土压平衡盾构螺旋输送机渣土运移及参数影响

为了更切实际的研究土压平衡盾构中螺旋输送机在稳定开挖面、排渣等方面的作用，在已有螺旋输送机渣土输送理论模型的基础上，考虑了螺旋输送机实际倾角及内部渣土体的重力，以及螺旋输送机中土体螺旋输送的实际工况，建立理论力学模型。通过土压平衡原理推导出螺旋输送机的土流量及土压梯度公式，并分析了它们与各参数之间的变化规律。除了考虑基本的机械参数和渣土性质参数外，还分析了不同性质土体对出渣效率的影响以及土流角对土流量和土压梯度的影响规律：土流量增长速率随着土流角增加呈先减小后增大的非线性趋势；土压梯度随着土流角增加呈三角函数式增长。为实际工程中合理设计、选型、评价土压平衡盾构螺旋输送机提供一定的理论基础和工程借鉴。     

盾构机下穿桩基施工对单桩承载力影响的数值研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发,利用内嵌FISH语言编程,对盾构隧道动态施工过程中上部基桩承载力的影响进行数值仿真模拟,模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。从桩侧摩阻力、桩端阻力等方面对盾构开挖过程中上部桩基承载力进行分析,以及土仓压力变化对承载力影响。研究结果表明：随着隧道开挖,桩侧摩阻力、桩端阻力发生复杂变化,桩底部出现负摩擦力,桩端轴力为拉力,对基桩竖向极限承载力有一定的影响;并且开挖面距桩轴线不同位置,土仓压力对基桩竖向极限承载力影响不同。     

考虑刀盘影响的饱和土盾构对地层干扰分析

为深入研究盾构施工过程中饱和土所受扰动问题,在已有研究的基础上,使用Biot固结方程变换求解得出的土体初始位移解和超孔隙水压力解,经坐标变换,推导了包括面板式刀盘与辐条式刀盘在内的,刀盘正面摩擦力和刀盘侧面摩擦力引起饱和土体竖向变形与孔隙水压力值解析式,对引起土体变形各因素进行模拟,并给出了盾构施工引起饱和土竖向总变形与总超静孔隙水压力的表达式。结合工程算例进行计算模拟,切口附加推力、盾壳摩擦力、土体损失的沉降曲线在垂直于盾构推进方向上对称分布,最大值集中在盾构轴线正上方。盾构刀盘正面与侧面摩擦力对地表盾构轴线两侧产生非对称变形,在盾构轴线正上方的地表处刀盘因素对地表变形基本无影响。两类刀盘对地表变形影响区别不大,辐条式刀盘在刀盘所处断面处引起隧道周围孔隙水压力的响应较为明显,沿盾构方向衰减也较快。     

轴向受压螺旋杆的平衡稳定性

在Kirchhoff动力学比拟基础上讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性问题．弹性杆的平衡状态由Euler角描述的弹性杆平衡方程的特解确定．从Lyapunov或Euler的不同稳定性概念出发,对弹性杆的平衡稳定性的判断可得出不同的结果．根据一次近似扰动方程判断,弹性杆的螺旋线状态和圆环状态恒满足Lyapunov稳定性条件．但螺旋杆在轴向压力到达临界值时,圆环杆在扭转数到达临界值时将产生屈曲而丧失Euler稳定性．导出临界载荷和临界扭转数的计算公式．螺旋杆的临界载荷取决于螺旋线的高度和螺旋角：螺旋角趋近于π／2时螺旋杆转化为带扭率的直杆,其临界载荷的极限值与压杆的Euler载荷一致．文中对两类不同稳定性概念的区别和联系作出解释．     

基于水平弹簧刚度折减的反压土计算方法

为促进反压土台支护技术的广泛应用,针对现行刚度折减计算方法的局限性,基于力学平衡原理,提出了基坑内开挖影响距离的计算方法。在此基础上,对反压土的水平弹簧刚度进行折减,并通过弹性地基梁法求解反压土支护问题。通过工程实例的计算与分析,验证了基于水平弹簧刚度折减方法的可靠性和适用性。结果表明:①基坑开挖影响距离不仅与基坑悬臂深度有关,还与坑内开挖深度、土的物理力学性质也密切相关;②当反压土台宽度为1～2倍土台高度时,土层弹簧刚度与土台截面面积近似呈正相关关系;③当土层均一且土性良好时,基坑开挖影响距离按经验取值3～5倍基坑悬臂深度是适用的。当地层含有厚层软土时,经验取值计算结果最大误差可达57%,现行刚度折减方法不再适用。     

模拟盾构掘进过程中的刀盘受力研究

为了探索盾构掘进机刀盘的掘进机理和刀具受力特点,依据实际土压平衡盾构机的基本结构,按比例缩小设计了模拟盾构刀盘掘进实验装置,并在不变刀具外形的前提下,研制了刀具与传感一体化的刀具传感器.该装置既可测量刀盘轴向推力、扭矩也可测量刀具切削阻力.实验证明了所研制的刀具传感器的有效性,具有挖掘和监测挖掘时的切削阻力双重功能,且解决了切刀中多个力耦合问题,能够分别测量切刀的切削力和轴向阻力.实验结果显示刀具的切削阻力和轴向阻力随所在位置半径增大而增大,且两者基本成线性关系.     

大埋深粘土三轴高压卸载变形与强度特征

以取自山东巨野矿区埋深近 4 30～ 6 0 0m的深部粘土样为例 ,分析测试了土的常规物理力学性质参数。考虑该埋深土的天然应力水平及其在煤矿建井开挖中的卸载应力变化 ,在三轴伺服仪上 ,进行三向等压分别达 11MPa、12MPa、14MPa下的卸除围压、保持轴压的三轴高压卸载试验 ,分析了深部粘土三轴高压卸载变形和强度特点 ,得到了相关力学参数。成果丰富了土的高压卸载力学性研究 ,并为巨野矿区煤矿立井建设提供了工程地质基础参数     

基于虚功原理的悬索桥隧道式锚碇边坡稳定性分析

本文基于虚功原理,结合工程地质勘察资料,在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载作用,研究坝陵河大桥西岸隧道式锚碇边坡的整体稳定性。本文的力学分析模型采用多个块体破坏机构的分析方法,假定块体的底面和侧面均达到了极限平衡状态,安全系数可通过功能平衡的虚功原理表达式来求解。功能平衡方程中仅有安全系数一个未知数,条块底部和界面上的法向压力和切向摩擦力并不出现,求解大为简化。     

带式输送机压陷阻力理论研究

为了减小带式输送机的压陷阻力,基于粘弹性材料在动载荷下的能耗理论,覆盖层采用三元件固体模型,对输送机压陷阻力的能耗机理进行了理论研究,推导出输送带通过托辊时的压陷阻力及压陷阻力系数理论公式.并结合具体输送机技术参数、利用公式和Matlab软件对各种影响因素进行了分析和探讨,结果表明公式能够正确反映各种因素对压陷阻力系数的影响.输送带的粘弹性特性是造成输送机压陷阻力的主要因素,可以通过选配合适的输送带橡胶材料获得合适的输送带粘弹性参数,并结合调整输送带和输送机的结构参数达到降低输送机压陷阻力的目的.     

从刚体力学引出结构稳定性的几个基本概念

在材料力学、结构力学等课程的教学中,由于弹性力学理论本身过于复杂,压杆或结构的稳定性主要概念难以全面引入.本文通过刚体力学模型和能量法,引入了临界力、平衡路径分叉、非线性后屈曲平衡路径稳定性、临界点稳定性、缺陷结构稳定性等重要概念,由于模型简单导致了所有概念都可解析讨论,力学概念清晰,易于理解,供相关人员参考.     

从深基坑护壁桩桩身弯矩分析桩侧土压力

根据某高层建筑深基坑护壁桩从实测钢筋应力求得的桩身变矩,用数值分析的方法,对桩侧土压力的分布和大小进行了反分析,所得结果与经典土压力理论有显差别,中用土拱的概念对桩侧土压力的分布进行了解释,并给出了桩侧土压力建议图式。     

DEM investigation on conveying of non-spherical particles in a screw conveyor

Screw conveyors are extensively used in modern industry such as metallurgy, architecture and pharmaceutical due to their high-efficiency in the transportation of granular materials. And substantial efforts have been devoted to the study of the screw conveyors. Numerical method is an effective way to study screw conveyor. However, previous studies have mainly focused in the regime of spherical particles while the in-depth investigations for non-spherical particles that should be the most encountered in practical applications are still limited. In view of the above situations, discrete element method (DEM), which has been widely accepted in simulating the discrete systems, is utilized to investigate the conveying process of non-spherical particles in a horizontal screw conveyor, with particles being modeled by super-ellipsoids. In addition, a wear model called SIEM (Shear Impact Energy Model) is incorporated into DEM to predict the wear of screw conveyor. The DEM simulation results demonstrate that the particle shape is influential for the flow behaviors of particles and the wear of conveyor. The conveying performance evaluated quantitatively of both mass flow rate and power consumption is subsequently obtained to investigate the effect of sphericity of particle with different operation parameters. Moreover, particle collision frequency and collision energy consumption are acquired to investigate the possible particle breakage between particles and screw blade. The comparisons between particle–particle collision and particle–wall collision reveal that particles with large shape index have more possibility to be damaged in particle–wall impingement.     

Application of a screw conveyor with axial tilt blades on a shearer drum and investigation of conveying performance based on DEM

Screw conveyors are widely employed in industrial fields for conveying bulk materials. The shearer drum which uses the screw conveying principle is responsible for excavation and conveying coal particles onto the chain conveyor. Screw conveyor performance is affected by potential factors, such as the blade axial tilt angle and style, core shaft form and diameter. The effect of blade axial tilt angle on the conveying performance was investigated with the help of DEM. In the case of the screw conveyor, the mass flow rate, and particle axial velocity increased with increasing positive axial tilt angle, and declined with increasing negative axial tilt angle. In the case of the drum, the mass flow rate, particle axial velocity, and loading rate first increased and then decreased with increasing positive axial tilt angle, and decreased with increasing negative axial tilt angle. These results can be considered as a benchmark for screw conveyor and drum structural designs with axial tilt screw blades.     

幂律型浆液扩散压力环向分布模型

为研究幂律型浆液注浆时注浆压力的变化情况,考虑盾尾断面新注入浆液与已注入浆液间阻碍作用,假设壁后注浆时盾尾形成三维环形空隙,提出了幂律型浆液扩散压力环向分布模型,并利用流体力学理论推导了幂律型浆液扩散压力环向分布式,分析了公式适用范围以及各参数的实际意义。与实际工程数据对比,验证了模型和计算式的正确性。结果表明,计算式可以反映注浆时环向分布各个位置压力值的大小;当公式中稠度系数n=1时,该式即为牛顿流体计算式,环向压力扩散模型同样适用,且幂律型流体环向扩散压力小于牛顿流体;受浆液自重影响,注浆孔注浆时向上表现为减压,向下表现为加压;压力环向分布断面呈现出上窄下宽的不规则环形;同一注浆孔幂律型浆液水灰比越大,浆液扩散压力越小。     

IMPROVEMENT OF THE METHOD OF DETERMINING THE HEIGHT OF ACTION POINT OF COULOMB ACTIVE EARTH PRESSURE

库伦主动土压力作用点位置高度确定为墙高的1/3 处，分析表明这一结论及其推求过程不尽合理.为解决此问题，针对墙后滑动土楔体的受力情况，根据三力汇交原理，考虑墙背土压力的分布与土楔体对其下稳定土体的压力分布的相关关系，采取几何推导方法，得出了主动土压力作用点位置高度表达式；进一步分析了作用点高度对影响因素的敏感性，结果表明其敏感性从大至小的排序为：墙背倾角、内摩擦角、外摩擦角、填土坡角.     

Distribution of active earth pressure of retaining wall with wall movement of rotation about top

Based on the Coulomb‘s theory that the earth pressure against the back of a retaining wall is due to the thrust exerted by the sliding wedge of soil from the back of the wall to a plane which passes through the bottom edge of the wall and has an inclination equal to the angle of O, the theoretical answers to the unit earth pressure, the resultant earth pressure and the point of application of the resultant earth pressure on a retaining wall were obtained for the wall movement mode of rotation about top. The comparisons were made among the formula presented here, the formula for the wall movement mode of translation, the Coulomb‘ s formula and some experimental observations. It is demonstrated that the magnitudes of the resultant earth pressures for the wall movement mode of rotation about top is equal to that determined by the formula for the wall movement mode of translation and the Coulomb‘s theory. But the distribution of the earth pressure and the points of application of the resultant earth pressures have significant difference.     

??????????????????????

将有限元方法引入到塑性极限分析中,采用刚体有限元离散挡土墙后土体计算区域, 同时构造运动许可速度场,在满足屈服条件、流动法则、虚功方程以及相应的边界条件的基 础上,建立约束方程,引入数学规划方法求解挡土墙在不同变位模式下极限土压力分布. 算 例说明了该方法的正确性和有效性.     

DESIGN OF LATERAL SOIL PRESSURE MODEL TEST SCHEME FOR ADJACENT COMPOSITE FOUNDATION1)

为了研究刚性桩复合地基对邻近支护结构侧土压力的影响,在室内模型试验方案设计前,通过有限元软件建立了邻近天然地基与复合地基模型进行数值模拟研究,对不同地基形式下静止挡墙侧土压力分布规律进行预估。两组数值模拟结果对比表明：复合地基土压力分布规律不同于天然地基,当复合地基褥垫层下方桩间土应力与天然地基土应力相同时,天然地基对挡墙相同位置处的墙侧土压力的附加作用效果要明显大于复合地基,但在"载荷传递效应"作用下,复合地基对挡墙侧向土压力的影响随着加载量的增加,逐步向更深处土体传递;与天然地基相比,复合地基对挡墙侧向土压力的影响在浅部土层相对较弱,但在深部土层中较强,并且在桩端应力集中对挡墙底部侧向土压力影响尤为显著。