基础局部沉降下土工格栅加筋衬垫系统变形特性的试验研究

基础局部沉降会引起垃圾填埋场衬垫系统中的土工膜产生较大的拉应变,有可能导致衬垫系统性能下降,因此正确评价衬垫系统的应变就显得非常重要。通过模拟试验,采用应变片和位移计对基础发生局部沉降后土工格栅加筋衬垫系统的变形进行试验研究。试验结果表明:环境温度对衬垫系统的变形影响较大;相同组成材料下土工格栅和土工膜叠放在一起比其他方案更能降低土工膜的应变;衬垫系统刚度对沉陷范围影响不大,但对最大应变值影响较大。所得结果对垃圾填埋场衬垫系统的设计具有一定的指导意义。     

下卧土体局部沉陷条件下复合衬垫系统的受力变形性能及设计

考虑上覆土体的土拱效应及衬垫的大变形,将下卧土体局部沉陷条件下的复合衬垫系统分为滑动区和沉陷区。建立了其受力变形分析模型,并以衬垫系统的最大拉应变作为控制标准,建立了工程上衬垫系统的抗沉陷设计方法。利用该分析模型研究了滑动区衬垫界面强度、衬垫上覆土体的厚度、重度、有效内摩擦角等参数和衬垫结构形式的影响,发现上覆土体厚度、重度及有效内摩擦角对衬垫受力变形影响很大,而衬垫的抗拉刚度直接决定了其拉应变大小。结合工程实例进行了衬垫系统的抗沉陷设计,并建议了衬垫的抗沉陷结构形式。     

应变硬化垃圾堆体抗局部沉陷研究

通过三种不同材料堆体的局部沉陷模型试验发现局部沉陷条件下应变硬化材料可能产生"自支撑"现象。利用模型试验和退化情况下的解析解验证了数值分析模型模拟应变硬化材料堆体局部沉陷问题的有效性。在此基础上比较了采用不同垃圾应力应变模型的分析结果,考虑堆体材料应变硬化的复合指数模型和线弹性模型计算得到的沉陷区土压力明显小于与之对应的摩尔-库伦模型计算结果,采用传统摩尔-库伦模型计算得到的沉陷区衬垫系统挠曲变形和应变值偏大,因而针对砂土材料的Giroud(1990)Trapdoor土拱效应理论应用于垃圾堆体局部沉陷分析时存在一定的局限性。进一步分析了各种参数对衬垫系统表面土压力和变形的影响,发现沉陷区衬垫系统最大挠度和最大应变随垃圾堆体高度的增加而增加,随垃圾堆体模量和加筋体刚度的增加而减小。最后提出应变硬化垃圾堆体在局部沉陷条件下衬垫系统土工膜的应变计算和加筋层的设计方法,对于垃圾填埋场衬垫系统抗局部沉陷设计具有一定的指导意义。     

复杂荷载作用下填埋场HDPE土工膜受拉计算

采用FLAC程序对典型荷载作用下城市垃圾填埋场HDPE土工膜的受力状况进行了计算分析。3种荷载条件包括:36 m高垃圾堆体自重荷载(分层填埋);下卧软弱黏土层不均匀沉降引起的荷载;地震引起的动力荷载。计算结果显示:①土工膜内的拉应力随着垃圾土分层填埋、基础不均匀沉降、地震荷载的作用而积累;②基础不均匀沉陷是影响衬垫层土工膜局部拉应力的主要因素;③中等强度水平的地震动输入(例如,峰值加速度为0.25g)可使覆盖层土工膜端部锚固位置拉应力超过极限拉应力。     

Trapdoor位移相关土压力及抗沉陷加筋设计新方法

传统考虑土拱效应的Trapdoor松动土压力与位移无关,已逐渐不能满足工程设计需要。通过综合分析Trapdoor表面土压力随位移变化的规律,提出了Trapdoor与位移相关土压力的表达式。对于不同的土性参数和Trapdoor尺寸,计算土压力与模型试验及FLAC数值分析结果吻合良好。利用所提出的Trapdoor位移相关土压力,建立了抗局部沉陷加筋设计新方法,克服了传统Giroud(1990)设计方法不能考虑沉陷区上方土压力随沉陷位移变化的不足,从而更符合实际情况。通过扩建填埋场封顶系统及中间衬垫系统的抗局部沉陷分析及设计发现,对于封顶系统传统Giroud(1990)设计方法偏保守;而对于中间衬垫系统,上覆堆体厚度明显影响加筋体的允许张拉强度,当上覆堆体厚度H较大时(沟渠型沉陷:H>32 m,圆形沉陷:H>50 m),传统Giroud(1990)设计方法偏不安全。     

城市固体废弃物的复合指数应力–应变模型及其应用

在大三轴固结排水剪试验研究的基础上,提出了城市固体废弃物(MSW)的复合指数应力–应变模型。该模型参数少且有明确的物理意义,既可反映MSW在小应变情况下的非线性变形特性,也可反映其在大应变情况下的明显应变硬化特性。采用有限差分程序FLAC内置的Fish语言将复合指数应力–应变模型耦合入FLAC程序,并通过三轴压缩试验数值模拟得到了验证。最后利用该模型分析了某填埋场在竖向扩建堆体荷载作用下的应力压缩沉降、侧向变形以及新老填埋场交界面处中间衬垫系统的应变。结果表明:复合指数模型的计算结果总体上位于莫尔–库仑模型和邓肯–张模型之间;中间衬垫系统的拉伸应变可能导致压实黏土层发生破坏。     

砌体结构沉降角变形限值的试验研究

采用集中荷载作用下的悬臂深梁模拟受邻近基坑施工影响下的多层砌体结构的沉降变形,对7个墙段深梁试件进行了单调加载试验,研究砌体结构沉降的角变形限值。试验中测试了试件刚度、剪切变形占总变形的比例、裂缝宽度与主拉应变关系、角变形与主拉应变关系等变化规律。试验结果表明:砌体出现初始斜裂缝时的主拉应变约为0.3‰,砌体开裂后主拉应变的增大主要由斜裂缝宽度的增大造成,主拉应变是度量砌体损伤程度的合适参数;试验过程中试件刚度衰减幅度很大,剪切变形占总变形的比例逐步提高;角变形与主拉应变的比值,在试验初期的实测值高于弹性理论值,而在后期逐步接近或略低于弹性理论值。总体上,在主拉应变为0.3‰~3‰范围内,角变形限值的实测平均值与弹性理论值吻合良好。根据试验结果,提出了弯剪刚度比非线性发展规律的分析方法,分析了现浇圈梁和楼板在控制建筑沉降引起建筑物损坏中所起作用的机理。适当调整主拉应变限值后,角变形限值的弹性理论值可基本适用于各试件的受力变形全过程。     

填埋场斜坡上土工膜受力特性的离心模型试验研究

由于垃圾土沉降大,斜坡上土工膜易受到较大下拽力而破损,影响衬垫系统防渗功能。通过离心模型试验对填埋场斜坡上土工膜在垃圾土重力和沉降作用下的拉力和应变进行了研究,并通过FLAC数值对比分析,可获得如下结论：试验采用的模型垃圾土能很好地模拟现场垃圾土,模型土最大沉降量可达土层厚度的20%;土工膜存在中性点,以中性点为界土工膜可分为受拉区和受压区,中性点的位置与坡度和沉降有关,从坡顶到中性点拉应变逐渐变小,从中性点到坡脚压应变先增大后减小;坡度和沉降是影响土工膜拉力发展的重要因素,坡度或沉降越大,拉力越大,沉降是通过改变界面强度的发挥程度来影响土工膜拉力的发展;当采用单糙面土工膜（上光下糙）时,外部作用力很难向土工膜下界面传递,土工膜锚固端拉力几乎为零。     

重组竹中长柱双向偏心受压性能试验研究

研究了重组竹中长柱的双向偏心受压性能。分别从构件的长细比、偏心角和偏心距三个方面进行了试验研究,总结了偏心受压柱的破坏模式,并分析了构件跨中的截面应变及荷载-位移的发展变化。结果表明:构件极限承载力随长细比增大显著降低;在偏心荷载作用下,偏心距较小的柱,柱中受压区边缘局部纤维首先发生压屈变形,压应变达到材料极限压应变,造成试件失效;偏心距较大的柱,柱中受拉区边缘拉应变达到材料极限拉应变,发生纵向纤维拉断,随着位移持续增大,最终出现明显的纵向裂缝,造成试件破坏;斜偏心距一定时,承载力随偏心角的变化不明显,在偏心角相同的情况下,试件极限承载力随偏心距增大而降低。     

GCL膨润土衬垫膨胀量对渗透性能的影响

GCL膨润土衬垫有很好的吸水膨胀性能,作为防渗材料被广泛应用在环境工程和水利工程。在上覆荷载作用下,GCL膨润土衬垫的膨胀量会受到影响。采用膨胀试验和渗透试验研究上覆荷载与膨胀量之间的关系,以及膨胀量对渗透系数的影响。结果表明,随着上覆荷载的增加,GCL膨润土衬垫膨胀量明显减小,荷载超过1000 k Pa后几乎不会发生膨胀现象。GCL膨润土衬垫膨胀量大,防渗性能低,膨胀量达到12 mm时渗透系数增大1个数量级。根据拟合得到的膨胀量与上覆荷载、膨胀量与渗透系数的关系式,计算了不同堆载高度下的膨胀量和渗透系数,GCL膨润土衬垫上部铺设0.2 m的砂土,能大大提高安全性。     

土工格栅控制液化土体流动变形的试验研究

液化导致的土体大变形以及侧向流动是地震引起建筑物破坏的主要原因。采用土工格栅作为主要加固材料,开展建筑物荷载作用下液化场地流动变形的振动台试验研究,考虑水平层状土工格栅、包裹状土工格栅和土工格栅+无纺布联合处理等3种加固方案对结果的影响,从超孔隙水压力发展、建筑物沉降量以及格栅应变特性等分析加固方案对液化变形的处理效果。试验表明:采用上述3种加固方案所得的相同埋深处超孔隙水压力峰值基本相等,表明土工格栅的加入基本不能改变地基的液化状态,而后期超孔隙水压力在土工格栅+无纺布联合加固方案下消散速度最快。与其它两种加固方案相比,土工格栅+无纺布联合加固方案下建筑物沉降量最小,相比未加固工况沉降量减少24%,土工格栅中间位置的应变峰值小于边缘位置的应变峰值。采用土工格栅+无纺布联合加固时,具有较大表面积的无纺布对该覆盖区域液化土体有较好的约束作用,限制了砂土颗粒的竖向移动。此外,砂土颗粒对无纺布的作用力将由土工格栅承担,这种作用力将有利于土工格栅与砂土之间的摩擦效应,进一步限制液化砂土的流动变形。     

基础局部沉陷下大型储罐变形形态与应力分析

大型钢制储罐是一种地基沉降十分敏感的特种结构,尤以沿罐周的不均匀沉降即基础局部沉陷对罐体的影响最为关键。本文采用有限元方法,研究分析了大型钢制储罐沿罐周相邻点不均匀沉降达到临界值的情况下,钢储罐的变形形态以及其应力分布特征。结果表明,在基础局部沉陷情况下,储罐的变形形态表现为褶皱式扭曲凹凸,具谐波状特征;罐壁内最大Mises应力点对浮顶罐主要发生在罐壁的中下部,对拱顶罐主要发生在罐壁底部。结果同时也表明,基础局部沉陷对浮顶罐的危害影响主要为浮盘的升降困难,对拱顶罐为罐底部局部应力的加剧。     

差异沉降条件下黄土拓宽路基协调机制模型试验研究

以黄土地区高速公路拓宽工程为研究背景,借助大型地基沉降模拟试验平台,实现拓宽路基荷载下地基沉降变形的人为模拟,开展几何相似比为1∶1的足尺模型试验,建立路基内部土体及加筋材料变形监测系统,分析新老地基差异沉降条件下路基内部土体及加筋体的响应机制。试验结果表明：拓宽路基荷载作用下,随着地基差异沉降的增加,路基内部土体是一个不断变形协调过程,当地基差异沉降S达到9 cm时,路基与路面结构层出现脱空;新老路基拼接段铺设土工材料能使松散土体形成板结复合体,土工材料能够增强新老路基的整体稳定性和力学特性,土体填料更容易形成自拱效应;土工格栅能一定程度上消解新老路基间的差异沉降。随着新老地基差异沉降的增加,土体内部筋材受力不均匀且筋材内部相应产生了交替拉压应变,应变整体呈现增加的趋势,当新老地基差异沉降达到16 cm时,土工格栅拉压应变趋于稳定,土工格栅拉伸或压缩极限变化量仅为2 mm,远小于土工格栅破坏极限。     

地层沉陷中埋地HDPE管道力学状态及模型试验分析

地层沉陷致埋地HDPE管道事故频发,主要原因之一是地层沉陷过程中所诱发的管道附加应力和变形剧增,从而导致管道破坏。已有研究成果大多集中于固定尺寸沉陷区域管道与周围土体力学特性的分析,尚无相关理论预测沉陷发展过程中管道力学响应特征变化规律。利用自制室内足尺大型模型试验系统,以粗砂为管道开挖沟槽回填料,通过调整模型箱底板的下沉模拟地层沉陷形成过程,研究埋地HDPE双壁波纹管道的受力变形特性及其上覆回填料土体的沉降分布规律。试验结果表明:1地层沉陷过程中HDPE管道的竖向变形符合修正高斯分布曲线;2随着土体沉陷的发展,管道顶部土压力随之增大,且试验管道顶部的土拱率由0.7增大到2.05,呈现出明显负土拱效应;3对于相同抗弯刚度管道,土体沉陷变形所致管道附加变形随管道上覆土层厚度的减小而减小;4随着管道抗弯刚度增加,埋地管道对于土体的沉降抑制作用愈加明显。     

某抽水蓄能电站上水库库底土工膜防渗设计

某抽水蓄能电站上水库库底填渣高度达120余米,水库蓄水后其沉降变形及局部区域的不均匀变形问题较为突出。为较好适应库底变形,保证水库的防渗性能,库底采用HDPE土工膜防渗,开展了三维有限元计算分析。对于局部拉应变较大区域,采取设置增模区等工程措施,其经验可供类似工程参考。     

土工隔栅与土界面作用特性的试验研究

通过室内模型试验和现场测试的方法对路基工程中土工格栅与填土界面之间的相互作用特性进行了研究,分析了上覆荷载、层间厚度、压实度、埋设层数、埋设位置等因素对于格栅与土界面作用特性的影响规律.试验结果表明,随着上覆荷载的增大,界面拉应力基本呈线性增长,量值大约为竖向荷载的1/1000;在路堤中心线处的拉应力最大,往两侧逐渐减小;随层厚及压实度的增加,界面摩阻力逐渐增大,格栅界面作用逐渐增强.为保证土工格栅抗变形能力的充分发挥,实际工程中格栅的埋设应遵循"上疏下密"的原则.现场试验也表明,土工格栅有调整荷载分布的作用,对于减小路堤的不均匀沉降有明显的效果,从而对提高路基的稳定性能有较大作用.     

静压桩的荷载-沉降特性动、静载试验结果分析

依据某工程三根静压桩的单桩竖向抗压静载试验和高应变动力试验，通过对桩身材料特性、桩侧阻力和桩端阻力发挥性状、桩身荷载传递机理的分析，研究和比较了桩的动、静载试验荷载－沉降特性。高应变计算的Q～s曲线和静载试验实测结果相比，在荷载较小时高应变计算的沉降较大，在荷载较大时高应变的结果较小。高应变试验模拟结果与静载结果的不同，与其测试分析中采用的数学模型有关。由于实际混凝土荷载变形的非线性，以及高应变动测中桩产生的位移特别是桩端位移较静载试验中的小，使得高应变计算的Q～s曲线在荷载较大时一般不可能有静载试验那样大的位移和明显的陡降段。在采用高应变动测模拟Q～s曲线时应考虑这些因素的影响。     

土体沉陷中埋地管道与管周土的相互作用试验研究

为分析埋地管道沿线土体沉陷发展过程中管-土变形及土压力分布特征,设计并研制了土体沉陷过程中管-土相互作用试验研究的系统,得到了沉陷过程中管-土下沉变形、管周土体变形及管周土压力的分布规律。试验结果表明:土体沉陷过程中,管道与管周土经历了协同和非协同下沉变形;随着沉陷的加剧,沉陷区中部管-土非协同变形量增大,管道上侧附加土压力随着土体沉降的增大而增大,并逐渐达到最大值;管顶土体开始形成由管顶向两侧扩张的破裂面,此时管顶附加土压力随着土体沉降的增大而减小;沉陷区管道底部出现压力降低的现象,支承压力将向沉陷区的边缘转移,沉陷区边缘管道下侧的支承力增大;管道上侧压缩土体内产生增压作用,压缩土体下方出现压力降低的现象,压缩土体变形范围仅限于管道顶部一定高度土体中,即管道上部土层存在一个等沉面;基于管顶土体的变形特征及等沉面发展过程,分析得到了管顶土压力的简化计算式。     

承压含水层局部降压引起土体沉降机理及参数分析

在天津地区几个场地开展了承压含水层抽水试验,观测到承压含水层局部降压过程中其上覆土体出现“上小下大”的沉降规律,其下卧土体出现隆起现象。采用考虑降水井瞬态降水的三维流固耦合数值模型的分析进一步表明,承压含水层局部而不是大面积降压过程中其上覆弱透水土层在没有产生明显水位下降时,可产生“土拱效应”,土拱区内部土体出现附加拉应力,进而发生张拉变形;而承压含水层下卧土体的隆起则是由于下卧弱透水层中地下水向上渗流产生的渗流力所致。进一步地分析了不同竖向补给条件及不同场地条件的承压含水层长期局部降压过程中土体沉降规律,揭示了不同情况下承压含水层局部降压引起的土体最大沉降位置。不论承压含水层竖向补给条件如何,不论承压含水层短期降压还是长期降压,当上覆弱透水层的渗透系数在其特征范围内变化时,对承压含水层进行局部降压,其上土层中最大沉降位置均出现在有水位降深的土层顶板处。由于分层总和法不能考虑成层土中承压含水层局部降压时其上弱透水土层的空间效应,若基于单井或小范围群井抽水试验反演沉降经验系数,并采用分层总和法分析不同深度土层沉降时,将导致承压水局部降水引起的地表以下土体的沉降被低估。     

几种常见混凝土结构非受力裂缝原因分析与控制的探讨

1混凝土结构非受力裂缝的概述当外界对混凝土内部的影响作用超过它的抗拉强度应力时,它就可能出现裂缝。混凝土结构产生裂缝的原因很多,概括起来有二种,受力裂缝和非受力裂缝。受力裂缝主要是在外界荷载的作用下,混凝土产生的拉应变超过它自身的极限拉应变时就可能出现裂缝,一般裂缝与混凝土的主拉应力相垂直。非荷载裂缝是由于不均匀沉降、温度变化、混凝土收缩徐变、钢筋锈蚀等引起的裂缝。其实它的最终破坏机理类似于受力裂缝机理,主要是混凝土的外部或内部非荷载因素引起混凝土内部的附加应力,导致混凝土产生拉应变而出现裂缝。由于非受力荷载发生的随机性和突然性,我们无法准确判断非荷载因素的类型、作用大小和影响程度,而且很多裂缝往往是几种因素不同组合和叠加的结果。2几种产生裂缝的原因2·1不均匀沉降而产生的裂缝不均匀沉降产生的裂缝常发生在大面积或长型基础的整体结构中。由于同一基础下面的各处地基组成成分不同,导致地基沉降不均,使上部混凝土结构内部发生错拉而开裂。裂缝特点是:竖向长裂缝并伴随着许多细短裂缝的出现。例如,在混凝土砌块墙结构中,当窗间尺寸较大时,沉降差引起的窗间墙与窗下墙的应力差异使窗间墙反弯受拉(相当于反梁),当拉应力超过墙体的弯曲...