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2023年  第23卷  第4期

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2023年第23卷第4期封面与目录
综述
黄土边坡坡面防护技术综述
晏长根, 梁哲瑞, 贾卓龙, 兰恒星, 石玉玲, 杨万里
摘要: 针对黄土裸露边坡水土流失严重的问题,总结了黄土边坡坡面防护技术的重要研究成果,梳理了坡面工程防护技术的发展历程,探讨了边坡植被防护技术的主要研究方向与不足,分析了固化黄土的抗剪强度、水稳特性等护坡性能与效果,展望了黄土边坡坡面防护技术未来的研究趋势。研究结果表明:坡面工程防护技术包括圬工防护技术、骨架结构防护技术、土工格室柔性防护技术等,发展历程为圬工作业逐渐精细化,含细分框格的新结构、新材料、新工艺不断涌现;边坡植被防护技术一般从植被天然护坡效应、植生措施、植物选取搭配开展研究与应用,但由于忽略黄土本身较强的水敏性与较差的土壤肥力,导致坡面植被后续生长乏力,无法单纯依靠植被本身进行坡面防护;...
2023, 23(4): 1-22. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.001
摘要(2110) HTML (606) PDF (44243KB) (319)
公路建养装备数字孪生技术综述
惠记庄, 张泽宇, 叶敏, 顾海荣, 张浩博, 段雨
摘要: 为促进数字孪生技术在公路建养装备的发展与应用,从零部件、系统和设备3个层级出发,探讨了数字孪生公路建养装备的概念和组成,提出了机理-数据异构融合的数字孪生层级架构,研究了核心零部件液力变矩器多能域耦合和滚动轴承故障诊断、寿命预测的现状和最新进展,总结了融合机理-数据异构的公路建养装备零部件级数字孪生架构;基于装备动力流传递和大数据分析,将系统层级的数字孪生技术归纳为数字协同运动系统和后台数据管理系统,阐述了传动系统功率匹配、液压系统性能退化和数据管理系统工况感知,剖析了当前的技术应用与不足;围绕数字孪生装备的基本理念,阐释了设备级公路建养装备数字孪生技术的内涵与特征,介绍了当前公路建养装备数字...
2023, 23(4): 23-44. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.002
摘要(2484) HTML (917) PDF (12832KB) (269)
道路与铁道工程
柔性路面结构设计的动力安定下限理论与分析方法
钱建固, 戴浴晨
摘要: 为研究长期交通荷载作用下柔性路面路基的力学响应与服役性能,回顾了安定理论在柔性路面路基设计过程中的研究现状、存在问题及前沿进展,阐释了经典上限、下限动力安定理论的基本原理及其在交通岩土工程领域的应用与发展现状,阐述了下限安定的判别准则与数值分析方法;结合人工边界-动力有限元案例揭示了交通移动荷载作用下路面-路基系统的动力响应,讨论了材料横观各向同性、轮-路摩擦等因素对道路结构动力安定性的影响规律。分析结果表明:交通荷载作用下道路结构的动力效应对安定极限有重要影响,下限安定极限水平随车辆移动速度的增大而降低,当移动速度增至结构体系的Rayleigh波速时,道路结构体系的安定极限降至最低;路基材料...
2023, 23(4): 45-59. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.003
摘要(856) HTML (204) PDF (10697KB) (119)
高海拔多年冻土区砂石路面公路的路基温度场特征
包卫星, 刘亚伦, 毛雪松, 李伟, 秦川, 郭强, 陈锐
摘要: 为了研究修筑公路对高海拔多年冻土层热状态的影响,开展了新藏公路多年冻土区路段沿线病害调查,在海拔5 400 m地带修筑了冻土地温监测断面与气象监测站点;对气温、地温、辐射强度进行了监测,依据监测结果计算了冻土上限处的热流通量,分析了多年冻土层地温变化特征;基于热传导和热扩散理论,建立了天然地基及普通路基下部多年冻土地温-深度理论预测模型。研究结果表明:多年冻土区公路病害主要由于沥青路面大量吸热导致,热棒、隔热层等主动、被动保护的手段虽有一定效果,但不能改变多年冻土的快速退化;研究区域天然地基与路基中心一天内温差最高达19.66 ℃,左、右路肩一天内温差最高为4.94 ℃,天然地基下深层多年冻土...
2023, 23(4): 60-74. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.004
摘要(1011) HTML (203) PDF (24754KB) (102)
水位抬升对高铁路基动力响应与长期沉降的影响
胡静, 唐跃, 张家康, 蒋红光, 边学成, 邓涛
摘要: 基于Biot理论,建立了轨道-路基-多层饱和土地基耦合系统的2.5维有限元分析模型,提出了考虑实际列车循环荷载作用的路基累积沉降计算方法,分析了水位抬升、列车速度和列车轴重对路基动力响应与长期沉降的影响。研究结果表明:水位抬升对土体振动强度的放大作用并不是局限在水位变化的深度范围内,而是会导致整个路基和地基断面的振动增大,并且这种全断面式的振动放大效应随着列车速度的提高而增强;水位抬升至路基内部时,路基内部会出现显著的超静孔压,最大值达到27.52 kPa,导致有效应力大幅下降,路基内土单元的应力路径向破坏线靠近;当水位仅在地基内抬升时,路基在列车循环荷载作用下的累积变形较小,线路沉降主要来自...
2023, 23(4): 75-91. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.005
摘要(739) HTML (155) PDF (20710KB) (98)
水泥粉煤灰处理湿陷性黄土路基承载性能
邓友生, 李龙, 孙雅妮, 姚志刚, 孟丽青
摘要: 为揭示水泥粉煤灰后压浆对湿陷性黄土桩网结构路基的加固机理,开展后压浆水泥粉煤灰碎石桩室内静载试验,分析了后压浆对桩周土样湿陷系数的影响,研究了竖向静载作用下后压浆桩网结构路基沿深度方向附加应力、桩侧摩阻力及桩端阻力的变化规律;基于Boltzmann数学模型和荷载传递函数,分析了桩侧摩阻力和桩端阻力增强机理,给出后压浆桩侧摩阻力和桩端阻力计算式;利用数值模拟方法,探讨了桩体弹性模量、后压浆深度、桩网置换率和褥垫层厚度对桩网结构路基承载力的影响机制。研究结果表明:在相同荷载作用下,经水泥粉煤灰后压浆处理后的桩周土体的湿陷系数小于自然土样的湿陷系数,且小于0.015;压浆后,静载作用下桩网结构路基中...
2023, 23(4): 92-103. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.006
摘要(634) HTML (218) PDF (6946KB) (84)
基于干湿循环试验的黄土路堑浅层边坡长期稳定性分析
石玉玲, 常洲, 安宁, 晏长根, 兰恒星, 杨万里
摘要: 为评估干湿循环作用对黄土边坡浅层土体强度的劣化效应,对甘肃定西Q3原状黄土开展了不同干湿循环路径下的室内直剪试验,分析干湿循环次数、循环幅度与下限含水率对土体抗剪强度的影响,建立了考虑干湿循环三参数的强度劣化模型,并运用强度折减法对比了不同干湿循环路径下黄土路堑浅层边坡的长期稳定性。试验结果表明:随着干湿循环次数增加,原状黄土的黏聚力呈现先减小后趋于稳定的变化趋势,可采用双曲线函数进行拟合,内摩擦角呈线性下降趋势,10次干湿循环后,原状黄土黏聚力与内摩擦角的最大劣化度分别为27.64%与9.88%;在相同干湿循环次数下,循环幅度对原状黄土黏聚力和内摩擦角的劣化效应大于下限含水率;干湿循环过程中...
2023, 23(4): 104-115. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.007
摘要(554) HTML (308) PDF (14023KB) (72)
降水入渗条件下氯盐渍土水盐迁移规律
张留俊, 裘友强, 张发如, 李雄飞, 刘军勇
摘要: 为探究降水入渗导致氯盐渍土盐分流失问题,以人工配置的不同含盐(氯化钠)量粗粒土和细粒土为研究对象,通过自行设计的室内降水入渗模拟试验装置,获取了14种工况下近500组试验数据,对比分析了降水入渗次数、土样粒径与含盐量对土样水盐迁移特性的影响;建立了降水入渗作用下土体盐分迁移与水分迁移之间的联系,确定了入渗影响深度,揭示了水分与盐分经降水入渗作用后在土柱中的分布特征。研究结果表明:对于细粒盐渍土,随着降水入渗次数从1~4的增加,其含水率和含盐量的峰值点均明显向下发生移动,盐分将逐渐向土柱中底部积聚;对于粗粒盐渍土,2次降水入渗后,含水率在土柱高度范围内分布较为均匀,且降水入渗次数的继续增加并没有...
2023, 23(4): 116-127. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.008
摘要(354) HTML (148) PDF (12938KB) (49)
地聚合物固化含黏风积沙土-水特征曲线
陈锐, 陈海, 包卫星, 来弘鹏
摘要: 为研究地聚合物固化含黏风积沙的持水性能,采用地聚合物对含黏风积沙进行改良,基于压力板仪法测量了不同基质吸力下对应的体积含水率,绘制了相应的土-水特征曲线(SWCC)并进行了模型拟合,探讨了含黏量、地聚合物掺量、龄期和纤维长度对固化风积沙持水性能和拟合参数的影响规律。研究结果表明:随着含黏量由20%提升到30%,风积沙试样在同一吸力下的体积含水率上升了3%左右,持水性显著提升;随着地聚合物掺量由8%提升到12%,20%和30%含黏量固化风积沙SWCC整体上移,10 kPa吸力对应体积含水率分别提升7.0%和5.9%,600 kPa吸力对应体积含水率分别提升4.3%和4.2%;而延长龄期对固化风积...
2023, 23(4): 128-141. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.009
摘要(369) HTML (92) PDF (22016KB) (51)
干湿循环作用下充填节理岩石压缩特性
柴少波, 宋浪, 刘欢, 阿比尔的, 刘帅
摘要: 为探明干湿循环作用对充填节理岩石压缩力学强度与变形破坏特征的影响,人工制备多种不同充填物的节理岩石试样,对其进行0(全程干燥)、1、5、10、15、20次干湿循环预处理,使试样产生一定的累积损伤;在此基础上,对充填节理岩石试样进行静态单轴压缩试验和动态冲击试验,并在动态冲击试验过程中借助高速摄像机观察充填节理岩石的冲击破坏特征。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,充填节理岩石的静态和动态抗压强度不断降低,且降低幅度逐渐变小,20次干湿循环作用后岩样的静态和动态抗压强度总劣化度均为20%~30%;通过拟合发现岩样的动态抗压强度降低规律符合指数函数分布;随着干湿循环次数的增加,静态破坏模式由劈裂...
2023, 23(4): 142-153. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.010
摘要(356) HTML (150) PDF (21457KB) (38)
钻孔原位剪切测试系统设计
刘鑫, 兰恒星, 晏长根, 董忠红, 包含, 伍宇明, 张帆宇, 祝艳波, 张军
摘要: 为了解决传统原位土体强度测试探测深度浅与过度依赖经验公式等问题,提出了钻孔原位剪切测试系统构想,并设计了样机,整个测试系统由孔内切削子系统和孔内变径剪切子系统组成,前者能够在钻孔内任意位置锚固并切削土环,后者能够对土环进行剪切试验,并通过传感器记录剪切力和剪切位移;基于模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验,进一步检验了钻孔原位剪切测试系统的可靠性。研究结果表明:模型箱钻孔剪切试验的剪切面平行于剪切力的方向,应力-应变曲线符合基本规律;黄土在模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验中均出现应变软化现象,且黄土的峰值剪切强度随含水率升高而下降;在室内直剪试验中黄土发生了脆性破坏,而在钻孔剪切试验中黄土表现出塑...
2023, 23(4): 154-164. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.011
摘要(542) HTML (338) PDF (19753KB) (51)
软弱破碎地层隧道半椭球体松散荷载计算方法
韩鑫, 叶飞, 刘畅, 韩兴博, 贾艳领, 王东方
摘要: 为有效控制隧道围岩压力,优化隧道支护结构,研究了软弱破碎地层作用在隧道衬砌结构上的松散荷载;根据相关文献中砂性地层隧道周边围岩松动变形试验,采用半椭球体拟合了地层松动范围,提出了软弱破碎地层半椭球体松散荷载模型,给出了松散荷载随隧道收敛变形的计算表达式,分析了松散荷载的分布特征及其随隧道收敛变形的变化特征;为提高松散荷载计算效率,将半椭球体松动边界离散为多个线段,提出了松散荷载离散求和的数值计算流程;为进一步增强计算模型的工程实用性,采用二次多项式拟合松散荷载,得到了松散荷载随隧道收敛变形的简化计算方法。研究结果表明:提出的半椭球体模型可较为准确地描述隧道所受的松散荷载及其随隧道收敛变形的动态...
2023, 23(4): 165-177. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.012
摘要(501) HTML (122) PDF (7115KB) (50)
浅埋隧道开挖引起地层位移的双极坐标求解法
来弘鹏, 姚毅, 高强, 刘禹阳
摘要: 基于双极坐标系和Mohr-Coulomb准则,考虑剪胀特性,在Jeffery和Massinas半无限空间圆形隧道围岩应力解的基础上联立平衡方程,推导了浅埋隧道施工拱顶方向的地层位移弹塑性解,并通过Peck公式、Park公式、Loganathan-Poulos公式和实测数据进行验证,揭示了地层变形机理和既有研究之间的联系,给出了考虑地层参数和施工因素影响的经验参数(地层损失率和间隙参数)定量取值方法。研究结果表明:弹塑性解的假定条件更少,与Peck公式、Park公式的差值在2%以内,与Loganathan-Poulos公式的差值为9.5%;双极坐标求解法从弹塑性分析的角度进一步解释了地层变形机理...
2023, 23(4): 178-189. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.013
摘要(363) HTML (190) PDF (3326KB) (42)
隧道施工引起的松砂土层与地表结构响应
徐敬民, 徐成华, 施烨辉, 章定文, 徐涛, 胥稳, 程荷兰
摘要: 通过4组离心试验,模拟相对深度(埋深-直径比)分别为1.3和2.0的隧道在砂质土层中施工,分析了土层与地表建筑的位移与变形规律;通过抽取模型隧道内部的液体模拟隧道施工导致的土层体积损失,并设计了2层铝制框架结构模型,利用粒子图像测速技术测量了隧道施工引起的土层与结构移动数据,分析了地表与建筑筏板基础的水平与垂直位移、深部土层的移动与剪切变形、框架结构剪切变形与分类,以及结构剪切变形的修正系数与相对抗剪刚度。研究结果表明:隧道相对深度从1.3增加到2.0时地表沉降槽宽度从3.4 m增加到5.6 m,地表建筑的最大沉降从32.3 mm增加到49.5 mm,但变形程度有所降低;隧道施工影响下地表框架...
2023, 23(4): 190-204. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.014
摘要(241) HTML (62) PDF (14999KB) (38)
漂卵石隧道支护体系受力变形特性
昝文博, 赖金星, 曹校勇, 冯志华, 邱军领, 张文接
摘要: 针对川藏线拉萨—林芝段娘盖村隧道开挖与支护施工难、拱部塌落灾害频发等工程技术难题,提出了“三台阶互补循环式开挖+型钢钢架+喷射混凝土+双层密钢网+多组锁脚锚杆(管)+衬砌壁后注浆”的开挖支护组合体系,选取漂卵石隧道2组典型断面开展支护体系受力与变形实测研究,分析了围岩荷载作用特征、支护体系受力特性以及洞内外变形规律,揭示漂卵石隧道新型支护体系承载作用机制,总结提出了相应的防控新原则。分析结果表明:围岩压力以拱部松动塌落荷载为主且沿洞周分布不均,初期支护与二次衬砌平均荷载分担比例分别为67.65%和32.35%;锁脚锚杆受力拉压兼具,优化后最大拉、压力分别减小了45.9%和20.0%;二次衬砌受...
2023, 23(4): 205-217. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.015
摘要(369) HTML (154) PDF (20902KB) (45)
隧道衬砌背后脱空识别的改进瞬变电磁雷达法
耿庆桥, 贾元华, 叶英, 王登科
摘要: 针对衬砌背后脱空检测图像特征不显著、脱空定位及范围识别准确性较低等技术难题,以瞬变电磁理论为基础,结合隧道衬砌结构检测需求,提出了隧道衬砌背后脱空识别的改进瞬变电磁雷达法;通过改善发射系统关断时间增大探测深度;利用接收线圈等效电路及弱信号增强算法提升成像分辨率;在剔除强干扰信号并增大发射磁矩基础上,采用圆滑滤波处理及多周期叠加采样抑制数据噪声;基于视电阻率差异建立衬砌结构相关介质的TER图谱,通过不同类型混凝土构件的多种组合进行室内衬砌缺陷模拟检测试验,初步评估改进TER法检测衬砌背后脱空的可行性及其检测精度;在北京市地铁6号线郝北隧道进行了现场实际检测与应用,综合对比了TER检测图像与管片钻...
2023, 23(4): 218-232. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.016
摘要(372) HTML (124) PDF (25079KB) (52)
严寒条件下地铁车站基坑受力与变形特性
杨晓华, 蔡世春, 何少华, 邵莹, 晏长根
摘要: 以呼和浩特地铁1号线为依托,基于自主研发的冻融循环试验装置,针对基坑土体的温度分布、表面土体冻胀量、地下连续墙受力与变形特性进行室内试验,采用数值仿真分析了不同风速、含水率及温度下基坑的受力与变形特性。研究结果表明:基坑周围土体在从5 ℃到-30 ℃的降温过程中呈现双向冻结特征,靠近地下连续墙一定范围内土体最大冻结深度可达18.2 m(即基坑底面向下1.09 m);基坑土体及地下连续墙的最大变形随着冻融循环次数的增加而增大,并在6个冻融循环周期内趋于稳定,末次冻融周期地表隆起量最大可达首次冻结时的3.85倍;水平冻胀力沿地下连续墙大致呈抛物线型分布,最大冻胀力出现在地下连续墙的中部,在-30 ...
2023, 23(4): 233-247. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.017
摘要(273) HTML (79) PDF (20367KB) (47)
土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验设计与应用
黄大维, 徐长节, 罗文俊, 姜浩, 刘家璇, 李庆
摘要: 为提高对盾构施工相关问题试验研究的针对性,提出了土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验方法,并设计了模型试验相关装置;为避免多个关键影响因素相互影响,将盾构隧道施工过程中开挖掘进、管片拼装、同步注浆等关键操作环节分开依次进行模拟;为降低刀盘开口率试验研究相关成本,研制了几何相似比为1∶10且刀盘开口率可调的模型盾构机;为确保模型盾构隧道的纵、横向刚度相似性,设计了几何相似比为1∶10且纵、横向刚度可分别按需设置的模型盾构隧道,其管片环采用修正匀质圆环模型,管片环之间采用垫有压缩弹簧的螺栓连接;为方便试验并节省成本,模型盾构隧道采用外部拼装后再放入钢套筒内,以避免在狭小空间内进行管片拼装,且不加...
2023, 23(4): 248-257. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.018
摘要(384) HTML (100) PDF (19319KB) (50)
基于路面加速加载的沥青路面疲劳损伤预估模型标定方法
韩振强, 胡力群, 沙爱民
摘要: 为提高工程应用中沥青路面疲劳损伤预估模型的可靠性,提出了一种结合小型试件试验与足尺路面加速加载试验的模型标定方法;基于路面疲劳损伤发展特征分析,提出采用非线性增量递归法的沥青路面累积疲劳损伤分析方法,适用于疲劳损伤预估模型由小尺寸试验向足尺试验条件的转移与外推;基于小尺寸试件试验疲劳寿命预估模型构建了足尺沥青混合料层疲劳损伤预估模型,利用疲劳寿命预估模型转移方程实现足尺路面加速加载条件下的疲劳损伤预估;为确定模型转移方程,提出了基于路面加速加载试验的疲劳损伤标定方程,推导了疲劳损伤预估模型待定系数标定方法;利用重型荷载模拟器实施了级配碎石组合式基层沥青路面足尺试验路段加速加载试验,结合路面钻芯...
2023, 23(4): 258-270. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.019
摘要(743) HTML (193) PDF (5486KB) (137)