基于离心模型试验的基坑突涌模式及机制研究

在软土地区,由承压水诱发的突涌是影响深基坑工程安全和稳定性的最重要因素,也是设计和施工亟待解决的关键技术问题。借助土工离心模型试验,就不同隔水土层、不同坑内桩基类型及平面布置对基坑突涌稳定及破坏模式的影响进行系统的试验研究。试验结果表明:软土地区承压水基坑突涌模式主要有3种:接触面涌水涌砂破坏、整体顶升破坏和隔水层表面砂沸破坏,与实际工程案例比较吻合。通过理论分析,认为基坑发生突涌的内在机制分别为:接触面涌水涌砂破坏是由于隔水层土体与地下结构接触面发生水力劈裂引起的;整体顶升破坏为地下结构与土体接触面或附近发生剪切破坏所致;表面砂沸破坏为隔水层在下部承压水作用下发生复合的拉剪破坏和剪切破坏的结果。     

软土地区基坑突涌破坏影响因素的试验研究

借助离心模型试验和室内模型试验,对影响基坑抗突涌稳定性的隔水层性质、桩类型及平面布置、基坑平面尺寸等因素进行了系统研究。研究结果表明:上海地区的灰色淤泥质黏土隔水层易发生整体顶升破坏,暗绿色粉质黏土隔水层发生表面砂沸破坏的概率较大;基坑内存在桩时,基坑主要发生接触面涌水、涌砂破坏;在保证灌注桩施工质量以及预制桩与周围土体充分固结的情况下,桩对基坑抗突涌稳定性具有积极的作用;同时基坑平面尺寸对基坑抗突涌稳定性也具有明显作用。     

承压水影响下深基坑突涌判定方法的对比研究

针对常州地铁车站深基坑工程,开展了数值模拟和解析法判定基坑突涌的对比研究,获得了以下研究成果:基坑突涌的机理为隔水层厚度过小,将无法抵抗下方承压水顶力,在隔水层和承压含水层界面处产生裂缝并持续发展直至贯通;均质连续体分析法认为土体内部发生顶升剪切破坏导致了基坑突涌,而隔水层拉裂破坏判别法则认为隔水层表面土体发生拉裂破坏导致了基坑突涌,建议隔水层临界厚度取以上两种方法计算的大值;结合《建筑基坑工程监测技术规范》的建议报警值,相比于基于强度破坏的判定标准,基于变形控制判定标准的基坑突涌数值模拟能提出更为合理的隔水层临界厚度值.     

承压水作用下岩质地层基坑抗突涌安全厚度研究

受下部承压水作用,基坑开挖后坑底发生突涌破坏是普遍存在的工程灾害。为保障基坑安全,设置足够的坑底厚度是阻止此类破坏的关键。基于塑性上限定理,将坑底突涌破坏范围分为上部被动区与下部剪切区两部分,分析了岩质地层中基坑突涌破坏机制。进一步,基于Hoek-Brown强度准则,推导了突涌破坏面曲线方程解析表达式,并给出了基坑临界安全厚度与承压水压力的理论预测公式。在此基础上,分析得到了被动区厚度、承压水压力、岩体强度参数等对基坑安全厚度及破坏范围的影响规律,并与现有研究方法、数值模拟得到的结果进行对比,验证了所提出方法的有效性。结果显示,基坑临界安全厚度与承压水压力、岩体经验参数等正相关,与被动区厚度、经验参数、岩体抗压强度、抗拉强度和重度等负相关。     

内撑式深基坑承压水抗突涌稳定数值模拟技术

承压水作用下,内撑式深基坑的突涌稳定状态与围护墙水平位移、土压力分布及坑底回弹变形等因素密切相关。建立了深基坑突涌稳定的数值分析模型,分析不同承压水位作用下的坑底突涌破坏机制、稳定性及相应的基坑变形性状,并与已有分析方法作对比。分析结果表明,承压水作用下,基坑围护墙内侧隔水层表面剪切应变最大,是突涌破坏的最危险位置。随着坑底承压水位的升高,隔水层内的剪切应变增量逐渐变大并向下部土层发展,最终在隔水层与承压含水层界面处产生楔裂破坏,隔水层整体顶升破坏。同时,基坑变形状态表现为,围护墙弯矩和水平位移逐渐增大,被动侧土压力逐渐减小,最终围护墙发生踢脚破坏,坑底土体大量隆起回弹。相对于压力平衡法和均质连续梁板法等理论方法,数值分析方法可以分析坑底土体的突涌渐进发展过程,较好地反应内撑式基坑抗突涌稳定性与围护墙及土体变形性状的相互影响,计算结果更为符合工程实际。     

承压水基坑突涌的水力劈裂

突涌是基坑工程施工过程中常遇的主要灾害之一。现有的承压水基坑突涌稳定分析方法均不能反应突涌破坏机理。从水力劈裂的机理入手,建议承压水基坑突涌问题应考虑应力-渗流场耦合作用。在 Biot 固结理论基础上,建立了基坑突涌分析水力劈裂耦合模型,考虑了土体物理力学性质的动态演化。试图通过分析工作面推进过程中基底土体应力场和渗流场的变化,来判断突涌发生的可能性。研究结果表明：突涌始于基底隔水层所发生的张拉破坏,基底周边是发生突涌的危险位置;渗透弱面（初始张拉裂缝）的水压楔劈效应所导致的水力劈裂为基坑突涌提供了通道;高水压力的存在是突涌发生的前提条件,高水力梯度的产生是基坑突涌的根源。     

承压水地层基坑坑底压拉突涌评价与物理试验

基于基坑坑底隔水层在承压水作用下承受过量弯矩发生压剪破坏或拉裂破坏假设,分别推导出了考虑土体抗剪强度和抗拉强度的基坑突涌判别公式。与现有的基坑突涌判据认为基底隔水层边缘最先发生破坏的结论不同,本判据认为基底隔水层中间部位最先发生破坏。并通过简易的基坑突涌物理试验,试探性验证了基坑基底中间部位最先发生破坏的现象。依托实例,基底隔水层临界厚度计算结果表明,除与压力平衡法的计算结果差别较大外,与其他基坑突涌评价方法的计算结果均较为接近。仅就算例和模型试验来看,利用该判据理论进行基坑突涌分析比目前规范规定的分析方法更接近实际,但需经大量工程实践的检验。     

软土地区承压水基坑突涌稳定计算法研究综述

总结了承压水基坑既有突涌稳定分析方法,分析每种方法存在的不足.最后分析指出,软土地区承压水基坑抗突涌稳定分析,应从坑底土透水性和土体发生突涌破坏的机理着手.坑底为不透水层土时,应从土体发生突涌塑性破坏的角度进行分析;坑底为弱透水层土时,应从土体发生突涌渗透破坏的角度进行分析.     

承压水引发基坑突涌塑性破坏抑制因素分析

针对软土地区坑底下伏有硬土的弱透水层与承压含水层的基坑.基于承压水引发基坑突涌塑性破坏的三维弹塑性有限元模型,分析了坑底弱透水层厚度、土粘聚力和摩擦角等抑制因素对基坑突涌塑性破坏的影响.计算结果表明:坑底弱透水厚度和土粘聚力与坑底土突涌塑性破坏成非线性反比关系,坑底弱透水层越厚或土粘聚力越大,坑底土突涌塑性破坏的可能性或破坏程度越小,而土摩擦角对坑底土突涌塑性破坏影响不大.最后,提出一些对含承压水基坑设计施工有参考价值的建议.     

基于静力触探对深基坑突涌区地层扰动的分析

在深基坑开挖过程中,承压水对基坑安全的威胁是需要重点关注的因素之一。依托南京江北新区某深基坑承压水突涌事故,结合基坑突涌后实际情况从原位测试的角度入手,采用静力触探的方法对基坑突涌事故后地层扰动的范围和程度进行分析。基坑突涌前、后静力触探结果与实际情况相比表明：管涌点周边(4)_2a粉细砂夹粉土的力学性质与坑外侧严重区基本接近;静力触探测试结果与实际情况相符;采用静力触探来分析突涌后地层扰动问题的方法可行;可为深基坑承压水导致的基坑突涌事故的治理提供一定的借鉴,对国内类似工程突涌区地层扰动的治理、控制进行初步探索。     

空间网架结构的动力性能脉动法测试及分析

为研究某体育场网架结构,利用脉动法对该结构1/10缩尺模型进行了动力特性测试。利用谱分析技术对所采集的数据进行分析,得出该结构的自振频率和各阶振型。根据实际模型,运用ANSYS软件建立有限元计算模型,得到该模型的各阶自振频率和模态的理论值。将试验结果与有限元分析结果进行对比,结果表明:实测结构自振周期小于理论分析值,模态相似。     

季节性冻土切向冻胀力与冻胀性关系

通过冻胀率与切向冻胀力的测定 ,建立了季节性冻土切向冻胀力与土的冻胀性关系最佳曲线模型 ,并依据该模型推荐了不同冻胀土类的胀切向冻胀力值 ,为防治公路桥涵冻害设计提供了科学依据     

综放采场上覆厚层坚硬岩层破断规律的分析及应用

根据厚层坚硬岩层的赋存和运动特点,利用基于弹性理论、考虑岩梁体积力的厚层坚硬岩层运动规律的力学判据,给出厚层坚硬岩层运动方式的判断曲线,通过分析厚层坚硬岩层运动方式的影响因素,得出厚层坚硬岩层分层运动的可能性大、层间效应明显、关键层的“关键性”下降的结论;通过与传统研究方法的对比和工程实例分析,表明文中厚层坚硬岩层运动规律的力学判据和判断方法可对“关键层”在运动过程中的破断方式进行较准确的预测。     

反倾岩质边坡次生倾倒机理及稳定性分析

倾倒破坏是反倾边坡的一种常见破坏模式,其中次生倾倒是反倾岩质边坡倾倒破坏的主要诱因。建立了反倾岩层在坡后土体作用下次生倾倒破坏的地质力学模型,基于室内物理模拟试验,分析了反倾岩层上覆土压力分布规律、岩层的破坏模式和整体破坏面的形状与位置。根据库仑主动土压力理论得到下卧岩层表面各点法向压力的理论值与实测值基本相符,土体中存在土拱效应导致两者存在差异,随着上覆土体厚度及堆载作用的加大,土拱效应越明显。各岩层可能的破坏模式包括弯拉破坏、弯滑破坏和滑动破坏。下卧反倾岩层的整体破坏面是一通过坡脚的近似平面,整体破坏面与岩层层面法线方向呈0°～25°的夹角。基于叠合悬臂梁模型,引入岩层横截面上节理面的黏聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数,改进了反倾岩层的极限平衡分析方法,推导了坡体任意岩层下推力的理论公式,定义了任意岩层变形破坏的安全系数和边坡整体倾倒破坏的综合安全系数。提出了下卧反倾岩层潜在整体破坏面的理论计算方法,并确定了影响潜在整体破坏面位置的敏感因素。     

浅基础承载力离心模型试验研究

笔者利用容量为10gt的离心机对砂基上的浅基础进行了较为系统的试验,用以研究基础的尺寸、形状、埋深和砂土相对密度对浅基础承载力、承载力因数（Nr,Nq）、形状因数（ζr,ζq）及破坏型式的影响。笔者提出一种利用浅基础离心模拟试验资料确定浅基础的承载力因数和形状因数的方法。利用此方法确定的44T-4砂的承载力因数,形状因数与已有的各种理论解和试验解进行了对比。研究工作得出了一些有意义的结论。     

岩石结构面力学原型试验相似材料研究

基于岩体结构面抗剪强度机制及相似材料的选择原则和要求,研制以高强水泥、硅粉、高效减水剂、标准砂、水等原料混合而成的模拟材料,并利用其制得的试样及结构面模型进行大量物理力学试验的对比分析,研究结果表明:相似材料的抗压强度与原岩结构面相近,调整不同混合材料的配合比,相似材料可以覆盖中低强度的岩石类型;利用相似材料及多尺度试样模具可制作与原岩结构面表面形态及起伏度近似一致的模拟结构面;利用模拟结构面代替原岩结构面进行直剪试验,模拟结构面表面的磨损程度、粗糙度系数衰减规律及破坏形式均与原岩结构面相似,且模拟结构面抗剪强度直剪试验结果与理论计算值相差不大;模拟材料具有物理力学性能稳定、制作方便、成本低廉的优点,可代替原岩结构面进行不同尺寸、可重复性的破坏性试验。     

沥青路面冻胀翻浆病害的成因与防治

结合实际施工经验,分析产生冻胀与翻浆的主要因素,阐述了路基冻胀与翻浆防治的基本途径以及各种防治措施,并提出了施工注意事项,以避免道路冻胀和翻浆病害的发生,从而延长公路的使用寿命和年限。     

圆形巷道围岩应变软化弹塑性分析

 岩土类材料广义上都呈应变软化力学行为,考虑峰后岩石应变软化过程中引起后继强度面收缩的特性,认为岩体在足够小的局部范围内材料特性保持不变,将后继破坏岩体分为多个塑性区,给出基于平面应变和Mohr- Coulomb准则的围岩准应变软化弹塑性应力解析式,并给出符合围岩后继强度和变形演变规律的各软化区半径求解方程组。洞室围岩变形特征曲线是地下工程支护设计的重要依据,考虑岩体破裂过程中变形参数不断劣化的特性,分析剪切模量劣化对围岩变形、软化半径及破裂半径的影响。最后通过算例对模型进行验证,计算结果可以对地下工程的优化支护设计及安全性评价提供理论依据。     

土压平衡盾构穿越富水砂层施工技术探讨

结合土压平衡盾构机穿越长345m富水砂层段工程实例,基于朗金土压力理论对配置了双螺旋出土输送器的盾构机在渗透系数较高的富水砂层中实现土压平衡模式掘进的性能进行了分析计算。结果表明:在正常状态下设备对富水砂层的适应性良好,然而一旦发生地下水大量渗入,仍有水土突涌的可能,需要采取相应的工程措施,来降低水土突涌的风险。通过室内试验进行了淤泥质砂层的碴土改良技术研究,结果表明气泡剂效果最优,高分子聚合物在喷涌事故发生时应急使用效果较好,现场监测结果表明碴土改良效果良好。最后探讨了气刨剂的掺入量与掘进机工作参数的关系。