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岩土工程 哈尔滨工业大学 2015(学位年度)
摘要:在撒哈拉沙漠以南的非洲地区特别是在中非共和国地区(CAR),道路的使用状况和使用寿命主要与以下两个因素密切相关:经济和交通。经济因素是指是道路建设在地区经济不发达的背景之下,并且缺乏维修养护措施。而交通因素是指设计的载重限制不被遵守,车辆总是超载,结果导致路面上的车辆轴重大于路面设计的最大轴载。这些问题不但使路面受到环境影响破坏的效果更加严重;而且还使路面过早的出现了疲劳开裂现象。因此,在此背景之下本文重点研究了在重载车辆荷载作用下柔性路面结构的稳定性问题。
  对于路面在重型车辆荷载作用下的稳定性研究,本文选择沥青路面应力计算软件(BISAR)来进行分析,为了更好的确定轴载水平与路面性能之间的关系,对路面进行均匀布载,通过BISAR3.0软件计算承受均布荷载作用下柔性路面的应力、应变和位移,以此衡量路面功能上和结构上的性能的损失(包括功能上的和结构上的),并且评价材料和轮胎的压力对路面性能的影响。对此,首先进行气候变化和交通荷载的分析,气候变化分析包括降雨和温度变化的分析,交通荷载分析包括轮胎接触压力、车轮荷载、移动荷载、重复荷载和轴载组合,研究它们在不同的环境下,轴载与路面性能之间的关系。其次,进行柔性路面结构分析,包括环境和荷载对路面稳定性的影响,以此评估材料和轮胎压力对路面性能的影响。此外,本文主要在中非共和国(CAR)五个不同的气候区下进行了柔性路面结构力学响应和使用性能的研究。
  在研究中得知柔性路面的使用性能和轴重之间的关系由路面所处的气候条件所决定,对于柔性路面结构设计,要充分考虑到当地的材料和施工技术。此外,文中应用广义四次幂定律来进行等量轴载换算(LEF)。轴载计算中涉及各种轴重组合,计算时采用标准的80kN单轴荷载(18000磅)和标准的151.2kN双轴荷载(34000磅)进行柔性路面结构设计。而且,通过对交通荷载的统计分析,文中对标准轴载进行了等量换算。最后,本文对中非地区的建筑材料和施工技术进行了深刻研究,同时开展了路面使用环境和交通荷载的综合分析,以便在此基础上建立一个适用于不同气候条件的柔性路面性能和材料评定标准。
  针对垂向荷载对柔性路面的影响进行分析,得出垂向应力和应变对于垂向荷载非常敏感。在较厚的表面层里,垂向荷载增加24%会导致垂向应力和垂向应变分别增长6%和14%。而轮胎压力增长13%导致垂向应力和垂向应变分别增长7%和10%。这个现象与轮胎和路面的接触面积有关,且清楚地表明轮胎压力对垂向应力、应变有质的影响。120kN-1000kPa交通荷载相比于80kN-700kPa交通荷载的最高应力应变值(图4-1)和最低疲劳荷载周期都被显示出来。对于四种不同的交通荷载和相似的材料常数,相应的破坏时的疲劳荷载循环次数和模量比都被估计出来。交通荷载量最大时,即120kN-1000kPa,疲劳荷载循环次数最小。相对于其他交通荷载,这种荷载会导致更多破坏。模量比为10时,80kN-700kPa的交通荷载的疲劳寿命为5x106次,而1200kN-1000kPa交通荷载的疲劳寿命只有0.2x106次。疲劳寿命减少了87%,这清楚地反映了交通荷载提高的潜在伤害
  基于BISAR3.0柔性路面结构的模拟,发现路面破坏经常发生在汽车轮胎作用的区域。这些破坏是由于正常荷载或者超负荷荷载引起的过大的垂向应力导致的。然而,我们注意到,即使没有交通荷载的影响,路面结构也会由于诸如降雨、显著的温度变化和地下水位的抬升等环境因素而降级。
[博士论文] 万娟
岩土工程 华中科技大学 2015(学位年度)
摘要:草灌植被在边坡防护工程中具有广阔的应用前景,但由于在草灌根系与土相互作用机理研究方面的欠缺,导致工程实践具有一定的盲目性。本文采用模型试验、室内试验、理论分析和数值模拟等方法,从草灌植被的生态稳定性、植被根系形态及抗拉特性、根土复合体强度特性和生态护坡的边坡稳定性等方面系统研究草灌生态护坡机制,主要的研究成果有:
  (1)通过草灌植被模型试验,探讨坡度、播种量和草灌比对植被的地上生物量及覆盖度的影响规律,研究植被护坡的生态稳定性。试验表明,草灌混播样地保持水土、抗旱保水能力高于纯灌木;从生态护坡的长期稳定性的角度来看,最优的草灌比为1:5、最佳的播种量为20g/m2。
  (2)开展狗牙根与多花木兰根系形态分析,结果表明狗牙根为以须根为主的放射型根系,其根系生物量集中在土层下0~20cm范围内;多花木兰根系属复合根型,其根系生物量等生物指标与根茎直径呈线性正相关,建立了根系直径与根茎直径及深度的关系式。
  (3)对植物根系进行抗拉试验,研究根系的应力应变关系、抗拉强度及弹性模量特征。研究表明,根系抗拉力随直径的增加均呈幂函数增加,抗拉强度随直径的增加呈幂函数减少。狗牙根根系的弹性模量在26.55~87.91MPa之间,多花木兰根系在0.25~2.33GPa之间。建立了不同坡度下多花木兰根系抗拉强度、弹性模量的分布模型。
  (4)进行草灌根系土复合体直剪试验,研究龄期和草灌比对复合体抗剪强度的影响规律。研究表明:根土复合土的抗剪强度高于无根原状土,草灌混合的加筋效果优于单独的草本或灌木根系加筋。植物根系增加了土体的粘聚力和内摩擦角。90天时根土复合体粘聚力约为无根原状土的3倍。
  (5)在考虑植被的重力、间距,植被根系的形态分布与强度特征的条件下,推导出滑动面平行于坡面的边坡稳定系数的计算公式。结合ANSYS有限元数值模拟,研究边坡浅层稳定性的影响因素。研究表明:植被的存在减小了坡顶的张拉区和坡脚的剪应力集中带,对边坡浅层稳定性有利,但对深层稳定性影响不大。与无植被边坡相比,深度h=0.1m时植被边坡稳定系数提高60%(自然状态)~260%(饱和状态);深度h=0.7m时,植被边坡的稳定系数提高约25%(自然状态)~78%(饱和状态);而深度超过根系的长度稳定性略有降低。坡度越大,根系承受的拉应力越大,有植被边坡稳定系数提高的幅度较无植被边坡有所增加。灌木间距为20cm×20cm时有利于边坡的主应力与剪应力的均匀分布,而间距对边坡稳定系数的影响不大。
  本文的研究成果对于生态护坡的设计和施工具有重要的指导意义,为环境保护和可持续性发展提供理论支撑与试验依据。
[硕士论文] 龚志方
岩土工程 贵州大学 2015(学位年度)
摘要:本文主要从两个方面研究桩间土拱效应及土拱的成拱机理,在此基础上分析临界桩间距的理论推导方法。采用数值模拟方式去考虑土拱形成的影响因素,如土体的力学性质、桩侧与土体接触面的摩擦系数、相邻抗滑桩的桩间距等。
  主要内容包括如下三个方面:
  1、根据大小主应力拱理论分析粘性土中的抗滑桩桩间土体成拱机理,进一步分析土体中抗滑桩桩间土拱的形态。最后应用数值模拟的方法分析了桩间土拱的形成机理,并进一步说明上述理论分析的正确性。
  2、在总结根据土拱理论研究抗滑桩桩间土拱效应的基础上,分析粘性土中设置抗滑桩桩间土拱效应。应用土拱理论中的拱形梁法对拱脚的作用位置、拱的形状、土拱的破坏条件等方面进行深入的研究,并得到合理的结论,并根据上述结论提出粘性土中抗滑桩临界桩间距的确定方法。
  3、针对粘性土,对抗滑桩间的土拱效应进行了大量的数值模拟,研究了各种因素对桩间土拱的影响。并把数值模拟结论和前面的理论分析进行了对比,得到了一致的结果,进一步证明了理论分析的正确性。
[硕士论文] 王鸣
岩土工程 武汉理工大学 2015(学位年度)
摘要:地铁为城市交通命脉,紧邻地铁的基坑设计中必须考虑到对地铁区间隧道的影响。目前已有较大量研究成果阐述了基坑开挖卸荷的环境效应。但在周边存在地铁隧道的情况下,对开挖卸荷时基坑围护墙体变形的影响、受扰动土体变形规律及隧道变形响应等方面的研究相对较少,亟待解决的问题很多。本文分析和指出了邻近基坑开挖时隧道变形解析法存在的缺陷和不足,进而采用FLAC3D软件模拟武汉地铁4号线附近某基坑开挖过程,得到了在基坑开挖与隧道相互影响条件下基坑围护结构、坑底土体及隧道结构的变形规律。分别讨论了坑顶堆载、土体性质、围护结构布置、隧道与基坑水平及竖直距离对邻近隧道变形的影响。总结和提出了隧道变形控制标准和合理的加固措施及建议。
  本研究主要内容包括:⑴对附加应力法和附加位移法两种解析方法进行了探讨。着重对附加应力、附加位移及地基梁变形进行了求解,指出两种解析法存在的缺陷和不足:附加应力法计算复杂,无法考虑施工过程的影响,且对设有支撑时的基坑侧向卸荷应力的假设不合理;附加位移法为一种半理论半经验公式方法,受人为假设等主观因素的影响较大,且需要用前期监测数据来验证结果可靠性。⑵用FLAC3D软件模拟武汉地铁4号线附近某基坑开挖过程。基坑围护结构在坑底处位移最大,且围护墙变形受隧道的影响较大,在近隧道侧墙顶位移较大,而坑底处位移较小;在隧道离基坑长边中点较近时地铁隧道变形较大,离基坑远处较小。与三维立体模型相比,平面模型隧道最大竖向位移计算值小10%,最大水平位移计算值大10%。在坑顶堆载较大时会增大隧道的水平变形;隧道所处土层材料性质在适当范围内变化时,对隧道竖向变形影响较小,而对其水平变形影响较大。⑶总结和提出的隧道变形控制标准为:竖向变形允许值不大于10mm,水平变形允许值不大于5mm,预警值为允许值的80%。基坑分段开挖和施工过程中及时施做底板,可明显减小地铁隧道变形;而在坑底底板上快速堆载及基坑被动区土体加固的控制效果较为显著。而以往采用增加基坑内支撑或提高隧道截面刚度时,其变形控制效果较差。
[硕士论文] 王超
岩土工程 武汉理工大学 2015(学位年度)
摘要:山岭公路隧道工程具有环境影响大、施工周期长、不可预见因素多、投资金额大、施工难度高等特点,所以山岭公路隧道工程是一项具有高风险的建设项目。为了更好的配合我国各地方经济的发展,使山区人民出行更加便利,我国政府加大了对山区基础设施建设的投入力度,这几年中,山区公路的修建无论从建设数量,修建规模,还是技术难度都有了较大的提升;山区公路的建设必然要“穿山越岭”修建隧道,而近些年来由于隧道修建产生的施工事故给我们国家和人民带来了较为严重的财产损失、环境破坏和人员伤亡,这些都是人们所极其不愿见到的;因此开展隧道施工安全风险评估研究工作便显得非常重要与紧迫。
  本研究主要内容包括:⑴采用改进的模糊层次综合评判法开展隧道整体风险评估研究。将山岭隧道施工安全风险评估从具体研究内容上分为整体和局部两个大的方向,即隧道整体风险评估与重大风险源的风险评估。针对隧道整体风险评估研究特征及工程应用特点,本文对传统的模糊层次综合评判法进行了改进,将传统方法中运用层次分析法求取指标权重以模糊层次分析法来代替实现,此改进措施有以下两优点:一是免去了层次分析法中判断矩阵一致性的检验,使计算难度和计算量大为减少;二是使用模糊判断一致矩阵符合人们思考问题的逻辑,便于推广应用。以改进的模糊层次综合评判法为核心确立了整体风险评估的一般研究模式,即采用改进的模糊层次综合评判法和事故损失当量估计法,分别求取整体风险发生概率等级和事故损失等级,并通过R?P?C法,将以上两种方法结合在一起,最终得出隧道整体风险评估等级。⑵将功效系数法引入到隧道风险评估研究当中,并重点应用于隧道重大风险源的风险评估。功效系数法可以解决隧道风险评估中评价指标标准不统一,量化困难,计算繁琐等难题。本文利用功效系数法的优点,建立了隧道重大风险源的风险评估研究模型,并明确了指标评价体系的建立原则和主体思想。基于功效系数法的计算原理和内涵,确立了进行隧道重大风险源风险评估的一般步骤和取值原则,得出风险发生概率等级。最后从功效系数法的优越性、可操作性、实用性三个方面对其应用于隧道风险评估的可行性进行论证。⑶以高速公路项目“郧县至十堰高速公路大华山隧道”为工程案例进行应用研究。在大华山隧道整体风险评估中,本文确立了基于人-机-环境-管理系统的多级结构评价指标体系,识别结果多达17类。通过改进的模糊层次综合评判法,得出大华山隧道整体风险模糊估计等级为Ⅳ级;基于当量估计法,得出整体风险发生后果等级为C级,并最终得到大华山的整体风险等级为四级。在大华山隧道重大风险源风险评估中,通过逐段评估的方式,基于功效系数法对塌方风险和涌水突泥风险分别建立相应的风险评价指标体系,并分别得出其相应的风险等级为Ⅳ级和Ⅲ级,最终确定出大华山隧道重大风险源风险等级为IV级,通过与工程实际情况和传统方法进行对比,验证了此方法的有效性。结合以上研究,给出大华山隧道施工风险控制措施。
[硕士论文] 宋伟成
岩土工程 武汉理工大学 2015(学位年度)
摘要:随着我国公路交通的迅猛发展,在中西部多山地区地质条件复杂,在隧道的建设过程中经常要穿越地质条件差的地层,泥质页岩地层就是其中一种。由于泥质页岩遇水软化等特性,使得隧道在施工过程中经常发生大变形、塌方,严重威胁着工作人员的生命安全,带来经济损失。泥质页岩隧道设计与施工是目前的一道难题,因此,有必要结合工程实际对泥质页岩隧道开挖与支护过程中围岩遇水软化情况进行系统研究。本文依托在建的宜昌陆城至渔洋关一级公路延伸段新建工程簸箕山隧道,根据现场实际采取的设计和施工方法,结合理论研究、现场实验和数值模拟的研究方法和思路,对该隧道围岩和支护结构进行了系列研究。
  本研究主要内容包括:⑴通过对现场实时监测的变形数据进行分析,结合隧道地质勘探结果,得出该地层泥质页岩在遇水软化前后各项力学参数的变化情况,围岩在遇水软化后,弹性模量和粘聚力都降低,泊松比增大,内摩擦角减小,围岩抵抗变形的能力减弱;泥质页岩隧道变形大,ZK55+590断面上台阶周边收敛61.05mm,下台阶周边收敛3.50mm,拱顶沉降37mm,围岩遇水软化后,隧道变形更大,ZK55+610断面上台阶周边收敛287.60mm,下台阶周边收敛18.30mm,拱顶沉降226.85mm。变形速率随着围岩的软化逐渐增大,后随着围岩应力的释放又逐渐减小。⑵通过对现场情况的数值模拟分析,围岩在没有遇水软化的计算结果与实测结果基本相符,围岩遇水软化后的计算结果相对略小于实测结果。得出了在不同时期围岩遇水软化各分步开挖阶段围岩的位移、应力场变化规律,支护衬砌结构的变形、应力分布及内力分布情况。围岩遇水软化后,由于隧道的变形,锚杆与围岩发生相对滑动,锚杆嵌入隧道围岩,隧道变形大的部位也是锚杆受力大的部位,同时该部位锚杆与围岩的相对滑动也最大,数值模拟结果与现场锚杆滑移的实际情况相符。隧道下台阶一次性开挖后施作的锚杆受力左右成对称分布,下台阶左右分步开挖施作的锚杆受力成不对称分布,后面施作的锚杆受力小于前面施作的锚杆受力,可以考虑折减最后施作锚杆的力学效应。⑶通过研究发现,隧道围岩遇水软化后初期支护发生整体下沉,沉降量由拱脚向拱肩逐渐增大,拱顶沉降相对小于拱肩沉降;通过对不同阶段隧道围岩遇水软化下二次衬砌和仰拱的受力分析,发现在围岩软化的情况下进行隧道的开挖时,下台阶一次性开挖、仰拱一次性施作对隧道的安全性和稳定性方面都有提高,并得出不同阶段隧道围岩遇水软化隧道在后期运营阶段均处于安全状态。
[硕士论文] 赵攀
岩土工程 江苏科技大学 2015(学位年度)
摘要:膨胀土边坡失稳问题已经成为膨胀土地区的一个主要工程地质难题,引起了越来越多专家学者的关注,国内外学者对非饱和膨胀土边坡已经做了大量研究。现有研究普遍认为膨胀土边坡的安全系数随降雨的发展不断降低,而在镇江地区,大量的工程实践表明在降雨初期,随着降雨量的增大,边坡的安全系数有一个增大的过程,降雨量进一步增大,边坡安全系数逐渐减小。本文即通过室内试验、FLAC软件分析,研究镇江地区膨胀土边坡在降雨初期其安全系数的变化规律及其机理,得到边坡在降雨初期的稳定安全时间,为本地区的边坡地质灾害预警预报提供参考。本文主要研究内容如下:
  (1)通过室内试验:得到了膨胀土的抗剪强度与含水率的关系,即随含水率的增加抗剪强度呈先增加后减小的趋势。
  (2)通过对降雨入渗下的膨胀土边坡的稳定性进行数值模拟分析,发现了膨胀土边坡在降雨入渗条件下,边坡安全系数会有短暂增加的现象;
  (3)针对镇江地区在长时弱降雨和短时强降雨的降水特征,通过模拟分析,指出了膨胀土边坡发生失稳破坏的安全时间。
[硕士论文] 刘佳琦
岩土工程 辽宁工程技术大学 2014(学位年度)
摘要:一直以来地下工程的稳定性、安全性都是实际工程中不可忽视的,岩石所处环境的复杂性、扰动性使深部岩体变现出情况各异的流变特性。鉴于此,对岩石的蠕变特性的研究也是长期以来学者们的研究热点,岩石蠕变理论的研究至今还有待完善,当前对岩石蠕变模型的研究仍然是难点。
  选取砂岩为研究对象,对其进行基本的物理力学实验研究,获得密度,含水率等物理参数;进行X衍射试验研究,对其内部的化学成分进行研究分析;采用TAW-2000电液伺服岩石三轴仪对非饱和条件和干燥条件下岩石试件进行常规三轴压缩试验,获得粘聚力、内摩擦角、抗压强度、长期强度、屈服强度等参数,为蠕变试验提供可靠依据。最后进行非饱和和干燥砂岩的不同围压下三轴蠕变对比试验研究,依据试验所得结果分析围压、轴压、水等对试件蠕变变形的影响、变形规律以及蠕变破坏形式等。
  在分析岩石蠕变全过程的基础上,加入非线性黏壶元件,同其他基本元件串并联叠加组合,构建一个能够很好的反应非饱和砂岩蠕变全过程的新模型;模型中的参数由origin软件采用最小二乘法辨识确认,拟合曲线变化规律与实测曲线拟合度较高,验证了该非线性蠕变模型对于非饱和砂岩蠕变全过程特征描述的合理性和可行性,为实际工程提供理论依据。
[博士论文] 闫强
岩土工程 长安大学 2015(学位年度)
摘要:高速公路改扩建过程中势必要拆除边坡原有支护,造成边坡应力重分布,因此在开挖过程中边坡的稳定性处于动态发展过程中,开挖支护时序、施工期内的降雨量等对其均有较大影响。若处理不当,边坡极有可能失稳破坏。因此,研究开挖过程中的边坡变形规律及其稳定性,寻求合理的开挖支护方法及边坡加固措施,对于确保改扩建边坡工程的安全稳定有着重要意义。
  论文以柳南高速K1456+800~K1468+300段改扩建工程某典型边坡为依托,以边坡开挖变形规律为目标,以边坡稳定性控制方案为主线,借助离心模型试验、有限元模拟计算和理论分析等手段,开展了高速公路高边坡改扩建开挖过程稳定性研究。
  论文首先系统分析了影响高速公路高边坡稳定性的影响因素,结合柳南改扩建路段的实际工况,进行了高边坡开挖稳定性影响因素的灵敏度分析,然后采用响应面法和蒙特卡罗两种方法对岩性参数内聚力c和内摩擦角进行了可靠度分析。
  借助长安大学60gt离心模型试验系统,构建与实际应力相符的边坡模型,依靠激光位移传感器、非接触式位移监测系统等明确了边坡开挖过程中的变形过程,揭示了不同开挖支护时序下边坡的稳定状态的动态发展规律;以土工土工离心机系统为平台研发了降雨装置,在离心场中实现了对降雨过程的模拟,研究了开挖过程中的降雨对边坡稳定状态的影响,以及不同降雨量后边坡稳定状态的发展过程。
  以柳南高速典型边坡为原型,进行不同施工方法的有限元数值模拟,分析了不同开挖支护时序对边坡安全系数、应力、位移等的影响。同时根据改扩建道路拓宽的宽度,确定边坡开挖后的坡脚点,并以此为基准点,利用ADINA有限元计算软件,分别建立边坡开挖比例为1:0.75、1:1及1:1.25的数值计算模型,分析不同开挖深度、不同开挖分级数对边坡安全系数、应力、位移等变量的影响。
  最后总结控制边坡开挖变形的常用施工处治技术方法,分析了各方法对应的设计计算方法,提出了适合改扩建边坡的合理施工方案,将信息施工技术有效的应用于改扩建边坡稳定性控制措施方案中;确定了合理的施工原则,保证了边坡施工整体性的安全稳定,对后期稳定的安全起到重要的作用。
[硕士论文] 宋海民
岩土工程 长安大学 2015(学位年度)
摘要:本文以“营双高速公路”为依托,开展了沙漠高速公路生态防护技术应用研究,主要研究工作如下:
  (1)对甘肃省境内典型沙漠公路进行调研,调研内容主要包括固沙措施(机械固沙措施、植物固沙措施)、防风阻沙措施、公路防护效果等,总结出依托工程适生植物种类。
  (2)通过安置集沙仪、风速廓线仪、风沙检测仪、小型梯度气象站等设备,测试了依托工程附近不同类型地面风力指标、风沙流结构特征及机械组成。
  (3)采用投影照相法测定植被的覆盖度和生物量,根据立地质量的分类原则和指标,将营双高速公路沙漠路段立地质量分为四类,分别为Ⅰ类立地(基本没有风沙危害性)、Ⅱ类立地(风沙危害性较弱)、Ⅲ类立地(风沙危害性较强)、Ⅳ类立地(风沙危害性强)。
  (4)根据沙漠工程固沙理论和植物固沙原理,选择花棒、柽柳等适宜防风固沙植物,并设计了营双高速公路沙漠段边坡防护典型模式。考虑施工条件、经济效益、植物的成活率、景观美观程度及协调性等因素,提出了基于模糊数学的沙漠公路边坡防护优选方法。
[硕士论文] 祁亚静
岩土工程 河南理工大学 2013(学位年度)
摘要:随着城市轨道交通事业的快速发展,中国已有33个城市如愿迈入轨道交通时代。基于城市轨道交通施工中存在中、硬岩的情况,复合式盾构应运而生。但是复合式盾构的应用刚刚起步,相关文献较少,而且考虑到在城市施工的复杂性,更应该对滚刀的破岩能力进行相关的基础试验,进行更深入的研究。本文基于上述问题对复合式盾构盘形滚刀破岩试验研究以及对破岩力进行分析反算。
  深入研究了单刀侵压试验和三刀滚压试验。通过试验可以知道,单刀侵压试验岩石形成密实核时侵深很少,一般少于2mm,而所需的推力很大,100~230KN左右;三滚刀顺次滚压试验破岩所需推力较小,一般为70~100KN,而一次进刀深可达5~10mm。三滚刀顺次滚压破岩时,单把滚刀滚动力约为6~12KN,是滚刀破岩正推力的十分之一左右。刀盘推力与每转切深成正比,掘进机的掘进速度与岩石强度指标和岩石耐磨性指标均成反相关。
  完善了复合式盾构总推力计算模型。通过分析盾构总推力的影响因素,完善了已有的盾构总推力计算模型,给出了复合式盾构总推力的实用计算公式,给出了不同岩石与盾构壳体的平均磨擦阻力值。根据工程实测结果反算出的单把滚刀的法向推力,并根据三刀试验结果,确定了更适合于滚刀的法向推力计算的公式。
[硕士论文] 卫伟峰
岩土工程 郑州大学 2016(学位年度)
摘要:随着我国经济的快速发展,大量的超高层建筑、海上石油钻井平台、深水港口等不同形式的建筑物的出现,在要求桩基础具有竖向高承载性能、低沉降速率的优点,同时还要能够承受一定的抗拔和水平受荷的作用。本文对弹性扩底长桩的国内外研究现状进行了总结,阐述了水平受荷桩的分类、工作性状、破坏机理以及水平承载性能的影响因素,并对桩体水平承载特性研究方法和理论进行了简单的介绍。然后以某商住房试桩试验为基础,通过对比分析实验数据,研究了弹性扩底长桩的水平承载性能。并用ABAQUS有限元软件建立数值分析模型,通过改变模型的扩底直径、桩身直径、桩体材料强度、桩周土体的弹性模量等因素对弹性扩底长桩桩土作用进行了研究,为弹性扩底长桩在工程上的设计、应用提供理论依据。本文主要结论如下:
  (1)由试桩的H-Y0和H-ΔY0/ΔH曲线可以清楚地观察到,在水平荷载不断增加的过程中,大直径弹性扩底长桩桩体与周围的土体经历了弹性、塑性和破坏三个阶段。
  (2)对试验所得到的数据进行分析,综合考虑各种判定条件得到了试桩S1与试桩S2的水平临界荷载值、水平极限承载力值和水平承载力特征值以及所对应的桩顶水平位移分别为:420KN/9.7mm、480KN/6.63mm、660KN/45.3mm、720KN/30.74mm、336KN/7.92mm、384KN/3.58mm。
  (3)水平抗力系数的比例系数m与桩顶位移和桩顶施加的水平荷载具有比较明显的非线性关系,可以分别用公式 b Hm?a?e?和b0m?aY来表示,并对弹性扩底长桩水平承载力的设计修正提供了必要的参数。
  (4)改变弹性扩底长桩的扩底直径与桩身材料强度等级对桩身水平位移以及桩身的零点基本无影响,而桩身直径对桩体水平承载性能影响比较大,但是在具体的工程项目中硬综合考虑经济、施工技术以及设计要求等因素来选取合理的桩径以及桩身材料强度等级。
  (5)桩周土体弹性模量的提高增强了桩周土体的水平抵抗能力,进而提高了弹性扩底长桩的水平承载性能。
[硕士论文] 范冀哲
岩土工程 河北工程大学 2016(学位年度)
摘要:膨胀土是一种具有显著胀缩特性,裂隙性以及强度衰减性的特殊黏性土。膨胀土的特殊工程性质,对在膨胀土地区兴建的各类建筑物造成了巨大的损害,因此,对于膨胀土工程特性的研究非常有必要。
  本文以邯郸重塑膨胀土为背景,利用中压固结仪和应变控制式电动直剪仪对膨胀土的膨胀特性和强度特性进行了试验研究。通过对试验数据的分析,得到了以下几点成果:
  (1)通过不同初始含水率、不同初始干密度、不同上覆荷载条件下膨胀土的膨胀变形试验,研究了膨胀土的浸水膨胀时程特性,同时研究了膨胀土的膨胀变形量与初始含水率、初始干密度以及上覆荷载的定量关系。
  (2)通过不同允许膨胀变形量条件下的膨胀力试验,研究了膨胀作用力和允许膨胀变形量的定量关系。
  (3)通过不同初始含水率、不同干密度膨胀土的直接剪切试验,研究了膨胀土的抗剪强度指标(黏聚力和内摩擦角)与初始含水率以及初始干密度的定量关系。
  (4)通过经历不同干湿循环次数膨胀土的抗剪强度试验,研究了膨胀土的抗剪强度指标与干湿循环次数的定量关系。
[硕士论文] 许琨
岩土工程 郑州大学 2016(学位年度)
摘要:湿陷性黄土在我国分布广泛,同时对既有建筑物具有潜在的危害。目前对于湿陷性黄土地基的处理方法有多种,因强夯法具有设备简单、经济可行、适用性强等优点,已在湿陷性黄土地基处理中得到了广泛的应用。强夯加固机理非常复杂,对于非饱和湿陷性黄土地基强夯加固机理的研究还需进一步努力。本文通过理论分析、浸水-强夯现场试验、数值计算等方法对湿陷性黄土地基强夯加固机理、强夯过程变形特性、动力特性及强夯效果影响因素进行了研究。
  (1)分析了强夯加固湿陷性黄土地基机理,即加固过程土体变形主要由于颗粒的相对位移,土中的气相被挤出所产生。建立了基于非完全弹性碰撞原理的强夯加固湿陷性黄土地基振动模型,并建立了锤体动力平衡方程式。通过对锤体动力平衡方程式的求解得出锤击过程中锤体的位移、速度、加速度随时间变化公式,可求解出其最大位移、最大速度和最大加速度以及其对应的时间。
  (2)基于浸水-强夯现场试验原理设计了一套相对完善的试验方案。通过对现场浸水区和非浸水区的强夯试验结果分析,表明:非浸水区域,夯击过程中能量衰减较快,传递深度较小,有效加固深度仅4m左右。浸水作用后,强夯作用的有效加固深度7m左右,湿陷性消除效果明显。浸水作用导致强夯前土体更加密实,强夯沉降较小,能量向下传递的较多,且夯击能主要消耗在土体的竖向压缩变形上,但也有一部分能量随着瑞雷波水平传播,导致周边土体的侧向挤出。两试验区域15次夯坑半径分别为2.7m和2.3m,土体在浸水处理后强夯对其冲剪破坏作用更加明显。三个试点承载力分别为240kPa、80kPa、160kPa,因1#试点含水量较低,强夯作用夯实效果明显,因此承载力较高,2#、3#试点位于浸水区域,土体本身的含水量较高,将近饱和状态,此时强夯作用并不能取得很好的效果。
  (3)利用ABAQUS计算软件,采用Mohr-Coulomb模型、刚体冲击荷载、一阶4节点单元、无反射边界条件及ALE自适应技术对强夯特性进行了计算分析,结果表明:夯坑周边最大隆起量在距离中轴线3m处,也即是计算夯坑半径大概2.5~3m。随着夯击能的增长,夯坑深度与隆起量均呈线性增长。当土体弹模大于10MPa时,夯沉量与弹性模量近似线性关系。随着夯击次数的增加,塑性变形区域逐渐扩大,超过7次时趋于稳定,塑性变形区近似苹果形分布。
  (4)竖向应力峰值随着深度的增加而减小,垂直速度随着时间的增长不断衰减,振动持续至0.55s,振动速度沿着地表向外传播,速度峰值对应的时间随着与锤下轴线距离增加而推移,且峰值速度不断减小。竖向应力峰值随夯击能的增加而逐渐增大。加速度随着时间的增加以一定角度向下传播,随着夯击次数的增加加速度向下扩散的角度有所增大,大约在40~45°,在施工过程可以根据能量向下传递的角度合理选择夯间距,确保夯间土体加固效果良好。
  本文研究成果对于强夯加固湿陷性黄土地基的研究和工程实践具有重要的理论和实际意义。
[硕士论文] 张景焘
岩土工程 长安大学 2015(学位年度)
摘要:涎流冰病害是严寒地区公路病害中危害最大的一种,铜黄高速公路沿线涎流冰病害比较常见。它直接威胁道路行车安全,影响公路的畅通,会产生路面冰毁、翻浆、水毁、龟裂,断板、边坡崩塌、滑坡、剥落,路基失稳、冲刷等公路病害。为此,本文针对近期开工建设的铜(川)黄(陵)高速公路涎流冰病害展开研究,通过工程调查、现场试验和理论分析等方法,对该公路沿线涎流冰病害的成因和形成条件进行了分析,提出治理方案和防治措施。主要包括以下内容:
  1.对国内外公路涎流冰病害相关资料开展了调研和检索,对铜黄高速公路沿线涎流冰病害进行了实地调查,分析涎流冰病害对路基、边坡、路面造成的危害。
  2.对现有国内外公路涎流冰病害的成因和防治技术进行了综合评价,分析水文条件、气候气象、地形地貌、地层岩性、路堑开挖及工后养护对公路涎流冰病害形成的影响。
  3.在现场工程试验的基础上,结合病害成因分析,提出了铜黄高速公路沿线路基、边坡及路面涎流冰病害防治措施,并进行了跟踪观测。
  4.运用综合模糊评价方法分析了边坡涎流冰病害的治理措施,即边坡渗沟与仰斜式排水孔联合治理边坡涎流冰病害的可行性,并在实体工程进行了验证。
[硕士论文] 杨晓东
岩土工程 长安大学 2015(学位年度)
摘要:公路或铁路隧道的修建往往需要穿越断层破碎带,当隧道穿越断层破碎带时,却频繁发生涌水灾害,一直以来,被认为是隧道施工中面临的较大难题之一,断层破碎带隧道涌水不仅使隧道施工安全受到威胁,同时还给隧址周边环境带来诸多负面影响。为了攻克这一施工难题,开展对其的深入研究工作是非常具有现实意义的。
  本文依托岑溪大隧道,通过实地踏勘,现场利用高密度电阻率法、可控源音频大地电磁法、地质预报探测仪等多种物探方法,结合地质钻探取样分析,对断层破碎带的范围、断层破碎带及其围岩的工程特性进行了调查研究,分析了隧道涌水成因机制,并提出处治措施,同时利用有限元软件进行相关模拟分析。主要得出了以下成果和结论:
  1.通过物探和钻探相结合的方法,确定了断层破碎带是呈开口向上的抛物线式分布发育的,其具有控水、导水的工程特性;钻探取样的结果分析表明,断层破碎带围岩具有易扰动、遇水软化等工程特性。
  2.根据相关的勘察分析结果,认为岑溪大隧道涌水类型属于导水断层涌水,通过建立隧道涌水力学模型,确定涌水机制为断层活化型涌水机制。
  3.通过阐述岑溪大隧道涌水事件的经过,采取了紧急抽水、地表塌陷处理、掌子面洞渣回填反压等应急处治措施方案,涌水灾害得到了控制,为了避免后期施工再次发生涌水,提出了全断面帷幕注浆,局部采用径向超前小导管预加固的预防处治措施,并给出具体相关技术参数。
  4.利用MIDAS/GTS有限元分析软件对注浆加固后的隧道,采用的三种开挖方法分别进行渗流-应力耦合的模拟分析,模拟结果显示,注浆加固后隧道涌水量明显减小,同时采用环形预留核心土开挖方法,初期支护受到的应力最小。最后通过现场实测,证明了模拟结果的正确性。
  岑溪大隧道实例表明,针对断层破碎带涌水,本文的研究方法及结论可推广至类似情况的其他工程
[硕士论文] 帅保国
岩土工程 长安大学 2015(学位年度)
摘要:本文以滇西南地区“大理~保山”和“保山~龙陵”高速公路为依托,针对高边坡抗震稳定性问题展开了国内外相关资料的查阅和沿线边坡的调查,对滇西红层的工程地质特性和边坡的抗震稳定性影响因素和支护措施进行了归纳分析,在此基础上对边坡进行了抗震数值分析及支护研究,主要包括以下内容:
  1.通过现场调研,结合当地地质概况、滇西红层工程特性和地震历史对沿线边坡进行了统计和分类,并对边坡抗震稳定性的影响因素分析总结,初步分析了高边坡在地震作用下的破坏机理。
  2.利用Midas/GTS数值分析软件建立高边坡抗震数值分析模型,通过模型的建立、参数的选取、边界条件的设定和地震波的输入分析了边坡几何条件和地震自身参数,含滇西红层的边坡中红层倾角、厚度和位置等因素的变化对岩质边坡位移、应变及 PGA放大系数的影响规律。
  3.总结了依托工程的坡体加固类型和坡面防护形式,论述了各自的特点和适用条件,并对加固方式提出了抗震构造要求,便于为类似工程的边坡加固和防护设计选型。分别对锚索和抗滑桩两种支护方式的加固效应进行了分析,对滇西红层高边坡的加固效果分别进行了数值模拟,并对加固效应进行了各方面的对比分析。
[硕士论文] 谢婵琼
岩土工程 上海交通大学 2015(学位年度)
摘要:目前,有关磁性相似材料在磁力模型试验中的应用的研究比较少,本文在已有的碎石土土工试验系统GTS300的基础上,研制了SDTS100应变式双压力室三轴试验系统,利用SDTS100进行磁性相似材料物理力学性能试验,研究不同组分对材料物理力学特性的影响;并根据磁力模型试验相似理论及相似比,配制了满足锦屏一级水电站拱坝左岸边坡部分岩体及其结构条件的磁性相似材料 ISC;对已有的梯度磁场发生装置进行优化,选取ISC中铁粉、石英砂与粘土含量分别为47%、23%、20%的配比作为标准长方体模型材料的配合比,对标准长方体模型进行磁力模型试验和数值模拟,研究利用梯度磁场为地质力学模型加载的能力,验证磁性相似材料在磁力模型试验中应用的可行性。
  主要研究成果如下:
  1.在碎石土土工试验系统GTS300的基础上,根据磁性相似材料的试验要求,研制了SDTS100应变式双压力室三轴试验系统,并利用SDTS100进行了磁性相似材料的物理力学试验。试验结果表明:相似材料的密度、抗压强度主要受铁粉含量的影响,铁粉含量越多,材料的密度、抗压强度越大;当铁粉含量小于26%时,相似材料的粘聚力与弹性模量不断增大;铁粉粒径对试验结果也有一定的影响,铁粉越细,相似材料整体的密度和强度就越大,而铁粉越粗,材料的内摩擦角和泊松比越大;石英砂含量对密度的影响与铁粉相反,随含量的增加,密度减小。当石英砂含量小于30%时,抗压强度和弹性模量随其含量的增加而减小,而粘聚力和泊松比不断增大;相似材料中,粘土主要对材料的粘聚力影响比较显著,随粘土含量的增加,粘聚力不断增大;相似材料中加入铁粉后,存在一个合理的养护时间,养护时间过长会破坏相似材料的内部结构,降低材料的强度等其它性能;该磁性相似材料可模拟的密度范围为2.34~2.85 g/cm3,抗压强度范围为0.14~0.96 MPa,粘聚力范围为5.3~124.1 kPa,内摩擦角范围6~57°,弹性模量范围8.4~72.5 MPa,泊松比范围0.18~0.41,满足大多数模型试验对相似材料高容重、低抗压强度、低粘聚力、低弹性模量的要求。
  2.根据磁力模型试验相似理论及磁性相似材料的物理力学试验结果,配制了满足锦屏一级电站拱坝左岸边坡岩体及其结构条件的磁性相似材料ISC,ISC材料由铁粉、石英砂、粘土组成。当磁性相似材料中铁粉、石英砂、粘土含量分别为47%、23%、20%时,材料的力学参数满足锦屏一级电站拱坝左岸边坡IV1岩体的参数要求;当铁粉、石英砂、粘土含量分别为10%、65%、15%时,磁性相似材料的力学参数满足V岩体的参数要求;当铁粉、石英砂、粘土含量分别为55%、25%、10%时,材料的力学参数满足X软弱结构面的参数要求;当铁粉、石英砂、粘土含量分别为20%、62%、8%时,材料的力学参数满足锦屏f5、f8、f42-9断层的力学参数要求。
  3.对磁力模型试验梯度磁场发生装置进行了优化设计,利用锦屏一级电站左岸高陡边坡中的IV1岩层的磁性相似材料进行地质力学磁力模型试验验证性试验,并利用有限元方法进行数值模拟,将数值模拟结果与验证性试验结果对比分析。模型试验结果表明:在梯度磁场发生装置的通电电流为16A的情况下,可将锦屏一级电站左岸高陡边坡中的IV1岩层的相似材料的体力平均提高1.59倍,该结论与数值模拟结果相符。而模型试验与数值模拟结果的偏差主要是由相似材料中铁磁材料的性质和数值模拟过程中参数选取的理想化引起的。总体而言,磁力模型验证性试验和数值模拟结果共同说明了磁性相似材料在地质力学磁力模型试验研究中的可行性,为后期磁力模型试验提供了指导和参考。
[硕士论文] 吉立朋
岩土工程 河北工业大学 2014(学位年度)
摘要:地下埋地管道是城市供水、供气、热力、排污等生命线系统工程的基本组成部分,随着城市化进程的发展和城市规模的扩大,地下管网布置亦越来越复杂。一旦城市埋地管道遭遇到外界破坏,如市区内挖掘机械施工等,城市埋地管道由此可能会遭受到巨大的破坏,并可能引发火灾、爆炸、泄毒等致命灾害,从而威胁当地居民的生命财产安全,甚至还会引发次生灾害,造成土壤和地下水的污染。因此,对埋地管道的防护是个亟需解决的问题。
  本文把土工格栅良好的防护隔离性能和加筋减载效果用于埋地管道的防护中,针对埋地管道开展静载实验并将实验结果和Abaqus软件数值模拟计算结果进行对比分析,验证土工格栅用于埋地管道防护及加筋减载性能的可靠性。通过在埋地管道正上方采用宽度为B的加载板加载,并改变土工格栅首层埋深u、埋设长度L、格栅层数N、管道周边回填土的相对密实度、管道埋深H与直径D等参数,研究静载作用下埋地管道性能和变形特点,进而定性和定量地分析了格栅的埋设方式对埋地管道防护及减载效应的影响程度,结果表明:静载作用下,格栅首层最佳埋深u=0.4B,筋材最佳埋设长度L=3D,筋材最佳埋设层数N=2,土工格栅对埋地管道的防护性能最明显,且随着回填土相对密实度的增加,筋材加筋减载作用减弱。最后,基于试验结果,采用有限元数值模拟方法模拟计算多工况下埋地管道的防护性能,重点分析了筋材埋设参数、管道尺寸参数等因素对筋材用于埋地管道防护性能的综合性能,为市政工程中埋地管道的防护提出了较为合理的设计埋设方案,对建设施工和土工格栅的推广具有较好的推动作用。
[博士论文] 叶金铋
岩土工程 重庆大学 2014(学位年度)
摘要:双排抗滑桩是指在滑坡体的不同部位设置两排桩,且桩间距不大,桩排之间存在相互作用,桩顶可以不连接也可以采用连梁或者承台进行连接,从而抵抗滑坡推力的抗滑支挡结构。双排抗滑桩的布置形式灵活,最初在上世纪七八十年代的滑坡治理中得到应用,其后得到广泛应用。无连梁的悬臂式双排抗滑桩相比门架抗滑桩施工简便,工期短,适用于桩排距较大、已有抗滑桩的加固以及桩排间土体性质较好等情况,但相关的设计理论仍不完善,对桩排间相互作用机理仍处于探索阶段。
  本文作者在工程实践以及查阅国内外相关文献的基础上,借鉴地基基础中的变刚度群桩设计原理,提出悬臂式双排抗滑桩变刚度设计方法,即前后排桩根据受力采用不同的截面尺寸或者桩间距,从而使前后排桩的推力分配更为协调;基于桩间土拱特性,将土拱效应发展过程划分为四个阶段,并探讨了软弱地层中锚固段的土拱效应,从而为合理确定桩间距、排距以及锚固深度提供理论依据;基于前后排桩的共同作用,提出基于位移的悬臂式双排抗滑桩内力计算方法。
  为了验证变刚度设计方法的合理性及桩间土拱效应的特性,论文采用理论分析、室内模型试验、数值分析以及现场监测等技术方法,对悬臂式双排抗滑桩的推力分配、土拱效应及其影响因素等方面进行了深入细致的研究,取得了以下主要研究成果:
  (1)设计了变刚度悬臂式双排抗滑桩室内模型试验,通过改变前后排桩的数量比实现前后排桩刚度的调整,对监测得到的土压力及桩身弯矩分布进行分析,验证了悬臂式双排抗滑桩变刚度设计的合理性。对滑体内土压力进行监测,研究了前后排桩的桩间距变化时桩间土拱效应的力学特性。
  (2)在室内模型试验的基础上,采用FLAC3D模拟了悬臂式双排抗滑桩的土拱效应,并将数值计算与模型试验结果进行对比。通过数值模拟验证了主动土拱和被动土拱的存在性,并对软弱地层中锚固段土拱效应的存在条件、形态分布等进行研究。将土拱的发展过程分为四个阶段,分析了推力大小、桩间距、桩排距、接触面参数、桩体约束条件等因素对土拱效应的影响。
  (3)采用FLAC3D模拟水平推力作用下悬臂式双排抗滑桩的力学特性,并与模型试验结果进行对比。数值模拟和模型试验均表明,在扩大前排桩间距后,滑坡推力在前后排桩的分配较为均衡,从而验证了变刚度设计方法的可行性。通过数值计算分析了桩间距、桩排距、前后排桩身刚度比、桩排间土体刚度、前后排桩锚固深度等参数对推力分配的影响,并提出相应的优化设计建议值。
  (4)系统分析了悬臂式双排抗滑桩的受力机理,提出基于位移的刚性双排抗滑桩内力计算的地基系数法,滑坡推力分配主要考虑前后排桩的位移,无需事先假定滑坡推力分配比。该方法综合考虑了前后排桩的位移、桩间距、排距等因素的影响。
  (5)针对重庆市某滑坡抗滑桩的工程加固,采用FLAC3D建立三维计算模型进行分析,验证了在已有抗滑桩后设置后排桩形成悬臂式双排抗滑桩进行工程加固的有效性以及变刚度设计方法的适用性。后排桩施工和桩前土体开挖会造成较大扰动,建议加强监测。数值计算与现场监测结果较为吻合。
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