中国南海岛礁护岸防波堤在波浪冲击作用下稳定性试验研究

南海对我国经济发展、资源开发与运输、维护国土完整具有战略性意义,目前我国已在南海海域以吹填方式建设了一系列的岛礁。为维护这些吹填岛礁的整体稳定性,在吹填体外围边缘修建了大量护岸防波堤,以避免海洋波浪的强力冲刷。岛礁护岸防波堤在极端风浪作用下的安全稳定性,是保证岛礁吹填体整体稳定的前提。以我国南海岛礁吹填工程为背景,采用大型物理水槽模型试验方法,研究南海岛礁护岸防波堤在设防极端风浪作用下的稳定性。研究表明:在设防极端风浪作用下,南海护岸防波堤的波浪冲击力可以达到50 kPa;防波堤的水平位移和沉降较小,地基发生较大位移变形的可能性低;钙质砂吹填土地基内由于土体的塑性体应变与越浪量造成了一定的孔隙压力累积上升,但并没有出现液化现象,稳定性基本能够得到保障;在设防的极端风浪作用下,现有的护岸防波堤设计可能造成越浪量过大,在没有扭王块消浪的情况下,海水越浪量可达到每延米195 m~3/h,会造成岛礁植被死亡,地下淡化水体被海水污染,延缓淡化水体的形成过程;采取放置扭王块措施可以有效减少海水越浪量,但也可以达到每延米56.3 m~3/h。南海岛礁护岸防波堤的防浪高度和防越浪能力需要引起关注。     

对《建筑地基基础设计规范》中地基沉降量计算公式适用性的探讨

在现行《建筑地基基础设计规范》（GBS0007）中地基沉降量的计算是先求出每一层土的压缩量，之后再求它们的总和，其中第i层土的压缩量等于从基础底面到第i层土底面的压缩量减去从基础底面到第i层顶面的压缩量。在计算第i层土的压缩量过程中有一点值得注意，即认为基底到第i层土顶面的压缩模量与第i层土的压缩模量相等。这种做法似有欠妥之处，在某些情况下可能会引起较大的偏差。本文利用几种简单的地层厚度、压缩模量分布地基模型，通过计算分析，讨论了规范法计算土层压缩量所适用的土层分布情况，并提出了若干值得进一步研究的问题。     

水下沉井黏土层爆破参数优化选择研究

杨泗港长江大桥沉井基底持力层为坚硬黏土层,施工中通过爆破辅助开挖实现沉井下沉。为确保黏土层能够顺利破坏和刃脚结构不发生损伤,需采用合理的爆破参数。对此,从爆破参数设计出发,应用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,对不同爆破参数下黏土层和刃脚结构的应力变化和破坏效果进行了分析,并结合相应的动态破坏判据进行判断。最终确定合理的临空面高度、装药量分别为2 m和4.5~6 kg。施工过程中刃脚下临空面高度控制在2 m左右,装药量取4.5 kg,黏土层爆破效果和刃脚保护程度均达到了要求。最终经过3次循环爆破,1号塔沉井下沉到指定位置。     

扰动岩质边坡强震作用下动力响应分析

煤层露天转地下开采会扰动和弱化高边坡内岩土体,使边坡安全性降低。采用数值方法研究受地下开采扰动的露天高边坡的强震动力反应。以抚顺东露天矿扰动岩质边坡为工程背景,以有限元程序FSSI-CAS 2D数值计算为分析手段,研究东露天边坡强震作用下的动力响应规律。研究发现：① 东露天矿坑下覆岩体,对地震波的放大效应明显低于两帮边坡的放大效应;两侧边坡对地震波的放大效应与所处位置的高度成正相关关系,高度越高对地震波的放大效应越明显。② 对于处在同一边坡高度的点,由于右侧边坡扰动岩体性较弱,右侧边坡上对地震波的放大效应明显要高于左侧边坡的放大效应。③ 计算区域内的任何位置,对入射地震波大水平放大效应要永远高于竖向放大效应。无论是加速度响应、速度响应还是位移响应,受开采扰动影响越大的区域,加速度、速度响应和位移响应越剧烈。加速度、速度响应和位移响应剧烈的区域与扰动岩体损伤程度较大的区域一致。     

大开度裂隙网络内非线性两相渗流的数值研究

裂隙渗流对矿产地下巷道开采、水电洞室开挖等工程具有重要的不利影响。当围岩扰动裂隙带内的裂隙开度较大,且与中~高压含水地层发生水力连通,就会形成高速非线性渗流导致的涌水、突水等灾害。前人对裂隙岩体渗流开展了卓有成效的研究工作,但基本上都针对单裂隙或简单交叉裂隙,以及采用简化的适用于低速层流的立方定律来描述渗流过程;对复杂裂隙网络、裂隙粗糙度、高速非线性渗流、局部湍流等问题有待于进一步开展工作。本文采用两相流理论,利用计算流体动力学开源软件平台Open Foam为研究工具,系统地研究包含大开度裂隙网络的岩体内部的高速非线性渗流的过程特征。计算结果精细地捕捉到了大开度裂隙网络高速渗流的进水、驱气、出水过程;揭示了渗流速度的分布、变化特征。同时还确认裂隙渗流中边界层的存在,给出边界层内的黏性剪应力、渗流雷诺数、渗流耗能以及等效渗透系数的量级。研究表明,采用两相流理论精细求解米级尺度的裂隙岩体内的非线性渗流过程是可行的。     

中国南海吹填岛礁原状钙质砂蠕变特征初探

南海岛礁吹填工程是我国的战略性工程,岛礁顶部的吹填陆域主要由珊瑚钙质砂组成。已有的研究表明,珊瑚钙质砂在恒定荷载长期作用下会产生蠕变变形。作为各种岛礁结构物的地基材料的钙质砂,其长期蠕变行为会对岛礁结构物的长期沉降变形产生影响。因此,研究南海岛礁珊瑚钙质砂的长期蠕变特征具有重要的工程意义。对取自我国南海某岛礁的原状级配珊瑚钙质砂开展了室内饱和三轴排水蠕变试验(围压100 kPa),研究其长期蠕变特征。试验结果表明,珊瑚钙质砂的蠕变为衰减型稳态蠕变,不同应力条件下的蠕变–时间曲线在双对数坐标中均为直线,可以采用幂函数进行描述;且同一密实程度的钙质砂在不同偏应力作用下蠕变直线族基本平行,直线斜率与偏应力量级无明显关系。钙质砂蠕变阶段的体积变化趋势受蠕变之前试样的体积收缩是否充分完成控制。研究发现Mesri蠕变数学模型可以很好地描述珊瑚钙质砂的应力–应变–时间关系,最终的蠕变变形和应力水平q/(σ1-σ3)f呈现出高度线性正相关关系。试验前后颗粒筛分发现,低围压下钙质砂蠕变过程中颗粒破碎极不明显,表明珊瑚钙质砂在低围压条件下其蠕变变形主要是由颗粒间滑移、错动、重排列引起。