隧道穿越淤泥质充填溶洞施工力学行为研究

岩溶隧道施工时，不可避免地会遇到多种介质充填的溶洞。隧道穿越这类型的溶洞时，采用何种施工工法以及施工过程中隧道支护的稳定性已成为设计、施工的一个难点。选取宜万铁路马鹿箐隧道Ⅰ线DK255+925～+976段大型淤泥质充填溶洞为研究对象，采用三维快速拉格朗日法，对隧道开挖与支护过程中的力学行为进行研究，获得隧道在分步开挖、支护情况下围岩位移、初期支护内力及位移等的分布规律，计算分析结果对该隧道设计、施工提供理论支持，可为类似隧道工程借鉴、参考。     

基于弹性地基梁模型的交叠隧道衬砌变形研究

新线隧道近距离穿越既有隧道是城市地铁网开拓中的重点和难点,具有重要研究价值。根据交叠隧道的变形特点,提出了计算既有隧道衬砌变形和内力的理论模型,推导了新线隧道近距离开挖穿越时,既有隧道衬砌变形和内力的相关计算公式,并对既有隧道衬砌拱底变形槽反弯点处的沉降量和最大下沉坡度角的计算结果进行了分析。以青岛市地铁交叠隧道工程为背景,通过一系列数值仿真试验分析了理论公式计算结果的可靠性和合理性。     

拉压弹性常数不同对梁的弯曲强度的影响

岩石类材料(包括混凝土材料)在受拉与受压状态的弹性模量和泊松比是有明显差异的,本文推导了拉压弹性模量不同的矩形截面梁纯弯曲情况下弹性力学的解答.结果表明,不考虑拉压弹性模量的差异会引起较大误差.     

纵向裂缝对隧道钢筋混凝土衬砌结构影响的试验

基于荷载 结构模型,开展了钢筋混凝土衬砌的加载试验.通过分析钢筋混凝土衬砌加载过程中结构的变形和裂缝展开规律,获得了纵向裂缝深度与结构转动刚度的关系曲线,提出了单一裂缝情况下钢筋混凝土衬砌的计算模型.该模型根据连接弹簧单元来模拟衬砌裂缝,弹簧单元的参数根据衬砌结构试验结果和理论分析确定.通过该模型得到的承载安全系数可以评价带裂缝衬砌是否需要进一步加固,对实际隧道工程具有指导意义.     

溶洞对隧道结构变形与受力特征的影响研究——以大方隧道为例

为探究溶洞对隧道结构变形与受力特征的影响,采用数值模拟方法,通过改变溶洞分布位置、尺寸大小以及与隧道结构净距等不同因素,建立了二维有限元模型,分析了溶洞对隧道结构位移与内力的影响。结果表明：溶洞使隧道结构变形与受力发生了改变,伴随溶洞与隧道距离的增大,隧道结构产生的位移逐渐减小,在同一净距下,随溶洞尺寸增大隧道结构位移逐渐增大,与无溶洞工况对比,溶洞使得隧道结构内力发生了重新分布,在靠近溶洞一侧隧道结构变形与内力均较大。当溶洞直径小于0.4倍隧道尺寸时,溶洞对隧道结构变形与内力影响均较弱,当溶洞直径大于0.6倍隧道尺寸,且与隧道净距小于0.3倍隧道尺寸时,溶洞对隧道结构变形与内力影响显著,最后通过对比分析,得出对隧道稳定性最不利的溶洞位置是隧道侧部溶洞。研究成果可为岩溶隧道设计施工提供科学参考和借鉴。     

地基沉降对弹性地基梁的影响

考虑剪切变形的影响,采用Timoshenko梁理论和初参数法分析两端固结、两端简支的弹性地基梁由于地基沉降造成的影响,建立确定悬空长度的超越方程,导出变形和内力的解析解。通过算例分析悬空长度随荷载的变化,比较局部悬空Winkler地基梁在均布荷载作用下挠度、转角、剪力、弯矩的Bemoulli-Euler梁理论结果和Timoshenko梁理论结果,比较地基不同沉降下的变形与内力。研究结果表明：采用Bemoulli-Euler梁理论计算的悬空长度偏大,采用Bemoulli-Euler梁理论计算的局部悬空弹性地基梁的挠度、转角、剪力、弯矩比相应的Timoshenko梁的理论结果大,地基沉降分析中应考虑剪切变形的影响。     

防排水系统对复合式衬砌渗透特性的影响及表征方法

采用修正的初衬渗透系数表征复合式衬砌的渗透特性.建立了复合式衬砌渗流模型,推导了复合式衬砌的渗透系数计算公式,并分别采用模型退化方法和数值法对提出的公式进行了验证.结果表明:当围岩渗透系数为1×10-7～1×10-6 m·s-1时,考虑环向排水管、土工布和防水板的复合式衬砌渗透系数对涌水量和外水压力的影响不容忽视;复合...     

水分迁移引起千枚岩填筑路基回弹模量衰变对路面结构力学特性的影响

为了分析水分迁移对千枚岩填筑路基回弹模量及其对路面结构力学特性的影响规律,基于水分补给条件下千枚岩填料回弹模量测试的试验结果,应用数值建模并分析了一般路基和路侧积水路基千枚岩填料路面结构层的力学特性,及路面结构层水平应力、轴向应力以及最大主应变的变化规律。结果表明:在试件底部补水条件下,各层含水率逐渐增大;随着深度的增加含水率呈现减小趋势;水分迁移引起土基回弹变形量逐渐增大,回弹模量大幅度降低,衰变率为60%;各路面结构层的方向应力及最大主应变随着回弹模量衰减率的改变产生较大变化,表现为边坡发生侧移和路面结构层容易发生不均匀沉降,进而形成纵向裂缝;基层是整个路面结构层的薄弱层,容易在过大拉应力作用下发生开裂,最终反射到面层并导致其出现反射裂缝,严重影响了道路整体的使用寿命。     

侧部溶洞对隧道围岩变形特征影响的数值分析及处治措施

以五里坡隧道岩溶工程地质特征及隧道结构加强措施为例,运用有限元数值分析基本理论,分析了既有侧部溶洞对隧道围岩变形特征的影响,辨识应力集中影响范围,并讨论了既有溶洞洞体形状对溶洞围岩应力状态的影响,同时进行了隧道围岩加固的施工技术探讨。由于岩溶地区工程地质条件的及其复杂性,施工开始前应详细查明地质情况并根据围岩地质条件有针对性地制定相应的施工措施和几套施工应急预案,以便遇到突发事件时能及时投入抢险工作;同时技术人员在施工中做到动态设计和动态施工,可有效地将施工安全风险和隧道结构安全风险降到最低。     

热处理对MEH-PPV薄膜微力学行为的影响

利用纳米压痕技术研究了热处理对聚(2-甲氧基-5-(2’-乙基己基氧)-1-4-苯撑乙烯)(MEH-PPV)薄膜力学性能的影响,结果表明:随着热处理温度的提高,最大压痕深度先减小后增加,弹性模量、硬度随着热处理温度的提高而降低;另外,MEH-PPV薄膜对负载率的敏感性随热处理温度的提高而降低;同时利用高斯网络模型分析了热处理对MEH-PPV薄膜力学性能影响的原因,拓扑缠结对MEH-PPV薄膜力学性能影响是主要的,而凝聚缠结对MEH-PPV薄膜力学性能影响是次要的。     

导流隧洞混凝土衬砌结构有限元分析与研究

根据某水电站引水系统实际情况,采用ANSYS三维非线性有限元法,建立其引水系统中南导流隧洞的三维有限元模型,并对其钢筋混凝土衬砌结构进行分析,验证了衬砌方案和支护参数的合理性,提供衬砌配筋计算结果,并论证了现有衬砌和支护方案合理性,补充和完善加固处理措施.结果表明,南导流隧洞各段衬砌在计算工况下,水平位移最大值为0.256 mm,方向指向隧洞内部;垂直向最大位移为8.443 mm,方向向下;最大第一主应力为拉应力,其值为1.150 MPa;衬砌最大第三主应力为压应力,其值为-1.190 MPa,由于衬砌C25混凝土的抗压强度为11.9 MPa,故衬砌结构安全.但在侧墙与顶拱、侧墙与底板交界处应力值较大,应当采取适当措施加大结构的强度.     

喀斯特山区环保型公路隧道方案设计与力学分析

本文基于环境保护前提条件下,重点对公路隧道洞口段进行新型结构的开发研究,提出了4种方案,同时进行了力学分析和综合比选,得出了方案D为最优方案,但是对其受力特征、主体结构参数以及合理的施工方法还需要进一步专题研究.     

火灾时隧道衬砌结构内温度场分布规律试验

借助火灾试验,对衬砌结构内温度场随时间的变化规律、温度场沿厚度的分布规律以及不同边界条件对温度场的影响进行了研究.试验中,衬砌结构混凝土等级为C50,升温曲线采用HC曲线,升温及恒温持续时间约60min.试验结果表明衬砌结构内各点的升温曲线在100～115℃附近会出现一个明显的恒温平台,且距受火面越远,温度平台出现的时间越晚,持续的时间越长,这反映了混凝土内水分的蒸发吸热过程.在试验升温、恒温及降温全过程中,衬砌结构内温度场沿厚度方向的分布满足指数衰减规律.同时,相对裸露于大气中的结构,由于周围岩土体的吸热,衬砌结构中各点的温度要偏低,且越靠近边界,偏低量越大.     

基于图像结构信息的隧道衬砌裂缝实时快速识别

裂缝是隧道衬砌最常见的病害之一,裂缝检测是后期隧道养护的前提。在图像采集过程中对隧道衬砌裂缝进行实时快速识别,对提高隧道病害检测效率具有重要的意义。针对传统的裂缝图像识别方法存在运行速度慢、效率低等缺点,提出基于图像结构信息的隧道衬砌裂缝实时快速识别方法。首先,将图像结构信息用图像像素的灰度均值、标准差和结构元素掩码表示;其次,采用不同方向的结构元素掩码对采集的当前图像进行卷积运算,并计算当前图像与样本图像之间的亮度信息和对比度信息;最后,计算图像结构信息因子,实时快速识别出衬砌裂缝,并通过接受者操作特征(receiver operating characteristics, ROC)曲线估计最优参数和最佳阈值。现场实验结果表明,算法的识别时间远小于图像的采集和存储时间,识别速度快且准确性高,可显著提高隧道衬砌病害的检测效率,具有一定的工程应用价值。     

陡倾层状岩体隧道衬砌承载力特性分析

采用ANSYS分析软件,分析层状岩体中不同厚度衬砌隧道结构受力,得出采用合适的衬砌厚度对实际工程有重要意义的结论.     

大坪山隧址区地质构造对岩溶发育规律的影响

在野外地质调查的基础上,运用自然历史分析法和统计学对隧址区的地质构造和岩溶发育特征进行了研究。研究表明地质构造对隧址区岩溶发育的影响主要表现为:1推覆构造演化过程中,地层经历的抬升和稳定使得区内岩溶发育呈现多期性,垂直、水平溶蚀形态交替分布;2区内地质构造通过控制岩溶水的循环通道,从而控制区内岩溶发育的方向和规模;3区内大型岩溶形态发育的向深性和方向性受断层控制,同时发育规模也由节理裂隙密度决定;4褶皱核部及转折部位多形成张拉裂隙,岩溶发育强烈,翼部径流作用有利于岩溶发育。     

衬砌冷缝对隧洞结构稳定性的影响研究

应用大型有限元分析软件ANSYS,对某导流洞工程中存在施工冷缝的典型洞段采用面-面接触单元模拟冷缝受力特性,研究了冷缝不同初始缝隙值对隧洞结构稳定的影响.研究结果表明:衬砌冷缝初始缝隙值的大小对隧洞围岩塑性区深度和锚杆应力的影响甚小;在运行期内水压力作用下,冷缝呈张开趋势,冷缝初始缝隙值大小对衬砌钢筋应力影响较小;在封堵期外水压力作用下,冷缝呈闭合趋势,且过缝处钢筋应力随冷缝初始缝隙值的增加而增大,并有可能造成钢筋局部受压屈服破坏.由此可见,冷缝存在对隧洞衬砌结构的外压稳定更为不利.     

火灾高温下隧道衬砌管片力学性能试验

为了获得隧道衬砌管片在火灾高温时的力学性能与响应,对钢筋混凝土及钢纤维混凝土两种管片开展了不同温度-荷载工况下的火灾试验研究.试验中升温曲线采用碳氢(HC)曲线.试验结果表明,在火灾高温作用下,衬砌管片的内力状态发生显著变化,相当于经历了加卸载作用,加重了损伤.初始预加荷载显著影响衬砌管片高温后承载力的大小,初始预加荷载越大,高温后的承载力越小,且钢筋混凝土管片高温后的承载力要大于钢纤维混凝土管片.对于钢筋混凝土管片,最高温度显著影响管片高温承载力的大小,最高温度越高,高温承载力越小;而对于钢纤维混凝土管片,最高温度的影响相对较小.     

盾构隧道管片结构承载能力评估方法研究

承载性能是盾构隧道管片衬砌结构重要的力学特性之一,其准确评估是保障结构受力安全的关键,然而目前尚无成熟的评价方法。首先基于管片衬砌结构中管片和管片接头的受力及变形特征,建立了基于管片承载力和管片接头承载力的管片衬砌结构承载性能评估方法,提出了管片衬砌结构承载性能评估指标,然后分别开展了单环和组合环管片衬砌结构破坏加载原型试验对所提出的方法进行检验,最后结合现场实测对实际工程中管片衬砌结构的承载状态进行了定量评估和分析。研究结果表明：单环结构破坏试验中,管片接头破坏现象更为明显,其先于管片达到抗弯承载力极限值,组合环结构破坏试验中,管片破坏现象更为明显,其先于管片接头达到抗弯承载力极限值;单环和组合环管片结构试验中,结构破坏与理论计算方法中管片或接头达到承载力极限的荷载一致,表明所提出的结构承载状态评估方法是合理的;所选取监测断面管片结构中管片和接头的承载安全系数分别为4.27和4.86,可见其承载状态良好。该研究方法和结论可为类似盾构隧道管片结构承载安全评估提供重要支撑。