海底隧道施工过程中初期支护受力特征试验研究

以厦门翔安海底隧道为依托工程,采用相似模型试验方式,研究在海水渗流场和围岩应力场共同作用下,隧道施工过程和变水头过程中,衬砌背后水压力的分布规律及受力特征．研究结果表明,隧道施工期间,在水土压共同作用下,隧道开挖对前方土体的影响范围约为2倍洞径,隧道开挖过后约1倍洞径,初期支护背后水压及应力趋于稳定;在变水头过程中,控制水的排放量对调整初期支护背后水压,保证隧道结构的安全起至关重要作用．试验所得结论与现场情况基本一致．     

深水桥墩地震响应研究现状与展望

分析了地震激励下水-深水桥墩动力相互作用, 总结了动水压力作用机理、地震动水压力的计算方法和水-结构动力相互作用分析方法, 研究了深水桥墩地震响应特征和影响因素以及水下振动台试验进展, 并对比了各国规范中动水压力计算方法。研究结果表明: 动水压力降低桥墩自振频率, 增大桥墩地震响应, 其影响在桥梁的抗震设计中不可忽略; 现有研究采用的桥墩形式较为简化和单一, 建议开展更多以桥墩体系、桥梁体系为对象的深水桥梁地震响应研究; 对于地震作用下动水压力计算, 目前各国规范多基于Morison方程, 但对其适用范围尚不明确, 应深入研究Morison方程的适用范围、修正方法与准确便捷的地震动水压力计算方法; 目前水下振动台试验大多集中在动水压力对桥梁下部墩桩地震响应的影响上, 响应大多在弹性范围内, 应进一步研究在大震作用下深水桥墩的非线性响应与破坏模式; 目前针对深水桥墩在地震和波浪联合作用下的动力响应研究较少, 应深入研究在地震、波浪、海流联合作用下深水桥墩与水的相互作用机理; 目前缺乏对全桥结构的地震响应研究, 应开展深水桥梁全桥分析与多子台水下振动台试验。      

地震与滑坡碎屑流引发堰塞湖涌浪动水压力研究

为了研究堰塞湖水体在地震以及同震滑坡碎屑流共同作用下产生的涌浪动水压力,设计了振动台造波模型试验,开展了地震作用下堰塞湖涌浪动水压力试验,获取单独地震作用下动水压力数据并同已有地震动水压力计算公式进行比较;开展了滑坡碎屑流作用下的堰塞湖涌浪动水压力试验,获取单独滑坡碎屑流作用下动水压力数据,进而建立了计算滑坡碎屑流作用下的堰塞湖涌浪动水压力的统计公式;开展了地震和滑坡碎屑流综合作用下的堰塞湖涌浪动水压力试验,最终建立了复合动水压力的计算公式. 研究结果表明:地震涌浪动水压力与水深和地震峰值加速度的关系可用Westergaard公式描述;滑坡碎屑流涌浪动水压力与初始水深负相关,与碎屑流入水速度和碎屑流体积正相关;复合动水压力小于单独地震动水压力和单独滑坡碎屑流动水压力二者之和,约为二者和的51%～95%.      

多孔混凝土的渗透系数及测试方法

为了有效测量多孔混凝土的渗透系数,通过分析渗透系数的物理基础,提出确定Darcy定律对多孔混凝土适用范围的方法,根据常水头渗透试验原理,考虑侧壁渗漏、套筒尺寸及测压管位置等因素,研制出简单实用的常水头多孔混凝土渗透仪,分析了影响渗透系数测试的试件性状和水等因素,提出多孔混凝土渗透系数测定的试验操作过程及数据处理方法,测试了多孔混凝土在不同配合比时的渗透系数。结果表明多孔混凝土具有良好的排水性能,其常见配合比的渗透系数均大于10 cm.s-1,同时渗透系数和有效空隙率之间符合相关系数为0.968 1的幂指数关系,可见常水头测试方法可准确有效地测定多孔混凝土的渗透系数。     

高填方涵洞顶部土体的成拱效应及计算分析

以现场试验数据为基础,合理考虑"拱效应"原理,试验结果表明:高填方涵洞顶部土压力随填土高度增大呈非线性增大规律,运用回归分析法提出了涵洞顶部竖向土压力计算公式,使高填方涵洞结构设计更为经济合理。     

某大桥主墩水中承台锁口钢管桩围堰计算

钢围堰的作用一是作为承台施工挡水结构，二是作为钻孔平台的支撑结构，承受的荷载包括水流冲击力、水头压力、以及由钻孔平台作用的竖向力。围堰设计是否合格，是否满足受力性能的要求，将直接决定钢围堰在施工过程中的安全性及可靠性。     

孔隙水压力作用下三级边坡稳定性的上限

根据极限分析上限原理,建立了孔隙水压力作用下三级边坡的对数螺旋线破坏机制,并对其稳定性进行了分析。计算了其外部重力做功功率、孔隙水压力做功功率以及内部能量耗散功率方程,将孔隙水压力作用下三级边坡临界高度的求解转化为非线性规划的数学问题。分析了孔隙水压力作用下土体强度参数对三级边坡稳定性的影响。     

木材流送模型试验相似准则的探讨

通过１：４０模型试验以及与１：５模型的对比试验研究了由若干喷嘴射流所合成的流场的相似规律，得出了流场相似参数以及流场基本自模的试验。对于木材在流场中漂送时的相似问题，亦作了定性分析，提出了木材漂送相似准数及与其受水动力系数之间的关系，指出了木材漂送问题的相似要求。     

塑料排水板内真空压力测试理论分析及试验研究

针对目前排水板内真空压力具体测量方法存在的问题,阐述了排水板内真空压力的定义,并通过理论分析及现场试验对孔隙水压力计及真空表实测结果进行分析。试验结果表明:孔隙水压力计及真空表实测结果不能直接作为真空压力使用,应对排水板内水位及沉降进行修正。推导了孔压计及真空表实测结果计算排水板内真空压力的修正公式。根据现场实测结果,孔压计实测结果计算排水板内真空压力,参数简单易得、计算简便、计算值较为符合实际且稳定性较好。而真空表实测结果计算排水板内真空压力,参数较多且难以准确测定、计算复杂、公式假定较多、结果偏差较大且测试稳定性较差。在现场实际工程中,建议采用孔压计监测排水板内真空压力。     

地基对加筋土挡墙影响的对比分析

为了分析地基对加筋土挡墙的影响，开展了两组离心模型试验. 首先根据相似理论确定试验相似比尺，其次根据相似比尺选取试验材料并制作模型进而开展砂土与黏土地基工况时的模型试验，最后采集并分析了填筑期与施工期的墙体位移、水平土压力、基底竖向应力与筋材应变. 结果表明:砂土地基时墙体的位移最大值位于结构的上部；黏土地基填筑阶段时墙体的位移约为砂土地基时的3倍并且加载阶段时墙底的位移可达30 cm；水平土压力系数沿着高度方向非线性分布，同时加载期的数值小于填筑期时的值；黏土地基时的墙背水平土压力系数小于砂土地基时的数值；与砂土地基时相比，黏土地基的变形可以减小面板底部竖向应力集中的趋势，使其竖向应力与自重应力比值接近1.0；与砂土地基时筋材拉力相比，由于黏土地基时墙体位移较大，因此此时底部筋材应力可增大3倍，同时筋材应变最大值出现的位置相对更远离墙面.      

时速600 km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征, 采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型, 基于重叠网格法和有限体积法, 以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象, 建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型, 通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率, 得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性, 以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明: 初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成, 形成初期具有三维特性, 在隧道截面同一高度上, 靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大; 在隧道截面同一侧, 靠近车体一侧高度越低, 初始压缩波压力越大, 而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关; 当列车驶入隧道一定距离后, 在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同, 初始压缩波由三维波变成一维平面波; 在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时, 位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值; 列车速度越高, 初始压缩波压力峰值越大, 位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比, 压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。      

中天山隧道涌水处治技术

中天山隧道特大高压涌水段具有水头压力大、持续时间长、涌水量大的特点;文章研究了涌水产生的机理,制定并实施了泄水减压结合帷幕注浆堵水的施工方案,快速有效地通过了特大高压涌水地质灾害洞段,效果显著。     

隧道掘进节能环保水压爆破技术的应用

隧道掘进节能环保水压爆破技术对于节约施工成本和减小环境污染有着重要的意义。结合隧道施工工程实例,就隧道掘进节能水压爆破技术的工艺流程、施工要点进行了探讨,并对其技术效果、环境效益、经济效益和社会效益进行了分析,期望为同类工程提供参考。     

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

水下隧道开挖面三维渗流场解析及涌水量预测分析

开挖面前方地层水压力及渗水量值是水下隧道工程重要参数,也是开挖面支护力设计、超前堵水加固参数设计的重要指标. 针对以往二维渗流模型分析水下隧道开挖面前方三维渗流场的局限性问题,首先,建立考虑开挖面前方渗流等势面为空间曲面的水下隧道三维渗流解析模型;其次,推导以开挖面所在平面为分界线的全部未开挖区半地层空间的水头分布函数,得出开挖面渗水量及前方地层孔隙水压力计算公式;最后,分析超前加固厚度、土体与超前加固渗透系数相对值等因素对开挖面前方水压力及渗水量的影响. 分析结果表明:与以往考虑开挖面正前方为二维渗流场的理论模型相较,三维解析模型能更好地反映开挖面前方空间渗流形态,且涌水量与水压力计算结果误差在5%以内;当掌子面前方加固范围为2倍洞室直径,超前加固区与地层相对渗透系数取值50,为安全合理的超前堵水加固参数.      

浅埋盾构穿越渗透性地层时极限支护压力分析

基于半承压水模型综合考虑土压盾构穿越渗透性地层时覆土层及下卧层的渗透性,推导了盾构穿越层中沿掘进方向的水头分布的解析解,将其与现有的二维渗流场的解析解结合扩展为相应的三维近似解. 同时采用数值仿真得到稳态渗流条件下浅埋渗透性地层的主、被动破坏模式,建立了相应的柱体+弧形转角体模型,将前述三维渗流场引入该模型,通过力矩平衡法得到了相应两种极限状态下开挖面支护压力的计算公式,与既有结果进行对比,此计算方法更接近数值解. 研究发现:施工对开挖面前方渗流场的扰动基本局限在3倍洞径以内,主、被动极限支护压力的值随水头差的增大均线性增加,盾构直径和水头差是影响主动极限支护压力的主要因素,拱顶埋深与盾构直径是影响被动极限支护压力的主要因素,实际施工过程中,支护压力值应尽可能接近水土分算下的土体原始地层侧压力值,并在其附近（最好在其上方）小幅度波动,波动范围应以变形控制标准为依据.      

皮家山隧道基于水环境保护的帷幕注浆施工

皮家山隧道进口通过长达262 m的高压富水断层带,在施工中采取帷幕注浆固结堵水的施工措施,成功的通过了大断层,并保护了水环境,对以往隧道施工中地下水“以排为主”的施工原则是一种理念上的革新,对相似隧道施工具有一定的借鉴价值。     

海底隧道施工过程中突水风险研究

海底隧道施工过程中最大的风险是隧道突水,一旦发生突水事故,将对整个隧道工程带来灾难性的后果.针对这一工程问题,应用极限平衡理论分析海底隧道突水的力学机理,得出海底隧道可能发生突水的临界水压计算公式.分析影响临界水压的因素,认为岩体物理力学参数、隧道上覆岩层厚度、隧道开挖半径及支护形式与强度是影响临界水压的主要因素,提出预防海底隧道突水的措施.     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．