太古公路高边坡的数值模拟及治理措施研究

对太古公路高边坡进行了稳定性评价和数值模拟，说明边坡在开挖后存在局部的失稳，并对边坡工后进行数值分析，指出边坡在治理后可能存在的隐患。     

钻孔原位剪切测试系统设计

为了解决传统原位土体强度测试探测深度浅与过度依赖经验公式等问题,提出了钻孔原位剪切测试系统构想,并设计了样机,整个测试系统由孔内切削子系统和孔内变径剪切子系统组成,前者能够在钻孔内任意位置锚固并切削土环,后者能够对土环进行剪切试验,并通过传感器记录剪切力和剪切位移;基于模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验,进一步检验了钻孔原位剪切测试系统的可靠性。研究结果表明：模型箱钻孔剪切试验的剪切面平行于剪切力的方向,应力-应变曲线符合基本规律;黄土在模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验中均出现应变软化现象,且黄土的峰值剪切强度随含水率升高而下降;在室内直剪试验中黄土发生了脆性破坏,而在钻孔剪切试验中黄土表现出塑性破坏,在相同的孔隙比、含水率与加载压力下,钻孔剪切试验的峰值强度比室内直剪试验大,原因在于室内直剪试验剪切面的应力分布不均匀,而钻孔原位剪切试验的剪切面受力稳定且保持不变,与室内直剪试验相比,钻孔原位剪切测试系统具有更高的测试准度。     

改进灰色理论模型在隧道施工控制中的应用

准确预测隧道变形发展趋势和围岩变形规律是保证施工安全的重要措施。由于深埋隧道围岩变形受到工程地质和施工等复杂因素的综合影响,具有位移序列增长的波动性和随机性。针对此特点,以灰色预测理论为基础,采用柯特斯积分公式对传统GM(1,1)预测模型的背景值求解方法进行优化,并依据相对误差平方和最小准则建立了隧道围岩变形预测的灰色模型[NCBC-GM(1,1)]。以隧道围岩变形实测值作为原始数据,用NCBC-GM(1,1)灰色预测模型对隧道围岩变形趋势进行预测,并与采用相同数据样本建模的传统GM(1,1)预测模型和基于背景值构造优化的GM(1,1)预测模型的估计和预测结果进行了对比和综合分析。结果表明,NCBC-GM(1,1)灰色模型的预测计算结果与围岩变形实测值的吻合程度相对较高,比传统GM(1,1)预测计算模型和基于背景值的构造进行优化的GM(1,1)预测计算模型均方根误差分别降低2.66、0.10 mm,平均相对误差分别降低6.76%、0.23%,预测精度高且稳定性强,能为隧道变形趋势的预测和施工控制提供重要依据。     

黄土边坡坡面防护技术综述

针对黄土裸露边坡水土流失严重的问题,总结了黄土边坡坡面防护技术的重要研究成果,梳理了坡面工程防护技术的发展历程,探讨了边坡植被防护技术的主要研究方向与不足,分析了固化黄土的抗剪强度、水稳特性等护坡性能与效果,展望了黄土边坡坡面防护技术未来的研究趋势。研究结果表明：坡面工程防护技术包括圬工防护技术、骨架结构防护技术、土工格室柔性防护技术等,发展历程为圬工作业逐渐精细化,含细分框格的新结构、新材料、新工艺不断涌现;边坡植被防护技术一般从植被天然护坡效应、植生措施、植物选取搭配开展研究与应用,但由于忽略黄土本身较强的水敏性与较差的土壤肥力,导致坡面植被后续生长乏力,无法单纯依靠植被本身进行坡面防护;不同固化材料处理条件下黄土的护坡性能与效果各有特点,尤其生物胶与纤维可在生态效应和长期稳定性方面起到积极协同作用,使得胶-筋固化黄土表现出优良的抗侵蚀效果和土水保持能力,具有较大的应用潜力和前景;明确工程结构、植被、固化黄土一体化的综合生态护坡技术是边坡防护工程发展的必然趋势,同时提出应将固化黄土防脱技术、生态材料修复技术、边坡防护安全生态监测系统、护坡时效性评估方法以及植物搭配景观设计等方面作为未来的重点研究方向。     

基于锚杆监测的单滑动面边坡动态预警分析及安全分级

为完善边坡锚杆监测预警理论及促进锚杆监测法的广泛应用,基于锚杆实际受力特征和边坡不稳定演变规律,开展研究以确定监测锚杆预警阈值和单滑动面边坡安全分级。首先,对于锚杆监测单滑动面边坡,待加固锚杆及监测锚杆施工完,锚杆灌浆体强度已稳定,将短时间内应力调整及变形发展稳定后的边坡状态定义为边坡初始监测状态。接着,考虑滑动面的抗剪强度参数、滑动面上水压力和地震的不利演变,开展平面应变数值模拟预演分析,获得相对于边坡初始监测状态的监测锚杆轴力增量和序列。再相对于边坡初始监测状态,采用边坡极限平衡稳定分析法分别获得不利演变导致的边坡滑动力增量和抗滑力减少量,从而拟合二者与监测锚杆轴力增量和的函数,并建立边坡动态稳定系数与监测锚杆轴力和的计算公式。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）等关于边坡安全等级和预警的规定,将锚杆监测边坡预警等级划分为：蓝色无警、黄色预警、橙色预警和红色预警。最后,设计了锚杆监测单滑动面边坡算例及2个不利演变独立工况,阐述了采用该方法进行边坡动态预警分析及安全分级的流程。结果表明：针对类似边坡,先结合已有相关资料合理预判边坡影响因素的不利演变规律,再采用该方法进行分析,可达到良好的预警效果。     

聚丙烯纤维加筋黄土的抗剪强度和崩解特性

为检验聚丙烯纤维加筋黄土对边坡坡面的防护效果,基于室内直剪试验和崩解试验,研究了纤维含量、纤维长度及含水率对加筋黄土抗剪强度和抗崩解特性的影响,获得了加筋黄土的最佳配比,并以此为基础开展了现场坡面防护试验。研究结果表明：相比于素黄土,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力最高提升113.8%,内摩擦角最高提升23.3%,崩解速率最高降低87.5%,聚丙烯纤维可有效提高黄土的抗剪强度和抗崩解特性;随着纤维含量和纤维长度的增长,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力分别呈现先增大后减小和先急剧增大后增幅趋缓的变化趋势,崩解速率分别呈现先减小后增加和持续减小的变化趋势;从抗剪强度方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm,从崩解特性方面考虑,聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.5%,最佳纤维长度为19 mm,相比较而言,两者崩解速率的相对变化明显小于其抗剪强度的相对变化,故确定聚丙烯纤维加筋黄土的最佳纤维含量为0.3%,最佳纤维长度为15 mm;随着含水率的增加,聚丙烯纤维加筋黄土的黏聚力、内摩擦角和崩解速率均呈现减小趋势,其变化关系符合三次多项式函数或Logistic函数关系;现场测得聚丙烯纤维加筋黄土防护坡面平均侵蚀深度约为3 mm,说明聚丙烯纤维加筋黄土的坡面防护效果明显。     

考虑各向异性形貌特征的岩体结构面刚度计算模型

为了实现岩体结构面切向刚度和法向刚度的便捷化精准取值,准确分析结构面变形行为特征,以关山隧道闪长岩结构面为例,对结构面形貌信息进行数字化提取,应用3D打印技术制作结构面试样,开展单轴压缩与各向异性直剪试验,提出了各向异性新形貌参数,建立了结构面切向刚度与法向刚度计算新模型。研究结果表明：新形貌参数综合考虑了结构面起伏体上坡段的爬坡角与爬坡高度,有利于反映结构面形貌的各向异性特征,并且同一方向上结构面剖面线的形貌参数服从对数正态概率分布;在物理模型力学试验的基础上,结合结构面形貌参数、结构面壁面强度和法向应力构建的结构面切向刚度计算新模型,不仅降低了计算参数的获取难度,还可以更好地体现结构面切向变形能力的各向异性;改进的双曲函数法向刚度计算模型考虑了结构面初始法向刚度和最大法向闭合量与结构面壁面强度之间的量化关系,避免了复杂的力学测试,简化了法向刚度的获取过程;通过与经典计算模型和力学试验结果进行对比,发现采用新模型计算的刚度更为接近试验值,其中切向刚度与试验值的平均相对误差为2.09%~27.88%,法向刚度与试验值的平均相对误差为3.25%~17.25%,表明结构面切向刚度和法向刚度计算新模型可以更准确和便捷地获取结构面变形参数。     

黄土地区半填半挖式路基模型试验研究

针对陇东黄土地区公路路基水毁问题,以半填半挖式路基为研究对象,提出毛细阻滞层结合纵横向盲沟的处治技术,通过3种工况的路基模型试验,分析了在模拟顶部积水入渗和地下水毛细作用下路基内部湿度的变化规律。研究结果表明：在路基上部设置盲沟可促进路基早期水分排出;在填方路基底部设置毛细阻滞层能有效阻隔地下毛细水上升,保证填方路基及边坡的体积含水率处于较稳定状态(25.5%);无任何处治的对比工况路基各土层体积含水率增加明显,且填方路基与挖方路基交界处土层的体积含水率差值达20%,由此也说明了路基填挖交界处的含水率显著差异可能就是造成路基后期运营出现沉陷、变形甚至滑移等病害的主要原因。     

加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性

通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。