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岩土工程学报 2024年第S02期46卷 32-37页

作者：雷华阳包一琳冯双喜天津大学土木工程系天津300354 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300354

真空预压技术广泛应用于因疏浚形成的大面积淤泥地基,为了改善传统真空预压加固效果,基于绿色低碳和快速环保的加固理念,提出了真空预压联合碱渣处理疏浚淤泥地基方法。通过开展室内真空预压模型试验和微观测试,探讨分析了碱渣联合真空... 详细信息

真空预压技术广泛应用于因疏浚形成的大面积淤泥地基,为了改善传统真空预压加固效果,基于绿色低碳和快速环保的加固理念,提出了真空预压联合碱渣处理疏浚淤泥地基方法。通过开展室内真空预压模型试验和微观测试,探讨分析了碱渣联合真空预压法的加固效果及机理。研究结果表明:与常规真空预压法相比,碱渣联合真空预压法处理疏浚淤泥地基的加固效果得到大幅度提升,其中排水量、表层沉降量提升幅度达20%左右,加固后土体的含水率从90%降低34.9%,十字板剪切强度最大提高1.33倍。通过SEM电镜扫描试验及压汞试验,分析加固完成后土体的微观形态及孔径变化,发现碱渣可促进颗粒聚集团聚,使土中细颗粒含量降低。碱渣和黏土矿物之间可发生强烈的水化反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等产物,增大土体胶结作用。本研究为改进真空预压方法的技术发展及碱渣高效利用提供了理论依据。

关键词：真空预压碱渣加固效果加固机理

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局部超挖或超载作用下桩锚支护基坑连续垮塌试验研究

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岩土工程学报 2024年第10期46卷 2078-2088页

作者：程雪松张润泽郑刚王若展张勇涂杰马运康天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 天津大学土木工程系天津300072 天津市地下铁道集团有限公司天津300392

超挖或超载导致的基坑垮塌事故时有发生,然而局部超挖超载情况下基坑连续垮塌的全过程演化机理仍缺乏深入研究,限制了对此类基坑事故的针对性预防和控制。依托两起基坑垮塌案例,设计了桩锚支护基坑连续破坏模型试验,研究了局部超挖或超... 详细信息

超挖或超载导致的基坑垮塌事故时有发生,然而局部超挖超载情况下基坑连续垮塌的全过程演化机理仍缺乏深入研究,限制了对此类基坑事故的针对性预防和控制。依托两起基坑垮塌案例,设计了桩锚支护基坑连续破坏模型试验,研究了局部超挖或超载对单道锚杆支护结构变形、土压力、锚杆轴力、支护桩及冠梁内力等的影响。结果表明,基坑局部超挖后,基坑外产生的土拱效应和冠梁荷载传递效应将导致邻近区域支护桩和锚杆内力大幅上升,此情况下超挖区内锚杆局部失效将进一步加剧这两个效应,引发邻近未失效锚杆连续破坏。支护桩嵌固深度较小时,锚杆失效后桩身弯矩始终减小,最终由于桩顶缺少约束而发生倾覆破坏;相反,当嵌固深度较大时,被动区土体对支护桩约束作用较强,最终支护桩的弯矩绝对值将显著提高,更可能发生弯曲破坏导致基坑垮塌。基坑正常开挖深度越大,超挖及锚杆失效产生的土拱效应越强,触发锚杆连续破坏所需的初始破坏锚杆越少,抗连续破坏能力越弱,应考虑局部加强锚杆,将局部破坏限制在一定范围。基坑顶部超载量过大将导致锚杆自超载范围中心向远端依次失效,进而引发基坑垮塌。锚杆设置高度不同,触发锚杆连续破坏的超载量不同,连续破坏路径和为应对潜在的超载风险需重点验算的构件也可能不同。锚杆设置在腰梁上时,超载情况下,锚杆的荷载传递系数大于支护桩,需优先考虑对锚杆进行局部加强设计;锚杆设置冠梁上时,触发锚杆连续破坏所需的超载量较腰梁工况更大,超载情况下,支护桩的荷载传递系数大于锚杆,应优先对支护桩考虑附加荷载作用进行设计。

关键词：模型试验桩锚支护基坑局部超挖超载连续破坏

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基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟

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岩土工程学报 2024年第7期46卷 1387-1397页

作者：巴振宁赵靖轩桑巧稚梁建文滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300350 天津大学土木工程系天津300350 同济大学地下建筑与工程系上海200092

为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应... 详细信息

为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。

关键词：非线性地震反应三维沉积盆地 Davidenkov本构模型谱元法

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多道锚杆基坑局部锚杆失效引发连续破坏的机理与控制

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岩土工程学报 2023年第3期45卷 468-477页

作者：郑刚王若展程雪松雷亚伟李溪源周强天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 天津大学土木工程系天津300072 中国建筑第二工程局有限公司北京100160 中国建设基础设施有限公司北京100044

多道锚杆支护体系具有节约施工空间、变形控制效果好等优点,广泛应用于深基坑支护中。然而局部锚杆失效引发的基坑连续破坏事故时有发生。针对此问题,采用有限差分法研究了多道锚杆支护体系中局部锚杆失效引发的土压力与支护结构内力变... 详细信息

多道锚杆支护体系具有节约施工空间、变形控制效果好等优点,广泛应用于深基坑支护中。然而局部锚杆失效引发的基坑连续破坏事故时有发生。针对此问题,采用有限差分法研究了多道锚杆支护体系中局部锚杆失效引发的土压力与支护结构内力变化及结构连续失效规律,初步揭示了局部锚杆失效后的荷载传递路径及其引发基坑连续破坏的机理。多道锚杆支护体系中,首道锚杆局部失效对邻近未失效锚杆影响大,但会引起支护桩弯矩下降,最下道锚杆局部失效则相反,但仅一道锚杆局部失效影响相对较小,均小于基坑深度相同的单道锚杆支护体系,然而多道锚杆整列同时局部失效影响显著大于单道锚杆支护体系,更易引发连续破坏,因此应采用隔道加强等设计或施工措施将局部锚杆失效控制在一道内。局部若干根锚杆失效导致邻近受影响最大的锚杆依次失效时,锚杆失效数量较多后,初始锚杆失效位置对连续破坏发展传递路径不再产生影响,锚杆连续破坏接近于整列失效,且呈倒梯形水平向扩展。多道锚杆支护体系中发生整列锚杆失效时,冠梁或腰梁极易发生破坏,造成支护桩弯曲破坏,加快基坑连续垮塌过程,因此应对冠(腰)梁进行局部锚杆失效工况下的设计,以提高基坑防连续破坏整体安全性能。

关键词：基坑多道锚杆基坑连续破坏荷载传递机理

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砂性地层中植物胶改性泥浆性质及渗透成膜试验研究

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岩土工程学报 2023年第2期45卷 394-401页

作者：雷华阳施福硕刘旭崔溦天津大学土木工程系天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300350 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350

目前广泛使用高分子材料和膨润土制作的泥浆存在降解难度大、容易造成环境污染问题,选取琼胶、瓜尔胶天然增稠剂代替传统高分子材料制作新型泥浆,探究新型泥浆在砂性地层中成膜效果。研究结果表明,琼胶、瓜尔胶具有较好的增稠效果、降... 详细信息

目前广泛使用高分子材料和膨润土制作的泥浆存在降解难度大、容易造成环境污染问题,选取琼胶、瓜尔胶天然增稠剂代替传统高分子材料制作新型泥浆,探究新型泥浆在砂性地层中成膜效果。研究结果表明,琼胶、瓜尔胶具有较好的增稠效果、降滤失效果、胶体率更易提升至100%,与传统增稠剂CMC相比瓜尔胶增稠效果更强;琼胶、瓜尔胶可使泥浆从未成膜转变为形成渗透带型泥膜、促进泥浆在地层中成膜,降低泥浆在地层渗透成膜过程中的前期滤失量和泥膜的渗透系数,进而降低在地层中的总滤失量,可以作为一种新型天然泥浆添加剂使用。

关键词：琼胶瓜尔胶泥浆砂性地层

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管桩屏障在柱面波源下近场隔振效应的解析求解

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工程力学 2022年第8期39卷 138-148,184页

作者：巴振宁刘世朋吴孟桃梁建文天津大学土木工程系天津300350 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室(天津大学) 天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的G... 详细信息

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的Graf加法定理在任意桩体坐标系中表示,将入射波场和散射波场叠加后通过满足所有桩体的边界条件以求解所有桩体的散射波场。该解析方法分析了柱面波源入射下群桩屏障的隔振效果,首次在排桩隔振问题中考虑了入射波曲率的影响,为柱面波的散射问题提供了理论解答。该文重点讨论了入射波曲率、管桩个数和桩排数等因素对管桩隔振效果的影响,结果表明:整体上管桩屏障对柱面P波的隔振效果优于柱面SV波;柱面波源距离管桩屏障更近时排桩后场地的位移反应显著增大;相比平面波,柱面波源作用下排桩数量的提升对隔振效果的影响较小;三排管桩屏障比两排管桩屏障隔振效果更强,更宜采用三排管桩屏障进行柱面波源的隔振。

关键词：群桩隔振柱面波源解析求解波函数展开法 Graf加法定理

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盾构隧道环间接头非线性转动刚度解析解

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工程力学 2025年

作者：任容宇张志伟程雪松李德茂冀叶涛熊田芳郑刚天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津大学土木工程系中铁隧道局集团路桥工程有限公司中铁第六勘察设计院集团有限公司

纵向轴力、纵向螺栓受拉屈服和管片受压屈服会引起盾构隧道环间接头转动刚度显著非线性变化，现有接头转动刚度理论模型通常忽略螺栓和管片的塑性变形以及隧道横向性能，导致在隧道承受较大外荷载的工况中高估其接头转动刚度从而低估其... 详细信息

纵向轴力、纵向螺栓受拉屈服和管片受压屈服会引起盾构隧道环间接头转动刚度显著非线性变化，现有接头转动刚度理论模型通常忽略螺栓和管片的塑性变形以及隧道横向性能，导致在隧道承受较大外荷载的工况中高估其接头转动刚度从而低估其环间张开量进而影响其结构安全评估。为此首先将螺栓和管片衬砌视为弹塑性材料，考虑隧道环缝分别处于弱拉弯、纯弯和压弯三种轴力-弯矩耦合受力情景，将环缝弯曲变形状态划分为7种变形模式。其次基于严格的隧道横断面椭圆化参数方程分别推导环缝处于各弯曲变形模式下的接头转动刚度解析解。然后通过对比既有弹性解和三维精细化数值模拟结果验证所提解析解的准确性，并以纯弯情景为例进一步研究隧道横向性能及环缝影响范围对接头转动刚度的影响。研究结果表明，所提解的退化形式与既有弹性解及数值结果间均具有较好的一致性；螺栓屈服前，环间张开量、环间转角与环间弯矩在环缝处于纯弯情景下均呈线性正相关，而在弱拉弯和压弯情景下均呈非线性正相关；但当螺栓屈服后在三种情景下均呈现显著的非线性正相关。螺栓屈服后弯矩的进一步增加会导致弱拉弯、纯弯和压弯受力情景下接头张开量的突变增加。此外相较于螺栓屈服，管片受压屈服对截面中性轴高度和接头转动刚度影响较小。参数分析结果表明：隧道横向椭圆化变形的增大会引起接头转动刚度的线性减小，且会引起受压区管片先于受拉区螺栓屈服；环缝影响范围小于等于螺栓长度时，影响范围的增大会导致接头转动刚度的急剧降低；而当环缝影响范围大于螺栓长度时，影响范围的增大会引起接头转动刚度的略微线性减小，且会增大受压区管片屈服对应的弯矩。该文提出的接头非线性转动刚度模型可直接应用于纵向梁-弹簧模型的求解中。

关键词：盾构隧道环间接头非线性转动刚度螺栓弹塑性管片弹塑性纵向弯曲变形

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一种改进的三维地震动混合模拟方法—以雄安新区宽频带地震模拟为例

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工程力学 2025年

作者：巴振宁熊何赛赵靖轩张郁山梁建文滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津大学土木工程系天津大学国际工程师学院中国地震灾害防御中心

区域尺度三维宽频带地震动时空场结果是工程结构抗震设计及城市防震减灾规划的重要依据。本文通过在随机有限断层方法中修改震源项的辐射花样使其表达高频（1 Hz～10 Hz）地震动的三维方向性，同时结合谱元法的低频（0.1 Hz～1 Hz）三... 详细信息

区域尺度三维宽频带地震动时空场结果是工程结构抗震设计及城市防震减灾规划的重要依据。本文通过在随机有限断层方法中修改震源项的辐射花样使其表达高频（1 Hz～10 Hz）地震动的三维方向性，同时结合谱元法的低频（0.1 Hz～1 Hz）三维模拟结果建立了三分量宽频带混合地震动模拟方法，并以雄安新区为例说明了上述方法的可靠性及优势。具体而言，本文首先选取雄安新区内活动性较强的徐水-大城断裂作为震源，应用本文提出的混合方法合成了宽频带地震动时空场结果；其次，将混合方法结果与频率波数域（FK）方法结果及NGA-West2地震动衰减方程进行比较，检验了其合理性的同时体现了其模拟宽频带地震动的优势；最后，给出了雄安新区地震动峰值加速度、峰值速度和不同周期下的反应谱空间三分量分布结果。结果显示，徐水-大城断裂Mw6.3级设定地震近场宽频带地震动体现了方向性效应、上盘效应等近断层地震动效应；雄安新区的容城县南部、安新县北部和雄县西南部的PGA超过区域基本地震动加速度峰值，容城县南部、安新县北部烈度也将超过雄安新区现行抗震设防烈度Ⅷ度。上述研究结果可为雄安新区的抗震设防工作提供一定的参考。

关键词：改进随机有限断层法谱元法宽频带地震动合成雄安新区徐水-大城断裂

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不同荷载模式作用下双层软黏土地基压缩特性研究

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工程地质学报 2022年第1期30卷 154-163页

作者：雷华阳石梁胡垚宋英杰天津大学土木工程系天津300354 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300354

天津滨海吹填场区典型的"上软下硬"的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程... 详细信息

天津滨海吹填场区典型的"上软下硬"的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程问题。现阶段对于不同荷载作用下吹填场区形成的"上软下硬"双层软黏土地基的变形特性及机理研究甚少,导致理论研究远远落后于工程实践,制约了吹填场区经济建设的快速发展,因此对此类地基的变形特性展开研究显得尤为重要。基于此,本文针对吹填场区"上软下硬"的双层软黏土地基,开展了反复荷载和恒定荷载作用下的一维固结试验和扫描电镜试验(SEM),得到了不同荷载模式作用下的压缩特性及其微观机理,为吹填场区双层软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明:双层软黏土地基的压缩系数和固结系数在反复荷载作用初期明显减小,而后缓慢减小直至趋于稳定;与反复荷载相比,恒定荷载作用下试样的压缩系数初期值增加,固结系数初期值减小,其变化量均在40%~50%的范围内;当荷载等级一定时,反复荷载作用引起双层软黏土地基产生的沉降量相比于恒定荷载作用多30%~45%;随着荷载等级的增加,土样内部大孔隙受到挤压而减少,孔隙的圆度和定向性加强,土体结构更密实,均一化程度提高;相比于恒定荷载模式,反复荷载作用下土样内部孔隙形状更接近于圆形,孔隙定向性更好,土体内部结构强化程度大,但有序性相对较差。

关键词：软黏土双层地基荷载模式压缩特性微观机理

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悬臂排桩支护基坑连续破坏控制理论及设计方法研究

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岩土工程学报 2021年第6期43卷 981-990,I0003-I0005页

作者：郑刚朱晓蔚程雪松雷亚伟王若展赵璟璋衣凡天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 天津大学土木工程系天津300072

基坑工程的连续垮塌问题已引起工程界和学术界的重视,然而目前尚无相关控制理论。基于悬臂排桩基坑连续破坏机理,提出利用间隔设置连续破坏阻断单元法(简称阻断单元法)控制连续破坏发展,并采用有限差分法对不同开挖深度、不同土质条件... 详细信息

基坑工程的连续垮塌问题已引起工程界和学术界的重视,然而目前尚无相关控制理论。基于悬臂排桩基坑连续破坏机理,提出利用间隔设置连续破坏阻断单元法(简称阻断单元法)控制连续破坏发展,并采用有限差分法对不同开挖深度、不同土质条件和不同加强桩刚度情况下阻断单元的效果进行了分析,进一步结合荷载传递系数曲线总结出不同加强桩刚度情况下的阻断单元设计原则。结果表明,设计合理的阻断单元可以有效地将局部破坏引发的连续破坏控制在设定范围内,而当阻断单元中加强桩数量不足时,连续破坏具有跨越效应,即越过阻断单元继续发展,并转而导致阻断单元破坏。对于支护桩受弯破坏型的连续破坏,冠梁破坏或主动切断冠梁并不能阻断连续破坏的传递,相反可能加剧连续破坏。

关键词：基坑悬臂排桩支护连续破坏阻断单元荷载传递系数

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