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石灰钉复合锚杆加固软弱边坡现场试验研究

应用基础与工程科学学报 2024年第2期32卷 527-545页

作者：董建华连博刘国盛吴晓磊师利君兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为了进一步了解石灰钉复合锚杆新型支护结构的实用效果与价值,对其开展了现场实测试验.通过对试验结果的分析,进行了石灰钉周围土体力热变化规律的研究和新型结构承载性能的评价.试验结果表明:(1)石灰钉的设置对周围土体的温度、膨胀压... 详细信息

为了进一步了解石灰钉复合锚杆新型支护结构的实用效果与价值,对其开展了现场实测试验.通过对试验结果的分析,进行了石灰钉周围土体力热变化规律的研究和新型结构承载性能的评价.试验结果表明:(1)石灰钉的设置对周围土体的温度、膨胀压力和孔隙水压力变化均产生显著的影响,在石灰钉的合理布置间距范围内,石灰钉布置间距越小,对土体膨胀压力、温度和孔隙水压力的影响越显著,土体的固结速率越大;(2)与普通锚杆相比,石灰钉复合锚杆的抗拔承载力有明显的提高,在石灰钉的合理布置间距范围内,石灰钉布置间距越小,石灰钉复合锚杆的抗拔承载力越大.利用所采集的实测数据,对石灰钉周围土体的温度增量、膨胀压力和水平进深对孔隙水压力的影响进行了多元回归分析,并得到了合理的回归模型.分析结果表明:石灰钉周围土体的膨胀压力、温度增量和水平进深均对土体的孔隙水压力影响显著,膨胀压力和温度增量对孔隙水压力不仅存在线性影响,还存在非线性影响和交叉影响,而水平进深对孔隙水压力仅存在线性影响.

关键词：石灰钉锚杆力热变化规律抗拔承载力多元回归分析

新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡降温效果及力学机理研究

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土木工程学报 2024年第7期57卷 90-105页

作者：董建华师利君吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀... 详细信息

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀和融沉阶段新型框架通风锚杆与土体相互作用的力学简化计算模型,分析冻胀和融化阶段新型框架通风锚杆受力性能。结合算例,采用提出的简化计算方法分析了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的热学和力学效应,并通过模型试验与理论计算对比,对所提出理论计算方法的合理性进行验证。结果表明:①新型框架通风锚杆能够充分发挥冷季吸收冷量冻结土体、暖季屏蔽热量保护冻土的作用,并逐年抬升冻融交界面;②新型框架通风锚杆支护结构支护效果良好,能够减弱土体冻胀作用,提高多年冻土边坡的稳定性;③所提出简化计算方法以期为新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡提供理论依据。

关键词：多年冻土边坡新型框架通风锚杆自然对流协同工作融沉固结

深基坑框架预应力锚杆微型钢管桩联合支护结构力学特性分析

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岩石力学与工程学报 2019年第3期38卷 619-633页

作者：董建华庄超兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对深基坑工程在施工场地狭窄和存在回填未固结土及土质松散地区施工时遇到的难题,提出框架预应力锚杆微型钢管桩联合支护结构,对其结构构成和工作机制进行详细探讨。基于温克尔弹性地基梁理论,建立锚杆张拉阶段和正常工作阶段时框架... 详细信息

针对深基坑工程在施工场地狭窄和存在回填未固结土及土质松散地区施工时遇到的难题,提出框架预应力锚杆微型钢管桩联合支护结构,对其结构构成和工作机制进行详细探讨。基于温克尔弹性地基梁理论,建立锚杆张拉阶段和正常工作阶段时框架预应力锚杆微型钢管桩与土体相互作用的计算模型,并利用位移法和有限差分法进行求解;借助ADINA有限元软件对该联合支护结构的支护效果和力学特性进行分析,将理论值与模拟值进行对比。结果表明:(1)理论计算结果与数值模拟结果基本吻合,验证了计算模型和分析方法的合理性;(2)与所提出的理论计算方法所得的结果相比,常规不考虑结构间牵连作用计算得到的框架柱内力较小,以此为设计依据使框架柱偏于不安全,而常规计算得到的微型钢管桩内力值较大,使设计过于保守;(3)与桩锚支护和地下连续墙支护结构相比,该联合支护结构可以有效的控制基坑变形且内力分布更加合理,体现了该联合支护结构优越的支护特性,可为类似深基坑支护结构的设计提供理论依据和参考。

关键词：土力学深基坑框架预应力锚杆微型钢管桩牵连效应弹性地基梁有限差分法

排水板复合框架自钻胎串式锚杆支护结构的工作机制分析

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岩石力学与工程学报 2017年第11期36卷 2826-2838页

作者：董建华袁方龙董旭光裴美娟兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 中交天津港湾工程研究院有限公司天津300222

针对软土地区的深基坑工程降水与支护问题,提出排水板复合框架自钻胎串式锚杆新型支护结构,对其结构构成和工作机制进行详细探讨。基于柱孔扩张理论,推导出自钻胎串式锚杆在孔压影响下的承载力计算公式,采用数值软件ADINA对排水板的降... 详细信息

针对软土地区的深基坑工程降水与支护问题,提出排水板复合框架自钻胎串式锚杆新型支护结构,对其结构构成和工作机制进行详细探讨。基于柱孔扩张理论,推导出自钻胎串式锚杆在孔压影响下的承载力计算公式,采用数值软件ADINA对排水板的降水效果及其对自钻胎串式锚杆抗拔承载力的影响规律进行分析,最后将承载力模拟值与理论值进行对比。结果表明:(1)排水板具有良好的降水效果,能够快速有效地消散掉含水层土体的孔隙水压力。(2)通过与无排水板的工况进行对比,得出排水板降水措施能够有效减小锚杆轴力和框架柱的水平位移。(3)排水板能够及时消散胎体膨胀引起的超孔隙水压力,随着孔压消散,土体沿锚杆轴向产生的位移和应变降低,锚杆的抗拔承载力得到提高。(4)抗拔承载力理论公式计算值与模拟值基本吻合,验证了承载力计算公式的正确性。

关键词：基坑工程排水板复合框架自钻胎串式锚杆数值分析排水固结孔隙水压力抗拔承载力

基于滑坡稳定性的锚索微型桩组合抗滑结构分析

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应用基础与工程科学学报 2019年第2期37卷 391-403页

作者：董旭光董建华何天虎郑静宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学理学院甘肃兰州730050 中铁西北科学研究院有限公司甘肃兰州730000

为了给锚索微型桩组合抗滑结构的设计提供技术支持,对其开展理论研究非常必要.讨论了组合抗滑结构的工作机理,建立了锚索-微型桩-岩土体协同工作的计算模型,采用有限元法进行了求解.基于MATLAB平台开发了面向对象的分析软件,通过微型桩... 详细信息

为了给锚索微型桩组合抗滑结构的设计提供技术支持,对其开展理论研究非常必要.讨论了组合抗滑结构的工作机理,建立了锚索-微型桩-岩土体协同工作的计算模型,采用有限元法进行了求解.基于MATLAB平台开发了面向对象的分析软件,通过微型桩试验验证了分析方法和计算程序的有效性.最后结合算例,采用提出的计算方法对无锚索和不同直径锚索的微型桩抗滑结构进行了分析,并与数值模拟进行了对比,两者吻合较好.结果表明:锚索微型桩结构具有良好的承载性能,桩体弯矩、剪力和水平位移分布趋势相似,其值均为后桩最大、前桩最小,而轴力为后桩最大、中桩最小;随着锚索直径增大,锚拉力增大,边坡水平位移明显减小;滑坡推力作用下组合结构发生压弯变形,设计时前桩和中桩按拉弯验算,而后桩按压弯.提出的计算方法可为抗滑结构的设计提供理论依据.

关键词：微型桩锚索滑坡稳定性相互作用力学模型有限元分析

框架免动力加速对流锚杆多年冻土边坡支护结构的提出及理论计算方法

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土木工程学报 2021年第1期54卷 116-133页

作者：董建华包万飞兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对多年冻土边坡的冻融滑塌问题,结合无动力通风技术、通风管降温技术和锚固技术,提出一种新型框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构,并阐述了新型结构的工作机理。基于通风工程和传热学理论,建立免动力加速对流锚杆与土体换热的计算模... 详细信息

针对多年冻土边坡的冻融滑塌问题,结合无动力通风技术、通风管降温技术和锚固技术,提出一种新型框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构,并阐述了新型结构的工作机理。基于通风工程和传热学理论,建立免动力加速对流锚杆与土体换热的计算模型,给出免动力加速对流锚杆的热效应理论计算方法;基于Winkler弹性地基梁理论,建立框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构与土体协同工作的计算模型,提出框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的力学效应理论计算方法。结合算例,采用提出的理论计算方法对框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的热-力学效应进行分析,并利用自主研发的框架免动力加速对流锚杆支护多年冻土边坡的水热力耦合分析软件对提出的理论计算方法进行验证,结果表明:(1)无动力风帽极大提升了免动力加速对流锚杆的通风能力,增大了外界冷空气与边坡内部土体之间的对流换热强度,促使多年冻土边坡内冻融交界面逐年抬升;(2)框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构减弱了边坡土体的冻胀作用,能够提高多年冻土边坡的稳定性;(3)文章提出的理论计算方法具有一定的准确性和合理性,可为框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的设计提供理论依据。

关键词：多年冻土边坡框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构 Winkler弹性地基梁模型协同工作热-力学效应

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我国寒区输水工程研究进展与展望

冰川冻土 2020年第1期42卷 182-194页

作者：何鹏飞马巍中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州理工大学理学院甘肃兰州730050 中国科学院大学北京100049

由于极端寒冷和其他复杂环境条件,寒区输水工程容易发生冻害,威胁其供水能力和安全保障。通过综述寒区输水工程研究的文献和进展,概括冻害现象、冻害原因、研究方法以及防治措施,提出未来需要研究和应对的问题。寒区输水工程冻害现象主... 详细信息

由于极端寒冷和其他复杂环境条件,寒区输水工程容易发生冻害,威胁其供水能力和安全保障。通过综述寒区输水工程研究的文献和进展,概括冻害现象、冻害原因、研究方法以及防治措施,提出未来需要研究和应对的问题。寒区输水工程冻害现象主要表现为衬砌破坏,防渗保温层破坏,接缝止水材料脱落,渠道基土流失、滑塌、冰塞和漫堤等;引起冻害的原因主要为冻胀、冻融循环、不良地质条件、不合理施工和管理等;研究方法方面通常从衬砌优化设计和基土水热力分析展开;防治措施主要有基土换填,铺设防渗保温层和排水等。目前研究中的不足主要表现在衬砌受力分析模型过于简化,对不同防渗保温措施缺乏定量研究,水热力分析时未考虑输水渠道特殊条件以及缺乏冬季延长输水时间管理的科学方法等问题。

关键词：高寒区渠道衬砌冻害防渗保温

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降雨增加对多年冻土区铁路路基水热影响研究

岩石力学与工程学报 2017年第10期36卷 2580-2590页

作者：张明礼温智董建华王得楷侯彦东高樯孙国栋郭宗云兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所甘肃兰州730000

近50 a青藏高原湿化趋势显著,降雨变化导致地表能量平衡过程、活动层水分状况和水热输运过程改变。以青藏高原北麓河铁路路基试验段水分监测为基础,基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型研究在未来降雨变化情景下,降... 详细信息

近50 a青藏高原湿化趋势显著,降雨变化导致地表能量平衡过程、活动层水分状况和水热输运过程改变。以青藏高原北麓河铁路路基试验段水分监测为基础,基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型研究在未来降雨变化情景下,降雨对冻土路基水热的影响机制与过程。结果表明:近6 a路基水分监测显示,虽然青藏高原年降雨量变化较大,夏季降雨引起土体表层水分短期显著波动,但长期路基含水量并未明显累积,路基蒸发、液态水与水汽运移显著;在未来湿化背景下,年降雨量增大导致地表潜热增大地表土壤热通量减小,降雨增大导致的热传导通量减小量比液态水对流热通量增大更大,人为冻土上限抬升;降雨增加缓解了路基工程对下伏多年冻土的热扰动,但降雨增加导致活动层水分累积,增大路基冻胀和融沉灾害风险。

关键词：土力学铁路路基数值模拟水热变化青藏高原地表能量平衡

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梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基板模型

农业工程学报 2022年第23期38卷 91-100页

作者：何鹏飞候光亮董建华曹海涛马永斌兰州理工大学理学院兰州730050 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,该研究采用Winkler弹性地基板理论建立考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌... 详细信息

为探讨开放系统中梯形混凝土衬砌渠道的冻胀问题,根据衬砌板与冻土地基的相互关系,该研究采用Winkler弹性地基板理论建立考虑冻胀力和冻结力作用的衬砌板冻胀破坏力学模型,使用解析法得到了衬砌板变形和内力解,对不同地下水埋深、衬砌板几何参数的影响规律进行了分析。通过与已有现场观测值和计算值进行对比,验证了弹性地基板理论计算结果的正确性。研究结果表明:坡板在非均匀分布的冻胀力作用下,挠度、弯矩和剪力也表现为非均匀分布,挠度最大值在坡顶距坡脚2/3处,弯矩最大值靠近底板位置,拉应力分布与内力分布规律一致。与梁理论相比,板理论计算结果表明衬砌板的挠度和内力沿板宽方向为非均匀分布,挠度和弯矩在自由边界(纵向伸缩缝)处增大,扭矩主要分布在衬砌板的拐角处。切向冻结力对渠道冻胀影响较小,在原渠道工况下,不考虑切向冻结力与考虑最大切向冻结力之间,最大挠度相差0.7 mm。针对不同地下水位的渠道,给出了衬砌板的安全厚度,可为现浇混凝土梯形渠道的抗冻胀设计提供参考和理论依据。

关键词：渠道模型冻胀衬砌冻结力弹性地基板