Terima kasih kerana melawat nature.com.Anda menggunakan versi penyemak imbas dengan sokongan terhad untuk CSS.Untuk mendapatkan pengalaman terbaik, kami mengesyorkan anda menggunakan penyemak imbas yang lebih terkini (atau matikan mod keserasian dalam Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami memaparkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.

Karusel dengan tiga slaid ditunjukkan pada satu masa.Gunakan butang Sebelum dan Seterusnya untuk menavigasi tiga slaid pada satu masa, atau butang titik slaid pada penghujung untuk melompat tiga slaid pada satu masa. Rivet Buta Aluminium

Jifeng Lian & Jiujiang Wu

Weidong Hu, Xinnian Zhu, … Chucai Peng

Gang Wei, Binglai Guo, … Xinquan Wang

Huafeng Shan, Jie Yang, … Shaoheng He

Yongsheng Wang, Baohong Lv, … Xiaobin Zhang

Laping He, Xuwei Chen, … Zhao Long

Biao Hu, Quanmei Gong, … Wenjun Chen

Juyu Jiang, Ye Lu, … Xinping Han

Yongtao Zhang, Yuqing Liu, … Benliang Yang

Laporan Saintifik jilid 12, Nombor artikel: 11281 (2022 ) Petik artikel ini

Digabungkan dengan ciri ubah bentuk struktur penahan fleksibel, kaedah pengiraan anjakan mendatar bagi cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai dicadangkan.Berdasarkan kaedah tenaga potensi minimum, penyelesaian analitikal anjakan mendatar cerun di bawah berat sendiri dan beban tambahan diperolehi, dan pengaruh parameter tanah dan parameter struktur sokongan terhadap anjakan dianalisis.Kaedah pengiraan yang dicadangkan digunakan untuk kejuruteraan praktikal dan dibandingkan dengan simulasi berangka, yang menunjukkan bahawa kaedah itu munasabah dan boleh dipercayai.Kaedah tenaga keupayaan minimum adalah jelas dalam konsep dan mudah dalam menyelesaikan anjakan mendatar cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai.Kaedah pengiraan yang dicadangkan dalam kertas ini boleh digunakan pada reka bentuk pengoptimuman struktur cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai, dan seterusnya memperkayakan teori pengiraan anjakan cerun yang disokong oleh struktur penahan fleksibel.

Dengan kepesatan pembinaan urbanisasi, percanggahan antara permintaan besar-besaran untuk tanah pembinaan dan kekurangan sumber tanah menjadi semakin ketara, yang membawa kepada kemunculan projek tebus guna tanah berskala besar dengan memotong gunung dan mengisi longkang.Lebih daripada 700 bukit telah diratakan di Lanzhou, Provinsi Gansu, China, dan tanah yang meratakan adalah kira-kira 25 km2.Shiyan, Wilayah Hubei, China telah menjalankan projek pemotongan gunung dan tebus guna tanah seluas 150,000 mu.Daerah Baru Yan' an, Wilayah Shaanxi, China telah memulakan projek pengisian loes terbesar di dunia.Ia dirancang untuk memotong gunung dan mengisi parit dalam kira-kira 90 km2 dalam tempoh sepuluh tahun1,2.Pada masa yang sama, bilangan projek pembinaan lapangan terbang di kawasan berbukit dan selokan semakin meningkat, dan rekod ketinggian isian tinggi sentiasa diperbaharui.Dalam projek tebus guna tanah berskala besar memotong gunung dan mengisi parit dan projek pembinaan lapangan terbang di kawasan permatang loess, sejumlah besar mod pembinaan menggunakan isian untuk membentuk tanah kejuruteraan telah muncul3,4.Kebanyakan asas asal cerun isian adalah asas cerun, ada di antaranya yang cacat dan rosak5,6.Kawasan loes selalunya dicirikan oleh rupa bumi yang pecah dan jurang.Dengan pembinaan secara beransur-ansur berkembang ke tempat yang lebih tinggi dan kawasan pergunungan, disebabkan oleh keadaan muka bumi yang terhad, boleh diramalkan bahawa cerun isian yang tinggi akan muncul dalam kuantiti yang banyak dalam projek pembinaan masa depan di kawasan loess, dan adalah penting untuk mengkaji ciri-ciri ubah bentuknya. dan mekanisme kegagalan.

Memandangkan cerun isian yang tinggi dengan pengisi yang berbeza dan teknologi pengisian yang berbeza, sesetengah sarjana telah melakukan banyak kerja dalam kaedah reka bentuk, kaedah pengisian dan penyelidikan kestabilan cerun, dan memperoleh hasil penyelidikan yang berguna7,8.Untuk cerun isian di kawasan loess, loess terisi adalah kedua-dua medium penyelesaian dan beban lapisan asas, yang terdedah kepada penyelesaian penyatuan dan penyelesaian runtuh di bawah tindakan beban berat sendiri dan beban tambahan pada bahagian atas9,10 ,11.Oleh kerana teori reka bentuk cerun isian tinggi tidak matang, cerun isian tinggi mudah mempunyai anjakan mendatar dan menegak yang besar di bahagian atas cerun dan kegagalan ricih di kaki cerun dalam proses operasi kemudian.Dalam kes yang teruk, cerun akan meluncur terus atau runtuh, yang akan menjejaskan keselamatan nyawa dan harta benda7,8,12.Bagi mengelakkan berlakunya kemalangan kejuruteraan, selain mengawal kualiti pengisian, peneguhan penahan juga perlu dilakukan untuk cerun isian.Penambat prategasan bingkai ialah struktur penahan yang fleksibel dengan sokongan aktif.Kerana beratnya yang ringan dan kesan tetulang yang baik, ia digunakan secara meluas dalam reka bentuk sokongan cerun dan tetulang.Dengan menggunakan prategasan tertentu, tetulang awal cerun boleh direalisasikan, dan gelongsor dan ubah bentuk cerun boleh dikekang dan dikawal dengan berkesan13,14.Walaupun terdapat banyak hasil penyelidikan dalam kawalan anjakan dan kaedah ramalan penyelesaian pengisian2,4,6, ciri-ciri ubah bentuk anjakan dan mekanisme kegagalan cerun isi loess tidak difahami sepenuhnya, dan kaedah pengiraan anjakan cerun isi loess disokong oleh bingkai sauh prategasan masih perlu dikaji lebih lanjut.

Dalam makalah ini, cerun isi loes yang disokong oleh penambat prategasan bingkai diambil sebagai objek kajian.Memandangkan ciri-ciri ubah bentuk struktur penahan fleksibel, model pengiraan anjakan cerun diwujudkan dengan menganalisis daya yang bertindak ke atas struktur sokongan dan mempertimbangkan pengaruh pelbagai komponen sokongan terhadap ubah bentuk cerun.Penyelesaian analitikal anjakan mendatar cerun diperolehi berdasarkan kaedah tenaga potensi minimum, dan pengaruh parameter tanah dan parameter struktur sokongan ke atas anjakan cerun dianalisis.Akhir sekali, kaedah ini disahkan oleh aplikasi kejuruteraan praktikal dan simulasi berangka.Kaedah yang dicadangkan dalam kertas ini boleh mengoptimumkan reka bentuk struktur cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai, dan seterusnya memperkayakan teori pengiraan anjakan cerun yang disokong oleh struktur penahan fleksibel.

Pada masa ini, struktur penambat prategasan bingkai telah digunakan secara meluas dalam kejuruteraan cerun dan kejuruteraan lubang asas.Dalam kejuruteraan pengisian, struktur penahan fleksibel rangka penambat prategasan juga telah memainkan peranan yang besar.Dalam kejuruteraan lubang asas, dengan mengambil kira kesan ruang, anjakan dan ubah bentuk struktur sokongan rangka penambat prategasan diandaikan sebagai masalah kilasan terkekang, menurut teori kestabilan elastik, sesetengah sarjana telah memberikan persamaan lengkung ubah bentuk penahan. dinding rangka sauh prategasan15,16:

di mana, y ialah anjakan mendatar dinding penahan pada z dari kaki lubang asas.x ialah jarak dari sudut lubang asas.z ialah ketinggian yang dikira.L ialah panjang lubang asas yang dikira, \(s\) ialah sesaran mendatar maksimum di tengah-tengah panjang yang dikira.H ialah ketinggian lubang asas.

Walau bagaimanapun, dalam kejuruteraan cerun, masalah kesan ruang jarang dipertimbangkan.Ia dianggap bahawa ubah bentuk cerun boleh dianggap sebagai masalah terikan satah.Untuk memudahkan pengiraan, diandaikan bahawa ubah bentuk rasuk dan tiang bingkai mematuhi andaian keratan satah, dan ubah bentuk bingkai (rasuk dan tiang) terutamanya ubah bentuk lentur.Menurut penyelidikan yang berkaitan17, boleh diandaikan bahawa rasuk bingkai dan lajur bingkai boleh diuraikan menjadi unit rasuk berterusan bebas tanpa mengambil kira ubah bentuk kilasan rasuk.Oleh kerana lajur bingkai adalah komponen tegasan utama, rasuk bingkai hanya memainkan peranan penyelarasan ruang, jadi hanya perlu mempertimbangkan ubah bentuk lenturan lajur bingkai dan mengabaikan ubah bentuk lenturan rasuk bingkai.

Berdasarkan ini, model pengiraan anjakan mendatar cerun isi loes yang disokong oleh struktur sokongan fleksibel penambat prategasan bingkai, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, diwujudkan.Menurut hasil penyelidikan Zhou dan Zhu18, asas cerucuk pendek dengan panjang 3-5 m secara amnya ditetapkan di bahagian bawah struktur sokongan rangka sauh prategasan, dan fungsinya terutamanya untuk meningkatkan rintangan tujahan mendatar.Memandangkan tekanan tanah pasif tanah di bawah dasar cerun, adalah dianggap bahawa anjakan mendatar struktur sokongan di dasar cerun adalah lebih kurang 0. Dengan mengandaikan bahawa anjakan maksimum cerun berlaku berhampiran bahagian atas cerun.Untuk kemudahan pengiraan, anjakan maksimum dinding penahan di bahagian atas cerun ialah s.Berdasarkan Persamaan.(1), persamaan lengkung ubah bentuk dinding penahan dipermudahkan seperti berikut:

di mana, y ialah anjakan mendatar dinding penahan pada z dari kaki cerun isian.z ialah ketinggian yang dikira.H ialah ketinggian cerun isian.Iaitu, dalam kejuruteraan cerun, ubah bentuk struktur hanya dianalisis dalam satah tanpa mengambil kira kesan panjang yang dikira L.

Badan isian cerun isi loess menghasilkan anjakan sisi mendatar di bawah tindakan beban tambahan atas dan berat sendiri tanah, dan menghasilkan ubah bentuk langkah lipatan sedikit pada permukaan gelinciran (Rajah 1).Penambat prategasan mempunyai ubah bentuk tegangan dan ricih, dan lajur bingkai mempunyai ubah bentuk lentur.Secara keseluruhannya, daya yang ditanggung oleh struktur penyokong terutamanya terdiri daripada tekanan bumi aktif di belakang cerun, graviti diri, dan prategasan penambat, antaranya berat diri struktur penahan mempunyai sedikit pengaruh terhadap ubah bentuk cerun dan boleh diabaikan.Oleh itu, jumlah tenaga potensi sistem cerun isian yang disokong oleh sauh prategasan rangka termasuk tenaga terikan lentur tiang rangka, tenaga terikan tegangan sauh prategasan, tenaga terikan ricih sauh prategasan, tenaga potensi luaran tegangan sauh dan luaran. tenaga potensi tekanan bumi aktif.

Sebagai ahli pemindahan beban, sauh memancarkan daya tarik keluar menyokong sendiri tanah, dan memberikan daya tarik keluar melalui kesan penambat tanah.Menurut penyelidikan Zhou19, dengan mengandaikan bahawa tiada kehilangan prategasan, daya tegangan penambat ialah:

dengan \(T_{j1}\) ialah rintangan penarik yang disediakan oleh penambat ke-j (rintangan penarikan yang disediakan oleh kesan penambat tanah).\(T__{j2}\) ialah rintangan penarikan yang disediakan oleh tindakan sokongan diri tanah.Ungkapan itu ialah:

Dalam formula: \(\eta\) ialah pekali geseran, nilai boleh didapati dalam literatur20.\(D\) ialah diameter bahagian berlabuh.\(l_{fj}\) dan \(l_{j}\) ialah panjang bahagian bebas dan jumlah panjang baris ke-j penambat, masing-masing.\(\gamma\) ialah berat unit.\(q_{0}\) ialah beban tambahan di atas tanah.\(h_{aj}\) ialah ketebalan lapisan tanah bertindih pada titik pengiraan bahagian berlabuh.

Berdasarkan model pengiraan tekanan bumi bagi dinding penahan dengan sauh yang disyorkan oleh "Kod teknikal untuk membina kejuruteraan cerun" (GB50330-2013)21, taburan tekanan sisi struktur penahan fleksibel jangkar berbilang lapisan diwujudkan dengan mengambil kira faktor-faktor seperti sebagai bilangan lapisan penahan, anjakan dinding penahan dan kekukuhan struktur penahan.Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, untuk cerun tanah:

dengan \(e_{hk}\) dan \(E_{hk}\) ialah nilai piawai komponen mendatar dan daya paduan mendatar bagi tekanan bumi sisi, masing-masing.

Menggunakan teorem tekanan bumi Coulomb untuk mengira \(E_{hk}\) , sudut geseran dalaman \(\varphi\) dan kohesi \(c\) dinyatakan dengan sudut geseran dalaman yang setara \(\varphi_{D}\) .Pekali tekanan bumi Coulomb \(K_{{\text{a}}}\) ialah:

dengan \(\beta\) ialah kecondongan belakang dinding, \(\theta\) ialah kecondongan permukaan gelinciran.\(\delta\) ialah sudut geseran luar antara tanah dan dinding penahan.

Jumlah tekanan bumi aktif \(P_{a}\) ialah:

Komponen mendatar tekanan bumi aktif boleh dinyatakan sebagai:

Prinsip tenaga keupayaan minimum ialah kes khas prinsip tenaga keupayaan malar dalam julat keanjalan linear.Untuk masalah umum, "keadaan keseimbangan" anjakan sebenar menjadikan tenaga potensi sistem struktur mengambil nilai pegun, iaitu, variasi tertib pertama menjadi sifar, dan keadaan keseimbangan yang stabil menjadikan tenaga potensi struktur mengambil nilai minimum iaitu apabila tenaga keupayaan sesuatu sistem adalah minimum, sistem akan berada dalam keadaan seimbang dan stabil16.Seperti yang dinyatakan sebelum ini, jumlah tenaga potensi \(\prod\) sistem cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai boleh dibahagikan kepada tenaga terikan lentur tiang rangka \(U_{1}\) , tenaga terikan tegangan prategasan. sauh \(U_{2}\) , tenaga terikan ricih sauh prategasan \(U_{3}\) , tenaga potensi luar tegangan sauh \(U_{4}\) dan tenaga potensi luar bumi aktif tekanan \(U__{5}\) .Mereka diperkenalkan seperti berikut:

Tenaga terikan lentur tiang bingkai.

dengan \(E_{kz} I_{kz}\) ialah kekukuhan lenturan lajur.\(I_{kz}\) ialah momen inersia: \(I_{kz} { = }ab^{3} /12\) , \(a\) dan \(b\) ialah lebar dan tinggi bahagian bagi lajur bingkai, masing-masing.

Tenaga terikan tegangan penambat prategasan.

dengan \(n\) ialah bilangan baris penambat.\(k_{Mj}\) ialah kekakuan penambat: \(k_{Mj} = E_{a} A/l_{fj}\) , \(A\) dan \(E_{a}\) ialah luas keratan rentas dan modulus elastik penambat, masing-masing.\(\Delta_{j}\) ialah ubah bentuk awal baris ke-j penambat prategasan: \(\Delta_{j} = p/k_{Mj}\) , \(p\) ialah prategasan yang digunakan.

Tenaga terikan ricih penambat prategasan.

Di bawah tindakan pemberat diri dan beban tambahan pada bahagian atas, badan pengisi cerun isi loess akan menghasilkan anjakan relatif pada permukaan gelinciran yang berpotensi, dan penambat prategasan tertakluk kepada tindakan ricih (tidak mengambil kira tindakan kilasan rod penambat ).Mengikut keseimbangan mekanikal19, daya sokongan yang berserenjang dengan arah paksi penambat prategasan boleh dinyatakan sebagai:

di mana \(h_{fj}\) menunjukkan ketebalan lapisan tanah atas penambat pada permukaan gelinciran.

dengan \(G\) ialah modulus ricih rod penambat: \(G = E_{a} /[2(1 + \mu_{a} )]\) , \(\mu_{a}\) dan \ (E_{a}\) ialah nisbah Poisson dan modulus keanjalan penambat, masing-masing.\(l_{s}\) ialah panjang bahagian bebas penambat selepas ubah bentuk:

Tenaga potensi luaran tegangan sauh.

Tenaga potensi luaran tekanan bumi aktif.

Berdasarkan analisis di atas, jumlah tenaga potensi \(\prod\) sistem cerun loess isian yang disokong oleh penambat prategasan rangka ialah:

Mengikut kaedah tenaga keupayaan minimum16: \(\frac{\partial \prod }{{\partial s}} = 0\) , kita boleh mendapatkan:

Anjakan mendatar cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai pada sebarang ketinggian yang dikira boleh diperolehi dengan formula (2) dan formula (19).

Cerun isian dengan ketinggian 12 m dan kecerunan 80 darjah disokong oleh penambat prategasan bingkai.Parameter tanah ditunjukkan dalam Jadual 1. Skim sokongan ditunjukkan dalam Rajah 3. Parameter reka bentuk khusus ditunjukkan dalam Jadual 2, saiz bahagian lajur ialah 300 mm × 300 mm.Beban di bahagian atas cerun ialah 20 kPa, bilangan baris sauh \(n = 5\) , dan sudut sauh ialah 10 darjah.Parameter pengiraan diberikan dalam Jadual 322,23.

Hasil reka bentuk sokongan cerun.

Untuk mengesahkan rasional kaedah yang dicadangkan dalam kertas ini, model berangka "Contoh Kejuruteraan" telah ditubuhkan oleh perisian elemen terhingga 3D PLAXIS (Rajah 4).Struktur sokongan dalam model menggunakan model anjal linear, bingkai (rasuk + lajur) disimulasikan oleh unsur rasuk, plat penahan disimulasikan oleh elemen plat, dan bahagian bebas sauh disimulasikan oleh unsur penambat titik ke titik, elemen cerucuk tertanam digunakan untuk mensimulasikan cerucuk penahan dan segmen penambat24,25.Parameter struktur sokongan ditunjukkan dalam Jadual 4. Sempadan sekeliling model ialah sempadan tetap biasa, kekangan lengkap di bahagian bawah dan sempadan bebas di bahagian atas26.Tanah dimodelkan oleh model rayapan penyatuan SSC2, dan parameter tanah diperolehi mengikut "Contoh Kejuruteraan" dan formula empirikal yang berkaitan27, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 5. Medan tegasan awal model dipertimbangkan mengikut tegasan berat sendiri bagi asas, jenis pengiraan ialah "proses K0", dan jenis pemuatan ialah "pembinaan berperingkat".Selepas itu, jenis pengiraan ialah "consolidation".

Model berangka unsur terhingga: (a) Penubuhan model (b) Pembahagian jaringan.

Rajah 5 dan 6 menunjukkan nefogram anjakan bagi cerun isi loess tanpa sokongan dan dengan sokongan, masing-masing.Kita dapat melihat bahawa penempatan menegak tanah di bawah tindakan pemberat diri mendorong tanah untuk bergerak ke permukaan bebas cerun.Selepas sokongan, anjakan dikekang dengan ketara.

Nefogram ubah bentuk cerun tidak disokong.

Nefogram ubah bentuk cerun yang disokong: (a) Ubah bentuk cerun (b) Ubah bentuk permukaan cerun.

Menurut nephogram ubah bentuk, cerun yang tidak disokong menunjukkan ubah bentuk gelongsor integral, dan anjakan maksimum berlaku pada bahu cerun, dengan nilai 68 mm (Rajah 6a).Walau bagaimanapun, anjakan cerun selepas sokongan telah bertambah baik.Di bawah kekangan struktur sokongan, anjakan maksimum di bahagian atas cerun berlaku pada jarak tertentu dari bahu cerun.Ia boleh dilihat daripada Rajah 6b bahawa undang-undang taburan bagi anjakan mendatar permukaan cerun adalah lebih besar di bahagian atas dan lebih kecil di bahagian bawah, iaitu sama dengan trend taburan kaedah pengiraan anjakan mendatar yang dicadangkan dalam ini. kertas.Anjakan dari atas ke bawah cerun berkurangan secara berperingkat, dan anjakan mendatar maksimum ialah 9.18 mm, yang terletak di bahu cerun.

Keputusan pengiraan kaedah yang dibentangkan dalam kertas ini dibandingkan dengan simulasi berangka, seperti ditunjukkan dalam Jadual 6. Berbanding dengan keputusan pengiraan kaedah yang dicadangkan dalam kertas ini, didapati keputusan simulasi berangka adalah lebih kecil, ini mungkin berkaitan dengan perbezaan antara tekanan bumi sebenar dan terpilih untuk pengiraan, menghasilkan perbezaan tertentu dalam keputusan, tetapi aliran agihan anjakan adalah konsisten pada keseluruhannya, yang menunjukkan bahawa kaedah pengiraan dalam kertas ini boleh dipercayai.

Memandangkan pengaruh proses pembinaan cerun lubang asas, satu kaedah untuk mengira anjakan mendatar permukaan cerun rangka prategasan jangkar struktur sokongan fleksibel dibentangkan dalam rujukan28, model pengiraan tekanan bumi dipilih sebagai trapezoid, dan segmen bebas penambat diandaikan sebagai musim bunga.Struktur penahan fleksibel rangka dengan rod anchor prategasan dipermudahkan sebagai rasuk berterusan dengan berengsel bawah dan bahagian atas disokong oleh sauh pada ketinggian sokongan yang berbeza, jumlah anjakan cerun memandangkan superposisi penggalian teragih dikira mengikut gambarajah skematik yang ditunjukkan dalam Rajah 7a.

Perbandingan pengiraan teori bagi anjakan mendatar28 (a) Model pengiraan;(b) Keluk anjakan.

Kaedah yang dicadangkan dalam kertas ini dibandingkan dengan kaedah yang dibentangkan dalam rujukan28, yang ditunjukkan dalam Rajah 7b.Di mana H/j ialah nisbah ketinggian titik yang dikira kepada ketinggian cerun, taburan anjakan mendatar yang diperolehi melalui kaedah ini adalah serupa dengan yang dikira dalam rujukan28: anjakan atas lebih besar, anjakan bawah lebih kecil.Dalam nilai berangka, anjakan mendatar yang dikira dengan kaedah tenaga potensi minimum adalah lebih besar sedikit daripada yang dikira dengan mengambil kira proses pembinaan.Pada keseluruhannya, keputusan yang dikira dalam kertas ini adalah sesuai dengan yang dirujuk28.

Keputusan eksperimen dalam rujukan18 digunakan untuk mengesahkan algoritma dalam bahagian ini.Untuk memahami secara mendalam prestasi kerja struktur sokongan fleksibel penambat prategasan bingkai, terutamanya fungsi kawalan anjakan struktur sokongan fleksibel, Zhou dan Zhu (2010) mereka bentuk dan menyelesaikan ujian model cerun loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai. (Gamb. 8a), dan menganalisis undang-undang taburan bagi anjakan mendatar cerun.

Anjakan mendatar cerun yang disokong oleh penambat prategasan rangka18 (a) Ujian dalaman;(b) Keluk anjakan.

Mengikut keputusan ujian, lengkung taburan anjakan mendatar sepanjang arah ketinggian diperolehi seperti ditunjukkan dalam Rajah 8b, di mana h/H ialah nisbah ketinggian titik pengukur kepada ketinggian cerun, dan negatif anjakan ialah anjakan yang menghala ke permukaan bebas.Rajah 8b juga menunjukkan lengkung taburan keputusan yang dikira dalam kertas ini.Perlu dijelaskan bahawa, memandangkan ujian adalah kajian asas, ujian model dijalankan untuk masalah geoteknik dan dihadkan oleh keadaan ujian, model ujian tidak direka bentuk dengan ketat mengikut kaedah persamaan, dan persamaan geometri bagi model itu dipertimbangkan terutamanya.Oleh itu, keputusan ujian hanya boleh dianalisis secara kualitatif, dan tidak boleh secara kuantitatif menyatakan ubah bentuk sebenar cerun asal.Keputusan ujian menunjukkan bahawa anjakan cerun adalah tidak linear, dan anjakan bahagian tengah dan atas struktur sokongan adalah lebih besar dan meningkat secara beransur-ansur di sepanjang ketinggian cerun.Taburan anjakan adalah konsisten dengan keputusan dalam kertas ini, yang mengesahkan kesahihan andaian model ubah bentuk fleksibel dalam kertas ini.

Secara ringkasnya, kaedah pengiraan anjakan mendatar cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan rangka berdasarkan kaedah tenaga yang dicadangkan dalam kertas ini adalah munasabah.

Bahagian ini menganalisis terutamanya pengaruh parameter tanah dan parameter struktur sokongan ke atas anjakan mendatar cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai.Parameter tanah termasuk berat unit, sudut geseran dalaman dan kohesi.Parameter struktur sokongan termasuk prategasan, diameter penambat dan kecondongan penambat.

(1) Pengaruh parameter tanah terhadap anjakan mendatar.

Sudut geseran dalaman, kohesi dan berat unit tanah adalah parameter penting untuk reka bentuk struktur disokong bingkai dengan penambat prategasan.Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9a–c, anjakan cerun meningkat secara beransur-ansur dengan pertambahan berat unit tanah, tetapi kadar peningkatan berkurangan secara beransur-ansur.Dengan penurunan sudut geseran dalaman, anjakan dan kadar pertumbuhan cerun meningkat.Dengan peningkatan kohesi, anjakan cerun berkurangan secara beransur-ansur.Dalam pengiraan, sudut geseran dalaman, kohesi dan berat unit tanah adalah berkaitan dengan sudut geseran dalaman yang setara, yang mempengaruhi tekanan bumi aktif tanah di belakang cerun, jadi ia mempunyai pengaruh yang besar pada anjakan mendatar.Ini juga menunjukkan bahawa bagi cerun isian, pemilihan pengisi mempunyai kesan yang besar terhadap anjakan cerun.Dalam projek pengisian sebenar, bahan pengisian biasanya diambil secara tempatan, dan kekompakan dan kandungan lembapan tanah pengisian harus dikawal untuk meminimumkan ubah bentuk penyelesaian penyatuan kemudian badan pengisian.

Pengaruh perubahan parameter ke atas anjakan mendatar: (a) Berat unit.(b) Sudut geseran dalam.(c) Kesepaduan.(d) Prategasan sauh.(e) Diameter penambat.(f) Sudut kecondongan penambat.

(2) Pengaruh parameter struktur sokongan pada anjakan mendatar.

Parameter reka bentuk struktur sokongan mempunyai kesan yang ketara ke atas anjakan cerun.Menukar prategasan penambat, dapat dilihat dari Rajah 9d bahawa anjakan maksimum puncak cerun ialah 9.7 mm tanpa prategasan (p = 0 kN).Apabila prategasan digunakan pada 100 kN, anjakan maksimum puncak cerun ialah 6.34 mm, dan anjakan dikurangkan sebanyak 35%.Ini menunjukkan bahawa penggunaan prategasan dapat mengawal anjakan cerun dengan berkesan.Struktur sokongan penambat prategasan bingkai tergolong dalam struktur sokongan fleksibel aktif.Tanpa prategasan, struktur sokongan tidak memasuki keadaan sokongan aktif, iaitu sokongan pasif tradisional.Selepas memuatkan prategasan, keadaan sokongan berubah.Dengan peningkatan prategasan, anjakan cerun berkurangan secara beransur-ansur.Dalam pembinaan kejuruteraan, nilai gunaan prategasan hendaklah dipilih secara munasabah dalam julat reka bentuk yang dibenarkan, untuk merealisasikan kawalan lanjutan ubah bentuk cerun.

Menukar diameter penambat, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9e, semakin besar diameter penambat, semakin kecil anjakan cerun.Mengikut formula pengiraan, ubah bentuk awal sauh berkurangan dengan peningkatan diameter sauh.Kekakuan tegangan penambat meningkat dan daya penarikan meningkat, yang memberikan kekangan yang berkesan untuk anjakan cerun.

Menukar sudut penambat, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9f, anjakan bertambah dengan pertambahan sudut sudut.Mengikut mekanisme sauh, semakin besar sudut sauh, semakin kecil daya tegangan dalam arah mendatar sauh, dan semakin kecil kekangan pada anjakan mendatar, mengakibatkan peningkatan beransur-ansur anjakan. .

Kaedah pengiraan anjakan mendatar cerun mempertimbangkan ciri-ciri ubah bentuk struktur penahan fleksibel dikemukakan, dan kesimpulan berikut diperoleh melalui pengiraan dan analisis.

Kaedah pengiraan anjakan cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai dikemukakan, dan penyelesaian analitikal anjakan mendatar cerun diperoleh, dan rasionalnya disahkan oleh aplikasi kejuruteraan praktikal dan simulasi berangka.

Kaedah tenaga potensi minimum digabungkan dengan ciri-ciri struktur penahan fleksibel untuk menyelesaikan anjakan mendatar cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan rangka adalah jelas dalam konsep dan kaedah penyelesaian yang mudah, yang boleh digunakan untuk pengoptimuman skim kawalan anjakan fleksibel. cerun isian mengekalkan.

Mengikut keputusan analisis parameter, parameter pengisian mempunyai pengaruh yang besar pada anjakan mendatar, jadi kualiti pengisian harus dikawal dalam amalan.Di samping itu, pra-tegasan penambat boleh mengawal anjakan mendatar cerun dengan luar biasa.Lebih besar prategasan, lebih kecil anjakan cerun.Oleh itu, prategasan harus dipilih secara munasabah dalam reka bentuk struktur sokongan.

Kaedah pengiraan yang dicadangkan dalam kertas ini boleh digunakan pada reka bentuk pengoptimuman struktur cerun isi loess yang disokong oleh penambat prategasan bingkai, dan seterusnya memperkayakan teori pengiraan anjakan cerun yang disokong oleh struktur penahan fleksibel.

Xie, X., Qi, S., Zhao, F. & Wang, D. Tingkah laku rayapan dan evolusi mikrostruktur tanah seperti loes dari kawasan xi'an, China.En.Geol.236, 43–59.https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.11.003 (2018).

Zhu, C. & Li, N. Kedudukan faktor pengaruh dan teknologi kawalan untuk penyelesaian pasca pembinaan tambak berisi tinggi loess—ScienceDirect.Pengiraan.Geoteknologi.https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2019.103320 (2019).

Zhao, Z., Zhu, Y. & Ye, S. Kajian tentang ubah bentuk penyelesaian asas isian tinggi di kawasan loes ketebalan yang besar.Arab.J. Geosci.14, 1173. https://doi.org/10.1007/s12517-021-07569-3 (2021).

Carey, JM, Cosgrove, B., Norton, K., Massey, CI & Lyndsell, B. Mekanisme permulaan aliran-gelongsor serpihan di cerun isian, wellington, New Zealand.Tanah runtuh 6, 1–12.https://doi.org/10.1007/s10346-021-01624-6 (2021).

Wang, C., Wang, B., Guo, P. & Zhou, S. Analisis eksperimen tentang pengawalan penempatan tambak bertulang cerucuk-rakit yang disokong geogrid dalam kereta api berkelajuan tinggi.Acta Geotech.10(2), 231–242.https://doi.org/10.1080/10298436.2014.943130 (2015).

Wang, J., Xu, Y., Ma, Y., Qiao, S. & Feng, K. Kajian tentang ubah bentuk dan mod kegagalan pengisian cerun dalam kejuruteraan pengisian loess: Kajian kes di lapangan terbang gunung loess.Tanah runtuh https://doi.org/10.1007/s10346-018-1046-5 (2018).

Huang, A. & Ye, S. Kepekaan faktor kestabilan cerun isian tinggi di bawah keadaan seismik.Mech Tanah.Dijumpai.En.57(5), 356–363.https://doi.org/10.1007/s11204-020-09678-9 (2020).

Ye, S. & Huang, A. Analisis sensitiviti faktor yang mempengaruhi kestabilan cerun berbilang peringkat potong dan isi berdasarkan model insiden kelabu yang dipertingkatkan.Mech Tanah.Dijumpai.En.57(1), 8–17.https://doi.org/10.1007/s11204-020-09631-w (2020).

Muething, N., Zhao, C., Hoelter, R. & Schanz, T. Ramalan penyelesaian untuk tambak di atas tanah liat lembut.Pengiraan.Geoteknologi.93, 87–103.https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2017.06.002 (2018).

Wang, L., Shao, S. & She, F. Kaedah baharu untuk menilai kebolehruntuhan loess dan penggunaannya.En.Geol.264, 105376. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.105376 (2020).

Goh, ATC et al.Kajian berangka tentang kesan pengambilan air bawah tanah ke atas penempatan tanah untuk penggalian dalam tanah sisa.Acta Geotech.15, 1259–1272.https://doi.org/10.1007/s11440-019-00843-5 (2020).

Huang, Q., Xu, X., Kulatilake, P. & Lin, F. Mekanisme pembentukan hujan mencetuskan tanah runtuh yang kompleks di barat daya china.J. Mt. Sci.17(5), 1128–1142.https://doi.org/10.1007/s11629-019-5736-9 (2020).

Ye, S. & Zhao, Z. Anjakan cerun yang dibenarkan disokong oleh struktur rangka dengan sauh di bawah gempa bumi.Int.J. Geomech.20(10), 04020188. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001831 (2020).

Ye, S. & Zhao, Z. Tindak balas seismik penambat pra-tegasan dengan struktur rangka.Matematik.Masalah Eng.https://doi.org/10.1155/2020/9029045 (2020).

Xu, X., Chen, S. & Xu, H. Analisis ubah bentuk spatial struktur penahan cerucuk askar julur dalam lubang asas dalam.Mech Tanah Batu.27(2), 184–188 (2006) (dalam bahasa Cina).

Stephen P. Timoshenko.Teori Kestabilan Elastik[M].SYARIKAT BUKU YMcGRAW-HILL BARU, Inc (1961).

Dong, J., Zhu, Y., Zhou, Y. & Ma, W. Model pengiraan dinamik dan tindak balas seismik untuk struktur sokongan bingkai dengan penambat prategasan.Sci.China Technol.Sci.53(7), 1957–1966.https://doi.org/10.1007/s11431-010-3241-z (2010).

Artikel ADS MATH Google Scholar

Zhou, Y. & Zhu, Y. Analisis teori dan kajian ujian model cerun anjakan mendatar struktur sokongan fleksibel gril dengan penambat prategasan.Dagu.J. Rock Mech.En.29(2), 3820–3829 (2010) (dalam bahasa Cina).

Zhou, Y. & Zhu, Y. Penyelidikan tentang daya anti-tarik sauh sistem sokongan fleksibel dengan sauh prategasan.Mech Tanah Batu.33(2), 415–421 (2012) (dalam bahasa Cina).

Chen, Z. & Cui, J. Aplikasi Paku Tanah dalam Kejuruteraan Lubang Asas (China Construction Industry Press, 2000).

Kod teknikal untuk kejuruteraan cerun bangunan (GB50330-2013)

Ye, S., Zhao, Z. & Zhu, Y. Ujian model meja goncang berskala besar bagi cerun loes yang disokong oleh penambat bingkai.Mech Tanah Batu.40(11), 4240–4248 (2019) (dalam bahasa Cina).

Ye, S., Fang, G. & Ma, X. Analisis kebolehpercayaan struktur sokongan cerun fleksibel gril dengan penambat mengambil kira selang peralihan kabur dan rawak kabur parameter tanah.Arab.J. Sains.En.44(10), 8849–8857.https://doi.org/10.1007/s13369-019-03912-9 (2019).

Zhang, W., Wu, C., Li, Y., Wang, L. & Samui, P. Penilaian kebolehgerakan cerucuk menggunakan regresi hutan rawak dan splin regresi adaptif multivariate.Georisk.https://doi.org/10.1080/17499518.2019.1674340 (2019).

Zhang, W., Li, Y., Goh, ATC & Zhang, R. Kajian berangka prestasi cerucuk grout jet untuk penggalian berikat dalam tanah liat lembut.Pengiraan.Geoteknologi.124, 103631. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2020.103631 (2020).

Zhang, R., Zhang, W. & Goh, ATC Penyiasatan berangka bagi tindak balas cerucuk yang disebabkan oleh penggalian pendakap bersebelahan dalam tanah liat lembut.Int.J. Geotech.En.https://doi.org/10.1080/19386362.2018.1515810 (2018).

Zhou, Y., Wu, H., Zhu, C. & Li, N. Analisis sensitiviti faktor pengaruh penyelesaian pasca pembinaan pada tambak loess isian tinggi.J. Xi'an Univ.Technol.34(1), 92–98 (2018) (dalam bahasa Cina).

Zhou, Y. & Zhu, Y. Faktor-faktor yang mempengaruhi anjakan mendatar dinding menghadap struktur sokongan fleksibel gril dengan penambat prategasan.Dagu.J. Geotech.En.33(3), 470–476 (2011) (dalam bahasa Cina).

Penulis yang sepadan ingin memberi pengiktirafan kepada Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China (Geran no. 51978321).Sokongan kewangan didahului dengan ucapan terima kasih.

Kerja ini disokong oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China (Geran no. 51978321).

Pusat Pengajian Kejuruteraan Awam, Universiti Teknologi Lanzhou, Lanzhou, 730050, China

Zhuangfu Zhao, Yanpeng Zhu & Shuaihua Ye

Makmal Utama Tebatan Bencana dalam Kejuruteraan Awam Wilayah Gansu, Universiti Teknologi Lanzhou, Lanzhou, China

Zhuangfu Zhao, Yanpeng Zhu & Shuaihua Ye

Anda juga boleh mencari pengarang ini dalam PubMed Google Scholar

Anda juga boleh mencari pengarang ini dalam PubMed Google Scholar

Anda juga boleh mencari pengarang ini dalam PubMed Google Scholar

ZZ dan YZ mencadangkan idea dan mereka bentuk kajian.ZZ mensimulasikan model berangka, menganalisis keputusan, menulis artikel secara keseluruhan dan menyemak semula artikel.SY menyelia kerja berkenaan aspek geoteknikal dan geomekanikalnya.

Pengarang mengisytiharkan tiada kepentingan bersaing.

Springer Nature kekal berkecuali berkenaan dengan tuntutan bidang kuasa dalam peta yang diterbitkan dan gabungan institusi.

Akses Terbuka Artikel ini dilesenkan di bawah Lesen Antarabangsa Creative Commons Attribution 4.0, yang membenarkan penggunaan, perkongsian, penyesuaian, pengedaran dan pengeluaran semula dalam sebarang medium atau format, selagi anda memberikan kredit yang sewajarnya kepada pengarang asal dan sumbernya, berikan pautan kepada lesen Creative Commons, dan nyatakan jika perubahan telah dibuat.Imej atau bahan pihak ketiga lain dalam artikel ini disertakan dalam lesen Creative Commons artikel itu, melainkan dinyatakan sebaliknya dalam garis kredit kepada bahan tersebut.Jika bahan tidak disertakan dalam lesen Creative Commons artikel dan penggunaan anda yang dimaksudkan tidak dibenarkan oleh peraturan berkanun atau melebihi penggunaan yang dibenarkan, anda perlu mendapatkan kebenaran terus daripada pemegang hak cipta.Untuk melihat salinan lesen ini, lawati http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Zhao, Z., Zhu, Y. & Ye, S. Pengiraan anjakan mendatar cerun isi loes yang disokong oleh penambat prategasan bingkai berdasarkan kaedah tenaga potensi minimum.Sci Rep 12, 11281 (2022).https://doi.org/10.1038/s41598-022-15473-3

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15473-3

Sesiapa sahaja yang anda kongsikan pautan berikut akan dapat membaca kandungan ini:

Maaf, pautan boleh kongsi tidak tersedia untuk artikel ini pada masa ini.

Disediakan oleh inisiatif perkongsian kandungan Springer Nature SharedIt

Dengan menyerahkan ulasan anda bersetuju untuk mematuhi Syarat dan Garis Panduan Komuniti kami.Jika anda mendapati sesuatu yang kesat atau yang tidak mematuhi terma atau garis panduan kami, sila tandakan ia sebagai tidak sesuai.

Laporan Saintifik (Sci Rep) ISSN 2045-2322 (dalam talian)

Bolt Dan Nat 2 Inci Daftar untuk surat berita Taklimat Alam — perkara yang penting dalam sains, percuma ke peti masuk anda setiap hari.