为解决高陡危岩体勘查作业中工作效率低、安全风险高和调查存在死角等问题，以某水电工程高位1号危岩体为例，运用贴近摄影测量与地质雷达等技术，搭建一套针对高陡危岩体的调查体系。借助技术手段构建危岩体三维倾斜摄影模型，精准查明危岩体边界条件和工程地质特征；并根据所获取的数据，分析危岩体失稳机理和失稳模式，进行稳定性评价。结果表明：1号危岩体厚约14.1 m,长约27.1 m,凹岩腔最深4.6 m,体积为2 210 m 3 ,属大型危岩体，后缘张拉裂隙发育深度为7.6 m～9.0 m,失稳模式为坠落式；在自然工况、地震工况、暴雨工况下，危岩体稳定性系数分别为1.16、1.08、1.04,分别处于稳定、基本稳定、欠稳定状态。倾斜摄影非接触性测量技术和地质雷达张拉裂缝探测技术，弥补了单一技术在信息获取上的局限性，解决了传统勘查方法工作效率低、安全风险高和调查存在死角等问题，为高陡危岩体的识别和探测提供了新的思路和新方法，对同类高陡危岩体勘查评价具有参考价值。
Based on the experimental results of seven cross-shaped RC short columns subjected to axial load and reasonable assumptions, the core concrete in cross-shaped section was divided into several regions, the analytic derivation of the effective transverse confined pressure was provided, and the equivalent uniaxial constitutive relationship was constructed for core concrete of the divided regions. The load versus strain curves of the specimens were calculated by the proposed constitutive relationship. The calculated results agreed well with the experimental results. The effects of the tie spacing, diameter, yield stress of hoop reinforcement and section form on lateral confinement were investigated in cross-shaped sections. The results show that the tie spacing, diameter and yield stress of hoop reinforcement has significant influence on axial load versus strain curves. The axial load, peak strain, and strain ductility increase, compared with no lateral confinement of hoop reinforcement. The section form has little influence on axial load versus strain curves.
为了探讨磷酸改性水玻璃对工程中细砂层加固的可行性和有效性,在合理确定改性水玻璃配合比的基础上,利用无侧限压力仪和直剪仪对加固砂样的应力应变关系及抗剪强度开展研究,分析改性水玻璃溶液对细砂层的加固效果和机理.试验结果表明:磷酸改性的水玻璃溶液对细砂具有明显加固作用,最优体积配合比为水∶磷酸∶水玻璃=13∶1∶3.3.每1m3 改性水玻璃可固结素砂最大约4m3.固砂体的轴向抗压强度随时间增长呈现先增大后减小的趋势,无侧限抗压强度处于140 kPa～213 kPa范围,凝结时间为42h时,抗压强度达到最大.较原状细砂,加固初期黏聚力可增加6 kPa～28 kPa,内摩擦角有所降低;随着凝结时间的增加,黏聚力逐渐减小而内摩擦角有所恢复.
为了探讨基坑土钉支护开挖降水对周边建筑物的影响,以郑州市某基坑土钉支护开挖降水工程为例,使用有限元软件midas GTS NX对基坑施工过程及周边建筑物的存在进行数值模拟,分析基坑开挖降水等工况下土体的水平位移、竖向位移、孔隙水压力、及周边建筑物沉降的变化规律,研究基坑开挖降水对周边建筑物影响,结果表明:随着基坑开挖深度的增加,坑外地表沉降大小和范围慢慢增大,总体呈现先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势;随着基坑降水深度的增加,孔隙水压力增大,表层土体中孔隙水压力的变化速率小于深层土体中孔隙水压力的变化速率;建筑物沉降随基坑施工工况的增加逐渐增大,基坑开挖到底时建筑物沉降变化趋势变缓趋于稳定,其数值在规范允许的范围内,表明基坑周边的建筑物处于安全状态.
随着我国"双碳"战略的提出及快速发展,如何培养优秀的"双碳"建筑施工人才至关重要.为了提高学生节能减排、绿色高效意识,以土木工程专业核心课程《施工原理与方法》为载体,提炼"双碳"背景下课程思政新元素,探讨课程思政与专业知识隐形相融方案,从教材内容、教学方式、教学实践等方面探讨课程改革举措,改善课程教学质量,培养"双碳"目标条件下的科技创新人才.将新材料、新设备、新技术及新工艺等融入教学内容可以让学生了解施工中节能减排新措施;通过增加典型代表工程、先进技术应用、现场工程事故及工程现场实践等可以培养学生的思想政治素养,进而调动学生在课堂上的自主性和积极性,培养理工科学生对科学问题的思考和研究能力,提高学生工程实践的应用水平,增强学生理解施工原理与方法课程建设的原则和方法,可为高校理工科课程思政建设借鉴经验.
为了增强混凝土抗压、抗渗性能,实现废弃材料回收利用,在再生混凝土中掺入橡胶粉和纳米SiO2,以取代水泥和天然河砂,研究在单掺和复掺的情况下对再生混凝土抗压及抗渗性能的影响.结果表明:当纳米SiO2 掺量在0%～3%时,再生混凝土抗压、抗渗强度随纳米SiO2 掺量的增加而增强;纳米SiO2 复掺40 目橡胶粉,再生混凝土的抗压强度降低、抗渗性能提高;纳米SiO2 复掺100 目橡胶粉,再生混凝土的抗压强度降低,抗渗性能提高,其抗压强度和抗渗性能均优于40 目橡胶粉;不同水胶比的三掺纳米SiO2、40 目橡胶粉和100 目橡胶粉的再生混凝土抗压强度和抗渗性能受水胶比影响最大.利用BP神经网络对再生混凝土28d抗压强度进行预测,对比结果显示,训练值、预测值均与试验值吻合较好,能为工程实际应用提供依据.
为揭示草被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响,采用模拟降雨试验的方法,对60 mm/h、90 mm/h和120 mm/h降雨强度下,6 个草被格局坡面土壤侵蚀特征进行研究.结果表明:(1)坡面径流率和侵蚀率随降雨历时的变化均受降雨强度、草被格局以及草种垂直结构的共同影响;(2)与裸坡相比,不同草被格局植草坡面和留根坡面的减流效益分别为 6.85%～65.34%和 2.19%～23.15%,减沙效益分别为22.88%～70.46%和10.49%～50.61%,沿等高线带状格局的减流减沙效益最佳;(3)在不同降雨强度条件下,草本冠层对坡面径流率的削减占主导作用,根系对土壤侵蚀率的削减占主导作用;(4)土壤侵蚀率与水流剪切力和单位水流功率均呈良好的线性关系,草被覆盖能有效增大坡面临界水流剪切力和临界单位水流功率.坡面侵蚀率和各水动力学参数以及试验变量之间可近似呈线性关系,其相关顺序依次为:Pu＞ω＞Re＞Gd＞Ri＞Fr＞f＞τ.研究结果可为黄土高原坡面侵蚀及生态环境治理提供理论依据.
为满足现代有轨电车正线道岔的实际需求,提出一种新型的有轨电车60R2 槽型钢轨6 号单开道岔结构,通过科学设计与理论检算方法分析6 号单开新型道岔的平面线型、转辙器结构及辙叉及护轨结构的可靠性、安全性和养护维修的方便性.研究结果表明:在道岔转辙器设计时,引入"直+曲"组合尖轨线型和采用弹性可弯结构可消除跟端活接头结构的调道病害和道岔的不平顺性;采用合金钢尖轨的跟端固定结构能很好的限制尖轨水平、垂直、纵向等运动;采用上下层焊接的深浅槽式合金钢组合辙叉结构,能延长辙叉服役寿命,提高现代有轨电车侧向通过交叉渡线的安全性.
锚碇是悬索桥的主要承力结构,隧道锚是一种应用广泛的锚碇型式.目前隧道锚都是采用直线型结构,可通过改变结构型式进一步优化.针对目前隧道锚都是采用直线型结构型式,现提出了一种新型的小体积弯折型隧道锚.该型式将原始锚碇分为前后两部分,保持开挖深度和锚体楔形角不变,改变后锚体的倾斜角度,缩短前、后锚体长度,可使锚体弯折且体积减小.对前、后锚体长度以及后锚体的弯折角度进行方案组合,采用二维有限元数值模拟计算,获得不同方案的锚碇极限承载力、前后锚面位移以及整体应力,通过对比找出最优的锚体长度和弯折角度.研究结果表明:采用弯折型隧道锚相较于常规隧道锚可有效减小锚体体积并提升极限承载力,在承受设计荷载情况下弯折型隧道锚的整体变形程度与常规锚体相当.弯折型隧道锚锚体小,产生的开挖量及混凝土浇筑量减小,节省成本,在实际工程中将有良好的应用前景.
针对水利水电工程边坡设计过程中需要根据地形地质条件和其他工程需求调整边坡开挖轴线、边坡坡度及马道宽度,涉及大量的绘图和计算工作,造成设计负担繁重的问题,考虑将边坡开挖与料场开挖相结合,基于3DE平台进行重力坝边坡参数化开挖设计,实现高效设计过程.以重力坝边坡开挖型式为变化条件,考虑岩层风化程度对骨料的影响因素,以石料获得率为优化目标,通过初拟开挖方案,研究边坡开挖型式对开挖石料的影响,再通过两种方案调整比选完成该工程的边坡优化过程.最终推荐某河水库工程右边坡开挖方案为BP3-34-Y1,石料开挖量5.5 万m3,获得率50.23%,通过优化减少总开挖量约4933 m3,节约施工成本约4.5%.该优化设计效率明显提高而且设计结果准确,对类似工程设计具有借鉴意义.
针对地铁车站结构侧墙施工期出现的开裂问题,分析侧墙开裂原因,采用ABAQUS有限元软件,对其用户子程序二次开发,模拟混凝土的温度场和应力场随时间的发展变化过程,分析混凝土的不同入模温度、不同模板支护方式和外界气温骤降对温度应力的影响,以及地铁车站侧墙混凝土温度应力的变化规律.结果表明:混凝土内部温度峰值时刻不是内外温差最大时刻,随着入模温度的升高,温度应力增大;采用钢模板支护能降低内部温度峰值,采用木模板支护能降低内外温差;外界气温骤降引起的混凝土表面温度应力较大,开裂风险较高.影响大体积混凝土温度应力的因素应考虑入模温度、模板类型(钢或木模板)和外界气温综合因素的影响,该研究可为类似工程提供参考.
为了探讨SWAT模型在大尺度流域水文分析模拟的效果,以巴西巴拉那河上游流域为研究区,利用构建的流域大尺度SWAT模型,定量分析美国国家环境预报中心再分析数据(CFSR)降水再分析数据质量、子流域划分数量及模型参数对径流模拟结果的影响.结果表明,CFSR再分析数据对流域降水的空间分布估计偏差较大,导致径流模拟误差较大,模型参数经1 次迭代后,确定系数(R2)值均小于0.2.随着子流域划分数量的增加,实测站点降水数据可以更准确地估计子流域面雨量,进而提高径流模拟拟合度.在子流域划分数量分别为 66、781 和4111 的情况下,比较模型参数经过1 次迭代后的径流模拟效果发现,子流域个数为781 个时,R2 值相对于两种情况有明显提高.在涉及SWAT模型径流模拟的20 个参数中,土壤蒸发补偿系数(ESCO)和SCS径流曲线数(CN2)是最敏感的两个参数.由分析可知,SWAT模型可以在大尺度流域径流模拟中应用,研究结果可以为大尺度流域水文模型的构建与应用提供参考.
为有效减少小断面引水隧洞围岩开挖超欠挖量,依托犬木塘水库大山岭隧洞工程,采用一种基于图像处理技术的超欠挖检测方法,使用数码相机采集隧洞图像数据,并进行点云数据处理、三维曲面重建、图像拼接展开等步骤来实现隧洞超欠挖检测,并对所提方法应用于引水隧洞工程的有效性进行验证.应用结果表明:通过三维曲面重建的实际轮廓与设计开挖轮廓对比分析可计算引水隧洞超欠挖值、超欠挖面积及超欠挖体积量等参数,通过图像拼接矫正构建隧洞地质展开图,能直观展示节理素描等围岩信息.该研究实现了对小断面引水隧洞超欠挖的精准快速检测,具有广泛的应用前景,可为后续施工设计提供依据.
为了研究浅埋软弱围岩输水隧洞的施工工法,依托榆林市东线引黄神木支线输水隧洞工程,采用离散单元法对浅埋泥质砂岩隧洞开挖的全断面和二台阶施工工法进行数值模拟.根据模拟结果,确定施工工法并对施工工法支护参数进行确定.结果表明:全断面法开挖地表的最大沉降远小于二台阶法开挖的地表最大沉降;全断面法开挖后拱顶沉降小于二台阶法.从控制变形来看,全断面法开挖优于二台阶法.采用全断面法结合超前小导管注浆的施工方法可有效控制隧道和地表变形.研究结论对类似输水隧洞的设计和施工具有指导作用.
为了分析水泥土复合管桩内力和位移的变化规律,采用基于BOTDR的分布式光纤测试技术对水泥土复合管桩进行应变测试,介绍管桩光纤布设工艺,结合单桩竖向抗压静载试验、单桩水平静载试验成果分析桩侧摩阻力、桩身内力及位移的变化规律.试验检测结果表明:试桩的单桩竖向抗压极限承载力推荐为8000 kN,试桩破坏方式均为桩顶处桩身混凝土碎裂.浅部土层的摩阻力发挥程度较高,圆砾层的摩阻力发挥程度较低,试桩属摩擦桩;试桩的单桩水平承载力特征值及圆砾层地基土水平抗力系数的比例系数推荐为130.0 kN、23.9 MN/m4,水平试验后桩身均存在明显缺陷,弯矩及位移的有效影响深度不超过测试地面下7m.水泥土复合管桩的检测结果为设计计算提供技术支撑,并对类似桩基工程的测试有一定借鉴意义.
为了更好保护古建筑,以某单檐歇山古建筑模型为对象,应用已有的试验成果,采用有限元分析方法,研究其动力特性及8 度多遇地震响应.采用弹簧单元模拟榫卯节点及斗拱构造,并考虑柱础为平摆浮搁,建立古建筑模型的有限元模型.通过模态分析,获得了模型的基频及主振型;通过对模型输入PGA=0.1g(x向)的水平双向地震波(x∶y =0.85∶1),获得了典型节点的位移、加速度响应曲线、典型单元的内力响应曲线,并对模型的抗震性能进行评价.结果表明:模型基频为1.34 Hz,主振型以平动为主;8 度多遇地震作用下,模型能保持稳定振动状态,结构的内力和变形均在容许范围内.有限元分析结果与振动台试验结果一致.本研究结果可为单檐歇山顶式古建筑在多遇地震作用下的性能评估及文物保护提供理论依据,为古建文物管理提供参考.
为研究型钢混凝土十字型异形柱承载力计算方法,根据已完成的低周反复荷载试验及有限元分析,并考虑箍筋约束作用编制截面弯矩-曲率关系计算程序,对试件正截面承载力进行计算,并分析不同参数对型钢混凝土十字异形柱正截面承载力的影响.结果表明:计算结果与试验结果和有限元分析结果吻合较好.随着混凝土强度、配钢率、型钢屈服强度的增大,正截面承载力增大;随着配箍特征值的增大,正截面承载力增大,但增大幅度较小;不同轴压力、荷载角对正截面承载力的影响规律不同.型钢混凝土十字型异形柱与混凝土十字型异形柱相比,正截面承载力有较大提高.分析方法和计算程序有效、稳定、精确,能较为准确地预测型钢混凝土十字型异形柱正截面承载力.
为了分析斜交钢箱梁桥顶推导梁的稳定性,以某两跨斜交连续钢箱梁桥的顶推施工为背景,建立钢箱梁及其导梁结构的有限元模型.通过提取非对称支承工况下结构支反力、导梁腹板以及腹板间横向连接系的应力应变,分析导梁受力特征.在分析线弹性屈曲特征值的基础上,模拟导梁局部失稳并提取屈曲变形特征,分析斜交顶推中的导梁稳定性,进一步探讨不同导梁加固方案的优化效果.结果表明:与正交顶推相比,斜交顶推非对称支承工况下导梁两侧变形不协调,且导梁最前端桁架应力水平较高.在桁架-导梁的相互作用下,导梁屈曲特征值较正交顶推时降低约60%,故导梁稳定性分析应考虑桁架影响.采用增加纵、横向加劲肋对导梁结构进行加固,导梁自重仅增加约5%,但可提高导梁结构的屈曲特征值约20%.该加固方式下结构稳定性增强,可为同类型斜交桥顶推中的导梁设计提供参考.
为研究强夯法在机场填海大面积道基处理的适用性,依托沿海某机场吹填地基工程,进行强夯现场试验,通过标准贯入度试验、面波检测,并结合现场沉降、孔隙水压力、过程中振动、深层水平位移等监测项目,对强夯试验过程中填海道基性能变化及位移规律进行分析.结果表明:强夯有效加固深度为6m～10m;工后沉降速率为0.03 mm/d～0.08 mm/d.6000 kN·m夯击能级作用下,建筑物安全距离为37.5 m.强夯对提高中细砂密实度、减少工后沉降效果明显,但孔隙水压力变化仅在强夯期间有明显影响.研究结果可为强夯在沿海城市机场道基工程中的应用及推广提供参考.
为解决已有的竖向隔震装置无法有效协调承载和隔震双重性能需求的难题,提出一种由预压弹簧装置(pre-pressed spring device,PSD)和黏滞阻尼器构成的阻尼竖向隔震支座(damped vertical isola-tion bearing,DVIB).阐明DVIB的构造和工作原理,重点考察其中的PSD的竖向隔震机制.通过组合PSD试件的轴向往复加载试验,验证其多阶段受力-位移特性.利用ABAQUS对上述试件开展精细化有限元建模.研究结果表明,由PSD组成的竖向隔震支座拥有竖向承载所需的高承载力与高刚度,且具备用于竖向隔震的低刚度;上述组合PSD试件的有限元模拟结果与试验结果总体吻合较好,为结构层面的竖向隔震设计与分析提供了实施途径.
