目前桩基沉降计算多采用Mindlin-Geddes应力解法,为达到精度要求,需对地层进行细致划分,导致该方法计算过程繁琐、效率低下。为提升桩基沉降计算效率,通过解析桩端及桩侧阻力引起的附加应力场,结合Mindlin-Geddes应力解与分层总和法,推导了平均竖向应力影响系数的积分表达式,并改进了桩基沉降计算公式。同时,编制出不同阻力分布模式下的平均竖向应力影响系数的计算表格。无量纲应力面积算例和工程案例分析计算表明,平均竖向应力影响系数方法与规范方法计算结果吻合,精度满足要求,且不需要对每层土再进行细分计算,有效提升了桩基沉降计算效率与精度,为桩基工程设计提供了新的计算方法与技术手段。
旁压试验是岩土工程勘察中重要的原位测试方法,其中弹性膜约束力和仪器综合变形两个率定试验十分重要。然而,传统的率定方法依赖人工操作,并借助一些猜测模型,存在诸多局限性。基于Python语言对旁压试验两个率定算法优化,构建了仪器综合变形率定的最小二乘法线性模型和弹性膜约束力率定的三次多项式最小二乘法非线性模型。通过分析认为,仪器综合变形率定模型斜率计算合理,残差分布良好;三次多项式模型对弹性膜约束力率定拟合效果好,且引入正则化避免过拟合。研究表明,Python语言在旁压试验数据处理中优势明显,能通过优化算法来提高旁压试验结果的准确性。
随着城市化进程加快,基坑周边环境越来越复杂,单排桩支护结构难以满足要求时,常配合支撑构件共同受力。而在支撑受限的区域,采用双排乃至多排桩支护体系尤为必要。目前双排桩支护结构的接受度较为广泛,已有成熟的设计方法。超过两排桩的多排桩虽在实践中已有应用,但计算方法及受力模式尚未统一。以项目实践为依托,对单排桩组合双排桩支护体系的设计方法进行系统研究,根据桩−土协调变形分析,认为后排桩与双排桩的协同受力主要通过斜撑实现,计算模型简化为桩−桩协调变形,形成后排桩、双排桩分开计算,两者通过斜撑杆件协调变形的计算方法,同时研究了单排桩组合双排桩支护体系等效模型法和有限元方法。结合现场监测数据进行对比分析,验证了所提方法的合理可行性,可为类似项目提供参考和借鉴。
在城市更新与历史建筑保护协同发展的背景下,以上海苏河湾42街坊42C地块为工程实例,聚焦深基坑施工扰动引发的历史建筑外墙稳定性难题,提出“锚杆静压钢管桩托换+背撑式钢框架加固”的主动保护技术方案,通过单桩承载力计算与筏板抗冲切验算,验证了方案的力学可靠性。为系统评估施工对保留建筑及周边环境的影响,采用Midas GTS NX软件构建三维有限元模型,全过程模拟搅拌桩施工、地连墙成槽至基坑开挖的结构变形与内力响应,并通过Midas Gen 2020软件对临时加固体系进行专项分析。结果表明:所提托换与加固方案可有效控制历史保留外墙及基础的变形与结构内力,各项指标均满足现行规范要求;同时能够严格控制邻近地铁隧道变形,隧道响应远低于工程安全控制限值。研究可为同类工程提供技术参考。
花岗岩风化层具有含砂量高、黏粒胶结紧密、遇水易软化崩解等特性,灌注桩多采用泥浆护壁施工,该工艺下桩周会形成泥皮。通过收集两个花岗岩风化层灌注桩不满足承载力要求的工程实例,结合测试数据及现场开挖验证,总结了花岗岩风化层中灌注桩桩侧泥皮的特性。研究表明花岗岩风化层中灌注桩桩侧泥皮厚度较大,性质接近软塑黏土状,桩侧阻力表现为桩身混凝土与泥皮之间的阻力,对单桩承载力影响很大。工程实践表明,采用桩侧后注浆处理泥皮,可以全部消除泥皮对桩侧阻力的不利影响,但对桩周土体的加固作用不明显,处理后桩侧阻力可按花岗岩风化层本身性质取值。
本文研究了均质非饱和土中单桩在竖向稳态荷载作用下的动力特性,将桩周土看作固液气三相介质,建立了三维轴对称简谐荷载作用下非饱和土中单桩的竖向振动简化模型,借助Novak薄层理论,化简了三维动力控制方程,求解了非饱和土振动阻抗因子,并结合桩土边界条件对桩的振动平衡方程进行求解,获得了桩顶复刚度和桩身内力的表达式。通过对比计算验证了本文简化模型及其解答的正确性,分析了相关参数对桩基竖向动力特性的影响。参数分析表明:桩顶动刚度因子振幅随频率增大而增大,而等效阻尼的振幅基本保持不变;饱和度对桩的动刚度因子和等效阻尼振幅有一定影响,随饱和度的增大而减小;桩土模量比对桩顶复刚度的影响显著,在保持桩的模量不变的情况下,随着桩土模量比的增大,桩顶复刚度振幅及峰值对应的频率间隔显著增大;渗透率对桩顶复刚度的影响相对较小;不同频率下,桩身的内力和位移变化显著,频率越大,桩身位移和内力振幅峰值越大。
地铁渗漏是威胁运营安全的常见病害,尤其在地下水位显著上升区域。渗漏治理若未充分考虑渗流路径、地下水位及水压变化,易引发次生病害。以北京地铁运营线路渗漏治理工程为案例,分析治理不当(仅封堵下游点位未阻断水源、治理后未监测外围水位变化、忽视既有薄弱点承压能力)引发的三类次生病害:渗流路径改变导致新渗漏点出现、地下水位上升引发屏蔽门进水、地下水压增大击穿预埋注浆管涌水。研究表明,次生病害源于治理行为对地下水运移系统(路径−水位−水压)的扰动失衡。据此提出渗漏治理应遵循“源头控制为主、路径管理为辅、水位水压监测疏导并重”的综合防控策略。研究成果可为类似复杂水文地质条件下地铁渗漏治理提供技术指导。
在对滨海新区区域地质背景进行分析的基础上,统计了滨海新区百余项工程的地基土等效剪切波速、场地覆盖层厚度,并对滨海新区的场地类别进行了划分,给出了滨海新区不同建筑场地的分布范围及地震动参数;对滨海新区3932个岩土工程勘察钻孔进行了液化判定,综合滨海新区地震调查实际喷水冒砂调查点位及非液化勘察钻孔分布情况,给出了滨海新区液化土层的分布范围及液化等级分区。研究结果表明:(1)滨海新区埋深20 m以内的地基土等效剪切波速一般介于140.0~170.0 m/s,均属软弱—中软土,场地覆盖层厚度多在90~100 m;(2)滨海新区大部分地区场地类别为Ⅳ类场地,仅北部滨海旅游区、西部空港经济区以及北大港水库以西地区为Ⅲ类场地;(3)滨海新区液化区域主要分布在汉沽、塘沽及大港部分地区,其中,中等液化区主要分布在大港、汉沽南部、军粮城及塘沽海河附近,严重液化区仅在中新生态城附近分布。
近断层脉冲型地震作用下饱和砂土液化会加剧埋地管道的上浮和破坏,严重威胁埋地管道的长期安全运行。为探究近断层脉冲地震作用下埋地管道的动力响应,基于谱−随机函数方法,提出了一种生成非平稳近断层地震动时程的方法;基于生成的近断层脉冲型地震动,系统研究了近断层脉冲地震作用下砂土地基埋地管道的液化机理和动力响应,分析了与非脉冲地震动作用下埋地管道动力响应的差异。结果表明:合成的含有低频脉冲的地震动能够有效模拟近断层地震动的脉冲特征;在地震作用下,孔隙水压力上升、土体有效应力丧失致使土壤液化引发管道漂移、上浮;与非脉冲地震动相比,近断层脉冲型地震动对管道的动力响应影响更大,对管道的危害大,严重威胁管道的安全运行。
探地雷达是广泛应用于市政管线探测的浅部探测技术。为了提高对雷达探测地下管线雷达图像特征的认识,细化不同工况下雷达探测识别效果,提高雷达资料的解释精度,从雷达探测原理、时域有限差分模拟和管道探测现场工况出发,基于正演模拟软件gprMax建立不同材质、不同形态、不同管径、不同埋深、不同充水程度和不均匀介质等不同要素的模型,总结正演模拟剖面的特征,分析形成相应响应特征的因素,梳理不同参数对探测效果的影响。模拟与实测效果对比表明,可通过正演分析为工程实测提供参考。
针对郑州市三环内老城区地下人防工程分布广泛、年代久远且资料缺失的问题,采用天然源微动探测技术进行地下空间探测。以某中学已知地下人防工程为地质模型,通过对比圆形、菱形、十字形及直线形等多种观测系统的探测效果,评估了该技术的适用性。结果表明,二维观测装置(尤其是多重圆形和菱形装置)较一维直线形装置具有更优的探测效果,其平面定位精度高,深度误差小,能够有效识别地下防空洞的空间分布特征。该方法具有操作简便、效率高、无损检测等优势,为城市地下空间探测提供了可靠的技术手段,对微动探测技术的推广应用具有实践意义。
为实现对混凝土筏板结构的应变监测,以昆山某住宅项目中的混凝土筏板基础为工程背景,设计并构建了一套基于分布式光纤技术的应变监测系统,开展了室内试验与现场监测研究。室内试验研究表明,5 mm钢绞线光纤应变传递效率达到了0.9968,验证了该类型光纤应用于实际工程监测的可靠性。基于室内试验结果,将5 mm钢绞线光纤布设在混凝土筏板结构中,精准记录了筏板基础内部的应变演化,监测结果显示:在混凝土浇筑完成后,温度上升阶段应变变化剧烈,最大值达75 μɛ;降温阶段因温度梯度导致应变进一步增大,峰值约为125 μɛ;随着温度趋于稳定,应变增长逐渐平缓并在大部分区域开始减小。该应用研究成果为分布式光纤传感技术监测混凝土筏板基础的健康提供了技术支撑。
基于热孔弹性理论,并考虑水泥环热渗效应,论文研究了双钢套管−水泥环−围岩组合体在套管内压力和温度荷载作用下的孔弹性力学行为。通过模型验证重现了已有文献的试验数据。模型结果表明,组合体中不排水水泥环1比排水水泥环2更容易产生界面径向开裂和界面脱黏失效破坏;相比于50 MPa套管内压力的作用,−100 ℃温度荷载引发了不排水水泥环1界面1处最大负孔隙压力−26.4 MPa,负孔隙压力导致了界面1处的有效拉应力远大于水泥环的抗拉强度和黏结强度,引发了界面1的径向开裂和界面脱黏失效破坏;当水泥环的热渗系数大于1×10−12 m2/(℃∙s)时,水泥环的热渗效应导致水泥环1负孔隙水压力更大,使得界面1处的有效拉应力更大,水泥环界面1处更容易发生径向开裂和界面脱黏失效破坏。
为了提升膨胀土的强度特性和工程特性,并消纳多元典型工业固废,本研究探索了基于工业固废资源化的膨胀土改良技术。研究采用高炉矿渣粉、磷石膏、粉煤灰、硅灰以及钢渣微粉等5种工业固废作为膨胀土改良剂,选取0%,5%,10%及15%共计4种改良剂掺量,依次测定了改良膨胀土物理力学指标,分析了工业固废改良剂种类、掺量等对膨胀土性能的影响规律。研究结果表明:5种工业固废改良剂均能减小膨胀土的可塑性范围,高炉矿渣粉改良效果最佳,塑性指数降幅达71.53%;当改良剂掺量达到10%时,所有改良膨胀土基本达到非膨胀土标准;工业固废的掺入有效降低了膨胀土的自由膨胀率和体缩率,高炉矿渣粉改良膨胀土的自由膨胀率和体缩率的降幅分别为49.37%和83.82%,硅灰改良膨胀土的自由膨胀率和体缩率的降幅分别为61.58%和80.33%,各改良剂掺量与膨胀土胀缩特性之间呈显著线性关系;随着改良剂掺量的增加,最大干密度逐步增加,最大干密度和最佳含水率与改良剂掺量之间呈显著相关性,为膨胀土改良技术提供了二次多项式量化模型。工业固废改良剂显著提高了膨胀土的强度,高炉矿渣粉改良土抗压强度提升最大,硅灰和钢渣微粉次之,磷石膏和粉煤灰较差;固废改良膨胀土的承载力均高于原状膨胀土,高炉矿渣粉和硅灰改良土的CBR值大幅提高,展现出良好的承载能力。研究成果有望为膨胀土改良技术的创新发展提供理论支撑,推动膨胀土改良技术的精细化、可持续化进程,进一步促进工业固废在土木工程领域的资源化利用。
裂隙岩体的电阻率特性作为地球物理探测中的核心参数,其随测试频率的变化特征显著影响着探测数据的解释精度。通过对不同裂隙倾角与粉煤灰掺量交互作用下的裂隙岩石试块开展不同频率(100 Hz,10 kHz,100 kHz,200 kHz)的电阻率测试,重点分析了裂隙岩石试块电阻率随测试频率变化的响应规律。试验结果表明:试块电阻率与测试频率整体上呈现负相关性,高频区(10~200 kHz)变化相对于低频区(100~10000 Hz)更加稳定;电阻率随测试频率增加而降低,但降幅呈渐小趋势,最后电阻率基本趋于稳定;不同条件下裂隙岩石试块电阻率与测试频率呈强指数函数关系,且拟合效果较好。研究成果可为岩体注浆工程的动态监测与安全评估提供理论依据。
长期交通荷载作用下,山区高速公路黏土路基易因内部初始损伤扩展形成剪切带,进而引发突发失稳灾害。为揭示含损伤路基的动力剪切破坏特性,采用多功能土体−结构物界面循环剪切试验仪,通过预制剪切面模拟路基原生缺陷,重点探究了交通荷载频率、路基土含水率及法向应力幅值对剪切安全性能的影响规律。结果表明:荷载频率增加会小幅提升下峰值剪切应力,但显著增大了其对应的剪切位移;含水率变化对下峰值剪切应力的影响呈先降后升的非单调趋势,低含水率下观察到明显的应力弱化现象;法向应力幅值的增大则能显著增强下峰值剪切应力。上、下峰值剪切应力差Δτ随剪切位移呈“上凸型”增长,并在大位移阶段随频率升高而减小;同时,Δτ随含水率及法向应力的增加表现出显著的指数增长特性。上、下峰值状态对应的等效内摩擦角范围分别为23°~45°和15°~40°,且均随法向应力幅值的增加而增大。研究成果可为路基动力失稳预警及安全评估提供数据支撑。
为揭示压剪作用下椭圆孔洞砂岩的裂纹扩展规律及其主控因素作用机制,依据室内试验结果,标定砂岩的数值模拟细观力学参数,开展不同孔洞倾角和长短轴比下的压剪数值试验,并对裂纹扩展规律及影响因素作用机制进行分析。研究结果表明:(1)峰值剪切应力、起裂应力及二者差值均随孔洞倾角增大呈先减后增趋势;当孔洞倾角为60°时,三者均达到最小值,试件最易达到破坏状态。(2)平均起裂角随孔洞倾角的增加表现为先增大、后减小、再增大的趋势,并在孔洞倾角为30°,120°时分别取得最大、最小值;起裂角与长短轴比之间未表现出明显相关性。(3)孔洞倾角和长短轴比显著影响裂纹扩展行为,但其作用机制不同。其中,孔洞倾角通过改变应力分布主导裂纹起裂位置和扩展路径,长短轴比通过改变孔洞几何形状影响局部应力状态,进而控制裂纹扩展行为。研究结论可为含孔洞岩体工程稳定性控制与评估提供理论依据。
随着建筑行业对天然骨料需求的增长,资源短缺与环境问题日益凸显,开发人工骨料意义重大。本文以粉细砂、黏土、水泥等为原料制备固废基人工骨料,研究其力学性能,并探究其微观机制。通过无侧限抗压强度试验,发现制样压力在5~10 MPa时,试样强度明显上升,10~15 MPa时轻微上升,15 MPa以上强度不再随压力增加而持续增加。此外,50%剂泥比下免烧人工骨料强度有显著提升,同时在粉细砂中辅掺黏土可改良土体性质,添加40%黏土时人工骨料强度提升最显著,但过量掺入会使强度下降。利用扫描电镜(SEM)和压汞技术(MIP)对材料微观结构进行表征,结果表明,50%剂泥比试样水化产物最多且分布均匀,75%剂泥比试样内部形成片状结构,抑制水泥水化,导致试样强度降低;15 MPa制样压力下试样孔隙直径主要分布在5~20 nm。本研究确定了固废基免烧人工骨料的最佳制备参数,为解决天然骨料短缺问题、实现资源可持续利用提供了理论依据和技术支持。
能源桩集成了建筑桩基与地源热泵技术,既承担建筑荷载又利用浅层地热能。本文聚焦于石墨与粉煤灰掺量对石墨混凝土强度与热物性参数的优化开展试验研究。试验结果显示,石墨掺量为5%时表现出最佳效果,石墨添加强化了传热,但石墨的脆性结构不利于混凝土强度和致密性;同时,5%~10%的粉煤灰掺量不仅显著增强了混凝土的抗压强度,还改善了混凝土的和易性与保水性;然而随着粉煤灰掺量的继续增加,混凝土的导热系数逐渐下降,其中10%粉煤灰掺量成为导热系数变化的转折点。通过构建能源桩缩尺模型,本研究证实了石墨−粉煤灰传热强化型能源桩能有效促进桩基埋管内循环液体的全程换热。本研究推荐石墨与粉煤灰掺量分别为5%,10%。
将边坡稳定性分析的方法分为确定性分析方法(以瑞典圆弧法、简化Bishop法等为代表的极限平衡法和以有限元法、有限差分法等为代表的数值分析方法)和非确定性方法(可靠度法、模糊综合判断法、灰色系统法、人工智能法等),详述了各分析方法的原理、优缺点以及适用性,并对其中一些方法进行了比较分析,提出了岩土边坡系统稳定性评价的发展方向。
有限元软件数值模拟是现在从业人员分析敏感环境下基坑工程的重要手段,选择合适的本构模型是其关键。为了解工程中常用的三种土的本构模型适宜性,运用三维有限元软件Midas GTS NX模拟了某大型深基坑开挖过程,将采用不同本构模型的数值模拟结果与基坑监测结果进行对比,进而分析本构模型的适用性。可为本区类似工程进行有限元数值模拟分析时提供参考和借鉴。
BIM技术具有三维可视化、碰撞检测、工程信息管理等众多特点,极大地提升了工程质量与效率,在建筑领域得到迅猛发展,然而在岩土工程中因为收费机制、软件功能限制、应用局限性等原因导致其发展的严重滞后。随着设计可视化、信息化发展进程,BIM也将在岩土中得到立足。对BIM在岩土中的应用现状进行了剖析,并对发展前景展望。以武汉亚洲医院基坑项目为依托,进行了BIM的完整实施,探讨了模型建立方式与施工应用方法,对今后BIM在岩土工程中的应用推广具有一定指导意义。
上海市城市道路发生的地面塌陷主要原因为浅部砂层分布区域地下排水管线渗漏引发流砂,导致地下土体流失,地表硬壳层承载力下降。将有限元和离散元二者进行耦合,从管线渗漏位置和对邻近管线影响两个方面诱发地下空洞机理进行数值模拟研究。研究结果表明,管道表面顶部局部渗漏引起地表以下土体流失量最大,底部渗漏造成的影响范围较小;管道断裂渗漏引起的地面塌陷范围比管道局部渗漏大得多,但深度较管道顶部局部渗漏引起的塌陷深度小;邻近管道埋深越大,地表以下土体流失量越大,引起塌陷影响区域范围越大,而埋深较浅时,其所受邻近渗漏管道的影响较大;在对地面塌陷进行监测与预防时,不应仅关注地表沉降变形,关注管道周边的土体变形是一种更加及时有效的方法。
总结分析了建筑工程肥槽回填土质量不良引发的常见工程问题,以及肥槽回填土不易施工密实的几个主要原因,并总结提出了各种肥槽回填土处理方法,以及它们主要的适用条件。
探讨了BIM在岩土工程勘察领域应用的可行性,根据多年的研究和工程实践,提出了BIM技术应用于岩土工程勘察领域的目标、实现途径和分阶段的解决方案。
黄土丘陵沟壑区高填方工程的地形地貌和地质环境复杂,场地内常分布有大面积湿陷性黄土和淤积土,且具有土方量大、影响因素多、施工工期紧、沉降控制要求高等特点,建设过程面临着填方体的稳定、变形、排水、湿化变形控制及边坡防护等问题。以国内几处典型黄土高填方工程为例,介绍了通过场地综合地质条件评价、土方平衡优化、地下盲沟排水、原地基强夯加固处理、填筑体压(夯)实处理、填挖边坡防护处理、施工质量立体式监控、岩土工程全程监测等多种手段有效组合,解决黄土高填方工程问题的实践工作,相关经验可供类似工程借鉴。
世界首条盾构法联络通道—宁波地铁联络通道已经将盾构法挖掘地铁联络通道变为现实,但对于盾构法联络通道挖掘对地表沉降的影响还缺乏足够的认识和积累。以宁波地铁3号线某区间的地铁联络通道开挖为例,对盾构法联络通道施工过程进行了试验测试及CAE(Computer Aided Engineering)仿真,并成功地完成了施工过程中各个工况地表沉降仿真与测试的标定分析,得到了沉降幅值在各工况下的变化规律,指出盾构地铁联络通道施工过程中需要关注的危险工况,据此形成了一套真实、可靠、先进的仿真流程,可为联络通道后续沉降监控及其它联络通道施工过程的沉降预测提供支持。
采用文献综述研究方法,梳理了红黏土研究成果并进行了评述,对红黏土的物理力学性质进行了归纳和总结,对红黏土的性能改良研究成果进行了汇总,指出红黏土的物理力学性能的差异性根源在于微观结构的个性差异存在,红黏土性能改良的困难在于红黏土的水敏性和热敏性,红黏土性能改良的关键在于控制其含水率。最后指出了研究不足在于普适性理论和知识体系没有构建,改良方法和技术探究应该加强,展望了红黏土性能改良的物理-化学-生物耦合作用的机理及复合技术开发和应用的研究。
结合北京市密云区古北口村文物建筑群工程实例介绍了三维激光扫描技术、BIM(建筑信息模型)在古建筑测绘中的应用。通过对比传统测绘方法,证明其在测绘及文物保护方面应用的优势。
目前大部分岩土工程勘察企业使用的是传统原位测试手段。为了梳理、归纳岩土原位测试技术的最新进展,从变形特性试验、抗剪强度试验、渗透试验和触探试验等四个方面,将20世纪90年代至今岩土原位测试技术与设备的最新研究进展进行系统性综述。当前的原位测试技术具备自动化、信息化、多功能化和技术升级等四大特征,但仍然存在测试成本高、理论基础薄弱、试验自身局限和进展缓慢等问题。根据实际问题从加强理论基础、信息化和多功能设备的研发、拓展研究区域等方面提出展望。
系统总结了应用于工程勘察领域的各项钻探技术,包括取土器及取心钻具、原位测试技术、高效钻探取心(样)技术及联合勘察技术等,对其特点进行梳理并作对比分析,对其存在的问题提出解决建议。建议进一步优化钻探工艺,并使与之配套的钻具实现模块化、智能化研发升级,促进不同类型钻探技术的交叉融合,以及钻探技术与物探、遥感等多学科技术的联合应用,为工程勘察工作的进一步高效开展奠定基础。
1987年创刊, 双月刊
主管单位:中国兵器工业集团有限公司
中兵勘察设计研究院有限公司
国际刊号:1007-2993
国内刊号:11-3813/TU
电 话:010-83117072 / 010-83196888
传 真:(010)83117582