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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

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

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岩土力学 2024年第5期45卷 1457-1471页

作者：叶帅华辛亮亮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

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,... 详细信息

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。

关键词：荷载传递法剪切位移法桩-土界面桩-土剪切带桩顶沉降承载特性分析

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

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高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

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中国公路学报 2024年第3期37卷 342-355页

作者：董建华徐斌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

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压... 详细信息

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明:让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。

关键词：隧道工程高地应力软岩让压支护力学分析应力释放

自然暴露与盐雾加速环境下钢筋混凝土劣化规律及等效关系

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吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 494-505页

作者：冯琼田浩正乔宏霞念腾飞韩文文兰州理工大学土木工程学院兰州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

针对西部盐渍土地区病害严重的问题,选取西部盐渍土地区典型环境开展钢筋混凝土自然暴露试验,同时模拟当地腐蚀环境设计室内盐雾干湿循环加速试验;采用钢筋腐蚀电流和混凝土损伤度表征钢筋混凝土内部钢筋及保护层的劣化规律;基于Weibul... 详细信息

针对西部盐渍土地区病害严重的问题,选取西部盐渍土地区典型环境开展钢筋混凝土自然暴露试验,同时模拟当地腐蚀环境设计室内盐雾干湿循环加速试验;采用钢筋腐蚀电流和混凝土损伤度表征钢筋混凝土内部钢筋及保护层的劣化规律;基于Weibull分布函数建立两种环境下钢筋混凝土的劣化模型,并进行竞争失效分析;利用可靠度等价条件,结合当量概念,建立两种环境下的等效关系。结果表明:钢筋混凝土在室内加速与自然暴露环境下的劣化规律相似,其规律均是强化效应和劣化效应相互作用的结果;Weibull分布函数可以有效地描述钢筋混凝土在室内加速与自然暴露环境下的性能劣化过程;内部钢筋劣化至中位寿命的时间略早于混凝土保护层;室内盐雾干湿循环加速劣化钢筋混凝土1 d可模拟盐渍土地区自然暴露劣化12.7 d。

关键词：土木工程材料钢筋混凝土西部盐渍土地区腐蚀劣化 Weibull分布函数等效关系

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盐渍土在蒸发过程中的水盐相变行为研究

岩土工程学报 2024年第5期46卷 1030-1038页

作者：周凤玺冉跃万旭升王立业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 西南石油大学土木工程与建筑学院四川成都610500

伴随蒸发过程,盐渍土孔隙内的溶液会产生汽化及结晶现象,且两种不同的相变间存在相互依赖性。为了揭示蒸发过程中的水盐相变特性,对盐渍土在蒸发过程中的汽化和盐结晶行为进行了理论和试验研究。首先,从热力学理论出发,通过考虑相间化... 详细信息

伴随蒸发过程,盐渍土孔隙内的溶液会产生汽化及结晶现象,且两种不同的相变间存在相互依赖性。为了揭示蒸发过程中的水盐相变特性,对盐渍土在蒸发过程中的汽化和盐结晶行为进行了理论和试验研究。首先,从热力学理论出发,通过考虑相间化学势平衡和Young-Laplace方程给出了起始结晶半径的理论表达,并分析了起始结晶半径与温度和相对湿度的关系。结合Van Genuchten土水特征曲线模型,建立了孔隙溶液浓度在不同状态下盐的溶解-结晶模型,并分析了温度和初始含盐量对盐结晶行为的影响规律。最后,通过开展控制温度和初始含盐量的蒸发试验结果对理论模型进行了验证。结果表明:环境湿度降低的过程中,土体温度以及初始含盐量对孔隙溶液中的水分和盐分相变有着显著的影响,土体温度越高,孔隙溶液中水分蒸发越快,液相最终饱和度越低;随着初始含盐量的增加,液相最终饱和度下降,盐晶体体积比增加。初始含盐量还会改变盐的盐析湿度,并且盐晶体的产生会抑制水分的蒸发。

关键词：盐渍土盐晶体蒸发试验溶液浓度相对湿度

稻草纤维增强泡沫混凝土物理力学性能试验研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2024年第3期46卷 189-197页

作者：王秀丽潘旭宾吴征兰州理工大学土木工程学院、西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维... 详细信息

为了研究稻草纤维增强泡沫混凝土的性能,以普通硅酸盐水泥为主要胶凝材料,硅灰、偏高岭土和粉煤灰为辅助胶凝材料,稻草纤维为增强材料,采用物理发泡法制备纤维增强泡沫混凝土;通过全因子试验,研究在不同水胶比和发泡剂掺量下,稻草纤维掺量对泡沫混凝土的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和抗冻性能的影响。结果表明:对于不同水胶比和发泡剂掺量,泡沫混凝土的密度、抗压强度和劈裂抗拉强度均随纤维掺量的增加呈现出先增加后降低的变化规律;抗压强度随密度增加呈幂函数增加关系;劈裂抗拉强度随抗压强度的增加呈指数函数增加关系;当水胶比为0.45时,抗折强度随纤维掺量的增加先增加后降低,当水胶比为0.50时,抗折强度随纤维掺量的增加而增加;纤维的掺入增大了泡沫混凝土的泡孔尺寸和吸水率,降低了其抗冻性能。

关键词：稻草纤维泡沫混凝土泡孔尺寸力学性能抗冻性能

考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形的锚索微型桩群计算模型研究

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工程科学与技术 2024年第5期56卷 190-202页

作者：朱彦鹏成栋杨奎斌刘东瑞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 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 陕西理工大学土木工程与建筑学院陕西汉中723001

锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛,但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题,首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点,以潜在滑裂面位置为分界线,... 详细信息

锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛,但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题,首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点,以潜在滑裂面位置为分界线,将微型桩群分为受荷段与嵌固段进行分析。对于受荷段,将桩间土简化为水平土弹簧,有效考虑桩间土力的传递作用;对于嵌固段,采用理想弹塑性p-y曲线分析桩-土相互作用。其次,将冠梁处预应力锚索简化为弹性支座,将其作用力转移至后排桩桩顶,再由桩顶冠梁重分配至各排桩桩顶处,从而达到对桩顶位移的约束作用。最后,以帕斯捷尔纳克(Pasternak)双参数地基梁法为基础,建立考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形及桩侧土体受力变形连续性的锚索微型桩群有限差分计算模型,并迭代求解得到该结构的水平位移与内力。利用该计算模型分别对微型桩群与锚索微型桩群加固土质边坡进行算例计算,与试验、数值模拟结果对比分析,验证该模型的合理性,并探讨土体剪切刚度、锚索束及桩径对该锚索微型桩群水平位移与内力的影响。研究表明:嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性对微型桩的水平位移与内力有较大影响;随着锚索束的增加,桩身最大正弯矩及水平位移均不断减小,可通过增设锚索束达到控制桩身变形与内力的目的。

关键词：边坡微型桩锚索内力与变形理想弹塑性p-y曲线

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可回收锯齿锚杆抗拔承载力计算方法

应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 238-257页

作者：连博董建华马连生吴晓磊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 兰州理工大学理学院甘肃兰州730050

为了解决基坑可回收锚杆普遍存在的锚杆承载头不可回收、回收效率低等问题,提出一种可完全回收的锯齿锚杆新型支护结构,阐明其结构构成和工作机理,并对其承载能力进行了分析.首先根据锯齿锚杆的结构特性,建立剪叉式锚固机构的扩张模型,... 详细信息

为了解决基坑可回收锚杆普遍存在的锚杆承载头不可回收、回收效率低等问题,提出一种可完全回收的锯齿锚杆新型支护结构,阐明其结构构成和工作机理,并对其承载能力进行了分析.首先根据锯齿锚杆的结构特性,建立剪叉式锚固机构的扩张模型,采用弹性力学平面问题的复变函数法及Tresca塑性屈服准则,求解了剪叉式锚固机构扩开时周围土体的弹塑性解及剪叉臂的极限转角,并推导出该新型锚杆的抗拔承载力和转动单元转角阈值计算公式.然后采用有限元法对该新型锚杆的扩张过程和抗拔特性进行了分析,并将理论解与数值解进行对比验证.结果表明:(1)剪叉式锚固机构对土体应力的影响范围为其扩开宽度的2~3倍,锚固机构周围土体的塑性变形区边界呈椭圆状,且长短轴半径比值在锚固机构扩开过程中保持不变;(2)在不超过极限转角的范围内,锚固机构转角的增大能够提升可回收锯齿锚杆的抗拔性能;(3)相比普通锚杆,锯齿锚杆具有更强的抗拔承载能力.

关键词：可回收锯齿锚杆复变函数法 Tresca屈服准则有限元分析扩张过程抗拔承载力