刚度

局部冲刷场地桩基桥梁地震响应简化分析及离心振动台验证

梁发云1,梁  轩1,张  浩2

(1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 上海师范大学建筑工程学院,上海 201418)

摘  要:冲刷导致桩周土体流失,改变了场地的地震动特性,同时影响了桥梁的抗震性能。为研究局部冲刷下桩基桥梁动力特性及潜在破坏风险,探讨了冲刷场地的地震动特性,给出局部冲刷场地的地震动快速计算方法;并在此基础上提出局部冲刷后桩基桥梁地震分析简化模型,通过振型叠加法计算桥梁的墩底、桩身剪力和最大位移,用以快速评估局部冲刷后桩基桥梁的破坏风险,进而确定临界破坏冲刷深度;为验证模型的正确性,开展了50g重力下桩基桥梁离心振动台试验,桥梁上部结构简化为质量块,基础采用3×3群桩。按照冲刷深度分为3个工况,每个工况下输入白噪声和El-Centro波。研究表明,一般冲刷使得场地周期减小,但局部冲刷对场地周期影响不明显,局部冲刷坑坡角对场地的地震动几乎没有影响;局部冲刷场地与一般冲刷场地的地震动差别较大,但与原场地的地震响应基本相似;桥梁响应最大时的冲刷深度取决于桥梁频率与地震波主要波频的关系。该简化方法计算的桥梁反应与试验结果相近,因此,可用于局部冲刷条件下桥梁的地震反应快速计算、震害风险评估和临界破坏冲刷深度确定。

关键词:冲刷效应;桥梁工程;双质点模型;地震动输入;离心振动台试验

基于谱方法的层状竖井地基非线性固结计算模型

许滨华1,2,何  宁*1,3,周彦章1,张中流1

(1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所,江苏 南京 210024,2. 河海大学土木与交通学院, 江苏 南京 210098,3. 优德w88苹果手机下载水库大坝安全重点实验室,江苏 南京 210029)

摘  要:针对实际工程中很多竖井地基呈现层状,且在固结过程中渗透系数和压缩模量呈非线性变化等特性,基于对数模型(e–lgσ'和e–lgk)的非线性压缩渗透本构关系,建立了能同时考虑竖向和径向排水的非线性固结模型,并采用谱方法得到了层状竖井地基的非线性固结计算模型。通过退化研究与已有的非线性固结解析解和室内试验进行对比计算分析,结果显示本模型计算值与解析解和实测值的平均相对误差分别低于0.7%和2.0%,验证了本模型的合理性。最后对某一实际工程案例进行了应用计算分析,结果显示不同深度处的沉降和孔压计算值与实测数据吻合程度较好,能够反映在固结过程中不同土层中沉降和孔压的发展变化过程,进一步说明了本模型在层状竖井地基固结计算的可行性和工程适用性。

关键词:层状地基;竖井;非线性固结;谱方法

交通荷载下台阶式加筋土挡墙动力响应的试验研究

肖成志1,李海谦1,高  珊1,李文君2

(1. 河北工业大学土木与交通学院,天津 300401;2. 湖南省工程建设监理有限公司,湖南 长沙 410100)

摘  要:台阶式加筋土挡墙在山区道路边坡支挡结构中应用广泛,针对总高相同的二级台阶式加筋土挡墙开展1∶3大型缩尺模型试验,首先分析交通循环荷载作用下台阶宽度D对加筋土挡墙顶部基础沉降比的影响,进而选取D=0.4H2(H2为下级挡墙高度)的台阶式加筋土挡墙,研究交通荷载幅值及频率变化时,挡墙位移、土压力、筋材应变和潜在滑动面的动力响应规律。结果表明:加载初期挡墙顶部沉降和面板水平位移增加明显,但随循环次数增加呈收敛趋势;面板最大水平位移出现在上级墙高约0.85H(H为总墙高)处,且分布模式几乎不受幅值及频率变化影响;荷载幅值和频率对上级挡墙筋材应变的影响明显,下级挡墙筋材在上级墙趾下方处应变较大;二级挡墙水平土压力值沿墙高均呈顶部与底部小而中部较大的分布形式;上级挡墙潜在破裂面随荷载幅值增大而下移,由局部破坏逐渐向深层整体破坏演变;填筑过程将使下墙近面板处垂直应力增至约为1.5倍自重。研究结果将为台阶式加筋土挡墙设计与施工提供有益指导。

关键词:台阶式加筋土挡墙;交通荷载;台阶宽度;模型试验;土工格栅

基于透明土的隧道开挖面稳定性三维可视化模型试验研究及应用

马少坤1, 2,韦榕宽1,邵  羽3, 4,黄  震1, 2,段智博*1

(1. 广西大学土木建筑工程学院,广西 南宁 530004;2. 广西大学工程防灾与结构安全重点实验室,广西 南宁 530004;3. 广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029;4. 广西新发展交通集团有限公司,广西 南宁 530029)

摘  要:为研究承压渗流条件下复合地层盾构开挖面失稳破坏模式及支护压力,自行研发了一种可以自由施加多种渗流承压作用的三维可视化盾构开挖面稳定性模型试验系统。该系统首次采用两种不同透明土材料模拟黏土-砂砾石复合地层,不仅可以消除原样砂砾的粒径效应,而且可以清晰演示复合地层内部变形过程,并基于数字图像测量技术和自行编写的三维地形位移场重构程序可精准获取开挖面三维破坏体视图。应用该设备进行了7组盾构隧道不同埋径比(C/D=0.5,1.0,2.0)的模型试验,系统研究黏土-砂砾石复合地层有无承压水渗流条件下盾构隧道开挖面稳定性。试验结果表明:有无承压水渗流条件下,支护压力随开挖面后撤位移曲线均存在明显3个阶段;临界破坏状态下,模型试验得到的破坏体形态与隧道埋径比C/D有关,隧道浅埋与深埋时破坏体形态存在不同,此外,破坏体形态还与土层类别息息相关,不同土层中土体破坏形态也不尽相同;相比无渗流条件,承压渗流条件下开挖面土体失稳破坏区域影响范围更广。同时,以上试验也表明了该试验系统可形象地再现盾构开挖面失稳破坏演化过程,具有采集精度高、稳定性好和可操作性强等优势,适用于各种复杂工况下复合地层开挖面稳定性研究。

关键词:盾构隧道;复合地层;开挖面稳定;透明土;模型试验

扭转荷载下PHC短桩基础界面特性试验研究

冯世进1,2,孙达明1,李红星3,张晓磊1,2

(1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;3. 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司,陕西 西安 710075)

摘  要:太阳能电站中发电元件的数量十分庞大,建造工艺上的一点改进就可以造成可观的成本节约。为此,PHC短桩基础作为发电元件的新型支撑结构正在不断进行改良和测试。PHC短桩基础是将PHC管桩伸入2~3 m深的钻孔后灌注混凝土形成的,其内部的桩-混凝土界面一般是光滑的。循环作用的不平衡风荷载使短桩基础反复受到扭转作用,因此研究了静力和循环扭转荷载下不同管桩截面外缘形状对桩-混凝土界面特性和短桩基础受力变形规律的影响。通过10组不同扭转荷载工况下光圆和凸缘PHC短桩基础的足尺模型试验,结果表明:光圆PHC短桩基础在受扭进入非线性变形阶段后,桩-混凝土界面由浅到深发生弱化,在循环扭转荷载作用下塑性变形不断累积最终导致混凝土开裂。凸缘可以增大预制桩与混凝土之间的结合面,并提供界面间的咬合作用,从而抑制塑性变形的发展,有效提高了短桩基础抵抗循环扭转荷载的能力。

关键词:太阳能;短桩基础;PHC管桩;扭转荷载;足尺模型

一个基于微观力学分析的散粒体应力–剪胀关系

刘  洋1,于鹏强1,张  铎2,王肖肖1

(1. 北京科技大学土木工程系,北京 100083;2. 中南建筑设计院地下空间工程技术中心,湖北 武汉 430071)

摘  要:从微观力学角度出发,基于真应力张量推导了散体中平均接触力与平均接触位移的计算公式,并通过宏–微观能量守恒得到了考虑散体各向异性组构及其演化的应力–剪胀关系;详细分析了剪胀参数的物理意义及对剪胀性的影响,并与经典的剑桥流动法则、Rowe剪胀方程以及室内试验结果进行了比较分析。研究结果表明,提出的应力–剪胀关系宏微观物理意义明确,考虑了材料密实状态和微观各向异性组构及其演化对应力–剪胀关系的影响,可以很好地模拟散粒体的初始剪胀(缩)行为,并可反映峰值应力比滞后于最大剪胀比的现象。同时提出的应力–剪胀方程还可以描述材料在相变点处应力比不等于临界应力比的现象,与已有室内试验结果一致,能够较好地预测散体材料三轴条件下的各向异性应力–剪胀关系。

关键词:应力–剪胀关系;微观力学;组构演化;能量守恒

基于逆可靠度分析的隧道开挖面极限支护压力优化设计

姬  建1,2,张哲铭1,2,夏嘉诚1,2,闵凡路1,2,吴志军3

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210024;2. 河海大学土木与交通学院,江苏 南京 210024;3. 武汉大学土木与建筑工程学院,湖北 武汉 430072)

摘  要:探讨了采用一阶可靠度方法(FORM)的逆形式对浅埋圆形隧道开挖面极限支护压力进行可靠度优化设计(RBD)的可能性。逆可靠度分析的计算过程可以在随机变量的原始空间中实现,并且可以直接提供一些满足目标可靠度指标的设计信息。针对隧道开挖面的坍塌和隆起破坏模式,通过三维有限元极限分析(FELA)计算极限支护压力的确定性解,由此建立极限状态方程并进行逆可靠度设计。在概率研究中,逆可靠度方法通过与蒙特卡罗模拟的结果对比显示出足够的准确性。在此基础上,本研究针对不同工况进行了一系列支护压力的可靠度优化设计和概率分析,获得相应的RBD结果。最后,讨论了土体抗剪强度参数的空间变异性对支护压力的影响。

关键词:隧道开挖面稳定;反分析;有限元极限分析;概率设计;空间变异性

基于高压注水试验的断层破碎带渗透特性研究

钱自卫1,黄  震2,张  蕊3,梁德贤4

(1. 中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116;2. 江西理工大学资源与环境工程学院,江西 赣州 341000;3. 中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司,云南 昆明 650200;4. 桂林理工大学地球科学学院,广西 桂林 541006)

摘  要:采用现场原位高压注水试验研究了巷道底板不同位置断层破碎带的渗透特性。共布置了3个测试孔,进行了5个轮次的注水试验,试验时一孔注水,其它孔水压监测。采用逐级增、降流量的试验路径,过程中连续记录注水流量、注水压力及监测孔水压值。研究发现:①在注水流量增加阶段,断层破碎带注水压力整体呈现“快增→突降→小幅波动”的变化过程,符合典型岩体水力劈裂压力曲线特征;②单孔多次高压注水劈裂压力差异较小,断层带劈裂裂隙具有较强愈合能力,重复注水试验产生新劈裂通道;③断层带注水劈裂压力、劈裂前初始渗透系数整体分别表现为随着测试点与巷道底板距离减小而减小、增加的趋势;④在同等注水流量条件下,流量减小阶段的水力隙宽明显大于流量增加阶段,劈裂后注水会导致了破碎带被冲蚀。把断层破碎带阻水强度与含水层水压的比值定义为断层带防突水安全系数,构建了断层带防突水安全评价方法,提出了断层突水防治措施。

关键词:断层破碎带;注水试验;劈裂压力;渗透系数;安全系数

考虑主应力轴偏转影响的远场拱壳围岩压力拱效应表征

赵雁海1, 2,俞  缙*2,周晨华1,赵  凯1,肖怀广3

(1. 东北电力大学建筑工程学院,吉林 吉林 132012;2.华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心,福建 厦门 361021;3. 东南大学土木工程学院,江苏 南京 211189)

摘  要:拱效应是开挖区周围岩土体压力迁移及重分布的综合表现,广泛存在于矿山地下工程自承载区围岩。针对采场覆岩断裂拱外部存在远场拱壳结构的实际特点,基于Terzaghi土拱效应原理解析开采卸荷作用下岩层主应力矢量偏转响应特征,通过讨论主应力轴偏转影响下采场覆岩竖向压力主动释放状态及垂直应力分布特征,分析远场围岩压力拱关键部位压应力成拱指标。利用FLAC3D数值软件对采场覆岩主应力矢量偏转成拱规律进行模拟计算,结果表明:远场围岩主应力偏转角由初始最大主应力、侧压系数和采动后剪应力增量及主应力差变化率控制,同一层位覆岩主应力偏转角沿采空区跨中向边界呈递减分布,悬露岩层垂直应力随主应力偏转角增大而降低,压力拱拱顶主应力偏转角、主动压力系数及成拱指标峰值大于拱脚区域,拱脚及拱腰部位升高的垂直应力表现为支承压力。根据解析得出的岩层竖向压力释放力学判据和压应力成拱指标,表征了主应力轴偏转影响下远场围岩加卸载状态和拱效应演化特征。

关键词:采动围岩;主应力;压力拱;承载状态;力学表征

超低温冻结黏土单轴抗压力学性质试验研究

汪恩良,任志凤,韩红卫*,田  雨,胡胜博,刘兴超

(东北农业大学水利与土木工程学院,黑龙江 哈尔滨 150030)

摘  要:地下交通、煤炭开采等工程常遇砂土交错和地下水极为丰富的软弱地层施工难题,可利用液氮使土体处在超低温冻结状态以达到土层稳定和加固的目的,因此,探究超低温冻土的抗压强度对于工程施工的长期稳定和安全具有重要意义。为揭示超低温冻结黏土单轴抗压力学性质变化规律,对含水率为17%,20%,23%的土样进行–10℃~–180℃的单轴压缩试验。结果表明:冻土温度高于–80℃时,呈弹塑性破坏,低于–80℃时,呈脆性破坏;冻土抗压强度随温度降低,先呈线性增加,当温度低于–80℃后强度基本稳定,并对温度与冻土抗压强度进行拟合,拟合效果较好;含水率在17%~23%,冻土抗压强度随含水率增加而增大,冻土弹性模量随温度降低呈上升趋势,且含水率越高弹性模量越大。最后,对比分析了4种应力–应变方程对超低温冻土关系的适用性,发现幂函数和双曲线公式拟合超低温冻土应力–应变关系精度较低,拟合效果并不理想;复合幂指数模型对弹塑性破坏过程拟合精度较好,并能准确地描述该过程的屈服和破坏情况,但对于脆性破坏段的应力–应变曲线并不适应,因此该模型有一定的局限性;黏弹塑性方程对冻土应力–应变关系拟合精度最好,后引入温度函数,改进黏弹塑性方程,提出与冻土温度有关的复合型方程,该方程拟合精度更高,补充了超低温冻土应力应变方程理论,可以为实际工程提供理论参考。

关键词:液氮;超低温;冻土;抗压强度;应力–应变关系

微生物矿化沉积时空演化的微流控芯片试验研究

何  想1,2,刘汉龙1,2,3,韩  飞4,马国梁1,2,赵  常1,2,楚  剑5,肖  杨*1,2,3

(1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆400045;3. 库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆),重庆 400045;4. 新罕布什尔大学,新罕布什尔州 03824,美国;5. 南洋理工大学土木与环境工程学院,新加坡 639789)

摘  要:微生物矿化沉积是近年来的热门研究课题,然而人们对其时空演化过程的认识目前稍显不足。设计了具有大小孔隙的概念化微流控芯片,并利用微生物加固可视化系统对微生物矿化沉积的时空演化过程进行研究。提出了一种图像处理方法,该方法能够对沉积过程中的碳酸钙进行识别和计算,从而对微生物矿化沉积的时空演化过程进行量化研究。结果表明孔隙空间结构对碳酸钙晶体具有一定的调控作用,管道大孔隙中碳酸钙以单晶的形式存在,而砂颗粒间小孔隙中碳酸钙以聚合体的方式渐进生长并表现出3个不同的生长过程。无论单晶还是聚合体碳酸钙,它们的生长速率均随反应时间先增加后逐渐降低,碳酸钙晶体面积的等效半径增长速率最大为4.22 μm/min。研究结果有望验证孔隙尺度微生物矿化沉积模拟,为现场工程应用提供参考。

关键词:微生物矿化;微流控芯片;碳酸钙;生长速率;MICP

基于二阶功准则的NPR锚索支护效果研究

胡  杰1,2,何满潮2,李兆华*1,冯吉利2,肖勇杰1

(1. 阳光学院土木工程学院,福建 福州 350015;2. 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083)

摘  要:NPR锚索因其具有恒定工作阻力和较大变形量的特性,已广泛应用于巷道的加固和监测预警中。为了研究NPR锚索在露天矿山边坡中的支护效果,首先基于有限差分软件FLAC3D中的锚索单元开发出NPR锚索单元,并通过数值拉伸试验验证了NPR锚索比普通锚索具有更优异的吸能特性;之后引入二阶功作为边坡稳定性评价准则,并将其植入显式动力学算法中,详细讨论了其合理性和可靠性;最后,以浩尧尔忽洞金矿西采场北帮开挖诱发的滑坡为研究对象,对现有普通矿用锚索和NPR锚索支护体系下的边坡稳定性进行对比分析。根据数值模拟结果可知,NPR锚索支护体系下的边坡稳定性明显优于普通矿用锚索。

关键词:NPR锚索;安全系数;边坡稳定性;二阶功;失稳准则

考虑约束的贝叶斯概率反演方法

陶袁钦1,孙宏磊*2,蔡袁强1,2

(1. 浙江大学建筑工程学院,浙江 杭州 310058;2. 浙江工业大学土木工程学院,浙江 杭州 310014)

摘  要:土体参数对岩土工程计算模型的预测效果至关重要。在土体参数识别问题中,基于MCMC抽样的贝叶斯方法是一种反演土体参数概率分布的常见方法。然而该方法通常仅考虑土体参数的先验分布、预测与观测间的差异,不考虑其他已知信息如土体参数间的经验性相互关系等,当采用数值模拟作为计算模型时,该方法计算负担大,限制了其运用。为此,提出了一种考虑附加约束信息的近似贝叶斯方法REnKF-MDA,并将其与无约束MCMC、考虑约束的MCMC、正则化集合卡尔曼滤波REnKF进行对比,采用简单多项式算例和地基沉降案例说明该方法的有效性。结果表明:融合附加约束信息有助于提高反演参数的合理性和可信度,约束强弱由约束协方差决定。以考虑约束的MCMC为参考,REnKF可准确估计均值但显著低估了参数后验分布的不确定性,REnKF-MDA可同时合理地估计均值和不确定性。

关键词:贝叶斯方法;参数估计;集合卡尔曼滤波;约束信息;数据融合

废旧轮胎橡胶颗粒–砂混合料抗剪强度与破坏模式试验研究

刘启菲,庄海洋*,陈  佳,吴  琪,陈国兴

(南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 210009)

摘  要:由废旧轮胎回收橡胶颗粒与砂混合而成的橡胶–砂混合料具有密度低、变形能力强、阻尼高等诸多优点,将其应用于土木工程,是实现土木工程绿色可持续发展的重要途径之一。通过对橡胶-砂混合料进行固结不排水剪切试验,探讨了橡胶颗粒含量XC、粒径比d50, r/d50, s、相对密实度Dr、固结围压等因素对混合料抗剪性能的影响规律及其机理。研究结果表明:随XC的增加,混合料的破坏模式表现出由部分软化-剪胀向完全硬化–剪缩转变。总体来说,随橡胶颗粒的掺入量增加,混合土体和内摩擦角均出现较明显下降,有效内摩擦角则会出现一定程度的提高,且橡胶粒径与砂越接近影响越明显,而Dr的增加可以显著改善混合料的抗剪强度特性。基于土骨架微观结构,初步解释了试验现象及其规律。

关键词:橡胶颗粒–砂混合料;固结不排水试验;破坏模式;抗剪强度

注浆支盘式锚杆拉拔荷载传递非线性分析

杨  坚1,简文彬*1,2,黄  炜1,黄聪惠1,罗金妹3,李先忠3

(1. 福州大学岩土与地质工程系,福建 福州 350116;2. 福州大学福建省地质灾害重点实验室,福建 福州 350003;3. 中化地质矿山总局福建地质勘查院,福建 福州 350013)

摘  要:基于支盘式锚杆室内模型拉拔试验,探究荷载–位移曲线的变化特征和轴力传递特性,然后在此基础上探讨支盘式锚杆的力学模型,推导出盘端阻力的理论计算公式,结合锚-土界面的双曲线非线性模型,采用分段变形协调迭代算法建立荷载传递计算模型,并与实测数据进行对比验证,最后对极限扩孔压力分布、支盘挤扩角等参数进行敏感性分析。研究结果表明,荷载–位移曲线可划分为三阶段,轴力分布沿锚固体深度呈减小趋势且在支盘处发生台阶状突变,荷载比也不断增长;计算模型所得结果与室内实测数据基本一致,验证了本模型的有效性;支盘的极限扩孔压力沿支盘径向先快速非线性增长后缓慢减小,其峰值随着位移增大而增大并以支盘中心为圆点径向外移,整体分布由“锥台状”发展为“圆柱状”;挤扩角大于50°时,对锚杆承载性状影响显著。研究结果对支盘式锚杆的受力分析和设计具有重要的理论及实际意义。

关键词:支盘式锚杆;扩孔理论;非线性;荷载传递;数值计算

采用不同中柱的单层地铁地下车站结构抗震性能对比研究

李  晟1,庄海洋*1,王  伟1,董正方2

(1. 南京工业大学岩土工程研究所,江苏 南京 210009;2. 河南大学岩土与轨道交通工程研究所,河南 开封 475004)

摘  要:针对地铁地下车站结构中柱这一抗震薄弱构件,分别采用方形钢筋混凝土柱、圆形钢筋混凝土柱,以及本文新提出的带快速连接装置的预制钢管混凝土柱,建立了土–地下结构非线性静动力耦合相互作用的三维有限元分析模型,对比分析了采用不同中柱设计对车站主体结构地震反应特性的影响规律。结果表明:与方形中柱相比,等截面惯性矩的圆形中柱在地震中受到的损伤较小,具有更好的抗震性能。采用新提出的带快速连接装置的预制钢管混凝土柱可以有效地保证结构中柱在强地震中不受严重损伤,且具有在震后能快速更换的特点。

关键词:地铁地下车站;结构;装配式中柱;抗震性能;地震损伤;数值模拟

脱水泥饼堆填体的压缩及渗透特性试验研究

王子昂1,詹良通*1,郭晓刚1,2,刘超洋3,尧  俊3

(1. 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江 杭州 310058;2. 中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071;3. 广东省深圳市特区建设发展集团有限公司,广东 深圳 518048)

摘  要:脱水泥饼是工程泥浆经压滤脱水后形成的块状产物,经装卸、转运等处理环节破碎成尺寸不一的碎散体,其堆填体具有明显的双孔隙特征,由块体间的大孔隙和块体内的小孔隙组成。为了指导泥饼堆填作业,对泥饼堆填体的压缩性及渗透性开展研究。利用大尺寸固体废弃物压缩-渗透装置模拟了泥饼堆填过程中上覆荷载增加,泥饼堆积单元体逐渐被压密的过程,并利用CT扫描对压缩后泥饼块体间大孔隙的变化情况进行了分析;同时测试了泥饼堆积单元体在压缩过程中的渗透性变化规律。试验结果表明:泥饼堆积单元体试样随着上覆荷载增加逐渐被压密,泥饼间孔隙与泥饼内孔隙的尺度差异逐渐减小,双孔隙特征减弱。在上覆荷载为295 kPa时,试样空气孔隙率为5%,此时试样已成为均质块状泥饼,对应压实度为0.87,试样透水性已由初始阶段(0 kPa)的中等透水等级转变为弱透水等级。考虑可操作性和经济性,建议将0.85作为泥饼堆填作业过程中的压实度控制指标。

关键词:脱水泥饼;压缩性;渗透性;空气孔隙率;双孔隙介质;压实度

顶管施工中管壁与围土间不同接触关系的冲击响应特征

林天翔1,冯少孔*1,叶冠林1,顾广宇2

(1. 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240;2.上海隧道工程有限公司,上海 200082)

摘  要:为研究冲击映像法在顶管施工泥浆套检测中的应用,根据顶进过程中的相互作用机理,将管壁与围土间的接触关系总结为4类:管壁–围土、管壁–空气–围土、管壁–水–围土、管壁–泥浆–围土,并通过数值仿真模拟了不同接触关系下冲击震源作用于管道内壁时的冲击响应波场特征。研究表明,不同接触关系下波形特征有较为明显的响应差异,通过分析波形的能量大小和频谱特性可判断出管道与围土之间的接触状态。当管壁与围土密实接触时,波形振幅较小且频谱分布窄;而当管壁与围土间有其他介质填充时,波形振幅较大,频谱中出现多个峰值。同时,现场检测试验分析结果显示,冲击响应强度能快速评价环形空间内介质可能的分布情况,并初步判定管壁与围土间的接触关系,再结合数值模拟规律即可更好地应用于实际工程检测中。

关键词:顶管施工;冲击映像法;无损检测;接触关系

菌丝复合轻质土的制备及力学特性研究

苟乐宇1,2,刘西周3,李  飒*1,2,尹蒋松1,2,李婷婷1,2,刘  鑫1,2

(1. 天津大学建筑工程学院,天津300350;2. 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300350;3. 天津师范大学生命科学学院,天津 300387)

摘  要:利用真菌天然生长得到了一种新型轻质土工填料。通过无侧限抗压强度、渗透试验、电镜扫描、CT扫描试验研究了菌丝复合轻质土工填料的物理力学与细观特性。研究发现:菌丝复合轻质土是一种利用菌丝定殖、黏结和缠绕基质材料后形成的多孔、轻质回填材料;菌丝的定殖程度对菌丝复合轻质土的强度有着重要的影响。菌丝复合轻质土的渗透系数接近粉质黏土,渗透性随骨料含量的添加而降低,但降低速率与菌丝定殖程度有关。骨料的添加提高了菌丝复合轻质土的强度,且菌丝的定殖程度越高,骨料对强度的提升作用越明显。添加骨料的菌丝复合轻质土满足回填材料的强度要求,表现出较好的韧性,峰值强度与残余强度的比值稳定在1.15~1.22。建立的菌丝复合轻质土抗压强度与骨料含量的函数表达式可以较好的预测抗压强度。菌丝复合轻质土的生产工艺简单,能耗低且无环境污染,有望成为新型的轻质回填材料。

关键词:轻质土;菌丝;无侧限抗压强度;渗透系数;CT检测

MICP-FR协同作用改善钙质砂的力学性能及抗侵蚀试验研究

李  昊1,唐朝生*1,尹黎阳1,刘  博1,吕  超1,王殿龙1,泮晓华1,王瀚霖2,施  斌1

(1. 南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023;2. 香港理工大学土木及环境工程学系,香港)

摘  要:南海岛礁是中国“一带一路”建设的重要支撑。作为岛礁工程的主要建筑材料和地基,钙质砂具有高孔隙、易破碎和强度低等不良特性,难以直接满足工程建设要求。为了改善钙质砂的力学特性,并减少极端暴雨冲刷导致的侵蚀问题,提出微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)协同纤维加筋(FR)改性技术,采用喷淋工艺,对浅表层钙质砂进行改性处理,并考虑胶结液浓度(0.5,1.0,1.5,2.0 mol/L)和纤维掺量(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%)对处理效果的影响。通过开展超微型贯入及模拟暴雨冲刷试验,结合冲刷后滤出溶液的电导率变化,对比分析了不同处理方式下钙质砂的胶结固化程度和抗侵蚀能力。研究结果表明:①MICP技术可以有效胶结钙质砂,改善其力学性质,胶结液浓度越高,试样碳酸钙含量和贯入阻力越高,2.0 mol/L固化效果最佳;②纤维的加入能显著提升MICP的固化效果,纤维掺量对微生物固化试样的力学特性有重要影响,峰值贯入阻力随纤维掺量先增加后减小,最优纤维掺量为0.2%;③经过MICP固化处理后,试样在模拟暴雨条件下表现出较好的抗雨蚀能力,侵蚀量小于未处理试样的1/7,加入纤维后胶结试样的抗侵蚀能力更佳。MICP-FR协同作用可以高效改善钙质砂的工程特性,能在岛礁建设、海岸开发过程中发挥积极作用。

关键词:微生物矿化MICP;纤维加筋;贯入阻力;钙质砂;抗侵蚀能力;影响因素

不同覆土压力下砂质黏性紫色土的土–水特征曲线研究

李  达1,汪时机*1,李  贤1,陈洪凯2,梁广川1,蒋文君1

(1. 西南大学工程技术学院,重庆 400715;2. 枣庄学院城市与建筑工程学院,山东 枣庄 277000)

摘  要:使用Geo-Experts高级型应力相关土–水特征曲线压力板仪对重庆砂质黏性紫色土在不同覆土压力下(0,40,100,200 kPa)的土–水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)进行了研究;采用双应力变量广义土水特征曲线模型对试验数据进行分析。研究发现:①在覆土压力和吸力的双应力变量影响下,土样的孔隙结构发生改变;脱湿过程孔隙比发生显著减小时的拐点吸力值随着覆土压力的增大而增大。吸湿过程中,土样的孔隙比变化不明显。②在双应力变量下,较大覆土压力的土样(100,200 kPa)脱湿SWCC呈现双峰特点,而较小覆土压力的试样脱湿SWCC未出现双峰特点;经历脱湿—吸湿过程后,含水率出现滞回现象。③使用双应力变量广义SWCC模型可以较好的拟合不同覆土压力下紫色土的SWCC,拟合精度高。结合孔径密度函数和土性参数S-index,可得出土的最佳体积含水率公式,可应用于相应紫色土地区工程建设指导。

关键词:广义土水特征曲线;覆土压力;双应力变量;孔径密度函数;砂质黏性紫色土

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日期:2021年11月01日 16:49:53点击数:字号:【

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