浅埋隧道掘进爆破地表震动效应数值模拟

以渝怀铁路人和场隧道爆破施工为背景，采用动力有限元法对浅埋隧道掘进爆破引起的地表震动效应进行了数值模拟．所建立的数值计算模型以地表和隧道已开挖区周边作为自由边界，其余为固定边界，实测隧道壁质点振动波形作为输入荷载．模拟获得的振动波形与实测波形相近，振动速度随时间和距离的衰减规律也与现场实测基本一致．对比分析模拟波形和实测波形的振动特征参数表明，模拟波形能反映质点的实际振动特征，其振幅、主频和持时的相对误差均值分别为9．14％，12．85％和17．57％．     

面向爆破应力波小净距隧道混凝土安全振动标准研究

为进一步细化《爆破安全规程》的评价标准,基于应力波理论推导爆破应力波在围岩及衬砌的反射与透射形态,通过爆破应力波引起混凝土与围岩的粘结力失效或混凝土的抗拉破坏的临界值作为临近既有隧道区爆破开挖的安全控制指标。采用有限元软件GTS—NX进行数值计算,得到在爆破开挖时既有隧道衬砌的动力响应特征。通过对爆破荷载下小净距隧道混凝土的动力响应特性研究可知:爆破应力波以球面波的形式延展,其数值呈先增大后减小的趋势,且既有隧道迎爆侧围岩的数值最大,导致围岩损伤、混凝土受拉破坏及二者粘结力减弱。以混凝土与围岩间的粘结力及混凝土的抗拉强度为控制指标得到小净距隧道爆破先行洞混凝土在3 d、7 d与28 d龄期时安全振动速度分别为2.63、6.43与10.24cm/s,该值综合考虑了混凝土与围岩的影响,比规程的评价标准具有较好的安全储能。     

大连地铁叠落区间隧道施工相互影响分析

在已建地铁盾构隧道上方近距离施工暗挖矿山法隧道时,施工中采用弱爆破方案和机械开挖相结合的方式来保证下方盾构隧道的安全。选择多种弱爆破方案进行实验,把爆破动荷载转化成静荷载来简化对盾构管片的受力分析,根据盾构管片的结构计算结果和爆破振动的监测情况,控制爆破振速在允许范围内。计算结果表明,暗挖矿山法隧道上台阶可以采用弱爆破方法施工,有效减少机械开挖隧道长度,缩短工期,保证相邻盾构隧道的安全。     

箱基荷载对隧道开挖塑性区影响的理论预测方法研究

随着现代城市的快速发展,交通问题日益严重,地铁逐渐成为缓解交通压力的最主要手段。在城市环境中修建地铁,由于受城市空间的制约,地下隧道往往不得不从一些既有建筑物附近穿过。为了保证隧道施工安全,有效预测隧道周边塑性区显得尤为重要。应用Verruijt&Booker解和山口升解对自由地层中隧道开挖产生的塑性区进行了计算。然而,与自由地层相比,承载地层情况下隧道开挖产生的塑性区不可避免的受到基础荷载的影响。针对箱基荷载特点,在假设地层为理想弹塑性体的前提下引入Mindlin解,得出了箱基荷载作用下隧道开挖产生的塑性区边界方程,并通过Matlab软件对解析解进行了分析,分析表明:(1)在箱基荷载作用下,当使用Verruijt&Booker解时,隧道周边塑性区较自由地层在邻近荷载一侧上部增大,下部减小,远离荷载一侧上部减小,下部增大;(2)对于山口升解情况,隧道周边塑性区较自由地层在邻近荷载一侧上部减小,下部增大,远离荷载一侧上部增大,下部减小,变化规律与Verruijt&Booker解情况正好相反;(3)无论Verruijt&Booker解还是山口升解,隧道周边塑性区的影响程度都随荷载与隧道水平距离的增大而减小。     

大断面浅埋土质隧道施工工法优化分析

为探明大断面浅埋土质隧道在不同施工工法开挖下的变形及支护力学响应特征,寻求适用的工法,以宁安铁路钟鸣1号隧道工程为依托,采取现场试验与数值模拟相结合的方法,研究该类隧道在3种不同工法下的洞周及地表变形、围岩塑性区分布范围、初期支护及二次衬砌内力变化规律。研究结果表明：大断面浅埋土质隧道围岩变形有明显的空间效应,开挖面处预收敛变形所占比例约40%-50%;CRD法与六步CD法施工在控制洞周及地表变形方面明显优于三台阶临时仰拱法,且开挖产生的围岩塑性区分布范围小,两者均能满足围岩及支护稳定性的要求,而CRD法较六步CD法施工工期稍长、造价稍高,因此六步CD法为该类地层隧道施工的优选工法。     

基于有限元的地震作用下均质路堑边坡动力响应研究

以云南澜沧江二级公路某均质路堑边坡为例,基于有限元法以EI-Centro地震波为输入动荷载,利用ANSYS软件建立数值分析模型,分析了地震作用下,该路堑边坡的动力响应规律。结果表明,边坡动力响应起主导作用的是水平方向的地震力;均质路堑边坡坡脚动力响应最为明显,坡脚点最先开始产生塑性应变,逐渐开始出现土体破坏,应力集中于坡脚;边坡对任意方向输入的地震波均呈现随高度放大趋势,各参数的极大值均出现在坡顶边缘点;均质路堑边坡对输入的地震波存在临空面的放大效应,因此在地震荷载作用下边坡坡面岩土体最易脱落。     

地铁隧道开挖方式对环境的影响及控制

为探讨复杂断面施工条件下采用钻爆法时产生的爆破振动对城市环境的影响,遵循城市地铁施工对地表和建筑物的影响必须满足振动、变形和应力控制标准的原则,以某工程为例,用FLAC3D对不同开挖方法的爆破振动效应进行了数值分析,并与现场实测振动速度进行了比较.结果表明,在该工程的特定条件下,机械和钻爆相结合的开挖方法对环境的影响较小.      

基于熵权-灰关联法的岩质开挖边坡安全评价模型

根据边坡稳定性评价体系, 选取边坡岩体质量评分、边坡开挖方法调整系数、高度修正系数、结构面调整系数、结构面调整值5个评价指标反映边坡的整体稳定性, 并作为安全评价模型的序列变量; 建立了熵权-灰关联安全评价模型, 将目标边坡作为系统特征序列, 12处岩质边坡作为相关因素序列, 评价了京沪高速改扩建工程沿线典型岩质边坡的安全性, 并提出工程建议; 采用FLAC3D仿真软件, 分析了不同阶段机械开挖和不同炮孔处静力爆破条件下边坡的稳定性变化规律, 以验证安全评价模型的准确性。分析结果表明: 边坡稳定性评价指标可较好地反映边坡的稳定性特征; 熵权-灰关联安全评价模型充分发挥了灰关联法在小样本数据分析的优点, 且由熵权法计算的指标权重改善了传统灰关联分析中由专家打分或平均赋权的缺陷, 使评价结果更加客观; 三级边坡和一级边坡的开挖使边坡K593+260~K593+555的安全系数分别降至1.01和1.00, 和上一级边坡相比降幅分别为34.8%、9.1%, 说明缓倾顺层岩质边坡的开挖会使岩层沿结构面滑动, 使边坡失稳; 瞬时动荷载和荷载积累效应控制静力爆破条件下边坡的稳定性, 瞬时动荷载的出现使边坡安全系数下降了7.7%, 荷载积累效应的消散使安全系数平均回升3.6%, 说明爆破对边坡的松动作用明显, 荷载积累的消散使边坡的稳定性提升。      

隧道二衬混凝土在爆破地震波作用下的损伤研究

对庙坝隧道爆破地震波进行了现场测试,总结分析了混凝土材料的动态特性及试验结果,通过建立应用一致黏塑性计算模型研究了混凝土的应变速率相关特性,发现动荷载作用过程应变速率变化对结构的变形、应力大小与应力分布均发生影响。最后验证了隧道二衬混凝土损伤受地震波速率影响较为明显。     

泡漩水数值模拟研究

笔者针对泡漩水所具有的三维性、自由表面、强紊动性的特点,采用三维K-ε模型,引入通度概念处理不规则边界,用VOF法追踪自由表面,并对突嘴深槽组合地形产生的泡漩水流场进行了数值计算,计算结果与实测资料吻合良好.     

开挖方法影响下的深埋隧道形变压力计算方法

为了研究开挖方法对围岩形变压力的影响,采用理论分析、文献调研及现场测试方法明确了其对围岩形变压力的影响规律;根据相应变化规律,基于多元非线性回归方法,考虑围岩级别、隧道跨度及隧道开挖方法因素建立了围岩形变压力定量计算公式;对54座隧道的205个实测形变压力断面数据（108个大型机械化配套大断面开挖施工监测断面、97个常规分部开挖施工监测断面）进行分析.结果表明:采用大型机械化大断面开挖方法,隧道开挖后围岩稳定,所产生的围岩形变压力小;采用常规机械化分部法开挖方法,所产生的围岩形变压力大;围岩形变压力计算公式中开挖方法影响系数k_c的取值范围为1.00～1.15,且围岩级别越大,k_c取值越大,开挖方法对围岩所产生形变压力的影响越明显.      

高挡墙结构的爆破地震波响应仿真分析

通过大量爆破地震波数据的采集、研究和分析,建立了相应的爆破地震模拟震荡信号模型;作为模拟爆破地表震波的信号源,对于高挡墙建筑物进行了爆破地震波激励的动态响应的系列分析;采用瞬态动力学分析技术,确定了结构的动力响应,得到结构物的控制极限震速,为爆破地震监控提供了必要的技术参数。     

大型干坞边坡变形及其神经网络预测模型

分析了影响干坞边坡变形的因素，包括土体强度、无护坡时间、放坡坡率、分层开挖数、分层开挖深度、开挖步长、降水深度和坡顶荷载，在此基础上并结合典型实测数据，建立了干坞边坡变形的神经网络预测模型，预测结果与实测结果一致。此外，还提出了放坡开挖边坡变形的警戒值、边坡变形判断模式及相应的控制措施。     

非连续变形分析方法及其在灾害防治研究中的应用

为了探究地震诱发地质灾害的特征,用非连续变形分析方法(DDA, discontinuous deformation analysis)模拟了地震诱发崩塌、滑坡和防浪堤破坏的过程,着重探讨了地震对灾害发生过程及其运动能力的影响.在DDA程序中,整合了灾害冲击力的计算,结果表明:DDA方法可以计算滑体在地震作用下的运动情况;竖向地震动能够显著增强近断层极震区滑坡的运动能力,可以很好地模拟地震诱发灾害的全过程, 真实反应出危岩崩塌体、滑坡、防浪堤坝的破坏特征,能够计算运动物体对既有建筑物的冲击力,冲击力的最大值远远超过了静态侧压力值;文中算例结果显示最大冲击力是静态侧压力的4倍多,该成果可为灾害防护建筑物的选址、设计等从可靠和经济的角度提供技术指导.      

强震下紫坪铺坝前大型古滑坡体变形破坏效应

为探究512汶川地震中几乎所有大型古滑坡堆积体均保持整体稳定,只在局部坡度较陡及陡缓交界处发生滑塌的变形机制,以紫坪铺水利枢纽坝前左岸灯盏坪大型古滑坡堆积体为例,通过现场深孔监测资料及室内数值模拟分析了堆积体地震变形特征及应力应变分布情况.研究表明,灯盏坪古滑坡堆积体位移最大值出现于地表坡缘处,达150 mm;地震主要影响堆积体剪应力分布,造成灯盏坪前缘下部软化带内剪应力集中;基覆界面及微地貌是控制古滑坡体地震变形破坏模式的主导因素,并非所有古滑坡体均会被地震诱发整体复活,灯盏坪堆积体总体地形坡度为20左右,基覆界面倾角为13左右,地震不会触发其整体失稳,只在局部地形陡缓交界处及转折端发生变形破坏.      

三轴重复荷载作用下AC-13沥青混合料永久变形试验分析

采用半正弦波间歇荷载,使用MTS(Material Test Systerm)材料试验机对AC-13沥青混合料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究试验温度和应力水平对沥青混合料永久变形特性的影响,得到了AC-13沥青混合料在不同温度和不同应力水平下的永久变形规律,对永久应变与荷载作用次数、应力水平和温度的关系进行非线性回归分析,提出来能够全面反映沥青混合料永久变形特性的模型,并绘制了不同温度下的三维图形,直观全面地反映沥青混合料变形的特性。     

DDA方法中节理参数定义方式的改进

为提高非连续变形分析（discontinuous deformation analysis,DDA）方法程序中节理参数赋值的精度,在DDA原程序节理参数定义的基础上,提出了一种节理参数定义方式的改进方法.首先,根据节理的物理力学性质,对原DDA中节理参数定义存在的非一致性问题进行了分析;其次,由节理参数是由构成节理的两个结构面共同决定的特性,对程序中的节理参数进行了重新定义;最后,对DDA原程序中节理参数赋值部分进行了修改和补充,给出了相应的程序计算流程,并通过块体1和块体2的相对滑动算例对改进后的DDA程序进行了验证.研究结果表明:当块体1和块体2交换力学参数时,其间节理仍为同一性质节理;两种工况下,块体1的速度和位移保持一致,说明改进后的DDA程序能够很好地实现同一节理参数赋值的统一.      

交通荷载作用下软土路基残余变形的研究

通过对单个交通荷载作用下路面结构体系的数值模拟,计算了路基中竖向动应力的变化,并采用室内动三轴试验研究了软土地基在循环荷载作用下累积变形的规律;通过对以上两项研究的结合,建立了交通荷载作用下软土地基残余变形的计算方法,并计算了不同类型的交通荷载引起的软土路基的残余变形量.     

基于ADINA的隧道开挖变形分析

采用大型非线性有限元分析软件AD INA对隧道开挖变形进行数值模拟,建立二维有限元分析模型;采用AD INA自带的单元生死功能动态模拟开挖支护过程,对比全断面开挖法与上下台阶法开挖两种施工方法,分析两种方法对隧道围岩变形的影响,结论是两种方法产生的变形均向洞内收缩,拱顶Z向位移变化较为接近,两邦Y向位移是全断面法大于上下台阶法;此外,对锚杆的位移变化进行了分析,进一步说明两种施工方法对洞周围岩变形的影响,此时锚杆均受拉,起悬吊作用。