上海区域地面沉降模型中土层变形特征研究

根据上海大量地面沉降和水位观测资料,结合室内实验,首次系统分析了上海过量开采地下水引起地面沉降过程中各土层的变形特征及地面沉降在空间、时间上的分布规律,发现上海各土层变形特征差异很大,同一土层在不同地点不同时期变形特征差异也很大。地面沉降受多种因素影响呈现出空间分布的复杂性,土层压缩量的垂向分布,从20世纪90年代之前以浅部土层压缩为主转变为90年代之后以深部和浅部土层压缩为主。这些研究成果将为上海区域地面沉降模型中各土层沉降模型的合理选择提供依据。     

软土变形时效特性的试验研究

软土变形的重要特征为具有时效性,这将导致软土工程的工后沉降。根据实际工程需要,采用原状土样和扰动土样对软土变形机理进行了一系列室内试验,包括软土的应力–应变特性、固结效应、次固结特性、蠕变特性等。通过试验成果系统分析可得:(1)初始固结度对应力–应变关系的影响;(2)次固结系数与固结压力的关系以及应力历史对次固结系数的影响;(3)次固结系数与压缩指数的关系;(4)排水蠕变和不排水蠕变的变形特征;(5)蠕变变形的影响因素和降低蠕变效应的技术路径等。研究结果表明:软土变形的时效性产生于固结特性和蠕变特性的耦合效应,土体的变形过程实际是固结和蠕变共同作用的过程,任一时刻两种变形在总变形中所占比例取决于多种因素,其中最重要的是应力水平和排水条件。     

软土蠕变特性对地下结构长期竖向变形的影响分析

通过软土剪切蠕变试验以及桩土界面剪切蠕变试验,研究上海地区典型软土剪切蠕变特性以及桩土界面的剪切蠕变特性,获得地下结构抗拔桩长期竖向承载特性分析参数。根据试验结果,对上海世博会变电站深埋地下结构的长期竖向上浮变形进行预测分析。研究成果揭示了软土蠕变特性对地下结构长期竖向变形的影响,为深埋地下结构变形控制设计提供指导。     

青藏高原多年冻土长期蠕变变形试验研究

为了研究青藏高原多年冻土的蠕变特性,在青藏高原北麓河盆地多年冻土区开展长期蠕变试验,长期蠕变试验采用土工原位测试中的承台静载试验。承载板埋设于多年冻土上限附近,由钻孔资料可知,承载板下多年冻土属高温–高含冰量冻土。综合承载板下岩性及含冰量大小,确定可压缩层厚度并提出冻土加权平均含水量的概念。通过对承台下地温资料分析可知:在年变化深度范围内,承台下不同深度年平均温度逐年降低,说明承台下冻土地基处于放热降温状态。由多年冻土蠕变变形特性分析可知:压缩层温度变化是影响多年冻土蠕变变形的决定性因素,随着温度的升高,蠕变速率增大,反之减小;当压缩层的温度受气温变化影响不大时,可以采用高温–高含冰量冻土的蠕变方程近似预测现场蠕变变形发展。多年冻土长期蠕变变形的发展对寒区工程结构的长期稳定性具有重大影响。     

长期循环荷载下珊瑚砂累积变形特性试验研究

对取自南海的珊瑚砂进行等向和K_0固结的三轴排水剪切试验,发现固结路径对珊瑚砂的剪切行为有显著影响。在此基础上,采用K_0固结条件,设计一系列不同围压和循环动应力比的长期排水循环加载三轴试验,研究得到珊瑚砂具有门槛颗粒破碎循环动应力比,安定性理论可用于解释不同动应力比长期循环加载下珊瑚砂的累积变形发展模式。基于静力和动力试验结果,引入相对偏应力水平,建立能反映初始固结状态和循环动应力比的珊瑚砂排水循环加载轴向残余累积应变显式计算模型,对预测循环荷载下珊瑚砂地基长期沉降有积极意义。     

单向压缩状态下饱和砂性土蠕变特性试验研究

为研究单向压缩状态下饱和砂性土的蠕变特性,本文进行了饱和砂性土在常规加栽(即加栽比为1)与加载比为3及等梯度加载等不同加载方式下的蠕变试验并对试验结果进行对比分析.结果表明:加载比不同时,3200kPa荷载下蠕变变形量基本相等;不同加栽方式下,蠕变变形表现为与时间、荷载相关的非线性增长;将相邻荷载施加后同一时刻的蠕变增量定义为△t,与常规加栽试验中该参数随荷载量增加而不断增加相反,等梯度加栽试验中△t 随荷载增大而减小并且逐渐趋于稳定,这是因为在等梯度加载试验中土体在每级荷载下都没有达到蠕变稳定,而且每级加载增量相对较小.△t达到稳定时的荷载与加栽梯度的对数呈线性关系.     

基于特种筋材蠕变试验预应变加筋法应用研究及计算模型

通过对目前广泛应用于加筋土工程的特种筋材——CE131土工网、SDL25土工格栅进行了不同应力水平作用下的长期荷载蠕变试验。为比较不同强度土工合成材料的蠕变特性,研究制作6个CE131土工网试样和4个SDL25土工格栅试样。通过大量的试验结果分析,得出特种筋材CE131土工网、SDL25土工格栅的长期强度为抗拉强度的30%～40%,并提出在长期强度条件下特种筋材的预应变值大小及其计算公式。这对施工中的预应变加筋法技术有重要的参考价值。     

无锡地铁深基坑支护结构受力变形特性研究

地下工程的建设对无锡地区深基坑的设计、施工和监测技术提出了重大挑战。无锡地区尚无本地区的基坑工程设计规范,而且在深基坑的实践过程中也不时发生基坑倒塌、围护结构位移过大、基坑漏水等事故。针对无锡地区独特的地质条件,分析了深基坑支护结构的受力变形特性,探讨适合无锡地铁基坑支护结构的计算方法。结合无锡地铁一号线市民广场站基坑监测数据,总结了地下连续墙的变形规律,并对无锡地区地基水平抗力比例系数m值进行反演,确定了合理的计算参数,为今后无锡地区的地铁基坑设计提供了参考依据。     

玻璃砂透明土变形特性三轴试验研究

玻璃砂透明土是一种由玻璃砂、正十二烷和15号白油按质量比1∶4的混合液体制备而成的新型人工合成透明土;该材料具有透明度高,与天然土体相似度更好等优点,可以用于基于透明土材料的可视化模型试验。为了研究其变形特性,对不同级配的玻璃砂透明土,进行三轴固结不排水剪切试验和三轴固结排水剪切试验,并与同等条件下的福建标准砂试验结果进行对比分析;测得固结不排水剪应力-应变曲线、以及孔压应变曲线形态等工程特性。试验结果表明,随着相对密度的增加,玻璃砂的应力-应变关系从应变硬化型向应变软化型过渡,破坏时的孔压系数A_f降低,变形模量变大;与标准砂相比,玻璃砂透明土的应力-应变曲线峰值来的相对更慢一些。     

深基坑地下连续墙变形及受力特性研究分析

在总结分析地下连续墙设计理论及方法的基础上,利用启明星弹性地基梁软件计算分析地连墙厚度、m值、支撑刚度以及插入比对地连墙变形及内力的影响,计算结果显示,m值对地下连续墙的变形及内力影响较大且受主观影响较大。     

海洋沉积环境中地下天然气开采引起地面沉降的计算分析

在日本中部的千叶县房总半岛由于在地下深处开采水溶性天然气与医药用碘的资源而大量抽取地下水，从而引起大面积的地面沉降。1969年开始进行地面沉降的水准测量，至2002年，在过去33a中观测到的最大累积沉降为0．85m。为了减少沉降量，需预测可开采量。针对日本关东地下水盆建立了三维有限元模型。该模型可以同时计算三维地下水渗流及土层的固结，利用该模型分析了房总半岛的深层地下水开采引起地下水渗流场的变化。模型中的计算参数由露头岩样的高压固结试验确定。计算结果表明，从1956年到2002年开采区地下水头下降达190m。地下水的流向由高标处向海域流动变为从周围海域向开采区流动。这与关东地下水沉积盆地的向斜蓄水式构造相吻合。说明即使不停止开采地下水，只要将地下水的采取量控制在一定的范围，也可以大大减轻地面沉降。从1969年至今的地面沉降实测值与计算值也栩吻合。     

地层错动引起的上覆砂层变形特性的离心试验研究

地层错动引起的基岩上覆土体变形对地表的建筑物、地下管线和隧道的安全带来潜在危险。为减小这种危险给人们的生命财产带来的损失,掌握地层错动引起的上覆土层的变形行为规律,通过土工离心试验,采用PIV图片测距技术,研究不同基岩错动量下竖向正断层错动造成的地表变形特点和断层裂缝在砂层中传播的规律。通过分析试验得到位移和应变场,得到以下几点认识:(1)不均匀沉降地表宽度(剪切区)并不随基岩错动位移的增大而线性增大,尤其在下盘,其宽度增大幅度很小;(2)基岩向下错动给上盘带来的干扰和破坏大于下盘;(3)裂缝传播整体传播方向偏于上盘。主裂缝的总体传播方向与断层平面的夹角约等于土体在土层平均围压下的剪胀角。当裂缝传至土体上部时,传播角会向上盘偏转而变大。     

连拱隧道边坡变形的三维监测分析

连拱隧道诱发的滑坡，不但威胁着现场施工人员的安全，还可能使隧道结构出现大量裂缝或者破坏，甚至导致工程整体报废，造成不可挽回的经济、社会损失。以云南元（江）磨（黑）高速公路小曼萨河隧道为例，对隧道边坡变形进行三维监测及洞内变形监测，确定该隧道边坡三维变形的基本模式。边坡变形的三维监测表明：（1）边坡位移三维特征明显，潜在滑面位于隧道以下：（2）边坡向山外（y正方向）方向的位移量最大，主滑方向和隧道洞身斜交，以向山外运动为主，边坡测点总体的运动趋势为向隧道内部和山里转动。在隧道边坡治理中，考虑隧道边坡主滑方向的三维变形特征，取得良好的效果。对隧道边坡变形进行三维监测及洞内变形监测，并将其用于隧道边坡的稳定性分析以及后期治理具有重要的理论意义和实用价值。     

厚覆盖层条件下地下采矿引起的地表变形陷落特征模型试验研究

以某金属矿山为原型,运用地质力学模型试验,深入分析了厚覆盖岩层条件下地表变形陷落随不同开采水平的变化规律、不同开采水平下地表变形陷落范围的变化规律以及地表变形陷落随时间的变化规律。试验采用数码相机数字化近景摄影测量方法来量测采矿过程中地表及上、下盘岩体中的位移。本试验模拟了复杂的地质条件和自然崩落法的采矿过程。地表最大下沉位移主要集中在断层F1,F4之间的区域。采场顶板围岩具有明显的流变特性,蠕变曲线具有较明显的减速蠕变阶段、稳定蠕变阶段以及变形稳定阶段。在目前开采条件下,蠕变曲线都呈变形收敛形态。相对最终稳定时的总位移量,开采完毕瞬时位移占10%～35%,减速蠕变阶段所产生的位移约占43%～72%,稳定蠕变阶段所产生的位移占15%～25%,不难发现,绝大部分地表下沉位移主要发生在减速蠕变阶段。减速蠕变阶段约为7～8 d,最终变形稳定阶段约为46～50 d。通过对试验结果的深入分析,从-270 m水平起采明显优于从-200 m水平起采。根据试验结果,所提出的最优起采深度已被矿方所采用。     

饱和南京细砂液化后大变形特性试验研究

 利用空心圆柱扭剪仪对饱和南京细砂进行液化后静力再加载试验,研究其液化后应力–应变关系及孔隙水压力(孔压)消散特性,发现饱和南京细砂液化后的应力–应变关系呈S型曲线形状、归一化消散孔压与偏应力呈线性关系,据此提出饱和南京细砂液化后的本构模型和孔压消散模型,并进行该模型的验证性试验,结果表明2个模型的预测值与试验值较为吻合;探讨初始有效围压、相对密度对饱和南京细砂液化后特性的影响,分析结果表明：初始有效围压对饱和南京细砂液化后的本构模型及孔压消散模型均有较大影响;相对密度仅对液化后的本构模型有较大的影响,而对孔压消散模型基本没有影响。