深埋老黄土隧道限阻耗能型支护方法

为解决蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土段的初期支护破坏问题,从合理处理围岩压力和变形关系的角度提出耗能支护理念;在分析依托工程初期支护受力机理的基础上,设计基于限阻器的限阻耗能型支护,在试验段进行施工,测试支护的受力与变形,分析限阻耗能型支护的工作性能。结果表明:深埋老黄土隧道在支护设计时不能忽略支护的变形能力,应从能量支护的角度统筹围岩压力与变形;围岩压力以形变压力为主,初期支护整体处于小偏心受压状态,故将以受压变形为主的竖板厚7.5 mm、高280.0 mm、间距100～150 mm的钢板型限阻器环向嵌入原支护的左右拱脚位置,通过限阻器形成限阻耗能型支护,实现围岩压力释放和支护内力降低;限阻器在距掌子面约1.5倍洞径时开始压缩变形,最终压缩量为100～150 mm,小于设计压缩量,且支护除特殊情况外无破损现象,支护内力有较高安全系数,围岩压力释放充分;相比加强型支护,限阻耗能型支护既能提高支护的安全性又能降低工程造价,节省直接成本1.4万元·m~(-1),优越性明显。     

U肋加劲板受压力学性能分析

为了探究U肋加劲的板件在压力作用下的受力性能与破坏机理,建立了受压混合钢U肋加劲板非线性有限元模型,分析了边界条件、初始几何缺陷和焊接残余应力对其受力性能的影响。结果表明:改变试件两端的转动约束条件会改变试件的破坏模式和受压稳定承载力;加载偏心方向对试件稳定承载力有较大的影响,当加载偏心弯矩效应与试件弯曲方向一致时,试件承载力随加载偏心的增大而减小,反之,试件承载力随加载偏心的增大而增大;在有限元模型中试件两端约束设置为自由转动,整体几何缺陷幅值取构件长度的1/1 000,局部几何缺陷幅值取子板宽的1/200,加载偏心矩取截面高度的0. 02倍,采用残余应力简化分布形式得到的承载力计算结果与混合钢U肋加劲板试验结果符合较好。该数值模拟方法可用于混合钢U肋加劲板的受力性能和抗压稳定承载力分析。     

济南地铁大跨无柱拱形结构 内力分析及施工技术

以济南地铁龙奥站为依托,研究硬岩地层大跨无柱拱形地铁车站结构受力特性及施工技术,进行二维有 限差分数值计算,结果表明：基坑施工引起的支护结构水平位移及内力均较小,采用多级放坡开挖和喷锚支护的 方式可保证基坑安全施工;无柱拱形结构顶板弯矩、轴力值均较大,同时中板表现为偏心受拉状态,是主体结构 中的薄弱环节,但仍具有较大的安全系数,结构整体安全可靠。大跨无柱拱形车站施工技术已在济南地铁龙奥站 取得成功应用,可为类似工程提供借鉴。     

内填外包钢管混凝土小偏心受压构件极限承载力分析

以大瑞铁路澜沧江特大桥主跨342 m上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥为背景,选取拱顶截面构造直杆短柱构件.依据弹塑性力学原理,考虑材料非线性,建立内填外包钢管混凝土小偏心受压短柱构件的截面极限承载力数值迭代算法.运用该算法和ANSYS块体单元有限元法分析构件极限承载力.结果表明:内填外包钢管混凝土偏心受压构件的承载力由外包混凝土控制,内填混凝土的强度虽有一定的提高,但纯钢管混凝土的套箍效应未充分发挥;荷载不变时,构件极限承载力随偏心距增加(保持小偏心受压不变)呈下降趋势,但该结构抗弯矩变化的能力较强;桥拱顶截面极限荷载系数在3.0以上,远高于规范要求的2.0安全系数要求,表明该桥拱顶截面具有足够的安全性;两种算法的误差小于6％,截面极限承载力数值迭代算法的结果略小,但完全能满足工程精度要求,因此,工程应用中完全可以采用截面承载力分析法计算该类构件的承载力.     

软弱围岩隧道洞口段超前支护的三维数值分析

结合软弱围岩单线铁路隧道洞门工程地质和支护设计特点 ,应用数值方法模拟研究了软岩单线铁路隧道洞门 4种超前支护结构的受力机理。研究结果表明 ,4种超前支护的受力特性是不一致的 ,超前锚杆和超前小导管的受力特征与杆单元相似 ,且受力特性都是中间大、两端小 ;大管棚受力特征为两端铰支的简支梁 ;钢管桩的受力与轴心拉压构件相似。     

上承式加V拱桥力学特性及体系转换试验研究

在恒载作用下,上承式拱桥可通过设置合理拱轴线达到拱肋成为小偏心受压构件的目的.然而,在活载作用下,拱肋不再是单向受力状态,伴随明显的弯剪变形,导致力学性能下降,在一定程度上限制了大跨拱桥在活载占比重较大的铁路桥中的应用.据此,基于拱式、桁式结构的受力特点,考虑合理的体系转换方式,提出一种上承式加V拱桥结构,研究其力学特...     

石质铁路隧道初期支护优化研究

以蒙华铁路九岭山隧道为工程背景,运用强度折减法计算围岩强度储备并将其作为围岩稳定性的参考指标。依据现场监测,得到初期支护的受力特征。基于围岩强度储备指标与初期支护的受力特征,对初期支护进行优化设计,并应用于现场。研究结果表明:在围岩具有足够强度储备的前提下,初期支护主要承受形变压力;系统锚杆未发挥作用,喷射混凝土抗压性能未被充分利用,格栅钢架钢筋难以发挥其抗拉和抗弯性能;可将现有初期支护"喷射混凝土+格栅钢架+系统锚杆"的结构形式优化为"喷射混凝土+格栅钢架"。对原有设计和优化方案进行数值模拟,对比其锚杆轴力与喷射混凝土应力分布,同时应用现场试验验证该优化方案的安全性与可行性。该优化方案已在蒙华铁路应用推广。     

受采动影响巷道破碎围岩综合注浆加固研究

以潞安矿区常村煤矿受采动影响巷道破碎围岩的综合控制为工程背蒂,采用数值模拟软件UDEC对注浆过程中各种参数的影响,以及巷道围岩应力状态和注浆对支护的作用进行了数值模拟分析;并详细介绍了井下工业试验,包括注浆材料的选取,注浆参数,支护参数和矿压监测数据,对注浆后巷道位移及锚索受力数据等综合加固效果进行了评价。井下试验表明：通过注浆,明显地改善了巷道的应力状态。根据不同的巷道变形条件采用不同的注浆方法,并配合注浆锚索,是解决煤矿复杂围岩条件下巷道稳定的有效方法。基于数值模拟分析和工程应用的结果,提出了复杂困难条件下巷道维护的一般原则,为相类似条件的巷道维护提供借鉴。     

通透肋式拱梁隧道变形机理及力学特征分析

研究目的:基于对浅埋傍山隧道稳定性控制因素及传统设计方案的分析,提出一种全新的隧道结构型式——通透肋式拱梁隧道。研究和掌握通透肋式拱梁隧道变形机理及其力学特征,了解隧道进洞开挖过程中坡体及围岩的变形发展趋势,为其工程防治措施提供依据。研究结论:结合工程实际,对通透肋式拱梁隧道设计原理和结构特征进行分析,在岩体结构及坡体结构特征研究的基础上,结合隧道进洞过程中产生的变形破坏迹象,阐述了隧道的变形破坏机理;采用数值模拟手段,对隧道围岩-支护结构相互作用力学特征进行了分析研究,结果表明,两者协调作用良好,但对应力集中部位应加强支护强度。     

水平层状围岩隧道锚喷支护参数优化试验研究

基于水平层状围岩结构特征,提出层状围岩中隧道开挖支护优化工况,进行桐木湾隧道锚喷支护参数优化对比现场试验和数值模拟分析,根据现场测试和数值模拟结果,分析了锚喷支护参数优化前后的锚杆受力和围岩变形特征。研究结果表明,水平层状围岩隧道锚喷支护参数优化工况可行,可为类似条件下隧道支护的设计与施工参考。     

基于围岩力学参数反演的隧道结构受力分析

本文以重庆摩天岭隧道为例,采用正交数值试验,获得了神经网络的训练样本,并结合现场监控数据反演了围岩物理力学参数,最后根据反演结果对隧道结构受力进行了分析。研究结果表明:在规范规定的同种围岩级别力学参数范围内取值得到的数值模拟结果相差甚大;采用正交试验、现场监控量测与BP神经网络结合的手段反演结果较好,得到的力学参数能较好地反映隧道的实际受力状况;隧道衬砌为受压控制,支护结构处于安全状态,原设计合理。     

近水平砂岩隧道初期支护变形破坏分析及控制技术

针对蒙华铁路段家坪近水平砂岩隧道高地应力条件下初期支护变形破坏的问题,应用地应力测试技术获得隧道围岩初始地应力分布规律,对初期支护变形破坏特征进行分析,提出了高应力水平地层支护设计对策,并应用于工程实践。研究结果表明:隧道区段处于以水平构造应力为主的高地应力状态且最大水平主应力方向不利于隧道的稳定;应力释放导致隧道原有初期支护开裂变形,混凝土破坏为压剪破坏,格栅钢架主筋破坏为受压失稳;采取增强支护参数、增设缓冲层、加装阻尼器等技术措施成功解决了高地应力水平岩层隧道初期支护变形破坏问题。     

酸雨环境下方钢管再生混凝土偏心受压试验研究

对酸雨腐蚀后的9根方钢管混凝土进行偏心受压试验研究,主要考虑偏心距、混凝土类型和酸雨腐蚀率变化对试件力学性能的影响。研究表明:整体上酸雨腐蚀试验与法拉第电化学腐蚀定律吻合较好,随着腐蚀率的增加,试件极限承载力、前期刚度及延性均有所降低;混凝土类型对试件破坏形态、极限承载力和前期刚度影响不大,钢管再生混凝土的延性略差于同等条件下的钢管普通混凝土;随着偏心距的增加,试件达到峰值荷载前竖向相对压缩率增大,刚度减小。采用有限元软件对所有试件进行建模分析,整体上有限元建模方法能够较好模拟酸雨环境下方钢管再生混凝土偏心受压全过程,计算所得试件的极限承载力与试验结果较吻合。     

钢管桩与土钉墙组合支护技术应用探讨

以北京鲁谷深基坑支护工程为背景,在对国内外相关研究成果进行深入分析的基础上,采用现场监测、理论分析和数值模拟相结合的方法,着重探讨钢管桩与土钉墙组合支护技术在深基坑工程分步开挖过程中,支护结构和土体的受力和变形特性以及两者之间的相互作用。     

京沪高铁西渴马隧道初期支护受力特征分析

结合京沪高铁西渴马隧道工程,建立三维数值计算模型,根据相关勘察设计资料选取隧道围岩、注浆锚杆和初期支护力学参数。从隧道围岩最大主应力、最小主应力和塑性区等方面分析围岩的受力特征;从喷射混凝土受力和锚杆受力方面分析隧道支护结构应力特征。通过对现场典型断面实测,计算得到支护结构弯矩最大值处的最大压应力2.41 MPa,表明现行支护参数满足安全性要求。     

地铁基坑施工期钢支撑轴力监测优化研究

为提高地铁基坑施工期钢支撑轴力监测的准确性,对轴力计进行了改型设计。运用Midas软件模拟了三弦轴力计在偏心受压状态下的受力特性。结果表明:当轴力计内传感器增加到3个,且分别布置在承压面内接等边三角形的顶点上时,采用取平均值的方法能有效减小偏心受压对监测数据的影响。以宁波地铁3号线一期工程为依托,结合云平台技术,设计了钢支撑轴力自动化监测系统。通过实时连续的轴力值和温度值的一阶线性拟合,研究了钢支撑轴力的温度效应,得出三弦轴力计在偏心受压状态下监测的准确性。     

考虑K0固结或渗流与变形耦合的软土基坑工程二维数值模拟

在大型有限元通用软件ABAQUS的平台上进行了邓肯-张模型用户材料子程序的开发,首先采用平面应变单元、二维梁单元和二维桁架单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,时福州市一典型软土基坑工程按实际分步开挖和支护过程进行了二维数值模拟"目标试验".模拟过程中土体分别采用了K<,0>固结和正常固结试样的邓肯-张模型及莫尔-库仑理...     

基于收敛-约束法地铁区间隧道初期支护安全性研究

本文以西安地铁区间隧道为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场试验等研究手段,基于收敛-约束法原理对现行支护参数安全性进行评价,得到结论如下:黄土地层特征曲线可分为直线与曲线段,洞周边墙地层首先发生屈服,并逐渐形成塑性滑移楔体向拱顶和拱底蔓延;复合式支护结构中各构件以并联方式共同承担地层压力;支护结构进入塑性状态后其力学性能急剧恶化,由于施工与运营不允许支护结构出现塑性屈服,本文从容许位移的角度提出定义支护结构安全系数的方法;现场试验中支护结构能提供的最大支护反力大于围岩与支护特征曲线平衡点应力,表明现行支护参数满足安全性要求;从容许位移角度提出支护结构安全性评价方法,通过有限元计算结果绘制相关部分的地层与支护特征曲线可得对应安全系数,计算表明隧道支护结构安全系数最小为边墙处1.14,设计与施工中应予关注。     

地铁施工对管线的影响

隧道支护结构-土体三维有限元分析模型计算与施工监控量测相结合,分析北京地铁4号线黄庄站施工对地下管线的影响,并根据有关管线安全性的评价标准分析和预测地下管线的安全性。采用等效方法模拟钢架、锚杆;采用能承受轴弯性能的空间等参壳单元模拟初期支护及临时结构;采用遵循有限变形理想弹塑性本构关系和Drucker-Prager屈服准则的空间等参实体单元,模拟二次衬砌和围岩。数值模拟计算结果表明,开挖完成后的最大地表沉降预测值为121.63 mm,不超过127.27 mm的管线安全性要求,管节差异沉降亦不超过控制标准。但由于黄庄站地层存在着比较多的空洞,且地层富水和管线下漏水,因此为保证管线的正常使用,仍须采取措施控制地表沉降。     

隧道在地质软弱带的失稳机制及超前支护效果分析

以厦深铁路梁山隧道软弱带涌水突泥段为研究对象,应用工程地质分析和数值模拟方法,揭示了开挖面失稳及地表形成陷坑的发生机制,即软弱带的物理力学性质和空间分布特征是导致开挖破坏的主要因素.提出了采用"水平旋喷预加固+大管棚超前支护"的超前支护技术加固软弱带的治理措施,并运用有限元数值模拟方法对治理效果进行了定量评价.