道路工程中碎石散粒体材料极限二次松散系数试验研究

研究了碎石散粒体材料极限二次松散系数的测定方法并设计了测试装置.试验分析了不同粒径、颗粒形状、不同含水率、含泥量及级配对散粒体材料极限二次松散系数的影响.试验表明,随着碎石散粒体材料粒径的增大,极限二次松散系数呈现先增大后减小的趋势,且相同粒径的碎石相比卵石具有更好的松散能力.随着含水率的增大,碎石散粒体材料的极限二次松散系数先下降后增加.含泥量对碎石散粒体材料的影响很大,尤其是对于小粒径的碎石散粒体材料.级配碎石散粒体材料的松散性较单一粒径的松散性差.     

水泥混凝土路面下碎石层缓冲差异沉降前后力学分析

在碎石层缓冲路基差异沉降的基础上,分析了碎石层变形缓冲前后支撑模量的变化,并提出了有限元计算模型,计算了水泥混凝土路面在均匀支撑、有碎石层差异变形缓冲调节后、无碎石层完全脱空等3种支撑状态下的挠度及应力。根据模型计算结果发现,碎石层不但可以从变形上消除路基出现的差异沉降,而且可以减小路面结构在差异沉降发生时产生的附加应力。     

堆积体边坡碎石土抗剪强度试验研究

基于大型室内直剪试验结果,对含石量及含水量分别与堆积体边坡碎石土黏聚力及内摩擦角的关系进行了深入研究。结果表明：碎石土黏聚力的大小随着含石量的增加,表现出先逐渐增大后减小的趋势,内摩擦角随着含石量的增大表现出逐渐增大的趋势;黏聚力随含水量的增大有一定程度的增大,超过碎石土中细粒土塑限含水量后逐渐减小。基于试验结果,将碎石土的黏聚力表示为含水量与含石量的二元函数,并提出了考虑饱和度与基质吸力影响的碎石土的抗剪强度公式,将有助于准确评估降雨作用下碎石土边坡的稳定性。     

基于离散元的顺层岩质边坡加固及稳定性分析

为研究顺层岩质边坡加固机理及稳定性问题,基于离散元方法,利用FLAC 3D软件建立二维模型,对岩体参数敏感性进行了分析,同时得出抗滑桩加固机理。主要得到以下结论：岩层倾角、坡角、内摩擦角和黏聚力对顺层岩质边坡稳定性影响显著,边坡安全系数对坡角和内摩擦角的改变更为敏感;内摩擦角以及黏聚力的增大会导致边坡抗剪强度增大,使抗滑力大于下滑力,进而使顺层岩质边坡安全系数增大;通过研究抗滑桩的布设以及桩间距,发现桩间距为2D~3.5D时,桩位5号时为最优布设位。     

区间隧道暗挖施工引起地表沉降数值分析

以某地铁暗挖区间隧道施工为工程背景,运用MIDAS-GTS数值模拟,探讨了隧道埋深、地层条件、支护条件等因素对地铁区间隧道暗挖施工引起地表沉降的影响。研究结果表明:随着隧道埋深和土体弹性模量、黏聚力及内摩擦角的增大,均使开挖过程中的土体扰动效应减小。而支护强度对最大地表沉降量Smax、地层损失率Vl及沉降槽宽度系数i的影响不明显。     

粒状土与结构接触面强度特性粒径效应影响研究

为研究颗粒粒径对典型粒状土与结构接触面剪切特性的影响,开展了不同粒径范围粗粒土与混凝土接触面大型直剪试验,分析颗粒粒径对接触面剪切强度及接触面强度参数的影响规律,探讨了接触面剪切强度的粒径效应影响机理。结果表明：接触面剪切强度随土体颗粒粒径的增大而明显增大,且当颗粒粒径与结构表面粗糙形貌比值接近1时,其继续增大对接触面剪切强度影响不再明显;不同剪切位移处接触面剪切应力与法向应力均能较好地满足摩尔库伦破坏准则,剪切过程中接触面内摩擦角随剪切位移的增大而增大并逐渐趋于稳定;而不同粒径条件下接触面表观黏聚力随剪切位移的变化规律有着明显的差异;颗粒粒径的增大能显著提高接触面表观黏聚力,对接触面最大内摩擦角无明显影响。     

冻融循环对含碎石黏土抗剪强度参数的影响研究

以炉霍G317国道山坡上的含碎石黏土为研究对象,通过室内冻融循环试验,对不同干密度、含水量、冻融循环次数下的试样进行常规土力学试验,分析冻融循环前后土体对抗剪强度参数的影响。试验结果表明:随着冻融次数的增多,含水量为16.7%和21.4%的试样黏聚力增大,内摩擦角减小,而含水量为19.0%的试样则是黏聚力减小,内摩擦角增大;在相同的冻融次数下,不同含水量的试样内摩擦角均随着干密度的增大而增大,而黏聚力则相反;不同干密度的试样黏聚力和内摩擦角均随着含水量的增大而减小。     

大粒径碎石桩在桥头软基处理中的应用

大粒径碎石桩能克服由于地基强度较低而难以成桩的问题,它是超软弱淤泥地基土加固处理方法之一.实测资料得到,碎石桩复合地基承载力标准值比天然地基提高了2.8倍左右.实测沉降量比相邻段用砂井加土工布处理,沉降量减少约30%.地基加固效果显著.实测沉降速率表明,只要大粒径碎石桩施工质量得到保证,路堤填筑期基本上可以不考虑填土速率问题.从桥头相邻两种地基处理方式沉降与沉降速率比较分析得到,碎石桩可起到缓冲过渡区的作用,可减轻桥头跳车问题.介绍了大粒径碎石桩在京珠高速公路广珠段某桥头软基处理中的应用.     

桩承式多层水平加筋复合地基受力与变形分析

主要研究桩承式多层水平加筋复合地基中桩土应力比和桩土沉降。通过建立内外土柱受力变形模型和引入剪切位移法研究了水平加筋体的变形和应力传递规律,并基于内土柱微元体力平衡条件,推导出了桩土应力比n、差异沉降等计算公式。通过工程实例的分析计算,验证了公式的可靠性,分析了各影响因素与桩土应力比的关系。结果表明：随着桩土沉降差△s的增大,n也变大;随着内摩擦角P的增大,n是先增大后减小,且当φ=300时,n达到最大值;n与粘聚力c基本呈线性关系,与桩间距L近似呈双曲线关系。这与工程实例测试结果较为吻合。     

双向土工格栅处理桥头跳车的试验研究

为了研究桥头跳车问题,对采用双向土工格栅加筋与短搭板相结合的方法在武汉阳逻长江大桥接线上进行了实体工程试验研究,对桥头加筋和没有加筋路堤的分层沉降和地基沉降,以及路堤中的土压力进行了对比观测。建立了考虑土工格栅-土界面接触特性的有限元模型,分析了双向土工格栅加筋层数、层间距、格栅的抗拉模量,桥头路堤填土的模量、粘聚力、内摩擦角和地基土的力学性质时桥头路堤沉降的影响规律。结果表明,采用双向土工格栅加筋和短搭板相结合的方法,可以达到消除桥头跳车的目的;从桥头路堤表面向下以一定层间距布设加筋层,随加筋层数的增多(加筋深度随之增大),外荷引起的附加剪应力能向更深处传递,是加筋效果提高以致桥头差异沉降减小的重要原因,但最大有效加筋深度约为2.5～3.6m;当格栅层数一定时,如果采取等间距布置,适中的层间距时桥头路堤沉降最小;增加填土的弹性模量和内摩擦角或土工格栅的刚度,可以有效降低双向土工格栅加筋的桥头路堤沉降。     

振动压实过程中填石料破碎分形机制研究

填石料大量应用于山区高速公路建设中,通过进行填石料现场振动压实试验的基础上,取得了填石料在振动压实过程中颗粒级配的数据和填石层的压缩沉降量。通过引入分形理论对填石料的颗粒级配数据进行分析,发现采用分形理论可以合理的描述填石料在振动压实过程中颗粒破碎的特征。采用分形粒子模型对不同压实遍数下填石料的级配数据的计算结果表明,随着压实的进行,填石料的颗粒结构逐步向分形结构转化,这表明填石料的振动压实过程是一个向稳定结构转化的过程。在这个转化过程中,填石料的分数维逐渐增大并趋于稳定临界值,该临界值对工程具有指导意义。     

某核电厂工程软弱夹层地基动力特性分析

以某核电厂工程为例，运用有限差分软件FLAC3D建立地基三维数值模型，研究了该软弱夹层地基的动力响应。结果表明:在水平地震荷载作用下，该地基主要以沉降模式为主，尽管呈现出明显的位移分层现象，但不会产生破坏；在地震荷载初始阶段软岩发生剪胀变形而出现了向上的位移，在地震荷载输入末段，各软岩Z向位移趋于稳定；黏聚力与抗拉强度对地表加速度放大系数几乎没有影响；随着体积模量、剪切模量与内摩擦角水平的增大，地基的地表加速度放大系数也随之增大。     

鸡鸣垭隧道洞口段围岩三维变形监测与分析

通过对广元—巴中高速公路鸡鸣垭隧道洞口段围岩三维变形监测,研究围岩动态变化,提出了水平收敛回归模型和拱顶下沉回归模型,有效地预测洞顶边坡滑动、初期支护破坏等险情,为隧道洞口段安全施工、采取防治措施及确定二次衬砌的施作时间等提供了科学依据。     

泥炭的微观结构及工程性质

从泥炭的微观结构分析入手,研究了泥炭的性质及特点,包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质。通过对苏州泥炭、连云港淤泥、南通淤泥质土3种不同性质的软土进行固结试验,分析了泥炭地基与一般软土地基沉降速率的差别。提出了“次主沉降比”的概念和计算式,采用次主沉降比来确定次固结沉降与主固结沉降的比例。次固结系数与土的次主沉降比有一定关系,对于次主沉降比小于1的土,次固结系数变化很小,可以忽略不计;随着次主沉降比的增大,次固结系数的变化也增大。为了使沉降计算更可靠,建议泥炭地基的沉降计算采用平均次固结系数。     

土工格室在处治路基不均匀沉降中的应用研究

结合广州北二环高速公路路基不均匀沉降处治工程,应用MARC软件,采用基于直接约束的接触迭代算法和COULOMB摩擦模型模拟半填半挖路基挖方段和填方段的非线性接触,对土工格室处治方法进行了数值仿真;并通过土工格室复合体的承载板试验及实体工程的现场沉降观测,对该处治方法的作用机理进行了研究。结果表明:土工格室复合体具有较大的弯拉刚度与抗剪强度,此复合体能够部分隔离应力和位移的传递,从而柔性过渡和协调了半填半挖路基顶面的沉降;它对局部荷载具有网兜效应,使荷载的分布更为均匀;土工格室的加筋作用减小了土中的竖向应力和剪应力,增强了路基的稳定性,从而达到消除路基不均匀沉降的目的。实体工程表明:土工格室是一种有效解决路基不均匀沉降的方法。     

基于强度折减法分析管廊两侧回填土对市政道路的影响

基于土体的本构关系Mohr-Coulomb准则，并对填料压实度进行折减，运用有限元软件建立了道路-地下综合管廊结构数值模型。以长沙某综合管廊项目为实例，研究了三七灰土填料对市政道路的影响。计算结果表明:三七灰土强度折减系数FV=1.5为临界点，随着折减系数FV增大，道路沉降及应力响应明显增大；三七灰土强度参数黏聚力和内摩擦角控制值分别为13.33 kPa和22.55°，施工过程中应保证三七灰土强度不小于控制值；管廊持力层土体应力分布呈边缘大中间小的特点，其中侧墙下部应力最为集中。     

级配碎石抗剪切性能试验研究

利用自行研发的柔性材料剪切性能测试仪,对级配碎石抗剪切性能进行试验研究,分析了级配碎石最大粒径、Taibol公式指数n值、含水量、密实度、侧压力、剪切速率等因素对级配碎石抗剪切性能的影响。研究得出,最大粒径不小于31.5mm、指数n值在0.5以下的级配碎石具有良好的抗剪切能力,控制试验剪切速率在5mm/min以下可以提高试验精度,级配碎石在最佳含水量时具有最佳抗剪切能力,保证密实度在96%以上可以明显提高抗剪切性能,增大侧压力可以明显提高剪切强度,而剪切位移存在最小值。结果表明,利用柔性材料剪切性能测试仪可以有效评价级配碎石的抗剪切能力。     

基于BP神经网络的阿拉套山隧道围岩物理力学参数反演分析

为研究高寒地区设置中心深埋水沟单线铁路隧道的围岩力学参数问题,以兰新铁路新建博州支线阿拉套山隧道为工程背景,基于FLAC3D数值模拟软件联合MATLAB中的神经网络工具箱构建BP神经网络算法,建立隧道开挖位移正演和反演模型,对围岩物理力学参数作反演分析。通过对中心水沟开挖前的拱顶和拱腰监测数据做拟合分析,发现隧道变形已趋于稳定,反演过程不需考虑中心水沟开挖对围岩的二次扰动。以水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值作为输入函数,以围岩的体积弹性模量K、剪切弹性模量G、黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ作为输出函数训练神经网络模型,利用训练好的模型进行所需参数的反演分析。将反演参数代入FLAC3D正演模型计算后,提取中心水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值,与中心深埋水沟开挖前的实际监控量测值相比较为接近。结果证明,围岩物理力学参数的反演较为合理,对于变形的预测较为准确,可为隧道后期工程的施工和优化设计提供参考。     

旧路拓宽地基差异沉降形成机理及控制对策

依托沪宁高速公路(上海段)拓宽工程,选取典型断面,应用分层总和法进行特征点位的地表总沉降和差异沉降计算,并与有限元计算结果进行比较,确认分层总和法适用于旧路拓宽沉降计算。基于分层总和法的基本原理,针对道路拓宽工程的荷载形式,综合分析初始自重应力场、一次附加应力场和二次附加应力场的分布特征,以及应力水平与压缩模量的关系,指出一次附加应力和二次附加应力相向增长的叠加效应是导致旧路边坡区域浅层地基差异沉降显著的主要原因,土层压缩性高是导致深层地基差异沉降的主要原因。结合道路拓宽工程的施工特点,指出旧路路面区域饱和软土层差异沉降控制应通过新路拓宽区域地基处理改变其二次附加应力场分布,降低二次附加应力水平,减小总沉降量以控制差异沉降。