黄土边坡原位直剪与抗滑桩模型试验

为揭示黄土公路高陡边坡的稳定性状，选取黄土塬开挖平台非扰动黄土为试样，制作试样模型进行原位试样直接剪切试验，设计进行不同工况下埋入式与悬臂式抗滑桩模型试验，研究获取公路路堑边坡黄土土样应力-应变关系曲线、土样峰值强度及残余强度参数变化规律，并基于支挡抗滑桩和黄土边坡坡体内受力与变形状态，揭示桩-土相互作用过程与变形机理。试验结果表明：黄土试样在直接剪切时，随着法向应力增大，其应力-应变关系曲线逐渐由软化型向硬化型转变，且曲线逐步升高但未出现交叠；相同的剪切次数下，黄土试样峰值强度和残余强度均随法向应力增大而增大，残余强度较峰值强度有一定衰减，且垂直强度愈大，衰减愈明显；随着水平推力达到极限承载力，埋入式模型抗滑桩桩身土压力分布呈现上大下小的变化趋势，且在滑动面位置上部附近出现桩前最大土压力，桩体发生弹性变形，弯矩值沿桩身分布总体呈"S"形规律；悬臂式桩体不发生刚性转动，桩身土压力总体呈上下小、中间大的分布态势，桩后最大土压力出现在滑动面附近，而桩前最大土压力则随着现场试验中单排模型桩根数增多，自模拟滑动面逐渐过渡到新的剪出滑动面，桩身弯矩呈"D"形分布。     

砂卵石地层隧道塌方机理及处治技术研究

松散砂卵石地层自稳能力极差,隧道开挖过程中塌方频发,亟待明确塌方的发生机理并提出有效的处治技术。以青海海东循~隆高速公路穿越公伯峡砂卵石地层隧道为工程背景,基于砂卵石地层隧道塌方的影响因素及地层失稳模式的分析研究,明确了砂卵石隧道塌方产生机理,提出洞内塌方综合处治技术,并结合现场监控量测数据对处治效果进行评价。研究表明,塌方的产生是多因素共同作用的结果,地质因素为主要因素,设计因素、施工因素在某种程度上促成了塌方的产生;砂卵石地层塌方机理属松散介质垮落型,失稳模式为重力坍塌破坏;结合现场监控量测数据,"密排短管棚、三台阶预留核心土+锁脚锚管、注浆回填、洞内临时支撑"防塌方综合处治技术应用效果显著。研究成果可为类似工程的设计和施工提供科学的理论依据,具有重要的参考价值。     

基于颗粒流的砂卵石隧道围岩变形机理研究

砂卵石围岩可视为离散颗粒的集合,颗粒微观的力学参数会影响到宏观中围岩的物理力学参数,导致力学行为的变化。为解决松散砂卵石地层隧道在施工开挖过程中硐室变形量大、局部漏砂严重且支护体破坏严重的难题,基于颗粒流离散元理论并结合现场实测,分析研究了砂卵石地层侧边竖直临空面及底部水平临空面的自稳能力,并进一步模拟研究砂卵石地层圆形洞室开挖及支护过程的颗粒流响应特征。结果表明,推荐砂卵石地层开挖形成的侧边竖直临空面高度应小于2m,并在2h内施作完成支护结构;当底部临空面孔径超过1cm后,砂卵石地层完全失去自稳能力,应封堵临空面,防止持续漏砂;推荐拱部施作超前支护并采用5m开挖高度,可使超前支护应力最小且不发生破坏,拱顶沉降和地表沉降均为最小。     

砂卵石地层隧道洞内短管棚支护开挖技术应用研究

砂卵石地层自稳能力极差,采用常规管棚施做时开挖工作腔室难度大,造成隧道开挖、支护困难,因而砂卵石地层隧道施工的重点和难点集中在超前支护方法与钻孔工艺。以青海海东循-隆高速公路穿越公伯峡砂卵石地层隧道为工程背景,针对松散砂卵石隧道在开挖过程中极易坍塌和漏砂的技术难题,在常规的管棚支护加固基础上,创新提出砂卵石地层条件下洞内密排短管棚超前支护施工技术,经现场应用支护开挖效果显著,保证了隧道的顺利贯通。本文重点阐述了砂卵石地层隧道洞内短管棚支护开挖技术的施工工艺及关键技术,对后续类似隧道的施工具有重要借鉴意义。     

多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律

针对高温多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律开展深入的理论分析、数值模拟和现场监测研究。首先，基于热传导理论，建立隧道衬砌和围岩径向传热模型，利用叠加原理和拉普拉斯变换法求得寒区隧道衬砌和围岩的温度场理论解；其次，建立洞内空气的传热微分方程，根据能量守恒原理，建立隧道纵向洞内空气与洞壁的气-固耦合传热模型，结合径向温度场理论解，提出多年冻土区隧道衬砌、围岩及洞内空气的三维温度场计算方法，该计算方法可考虑围岩、衬砌、保温层等多层传热介质及隧道沿洞轴线的不同埋深；最后，根据依托工程现场实测数据，反演围岩的热物性参数，并运用推导的隧道纵向传热模型和横向传热模型，分析姜路岭隧道不同冻土区内衬砌和围岩中的温度场分布规律。研究结果表明：在隧道径向，多年冻土和非冻土围岩温度都会随洞内气温的变化而产生波动，距离围岩表面越近，温度振幅越大，且热量在围岩径向传递过程中有一定的滞后性；在隧道纵向，在一年中最冷时刻，隧道衬砌及围岩温度呈“两端低，中间高”，此时姜路岭隧道围岩、二衬表面最高温度分别为-2.72℃，-7.80℃；在一年中最热时刻，衬砌温度呈“两端高，中间低”，此时姜路岭隧道二衬表面最低温度为1.92℃，但由于受围岩初始地温的影响，围岩表面的温度呈倒V形，最低温度为-1.22℃。