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二、当前土木工程地质教学存在的问题
通过以上详细的调查和对比分析,目前土木工程地质教学仍存在以下问题:
1、土木工程地质教材的使用各自为政。目前各个高校使用的教材基本上是各自高校的老师根据自己的讲义编排而成,缺乏一个统一的标准,因而导致经典精品教材较少。单从教材的题目上足可看出目前教材缺乏统一性和协调性。例如中南大学所用的教材为《土木工程地质概论》,浙江大学的教材题名为《土力学与工程地质》,石家庄铁道大学所用教材题名为《工程地质学基础》等。
2、在教学内容上与其它课程交叉重复,无法突出本门课程的特色。工程地质是一门基础课程,是岩土工程、隧道工程等课程学习的基础,因此,由于与其它学科老师交流不够充分,往往存在重复讲授的情况。比如,以有效应力这个概念为例,在工程地质、土力学、基础工程等课程都涉及到,由于这个概念的重要性,各科老师为了追求各门学科的系统性和完整性,都会着重讲解这个概念,虽然在一定程度可以加深学生对这个知识点的理解,但是从侧面也可说明知识的重复交叉导致学业内容的累赘。
3、课时安排过少。目前各所高校对土木工程地质这门课的重视程度,课堂课设课时大多是32~48个学时,因此,老师在安排教学进度时显得极为紧张而紧凑。从实际教学安排来看,基本上讲解完三大岩石、地下水、地质构造基本概念后,没有足够的时间深入来探讨地质条件对工程的影响,往往后面工程应用的章节皆为学生自学。
4、知识学习与工程案例结合程度不够。由于部分老师本身参与的工程项目不多,同时又由于课时的不够,这两部分原因导致学习的主要内容集中在枯燥的理论知识部分,学生容易产生枯燥情绪。
三、土木工程地质教学改革措施
为了很好地解决当前土木工程地质教学中存在的问题,让学生从这门课程中更多地学习到有助于工程实践的知识,必须有针对性对当前教学实践中存在的问题进行改革,具体改革措施如下所述:
1、建立和完善土木工地质程精品课程精品课程建设既是压力,又是动力。通过精品课程建设,可以找出当前教学中存在的薄弱环节,精简重复的教学内容,突出本门课程的特色,使土木工程地质这门课的教学目标和任务更加明确。精品课程建设首先就是教材建设,因此,有必要根据新时期土木工程培养目标,并结合当前土木工程建设中出现的新问题、新方法、新技术,编写一本深入浅出的教材,教材中不仅包含传统的知识要点和概念,还应包含当前新的地质知识观点、新的地质勘查手段等,同时还应包含工程实例,让学生尽可能地更深入地建立起工程地质与工程项目的联系。精品课程建设中重要的一条就是教师队伍的建设,因此,有必要加大对教师队伍的培养力度,引进和培养一批有新视野、新知识的老师,以此给课堂注入新的气象。
2、注重教学手段和教学方法的革新注意授课的科学性与艺术性,在教学过程中,善于发挥学生的主导地位,采用“讨论试”、“启发式”教学模式。同时,要注重课前的准备,精心备好每一节课,善于总结归纳每节课的重点,以“主线法”讲授课程知识。
3、增强对工程地质教学的重视对工程地质教学的重视首先就体现在教学和学习的时间上。尽量安排更多的课时,让老师有足够充分的时间去讲解基础概念和工程实例。同时,老师也可以通过其它方式来增加学生们的学习时间,比如规定某个主题,要求学生自主独立进行文献调研,完成该主题相关文献的归纳总结,并加大平时学习报告在总成绩中的比例。另外,强化考试试题库建设,完善考试规范和制度,强化对学生进行专业知识训练。最后,要重视工程地质实习在教学中的作用,因为该门课程的实践性很强,需要从大自然中去认识和掌握工程地质现象,使学生巩固在书本上学到的知识,有感性认识上升到理性认识,同时在野外地质实习过程中,亦可锻炼学生们的体魄和吃苦耐劳的能力。
4、紧密联系工程实践学习的目的最终是为解决实际工程的问题,在教学的过程中融入工程实例有助于学生在正式进入工作岗位之前对其有初步的认识和了解,因此,工程实例教学是一个非常重要的手段。比如,老师可以把自身主持或参与的工程项目作为案例,结合书本知识讲解如何解决工程问题,分享在解决工程问题过程中的心得体会,这样寓教于乐的方式既能激发学生的学习兴趣,又能让他们积累相应的工程经验知识。
1前言
坝陵河大桥离拟建贵州省镇宁至胜境关高速公路起点约21km,地处黔中山原地带。高速公路在关岭县东北跨越坝陵河峡谷,峡谷两岸地势陡峭,地形变化急剧,高差起伏大,河谷深切达400~600m。桥址区属构造剥蚀、溶蚀中低山河谷地貌。岩石建造类型以碳酸盐岩与陆源碎屑岩互层,以碳酸盐岩构成峡谷谷坡,以碎屑岩互层构成谷底及缓坡为基本特征。坝陵河流向与区域地质构造线方向(NW)基本一致。河谷西岸地形较陡,地形坡度40~70°,近河谷一带为陡崖。桥位区西岸(关岭岸)锚碇地段处于斜坡中部,出露的岩层有三叠系中统竹杆坡组第一段(T2z1)中厚层状泥晶灰岩和杨柳井组(T2y)中厚层状白云岩[1,2]。弱风化岩体直接出露于地表,微新岩体埋深30~50m。
坝陵河悬索桥主跨1068m,桥面总宽度24.5m,东岸锚碇采用重力式锚,西岸锚碇采用隧道式锚。西岸隧道式锚碇在技术设计中全长74.7m,最大埋深78m,主要由散索鞍支墩、锚室(34.7m)和锚塞体(40m)三部分组成,两锚体相距18~6.36m。锚塞体和锚室为一倾斜、变截面结构,上缘为圆形,下缘为矩形,纵向呈楔形棱台,矩形截面尺寸为10m×5.8m~21m×14.5m。西岸每根主缆缆力(P)约为270MN,水平夹角约26°。锚体中设预应力锚固系统,主缆索股通过索股锚固连接器与锚体中的预应力锚固系统连接。
悬索桥锚碇在承受来自主缆的竖向反力的同时,主要还承受主缆的水平拉力,是悬索桥的关键承载结构之一,其总体稳定性和受力状态直接影响到大桥的安全和长期使用的可靠性。坝陵河悬索桥是镇宁-胜境关高速公路的重要节点,针对该大桥施工图设计阶段,本文提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的工程地质力学研究建议。鉴于锚碇型式受到地形、地质条件的限制,国内外采用隧道式锚碇的大跨悬索桥为数较少[3-7],见诸文献报道的更少,本研究建议有不适当之处,请专家批评指正。
2岩体工程地质力学研究建议
2.1锚碇围岩工程地质条件研究
西岸隧道式锚碇坐落于边坡浅表弱风化~微新岩体中,弱风化~微新岩体的工程地质条件关系到锚碇隧洞的成洞条件及锚碇体系在主缆拉力荷载作用下的整体稳定状态。
边坡浅表部中存在卸荷岩体。岩体卸荷带是伴随河谷下切过程或边坡开挖过程中,由于应力释放,岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形,能量的释放导致斜坡浅表一定范围岩体内应力的调整,浅表部位应力降低,而坡体更深部位产生更大程度的应力集中。由于表部应力降低导致岩体回弹膨胀、结构松弛,破坏岩体的完整性,并在集中应力和残余应力作用下产生卸荷裂隙。岩体应力的降低最直观的表现是导致岩体松弛和原有的裂隙发生各种变化,形成新环境下的裂隙网络。这些裂隙一部分是迁就原有构造裂隙引张扩大经改造形成[8],有一些是微裂隙扩展后的显式裂隙,也有在新的应力环境和外动力环境下形成的裂隙。在岩体卸荷、应力降低的过程中,随着新的裂隙系统的形成,也为外动力或风化营力提供了通道,加速岩体的风化和应力的进一步降低。风化岩体裂隙的增多,是岩体卸荷和风化共同造就的。
西岸锚碇边坡岩体在浅部节理裂隙发育,岩体透水性较好,渗透系数高;随着深度的增加,透水性逐渐减弱。深部的岩溶发育情况有待研究。
据初步设计阶段工程勘察资料,西岸锚碇边坡出露的灰岩和白云岩的产状为:倾向50~80°,倾角48~87°。主要发育三组优势节理:①155°∠57°;②220°∠34°;③333°∠46°。在岩层层面、不利结构面组合切割和深部岩溶发育情况下,在主缆巨大拉力下,不能够排除存在深部拉裂滑移面威胁西岸锚碇边坡整体稳定性的可能性。
锚碇围岩工程地质条件研究内容包括:
(1)研究从边坡表部至深部岩体中裂隙的分布密度及张开度变化,揭示岩体的卸荷程度,为锚碇施工期和运行期边坡岩体质量评价以及岩体质量变化趋势提供可靠基础资料;
(2)在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载,研究岩体中形成的潜在不稳定块体的安全度以及西岸锚碇边坡的整体稳定性;
(3)采用地球物理勘探方法,研究边坡深部溶蚀裂隙与溶蚀洞穴的分布规律及其发育特征。
2.2锚碇围岩工程力学特性研究
主悬索的巨大拉力通过索股、锚杆传人隧道中填充的(预应力)混凝土,再通过(锚塞体)混凝土与隧道岩体的摩阻力和粘结力传递给周围的岩体。隧道式锚碇在巨大主缆拉力荷载作用下,不仅要维持自身的抗拔稳定,同时还要将自身承受的主缆拉力传递到锚碇围岩中,以充分利用围岩的承载能力,使锚碇和围岩共同作用形成一个整体的承载体系。
锚碇围岩工程力学特性研究包括三个方面:
(1)锚塞体与岩体之间的抗剪摩擦力学性能[9,10]和粘结特性试验研究;
(2)锚碇下部及两锚体之间的岩体处于复杂的拉剪应力状态,研究锚碇围岩在拉剪应力下的变形及强度特性,尤其是弱风化~微新围岩在拉剪复杂应力下的变形、强度及疲劳试验研究,模拟其破坏现象和破坏过程,从而掌握其破坏机制;
(3)岩体在中度~轻度工程爆破开挖扰动下的力学性能研究。
锚碇围岩工程力学试验目的是确定锚碇边坡岩体力学参数建议值,供设计和三维数值仿真采用。建议在设计锚碇区域附近开挖一试验斜硐,采取岩样,并在硐壁打适量钻孔,进行室内岩石力学试验和原位岩石力学性质及配套的各项试验研究工作。主要包括室内岩石力学三轴剪切试验、节理(裂隙)测量、岩体变形特性(静载)试验、岩体抗剪(抗剪断)试验、岩体抗拉试验、混凝土与基岩胶结面抗剪和摩擦等试验和硐室声波普测、硐室地球物理勘探、含水量测试、钻孔声波测试、钻孔压水试验等试验研究工作。锚碇系统的摩阻力由基岩与锚碇系统接触面的正应力与摩擦系数来决定,摩擦系数一般由相似原理进行模型试验或现场测试得到。硐室地球物理勘探是查明锚碇围岩(主要是锚碇下部及两锚体之间的岩体)中的岩溶发育情况。
试验资料的整理应通过对现场和室内大量试验数据的综合分析,结合现行有关行业规范(规程)和工程经验的类比,提出西岸隧道式锚碇边坡区域岩体力学参数建议值,供设计采用。
2.3锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究
坝陵河悬索桥西岸锚碇围岩为弱风化~微新的灰岩和白云岩,属于易溶蚀化岩体。锚碇边坡地段地下水主要为(节理)裂隙水、岩溶裂隙水和岩溶孔(洞)穴水。西岸隧道式锚碇锚体混凝土浇筑后,在边坡岩体中形成不透水体(阻渗体),从而改变锚碇边坡的地下水渗流场。可以预见,地下水将从锚塞体混凝土边缘绕渗,因此锚塞体与围岩的交界部位岩体更易遭到溶蚀,削弱锚塞体混凝土与围岩之间的摩阻力和粘结力。锚碇围岩渗透特性的研究应着重锚塞体与围岩的交界部位岩体的渗透性能与抵抗溶蚀的能力的试验研究。
为防治锚塞体与围岩交界部位岩体的溶蚀危害采取的工程措施,主要是加强锚碇边坡坡面的排水工程。
2.4锚碇及其围岩相互作用三维数值模拟研究
由于悬索桥安全是依靠锚碇固定桥的体系,锚碇发生移动将严重影响桥梁体系,甚至导致桥体破坏,因此研究西岸隧道式锚碇的锚块及其围岩在主动拉力作用下的稳定性、瞬时变位与长期变位是相当重要的。应建立真实反映隧道式锚碇锚体和围岩二者相互作用、考虑施工过程非线性、地质结构面影响等的三维数值仿真模型,对锚碇稳定性及变位进行预测[11]。
2.5锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验
根据西岸隧道式锚碇为倾斜、变截面的工程特点,需研究锚碇隧道的钻爆开挖以及支护的施工技术[12-14]。在隧道式锚碇施工过程中,自始至终都要注意严格控制围岩的完整性,尽量避免对围岩产生过大的扰动。为保证主缆等硐内钢结构的使用寿命,锚碇的防水按GB50108-2001二级标准进行控制,要求较高。施工开挖后应对围岩中的塑性变形带进行挤密压浆处理,以使锚塞体混凝土与围岩紧密结合。
2.6锚碇锚固系统试验
试验目的是验证用于坝陵河大桥锚碇锚固系统的各产品力学性能是否满足设计要求。试验内容包括锚拉杆组件静载试验、疲劳试验及锚具组装件静载试验和疲劳试验[15]等。
2.7大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究
[中图分类号] TU7-4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2014)14-0079-03
我国土木工程建设有着飞快的进步,房地产产业和住宅的大发展、高速公路和高速铁路网的迅猛兴起,增强了我国的综合实力。城市建设中的基坑开挖不仅越来越深,而且开挖对周围环境的影响越发敏感;全国30多座城市已建或在建地铁,大冶露天铁矿开采的边坡高度达到800多米,海底隧道、煤矿开采的深度最深达到1000多米。同时,近些年我国工程建设中事故频发,如杭州风情大道地铁基坑倒塌事故、上海莲花河畔景苑7#楼倾倒事故、青岛输油管道爆炸事件。因此,我国对工程建设场地选址及场地内地质条件要求越来越高,水文与工程地质工作是土木工程建设重要的、不可缺少的基础工作。
1998年教育部颁布《普通高等学校本科专业目录》,将原来的结构、桥梁、道路、岩土、矿井建设、城镇建设等8个专业合并为土木工程专业,成为一个宽口径的大专业土木工程,具有内涵广泛、支系众多、科目复杂的特点,涵盖领域极为广泛,对学科全貌充分认识与把握,以期培养出的学生“理论基础扎实,专业知识面广,实践能力强,综合素质高,并有较强的科技运用、推广、转换能力”。[1] [2]土木工程概论课程涵盖工业与民用建筑、交通土建、地下工程、岩土工程、市政工程、水利水电工程及国防工程等广泛领域。[3] [4] [5]通过对土木工程概论课程的学习,对刚进入大学的水文与工程地质专业学生以后从事土木工程相关的勘察、设计、施工、监理、管理等领域从事技术或管理工作有个较为全面的认识。
一、水文与地质专业对土木工程的重要性
资源开发和基础建设在国民经济中有着十分重要的意义。道路桥梁建设、煤矿资源调查等项目开展初期和建设过程中都必须对工程地质自然灾害、水文与工程地质条件、不良地质现象及工程对周围环境的影响进行评价和调查。资源开发利用、基础设施建设造成的水文与工程地质条件的恶化,对人类的生产和生活造成极大的影响,如采矿导致的地面沉降、人工开挖对边坡稳定性的影响、尾矿库对地下水的污染、水库蓄水诱发区域性地震,特别是近年来由于经济发展导致的全国大范围的雾霾天气。故此在各类地质环境评价、资源开发利用以及地基基础工程建设等过程中,不仅需要从业人员懂得水文与工程地质专业知识,而且会科学管理各种工程。但从现实情况来看,高级应用型技术人才普遍不足。
水文与工程地质的毕业生,既有厚实的专业理论基础、宽广的专业知识,又有较强的实践技能,可在大型工矿企业、城市、城镇从事给排水、地下水及区域环境评价等方面从事水文地质调查工作,也可在有关部门从事飞机场、港口、海岸带海洋环境、铁路、公路、隧道、水库等土木工程方面的工程地质勘查工作。
二、土木工程概论课程的特点
(一)涵盖内容全面
本课程包括材料力学和结构概念、建筑工程类型及施工工艺、飞机场工程的选址及建设、地下工程类型及施工工艺、桥梁工程的类型及施工工艺、道路工程的选线及种类、铁路工程、海口工程、给排水工程、海洋工程、土木工程中的灾害等内容,其中不仅涉及材料力学、结构力学、土力学、钢筋混凝土结构等力学内容,还涉及规划、施工及监理方面的内容,因此学好这门课程,对于刚跨进高等学校大门的水文与工程地质专业的学生而言,理解本专业的培养目标意义重大。
(二)发展变化快
土木工程虽然是一门古老的学科,但其领域随相关学科的发展、经济建设和社会进步的需要而不断深化、不断拓展。
(三)应用性广
随着城市化的发展,我国对能源需求越来越大,高层及超高层建筑越来越多,建筑基础形式多以桩基础等深基础为主,这不仅要求水文与工程地质专业毕业生掌握扎实的专业基础知识,同时又为毕业生就业提供了更多的机会。
三、土木工程概论课程存在的不足
(一)教材内容的滞后
土木工程建设种类、规模发展日新月异,由于时效性,教材不可能及时反映土木工程的变化,已淘汰的施工工艺技术甚至还有可能在现有的教材中出现。
(二)课堂教学方式不丰富
土木工程概论课程涉及的工程种类多、工程性很强。现代多媒体的运用相较于传统的黑板教学而言,能够大大提高教学效率,在很短的时间内扩大了学生的知识面。涉及高层建筑、桥梁、隧道等工程的施工工艺的流程、各种施工机械的操作过程,学生如不到工地现场则不能很好地掌握关键施工技术,这就导致教学效果不理想,学生对知识的掌握不牢靠。
(三)教学素材收集难
由于土木工程涉及交通、土建、港口、海洋等方面,其覆盖面相当广泛,要收集各种工程的典型性素材有相当的难度。
四、土木工程概论课程教学改革
(一)精选教学内容
土木工程概论课程的教学目标是开拓学生土木工程的视野、培养学生土木工程的意识、激发学生持久的学习动力。因此在讲课时可选择生动宏伟的建设场景和案例,如上海中心基坑施工、广州东塔基坑施工、三峡大坝工程、港珠澳大桥建设及世界各地的海底隧道工程等,以此来让学生建立土木工程的整体和发展思维,从而提高他们学习后续课程的兴趣和质量。同时,在教学中将学生带到实际工程现场,进行现场教学,让学生提前接触生产实际,掌握一些现场施工的知识,为他们走向工作岗位奠定坚实基础。
(二)采用形式多样的教学方法
为激发学生学习兴趣、提高课堂效率,各种如桥梁类型、隧道类型、飞机场形式等可以用静态多媒体直观、形象地展现出来,以此提高学生对工程的直观认识,加深学生的理论知识,以较少的教学时间收到很好的教学效果。土木工程概论内容丰富多彩,为避免课程内容变得枯燥无味,教师在课堂教学中不应仅仅以静态图片的形式向学生讲解土木工程的有关概念、理论,这样易让学生产生厌学情绪。课间播放一些隧道施工、深基坑维护施工的教学短片,如人工挖孔桩、港珠澳大桥施工录像、广州东塔的施工动画、管桩打入施工过程、双排桩施工过程、锚杆支护施工过程、越江隧道施工动画、边坡加固施工过程。通过教学录像的播放,让学生掌握各种土木工程的施工方法。
(三)穿插专题讲座
为了让学生了解土木工程的最新发展状况,针对新近的一些深大基坑工程、桥梁工程及土木工程方面的试验平台做专题讲座,如上海莲花河畔景苑7#楼倾倒事故分析、上海中心深基坑支护工程、港珠澳大桥施工、国内外离心机试验、动态空心圆柱剪切试验等。随着城镇化的进展,近年来淮南新建了一批深基坑工程、桥梁工程、隧道工程。在教学过程中,邀请现场技术人员到课堂上来给学生做讲座,如进行过“搅拌桩维护施工”、“地下连续墙施工”、“拉森板桩维护施工”、“地下空间施工”、“打入桩施工”等专题讲座。专题讲座不仅充实了教学内容、开拓了学生的知识面,而且能引导学生从事土木工程的就业方向。
(四)知名人物及实验平台介绍
为增加水文与工程地质专业学生对国内外高校土木工程专业的认识及针对部分学生今后考研的情况,教师在讲解到各种土木工程时,可穿插些相关的历史人物、当代知名学者及国内的一些重点实验室的介绍。如讲到桥梁工程时,可讲一讲茅以升事迹、卢沟桥事件、国内外知名高校桥梁工程专业的知名学者及同济大学的桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室;讲到地下工程时,可介绍同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室的离心机试验机、动态空心圆柱剪切仪;讲到铁路工程时,可介绍一下中国首位铁路工程师詹天佑、同济大学的道路与交通工程教育部重点实验室;讲建筑工程时,可说一说建筑大师贝聿铭的杰出成就等;讲到土木工程灾害时,可介绍同济大学的土木工程防灾国家重点实验室。
(五)新近知名土木工程建筑介绍
国内外的知名建筑发展日新月异,现有的教材很难跟上其发展变化。因此,在讲授土木工程概论时,应介绍国内外最新的土木工程建设进展,以增加本课程的时效性,从而激发学生的学习热情。讲土木工程材料时,可穿插装修材料的最新发展状况;讲高层建筑时,可介绍国内正在建设的摩天大厦,如上海中心大厦;讲桥梁工程时,可穿插东海大桥、杭州湾大桥的建设情况;讲高铁建设工程时,可结合京福高铁来讲;讲水利工程时,可以介绍一下我国西南地区正在建设的水电站,如向家坝水电站、白鹤滩水电站以及金沙江、雅砻江、大渡河等“三江”水电基地。通过讲解一些知名重大工程建设的情况,可以拉近水文与工程地质专业学生与土木工程之间的距离,以此激发学生学习本门课程的兴趣。
(六)授课教师的优选与培养
土木工程概论涉及现有的各种工程,要求授课教师不仅要具有宽广的知识面,而且要有丰富的实践经验,为此要选具有丰富科研经历的教师授课本门课程。近年来,由于高等学校招生规模的扩大和高校教师数量的不足,尤其是有一批青年教师缺乏实践经验,致使土木工程概论的教学存在一些问题。因此,不仅要求有经验的教师对年轻教师进行传、帮、带,鼓励年轻教师参与相关研究课题中,而且为了掌握土木工程的最新进展,年轻教师要经常参加国内外的相关学术会议,在寒暑假期间,尽量去工地实习、锻炼,掌握现场施工的细节,不断更新土木工程概论的教学内容。
五、结论
土木工程概论课程教学改革可起到几点作用:1.提高学生学习土木工程概论课程的兴趣、效率,激发了水文与工程地质专业学生将来从事土木工程建设的热情。2.使学生更深刻地认识到土木工程概论课程的重要性,加深理解水文工程地质对各类工程的影响,以及各类工程与水文工程地质间的相互作用与关系。3.提高了学生在土木工程建设中,保护水文与工程地质环境的自觉性,能够让学生认识并分析不良水文与工程地质条件,并能针对具体问题提出处理措施。
[ 注 释 ]
[1] 傅光耀.关于土木工程专业建筑工程方向教学改革的探讨[J].高等建筑教育,2001(1):25-26.
[2] 王清标,初明祥,胡永强.大土木背景下《土木工程概论》教学模式创新研究[J].当代教育理论与实践,2012(4):75-77.
(1)利用多媒体教学。随着科技的发展,课堂教学的方法不再是单调的叙述,多媒体也成为课堂教学的一个重要组成部分。特别是工程地质课堂教学中,适当穿插多媒体方式讲授,能起到立竿见影的效果。比如在讲授地形地貌、不良地质作用以及由于岩土问题引起的工程事故及常见的处理措施、实验过程等内容时,仅靠讲述的方法,无法提高学生的学习兴趣和主动性。因此把这些章节相应的内容制成多媒体教学软件,通过图像、声音、动画、文字、录像的形式展现出来,这样不仅能扩大课堂教学的信息量,而且还增强了教学直观性,激发学生兴趣和学习的主动性,能起到加深学生印象及提高教学质量的效果。
(2)改变传统教学模式。教师与学生之间既是师生关系,又是平等的同志或朋友关系。教师应充分利用有限的学时数,注意突出重点、讲授难点,改变传统的“注入式”教学为“互动式”与“启发式”教学。对课程的重点内容、难点问题在课堂上采用问题设置、讨论及布置课后专项小论文等多种方式进行。比如讲到《特殊土》这一章节,由于内容枯燥、单调,单是课堂讲述效果不佳,可以通过设置问题,学生找到特殊土施工的工程实例及处理方式,利用图书馆、网络等多种手段对提出的问题积极思考,并学会分析问题和解决问题。对不良工程地质问题的处理及地质灾害的预防等方面的问题可以通过不同的工程实例进行课堂讨论,学生提高了分析问题和解决问题的能力,教师也可从学生身上学到一些独特的思路或方法,真正做到教学相长。通过课堂讨论及设置问题的方法可以激发起学生的求知欲望和参与兴趣,激励或启发学生运用已学知识,结合所讲授内容,联系起来思考问题,提出问题,进行广泛讨论。
(3)注重教学中的反馈信息。教学过程是一个控制过程,是一个由教师、学生和知识信息3个要素构成的教学控制系统。教学过程中的反馈信息包括正反馈与负反馈,它们是教学效果比较真实的反映。对正反馈信息,我们继续努力保持;对负反馈要采取正确态度对待,及时认真地分析负反馈产生的原因,并采取有效的教学办法改进,使教学活动沿着良性循环的方向发展。
完善室内实验环节
工程地质室内实习是工程地质学的一个重要组成部分,包括主要造岩矿物及三大岩类的肉眼鉴别及工程地质识图。对于主要造岩矿物及三大岩类的肉眼鉴别,通过室内标本进行,并辅以课堂多媒体图片讲解。实验室对学生进行分组,每组人数一般为5人,让学生在实习指导书的指导下独立完成各项实验内容,授课教师及实验教师应跟踪指导。实验过程中小组之间进行相互考核,教师现场提问,并根据实验效果及实习报告的完成情况,给出成绩,实验成绩一般占总成绩的20%。对于工程地质识图内容,主要由3个步骤完成教学:(1)课堂理论讲授;(2)进行实际工程地质图分析;(3)布置工程地质识图作业。通过这3个步骤,学生识别地质图的能力有了较大的提高。
加强及规范野外实习教学
工程地质学的一些地质术语比较抽象,直接理解起来有一些困难,需要建立感性认识,这就需要通过野外实习来实现。通过野外实习可以验证、巩固和进一步加深已讲授的理论知识,使学生懂得野外地质工作的基本方法,熟悉工程地质问题及其处理方法,激发和培养学生的创造能力。为了不使野外实习流于形式,我们应从以下几个方面加强野外实习,提高野外实习效果。
1建立多个固定野外实习基地
联系和建立多个野外固定的地质实习基地,改善实践教学条件,是野外实习得以成功的前提条件。没有固定的实习基地,实习带队教师对实习地区的工程地质条件不甚清楚,无法保证实习的质量。洛阳地处豫西丘陵地带,黛眉山、伏牛山地质公园为工程地质实习提供了良好的条件,为保证实习顺利完成,我们与3个有实习条件的单位建立了实习基地。
2做好实习准备
为了保证野外实习效果,必须精心做好实习路线的选择。本着节省开支,充分利用本市资源的原则,我们的工程地质实习就在洛阳市的龙门和郊县的黛眉山及伏牛山地质公园进行。在工程地质野外实习中要用到某些仪器设备,因此在实习前还要准备好实习中需要用到的地质罗盘、大镜、地质锤及照相机等相关设备。此外,还要做好实习动员,为期一周的工程地质实习虽然很短,但工程地质实习本身所具有的危险性,要求我们不能放松实习动员,而要做好实习动员工作,让学生明确地质实习的目的、要求和实习纪律。特别是要强调野外实习的开放性、危险性及分散性,以免给管理造成不便。在实习动员中带队实习教师要认真讲解野外可能出现的安全问题及预防措施并签订必要的安全合同。在实习进行前一周,实习带队教师还要编写实习计划书及实习任务书并发放给学生,让学生对实习内容有所了解并在实习前复习相关理论知识。
3加强实习内容,聘请有经验的工程师现场讲解
工程地质是一门实践性很强的课程,通过课堂学习,学生只能学到理论性的知识,但对地质现象还没有一个感性认识,理解它需要到野外,验证它更需要到野外,可以说,地质学家的实验室在野外。要做好野外实习这个环节,除了建立固定实习基地与做好实习准备外,我们更应该丰富实习的内容。所选路线地质内容要比较丰富,如野外识别岩石,我们所选择的是栾川老君山,在通往老君山的道路上可以看到两侧的沉积岩,在老君山景区内可以看到变质的千枚岩、岩浆岩中花岗斑岩、花岗岩及岩浆岩的侵入关系,同时可以看到附近的岩溶现象。
另外,在实习过程中,为避免学生成群呈无序状态,要适当增加实习带队教师,保证大部分学生能听清教师讲解的内容。特别是为了让学生系统了解实习地区的地质史及工程地质问题,近几年的工程地质野外实习中,聘请有工程勘察经验的工程师到现场讲解,取得了比较好的效果。
改革考核机制
随着经济和、工业的迅速发展,人们越来越意识到人类活动对环境产生的两个负面影响:环境污染和生态破坏。因此,应运产生了一门新兴学科——环境岩土工程学。它既是一门应用性的工程学,又是一门社会学。它把技术和政治、经济和文化相结合的跨学科的新型学科。
1.环境岩土工程定义
环境岩土工程(EnvironmentalGeotechnology)一词,源自1986年4月美国宾州里海大学土木系美籍华人方晓阳教授主持召开的第一届环境岩土工程国际学术研讨会,并在其著名的“IntroductoryRemarksonEnvironmentalGeotechnology”论文中,将环境岩土工程定位为“跨学科的边缘科学,覆盖了在大气圈、生物圈、水圈、岩石圈及地质微生物圈等多种环境下土和岩石及其相互作用的问题”,主要是研究在不同环境周期(循环)作用下水土系统的工程性质。
2.环境岩土工程研究的内容及分类
环境岩土工程是研究应用岩土工程的概念进行环境保护的一门学科。这是一门跨学科的边缘学科,涉及面很广,包括:气象、水文、地质、农业、化学、医学、工程学等等。
环境岩土工程研究的内容大致可以分为三类:
(1)环境工程。主要指用岩土工程的方法来抵御由于天灾引起的环境问题。例如:抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海啸等。这些问题通常泛指为大环境问题。
(2)环境卫生工程。主要指用岩土工程的方法抵御由于各种化学污染引起的环境问题。例如城市各种废弃物的处理、污泥的处理等。
(3)人类工程活动引起的一些环境问题。例如在密集的建筑群中打桩时,由于挤土、振动、噪声等对周围居住环境的影响;深基坑开挖时,降水和边坡位移等。
3.环境岩土工程研究中基本观点及研究方法
3.1基本观点
(1)岩土实践的范围是地球表层,而地球对于宇宙来讲是一个子系统,它的变化受其他子系统的影响,它们之间有物质和能量的交换,是一个开放的系统;
(2)资源是有限的。我们只有一个地球,并且随着人口的增长,资源与人口相比越来越小,所以我们应实施可持续发展战略,而不能盲目地掠夺式地利用,以防止对环境造成不利的影响;
(3)人类无计划的活动会毁灭人类自身;
(4)自然界在不断地变化,有一些直接危害人类,反过来人类要避开危害,就必须采取措施;
(5)虽然岩土工程曾带来一些消极影响,但它是由于人类认识上的片面性和历史的局限性造成的,
所以从理论上讲,所有的环境岩土工程问题是可以解决的,但它依赖于人们环境意识的提高,岩土工程技术的进步和法制建设的健全。
3.2研究方法
环境岩土工程是一个系统工程。它涉及许多学科领域,所以在研究中应从学科间的交叉处着眼,以辩证的观点分析和解决问题。其次,应用岩土工程的观点去改善环境,使其更符合人类的生存需求。
4.环境岩土工程与相关学科的关系
与环境岩土工程相关的学科有:工程地质学、岩土力学、岩土工程学、地质工程、环境工程地质学。
工程地质学的基础理论是地质学,指导它的理论主要是自然历史观1它的基本理论是认为地质成因和演化过程决定地质体的工程特性,相应地在研究方法上就是从地质体局部特性的研究,探索地质体在生成时的地质环境以及形成地质体的地质作用和演化过程,从而在整体上认识和把握地质体的组成和结构以及发育规律,并进一步探讨和预测它在工程建筑物作用下的表现和工程行为。
工程地质学的服务对象完全是人为设计,人为施工的建物。这一应用性决定了工程地质学的边缘性、交叉性和综合性等特性。所谓边缘性指它处在地质学科的外层,位于和工程学科接壤的部位。所谓交叉性表明在它的学科发展中不断吸收工程学科的理论、概念和方法,并和地质学结合起来。所谓综合性是指工程地质学的目标是解决问题,它是借助于地质学各基础学科的成就来综合地工作的.
岩土力学、岩土工程和工程地质学在研究对象和目标上有很大的相同之处,是密切相邻的学科。但是岩土力学属于力学学科的边缘,而岩土工程属于工程学科的边缘1虽然对岩土的地质认识是建立岩土力学模型和本构关系的重要基础,但岩土力学更偏于模型及建模后的力学研究。岩土工程是将岩土作为工程结构物的一部分工程学科。不过岩土力学和岩土工程与其他的力学或工程学科相比,需要更多地质学科的支持,或者说更需要与地质学科的结合。
5.环境岩土工程的研究现状
20世纪50-60年代公害事件的显现,人们不断探索,反思,并已取得了基本的共识。目前国外对环境岩土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性质、理论与控制等方面,而国内则在此基础上有较大的扩展,就目前涉及的问题来分,可以归纳为两大类:第一类是人类与自然环境之间的共同作用问题。这类问题的动因主要是由自然灾变引起的。例如地震灾害、土壤退化、洪水灾害、温室效应等。这些问题通常称为大环境问题。第二类是人类的生活、生产和工程活动与环境之间的共同作用问题。它的动因主要是人类自身。例如城市垃圾、工业生产中的废水、废液、废渣等有毒有害废弃物对生态环境的危害;工程建设活动如打桩、强夯、基坑开挖、盾构施工对周围环境的影响;过量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有关这方面的问题,统称为小环境问题。
6.环境岩土工程的发展展望
20世纪90年代后,我国进入了大规模工程建设时期。从沿海地区开始,逐步向内陆扩展,高层建筑、地铁、道路交通、隧道等等的建设以及城市化进程步伐的加快向环境岩土工程不断提出新的挑战。同时,自然环境的变化,地震、洪涝灾害的频频发生,温室效应的加剧,水土流失,土壤退化等大环境问题,也引发了一系列新的环境岩土工程问题。相对发达国家来说,我国的岩土工程工作者面临更为艰巨的任务。一方面,我国正处于大规模工程建设时期,有许多工程问题需要解决;另一方面,基于可持续发展要求,我们面临严峻的环境保护与治理工作。在环境岩土工程问题上,未来几年应重点研究并解决下面几个问题。其中,西部问题,包括生态环境建设与保护区域稳定性与地下工程。东部问题,包括大城市地面变形不稳定性、悬河化水资源、水环境等。在一些应用方面还急需解决的问题如下:卫生填埋场的设计问题;大规模工程建设的区域环境岩土工程问题评估;城市施工影响环境岩土工程问题;岩土工程手段在环境的治理中的应用等。
参考文献:
[1]缪林昌刘松玉环境岩土工程学概论北京:中国建材工业出版社2005
1 前言
自2003年中国地质学会工程地质专业委员会发起建立“全国工程地质专家库”以来,得到全国各界工程地质(含岩土工程和地质工程相关专业)行业高科技人员的积极响应,已经收到420余份反馈回来的专家登记表,均已录入数据库。“全国工程地质专家库”已初具规模,从针对服务的行业来说,包括水利电力、铁路交通、矿山和工业民用建筑等;从专业领域来说,包括工程地质勘察、岩土工程施工、地质灾害研究等;从遍及的单位来说,包括高等院校、科研院所、各部委直属勘测设计院和公司等一百多家;从职称分布来说,包括工程院院士、勘察大师、教授级高级工程师、高级工程师、教授、副教授、研究员、副研究员等;从工作职务来说,包括院长、副院长、总工程师、副总工程师、经理、校长、系主任等。
入库的单位及其人数情况:北京国电华北电力工程有限公司14人;长安大学地质工程与测绘工程学院11人;成都理工大学环境与土木工程学院12人;国家电力公司成都勘测设计研究院43人;国家电力公司贵阳勘测设计研究院15人;国家电力公司昆明勘测设计研究院39人;建设综合勘察研究设计院11人;水利部天津水利水电勘测设计研究院11人;中国科学院地质与地球物理研究所17人;中航勘察设计研究院39人(这里只列出了10人以上的单位)。
2 软件功能
2.1 基本功能
① 显示工程地质(地质工程、岩土工程及相关专业)专家基本信息,包括姓名、性别、出生年月、技术职称、工作职务、工作单位、单位性质、联系方式。 ② 显示专家专业特长,工作领域。 ③ 打印专家表。 ④ 按照入库序号、姓名和工作单位排序,方便检索。 ⑤ 可随时登记入库。
2.2 查询
按照姓名、出生年月、工作单位、单位性质、技术职称、专业特长、工作领域等单个字段查询,查询的结果可显示专家基本信息、专业特长和工作领域,打印专家表。
2.3 高级查询
多个字段的组合条件查询,查询结果可制作报表。
2.4 数据库维护
数据库管理员能够轻松完成数据库的日常维护工作,如添加、删除、查询等。
专家库可用于人事档案管理、查找工程咨询专家、聘请工程项目评审专家、查找稿件评阅人、聘任学位论文审阅人等。
3 系统界面及功能模块
3.1 主界面
全国工程地质专家库系统主界面如图1所示。界面包括菜单区、查询区、信息管理区和信息显示区。菜单包括记录、查询、管理员和帮助等项。查询区包括单个字段的简单查询和高级查询按钮。信息管理区由基本资料、专业特长、工作领域、备注、全表浏览、打印、退出按钮组成,点选不同的按钮,信息显示区将显示不同的信息。
3.2 高级查询界面
点击主界面窗口中查询区的高级查询按钮会弹出高级查询窗口,如图2所示。通过该窗口可生成查询条件、选择结果中要显示的字段、选择排序字段、选择组合查询条件,并执行查询。查询结果由查询结果窗口(图3)显示出来。
3.3 查询结果窗口
点击高级查询窗口中的开始查询按钮就可弹出查询结果窗口。查询结果窗口左上部分显示符合查询条件的记录,右上部分是打印全部结果按钮和打印选中结果按钮。下部是选中专家的详细信息,当点选左上部的不同专家,其详细信息会改变。
3.4 查询结果报表打印窗口
点击查询结果窗口中的打印全部结果按钮将弹出查询结果报表打印窗口,如图4所示。上部是打印按钮、导出按钮和缩放比例下拉列表框,中间是报表显示区,下部是页码显示和翻页按钮。
3.5 选中结果报表打印窗口
点击主界面信息管理区打印按钮和查询结果窗口中的打印选中结果按钮将弹出选中专家资料报表打印窗口,如图5所示。
3.6 数据库管理员界面
点击主界面管理员菜单下的管理员登陆菜单项后,弹出管理员登陆对话框(图6),输入帐号和密码后,点击确定按钮进入数据库管理员界面(图7)。
数据库管理员界面由菜单、工具按钮、专家信息编辑区和全表数据浏览和编辑区组成。工具按钮包括移动记录、添加、删除等按钮组成,专家信息编辑区用来编辑专家信息,全表数据浏览、编辑区浏览和编辑数据库记录。
4 工程地质专家库系统开发
4.1 数据库
(1)信息来源
通过学术会议、信件和网上下载(见enggeo.org/xwdt-040106.htm)等途径分发“全国工程地质专家库专家登记表”,收集反馈回来的原始登记表,录入数据库中。
(2)创建数据库
在Microsoft Office Access软件中建立专家数据库。数据库中包括的字段有:姓名、性别、出生年月、工作单位、技术职称、工作职务、专家特长、工作领域、通信地址、邮政编码、联系电话、传真和电子邮箱等,基本涵盖了专家的基本信息、特长、工作领域和联系方式。
(3)数据录入
数据录入方式有两种方式: ① 在Access中录入; ② 数据维护方式,即在数据库管理员界面中输入数据。
所有专家的信息存储在一个数据表中,每位专家的信息在数据表中表现为一条记录。
4.2 系统功能的代码实现
采用Microsoft Visual Basic 6.0作为开发工具,运用其集成开发环境和快速应用程序开发技术,根据软件的功能模块分别创建程序界面和窗口(图1-图7)。开发过程中使用了ADO Data控件、DataGrid控件、DataEnviornment设计器、Data Report设计器等。
下面着重叙述高级查询的实现。在高级查询窗口中,用户填写的查询条件包括查询结果中显示的字段、where子句查询条件、字段排序子句,用字符串连接生成SQL查询语句。然后在专家数据表中查找符合查询条件的专家记录并在查询结果窗口中显示给用户。完成高级查询功能的程序片段如下:
Private Sub cmdQuery_Click()
Dim strKey As String
Dim strSQL As String, strsqlAll As String
Dim strOrderSQL As String
Dim strOrder As String
Dim intLenKey As Integer
Dim i As Integer, j As Integer
'查询结果至少要显示一个字段
If lstKey.SelCount = 0 Then
MsgBox "查询结果中至少要显示一个字段!", vbMsgBoxSetForeground, "缺少字段"
Exit Sub
End If
If txtCondition.Text = vbNullString Then
MsgBox "请加入查询条件!", vbOKOnly + vbInformation, "提示"
Exit Sub
End If
'查询结果中显示的字段
strKey = vbNullString
strkeys = vbNullString
For i = 0 To lstKey.ListCount - 1
If lstKey.Selected(i) = True Then
strKey = strKey & lstKey.List(i) & ","
End If
strkeys = strkeys & lstKey.List(i) & ","
Next
strKey = Mid(strKey, 1, Len(strKey) - 1)
strkeys = Mid(strkeys, 1, Len(strkeys) - 1)
'where子句查询条件
strWhere = vbNullString
If Len(Trim(strQuerySQL)) > 0 Then
strWhere = " where " & Trim(strQuerySQL)
Else
strWhere = vbNullString
End If
'字段排序字句
If lstOrderKey.ListCount > 0 Then
mstrOrderSQLs = ""
intLenKey = 0
For j = 0 To lstOrderKey.ListCount - 1
strOrderSQL = lstOrderKey.List(j)
If optOrder(0).Value = True Then
intLenKey = InStr(1, strOrderSQL, "(升序)", vbTextCompare)
strOrder = " ASC"
Else
intLenKey = InStr(1, strOrderSQL, "(降序)", vbTextCompare)
strOrder = " DESC"
End If
If intLenKey > 0 Then
strOrderSQL = Mid(strOrderSQL, 1, intLenKey - 1)
If mstrOrderSQLs "" Then
mstrOrderSQLs = mstrOrderSQLs & ","
End If
mstrOrderSQLs = mstrOrderSQLs & strOrderSQL & strOrder
End If
Next j
mstrOrderSQLs = " order by " & mstrOrderSQLs
Else
mstrOrderSQLs = ""
End If
'字符串连接生成SQL查询语句
strSQL = "select " & strKey & " from " & " 专家库 " & strWhere & mstrOrderSQLs
strsqlAll = "select " & strkeys & " from " & " 专家库 " & strWhere & mstrOrderSQLs
adoconnection.Execute strSQL
adoconnection.Execute strsqlAll
If Err Then
MsgBox Err.Number & vbCrLf & Err.Description & Err.Source, vbCritical, "SQL语句错误"
Err.Clear
Exit Sub
End If
Set recResult = New ADODB.Recordset
Set recKeyword = New ADODB.Recordset
frmQueryResult.strSQL = strSQL
frmQueryResult.strSQL = strsqlAll
recKeyword.Open strSQL, adoconnection, adOpenStatic, adLockOptimistic
recResult.Open strsqlAll, adoconnection, adOpenDynamic, adLockOptimistic
If recKeyword.RecordCount
MsgBox "没有您要查找的记录!", vbInformation + vbOKOnly, "找不到记录"
Exit Sub
End If
'查询结果显示
frmQueryResult.Show vbModal
关键词: 公路;边坡;病害机理;崩塌
Key words: highway;side slope;disease mechanism;collapse
中图分类号:U213.1 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)30-0075-02
1 项目概况
病害路段位于古浪县境内,G312公路K2326+600~ K2327+150处的路堑高边坡地段,病害特征主要是道路上行一侧(兰州方向)高边坡岩体危石崩落、岩体滑塌、岩屑溜落、小规模泥石流等,严重危及行车及驾驶人员的安全。
1.1 边坡地层岩性 根据现场调查研究和室内试验研究,白垩系地层的工程地质特征如下:
1.1.1 砂岩[1]:颜色以灰色、灰绿色、紫色的互层色调分布,成分以石英、长石为主,中粒或粉细粒结构,薄层~中厚层构造,钙泥质胶结,单层厚度变化悬殊,薄层厚度仅3~5cm,中层厚度为20~50cm,厚层可达250cm。发育两组贯通层位的构造节理,风化较重,厚层砂岩露头处可见受节理控制的典型球状风化特征。紫色砂岩多为泥质胶结的粉细粒结构,岩质较软,经试验,干燥抗压强度为5.7~6.6MPa[2],灰色砂岩一般均为钙质或钙泥质胶结的中粒结构,相对层理较厚,岩质较硬,干燥抗压强度为21.8~26.3MPa。
1.1.2 砂砾岩:岩石颜色以灰绿色为主,砂粒成分主要为石英、长石,砾石成分较复杂,多为变质岩碎屑物质,砾石磨圆度较好,呈浑圆状,分选比较均匀,粒径绝大部分为5~8mm,个别有超过20mm粒径的,钙质胶结,中厚层状成岩,露头不多,呈夹层分布在局部,同样受到两组贯通状构造节理的切割,试验层的完整性遭到破坏,岩质较硬,风化较轻,干燥抗压强度为29.6~37.2MPa。
1.1.3 泥岩[3]:颜色以紫褐色为主,灰绿色为辅,成分以粉土矿物和粘土矿物为主,泥质结构,层里构造,多以中后层状产出,偶见极薄层泥质粉砂岩夹层。泥岩风化剥离严重,表面多成破裂状粒块溜落,使坡面形成凹槽,其工程地质性质具有遇水膨胀,崩解泥化,脱水干裂的特征,经试验,干燥抗压强度为20.8~32.1MPa。
1.2 边坡地质构造 本段路堑通过区主要是白垩系地层,为一套灰色、灰绿色、紫色、紫褐色的砂岩、泥岩、砂砾岩及含砾砂岩互层[4],属陆相湖盆及山间凹地沉积,后期受造山运动的影响,岩层呈较高角度向南倾斜,产状约为195°∠48°~56°,发育两组构造节理,将岩体切割成大小不等的岩块状,产状分别为110°∠37°和260°∠78°,节理面较平直光滑,呈半闭合状。地表覆盖厚度不足0.5m的植被土层。
1.3 水文地质特征 本工程处于沟谷半坡地带,道路下方即为十八里堡水库,水库蓄水对路基未见有影响,边坡处未见地下水露头,渐渐浆砌片石护坡有几处泛湿外挤现象,与上方坡面防护层破损和排水系统失效有关。经调查推测,地下水类型应是基岩层间裂隙水,地下水补给主要为大气降水渗入补给,本区多年均降水量为177.1mm,近于垂直的密集型岩层层面裂隙是接受降水入渗的通道,下方沟谷应是地下水的排泄场所和交替循环场所。
2 边坡病害成因分析
2.1 砂岩崩塌落石 病害地段岩层走向几乎与坡面展布方向垂直,使岩体的危石存在率增加,同时,中~厚层状砂岩受到两组构造机理的切割,使岩体的整体性遭到破坏,稳定性变差,危石产生的几率进一步增加,另外,受互层关系泥岩风化剥蚀作用[5]的影响,泥岩坡面流落形成的凹槽,加剧了砂岩临空面的扩大。边坡砂岩在失稳状态下时常发生顺层滑塌或者崩塌,滑塌岩体冲毁防护网,直接落入路面,崩塌岩块在坡面跳跃下落,或被拦石网挡拦在平台处,或越过拦石网落到道路路面上,严重危及道路行车安全。落石大者近1m3,一般为50cm×30cm×25cm,小者为10cm×10cm×8cm(见图1)。
2.2 泥岩膨胀崩解 白垩系地层的泥岩受沉积环境及干旱气候条件的共同影响,普遍含有可融盐的成分,以及粘土矿物的某些特殊物理性质,致使泥岩遇水膨胀、崩解、脱水干裂、溜塌等严重的结构破坏现象。泥岩的这种复杂的水理特征,破坏了坡面的完整性[6],加剧了泥岩露头处的凹槽及冲沟的形成,进而加剧中厚层砂岩大规模顺层滑塌[7]的可能性。膨胀性破坏了坡面人工防护工程,造成喷射混凝土层鼓包、破裂、滑落,浆砌片石护体外挤坍塌、排水沟鼓起、掏空等现象。崩解性形成的岩屑、岩块散步坡面,碎石滑溜到坡体平台,填塞排水沟,当遇到降雨,坡体产生滑塌,或形成泥石流流入道路,影响车辆正常的安全行驶(见图2)。
3 数值分析
GDEM基于连续介质力学的离散元方法(CDEM),可以实现边坡从连续变形到破裂运动的全过程模拟。
3.1 稳定性分析
结合边坡y方向位移云图和不平衡率时程曲线可以得出边坡自重作用下y方向最大位移为-4mm、边坡的不平衡率随时间发展逐渐趋近于零,这表明仅在自重作用下边坡足够安全不会发生滑移。
3.2 破坏变形模式
从图5(a)、(b)、(c)、(d)过程可以看出考虑节理因素,GDEM数值模拟时定义局部阻尼系数为0.001时本段路堑边坡破坏变形[8]为滑塌破坏,这与现场调查结果相符。
4 结论
本文对公路沿线区域地质环境进行了调查研究,分析归纳了边坡崩塌落石的形成条件、影响因素。采用可以从连续变形到破裂运动的全过程模拟的GDEM软件研究了边坡的稳定性和极限破坏变形模式。调查研究发现G312公路K2326+600~K2327+150处的路堑高边坡地段病害特征主要是危石崩落、岩体滑塌、岩屑溜落。沿线区域的地形地貌、边坡地层岩性和地质构造是形成病害的主要原因,线路附近的十八里水库也促使了崩塌灾害的形成。边坡潜在的破坏变形模式为大规模的滑塌。
参考文献:
[1]孙玉科.工程地质学发展与创新思路探讨之四—工程地质岩组划分的学术思路[J].岩土工程界,2002,5(11):15-16.
[2]侍倩,曾亚武.岩土力学实验[M].武汉:武汉大学出版社, 2006.
[3]刘长武,陆士良.泥岩遇水崩解软化机理的研究[J].岩土力学,2000,2(1):28-31.
[4]段海澎.山区高等级公路高边坡稳定性及动态的地质工程研究[D].成都理工大学博士论文,2007.
[5]赵晓.层间软弱夹层发育的切向边坡失稳模式及稳定性研究[J].地质灾害与环境保护,2006,17(3):110-114.
入库的单位及其人数情况:北京国电华北电力工程有限公司14人;长安大学地质工程与测绘工程学院11人;成都理工大学环境与土木工程学院12人;国家电力公司成都勘测设计研究院43人;国家电力公司贵阳勘测设计研究院15人;国家电力公司昆明勘测设计研究院39人;建设综合勘察研究设计院11人;水利部天津水利水电勘测设计研究院11人;中国科学院地质与地球物理研究所17人;中航勘察设计研究院39人(这里只列出了10人以上的单位)。
2软件功能
2.1基本功能
①显示工程地质(地质工程、岩土工程及相关专业)专家基本信息,包括姓名、性别、出生年月、技术职称、工作职务、工作单位、单位性质、联系方式。②显示专家专业特长,工作领域。③打印专家表。④按照入库序号、姓名和工作单位排序,方便检索。⑤可随时登记入库。
2.2查询
按照姓名、出生年月、工作单位、单位性质、技术职称、专业特长、工作领域等单个字段查询,查询的结果可显示专家基本信息、专业特长和工作领域,打印专家表。
2.3高级查询
多个字段的组合条件查询,查询结果可制作报表。
2.4数据库维护
数据库管理员能够轻松完成数据库的日常维护工作,如添加、删除、查询等。
专家库可用于人事档案管理、查找工程咨询专家、聘请工程项目评审专家、查找稿件评阅人、聘任学位论文审阅人等。
3系统界面及功能模块
3.1主界面
全国工程地质专家库系统主界面如图1所示。界面包括菜单区、查询区、信息管理区和信息显示区。菜单包括记录、查询、管理员和帮助等项。查询区包括单个字段的简单查询和高级查询按钮。信息管理区由基本资料、专业特长、工作领域、备注、全表浏览、打印、退出按钮组成,点选不同的按钮,信息显示区将显示不同的信息。
3.2高级查询界面
点击主界面窗口中查询区的高级查询按钮会弹出高级查询窗口,如图2所示。通过该窗口可生成查询条件、选择结果中要显示的字段、选择排序字段、选择组合查询条件,并执行查询。查询结果由查询结果窗口(图3)显示出来。
3.3查询结果窗口
点击高级查询窗口中的开始查询按钮就可弹出查询结果窗口。查询结果窗口左上部分显示符合查询条件的记录,右上部分是打印全部结果按钮和打印选中结果按钮。下部是选中专家的详细信息,当点选左上部的不同专家,其详细信息会改变。
3.4查询结果报表打印窗口
点击查询结果窗口中的打印全部结果按钮将弹出查询结果报表打印窗口,如图4所示。上部是打印按钮、导出按钮和缩放比例下拉列表框,中间是报表显示区,下部是页码显示和翻页按钮。
3.5选中结果报表打印窗口
点击主界面信息管理区打印按钮和查询结果窗口中的打印选中结果按钮将弹出选中专家资料报表打印窗口,如图5所示。
3.6数据库管理员界面
点击主界面管理员菜单下的管理员登陆菜单项后,弹出管理员登陆对话框(图6),输入帐号和密码后,点击确定按钮进入数据库管理员界面(图7)。
数据库管理员界面由菜单、工具按钮、专家信息编辑区和全表数据浏览和编辑区组成。工具按钮包括移动记录、添加、删除等按钮组成,专家信息编辑区用来编辑专家信息,全表数据浏览、编辑区浏览和编辑数据库记录。
4工程地质专家库系统开发
4.1数据库
(1)信息来源
通过学术会议、信件和网上下载(见/xwdt-040106.htm)等途径分发“全国工程地质专家库专家登记表”,收集反馈回来的原始登记表,录入数据库中。
(2)创建数据库
在MicrosoftOfficeAccess软件中建立专家数据库。数据库中包括的字段有:姓名、性别、出生年月、工作单位、技术职称、工作职务、专家特长、工作领域、通信地址、邮政编码、联系电话、传真和电子邮箱等,基本涵盖了专家的基本信息、特长、工作领域和联系方式。
(3)数据录入
数据录入方式有两种方式:①在Access中录入;②数据维护方式,即在数据库管理员界面中输入数据。
所有专家的信息存储在一个数据表中,每位专家的信息在数据表中表现为一条记录。
4.2系统功能的代码实现
采用MicrosoftVisualBasic6.0作为开发工具,运用其集成开发环境和快速应用程序开发技术,根据软件的功能模块分别创建程序界面和窗口(图1-图7)。开发过程中使用了ADOData控件、DataGrid控件、DataEnviornment设计器、DataReport设计器等。
下面着重叙述高级查询的实现。在高级查询窗口中,用户填写的查询条件包括查询结果中显示的字段、where子句查询条件、字段排序子句,用字符串连接生成SQL查询语句。然后在专家数据表中查找符合查询条件的专家记录并在查询结果窗口中显示给用户。完成高级查询功能的程序片段如下:
PrivateSubcmdQuery_Click()
DimstrKeyAsString
DimstrSQLAsString,strsqlAllAsString
DimstrOrderSQLAsString
DimstrOrderAsString
DimintLenKeyAsInteger
DimiAsInteger,jAsInteger
''''查询结果至少要显示一个字段
IflstKey.SelCount=0Then
MsgBox"查询结果中至少要显示一个字段!",vbMsgBoxSetForeground,"缺少字段"
ExitSub
EndIf
IftxtCondition.Text=vbNullStringThen
MsgBox"请加入查询条件!",vbOKOnly+vbInformation,"提示"
ExitSub
EndIf
''''查询结果中显示的字段
strKey=vbNullString
strkeys=vbNullString
Fori=0TolstKey.ListCount-1
IflstKey.Selected(i)=TrueThen
strKey=strKey&lstKey.List(i)&","
EndIf
strkeys=strkeys&lstKey.List(i)&","
Next
strKey=Mid(strKey,1,Len(strKey)-1)
strkeys=Mid(strkeys,1,Len(strkeys)-1)
''''where子句查询条件
strWhere=vbNullString
IfLen(Trim(strQuerySQL))>0Then
strWhere="where"&Trim(strQuerySQL)
Else
strWhere=vbNullString
EndIf
''''字段排序字句
IflstOrderKey.ListCount>0Then
mstrOrderSQLs=""
intLenKey=0
Forj=0TolstOrderKey.ListCount-1
strOrderSQL=lstOrderKey.List(j)
IfoptOrder(0).Value=TrueThen
intLenKey=InStr(1,strOrderSQL,"(升序)",vbTextCompare)
strOrder="ASC"
Else
intLenKey=InStr(1,strOrderSQL,"(降序)",vbTextCompare)
strOrder="DESC"
EndIf
IfintLenKey>0Then
strOrderSQL=Mid(strOrderSQL,1,intLenKey-1)
IfmstrOrderSQLs<>""Then
mstrOrderSQLs=mstrOrderSQLs&","
EndIf
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摘要: 随着地下空间的不断开发利用,涌现出很多关于地下工程的相关研究。通过分析地下水的布局以及与岩土体的相互作用,来分析地下水渗流-应力耦合的效应影响。
关键词 : 地下水;地下空间利用;岩土体;效应
中图分类号:TU452 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2015)03-0077-02
作者简介:王帅(1984-),男,河南商丘人,硕士研究生,研究方向为岩土工程。
0 引言
随着我国城市化建设的不断发展,基础工程建设的规模和工程难度越来越大,伴随的工程事故时有发生。研究表明,在地下施工过程中,存在地下水渗流场和地应力场耦合作用问题,主要表现在岩土的变形引起岩土渗透性能的改变,导致流体孔隙压力发生改变;流体孔隙压力的改变使得岩土体的应力状态发生变化,同时岩土体的物理力学性质发生改变。大量的地下工程研究和实践表明,在地下岩土体开挖中进行流-固耦合分析是十分必要的。
1 地下工程地下水及与岩土体的相互作用
地下水的存在方式主要有两种,一种为吸附水或称约束水;另一种为重力水。而重力水与岩土体的作用是工程实践中考虑的重中之重。
1.1 对岩土体的力学作用 ①岩土体接触面上静水压力分布。在多孔介质中,渗流对某一接触面上的静水压力,服从流体的静水压力分布,即任一点上的静水压力p为:p=rwh。式中,rw为水的容重;h为计算点的水头。②骨架间渗流作用力。颗粒表面上的力一般可概括为两部分:一是垂直颗粒周界面的水压力;二是与颗粒表面相切的内摩擦角即切力。这两个力的合力fo称为渗流作用力。该力作用在每个颗粒骨架上的大小和方向不同,如果考虑体积为V的土体,则可将其中各颗粒骨架所受的力fo求和后再除以体积V,即可得到单位土体中颗粒骨架所受的渗流作用力:
1.2 地下水对岩土体力学性质的影响 地下水对岩土体强度的影响主要有3个方面:①地下水通过物理的、化学的作用改变岩土体的结构,从而改变岩土体的内聚力C和内摩擦角φ值;②地下水通过空隙静水压力作用,影响岩土体中的有效应力从而降低岩土体的强度;③地下水通过空隙动水压力作用,对岩土体施加一个推力,即在岩土体中产生一个剪应力,从而降低岩土体的抗剪强度。
2 渗流——应力耦合分析基本理论
2.1 渗流场主要方程
2.1.1 平衡方程 根据渗流场中微元体的平衡可推得空隙流体的静力平衡方程即:
3 实例分析
3.1 工程简介 某市地铁5号线和平西桥站~北土城东路站区间隧道在设计里程范围内下穿小月河及樱花西桥。小月河自西向东横穿樱花西桥,河床两侧为浆砌片石挡墙,河床底部为素混凝土基础;隧道走向与小月河的一致,地层从上之下一次为:填土、粉质粘土、粘土夹粉细砂等。由于小月河对地层水的补给作用,此段地层含水饱和,水位埋深为3.2~4.8m。
3.2 桥基响应数值模拟分析
3.2.1 计算模型 为了计算建模方便,计算模型中未考虑降水井模型,而是采用等效的方法来模拟降水效果。
3.2.2 分析结果 ①水位下降10m时,可降至隧道底部,达到设计要求,此时地表最大沉降为21.37mm,桥基最大沉降为19.56mm,地层和桥基的变形基本一致,桥基之间的差异沉降不到2mm,相对控制标准而言,累计沉降?燮40mm,差异沉降?燮10mm,降水期间桥基没有安全隐患。②计算分析表明,在该地层中,每降水位1m,引起的地表和桥基的沉降值约为2mm,实际降水深度变化时,可以根据此进行重新估算,降水所引起的差异沉降很小,可以忽略不计。③通过与实际的监控测量数据比较,分析表明数值模拟方法及模型的建立是合理的,所取得的分析成果为施工决策提供了重要的参考依据和指导。
4 结论
通过实例的验证,我们可以知道,地下水的渗透对隧道施工的重要性。对于地下工程有待于我们继续研究,特别是地下工程的时空效应,地下工程群洞效应的研究,地下工程的耐久性等。只有这样不断的研究才能形成更系统的理论知识,更好地服务于实践。
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第一,实验标本。工程地质实验室现有的工程地质实验用标本主要有主要造岩矿物标本、常见三大类岩石标本和各类地质模型标本。主要造岩矿物标本包括石英、方解石、正长石、斜长石、角闪石、辉石等矿物标本。常见三大类岩石标本包括石英砂岩、页岩、泥岩、鲕状石灰岩、白云岩等沉积岩标本;流纹岩、安山岩、辉长岩、花岗岩、玄武岩等岩浆岩标本;片麻岩、大理岩、千枚岩、蛇纹岩等变质岩标本。各类地质模型标本包括褶皱、断层、岩浆喷发、地球内部圈层结构等模型。第二,实验器材。现有工程地质实验室主要仪器设备包括三联高压固结仪、膨胀仪、液限、塑限联合测定仪、应变控制式直剪仪、孔隙压力仪等仪器;可进行的实验项目包括土的颗粒分析实验、含水率实验、直接剪切实验、膨胀实验、土的密度、土的液限、塑限测定实验等。
2实验教学现状分析
本校工程地质实验教学资源较为丰富,应充分合理地应用,各项实验应合理安排实验时间。对于土木工程专业而言,由于课时量的压缩,需要在有限的课时内完成各项实验是有挑战性的,既要保证完成各项内容,又要尽可能提高学生学习主动性,激发对工程地质课程的学习热情。以三大类岩石的认识与鉴定为例,分析现有实验教学概况。实验室的岩石标本总计约150多种,学生分组进行实验,每组安排6~8人。指导教师首先讲解实验的方法和步骤,以及实验过程中应注意的问题,然后选取部分实验标本做示范,并要求学生做好笔记,最后提出本次实验的要求,实验当堂完成。讲解完,学生即可进行分组实验。指导教师根据学生的提问,或讲解,或示范。总体来看,即使有的教师也做一些启发式的教学安排,但学生的主动探索意愿不强,导致教学效果一般,往往只有少数学生和教师互动。实际上,室内实践具有外扰性小、学生集中的特点,指导教师应充分利用这一特点,提高学生的探索能力和实践动手能力,提高学习效率。
3实验教学方法探讨
实验教学作为课程的重要环节,如何有效提高学生的学习热情以及对专业知识的有效掌握是一个值得我们思考的问题。笔者结合近年来本校区实验教学的现状以及教学经验,从四个方面探讨工程地质实验教学方法。
第一,室内室外相结合。以室内三大类岩石的认识与鉴定为例,传统的教学步骤为:首先教师讲解部分岩石标本,然后学生进行实验,最后总结写实验报告。室内实验标本是统一采购的,既标准又齐全,但同时也让人记不住这么多的标本。为了提高学生的实践应用能力,可适当安排课时量与野外实际看到的岩石进行对比观察。比如可以拿着实验室辉绿玢岩的标本到红门附近与由辉绿玢岩组成的岩体进行对比观察;可拿着实验室闪长岩标本和普照寺的闪长岩岩体进行对比观察。学生看到了实际岩石的样子,既加深了对岩石认识的印象,又提高了学习的热情,同时提高了岩石鉴定实践应用能力。由于在一个地方岩石种类较少,因此,要合理规划实习地点和实习时间,尽可能多地将室内和室外结合起来。
第二,建立地质灾害模拟实验室。像泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害的课程内容讲解一般以文字叙述和实例讲解为主,学生印象不深。而且,外出实习时一般看到的已是结果,看不到过程。有些教师辅以视频讲解,这一点非常好。然而,为了给学生留下更加深刻的印象,建议可建立地质灾害模拟实验室。在实验室里,一是视频演示,各种实例演示,或者已做好的各种模拟视频演示均可;二是实材演示,相对难度较大,可采用各类岩块、沙子以及土类等,模拟泥石流、崩塌等的发生,甚至在设计可让学生也参与操作,则实验效果更好,印象更加深刻,不仅能激发学生探究其发生的机理,还提高了学生学习的热情。
第三,建立开放性实验室。课内实验由于受课时量的限制,不能满足优秀学生的探索需求。这部分学生具有较强的自主探索能力,有较强的专业学习兴趣,作为学科设置的配套,实验室应该给他们提供自主发挥的空间,更加有效地提高他们的创新能力。因此,建议建立开放性实验室。学生可找教师参与指导,也可自行设计实验项目。比如,要研究某地区土的膨胀性,就需做膨胀实验。有些膨胀实验所需时间较长,这种探索既能锻炼学生吃苦耐劳的精神,又能促其认识到实验中时间安排的合理性和重要性。同时,在实验过程中,指导教师可做必要的学术引导,初步培养学生的科技论文写作能力,激发学术探索的热情。
第四,注重实验过程考核方式。现有的实验考核方式一般都是以实验报告为主。由于是分组实验,每组中的报告差别不大,但在每组中总是有学生积极主动地做实验,起到了良好的带头作用。因此,指导教师需要注重实验过程的考核。对那些表现优秀的学生加以鼓励,并做好记录,同时对不认真的学生加以督促,从而促进全班学生的共同进步。注重实验过程的考核方式可有效避免仅靠实验报告作为考核方式的单一性,让所有学生都积极参与其中,以培养良好的学风。第五,其他。为了进一步提高学生学习的积极性,指导教师还应对本部门的新进仪器设备快速熟悉,让它尽早地在教学中发挥作用。例如,本部门为提升教学效果新进了一批实验设备,包括YTZ1矿用本安型地震仪、YCS160矿用本安型瞬变电磁仪等。指导教师应充分利用这些有利资源,让学生实际操作这些仪器,提升他们的实践动手能力。例如,在使用瞬变电磁仪时,学生发现线圈较硬、装线圈的纸箱较软、不易存放,就从线圈的材质以及包装盒的设计等方面提出了多种改进方案。这既锻炼了学生的思维方式,又进一步提升了他们的创新能力,提高了对专业知识获取的积极性。
中图分类号:U231 文献标识码: A
一.前言
随着铁路事业的不断发展,各种各样的铁路病害成为分布广并且治理难的病害,所以要了解铁路路基病害类型和机理,并作有效的检测,帮助提出解决措施,对铁路路基的养护和治理有重要的作用意义,下面将进一步阐述有关内容。
二.铁路路基病害类型及其原因
1.挤出变形
挤出变形具体表现为路肩隆起、侧沟被挤等,是由土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动引起的。
2.翻浆冒泥
翻浆冒泥分为道床性和基床性两种。道床性是由于道床板结,阻塞路基面降水的顺利排出而形成的。基床性是由于基床土质不良,在列车荷载作用下液化成泥浆,由于荷载的反复作用形成抽吸作用,泥浆受挤压向上冒出。其发展过程一般为道心积水阶段、冒砂阶段、局部翻浆冒泥阶段、区段翻浆冒泥阶段。
3.路基下沉
(一)主要特征和一般表现形式
路基下沉是指路基压实质量不足或基底松软,在水和列车荷载作用下产生局部或较大面积的竖向变形。一般在初期运营时,沉降变形会逐渐减小。但当荷载增加或水渗透导致填料含水量增加,会使路基沉降变形加大。路基下沉可分为基床下沉、堤体下沉和基底下沉。
一般不发生翻浆冒泥,雨季下沉较快,旱季下沉较缓,道碴囊越来越深(一般>50cm),有时软卧层较薄,道碴囊较浅时就发展成为挤出。轨道的水平、高低、方向有较频繁,较大的变化,道床石碴因陷入碴囊而逐步减少,每年均须适量补充石碴。路堑处侧沟长年呈湿润状态或有明显的地下水从沟边或沟底渗出。有时有泥浆从轨道一侧的沟边或沟底冒出。
(二)成灾机理
填方处密实度不满足要求,堆填或碾压不够,路基土在自重应力作用下发生欠固结现象。基底地基土存在松软土层,其在列车荷载作用下主固结和次固结时间较长,沉降会持续发展。或是地基处理不当导致的不均匀沉降,引发病害。路基各部分刚度差异,在路基内部内可能造成较大的附加应力,导致路基发生强度破坏。对于刚度较小的路基,也可能产生较大的沉降变形。地下水位的升降,会引起起填料容重、孔压的发生变化,特别是负孔压,会产生较大的附加应力,从而造成路基的附加沉降。另外,水的影响作用会严重影响基床的强度和变形,引发不均匀沉降变形。填料均匀性差,其颗粒组成和工程性质差异,其产生的不均匀沉降变形,亦会导致路基本体局部开裂或沉陷。填方路基过大侧向变形也是导致路基产生差异沉降的一个重要因素。
4.边坡冲刷
指较高大的土质路堑、路堤边坡、岸坡(滨河、河滩、海滩和水库(塘)的路堤边坡)或严蘑风化的软质岩石边坡受到水流的冲蚀、冲刷作用而形成冲沟或冲坑为边坡冲刷。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。
5.路基变坡滑塌
路基变坡滑塌指的是因为黏土质边坡表层受地表水的下渗或者受到地下水的影响,导致表层的土壤含水饱和,而失去了较为稳定的边坡层,造成了浅层变坡的坍塌或者出现溜滑现象。边坡的滑塌造成了路堤溜坍范围不超过轨枕端部,对于路堑地段边坡的路基溜坍,将不会影响到路基基床的稳定性能。
6.陷穴
指路基下及其附近存在洞穴,其坍塌可引起基床和道床突然沉落,轨道悬空,中断行车,甚至造成列车颠覆。陷穴病害分为黄士陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。
7.滑坡
指影响路基稳定的土(岩)体滑动。分为边坡的深层滑动、路基滑移及山体滑坡。
8.冻害
发生在寒冷地区,如路基上为透水性较差的细粒土,当含水量较高或基面积水,在冻结过程中,中水重新分布和聚集形成冰块,又引起不均匀的冻胀现象。
9.水浸路基
指实际浸水超过设计水位的路基,被水浸或淹没,引起一定的沉降或局部坍塌,当路堤缺乏足够的防护和加固设备时,导致路基稳定性受到影响或破坏。
三.铁路路基病害产生的机理
1.病害的发生取决于特定的地质环境
2.病害的发生与相应的气候变化和列车振动荷载息息相关
前者是病害发生的内因。后者是病害发生的外因。对某一具体的线路来讲,其地质条件是客观存在,虽然它也在不断地发生变化,但基本上是一种较为稳定的量,因此,在一定程度上路基病害的发生频率和程度将取决于气象水文条件和列车长期重复振动荷载的影响,路基病害的产生和发展是各项因素综合作用的结果。观测表明,在列车轮轴荷载的重复作用下,路基的渐进破坏主要表现为过大的塑性变形,这种塑性变形累积到一定程度将会使路基填土产生塑性流动,并产生路基病害。
研究表明:产生这些病害(破坏)的原因在很大程度上依赖于路基土在循环荷载作用下的抗剪强度特性,而后者与土的饱和度密切相关。随着饱和度的增大,土的动强度(即经过若干次循环加载后仍处于稳定状态的最大偏应力比)将显著降低。处于轨道下方的路基土因反复受到挤压和固结而产生过大的累积塑性变形,从而形成所谓的道碴坑以及枕木下方的积水坑。尤其是在雨季,基床填土含水量达到饱和状态,动强度显著减小,从而使道床工作性能急剧下降,甚至会导致线路产生严重的不平顺而影响行车安全。
四.铁路路基病害的检测方法
为了有效的整治铁路路基的病害,首先要进行准确到位的病害检测,深入的分析路基病害的原因。按照铁路既有线路的特征,铁路路基的检测不能影响或者少影响列车的形式,因此需要采取的监测手段,要最大程度上实现快速、准确,减少因为病害检测造成的不便可采用轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多种手段对线路进行试验检测,具体步骤和方法如下:
1.在病害多发地段进行开挖横沟,查明路基的几何特征
2.使用探地雷达法以及瞬态面波法
探地雷达法的优点是能够直观反映出道床的几何形态而且表层分辨率高,能够实现路基结构分层的探明;能够探测出路基病害的类型及程度和具置,此法可以用来分析道床、路基各个土层的地质情况;其测量的数据为基床的电性参数,不能给出路基的力学特性。因为高频信号的限制和道砟的散射,瞬态面波法表层状况无法精确地反映出土层的真实状况,探地雷达法很好的弥补了这方面的不足,而瞬态面波法能够随深度的变化准确反映出路基土的力学参数,能够测试到比较深的深度,弥补了探地雷达法不能给出路基的力学特性的不足。对铁路线路路基病害的检测,主要就是检测路基表层和其下路基土的承载能力,综合运用两种检测方法,能够实现很好的检测路基的目的。
3.对铁路路基强度,路基刚度等参数的分析
重型动力触探是进行路基力学性能的探测为主,是按照击数×10cm-1来标线路基各个位置的力学性能的参数指标,击数越高表明路基土质的性能越好,路基的强度也就越,能够从不同深度位置来测试出不同深度下土的力学性能,以更好的进行路基状况的分析。轻型动力触探与重型动力触探原理基本上是相同的,只是重型动力触探以击数×30cm-1来展现铁路路基,每个位置的力学性能指标。针对现有的铁路线路的特征,对现有路基测试要按照原位以及区段测试相结合的测试措施,这样能够实现对既有铁路路基的基本状况,进行一个综合的评价,为铁路路基病害的预防和处理提供实际的资料。
五.结束语
总之,铁路路基病害的类型各种各样,针对不同类型提出不同的检测方法和解决措施很有必要,这样才能彻底有效地解决铁路路基病害,使铁路正常进行运营。
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