开挖对边坡变形影响的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。采用清华大学土工离心机以及新开发的开挖模拟设备进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡位移场的变化。基于位移测量结果提出了一种确定开挖影响范围的方法,分析了开挖后边坡的变形响应。结果表明：开挖后坡体内部根据竖向应变性质的不同可分为开挖松动区、开挖压缩区和无影响区3个区域,不同区域土体的变形特性有所差别。开挖后边坡内部的潜在滑裂面在变形破坏过程中是变化的,从坡体内部向坡面方向移动。开挖条件下边坡表现出明显的渐进破坏过程。     

类土质高边坡开挖效应的离心模型试验及数值模拟研究

高边坡在开挖过程中具有明显的开挖效应.采用离心模型试验及快速拉格朗日元数值模拟方法对花岗岩全～强风化而成的类土质高边坡的开挖效应进行研究.离心模型试验采用福建省漳(州)龙(岩)高速公路和溪段一边坡原状土样削制而成;数值模拟中采用程序内置的遍布裂缝模型建模.两种研究结果均显示,各级边坡的开挖会对已开挖坡面及未开挖坡面、坡脚产生明显的附加位移和附加不平衡力,有时,这种附加不平衡力会很大,达到原剩余不平衡力的1倍以上,使本已达到平衡的边坡产生新的失稳,这将影响已施工边坡支护工程的稳定性及边坡整体的稳定性.应在边坡工程设计中充分考虑这种边坡开挖效应,使支挡结构的承载能力可以满足多级边坡开挖形成的附加应力要求.     

具有多道支撑的深基坑开挖离心模拟试验方法

动态离心模型试验可用来模拟具有多道支撑的深基坑开挖过程。在该试验中,通过分时排放规定高度的代土液体来模拟土体分层开挖,通过支撑杆对开挖面的连续墙进行适时支撑,以模拟基坑开挖到一定高度后的支撑施工,并通过模型中的传感器监测离心模型受力和变形情况。本文使用研制的深基坑开挖离心模拟试验装置,采用铝板制作地下连续墙,采用水玻璃作为代土液体,进行了多组重复试验,其结果表明,该离心试验能较好模拟真实深基坑开挖过程。     

雨水入渗与膨胀性土边坡稳定性试验研究

采用离心模型试验方法,完成了2组不同坡度的膨胀性土开挖边坡土工离心模型试验,比较了边坡坡度大小对其稳定性的影响,并尝试通过控制注水浸泡时间来模拟短期和长期的雨水入渗,从而再现了降雨条件下膨胀性土开挖边坡的破坏特征和破坏机制。结果分析表明膨胀性开挖边坡表层土体因雨水入渗膨胀软化,强度降低,严重削弱了边坡稳定性;鉴于膨胀性土路堑在雨水入渗后发生浅层滑动破坏,因此,单纯放缓边坡坡度并不是防治这种破坏的最有效措施,重要的是做好隔水防水等处治工作。     

基于图像分析的土坡离心模型试验变形场测量

开发了离心场条件下土坡离心模型试验变形场非接触测量技术并进行了实际应用。基于图像相关分析理论,开发了新的土坡离心模型试验过程中土体位移非接触测量系统以观测离心机运行中土坡的位移。针对简单土坡进行了离心模型试验,测量了土坡的位移场变化过程。测量结果规律性好,表明该非接触测量技术能够较好地测定离心模型试验中土体侧面任意点在任意时刻的位移,适用于离心场环境中土坡变形过程的测量。加载导致土坡在某些位置出现变形集中,意味着这些位置发生了应变局部化。应变局部化的发展与土坡破坏有着密切联系。     

边坡变形破坏离心机模型试验研究

0 概述 关于离心模型试验原理和边坡稳定性模型试验的相似律,文献[1]^[3]中分别从不同的角度进行了比较详细的论述,并指出在离心机模型中,由于惯性力场的作用,使模型的容重增大 n 倍,就可使离心模型达到与原型相同的应力变形状态,使两者的塑性区域发展及其破坏过程保持相似,从而得出离心模型的边坡的安全系数与原型完全相等,模型反映了原型的真实情况。由于离心模型满足了重力相似条件,而常规模型则不能,这对研究以自重为主要受力的边坡工程问题具有重要意义。本文针对某堤防工程,利用离心机模型试验,进行施工期及运行期水位骤降时边坡变形稳定特性研究,并进行了理论计算与分析。1 试验研究1.1 试验简介     

离心场中边坡降雨模拟系统的研制与应用

为了利用离心模型试验研究降雨条件下边坡的变形和破坏特性,研制了一套离心场降雨模拟系统。该系统包括3个子系统:供水加压系统、降雨器、模型箱及防风结构。该系统可通过控制施加压力来调节降雨强度,并能克服离心场中科氏力及高风速对降雨的影响。有效性验证试验结果表明,该降雨系统在模型箱长度和宽度方向均能实现比较均匀的降雨。采用该系统进行了黏性土坡降雨的离心模型试验,结果表明降雨及其入渗过程对边坡的变形有显著影响。     

离心模型试验在土钉支护边坡中的应用与发展

首先介绍了国内外离心模型试验技术的研究状况,然后总结了离心模型试验在土钉支护边坡中的应用,最后结合在试验过程中的心得体会,提出了离心模型试验在土钉支护边坡中存在的问题以及今后发展的方向。     

堤防边坡稳定离心模型试验技术

在进行堤防工程设计时,一般要进行竣工期、水位骤降期及高洪水位运行期的抗滑稳定分析。从试验材料模拟、工况模拟及离心机加荷运行方式等方面提出应用离心机模型试验研究堤防抗滑稳定的试验模拟技术,并探讨通过离心破坏性试验获取边坡稳定安全系数的方法。试验技术对进行堤防边坡工作与破坏机理研究以及对设计方案的论证、优选具有重要的指导意义。     

类土质边坡特性及其锚固设计理论研究

对类土质边坡的性质、锚固特性及锚固边坡稳定性计算方法进行了系统研究。首先通过大量的现场调研完善了类土质边坡的地质模型，给出了该类边坡的分类和破坏方式及破坏机制；对锚索加固边坡的离心相似模型进行了研究：在离心模型试验中对锚索预应力进行了测量，并对其扩散进行了研究。通过现场试验与离心模型试验相结合，对锚索框架的受力模式进行了研究：对预应力锚索加固边坡的稳定性计算方法分锚固体与坡体的耦合和解耦两个阶段进行了研究：最后采用FLAC^3D对类土质边坡锚固效应、铺索预应力的损失、框架梁的内力分布及类土质边坡的开挖效应进行了数值模拟，取得了以下主要结论和成果：（1）提出了类土质边坡较为完善的概念，即由岩体风化而成的保留或部分继承了原岩的结构面等其他岩体特征且未经二次堆积的土体物质或破碎岩体物质构成，稳定特性明显区别于均质土边坡及岩质边坡的一类边坡。并将类土质边坡按风化前原岩的软硬程度及其组合情况划分为3种类型：软岩全～强风化边坡、软、硬岩相间的全～强风化边坡、硬岩全～强风化边坡。分析了类土质边坡的破坏方式及破坏机制。（2）采用离心相似模型试验对预应力锚索及锚索框架加固类土质边坡进行了系统研究，为此类试验提供了理论依据。研究了离心模型试验中锚索力及框架弯矩、锚固力自坡面向坡体内传递规律的测试方法。通过花岗岩残积上边坡的离心模型试验研究，得出在无结构面时，边坡的坡角与极限边坡高度的关系与马斯洛夫给出粗粒土边坡的坡度与稳定坡高的关系基本一致，可以用马斯洛夫方法指导此种边坡的设计。（3）在研究现有锚固段锚上界面模型的基础上，阐述了基于锚固段土体位移的交界面模型，随着锚固力的逐渐增大，锚固段土体位移可以分为3个阶段：土体颗粒间的相对移动，土体的剪切应变，土体的整体移动。以此模型为基础，分析了锚固预应力的损失机制。（4）针对无框架和有框架两种情况，分别推导了锚固力的传递范围，为锚索间距的大小提供了依据。并进行了离心模型试验及现场试验，得出的结果与理论推导的结果基本一致。（5）推导了框架梁内力的变形梁法计算方法，进行了现场试验和离心模型试验。由结果可以看出，变形梁法能使框架的设计得到较大的优化。变形梁法计算模式能较好地反映锚索框架的实际工作状态，可以认为该计算模式计算锚索框架的内力比较合理。（6）将预应力锚索加固类土质边坡的稳定性计算分为铺固体与坡体的耦合和解耦两个阶段进行。给出了耦合阶段将锚索预应力作用点移至坡面的边坡稳定性计算方法。针对解耦阶段的边坡稳定性分析，提出了以岩土体沿潜在弱面位移为基础的边坡稳定性计算方法。将该阶段边坡所受的锚固力分为原锚索预应力的剩余值和岩土体与灌浆间的剪切阻力，并给出了后者的计算公式。（7）对类土质边坡的锚固效应、锚固力的损失规律、框架梁的内力分布以及类土质边坡的开挖效应进行了数值模拟。通过对类土质边坡开挖效应的模拟，得出多级边坡在开挖过程中将对已开挖坡面产生附加应力和附加位移，在边坡的岩土工程支挡设计中应充分考虑这一点，应使支挡结构的承载能力可以满足多级边坡开挖形成的附加应力的要求。     

黄土地区基坑开挖对边坡稳定性的影响分析

采用大型模型试验和结构有限元分析软件ANSYS,分析了某边坡的稳定性,在模型箱中埋入土压力盒,测定边坡开挖前后土体应力的变化情况,并通过杀死单元的方式模拟了基坑开挖过程,得到边坡开挖前后位移以及应力变化,经实验和数值模拟比较表明,基坑开挖过程既是卸载的过程同时也破坏了土体原有结构的稳定性。     

渠道冻胀离心模型试验设备的研制

输水渠道冻胀破坏是寒冷地区渠道破坏的主要表现。研制了一套在土工离心机中进行渠道冻胀模拟的试验设备,该设备主要包括冻融模型箱、循环冷却水系统、测量控制系统等组成。冻融模型箱采用内外两层结构,中间填充保温材料。循环冷却水系统采用12组半导体制冷片,利用其帕尔贴效应实现制冷/热。采用高压水泵驱动水流并结合风冷散热器,持续为制冷器循环冷却,实现了在离心机不具备水旋转接头下的循环水利用。开发了直流回弹式位移测量系统的安装装置,保证了测量系统的准确。利用该设备进行了北疆地区输水渠道的冻胀模拟,试验结果规律好,可以正确的模拟冻胀温度场和位移场。渠道冻胀离心模型试验设备的研制为寒冷地区输水渠道冻胀问题的研究提供了有力工具。     

颗粒图像测速技术在离心试验变形分析中的应用

由于颗粒图像测速技术的可遥控性和实时性,可用于离心机试验中进行土体变形测量.将土体划分为若干细小单元,通过单元的颗粒组成纹理,可以追踪单元的位移,从而确定土体的变形.以此为依据,建立一套系统来实现离心机试验中土体模型的变形监测,包括高分辨率数码相机、精确控制点、土体可识别纹理.试验后对系列图片进行数字化处理,并对实验中产生的各种误差加以修正,得到需要的变形数据.基于测速技术原理的分析,该系统的位移测量精度可以达到0.04 mm,准确度0.02 mm左右.在砂土边坡的离心试验中应用该系统,分别量测模型边坡在离心加速度增加过程中产生的变形和地下水上升过程中渗流引起的变形,试验结果规律性好,可以反映模型土体各个位置不同时刻的位移情况.表明该系统适用于离心环境中的模型试验,是研究其完整物理过程的重要工具.     

输水渠道冻胀离心模拟试验

冻胀破坏是导致寒冷地区渠道输水利用系数低的主要原因。依托南京水利科学研究院大型土工离心机成功研制了热交换试验装置,该装置实现了渠道模型在离心场中与温度场的耦合。在此基础上开展了20g和30g下的不同渠基土含水率冻胀离心模拟的模型试验,根据试验结果探讨了渠道离心模型的换热过程以及封闭系统中渠基土含水率对渠道法向冻胀位移的影响。此外,根据试验结果验证了离心场下土体模型内传热速度是原型的N2倍的关系。所提出的渠道冻胀离心模拟装置和试验方法为北疆地区输水渠道冻害处治提供了新的研究手段。     

边坡上嵌岩桩承载特性离心模型试验方案设计

以贵州省桐梓河特大桥的建设背景为依据,针对不同嵌岩深度、坡度以及桩长的边坡段嵌岩桩的承载力特性进行了离心机模型试验。根据本次试验的目的和特性,结合离心机试验的相似比设计原则,对相关试验材料的物理特性进行室内试验研究,并设计相应的模型试验的试验方案。试验结果表明本文对边坡上嵌岩桩承载特性离心模型试验研究的设计方案是合理的。     

天然边坡削坡工程中的稳定性研究

天然边坡在削坡工程施工阶段或竣工后,往往形成上下部不同坡度的边坡。离心模型试验与现场试验结果表明,这类边坡有两种破坏模式。一种是滑裂面始于坡顶,另一种是滑裂面始于坡面。利用极限分析上限法理论讨论并确定边坡发生不同破坏模式的条件,从而给出极限开挖深度、设计开挖深度小于极限开挖深度时的稳定安全系数以及设计开挖深度大于极限开挖深度时的土压力,为解决天然边坡削坡工程中的稳定性设计问题提供理论依据。     

电液伺服控制离心机振动台系统研制

0概述　　近二十多年来迅速发展起来的土工离心机振动台模型试验技术,是地震岩土工程研究进程中的一个重要的“里程碑”。它在再现土质构筑物、土质边坡及地基的动力响应、观测物理机制、揭示客观规律、验证理论模型、检验评价方法、甚至在对比设计方案等方面已开始显示其突出的优越性。土工离心机振动台模型试验的突出优点在于,它具有使模型与原型的应力应变相等、变形相似、破坏机理相同,特别是较好地克服了普通振动台模型试验无法合理模拟原型土体的静动应力应变场的缺陷。因而,土工离心机振动台试验已成为土工动力模型试验的主流。离心机的地震模拟技术有多种,Ko进行了较详细的总结和评述[1]。Schofield1981年提出颠簸     

土质边坡地震稳定性动力模型试验研究综述

土质边坡地震稳定性动力模型试验主要有ng条件下的动力离心机模型试验和1 g条件下的振动台模型试验两种。本文主要介绍了这两种动力模型试验的基本内容和国内外最新研究进展,并分析了各自的优缺点。此外,对振动台模型试验中涉及到的相似法则和模型箱等两个较为关键的问题做了具体分析。最后,简要对今后土质边坡地震稳定性动力模型试验的发展提出了初步建议。     

不同下卧层盾构隧道长期沉降离心模型试验

离心机模型目前已成为岩土工程中的物理建模的有力的工具之一,它的基本原理是将离心场中加速度放大为地球重力加速度的n倍,用来模拟岩土工程中应力条件。根据相似理论可以推出相同土体固结在离心场中固结时间是原型固结时间的1/n2,故可以利用离心模型模拟隧道长期沉降特性。本文依托上海地铁8号线的工程背景,选择两种典型的下卧层来研究不同地质条件下地铁隧道纵向长期沉降特性。根据模型试验结果,得出一些结论,并对软土中盾构隧道的安全性和适用性评价、结构保护起指导作用。     

基于phase 2的路堑高边坡动态开挖稳定性分析

以某公路路堑边坡为工程依托,通过phase 2软件模拟路堑边坡动态开挖施工过程,得到了边坡开挖位移场变化规律,并对该边坡原支护设计方案进行了简单优化,对现场精细化施工具有参考价值。