被动柔性防护网在边坡防护中的工程应用与研究

为了解决被动柔性防护网结构研究和设计依据缺乏的问题,针对我国边坡防护过程中落石灾害的广布偶发与集中群发的特点,比较了被动柔性防护网与传统圬工结构在边坡防护应用中的优缺点,研究了被动柔性防护网的工作原理,指出了施工过程中的控制要点,分析了被动柔性防护网的应用和研究现状,结果表明:被动柔性防护网结构在安全性、经济性、适用性和环保性等方面具有显著优越性,但是,我国相应规范在系统整体性能检验、动力性能及稳定性能等方面需要完善,以实现系统整体构件的优化配置。     

边坡柔性防护网系统在既有铁路危岩落石中的应用

危岩落石是山区常见的一种不良地质现象,严重威胁着山区铁路建设及行车安全。以既有路堑边坡危石防护为例对其整治措施——边坡柔性防护网系统作了介绍,包括主动防护网和被动防护网两大基本类型。边坡柔性防护网系统整体防护性能强,防护效果好,施工简便、快捷、经济适用,同时,对行车扰乱小,一般不扰动原始地质和植被,是治理既有铁路危岩落石病害的一种经济可行的方法。     

避险车道末端防护网动力响应与安全性能评价

避险车道末端防护网是保护驾驶员生命安全和拦截失控车辆的重要设施.通过建立防护网和失控车辆有限元模型,采用数值模拟的方法研究失控车辆冲击下防护网的动力响应,包括钢丝绳网变形、锚绳和支撑钢管的受力与运动特征.研究冲击过程中防护网各构件的内能变化情况,采用"最大吸收能力"作为评价指标,对不同工况下防护网的拦截效果进行安全性能评价.结果 表明:防护网的动力响应由3个阶段组成,其中第1阶段防护网的弹塑性变形阶段的吸能效果最显著,能够吸收96％的失控车辆动能;防护网的支撑钢管是最重要的吸能部件,吸收失控车辆的动能最多;不同车辆工况下的仿真结果表明车速和重量对防护网的安全性能均有显著影响.     

窗帘式柔性防护网的设计与应用

落石病害对铁路行车安全构成威胁。以丰沙铁路K49段珠窝东站南端的山体落石治理工程为例，针对山体落石病害常见的崩塌、滚坠落等形式，详细地分析了窗帘式柔性防护网治理落石病害的设计原理；运用RockFall软件，对落石轨迹、冲击能量、弹跳高度进行验算，论证了结构的安全性。采用窗帘式柔性防护网，对山体落石病害进行整治，取得了良好效果，确保了线路的安全营运。     

水泥混凝土路面下碎石层缓冲差异沉降前后力学分析

在碎石层缓冲路基差异沉降的基础上,分析了碎石层变形缓冲前后支撑模量的变化,并提出了有限元计算模型,计算了水泥混凝土路面在均匀支撑、有碎石层差异变形缓冲调节后、无碎石层完全脱空等3种支撑状态下的挠度及应力。根据模型计算结果发现,碎石层不但可以从变形上消除路基出现的差异沉降,而且可以减小路面结构在差异沉降发生时产生的附加应力。     

山区公路高陡边坡引导式柔性缓冲系统的设计方法

为了进一步推广引导式柔性缓冲系统的工程应用，验证其防护性能和可靠性，依托渝黔线高速公路区间内某山区桥梁的高陡边坡落石防护工程，开展了工程设计计算，并对引导式柔性缓冲系统的防护性能进行分析。首先利用无人机航测建立防护区域的三维模型，明确了桥梁结构与边坡的空间位置关系和防护需求；基于危岩体实际特征对5个边坡纵断面开展了落石运动轨迹分析，根据弹跳高度和冲击动能包络值确定防护高度和防护能级指标；初步设计了引导式柔性缓冲系统的部件规格参数，建立了系统的有限元模型，并通过与关键部件试验数据对比验证了数值模型的有效性；基于离散元-有限元耦合算法，分别验算了相同初始动能的单体落石和多体落石2种工况下引导式柔性缓冲系统的内力，对比分析了有无防护时落石灾害对桥梁结构的侵害情况，从而验证了防护效果。计算结果表明：满足设计要求的引导式柔性缓冲系统能够有效抑制落石弹跳高度，从而避免落石侵限和撞击桥梁结构；引导式柔性缓冲系统关键部件内力响应均未超过设计限值，但不同工况下相同部件的内力峰值差异较大，因此，应采用各工况内力包络值进行设计，且关键构件的承载力安全储备系数不应小于1.2；防护全过程的耗能机制主要由系统塑性变形、系统阻尼以及落石与边坡和系统的摩擦碰撞3部分构成，其中塑性变形和摩擦碰撞耗能占主导地位，可分别按40%和60%的比例进行设计；拦截区段和引导区段的设计耗能比例系数可分别按0.7和0.3考虑，各区段中的主要耗能部件均为耗能器和环形网片。在此基础上，提出了基于能量匹配原理的引导式柔性缓冲系统的工程设计方法及流程，并建议了针对不同性能目标的多水准设计策略，以期发挥系统更大的防护潜能。     

电磁驱动气门的动力学分析与缓冲结构研究

应用有限元方法,对自行研制的电磁驱动气门进行了动力学分析,得到了落座时气门产生的冲击应力,0.3m/s落座速度下,冲击应力峰值为51.63 MPa;分析了动质量、落座速度和气门侧偏角等参数对气门落座冲击的影响,其中气门侧偏角和落座速度对冲击应力影响显著。通过设计缓冲结构,气门冲击应力降低了50%,且落座速度越大,缓冲效果越明显;缓冲结构很好地抑制了气门的反跳,有利于降低气门精确控制的难度。     

SNS柔性主动防护网在道安高速边坡防护中的应用

结合道安(道真—瓮安)高速公路项目,简述了SNS(Safety Netting System)柔性主动防护网系统在处治风化落石、碎石崩塌等地质灾害中的应用;针对工程具体地质情况,通过对其边坡稳定性的分析,将SNS柔性主动防护网与传统危岩崩塌处理技术相比较,论证了其优势所在,阐述了其防护能级高、防护效果好、安装快捷、工程成本低等优点。     

基坑工程对轨道交通高架区间影响分析

厦门机场大道地下通道与轨道交通3,4号线高架区间正交,通过数值模拟分析,研究通道基坑施工对轨道交通高架区间结构可能产生的影响。结果表明:邻近高架结构变形以水平变形为主,竖向变形较小;轨道交通高架结构产生的附加弯矩增加不大,通道底板施工完毕后趋于稳定;支撑与围护结构刚度的增强,分段跳仓开挖,以及基坑被动区土体加固改良,有助于控制基坑变形。提出了轨道交通高架结构的保护措施,以确保安全。     

高速铁路滚石侵限自动监测系统开发初步探讨

开展高速铁路滚石侵限自动监测技术研究对山区铁路的运营安全具有重要意义.研究认为,结合光纤光栅传感技术与被动柔性防护网、防护栅栏等开发滚石侵限自动监测系统是解决这一课题的一种有效途径.开发适宜的新型传感器、确定监测系统的预报模型与报警触发条件是系统开发的关键技术,而滚石试验是系统开发的重要手段.     

软土高路堤新型加固结构拉结筋带变形的理论研究

针对现有公路软土路堤修建方法存在工期长、费用高、工后沉降难控制等问题,提出一种公路软土路堤新型加固结构体系。它由柔性结构(拉结筋带)和刚性结构(连续桩板墙结构)相结合而成的力学闭合结构体系。在不考虑土摩阻的情况下,结合此体系中柔性拉结筋带的微段单元在土体中的受力平衡条件,推导出柔性结构在土体中的变形方程,并分析了不同的路堤宽度、填土高度及地基系数对其变形所产生的影响。结果表明:对柔性结构变形最主要的影响因素是地基系数和填土高度。     

让压预应力锚索在软岩隧道大变形控制中的作用机制研究

为解决高地压、高流变条件下软岩隧道围岩及支护结构大变形控制难题，通过理论和数值分析，研究让压预应力锚索在隧道大变形控制中的作用机制。研究内容包括2个方面，一是研究新型让压锚垫板在低预紧力及低围压下的力学性能，满足支护结构先柔让压的要求； 二是让压结束后，预应力锚索在高预紧力条件下改善支护结构受力性能，实现后刚强支的作用。结果表明： 1）预应力锚索通过施加预紧力，增大洞壁径向阻力，提高围岩稳定性； 2）预应力锚索在让压结束后对支护结构的主要作用是减跨，由此提高支护结构刚度和承载能力； 3）围岩、支护结构和让压预应力锚索变形协调，力学上相互耦合，构成“先柔后刚”的支护体系。     

柔性防护网在青海西久公路红土山高边坡的应用

西久公路红土山段地处青海三江源,地质构造复杂,褶皱和断裂破碎带较为发育,公路沿线滑坡、崩塌、落石等地质灾害频发,严重威胁公路的运营安全,经常造成公路中断。2007年采用柔性防护网边坡防护技术,较好地解决了传统防护措施难以整治边坡浅层破坏的难题,整片长度为540 m,平均高度33 m,最大高度77 m,总挂网面积18 000 m2。柔性防护网在边坡应用一年多后,格栅后的岩土体上已长出青草,滑塌、掉块等灾害得到了有效控制。     

某地铁车站基坑盖挖法施工数值模拟分析

对武昌某地铁车站基坑盖挖法施工进行数值建模拟,经拟定合适的施工工况,对各开挖阶段的支撑变形和内力进行对比分析。结果表明:支护结构最大变形的位置会随着开挖深度的增加而逐渐下移,且支护结构中部的变形较大;在不对称开挖时,基坑支护结构的变形及内力变化较大;盖板、路面结构及荷载会加剧对其附近支护结构的影响;基坑开挖过程中,横撑的内力变化较大,不同横撑在不同的开挖阶段有不同的支护效果。     

蒙华铁路中条山隧道高地应力F7断层软岩破碎段施工技术

为解决中条山隧道在施工至高地应力F7主干断层段时,左右线已施工完成的247 m初期支护发生严重变形开裂的问题,选取不同段落对“刚性支护一次到位”和“柔性支护释放应力后进行二次支护”2种方案进行试验,通过对监控量测数据分析和初期支护表面观察,得出以下结果： 1）软岩大变形段落采取“刚性支护一次到位”相比“柔性支护释放应力后进行二次支护”变形速率明显下降,最大收敛速率由28 mm/d下降至18 mm/d,最大沉降速率由24 mm/d下降至12.8 mm/d,释放应力时发生变形的“度”更易掌控; 2）在采取“刚性支护一次到位”的基础上,辅以优化“隧道边墙曲率”和“施工工法”等措施,能够有效控制隧道初期支护变形开裂,确保隧道结构的质量,顺利通过F7主干断层。     

黏土地层盾构隧道开挖面稳定性的离心模型试验研究

在盾构施工过程中，软黏土地层开挖面的变形机理和稳定性研究仍处于经验阶段。利用离心模型试验，研究了上海黏土地层盾构开挖面稳定性问题。试验分析了盾构开挖过程中开挖面前方土体土压力的变化规律和支护应力与地表沉降的关系。给出了主被动破坏的极限支护应力值以及施工参考范围，这对黏土地层盾构开挖面稳定性控制至关重要。     

隧道进口危岩体滚落特征分析及防护措施

通过软件计算，对某隧道进口危岩体滚落运动速度、运动轨迹等进行分析，提出针对性防护措施。结果表明:隧道进口段滚石滚落至B点的速度约为45 m/s，滚落至C点的速度约为25 m/s。假设每块滚石的重量达到100 kg时，滚石滚落的总动能最大值达到120 kJ，在BC段上滚动的总动能最大值为80 kJ。处治方案主要在危岩体下设置拦石（水）沟、堆积缓坡设置被动防护网、两隧道洞门上垫层和端墙加厚、两隧道洞门前设置柔性棚洞共4部分防护工程对危岩体进行防护，保证隧道施工及运营安全。     

软岩隧道中基于快速预应力锚固支护的变形控制技术

以木寨岭公路隧道为依托，基于单一锚固形式的拉拔试验与交通隧道工程对锚固系统的要求，提出了适用于软岩大变形隧道且可实现及时支护理念的快速预应力锚固系统，并以其为核心载体，开展了支护技术应用试验研究。拉拔试验结果表明：受限于锚固成效、锚固力及锚固时间等因素，软岩隧道中涨壳式锚固和水泥药卷锚固均无法实现及时主动支护的功能；以后期具备良好锚固效果的水泥浆锚固和能快速凝结后可施加预应力的树脂锚固为基础，提出了全新的“及时（树脂端锚）+永久（水泥浆全长注浆）”快速预应力锚固体系，并以其为基础，在依托工程大变形段开展了以快速预应力锚固系统为核心的新支护体系和强力被动支护体系的对比试验研究。对比试验结果表明：以预应力后注浆树脂（鸟笼型）锚索系统为核心的快速预应力锚固支护技术，有效抑制了软岩隧道洞周围岩位移，拱顶沉降由73~127 mm减至34~55 mm，拱腰收敛由295~740 mm减至157~430 mm，显著减少了围岩变形稳定时间与围岩变形潜势，验证了基于快速预应力锚固支护的变形控制技术在软岩大变形隧道中的优越性。     

基于锚杆受力分析的软岩隧道变形规律及柔模支护技术

研究支护状态下围岩变形范围及其位移量将为合理确定软岩隧道开挖的预留变形量及其支护方案提供重要的理论依据。通过将隧道围岩简化为理想弹塑性介质,在围岩中布设全长锚固锚杆。基于锚杆与围岩的协调变形原理,建立杆体与其周围岩体相互作用的力学模型,分析锚杆表面摩阻力及轴力的分布规律,并根据杆体的静力平衡条件,推导出杆体与岩体相对位移为0的中性点位置及其最大轴力值,讨论初期支护条件下隧道围岩的塑性区及破裂区的厚度计算公式及其影响因素;综合考虑隧道表面围岩变形过程中的塑性位移和破裂区岩体的碎胀变形位移,提出隧道表面围岩的位移公式及预留间隙柔模支护技术,进而定量分析榴桐寨软岩隧道的围岩位移及其预留变形量。结果表明：通过锚杆轴力可以反演分析隧道围岩的变形范围,确定围岩稳定后的最终位移量;柔模支护结构能够大量吸收大变形软岩的变形能,且具有适当的刚度抵抗围岩的有害变形,研究成果可为合理设计软岩隧道的开挖及支护方案提供新的思路。