薄基岩顶板条件下隧道施工爆破围岩振动特性

以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,采用现场实测和数值模拟计算方法,研究薄基岩顶板隧道在掏槽爆破荷载作用下掌子面附近围岩的振动特性。研究结果表明:在沿隧道纵向上,在掌子面后方约4 m范围内的隧道拱顶围岩振速处于较高水平,需加强支护并重点监测;在掌子面平面上,由于左高右低倾斜岩层界面的存在,使掌子面附近围岩右侧(基岩顶板较薄侧)振速整体上比左侧(基岩顶板较厚侧)大,右侧振速衰减速度整体上比左侧慢,掌子面右上方附近围岩为薄弱区域,应重点防护。     

湿陷性黄土围岩隧道施工方案

隧道开挖施工受地质条件影响较大,尤其是风化破碎带或软弱岩层使隧道的开挖和支护显得更为困难。本文针对具有湿陷性的上覆黄土层隧道开挖及支护方案进行研究。结果表明,湿陷性黄土中隧道开挖前使用管棚和小导管的预支护方式可以有效加强上覆岩层的强度和稳定性,保证工程顺利完成。     

纵向裂纹对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响

盾构隧道衬砌管片在施工与运营过程中容易产生纵向裂纹,对管片的承载能力有较大影响。本文依托成都地铁2号线牛王庙—牛市口区间盾构隧道,应用有限差分软件建立裂损管片壳-弹簧计算模型,分析裂纹数量与裂损程度对管片力学特性的影响。结果表明:纵向裂纹会导致其附近管片的内力比无裂纹时明显减小;存在多条裂纹(单一分块仅出现单条裂纹)时,裂纹对管片弯矩影响较大区域的范围并未产生叠加,在同一裂纹影响区单条裂纹与多条裂纹作用效果相近;随着裂损程度的增加,裂纹附近管片的内力逐渐降低,裂纹对管片弯矩影响较大区域的范围有所增加。     

粗糙度诱发裂纹闭合的研究

作者从粗糙度诱发裂纹闭合的几何模型着手，通过推导得出了应力比、显微组织与裂纹闭合间的关系表达式，并就U71Mn钢不同奥氏体晶粒、不同应力比对裂纹闭合以及门槛值附近疲劳裂纹扩展行为的影响进行了研究。结果表明，粗大奥氏体晶粒由于有较大的断面粗糙度，使裂纹闭合程度增大．从而提高门槛值，但它不影响中速区域疲劳裂纹的扩展。应力比除了影响裂纹扩展的微观过程外，主要是影响裂纹闭合。随着应力比的增加，裂纹闭合作用减少，表现出裂纹扩展速率的提高和门槛值的降低。     

地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析

以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景,考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序,运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟,并与现场测量数据进行对比分析.结果表明:先施工的右线隧道掘进完成后,隧道上方各层土体越靠近地表,盾构施工引起的地层竖向变形越小,而地层的沉降槽宽度越大,地表沉降槽宽度系数为0.56;近距离双隧道同向先后开挖时,土体相互扰动,地层距离隧道轴线的高度越小,地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显,岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别;两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形,此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用,易出现裂缝,故在施工中应做好切实的防护措施;监测结果验证了数值模拟方法的正确性,在盾构掌子面距离监测点12 m范围内,地表沉降发展得较快.     

超大直径嵌岩桩基础竖向受荷性状研究

研究目的:超大直径桩的应用越来越多，超大直径桩基础的工作性能是否仍可以采用常规的设计方法，需要进一步研究。本文基于夜郎河铁路特大桥的超大直径桩基础，结合具体地质情况采用FLAC^3D软件仿真模拟分析大直径单桩基础竖向受荷特性。研究结论:(1)对于完全嵌入强度较高岩层的桩或上覆岩层强度较高的超大直径桩基础，当桩的长径比大于1.8时，桩基侧阻曲线形态表现为“上大下小”;随着桩长减短、长径比减小，桩上部侧阻逐渐减小，下部侧阻逐渐增大；当长径比很小时，变成“两端大、中间小”的形态；(2)只有当桩侧岩层弹模较小或上覆土层强度较低(如为黏土)的超大直径桩基础，侧阻曲线才表现为“上小下大”的形态，且桩侧岩层弹模越小，或上覆土层越弱，这种特征表现越明显；(3)超大直径桩的最优长径比小于3,比小直径桩的最优长径比小；(4)对于同直径的超大桩基础，桩侧阻力会根据桩侧岩层弹模的不同表现出三种不同的分布形态；(5)本研究成果可为超大直径桩基础的研究及应用提供指导和参考。     

双线整孔后张法宽扁箱梁梁端裂纹成因及防治对策

通过宽扁箱梁梁端应力有限元分析 ,得出梁端底板中部裂纹主要由于锚下应力引起底板横向应力过大所致 ,比较不同预应力束及张拉顺序对横向应力的影响 ,提出防治梁端裂纹的对策     

降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验，研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性，并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程，探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明：边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大，0.7倍坡高附近放大效应最大，存在“趋表效应”及“高程效应”；土体应变随峰值加速度的增加而显著增大，坡脚与坡顶变形差异较大；动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大，滑坡启动阶段显著增加；边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近，随后坡脚产生剪切破坏；土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致；边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段，表现为张拉-剪切型破坏。     

外置转向架包覆对高速列车气动阻力影响

转向架作为高速列车大面积裸露在外且外形复杂的运行部件受到列车底部气流的直接作用,区域气动外形结构对高速列车整车气动阻力具有重要影响。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了轴箱外置式转向架不同包覆方式对高速列车气动性能的影响。研究了转向架区域安装小裙板、半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板等5种方案下的高速列车气动性能,比较了不同方案下高速列车气动阻力的变化规律,阐明了高速转向架包覆方式对整车气动阻力、车底流动特性以及列车表面压力分布的影响。研究结果表明：随着转向架裙板包覆面积的增加,转向架腔后端板受到的气流冲击逐渐减弱,后端板上的正压分布降低,列车转向架区域周围的边界层厚度逐渐减小,转向架区域内的压力分布差异性逐渐减小,从而实现了列车整车气动阻力系数的降低。与小裙板模型相比,半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板模型的列车气动阻力系数分别降低了5.2%、8.65%、10.3%、11.1%。对于轴箱外置式转向架来说,全包裙板+大底板方案可有效改善转向架区域流场,降低整车气动阻力。研究得到的转向架包覆方式将为新一代高速列车气动...     

槽型断面斜拉桥塔梁墩固结区应力的数值模拟

以新建沪昆高铁上跨武广客专某槽型断面独塔转体施工斜拉桥为工程实例,分别采用Midas/Civil和Ansys有限元程序建立整体和局部分析模型,模拟分析塔梁墩固结区应力的分布特征;探讨应力集中点附近区域的应力分布情况,明确其影响范围;沿指定路径追踪截面上的应力,揭示其分布规律。研究结果表明:槽型梁底板上下缘拉应力较大,需局部加强;塔柱边边缘、塔梁相交处及固结区内部孔洞附近存在应力集中现象,应适当设置圆倒角;最大压应力点附近区域应力迅速衰减,影响范围较小,最大拉应力点附近区域一定范围内存在较大的拉应力。     

爆破施工隧道围岩稳定性研究

结合贵广铁路棋盘山隧道施工现场测试,研究隧道爆破近区围岩振动规律以及稳定性。对棋盘山隧道掌子面后方拱顶5 m范围内围岩的爆破振动速度进行测试和分析,结果表明:隧道爆破近区围岩的振动传播速度随爆破的比例距离呈幂指数衰减,棋盘山隧道Ⅲ级围岩的幂指数为-0.62。对爆破施工隧道的稳定性研究表明:隧道塌方主要是岩块沿着节理面滑动造成的,与节理面的抗剪强度和岩块的大小及形状相关。最不稳定拱顶位置关键块掉落的临界爆破振动速度,随关键块高度的增大而增大,而随关键块长度和宽度的增大而减小。因此,可根据隧道围岩关键块的形状和位置,计算关键块的临界爆破振动速度,进而得到保证关键块不掉落的炸药量,以控制围岩稳定,确保隧道施工安全。     

牡绥铁路双丰隧道富水第三系砂泥岩地层超前注浆加固施工技术

双丰隧道是牡绥铁路最长隧道和重点控制性工程。隧道洞身长约2.3 km段穿越第三系砂泥岩及砂泥岩与其他岩层接触带的地层,其中第三系砂泥岩成岩作用差,属于极软岩;而隧道埋深较深,地形起伏不大,地下水在第三系砂岩及砂泥岩与其他岩层接触带处呈现富集,具有水量大、补给来源广和空间分布极不均一的特点,导致隧道变形大,塌方、涌水涌泥的风险极高,造成施工困难。结合本地层特点研究并采用上半断面加固全断面的超前注浆加固方案,经综合效果评价和施工开挖验证,加固效果良好,有效地保证了隧道的施工安全和顺利贯通。     

孔洞尺寸效应对岩石单轴压缩力学强度及破坏特征影响试验研究

为了研究孔洞尺寸效应对岩石力学强度的影响,利用岩石伺服压力机对含不同孔洞直径的岩石进行单轴压缩,并通过高速摄像机记录其破坏特征及裂纹扩展过程,从裂纹扩展角度阐述强度弱化机理。研究表明:(1)随着孔洞直径的增大,其抗压强度随之而减小,但降低速率逐渐减小;(2)起裂裂纹类型控制脱落面积,进而影响岩石宏观力学强度;(3)孔洞直径为6 mm、8 mm试样起裂裂纹为反向拉伸裂纹,反向拉伸裂纹扩展很短;孔洞直径为10 mm、12 mm试样起裂裂纹为正向拉伸裂纹,最终贯穿试验边界的均为正向拉伸裂纹。     

隧道围岩变形的时空特性研究

隧道围岩变形时空特性是支护结构动态设计的基础依据,针对速度350 km/h高速铁路客运专线双线隧道,采用数值模拟方法研究隧道围岩变形的空间分布特点和演化规律,提出反映围岩变形时空效应的拱顶纵向变形曲线拟合公式。在自重应力场下,隧道拱底位移值最大,施工中应尽早施作仰拱结构;道床底面以上拱顶位置位移最大,与坍塌、冒顶事故密切相关,应作为工程现场监测的重点。掌子面对前方未开挖围岩约束效应显著,围岩变形空间分布较为均匀,非圆效应对掌子面后方围岩变形影响显著,各阶段围岩变形随时间的演化规律具有明显的自相似特征。通过拟合分析提出高速铁路隧道拱顶纵向变形曲线的计算公式,基于任意3种新工况与Vlachopoulos公式进行对比分析,证明了新提出的计算公式应用效果良好。     

含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性影响研究

昔格达地层具有水稳性差、易崩解等特点,常常引发隧道初期支护结构开裂、围岩掉块、坍塌冒顶等灾变事故。为了研究围岩含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性的影响规律并及时预防灾变事故,以成昆铁路复线桐梓林隧道为工程依托,通过数值模拟对比分析5种典型围岩含水率下隧道初期支护结构的受力特性和变形规律,根据相关规范规定的洞周变形标准和结构强度安全系数标准界定现有支护参数所能够维持的围岩含水率阈值为29%,并为超过此围岩含水率阈值的隧道支护参数提出优化方案。通过现场监控量测数据验证数值模拟计算结果的可靠性和合理性,研究成果不仅完善了昔格达地层大断面隧道设计参数,同时为类似工程提供借鉴和参考。     

广州地铁岩溶区盾构施工地层变形特性研究

以在建广州地铁盾构穿越岩溶填充区为依托,采用FLAC3D三维数值模拟程序,研究盾构施工力学行为,总结穿越岩溶填充区过程中围岩和管片变形特性。结果表明:围岩变形主要集中在岩溶填充区范围内,其位移明显要大于周围岩土体,特别是地质界面处前后2 m范围内,容易导致管片错位破坏,因此要加强设计参数;掌子面挤出变形基本上下对称分布,主要影响范围是掌子面前方6 m,其地层加固有效距离为6 m;盾构穿越地层发生变化时,管片纵向不均匀变形相当明显,主要表现为竖向位移,管片主要承受竖向力的作用,其力学行为表现为仰拱和拱顶向内弯折,而两侧变形向外弯折,应进行不对称配筋设计,以利于结构的安全性和经济性。     

温州雁荡山地区铁路隧道施工地质问题探讨

塌方、掉块、围岩整体失稳等是隧道施工中要解决的主要难点问题。浙江雁荡山地区的铁路客运专线和货运专线两个项目分布有28 km双线隧道、6.4 km单线隧道。各隧道所穿越的山体地形、岩石地层等存在一定差异,围岩稳定性、施工工况具有丰富性和多样性。雁荡山地区工程地质条件较好,但在隧道进出口、浅埋地段,特别是风化层深厚地段,隧道施工易发生拱顶塌方冒顶;加之围岩压力过大、隧底软化,地基承载力不足,易导致围岩整体变形下沉。本文结合雁荡山地区火山运动及成岩背景,分析了该地区岩体结构、隧道工程地质条件,并结合隧道施工中出现的问题提出改进隧道设计、施工、现场管理的建议,可为本地区以后隧道工程的勘察、设计及施工提供参考。     

盾构隧道拱顶背后空洞引起管片裂损机理研究

同步注浆不均则衬砌管片背后易形成不密实或者空洞,导致管片变形、裂损和掉块。针对这一问题,依托一地铁盾构隧道建立三维地层结构模型,采用扩展有限元法对拱顶背后空洞引起混凝土管片裂纹的应变及变形特性进行探究。研究结果表明:拱顶背后空洞范围对管片裂纹的分布位置、扩展方向、最终裂纹形状都有很大影响,管片最大位移出现在拱顶背后空洞范围的中心,且随着空洞范围的增大而增大。     

青岛地铁穿越富水弱胶结地层支护方案优化研究

为解决青岛地铁穿越富水弱胶结地层隧道安全快速施工难题,针对隧道上部天然隔水层保护前提下的支护方案优化,考虑支护结构对围岩稳定性控制的影响,通过数值模拟分析了不同支护方案下隧道开挖后围岩变形规律与塑性区扩展特征;基于隧道上覆岩层塑性区范围、隧道沉降和收敛值等控制指标优化了支护方案,并结合Peck公式采用非线性拟合方法建立了地表变形预测公式。结果表明:以超前小导管结合超前锚杆的联合支护体系能够有效控制隧道开挖围岩变形,并对上覆隔水层起到一定保护作用,优化后支护方案安全、合理、高效,为类似条件下的地铁隧道变形控制及快速施工提供了理论依据和技术指导。     

高地应力缓倾软硬互层岩体中隧道底鼓影响因素模拟分析

当隧道穿越以水平构造应力为主导的高地应力区,特别是隧底下伏缓倾软硬互层岩体时,易发生隧道底鼓变形。选用侧压力系数、岩层倾角、围岩厚度、围岩弹性模量、隧道埋深5种影响因素,通过FLAC 3D建立数值计算模型,研究单一影响因素和多因素耦合对隧道底鼓的影响规律。结果表明:在单一影响因素下,隧道底鼓量随侧压力系数和围岩厚度的增大先增大后减小,随围岩倾角和围岩弹性模量增加而减小,随隧道埋深增加而增大;在多因素耦合作用下,各因素对隧道底鼓的影响显著性排序依次为隧道埋深>侧压力系数>硬质岩弹性模量>岩层倾角>硬质岩岩层厚度。