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强夯法加固可液化砂质粉土地基试验研究

矿业科学学报 2024年第3期9卷 361-369页

作者：王家磊张合青余虔韩进宝刘洋姚妙娴北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 民航机场规划设计研究总院有限公司北京100029 机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地北京100029

针对北京大兴机场飞行区地基存在可液化砂质粉土层,研究采用低能级、小夯距和少击数的强夯法对其进行处理。为了评价夯击效果,确定强夯过程中的夯击参数,选择1000 kN·m和2000 kN·m两个能级的夯击能,每个夯击能级设定4、6、8、10和12... 详细信息

针对北京大兴机场飞行区地基存在可液化砂质粉土层,研究采用低能级、小夯距和少击数的强夯法对其进行处理。为了评价夯击效果,确定强夯过程中的夯击参数,选择1000 kN·m和2000 kN·m两个能级的夯击能,每个夯击能级设定4、6、8、10和12击数。同时,设置夯击能1000 kN·m条件下夯击数4、6和8,用以研究地表冻土层对夯击效果的影响,在试验区分别进行了全深度标准贯入、面波、干密度试验检测。试验结果表明:强夯后的砂质粉土地基具有更大的密实度、传播波速和抗液化能力。其中,夯击能1000 kN·m和2000 kN·m作用下的最佳夯击数分别为10和8,对应的强夯影响深度为4.5 m和5.5 m,消除液化的深度则为4.3 m和5.3 m。而在检测指标上,标准贯入试验要求在1000 kN·m和2000 kN·m夯击能作用下,4.5 m和5.5 m全深度标准贯入击数平均值不少于10和12。最佳夯击次数作用下原地基表层的干密度不低于1.45 g/cm3。研究结果推荐在机场跑道区域采用2000 kN·m强夯能级进行地基处理,而停机坪和滑行道区域采用1000 kN·m强夯能级进行地基处理。

关键词：液化地基强夯法标准贯入面波检测

高速列车通过不同隧道衬砌结构时气动效应特性研究

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隧道建设（中英文） 2024年第7期44卷 1440-1453页

作者：李飞龙姜昌山余虔韩进宝张合青骆建军王锦华北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 民航机场规划设计研究总院有限公司北京100029 机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地北京101312

为研究隧道衬砌结构上的气动压力时空特征和不同影响因素下气动效应的变化规律,基于滑移网格技术、有限体积法理论以及非定常、黏性、可压缩性N-S方程和RNG湍流方程,建立精细化的隧道-列车流固耦合数值计算模型,通过动模型试验验证数值... 详细信息

为研究隧道衬砌结构上的气动压力时空特征和不同影响因素下气动效应的变化规律,基于滑移网格技术、有限体积法理论以及非定常、黏性、可压缩性N-S方程和RNG湍流方程,建立精细化的隧道-列车流固耦合数值计算模型,通过动模型试验验证数值计算的合理性。研究表明:1)全过程压力云图和流场云图可清晰地揭示出气动压力波的传播过程及特性;2)基于列车长度修正了最大压缩波的既有经验公式,提出列车摩阻因数为2.255 Pa/m;3)拟合出了不同隧道衬砌结构下压力峰峰值衰减率与循环周期数的关系式,为后期分析气动荷载对衬砌结构的疲劳损伤奠定了理论基础;4)揭示出列车尾部完全驶出隧道后或长隧道中管片结构上的气动压力峰值相较于模筑衬砌隧道中的气动压力峰值衰减更快,盾构隧道出口外20 m和50 m处的微气压波幅值相较于模筑衬砌隧道降低1.53%~5.5%。

关键词：高速列车模筑衬砌隧道盾构隧道数值模拟气动压力峰值微气压波

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不同区域粉土累积塑性应变预测模型

公路交通科技 2024年第7期41卷 56-64页

作者：余虔曹正龙寇璟媛高妍婕马新岩民航机场规划设计研究总院有限公司北京101312 机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地北京100029 同济大学交通运输工程学院上海201804 山东省机场管理集团有限公司山东济南250107 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

机场道基在长期服役过程中,不同区域粉土的累积塑性应变发展有显著差异。目前研究中鲜有考虑粉土区域性差异影响,尚未有预测模型能够对不同区域机场的道基粉土进行统一量化和预测。为确定影响粉土累积塑性应变的关键指标,有针对性地预... 详细信息

机场道基在长期服役过程中,不同区域粉土的累积塑性应变发展有显著差异。目前研究中鲜有考虑粉土区域性差异影响,尚未有预测模型能够对不同区域机场的道基粉土进行统一量化和预测。为确定影响粉土累积塑性应变的关键指标,有针对性地预测各区域粉土塑性应变,保证道基的长期服役性能,从华北地区3个不同机场取现场道基粉土,开展了不同区域和不同黏粒含量下粉土的动三轴试验,以揭示了不同条件下粉土累积塑性应变发展规律;通过SPSS灰色关联分析探究了不同区域粉土的矿物成分、颗粒级配、液塑限、最优含水率和最大干密度等指标与其循环荷载下最终累积应变的相关性,确定了黏粒含量为关键评价指标;基于试验结果建立了最终累积塑性应变预测模型。结果表明:不同区域粉土的颗粒级配、液塑限和最大干密度均有显著差异;循环荷载下累积塑性应变也差异显著,且受动应力影响;通过灰色关联分析,确定了以黏粒含量作为评价各地粉土最终累积塑性应变的量化指标;基于不同黏粒含量的动三轴试验结果,建立了考虑区域差异和动应力幅值的最终累积塑性应变预测模型。该预测模型能较好适用于不同区域机场道基粉土,基于当地粉土黏粒含量情况,较为准确地预测其长期服役过程中的累积塑限应变。

关键词：道路工程累积塑性应变动三轴试验粉土区域性差异黏粒含量灰色关联分析

带轧皮预锈钢筋在混凝土养护期间的自然钝化行为研究

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中国腐蚀与防护学报 2024年第2期44卷 505-511页

作者：刘国强张东方陈昊翔范志宏中交四航工程研究院有限公司水工构造物耐久性技术交通运输行业重点实验室广州510230 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519080 广东港珠澳大桥材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站珠海519060

以自然暴露3个月的带轧皮HRB400钢筋为研究对象,并与未暴露钢筋进行对比,采用开路电位测试、电化学阻抗谱测试研究了生锈钢筋和正常钢筋表面性能随浸泡时间的变化特征,并采用动电位极化曲线测试、Mott-Schottky曲线测试研究了2种钢筋的... 详细信息

以自然暴露3个月的带轧皮HRB400钢筋为研究对象,并与未暴露钢筋进行对比,采用开路电位测试、电化学阻抗谱测试研究了生锈钢筋和正常钢筋表面性能随浸泡时间的变化特征,并采用动电位极化曲线测试、Mott-Schottky曲线测试研究了2种钢筋的可钝化性、表面耐蚀性能与半导体行为,此外通过XPS分析了2种钢筋浸泡10 d后的组成成分。结果表明,2种钢筋均能在混凝土孔隙模拟液中完成钝化,5 d内表面均达到稳定,生锈钢筋的钝化效果、耐蚀性能均比正常钢筋略差,2种钢筋钝化前后的表面成分变化主要表现为Fe(Ⅱ)氧化物的明显降低和Fe(Ⅲ)氧化物、羟基氧化物的显著升高,正常钢筋比生锈钢筋钝化效果和耐蚀性能优异的原因是钝化后具有较低的Fe(Ⅱ)氧化物含量和较高的Fe(Ⅲ)化合物含量。

关键词：氧化皮预锈钢筋混凝土孔隙模拟液钝化行为

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压密效应对新型压密注浆土钉的强化研究

岩土工程学报 2021年第9期43卷 1649-1656,1738页

作者：叶新宇彭锐马新岩张升王善勇中南大学土木工程学院湖南长沙410075 民航机场规划设计研究总院有限公司北京100029 机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地北京100029 澳大利亚纽卡斯尔大学澳大利亚纽卡斯尔2308

注浆压密效应是影响新型压密注浆土钉抗拔性能的一个重要因素。基于大型模型箱,开展了有压密效应和无压密效应的两组对比拉拔试验,研究了注浆压密效应对新型土钉性能的影响。另外,针对抗拔力随拉拔位移的演化规律,提出了抗拔力计算的双... 详细信息

注浆压密效应是影响新型压密注浆土钉抗拔性能的一个重要因素。基于大型模型箱,开展了有压密效应和无压密效应的两组对比拉拔试验,研究了注浆压密效应对新型土钉性能的影响。另外,针对抗拔力随拉拔位移的演化规律,提出了抗拔力计算的双曲模型。研究表明:注浆压密效应对拉拔前期的抗拔力影响较大,而对最终抗拔力影响甚微。当土体条件发生变化时,注浆压密效应对抗拔力的影响取决于注浆压力,而非节泡直径。注浆压密效应引起的土体响应差异,其中包括垂直剪胀效应以及垂直和水平的挤压效应,是引起两种试验条件下抗拔力增加速率差异的根源。引入压缩模量和极限拉拔应力两个参数,建立的抗拔力计算双曲模型,可对新型压密注浆土钉的抗拔力进行有效计算。

关键词：压密效应模型试验压密注浆土钉抗拔力双曲关系

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飞机荷载作用下湿化粉土道基变形特性研究

中南大学学报（自然科学版） 2021年第7期52卷 2188-2199页

作者：罗其奇张升叶新宇李强马新岩张兴中中南大学土木工程学院湖南长沙410075 北京新机场建设指挥部北京102600 民航机场规划设计研究总院有限公司岩土工程所北京100020 机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地北京100020 呼和浩特新机场建设工程项目指挥部内蒙古呼和浩特010000

为探明飞机荷载作用下湿化道基的变形特性,研制模型试验系统,并结合相应数值模型,开展飞机荷载作用下不同湿化程度的道基变形演化规律研究。研究结果表明:北京大兴区粉土渗透性强,持水能力较差,粉土饱和度75%时达到最大持水能力。道基... 详细信息

为探明飞机荷载作用下湿化道基的变形特性,研制模型试验系统,并结合相应数值模型,开展飞机荷载作用下不同湿化程度的道基变形演化规律研究。研究结果表明:北京大兴区粉土渗透性强,持水能力较差,粉土饱和度75%时达到最大持水能力。道基变形主要发生在粉土达到最大持水能力前,山皮石垫层与粉土道基分界面处出现了较大不均匀变形,而垫层的设置能有效降低加载区下卸荷不均匀变形。加载区下,随深度增加沉降横向分布呈现深“U”形—浅“U”形—深“V”形—浅“V”形的演化特征,不均匀变形横向分布主要集中于加载区及其5 m范围内;沉降竖向分布呈现指数降低和线性降低趋势,加载区下受荷敏感区域位于垫层表面以下6 m深度范围内。飞机荷载主要影响深度与受荷敏感深度相同,湿化作用降低了受荷敏感深度内应力集中效应,增加了飞机荷载影响范围以及不均匀变形,对不均匀变形横向分布范围无显著影响。

关键词：机场工程粉土道基湿化应力叠加变形特性

飞机荷载作用下湿化对粉土道基应力响应的影响

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工程科学与技术 2023年第3期55卷 87-99页

作者：罗其奇张升李强叶新宇张兴胜余虔中南大学土木工程学院湖南长沙410075 北京新机场建设指挥部北京102600 呼和浩特机场建设管理投资有限公司内蒙古呼和浩特010000 民航机场规划设计研究总院有限公司岩土工程所北京100020 机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地北京100020

中国西北、华北地区因地制宜,选取粉土作为道基填料,在机场的服役过程中,“锅盖效应”或降雨入渗等易引发局部积水而使粉土道基湿化。在飞机荷载作用下,粉土湿化对不同跑道结构参数的道基应力响应影响显著。本文通过自研的湿化粉土道基... 详细信息

中国西北、华北地区因地制宜,选取粉土作为道基填料,在机场的服役过程中,“锅盖效应”或降雨入渗等易引发局部积水而使粉土道基湿化。在飞机荷载作用下,粉土湿化对不同跑道结构参数的道基应力响应影响显著。本文通过自研的湿化粉土道基加载模型试验系统,研究了粉土不同湿化程度的土体应力响应特征,并且建立数值仿真模型,分析了道面板相互作用机制,面层和基层厚度、刚度等不同跑道结构参数下湿化对道基敏感区域应力响应特征的影响规律。结果表明:道面板间接缝传荷能力对道基应力响应的影响较小。粉土湿化促进了道基中的应力叠加效应,也增加了道基应力响应对跑道结构参数变化的敏感性,但降低了应力响应深度对跑道结构参数变化的敏感性。在受荷较大的道面板中心点下,粉土湿化下水泥道面板刚度对道基应力响应的影响较小,基层弹性模量是道基应力响应的主要影响因素;面层厚度和基层厚度是受荷道面板外侧角点下道基应力响应的主要影响因素,合理的基层参数能有效地降低湿化对道基受力状态的影响。研究成果能为机场工程跑道结构设计、优化及道基病害处理等提供技术依据。

关键词：跑道结构参数粉土道基湿化应力响应影响区域

考虑衬砌渐变劣化的寒区隧道承载性能演化规律

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地下空间与工程学报 2023年第5期19卷 1678-1690页

作者：陈建勋荀文杰赵鹏宇罗彦斌陈丽俊长安大学公路学院西安710064 寒冷地区隧道气象与结构力学状态交通运输行业野外科学观测研究基地西安710064

隧道衬砌结构沿径向深度存在温度变化差异,使其在冻融循环作用下沿径向发生不同程度的连续渐变劣化。为揭示衬砌结构渐变劣化对寒区隧道承载性能的影响,本文以羊八井2号隧道为工程依托,通过现场气温测试,结合隧道温度场和结构应力数值... 详细信息

隧道衬砌结构沿径向深度存在温度变化差异,使其在冻融循环作用下沿径向发生不同程度的连续渐变劣化。为揭示衬砌结构渐变劣化对寒区隧道承载性能的影响,本文以羊八井2号隧道为工程依托,通过现场气温测试,结合隧道温度场和结构应力数值模拟计算,研究考虑衬砌结构渐变劣化的寒区隧道承载性能演化规律。结果表明:在每年170次的正负气温反复作用下,隧道衬砌表面经历约11次等效室内冻融循环;随着径向深度增加,衬砌经历的冻融循环次数呈指数函数降低,衬砌混凝土抗压强度和弹性模量沿径向深度呈指数函数连续渐变劣化,并主要集中在距衬砌表面35 cm深度范围内;在渐变劣化情况下,拱顶随服役年数增加,偏心距逐渐增大,受压区高度减小,呈大偏心受压,衬砌安全系数下降速率大,承载性能劣化严重,全截面劣化相反,拱顶由大偏心受压逐渐转变为小偏心受压,安全系数下降慢,承载性能劣化较轻;其余位置在两种劣化情况下衬砌承载性能变化基本相同;在隧道衬砌结构长期耐久性设计时,拱顶应考虑混凝土沿径向渐变劣化。

关键词：隧道工程寒冷地区冻融循环渐变劣化安全系数承载性能

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基于服役需求的机场粉土道基临界动应力研究

铁道科学与工程学报 2023年第3期20卷 950-960页

作者：雷宇刘希重宣明敏余虔叶新宇张升中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中建三局集团有限公司湖北武汉430074 民航机场规划设计研究总院有限公司北京101312 机场工程安全与长期性能交通运输行业野外科学观测研究基地北京100029 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

在循环荷载作用下土样应变发展特性的研究中,安定理论被广泛应用。通过该理论将塑性应变发展状态进行划分,可确定临界动应力。但该传统方法忽略了工程中的服役需求,其取值未考虑在临界动应力范围内,道基土体变形的持续发展,最终超过允... 详细信息

在循环荷载作用下土样应变发展特性的研究中,安定理论被广泛应用。通过该理论将塑性应变发展状态进行划分,可确定临界动应力。但该传统方法忽略了工程中的服役需求,其取值未考虑在临界动应力范围内,道基土体变形的持续发展,最终超过允许变形,引起道面板错缝、跑道断裂等问题。针对以上问题开展大型动三轴试验,获得道基粉土在不同压实度、围压、制样方法和动应力下变形发展规律,结合服役需求中的破坏应变,提出考虑道基服役需求的临界动应力模型,主要结论有:1)压实度和围压对最终塑性应变均有较大影响,且与应变有较好的指数关系。考虑压实度、围压和动应力幅值建立的最终应变预测模型能较好地反映试验结果;2)制样方法对塑性应变的发展有明显的影响,在动应力小于180 kPa时应变差在0.2%左右,而在动应力较大时,不同制样方法之间应变差异显著增大,最大可超过2%,远大于规范中最大允许差异沉降值0.1%~0.2%。实际工程中多压实工法处理道基,可能导致道基在长期荷载作用下产生较大的差异沉降;3)基于服役需求提出的临界动应力在道基沉降值和差异沉降值上均符合规范要求,且与传统方法临界动应力计算结果相比,相同条件下动应力值约为80%,对应塑性变形增长速率仅为40%,充分考虑机场服役需求,取值更加严谨,对实际工程更具指导意义。

关键词：破坏应变压实度围压制样方法临界动应力服役需求