强震区隧道明洞结构抗震设计研究

本文探讨了强震区域采用大偏压高填土明洞方式来减少落石对洞顶的冲击作用和堆积作用可行性,并采用有限元程序模拟大偏压高填土隧道明洞结构的受力,分析了冲击荷载作用下明洞结构承载情况,提出了明洞抗震设计重点。     

强震区隧道明洞结构抗震设计

本文探讨了强震区域采用大偏压、高填土明洞方式来减少落石对洞顶的冲击作用和堆积作用的可行性,并采用有限元程序模拟大偏压、高填土隧道明洞结构的受力,分析了冲击荷载作用下明洞结构承载情况,提出了明洞抗震设计重点。     

隧道明洞洞顶合理填土高度研究

为分析明洞洞顶合理填土高度，采用结构分析软件ANSYS建立荷载一结构模型，对不同填土高度下明洞衬砌结构变形、受力和安全性进行计算分析，给出了结构安全系数，得出了明洞衬砌结构的洞顶合理填土高度。     

基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计

受线形、地形地貌等因素的影响,山区公路的傍山路段不可避免地要形成高边坡或偏压隧道,为减小地质灾害,最大限度地保护自然生态环境,棚洞结构是一个很好的选择。与普通明洞结构不同,棚洞结构受力比较复杂,不仅承受回填偏压荷载,还要不同程度地受人工边坡的影响。为深入研究边坡对棚洞结构的影响,提出了采用基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计,应用有限元软件动态模拟了棚洞施工的全过程,重点分析了不同应力释放率（0～50%）的荷载作用于棚洞时的结构内力及变形特征。     

复合式连拱隧道曲中墙施工力学行为时空演化规律

为解决连拱隧道开挖过程中曲中墙安全承载问题，依托浙江省某在建复合式曲中墙连拱隧道，采用数值计算及现场监测手段对施工阶段曲中墙力学演化规律及偏压机制进行分析，并从设计、施工层面分别就曲中墙厚度及主洞施工步距对曲中墙应力及偏压影响规律进行研究。研究结果表明： 1）连拱隧道主洞上台阶开挖对曲中墙应力分布影响显著，此阶段应力增量约占应力终值的50%，曲中墙以承受竖向应力为主，横断面最小截面为受力最不利位置。2）连拱隧道非对称开挖造成曲中墙承受偏压荷载，导致曲中墙发生向先行洞一侧偏转，偏转现象在先行洞开挖过渡至后行洞开挖阶段尤为显著。3）曲中墙厚度对其应力分布、偏转效应影响显著，曲中墙厚度的减小降低了结构承载能力； 当曲中墙厚度为1.3 m时，曲中墙墙身应力急剧增大，曲中墙可能发生压溃失稳。4）主洞施工步距对曲中墙应力分布影响较大，但不改变曲中墙应力终值； 随着主洞施工步距增大，曲中墙偏压弯矩越大，偏转效应持续时间越长。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...     

传感型土工格栅加筋含轮胎片体填料挡墙性能模型试验

风化料-废旧轮胎片体（TDA）混合形成的轻质土具有重度小、透水性强等优点，可用于台背回填，能显著降低工后沉降。然而TDA在土中的质量比对加筋土挡土墙性能的影响尚不清楚。为此，针对以风化料和TDA混合料填筑挡土墙的性能开展了一系列比例为1：5的缩尺模型试验，研究风化料中的TDA质量比（20%、30%和40%）和条形荷载位置对挡土墙极限承载力和变形的影响。模型中的加筋材料为自主研发的传感型土工格栅（SEGG），SEGG兼具加固和变形自检测功能，可以通过测试其电阻变化的方法实现对筋材应变的分布式测量。试验结果表明：加筋土挡墙的极限承载力在条形荷载距离侧墙0.4H（H为侧墙高度）时达到最大，同时极限承载力随着TDA质量比增加而减小；破坏时侧墙变形随TDA质量比增加而显著增加，同时侧墙形状随条形荷载的位置不同而不同；通过试验观察可知，滑裂面通过了每层SEGG的最大应变区域；随着条形基础与墙面距离的增加，滑裂面向更深处发展；当条形荷载距离侧墙0.8H时，挡墙破坏模式接近平面基础剪切破坏模式；当TDA质量比达到40%时，TDA与风化料出现离析现象。对比发现，20% TDA质量比更适用于加筋土挡土墙工程；当条形荷载距离侧墙为0.4H时，极限承载力达到最大；锚固楔体法适用于加筋土挡墙滑裂面；SEGG应变的测量结果与滑裂面的试验观察结果吻合较好，同时也证明，TDA质量比和条形基础的位置均对挡墙破坏时的滑裂面有影响。     

坑道超挖回填材料对衬砌受力和变形影响分析

坑道施工中,超挖回填材料性能对衬砌的受力分布有较大影响。基于FLAC 3D有限差分数值计算软件,模拟坑道开挖施工,通过改变回填层的弹性模量和厚度,分析了不同回填介质对衬砌结构弯矩和位移的影响,并比较了不同围岩级别对衬砌结构的弯矩影响。计算结果表明： 1）拱顶、侧墙和底板的最大弯矩随弹性模量的增大而减小,弯矩开始降幅较大,但最终趋于平缓;拱顶、侧墙和底板的最大弯矩随回填层厚度的增大而增大,几乎成线性增加。2）拱顶和底板的最大位移随弹性模量的增大而增大,侧墙反之;拱顶和侧墙的最大位移随回填层厚度的增大而增大,底板则基本保持不变。     

基于颗粒流的高填黄土明洞加筋减载数值模拟分析

为研究高填黄土明洞加筋减载的荷载传递规律，采用颗粒流软件模拟高填黄土明洞加筋减载，通过分析洞顶竖向应力、颗粒竖向位移、颗粒间的接触力、格栅的竖向变形和孔隙率等细观参数的变化，从微观角度揭示土工格栅加筋减载明洞减载规律，并进一步研究土工格栅刚度和层数对洞顶减载效果的影响。结果表明： 1）土工格栅的竖向变形和颗粒竖向位移变化形式基本保持一致，格栅的变形依赖于洞顶内外土柱的沉降差； 2）在格栅所能承受的最大变形范围内，内外土柱负的沉降差越大，格栅的拉膜效应越显著，减载效果越好； 3）格栅的刚度和层数对其减载效果均有一定的影响，应根据实际填土高度和填土性质选择适宜刚度和层数的格栅进行减载。     

深埋隧道拉裂-滑移式片帮力学机理研究

针对深埋隧道开挖引起的侧墙片帮问题,以深埋隧道侧墙拉裂-滑移式片帮为研究对象,根据摩尔-库伦准则和片帮体极限平衡方程,建立了片帮体在支承压力、自重应力及剪切面上滑移力共同作用下的受力模型,推导了片帮岩体的前缘高度、水平坍塌宽度、后缘张拉裂隙深度及其上下限值的理论公式。分析了岩体重度、黏聚力和内摩擦角对隧道侧墙前缘高度、水平坍塌宽度及后缘张拉裂隙深度的影响。结果表明,隧道侧墙发生拉裂-滑移式片帮时的水平坍塌宽度与侧墙岩体黏聚力和内摩擦角成负相关关系,与岩体重度和侧墙高度成正相关关系;而片帮体后缘张拉裂隙深度却与侧墙岩体黏聚力和内摩擦角成正相关关系,与岩体重度和侧墙高度成负相关关系。当岩体重度和侧墙高度一定时,可通过增加岩体的黏聚力和内摩擦角来控制侧墙的拉裂-滑移式片帮。侧墙单斜面剪切破坏是拉裂-滑移片帮的一种极限情况,当侧墙岩体的力学指标满足一定条件时,侧墙岩体由拉裂-滑移发展为单斜面剪切片帮。在此基础上分析了某隧道区间侧墙片帮岩体的前缘高度、水平坍塌宽度及后缘张拉裂隙深度等关键参数,为深埋隧道侧墙岩体片帮的有效控制提供了可以参考的计算分析方法,为合理确定该隧道围岩支护方案提供了科学依据。     

棚洞结构模型试验研究

为了深入研究公路棚洞与边坡围岩体间的相互作用关系,应用基本相似模型试验,对不同边坡围岩条件、不同开挖坡率、不同回填体材料、不同边坡高度等组合情况进行试验。试验过程中,对回填体与边坡及棚洞结构间的接触应力、棚洞结构的表面应力、棚洞结构的位移等指标进行测试。模型试验结果表明,在相同边坡条件和棚洞结构条件下,土石回填相对于片石回填,棚洞结构的内力更大;相对于土质边坡,岩质边坡情况下棚洞结构受回填体材料的影响更大。     

组合式消能棚洞结构受荷性能研究

落石棚洞是公路交通中常见的危岩地质灾害防治结构，可分为靠垫层来吸收落石冲击能量的传统落石棚洞和靠弹簧耗能减震来吸收冲击能量的新型落石棚洞两类。运用薄板理论、结构力学以及变形协调理论对组合式消能棚洞结构受荷性能进行了研究，得到了顶板在落石冲击力作用下内力解析解以及棚洞横梁、纵梁的内力计算表达式。以国道G319武隆境内的某棚洞为例，对消能棚洞的内力进行了分析，采用消能棚洞结构形式后，横梁最大弯矩以及纵梁上下侧最大弯矩分别降低了15.0%，17.3%和6.9%，说明消能棚洞结构内力消减效果明显，较大地提高了其承载能力。     

明挖超大跨度叠层隧道结构受力分析及断面优化设计

为探索明挖超大跨度叠层隧道合理断面形式及优化思路，依托望海路快速化改造工程，借助数值模拟手段，分析超大跨度叠层隧道结构受力特点，并对超大跨度叠层隧道断面形式选择、跨度优化及覆土影响进行了研究。结果表明：超大跨度叠层隧道存在顶底板弯矩过大、中板承受拉应力的问题，中板处于偏心受拉的原因为跨度过大及侧向土体对结构约束不足；大跨度明挖隧道微拱形断面受力性能最优，直墙平顶断面劣于直墙折板断面，综合考虑结构受力性能、断面利用率、经济性，对于明挖大跨度叠层隧道推荐采用直墙折板断面；对超大跨度叠层隧道结构而言，跨度的大小贡献了结构内力较大的比重，减小结构跨度对结构受力改善明显，尤其可大幅减轻中板轴力和弯矩，断面一在受力性能及工程用量方面综合优势最大；浅埋条件下，推荐顶板上覆土采用换填泡沫混凝土的方式减少上覆土容重，从而降低隧道结构顶板截面内力，改善顶板受力条件。     

土质边坡板椅式桩板挡墙工作机理数值计算分析

板椅式桩板挡墙是深厚斜坡软土地段路基边坡的一种新型支挡结构,亟需对其工作机理进行深入分析.运用ABAQUS有限元软件,建立了板椅式桩板挡墙的三维数值模型,对结构的内力变形、岩土体作用及主要影响因素进行了分析.结果表明:内力极值出现于桩梁交接处与岩土交界面附近,横梁需作为特殊构件设计;现有土压力分布假定基本能满足结构计算要求;覆土模量大于100 MPa或基岩模量大于10 GPa时,可不计岩土体参数对结构内力变形的影响;副桩布设于主桩内侧可有效降低椅式桩内力、转换桩基拉压属性,桩梁刚度比需控制在1～3范围内.     

大断面公路隧道临近溶洞开挖稳定性模型试验研究

为探明三台阶开挖中半揭露溶洞对大断面公路隧道稳定性的影响，以李洞隧道为研究对象，通过模型试验和理论分析，研究不同位置、不同尺寸溶洞对隧道围岩变形及初期支护结构受力特征的影响。结果表明： 1）不同位置、不同尺寸溶洞存在下隧道拱顶沉降及周边收敛时程曲线均呈“S”形变化，大致分为初期缓慢增长-突变-增长减缓-稳定4个阶段。2）掌子面挤出随溶洞内压变化呈现“指数型”增长，具有明显的内压突变点，仰拱位置处溶洞突变内压最低、边墙位置处溶洞突变内压最高，直径越小的溶洞对应的突变内压越高。3）溶洞位置对近侧的支护结构影响较大，对于远侧的支护结构影响偏小。改变溶洞位置，隧道钢拱架左侧的轴力呈现一定的波动，而右侧的轴力趋于稳定。     

岩石地基中群桩基础对相邻车站隧道影响分析——以重庆地铁1号线七星岗站为例

桩基加载会造成周围土体的位移和应力变化,继而对邻近隧道的内力和位移造成影响,特别是在群桩基础的作用下,这种影响不可忽视。以岩质地基中大跨径车站隧道与群桩基础的相互影响为研究对象,采用有限元软件对群桩位于隧道顶板上方、隧道侧壁破裂面以下及隧道底板3种模型进行对比分析,重点比较桩基加载工况下隧道位移变化及衬砌内力变化。分析表明当桩基础荷载大,隧道洞跨大时,置于隧道顶板的桩基础会明显降低衬砌安全系数,使衬砌结构遭受破坏;通过数值模拟对比分析得出当桩基位于隧道侧墙破裂面以下,且临近隧道侧墙的桩基加长至隧道拱底标高时,能大大降低对隧道衬砌结构和位移的影响,并能确保运营隧道的结构安全。     

新近回填土地层隧道方案研究与分析

为解决新近回填土地层修建隧道及山区沟谷地形厚层回填土明洞基底处理的难题,依托巫山县早阳隧道开展研究工作。首先,对回填土地层隧道暗挖方案和明洞方案进行详细介绍和综合比选; 然后,将旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板组成的桩板结构用于山区沟谷地形明洞基底回填土处理; 最后,针对明洞衬砌顶部承受的厚层回填土荷载及上方交叉市政道路荷载,对明洞衬砌结构进行设计计算,并对明洞回填材料及回填工艺提出要求。结果表明: 1)新近回填土地层隧道明洞方案具有工程难度低、施工安全风险小、工程造价低、工期可控的优势。2)旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板形成的桩板结构对于山区沟谷地形厚层新近回填土具有良好的适应性,安全高效,能够较好地解决明洞基底承载力不足及沉降问题。3)合适的回填材料及合理的回填工艺对厚层回填土明洞衬砌结构有重要的保护作用。     

连拱隧道衬砌厚度不足对结构安全性的影响研究

为解决因衬砌厚度不足而诱发的连拱隧道结构裂损及安全问题，针对整体式曲中墙连拱隧道，通过相似模型试验，重点研究衬砌厚度不足条件下连拱隧道围岩压力特征、衬砌内力分布以及裂损演化规律。研究结果表明： 1)连拱隧道中墙墙角部位的弯矩最大，中墙墙角外表面产生裂缝,内表面结构压溃，裂损程度最为严重，为最不利位置。 2)衬砌厚度不足部位的边缘是衬砌薄弱截面，左线左拱肩存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置右边缘的衬砌内侧开裂；左线左边墙存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置上边缘的衬砌外侧开裂。 3)连拱隧道中墙顶部与拱腰接触部位出现较大的拉应力，衬砌厚度不足位置的改变对中墙顶部衬砌受力造成一定的影响，厚度不足位置对侧隧道中墙右上角部位的裂缝出现晚于拱顶裂缝，是连拱隧道结构破坏的重点区域。     

高石碑船闸下闸首结构有限元分析

结合高石碑船闸下闸首设计,研究了桩顶刚性连接、桩侧接触面的有限元建模技术,分析了闸首结构体系转换和施工过程的模拟方法。通过有限元计算结果,研究了下闸首沉降和底板内力的分布规律,探讨了复合桩基的承载特性。分析表明,下闸首采用空箱式底板、复合桩基是合理的。最后,对下闸首的配筋、防渗、施工设计等提出了注意要点。