涎流冰病害的防治

在我国北部边疆大兴安岭修建的某公路工程中,不少地段遇到了涎流冰,给施工和养护带来了很大困难。经几年的施工实践,对涎流冰产生的原因、变化规律以及对公路的危害有了初步认识,经采取一些防治措施,取得了一定效果。现就有关问题作如下探讨。一、涎流冰的形成涎流冰多产生在高寒地区,对交通运输妨碍极大。高寒地区夏季短暂,冬季漫长,一般结冰期长达半年。每当进入冰冻期,由于地下水不冻结以及植物覆盖层下的层间水冻结期晚,因而在地下水及层间水露头的地     

高寒地区公路涎流冰病害的治理

1前言涎流冰是高寒地区的一种特殊地理现象，它不分山区或平原，每到冬季诞流冰漫淹公路，轻则阻车，重则翻车，直接危及公路的行车安全，是寒冷地区较典型的公路病害之一。所谓诞流冰就是地下水、涎层水、地表水流露出地面冻结而成的冰流或冰坎。2涎流冰形成的原因及分类涎流冰的产生是由于公路上测土壤中的各种水或沟溪中的水，在下移过程中，水流被下降的气温冻结，同时，通过日照消融、夜晚又冻结而层层诞流结冰。将其归纳，可分为泉水涎流冰、潜水诞流冰和溪（沟）水涎流冰三种类型。在勘测时，必须作全面细致的水文、地质、地理调查，…     

铜黄高速公路涎流冰室内外试验及新型防治措施研究

通过饱水粗粒土与饱水细粒土的冻结试验,得出饱水粗粒土的冻结是形成公路涎流冰的内部条件,三层体中形成的密闭体系是其形成的外部条件的结论。根据病害形成原理和成因分析,借鉴传统防治措施,针对路堑边坡提出蓄冰沟与渗井结合的新型防治措施,并使用Midas/GTS软件对蓄冰沟与渗井措施进行应力与渗流耦合数值模拟分析。发现采取新型防治措施(工后)坡面的水头、孔隙水压、渗流速度以及位移和未采取新型防治措施(工前)相比都明显减小,现场观测到坡面夏季渗水量和冬季涎流冰体积大幅减小,工后效果良好。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

冻土导热系数的聚合模型研究及试验验证

为揭示土体冻结过程中导热系数的变化规律,建立基于均质球形颗粒的聚合几何模型。该模型由若干半径相等的球形土颗粒在正交方向上堆积而成,且土颗粒之外的区域全部被液态水填充。依据孔隙水首先在远离土颗粒的区域开始冻结的客观规律,建立冻结核在球形颗粒之间的几何中心产生并呈同心球向外扩展的聚合模型。基于土颗粒、水、冰的三相组成,从饱和冻土的组成和球形颗粒之间的接触等微观角度出发,建立导热系数的混合流计算方法。依据建立的几何模型和未冻水含量测试结果,结合给出的导热系数混合流计算方法,能够确定冻土在不同负温阶段的导热系数。另外,给出修正的正交热传导几何模型以计算不同干密度冻土的导热系数,并将混合流计算方法得出的预测值分别与Johansen法、Wiener法的预测值和探针法的实测值进行比较。研究结果表明：提出的混合流计算方法能够高精度地预测高温冻结阶段砂土的导热系数;聚合几何模型解答了干密度较大的土体冻实后的导热系数不一定较大的现象,具象地揭示出冻土导热系数随不同负温变化的原因是土中冰体含量的动态变化;依据冻结核产生位置建立的混合流导热系数计算方法,赋予了Wiener法在冻土导热系数预测中的具体物理意义;聚合模型和混合流导热系数计算方法能够对冻土在不同负温阶段的导热系数进行可靠预测,该研究期望为寒区和冻结法中的水-热-力耦合问题研究提供保证。     

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。     

孔隙水作用下浅埋圆形隧道支护反力上限计算

浅埋隧道的支护反力的确定是控制隧道围岩稳定性的关键,针对浅埋圆形隧道,基于极限分析上限定理和一定的假设,考虑了孔隙水压力作用,计算了内能耗散和外力功率,得到了孔隙水压力作用下浅埋圆形隧道的支护反力的上限解,将浅埋圆形隧道的支护反力求解转化成一个数学优化问题,并利用MATLAB编制相应计算程序。计算结果表明：埋深H、内摩擦角φ、洞径h、孔隙水压力系数λ都对浅埋圆形隧道的支护力有很大的影响。     

西藏公路涎流冰基本特征与危害分析

涎流冰是高寒地区的一种独特的工程地质现象。在西藏地区冬春季节集中出现,而且分布较广,在东部山区尤其严重。从涎流冰的形成及成因中不难发现,西藏的地理位置及气候特点决定了西藏公路涎流冰具有全地域性、病害规模大等基本特征。涎流冰在路面上形成几十米以至数百米的冰面,形成交通安全的黑点,而且经过多次冻融又对路面和构造物形成冻融性破坏,严重影响公路的使用功能。文章针对西藏公路涎流冰的基本特征与危害进行了详细的描述和分析。     

复杂条件下浅埋矩形隧道围岩压力的极限分析

针对浅埋矩形隧道,在孔隙水、地表荷载作用等复杂条件下,采用极限分析法推导了围岩压力的上限解表达式,并利用序列二次优化算法得到了围岩压力的上限解;通过对比分析,该计算方法可行,但围岩压力计算结果用于结构设计时应适当增大边墙下部侧向压力值。分析了各参数对浅埋矩形隧道围岩压力的影响,结果表明侧压力系数、粘聚力、内摩擦角、埋深、地表荷载及孔隙水压力系数对拱顶、边墙的围岩压力都有很大的影响,特别是在侧压力系数与孔隙水压力系数的影响下围岩压力的变化幅度非常大,预防支护力不足会引发垮塌事故,建议施工过程中针对不利地段做好支护措施与防排水处理。     

厄立特里亚扎拉河地下水资源评价与可开采潜力分析

为了确保科卡金矿项目可以获得持续性供水,避免过度抽水导致周边地区生态环境失衡,通过抽水试验、地震勘探等方法对地下水资源进行评价,并建立了水均衡模型,探究该地区地下水的可开采潜力。结果表明:该地区含水层具有高渗透性,出水量超过20 L/s,总存储量计算值为5.3 Mm3;较厚的冲积含水层可满足该项目运行8年的用水需求。水均衡分析结果显示,平水年的河道径流可以提供足够的入渗补给,使含水层恢复至最大储量;模拟3种气候条件下,含水层出现的平均降深为2.21~2.65 m,平均地下水位约为15.1 m,且从含水层中抽取水对周围环境并无显著影响。     

寒区引水隧洞围岩冻胀特性分析——以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为例

为解决寒区水工隧洞围岩在低温作用下孔隙水相变引起的冻胀问题,以新疆布伦口水电站引水隧洞工程为依托,基于弹塑性力学理论,采用有限元建模分析方法,考虑低温水-冰相变引起的围岩热力学参数变化,使用有限元软件建立温度-渗流-应力耦合模型,计算围岩冻胀力弹塑性解析解及围岩瞬态温度场、冻胀应力和位移,分析冻深变化规律以及冻胀前后的应力变形规律。研究结果表明:1)受低温影响围岩孔隙水发生相变,冻结圈随时间推移向围岩内部移动,冻深随之增大,且冻结计算时间200d内最大冻深为2.04m;2)围岩受冻胀作用后的应力为0.392～0.527MPa,较冻胀前相比有一定幅度的增长;3)围岩水平位移变为-0.36mm,竖直位移由冻胀前的-9.59mm变为-8.41mm,围岩状态表现为水平收缩0.36mm、拱顶沉降1.18mm。     

天津吹填泥浆成壳的监测与分析

为研究天津吹填泥浆成壳过程土体中的孔隙水压力与壳体沉降量的变化以及壳体厚度的形成,设计了六种不同的真空预压新型水平排水体。通过模拟试验发现,壳体的沉降量与壳体的厚度成正比,土体中负的超静孔隙水压力随着深度以及至排水板距离的增加而减小。土体中孔隙水压力、壳体沉降量以及壳体厚度均与排水路径有关。研究成果对于了解吹填泥浆成壳机理具有一定的指导意义。     

基于孔隙结构的土体未冻水含量滞回效应研究

冻结特征曲线（SFCC）是描述负温与土体内部未冻水含量之间的关系曲线，是非饱和冻土研究的重要基础。冻融循环是冻土研究的关键因素。以粉土和黏土为试验对象，采用低场核磁共振（NMR）技术，测得了土体在冻融循环作用下的冻结特征曲线和孔隙结构分布图，研究土体在冻融循环作用下冻结特征曲线的变化。试验结果表明：随着循环次数的增加，土体孔隙分布发生了变化，进而导致冻结特征曲线滞回圈和特征温度点的变化，冻结特征曲线变化的本质是孔隙结构的变化；从微观结构出发得到了基于孔隙结构的SFCC表达式，指出融化过程的冻结特征曲线是主冻结特征曲线；结合试验数据的对比分析，模型有效展示了多次冻融循环下土体冻结特征曲线的滞回效应，适用于多次循环下的非饱和冻土。     

浅覆土条件下盾构隧道同步注浆现场试验研究

盾构隧道不同覆土条件会造成隧道受荷体系的大小及分布形式发生改变,对软土地层超浅覆土下盾构隧道同步注浆作用机理的研究具有重要意义。结合沿海地区某盾构隧道工程实例,针对盾构法隧道超浅覆土同步注浆施工中面临的土层管片受力不均衡、受施工影响敏感性较强等问题,研制出一种新型同步注浆浆液。通过现场监测和理论分析等方法,研究了土压力及孔隙水压力与埋深及盾构开挖位置的关系,重点分析了超浅埋盾构隧道同步注浆施工过程中隧道周围地层土压力的分布模式及孔隙水压力的变化规律,并给出了超浅覆土段盾构同步注浆施工的合理注浆参数。研究成果可以为类似工程的设计与施工提供理论指导。     

浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素分析

浅埋偏压隧道存在较为不利的非对称压力,易造成隧道发生塌方等事故,建设过程中采用合理的隧道支护力学参数显得尤为重要。围岩松动圈理论为隧道支护提供了可靠依据,但浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素较多、原因复杂;通过对隧道现场充分的调查分析,遴选4个主要的影响因素:地下水、隧道岩层产状、隧道地形偏压情况以及隧道埋深;基于二次正交组合设计原理,采用4因素5水平试验方案,通过声波测试,按照对应设计水平进行了17次隧道现场围岩松动圈测试。经过计算分析得出显著性最大者为围岩含水情况,其次为隧道埋深和偏压率,岩层产状对围岩松动圈影响最小。     

地下水位对地基强夯加固效果影响现场试验

黄河冲积平原区地下水位季节性变化大,对地基强夯加固效果造成影响。为研究地下水位变化对强夯加固效果的影响,确定强夯合理地下水位及施工参数,在济(南)东(营)高速公路粉土地基段进行了现场试验。试验采用井点降水降低地下水位,通过观测和分析不同水位强夯超孔隙水压力变化及地面沉降,得出如下结论:地下水位较高时,强夯单位夯击能引起的地面沉降量较小,单次夯击超孔隙水压力增量较小,夯后超孔隙水压力消散时间较长,有效加固深度变浅;地下水位对强夯超孔隙水压力的径向影响不明显,夯击能为1 500kN·m时径向影响范围为3~4m;地下水位越高,强夯时土体越容易出现液化,降低地下水位能够有效减轻土体液化程度;为保证加固效果提高施工效率,地下水位较高时强夯宜采取少次多遍的夯击工艺。     

黄土地区季节性冻融触发滑坡的机理分析

中国北方春秋季节常有滑坡发生。秋季发生的滑坡多由降雨引起,初春发生的滑坡多由冻融引起。这种冻融作用触发的滑坡在甘肃省黑方台地区最为典型。为了研究冻融诱发滑坡的基本特征和破坏机制,对黑方台地区的滑坡进行了现场调查,并对典型滑坡进行了地表温度和孔隙水压力的检测,在室内进行了偏应力不变、平均有效应力逐渐减小的三轴剪切试验来反映孔隙水压力逐渐增大时黄土的强度特性。结果表明:冻融作用分为冻结期、冻融期和融化期3个时期。冻结期使得地下水排泄受阻,坡体内孔隙水压力增大,土体抗剪强度降低,进而降低了边坡稳定性;融化作用使地下水突然释放,产生很高的水力梯度,也降低了斜坡的稳定性,最终导致滑坡发生。     

公路涎流冰的勘察要点与防治措施

论述了公路涎流冰勘察要点,并针对性地提出了涎流冰的防治工程措施,对指导涎流冰地区公路勘察设计工作,提高涎流冰地区公路建设质量和安全运营具有一定的现实意义。     

浅埋隧道段地表高压旋喷桩抗渗效果评价研究

选取桩间土透水率降低率、桩体透水率降低率、围岩孔隙水压力降低率作为评价指标,建立了基于熵权法的定量和定性效果评价模型,评价地表高压旋喷桩在隧道浅埋段的抗渗效果。通过某山岭隧道现场压水试验和围岩水压力监测得到评价指标实测值和熵权法分析的原始数据,完成了该隧道浅埋段地表抗压旋喷桩抗渗效果的评价,评价等级为“较好”;现场开挖揭露的情况与评价结果较为吻合,表明评价模型的可靠性。     

水位涨落对库岸滑坡孔隙水压力影响的非饱和渗流分析

以某高速公路库岸滑坡为工程背景,根据饱和一非饱和渗流控制方程,针对不同滑坡体渗透性和库水位升降速率,研究库水位变化条件下滑坡体内孔隙水压力的动态响应,得到：①水位升降时,在相同的入渗条件下,饱和渗透系数对初始地下水位有明显的影响;增大饱和渗透系数能降低地下水位,使地下水位线变得平缓,滑坡体的动、静水压力减小,有利于稳定;②增加库水位升降速率,地下水位响应滞后变得显著,地下水位线形态整体变陡,滑坡体的动水压力增大,不利于边坡稳定性。