黄土梁峁区高填方地基变形规律研究

随着城镇化步伐加快,陕北黄土高原梁峁区三四线城市出现越来越多的高填方工程,陕北大孔隙黄土与特殊地形地貌共同作用下引起建筑物地基发生严重不均匀沉降,导致上部结构开裂甚至失稳垮塌,危及人身与财产安全。为了全面分析梁峁区高填方地基变形规律,课题组在陕北黄土高原某梁峁区填方场地选取了西北地区最大的试验场(直径超过90m),通过原位监测对高填方地基地应力、含水率以及地基沉降进行了研究,分析了黄土填方地基含水率随季节变化规律及其影响深度,并发现黄土高填方地基中存在土拱现象,总结出沉降与填方高度的关系。利用三维数值模拟反演分析推测出高填方地基的最终沉降量,对上部结构作用下地基变形规律进行了预测,为类似黄土地区高填方工程设计及其变形计算提供参考。     

基于IBIS-L的某黄土高填方边坡支护结构变形特征

直立式填方支护在建筑、机场、公路、铁路、矿山等大型基础设施建设项目中的作用不可或缺,但黄土地区边坡支护结构易出现桩基沉降、桩体弯曲、桩板墙开裂的现象。为进一步定量分析其变形特征,采用地形微变监测仪（IBIS-L）进行全天候不间断监测,通过对采集的点面数据进行研究,结果表明：1）支护结构变形总体上具有明显的区域性差异,近15 d的最大变形量为26.6 mm;2）对象监测点位移呈间隔24 h"波浪形"增长规律,且无收敛趋势,极可能导致边坡整体失稳;3）结合温度监测,以监测点Pix8为例,理论计算结果与监测数据相吻合,揭示了s-t曲线呈"波浪形"增长的原因,得出大体积混凝土在大气温度场条件下的变形具有"滞后效应"的响应特征。     

基于黄土变形时效试验的高填方工后沉降研究

以填土厚约80 m的吕梁机场黄土高填方试验段为研究对象,开展不同性状黄土的室内变形时效性试验,并建立了反映其变形时效性的修正Burgers模型（M-B模型）,将其引入到有限差分法软件FLAC3D中,开展了填土在不同压实度、含水率控制标准和不同地基处理方案下高填方的工后沉降规律敏感性分析。基于原位监测结果进行数值反演和预测分析,进一步探究室内试验得到的变形时效性参数与高填方概化层参数之间的差异。结果表明：深厚黄土地基上的高填方工程,其原地基的处理是控制工后总沉降的首要因素,在设计填料的压实度时,其含水率的控制也是影响工后沉降的重要因素;经反演分析得到,概化层变形参数比室内大1～4倍,预测得到深厚黄土地基上的高填方沉降稳定的时间需3～4 a,建议竣工后1.5～2.0 a开展基础设施建设。     

黄土高填方地基动力响应数值模拟研究

为研究陕北某削山填沟工程形成的高填方地基的动力响应特征,利用FLAC3D数值分析工具对该填方试验场地进行了真三维动力模拟研究,分析了在自重应力及地震动力作用下,高填方地基的应力及塑性区分布特征,并对动力作用下的变形及动力响应特征进行了深入探讨。研究表明：在原场地地形坡度较大的区域,土体应力相对集中,且更易发生剪切破坏。地震作用会加剧填土层的沉降,且结合面的存在对抗震不利。建议在此类填方工程中对原场地坡体开挖台阶面,降低坡度,以增强填方土体与原地层的整体性,提高填方地基的抗震性能。     

陕北某黄土高填方边坡可靠性分析及坡型优化

本文以陕北某105m黄土高填方边坡为研究对象,首先对边坡填筑体的工程性质做了大量室内试验研究,依据研究区的工程地质条件和该填方边坡的具体情况,选择典型剖面建立计算模型,然后采用蒙特卡洛法分别计算出天然、暴雨工况下不同高度地下水位时填方高边坡的可靠指标和失效概率。通过分析结果得出该黄土高填方边坡目前处于稳定状态,最后采用模糊综合评判的方法在原始坡型设计方案和3种优化设计方案中选出最佳的坡型优化模型,为工程实际提供参考。     

黄土边坡开挖卸荷力学响应与破坏机理研究

开挖黄土边坡诱发的黄土滑坡频繁发生, 对黄土地区的工程建设产生了极大的威胁, 严重阻碍了各种基础设施建设的推进, 认识开挖卸荷过程中黄土边坡的力学响应机制及变形破坏过程, 是对此类型滑坡进行防治的前提条件和重要依据。基于此, 开展饱和黄土常规三轴剪切试验和卸荷路径下的三轴剪切试验(卸荷三轴试验), 着重分析在两种应力路径下饱和黄土的力学响应及变形特征, 并以兰州上洼子滑坡为例对其形成机制进行分析。研究表明:(1)在三轴试验中, 相比于常规条件, 侧向卸荷条件下, 虽然孔压增长幅度较低, 但卸荷导致侧向压力大大降低, 因此孔压比快速增长, 有效应力持续降低, 对边坡的稳定更为不利; (2)侧向卸荷条件下试样达到峰值强度时所需应变更小(1%~2%), 表明卸荷条件下边坡更易失稳破坏且具有突发性; (3)两种应力路径下饱和土体抗剪强度参数有显著差异, 与标准三轴剪切试验相比, 卸载三轴剪切条件下, c'值降低62.32%~76.92%, 且接近于零, 有效内摩擦角φ'值增大26.92%~29.77%;(4)采用FLAC-3D对上洼子滑坡进行数值模拟分析, 选取侧向卸荷三轴剪切试验结果更符合土体真实应力路径, 揭示了上洼子滑坡的破坏模式为“后退渐进式”。     

云南成品油管道安宁高填方边坡变形规律研究

随着中国西南部山区基础设施建设的迅猛发展,机场、高速公路和铁路等建设项目高填方地基日益增多,建设期间填方区域的大变形及其工后阶段的长期缓慢变形直接影响到建设场地的正常使用,特别是存在边坡临空面的填方工程,填方土体的坡度、水平向变形关系到坡体的整体稳定性。本文以云南安宁市一高填方边坡为例,通过现场勘察及对填方过程中监测数据的分析,应用数值模拟软件对填方坡体的变形特征进行研究。研究结果表明,坡体总变形以沉降为主,最大值出现在坡体内部,大部分变形发生在施工过程中,工后沉降很小,坡体垂直位移最大值出现在填筑体与原地基土交界面处,沉降等值线闭合呈椭圆状;坡体水平位移最大值出现在原地基土内,水平位移等值线图整体呈条带状由坡底斜向延伸至罐区东侧,水平位移变化较大区域与实际地表裂缝位置一致。研究成果对存在边坡临空面的填方工程施工过程及工后变形量预测控制、坡体上部裂缝病害研究具有一定的参考价值和指导意义。     

高填方对红黏土地基力学性质影响及坡体稳定性

以云南安宁市一高填方边坡为例,通过勘察、监测等手段,在查明红黏土分布特征的基础上,对填土前后红黏土的物理力学性质变化进行分析,应用数值模拟软件对坡体稳定性进行研究。结果表明,填方工程施工前后,红黏土地基物理力学指标呈现出先降低后增强的特征,致使填土边坡的稳定性呈现出先降低后提高的趋势;坡体上部的地裂缝是在地基土、原地形、填土厚度不均的不利组合下,由于填方体、地基土固结引起坡体的不均匀变形所致,坡体整体稳定。研究成果对于红黏土地基的高填方边坡工程设计、红黏土地基土物理力学指标对坡体稳定性的影响、施工过程中不均匀变形量控制、坡体上部裂缝病害研究具有一定的参考价值和指导意义。     

黄土沟壑高填方工后12个月沉降变形规律研究

为研究黄土沟壑高填方工后沉降变形规律,选取最大填筑厚度38 m典型黄土沟壑高填方场地,设计立体的沉降监测方案,对工后的地表沉降以及原始地基沉降数据进行采集,分析不同原始路基坡型在工后12个月时间里地表沉降和原始地基沉降发展的规律,取得以下结论：黄土沟壑高填方在不同位置工后沉降的组成不同,填筑体在自重作用下产生的工后沉降与填筑体厚度有直接关系,原始坡形陡的位置工后沉降量较大,并通过拟合得出填筑体自身工后沉降发展曲线,为黄土地区高填方场地的变形规律研究提供参照。     

基于交叉小波与小波相干的黄土高填方体浅表层水分相关关系研究

探究黄土高填方边坡浅表层水分间的复杂关系是防治坡体浅层水土灾害的基础,本文以延安安塞某黄土高填方体为对象,开展了现场原位长时序监测,并通过交叉小波与小波相干分析方法,研究了坡面效应影响下黄土高填方边坡浅表层水分间的相关关系。结果表明：小波分析方法可用于半定量化研究黄土高填方边坡内外部水分间的相关关系,其优势是可在时域和频域上清晰表现两个时间序列的相关性与变化细节;降雨和边坡浅层土壤水之间存在两个主要的共振时间尺度0.06～1.78 d和3.56～28.47 d,在两时间尺度段内降雨与浅层土壤水的相关性呈增强趋势,即两者的相关性强弱存在明显时间尺度依赖;土壤水间的相关性强弱和交换转化剧烈程度可用显著相干面积百分比(PASC)表示,边坡不同位置PASC的平均值大小为坡顶(36.39%)<上坡段(37.6%)<中坡段(39.17%),坡面提高了垂向土壤水间的交换转化程度;边坡坡面效应的存在不利于降雨向土壤水的转化,但增强了浅表层垂向土壤水间的交换转化。     

某机场高填方边坡变形机理及支护设计研究

西南地区山区机场因复杂的地质、地形及净空条件,导致出现大量的挖填量巨大、填料极为复杂、施工条件恶劣等工程难度巨大的高填方机场,对这类典型案例进行分析总结对类似工程具有很大的借鉴意义。本文以西南某高填方机场为例,系统地分析了边坡出现裂缝的原因,经过理论分析提出了坡脚反压、铺设土工材料、边坡下部设置抗滑桩、改造排水系统及增设仰斜排水孔的治理措施,治理后超过1.5a的监测资料表明上述措施大幅地减小了边坡变形速率,工程措施可靠有效。本文对机场高填方边坡变形原因的探讨、理论计算方法及治理措施对类似工程具有较大的借鉴意义。     

地震波振幅对黄土-泥岩边坡动力响应规律的影响

研究地震作用下黄土-泥岩边坡动力响应特征,对边坡的稳定性评价和抗震设计具有重要指导意义。基于边坡的离心机振动台试验和数值模拟分析,研究地震波振幅对边坡地震动响应的影响规律,结果表明：由坡体深部至浅表层,黄土-泥岩边坡的水平向和垂向加速度放大效应呈非线性增加,且水平向大于垂直向,在坡体顶部到达最大,表现为趋表效应和高程效应;在边坡内部岩性接触部位,黄土层内动力响应较大,泥岩中动力响应较小,表现为岩性效应;随着输入地震波振幅的增加,坡体动力响应表现为先增大后减小的趋势,当输入振幅达0.3g时,坡体动力响应最大。黄土-泥岩边坡的变形破坏过程为：随输入地震波振幅增加,坡顶逐渐形成拉张裂缝,不断扩展,坡体中上部溜土,产生向临空面方向的位移,坡体中部发生鼓胀隆起,局部坡体振动松散,岩土体滑落至坡脚堆积。     

黄土高填方场地裂缝的发育特征及分布规律

裂缝是高填方场地常见隐患,对工程场地安全和稳定造成影响。基于陕北某黄土高填方场地的裂缝监测和探测资料,分析裂缝的发育特征、分布规律和时间变化,从场地地形条件、填土厚度、变形特征等方面,对裂缝的成因机制进行探讨。研究结果表明,裂缝主要在填方区发育,分布于填方厚度小于15 m及距离挖填分界线20 m以内的区域内,以挖填交界过渡带（挖填厚度≤5 m）为主,裂缝走向与挖填界线或原地基的等高线近似一致;裂缝宽度增大速率逐渐降低,从出现到趋于稳定约需3个月时间;裂缝受降水侵蚀、潜蚀等作用,常伴生发育落水洞,并沿填土与谷坡接茬面延伸发展,距地面最大垂直深度可达7.5 m;沟谷地形、填土厚度差异等引起的差异沉降和水平位移是导致黄土高填方发生裂缝的主要原因。     

黄土-泥岩接触面滑坡滑带土力学特征研究

滑带土是滑坡形成过程中形成的一层结构性较差的土体,是滑坡的重要组成部分。其物理力学性质、微观结构与滑坡的形成以及后期运动特征密切相关。黄土-泥岩接触面滑坡是按照滑坡地质成因划分的一种上层黄土、下层泥岩的具有“双层异质”结构的滑坡。此类滑坡由于在滑动中具有缓动低速的特点,往往早期不易被发现,发现时已造成了严重的危害。采用GDS三轴仪对天水地区花南村滑坡、半山村滑坡和咀头村滑坡三个黄土-泥岩接触面滑坡的滑带土力学性质进行研究,结合滑带土微观结构特征,分析黄土-泥岩接触面滑坡滑带土的力学变化特征及其变形内在机理。研究发现：滑带土中大量存在被黏土颗粒包裹的大颗粒,这些大颗粒在滑带土变形过程中经历错位、滑移等过程后,大颗粒进一步滑移受到黏土质限制,导致黄土-泥岩接触面滑坡滑带土在宏观上表现出应变硬化的典型特征。此外,剪切中孔隙水压力无法及时消散也是此类滑坡变形的重要特征之一。应变硬化造成滑带土在滑动中强度未出现残余值而导致滑坡处于持续运动中,能量的释放方式属于缓慢释放型。因此该类滑坡滑动具有缓动低速的特性。     

黄土边坡动力响应的影响效应研究

根据随机地震荷载作用下黄土动三轴试验的动剪切模量表达式和试验参数编制子程序,采用MSC.Marc软件建立有限元模型,并基于人工合成地震动时程对黄土边坡进行动力响应分析,研究输入地震波的卓越频率、幅值以及入射角变化,对黄土边坡位移、速度、应力的动力响应,分析对响应幅值、频谱的影响效应。由研究结果可见:边坡位移、速度等响应时程的卓越频率远小于地震输入波的卓越频率,边坡岩土介质对地震波的高频成分有过滤或吸收作用; 边坡的动力响应幅值极大的受地震输入波卓越频率的影响,对于给定的边坡,它将对包含某一卓越频率成分的地震动时程的动力响应异常强烈; 输入地震波幅值的变化,只引起边坡动力响应幅值的线性变化,不改变边坡中响应时程的频谱特征; 当地震波以一定角度入射时,边坡动力应力响应时程包含了更多的高频成分,位移和速度响应幅值随入射角的增大而减小,且越靠近坡顶减速越快,而应力响应幅值在坡顶与坡腰、坡脚处具有不同的影响规律; 另外,地震荷载作用方向的改变,还对边坡动力响应放大系数有较大影响,当作用力方向非竖直时,动力响应放大系数随地震波入射角的增大而减小。     

压实黄土变形特性研究与应用

黄土高填方成为岩土工程领域新的研究课题,研究前景非常可观。针对延安新区黄土高填方工程做了大量的室内压缩固结试验和增湿变形试验,讨论了压实黄土的变形特性,构造了压实黄土应力-应变关系的最佳拟合模型,并且利用试验数据对百米高填方在不同压实度条件下的压缩固结变形量及增湿变形量进行了预测,分析了各种变形量所占的比例。结果表明,（1）压实黄土在侧限条件下的应力-应变关系可以用Gunary模型拟合;（2）压实黄土在低压实度时低压下产生湿陷变形,高压不产生,中等压实度时低压下不产生湿陷性变形,但高压产生;随着压实度的继续增大,低压及高压下均不产生压实黄土的湿陷性变形;（3）在最优含水率条件下,利用试验数据对百米高填方在不同压实度下的工后沉降量进行预测,可指导现场施工并检验施工质量;（4）压实黄土压实度越高,总变形量越小,遇水增湿变形量占总变形量的比例越大,压缩固结变形量占总变形量的比例越小。     

东露天槽仓黄土高边坡开挖支护变形分析

文本针对东露天煤矿槽仓黄土高边坡,利用有限元方法,进行了边坡开挖前后变形规律的数值分析。黄土高边坡开挖后发生较大位移,针对未支护开挖条件下的边坡位移发展分布规律与应力集中区域的模拟结果,对重点支护部位进行动态设计防护。相比物理试验研究,数值试验具有许多优势,对数值模拟结果进行分析,拟在边坡坡面采用锚杆与土钉联合支护方法,在边坡直臂段采用钢内撑与护坡桩联合支护方法。模拟结果表明,该支护方案可以均衡应力分布,有效抑制水平位移的扩大,为边坡重点加固区域的动态设计施工提供了科学依据,达到了工程安全等级的设计要求。     

延安地区压实马兰黄土高压固结变形特性

针对典型的Y型狭长沟谷型地貌中的黄土高填方工程做了大量的室内一维高压固结试验。试验结果表明,Gunary模型可较好地表征侧限压缩情况下压实马兰黄土的垂直压应力与垂直压应变的关系,其适用性优于既有且常用的双曲线模型及幂函数形式;基于Guanary模型,利用割线模量法构建的压实马兰黄土地基变形修正公式,可修正考虑上覆荷载变化、含水率变化及压实度变化的地基变形量;割线模量Esoi与含水率的倒数1/w符合二次多项式的关系形式,目前普遍使用的割线模量Esoi与压实度K的线性关系形式不符合实际情况。研究成果对沟谷型黄土高填方工程填筑方案的设计与施工具有重大的参考价值。     

Q2、Q3黄土深堑中高填方地基变形规律离心模型试验研究

采用大尺寸原状黄土与重塑黄土联合制作模型,针对Q2、Q3黄土深堑中超高填方地基在天然含水率及饱和状态时的沉降变形规律开展大型离心模型试验研究,系统模拟了超高黄土填方地基在施工期及工后期的变形规律。结果表明：此类高填方地基的施工期沉降变形是总变形量主要组成部分;地基填筑完毕后表面沉槽轮廓清晰,填筑过程中沉降速率随施工填方高度增加而增大,沉降变形中部大、两侧小,且填方体与原地基结合部位的变形缓坡较陡坡一侧小;天然状态下的地基整体沉降变形较小,差异变形量较大,饱和状态下的地基沉降变形增大,差异变形量较小,稳定性较差,差异变形使得原地基与填方体极易发生错动开裂。根据模型试验的分析规律,建议此类地基施工过程中宜对填方体与原地基接触带进行处理,以改善填方体约束条件,同时,填筑完工前可预留一定高度,待前期变形基本完成后,再施工至设计标高,以防止过大差异变形导致的工后开裂。     

基于广义塑性力学的黄土湿陷变形本构关系

分析了黄土湿陷变形的塑性特性,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构关系。将增湿含水量作为内应力,应用常规三轴浸水试验拟合得出了湿陷体积屈服面和剪切屈服面,并且给出了黄土湿陷变形的起始屈服面。该模型能够反映湿陷性黄土在不同湿陷作用,即水和力的不同组合作用下的湿陷变形特性,考虑了湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对它们的交叉影响。