水位升降过程中崩解预处理炭质泥岩路堤稳定性分析

为了研究水位升降期间炭质泥岩路堤稳定性,在探讨路堤稳定性影响因素的基础上,结合渗流及稳定性分析基本理论,提出了一种能同时考虑坡前水位压力、孔隙水压力、孔隙水重力、渗透力、软化、非饱和强度的路堤稳定性分析方法,并基于该方法对水位升降过程中炭质泥岩路堤渗流特性及稳定性进行了计算。研究结果表明:提出的路堤稳定性评价方法具有较强的适用性和针对性,能够综合评价多因素影响下炭质泥岩路堤稳定性;水位上升期及高水位恒定期,路堤内部地下水位、孔隙水压力、饱和度均逐渐升高,孔隙水压力升高幅度与高程成反比,饱和度升高幅度与高程成正比,水平向内、竖直向下的渗透力及其峰值、水平向内的位移均先增大,后减小,竖直向上的位移不断增大;水位下降期及低水位恒定期,路堤内部地下水位、孔隙水压力、饱和度均逐渐降低,孔隙水压力降低幅度与高程成反比,饱和度降低幅度与高程成正比,水平向外的渗透力及其峰值、水平向外与竖直向下的位移、塑性应变区面积均先增大、后减小,竖直向下的渗透力呈""形分布。研究成果对库、河岸地区炭质泥岩路堤的修筑及稳定性的控制具有一定的参考意义。     

坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响

为研究坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响,结合饱和-非饱和渗流理论与非饱和抗剪强度理论对分层填筑路堤在不同水位升降速度下的渗流特征与边坡稳定性进行数值分析,并探讨了分层交错填筑厚度对路堤稳定性的影响。分析表明:1坡前水位上升引起路堤土体积含水率与孔隙水压力升高,坡前水位下降后,路堤顶部土体体积含水率与孔隙水压力继续升高,其余位置则逐渐降低,且坡面附近的降低幅度要大于路堤内部;2特征截面沿高程方向上的含水率分布具有明显的分层差异性;3坡前水位升降过程中,路堤边坡安全系数呈现先增大、后减小、再增大的变化规律;4炭质泥岩-粉土分层填筑路堤的最佳分层交错填筑厚度为炭质泥岩与粉质粘土填筑层厚度均为1.5m。     

包盖法填筑炭质泥岩路堤在降雨条件下的稳定性分析

为了研究包盖法填筑炭质泥岩路堤在降雨条件下的稳定性,基于饱和-非饱和渗流数学模型与边坡稳定性计算理论,对不同降雨强度和饱和渗透系数影响下炭质泥岩路堤渗流特性及稳定性的变化规律进行了分析。得出如下结论:(1)降雨过程中,坡面附近土体体积含水率升高速度快,其升高幅度和高程、距坡面的距离成反比。降雨停止后,坡面附近土体体积含水率降低缓慢,其降低幅度和高程、距坡面距离成正比。(2)随着降雨时间的增加,降雨强度越大,路堤土体孔隙水压力升高越明显,包边土体中正孔隙水压力区域范围也越大。(3)在降雨过程中,路堤饱和渗透系数越大,路堤土体孔隙水压力升高幅度越小。包边土体中正孔隙水压力区域范围也越小。(4)降雨期间,路堤安全系数逐渐降低;降雨停止之后,路堤安全系数缓慢升高。路堤安全系数的大小和降雨强度、饱和渗透系数成反比。     

降雨条件下包盖法填筑炭质泥岩路堤稳定性分析

为了研究降雨条件下包盖法填筑炭质泥岩路堤稳定性,该文基于饱和-非饱和状态路堤渗流数学模型与稳定性计算理论,采用有限元数值方法对降雨条件下包盖法填筑炭质泥岩路堤渗流特征及稳定性进行了计算。得到如下结论:(1)降雨条件下,坡面附近包边土体积含水率升降的幅度与高程成正比,与距坡面的距离成反比;(2)降雨过程中,黏土包边方案路堤内部土体体积含水率、孔隙水压力的变化幅度最小,粉质黏土包边方案次之,粉土包边方案最大;(3)降雨条件下,路堤内部土体体积含水率、孔隙水压力的变化幅度与包边土体宽度成反比;(4)降雨期间,黏土包边方案路堤安全系数最大,粉质黏土包边方案次之,粉土包边方案最小;(5)降雨开始后,路堤安全系数不断降低,降雨停止后,路堤安全系数缓慢升高,路堤安全系数与包边宽度成正比。     

炭质泥岩软岩基座路堑边坡开挖过程稳定性分析

炭质泥岩软岩基座路堑边坡在开挖过程中的变形及稳定性变化规律研究旨在为该类型岩体结构的边坡支护设计与施工技术提供理论依据。运用FLAC~(3D)软件,采用强度折减法对软岩基座路堑边坡开挖过程中的变形、塑性区分布、安全系数变化进行了分析。研究表明:边坡水平位移与竖直位移随开挖步数增加而增大,上部灰岩位移变化速率明显比其下伏炭质泥岩大,且竖直位移明显大于水平位移;边坡开挖过程中塑性区主要集中在灰岩与炭质泥岩的接触面;边坡安全系数随开挖步数增加而降低。因此,可以通过降低坡比、开挖步数来实现边坡开挖过程的稳定性。     

碱渣改性泥岩包边土对泥岩路堤的渗流特征影响

以承德平泉地区的泥岩高填方路堤为模型,采用饱和-非饱和土渗流理论,研究了降雨条件下碱渣改性泥岩土作为包边材料时泥岩路堤内部渗流特征,并对碱渣改性泥岩土的抗渗机理进行分析。结果表明:碱渣改性后的泥岩土与黏土均具有一定抗渗能力,且前者抗渗效果更佳;降雨对路堤内的孔隙水压力在水平方向的影响深度与特征剖面的高程成反比,在坡底拐角处达到最大;碱渣改性泥岩作为包边土时最佳包边设计厚度为2 m;碱渣改性后的泥岩微观结构更加致密、孔隙率降低,从而抗渗能力得到提高。     

降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律模型试验

基于室内模型试验及相似理论,利用含水率测试仪、张力计、土压力盒分别监测长时间大雨、短时间暴雨2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡体积含水率、基质吸力、坡前推力变化规律,研究这2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律,揭示暂态饱和区变化影响下粗粒土高路堤边坡失稳机理。结果表明：2种降雨工况下降雨初期,暂态饱和区主要分布在边坡表层,体积含水率逐层上升、基质吸力逐层消散;随降雨不断持续,长时间大雨工况下暂态饱和区主要呈S形分布,暂态饱和区扩展过程中路堤边坡各级坡脚处的体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力主要分布在路堤边坡坡脚深处,边坡土体抗剪强度削弱区域首先分布在各级路堤坡脚处并逐渐向边坡内部扩展;短时间暴雨工况下暂态饱和区呈J形分布,暂态饱和区在下路堤坡脚处分布的面积较大,暂态饱和区扩展过程中下路堤边坡下部坡脚附近体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力由表层向路堤深处逐渐增大,土体抗剪强度削弱区域主要分布在下路堤边坡坡脚处。     

软土地基上高速公路加宽工程的数值分析

采用有限元软件ABAQUS分析了新路堤作为附加荷载对老路堤和地基的影响.分析结果表明,加宽后老路的稳定性增强;地基中心的沉降量和沉降速率增加;老路堤横断面沉降由弯沉盆状变成了反盆状,新老路堤之间产生了差异沉降,为马鞍型分布,且最大值发生在新路堤形心位置处;同时,对水平位移和地基中超孔隙水压力的考察发现,新老路堤交界处水平位移方向发生了改变,由向道路内侧的位移变为了向外的位移,并且此处的超孔隙水压力最大,表明老路肩处地基稳定性最差,而整个地基在新路面结构施工后稳定性最差.     

MJS工法与高压旋喷桩(双重管)挤土效应对比试验研究

为研究MJS工法和高压旋喷桩(双重管)在软土地区对周边环境影响的异同,反映二者的挤土效应差异,通过现场试桩试验,分别实时采集MJS工法和高压旋喷桩施工期间的土压力、孔隙水压力、深层土体位移等数据。研究表明:1)MJS工法和高压旋喷桩在施工期间均表现出不同程度的挤土效应,但MJS工法表现出的挤土效应基本可以忽略不计。2)高压旋喷桩施工引起的最大土压力及最大孔隙水压力均大于MJS工法施工引起的土压力和孔隙水压力,高压旋喷桩最大压力值与MJS工法最大压力值之比均大于2.00,高压旋喷桩最大孔隙水压力值与MJS工法最大孔隙水压力值之比均大于1.33。3)MJS工法施工引起的土体水平位移明显小于普通高压旋喷桩施工;MJS工法和高压旋喷桩均表现出表层水平位移较大,而随着深度增大,土体水平位移逐渐减少的特点。4)随着水平距离逐渐增大,MJS工法和高压旋喷桩施工引起的同深度土压力、孔隙水压力均逐渐减小。     

降雨条件下崩解炭质泥岩一维渗流特性研究

为研究降雨条件下崩解炭质泥岩一维渗流特性,设计了一种测量崩解炭质泥岩在降雨条件下体积含水率变化规律的装置,通过设置3种降雨强度下崩解炭质泥岩土体的入渗试验,得到崩解炭质泥岩在不同降雨条件下随高程分布的各特征点体积含水率随时间的变化规律。同时,基于Geo-Studio软件中Seep模块对崩解炭质泥岩一维土柱进行数值模拟,验证了崩解炭质泥岩的渗流规律。结果表明:(1)崩解炭质泥岩路堤在降雨条件下沿高度方向的体积含水率变化呈现梯度变化规律,首先含水率由上至下依次升高达到平稳,随后底部土体率先饱和,最后全部土体达到饱和;(2)各特征点含水率达到平稳状态和饱和状态的时间与降雨强度成反比;(3)降雨过程中浸润线高度不断降低,浸润线的下降速度和拟合函数斜率均与降雨强度成正比,降雨强度越大浸润线到达碎石层的时间越短;(4)数值计算所得特征点含水率和浸润线的变化规律与试验结果基本一致,含水率变化更具规律性且浸润线深度在降雨中后期的结果较大。     

降雨入渗下炭质页岩路堑边坡渗流特性研究

运用Geo-studio软件建立炭质页岩路堑边坡模型,对降雨历时内边坡中孔隙水压力和体积含水率的变化规律进行了研究。结果表明:降雨强度较大,雨水会快速入渗岩体,使孔隙水压力增加较快,但大部分雨水会沿边坡流走;降雨时间长,雨水会逐渐沿岩体裂隙向下入渗,对较深处岩体孔隙水压力产生较大影响。降雨在短时间内,边坡表面会形成暂态饱和区,随降雨时间的延长,大量雨水将入渗到坡体内,使地下水位不断上升,在坡脚处较大范围形成一个饱和区域,并向坡顶方向延伸。降雨结束后,暂态饱和区慢慢消失,岩体含水率也逐渐降低,但降雨持续时间长,岩体含水率消散的速度较慢。     

含黏土封层泥岩路堤含水率变化规律及预估模型

在泥岩路堤修筑过程中为降低降雨入渗对泥岩路堤影响,根据持续降雨入渗模型计算比较了路堤表层铺设粉土封层、黏土封层的阻渗效果,进行室内试验定量分析了相同降雨条件下黏土封层、降雨后晾晒时间、泥岩风化程度、黏土封层厚度、路堤深度5种因素对泥岩路堤含水率的影响,依据灰理论计算了各因素与路堤含水率的关联度排序,统计回归提出泥岩路堤含水率预估模型。研究结果表明:黏土封层的铺设能明显降低路堤表层降雨入渗速率,削弱泥岩风化程度和晾晒时间对路堤含水率的影响,具有较好的阻渗作用;各因素对路堤含水率的影响程度排序为:黏土封层厚度、路堤深度、晾晒时间、风化程度。黏土封层的最佳铺设厚度随降雨强度的增大而增大,一般推荐厚度以20 cm为宜;根据预估公式反算出雨后泥岩路堤拥有最佳施工含水率的层位。推荐翻挖至该层位后再恢复施工,节约工程量和时间。经试验路检测及统计分析知,中等降雨强度条件下,泥岩路堤含水率预估值与实测值相对误差较小且满足工程要求。本研究成果不仅对安徽地区泥岩路堤修筑具有工程指导意义,非安徽地区的泥岩路堤修筑亦可参考本研究的规律和结论。     

动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验

为了研究动力湿化作用下渗流水在粗粒土高路堤内的迁移特性，自主研发设计制作一种室内喷洒降雨装置及车辆动力荷载模拟装置，开展动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验，从时间和空间2个角度描述渗流水在路堤内的迁移特性，然后根据模型试验结果，建立粗粒土渗流场时空演化机制，揭示动力湿化作用下的粗粒土高路堤边坡渐变失稳发育机理。研究结果表明：基于相似理论，开展粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验可以较为真实地反映粗粒土高路堤在动力湿化作用下渗流水的迁移特性；动力湿化作用下，湿润锋首先在路堤边坡表面形成，并逐渐从边坡表面向内部拓展，在坡顶处的拓展速率较小，坡脚处的拓展速率较大；受湿润锋演变规律的影响，路堤边坡监测点负孔隙水压力逐渐减小，体积含水率逐渐增大，坡前应力逐渐增加，位于坡脚浅层区域的应力增加速度较快；依据渗流水的迁移规律，将渗流影响范围内的土体自上而下分为浅层暂态饱和区、渗流水填充区及渗流水湿润区；在动力湿化作用下，粗粒土高路堤边坡将逐渐产生沿坡脚深层滑移的渐变趋势。     

水位下降过程中路堤渗流特征及稳定性分析

为了研究水位下降对粘性土路堤渗流特征及稳定性的影响,该文基于饱和-非饱和状态路堤渗流及稳定性计算基本理论,采用有限元数值计算方法,分析了水位下降过程中路堤模型内部渗流特征、浸润线及安全系数的变化趋势。得到如下结论:1水位下降开始后,坡面附近土体孔隙水压力下降幅度分别与距坡底的距离成反比、与水位下降速率成正比;2水位下降过程中,坡面附近土体含水率下降幅度分别与距初始水位的距离成反比、与水位下降速率成正比;3水位下降条件下,路堤内部浸润线持续降低,其下降幅度与水位下降速率成正比;4水位下降期间,路堤安全系数先迅速降低,后持续增大,且与非饱和强度成正比。     

车辆荷载作用下炭质泥岩路堤动力变形特征分析

为了研究车辆荷载作用下炭质泥岩路堤动力变形特征,运用FLAC3D模拟实际工况,在不连续半正弦波荷载作用下,考虑单轮组加载,分析路堤的动力响应以及不同工况下的变形特征。结果表明:炭质泥岩路堤在单次或重复车辆荷载作用下,均表现出明显的弹塑性变形特点;路堤横向位移在加载区域两侧向两边发展,在坡脚处达到最大值,路堤竖向位移在加载区域附近变形较大,且路堤变形以竖向位移为主,主要工作区范围为路床顶面以下3~6m;车速越大,路堤变形越小;车载越大,荷载影响深度越深,路堤变形越显著;比较满车道布载方式和单车道居中布载方式,前一工况时路堤的竖向变形和工作区范围更为显著。     

湖底明挖隧道两侧回填材料受力变形特性分析

湖底明挖隧道采用结构自防水与回填材料主动防水的方案,为研究高水位压力对湖底明挖隧道回填材料受力与变形的影响,通过现场试验测试了泥岩层、黏土层在不同埋深(1、5 m)下的土压力和孔隙水压力;利用数值模拟分析了回填层在不同上覆水位(分别为3、5、7和9 m)下的沉降变化规律。研究结果表明:随埋深增加,高水位压力对回填层土压力和孔隙水压力的上升程度加剧。埋深5 m处黏土层的土压力和孔隙水压力均最大;同埋深下泥岩层较黏土层承受的土压力和孔隙水压力较小。随着上覆水位压力增大,回填层累计沉降值不断增大;埋深1 m处黏土层的沉降累计最大,达到0.028 m。相同压力和埋深下,泥岩层的受力与位移较黏土层均较小,作为回填材料更具工程稳定性。     

炭质泥岩路堤填料崩解性试验研究

为了研究炭质泥岩路堤填料的崩解特性,通过拟定不同的试验方案,对炭质泥岩在室内外不同环境,以及不同初始条件进行崩解试验,引入分形理论分析炭质泥岩崩解过程中颗粒的粒度变化。研究结果表明:炭质泥岩崩解是与干湿循环相关的渐进过程,在该过程中颗粒级配组成随试验的进行不断变化;炭质泥岩的崩解形式及崩解产物颗粒分布与初始状态密切相关;试验过程中,分维数随崩解颗粒级配的变化而变化,其变化速率与崩解速率一致;当分维数位于2.26~2.54时,崩解趋于完成;工程实践表明:可将分维数作为炭质泥岩崩解后是否可用于高速公路路堤填料的控制指标。     

软土地基上高速公路加宽的有限元分析

软土地基上高速公路加宽时,新老路基结合部会出现不均匀沉降、路面裂缝等病害,采用基于二维比奥(Biot)固结理论的平面应变有限元方法分析新路堤作为附加荷载对老路堤和地基的影响。分析结果表明,加宽后老路堤出现较大的差异沉降和横坡比改变,影响路面服务性能;老路堤靠近中心线除出现略微的向上和向内的移动;老路肩有向外的较大的水平位移,加宽改变了地基中剪应力的分布,可以根据孔隙压力变化情况近似将老路堤下地基分为稳定性不同的三个区域;新路堤的沉降明显大于老路堤的附加沉降,随着加宽宽度的增加,最大沉降的位置逐渐向外移动,呈现出一定的规律性,新路堤靠近坡角处出现较大的水平位移。     

地震作用下路基内孔压变化规律的研究

采用动力有限元分析法,输入不同类型的地震波,在不同路堤高度、不同坡比及不同地震烈度情况下,计算分析高填土路堤边坡内孔隙水压力的变化,得出了在地震荷载作用下边坡内孔隙水压力的变化规律,为实际工程设计提供了一定的理论分析依据。     

镍铁渣加筋路堤填筑方法及足尺试验

通过室内试验和现场足尺试验研究了镍铁渣加筋路堤的填筑方法及应用效果。首先，通过现场取样测试了广青镍铁渣的化学成分、环境影响特性及其工程材料特性。其次，提出了基于土工格栅加筋和改性土包边的镍铁渣路堤断面形式，总结了施工工艺。然后，开展了镍铁渣加筋路堤现场足尺试验，获得了镍铁渣加筋路堤施工期及工后的沉降量、水平位移、土压力及孔隙水压力的变化规律曲线。结果表明：土工格栅加筋填筑后的镍铁渣密度为1.76~1.88 g·cm^-3，平均压实度可达93.0%。各层镍铁渣的沉降主要发生在施工期，工后沉降和沉降速率均较小。施工期最大沉降为26.24 mm，发生在路堤中部第2层镍铁渣处，小于预测值40.60 mm；实测路堤总沉降最大值为55.51 mm，小于预测值73.50 mm。上路堤施工导致第5层镍铁渣局部产生了29.64 mm水平位移，但工后各层镍铁渣的水平位移几乎为0。各层镍铁渣底的土压力呈阶梯形变化，土压力实测值与理论值吻合较好；上路堤施工对第4，5层镍铁渣影响较大，可在下路堤顶面以下1.5 m范围内增设土工格栅。厂区重车荷载传递到各层镍铁渣底的附加应力较小，路堤安全稳定性较好。上述研究表明，广青镍铁渣属于一般固体废弃物，排水性良好，浸水膨胀率低，对环境无毒害，经加筋处治后，可直接入场（非预处理）填筑，其变形和稳定性均满足路用要求。