弱含水层干扰井群人工井点降水水位降深研究

一般情况下按隔水层考虑的粘土层及粉质粘土层,由于其内部存在微结构决定的特殊地下水,在工程中需作降水处理.弱含水层的降水设计计算与富水层不同,弱含水层渗透系数远小于富水层,在其他条件相同的情况下,其影响半径也远小于富水层,故在弱含水层降水过程中出现井内动水位与基坑底面静水位相差较大的现象.在弱含水层干扰井群降水计算时,不能按各单井等涌水量考虑,且不一定所有井都对计算点水位降深产生干扰.以长春站南北广场地下通道工程为背景,提出了弱含水层干扰井群降水计算方法,即在确定对计算点产生干扰的井数基础上,考虑各井涌水量不等,推导了弱含水层干扰井群水位降深计算公式.最后进行了具体工程实例中实测结果与计算结果的比较验证.     

地铁深基坑附属结构降水设计和计算

地下水的控制在地铁施工过程中起到举足轻重的作用,为了探讨长江一级阶地承压水位降深设计及周围环境的影响,采用承压水非完整井计算原理和地基沉降理论计算方法,对深基坑附属结构进行降水设计和地下水位降深引起的地基沉降评价,研究表明：长江一级阶地层依据承压水理论计算的降水井数量及降水构造符合工程建设要求,降水1.5 d可满足现场作业条件,地下水位降深8 m引起地层沉降为38.4 mm,满足基坑控制值<40 mm的控制要求,但远大于降深6 m引起的地层沉降18.3 mm,所以在实际工程中需精确开启对应的降水井数量,不宜大面积降水,降深取较小为宜,并且降水后应注重地层沉降监测。     

钢筋混凝土拱桥极限承载力的参数分析

采用空间有限元模型,研究了活荷载分布方式、拱圈混凝土的强度、拱圈面内的抗弯刚度、矢跨比和初始几何缺陷等参数对钢筋混凝土拱肋极限承载力的影响。研究结果表明:拱圈混凝土的强度、拱圈面内的抗弯刚度和矢跨比是决定大跨度钢筋混凝土拱桥极限承载力的3个关键设计参数;初始几何缺陷会降低结构的极限承载能力,但降低的程度很小,一般情况下可以忽略该参数的影响;矢跨比在一定范围内取值时,随着矢跨比的降低,钢筋混凝土拱桥的极限承载能力也随之减弱,且不同的矢跨比取值范围对极限承载力的影响程度不同。     

曲线钢混凝土组合梁桥剪力滞效应影响参数研究

为研究曲线钢混凝土组合梁桥各种设计参数对于其剪力滞效应的影响,通过有限元软件Midas FEA建立不同参数情况下的曲线钢混凝土组合梁桥模型,并进行非线性分析,得到其横桥向的剪力滞曲线,结果表明:曲率半径越大,剪力滞系数越小;混凝土板厚度越大,剪力滞系数越小;钢梁高度越高,剪力滞系数越小。研究结论:曲率半径对全桥整体的剪力滞效应影响较大,而混凝土板厚度与钢梁高度对应于混凝土板与钢梁底板剪力滞效应有所影响。     

粉土路基强度折减法边坡稳定性分析

采用粉土作为填筑材料的路基受雨水或地下水浸泡冲刷,其强度发生衰减,以浙北地区长三角粉土为例,首先通过室内试验获取该类型粉土化学、矿物组成,得到其物理力学性质,以及作为路基填土所需的压缩、渗透性能与抗剪强度;在此基础上建立有限元模型,采用强度折减法计算粉土路基边坡稳定系数,定义不同水位高度的4种工况,得到不同程度的粉土路基强度衰减后稳定系数。     

水位变化对山区沿河半填半挖路基稳定性的影响分析

研究了水位变化对山区沿河半填半挖路基稳定性的影响,水位变化速度越快,路基整体安全系数越小,路基填料渗透系数越大,路基整体安全系数越大。因此,设计沿河路基边坡支挡防护工程时,应考虑河道水位实际变化规律对路基整体稳定的影响;半填半挖路基填料宜采用渗透系数较大的填料。     

Ⅰ型裂纹稳定扩展裂尖塑性区研究

运用FRANC2D/L软件分别对6.35 mm和2 mm两种厚度Arcan试件的Ⅰ型裂纹稳定扩展进行数值计算,研究了该软件的网格划分技术对计算结果的影响,发现该软件的计算精度主要受裂纹区的网格密度影响（当裂纹面单元与裂纹每步扩展单元尺寸一致时,计算精度好）.通过分析有效应力,研究了材料、裂纹扩展长度及试件厚度对裂纹尖端塑性区尺寸的影响.研究结果表明,材料的屈服应力越大,其裂尖塑性区尺寸越小;塑性区尺寸随裂纹扩展长度的增加,先增大后趋于不变;塑性区的形状与板厚或边界有关,6.35 mm厚的母材及3种焊接板材塑性区成扩散型,2 mm厚的母材成Dugdale模型,25.4 mm以上厚度母材成平面应变模型;裂纹启裂时,塑性区随着厚度的增加而减小,最终不变.     

桩底土与桩相互作用的模型试验研究

选用黄河砂子、南疆盐渍土作为桩底土进行桩土相互作用的模型试验,应用回传射线矩阵法对不同压实状态下桩底土的刚度系数和阻尼系数进行拟合,建立桩顶反射速度波幅与入射速度波幅比随时间、阻尼系数和刚度系数的变化关系式.试验结果表明:土越密实,桩底刚度系数就越大,实测桩顶速度波时程曲线就越往下倾斜;桩底土层的分层层数和分层厚度对反射波产生很大影响.     

各向异性地基中盾构隧道开挖面稳定性分析

将盾构开挖面卸荷引起的主应力轴旋转考虑到"楔形体-棱柱体"极限平衡模型中,基于Casagrande各向异性强度公式,推导得到各向异性地基中盾构开挖面极限支护压力的极限平衡解,最后结合算例分析了各计算参数对极限支护压力的影响。算例分析表明:盾构开挖面极限支护压力随各向异性比的增大而线性减小,在各向异性比小于1时,若不考虑土体强度的各向异性会偏于不安全;在各向异性比大于1时,盾构开挖面极限支护压力随埋深比的增大而先减小后稳定,在各向异性比小于1时,规律则相反,且土体强度各向异性越明显,其变化的幅度越大;盾构开挖面极限支护压力随土体黏聚力的增大而线性减小,随土体内摩擦角的增大而非线性减小。     

轴向循环载荷下扁钢加筋板极限强度研究

为分析带板厚度、加强筋尺寸及循环加载模式对扁钢加筋板极限强度的影响,采用有限元软件ABAQUS,基于初始变形、焊接残余应力和鲍辛格效应,针对不同带板厚度和加强筋尺寸的扁钢加筋板开展了3种轴向循环载荷模式下的极限强度数值模拟。研究结果表明：当扁钢加筋板的带板厚度相同时,经循环载荷后,加筋板的极限强度随加强筋尺寸的增加而下降,其下降程度减缓;当加强筋尺寸相同时,经循环载荷后,加筋板的极限强度随带板厚度的增加而下降,其下降程度加剧;当循环载荷的幅值由大到小时,扁钢加筋板的极限强度下降程度最大;在等幅循环载荷时,扁钢加筋板循环后的极限强度下降程度最小。     

库水位涨落条件下滑坡地下水渗流场动态特征

为探讨库水位升降对滑坡地下水的动态作用机理,以三峡库区石榴树包滑坡为例,采用有限元法,模拟了5种工况下库水位升降速率及不同渗透系数下滑坡体内地下水的暂态渗流场特征.研究结果表明:滑坡体内地下水渗流浸润线受水位升降速率与坡体渗透系数的共同影响;库水位上升条件下,当滑体渗透系数大于1×10-4 m/s,且水位上升速率小于渗透系数时,滑坡体表现为蓄水同步型.库水位下降条件下,当滑体渗透系数小于1×10-6 m/s时,库水位发生骤降;渗透系数介于1×10-4~1×10-5 m/s之间时,库水位表现为缓降;渗透系数大于1×10-4 m/s时,渗流浸润线与库水位保持同步下降.      

Numerical Study on Groundwater Drawdown and Deformation Responses of Multi-Layer Strata to Pumping in a Confined Aquifer

Pumping artesian water from porous media inevitably reduces the groundwater head and promotes soil consolidation,which may result in regional land subsidence.In this study,a fluid-mechanical coupled numerical model is developed to investigate the dewatering-induced groundwater drawdown and deformation responses for multi-layer strata.The relation between the stratum deformation and groundwater drawdown is discussed.The results show that the pumping process can be divided into four stages.The development of vertical deformation is inconsistent with the change of the pore pressure for the strata except for the confined aquifer at the early stage of pumping.The strata expand while the pore pressures reduce.This inconsistency may be due to the large unloading in the confined aquifer at the early stage of pumping.Soil arch comes into being owing to the constraint of the surrounding soils when the large unloading occurs in the confined aquifer; this can reduce the stratum compression and cause the expansion of the layers.It can be concluded that as the pumping continues,the decrease of the pore pressure dominates the vertical deformation and results in the soil compression in all strata.     

岩溶塌陷演化过程中的水—土—岩相互作用分析

分析了岩溶塌陷演化过程中物理力学中的水－－土－－岩相互作用,并对作用模式进行了探讨,分析结果表明岩溶塌陷的发育和水－土－岩相互作用密不可分,塌陷的物质载体是盖层土体和岩层的顶板,而地下水赋存于岩土体内,地下水和岩土体之间存在着复杂的物理力学,化学作用,土体和岩体之间也存在着应力传递和物质舆作用,反之,岩土体结构和稳定状态的变化也改变地下水的渗流运动状态,从而又反过来影响岩土体的结构和稳定状态,直至塌陷的发生。     

地下水对人类活动的影响

岩土边坡、地下洞室、大型水库、拦河大坝、石油开采、矿石开挖以及环境污染评价、地下水开发、植物生长等众多人类活动均与地下水有关 .笔者通过用实例 ,从水文循环、地面沉陷、边坡稳定、大坝安全、坑道施工、诱发地震等多方面出发 ,分析了地下水对人类活动产生的巨大影响 .     

边坡荷载作用下的边坡稳定性

分析路基边坡稳定性时考虑的主要因素有边坡的土质、土体的含水率、边坡的几何形状、水的冲刷及地震等,但没有考虑边坡台阶上面的荷载。为了研究边坡台阶上面的荷载对边坡稳定性的影响及影响的程度,采用传统的条分法,通过算例对边坡荷载作用下边坡的稳定性进行了分析,并对比了在无边坡荷载作用下时边坡的稳定性。计算表明:边坡荷载对上边坡的稳定性影响很小,但是使下边坡的稳定性大大低降,从而使边坡的整体功能不能有效的发挥。     

降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理

为探究降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理, 自主研制了足尺模型试验系统和光纤布拉格光栅(FBG)深部柔性位移系统, 对边坡渐进破坏进行了全过程、多物理量联合监测, 揭示了降雨入渗作用下裂土边坡的渐进变形和破坏演化模式; 基于裂土边坡的渐进破坏模式, 提出了土体饱和比概念, 将裂隙深度范围滑体分为饱和层和非饱和层; 以土体饱和度变化描述了含随机分布裂隙的边坡水分运移规律, 并结合刚体极限平衡法探讨了由裂隙控制的边坡失稳机制。研究结果表明: 对于未形成裂隙的边坡, 连续降小雨时浅层变形受表层基质吸力控制; 裂隙形成后, 雨水沿裂隙快速入渗形成暂态饱和区, 导致基质吸力降幅达82.50%~87.14%, 而由其贡献的抗剪强度迅速损失, 从而形成初期溜滑、片蚀等浅层变形, 降雨停止后坡体仍处于蠕变过程, 坡脚与坡顶位移增幅分别为23.40%和19.39%;蒸发后裂隙规模发展增大了雨水对渗流场的影响范围和边坡破坏规模; 土体经历胀缩、蠕变而变得松散, 裂缝区深部土体体积含水率较初始状态的增幅为205.7%;同一降雨条件下, 初始裂隙深度愈深, 稳定系数愈低, 破坏愈快; 对具有同一裂隙深度的边坡, 其稳定系数随土体饱和比的增加逐渐降低, 土体饱和比增长愈快, 表征边坡内部出现大面积连通型饱和区, 这是裂土边坡出现整体失稳的主要原因。      

粗颗粒盐渍土工程特性研究进展

从盐渍土的分布状况出发, 阐述了合理利用粗颗粒盐渍土的环保性和重要性; 基于单因素盐胀试验结果, 结合多因素交互作用下的盐胀试验, 分析了土、水、盐、温、力5要素对粗颗粒盐渍土盐胀量的影响效果; 通过现场和室内溶陷试验结果对比, 概括了粗颗粒盐渍土溶陷特性的典型规律; 梳理了不同工况下粗颗粒盐渍土冻融循环试验成果, 完善了粗颗粒盐渍土现有的改良方法, 提出了粗颗粒盐渍土工程特性的研究方向。研究结果表明: 粗颗粒盐渍土的物理力学性质与其颗粒组成和含盐量关系密切; 地域不同, 粗颗粒盐渍土的颗粒级配亦有所差别; 温度、含盐量、含盐类型、含水率、初始密度和上覆荷载均是影响粗颗粒盐渍土盐胀量的重要因素, 且存在一定的交互作用; 建议在将粗颗粒盐渍土用作路基填料时, 应充分考虑各个因素对盐胀量的影响, 有效利用具有抑制盐胀作用的因素; 现场和室内溶陷试验均是测定盐渍土溶陷率的有效方法, 但粗颗粒盐渍土室内溶陷试验需要在考虑土体颗粒粒径效应的基础上完善、规范; 冻融循环试验可近似模拟粗颗粒盐渍土的实际工况, 直观反映其温度、水分与变形等规律, 但在进行试验方案设计时, 需综合考虑实际工程中的各种环境因素, 不同因素的组合对冻融循环试验结果影响较显著; 在进行粗颗粒盐渍土工程特性改良时, 应充分利用现场材料, 火山灰、粉煤灰等具有较好的改良效果; 应建立水-热-盐-力四场全耦合模型以进一步完善粗颗粒盐渍土盐胀机理。      

浅埋盾构穿越渗透性地层时极限支护压力分析

基于半承压水模型综合考虑土压盾构穿越渗透性地层时覆土层及下卧层的渗透性,推导了盾构穿越层中沿掘进方向的水头分布的解析解,将其与现有的二维渗流场的解析解结合扩展为相应的三维近似解. 同时采用数值仿真得到稳态渗流条件下浅埋渗透性地层的主、被动破坏模式,建立了相应的柱体+弧形转角体模型,将前述三维渗流场引入该模型,通过力矩平衡法得到了相应两种极限状态下开挖面支护压力的计算公式,与既有结果进行对比,此计算方法更接近数值解. 研究发现:施工对开挖面前方渗流场的扰动基本局限在3倍洞径以内,主、被动极限支护压力的值随水头差的增大均线性增加,盾构直径和水头差是影响主动极限支护压力的主要因素,拱顶埋深与盾构直径是影响被动极限支护压力的主要因素,实际施工过程中,支护压力值应尽可能接近水土分算下的土体原始地层侧压力值,并在其附近（最好在其上方）小幅度波动,波动范围应以变形控制标准为依据.      

顺层岩质路堑边坡稳定性数值极限分析

针对顺层岩质路堑边坡稳定的关键影响因素,采用有限元强度折减法,研究了边坡高度、坡顶堆载及工程防护对具一组贯通软弱结构面的顺层岩质边坡模型稳定性的影响,并与传统极限平衡法进行了对比验证。研究结果表明:边坡坡度大于岩层倾角时对稳定不利,安全系数随边坡高度增加而降低;坡顶堆载时,安全系数的降低取决于荷载和贯通塑性区的相对位置;挡土墙或锚杆通过对塑性区贯通带的阻截使塑性区转移到其他更薄弱的结构面,从而提高安全系数,塑性区贯通带的转移去向取决于初始支撑强度;基于Drucker-Prager屈服准则的安全系数有限元计算结果比基于莫尔-库仑准则的传统极限平衡法计算结果平均高出约22%,与郑颖人等约为25%的研究成果非常接近,说明有限元强度折减法可行。     

Numerical simulation of drawdown and land deformation in pumping-recovery tests performed on a circular excavation

A mathematical model, which not only fully couples fluid flow and solid skeleton deformation in unsaturated porous elastic media but also considers deformable diaphragm walls, is formulated in axially symmetric cylindrical coordinates for drawdown and land deformation. Based on this model, pumping-recovery tests in various conditions are numerically simulated to reveal the effects of elastic modulus of soil E and initial saturated hydraulic conductivity K_(sat0) on hydraulic head and land deformation. The heterogeneity with respect to E and K_(sat0) is separately taken into account. Large elastic modulus of soil contributes to both dewatering process and deformation control. Either large or small initial saturated hydraulic conductivity may cause relatively high groundwater table, while the larger one leads to smaller displacements.