高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.      

多年冻土区隧道施工过程中围岩融化圈变化规律研究

多年冻土区隧道在施工过程中围岩受施工热源的影响形成融化圈,在季节性冻融作用下,会造成衬砌表面开裂、剥落、覆冰等冻害.因此,减少施工对冻土原始地温场的扰动是寒区隧道施工的重要控制因素之一.本文以青藏高原风火山隧道为背景,结合实际施工工况、环境温度及地温数据,基于传热学理论,利用数值仿真开展隧道开挖暴露时间、初支施作时机、贯通后有无保温层、气候变暖等因素下隧道围岩融化圈变化规律研究.结果表明:与无支护阶段相比,有初期支护隧道围岩融化圈深度在30 d内减少了25.6％,融化圈发生时间推迟了6d左右,及时施作初支可有效减小隧道融化范围;隧道围岩融化圈呈月牙形分布,内侧线扩大速率大于外侧线减小速率,施工引起的热扰动对隧道围岩的回冻有显著影响.考虑气候变暖因素,提出铺设5 cm厚保温层能有效抑制围岩出现季节性冻融圈.     

C25喷射混凝土抗压强度的概率统计规律

在对某公路隧道喷射混凝土进行现场钻孔取芯和室内抗压强度试验的基础上,用χ2检验法对收集的喷射混凝土抗压强度值分别选取正态分布、对数正态分布和极值Ⅰ型分布进行拟合检验,分析了喷射混凝土抗压强度的概率统计规律,并利用所得规律对其统计标准值进行了计算。计算结果表明,C25喷射混凝土抗压强度的概型分布符合正态分布,抗压强度的标准差为6.91~7.15 MPa,变异系数为0.24~0.26,与C25模筑混凝土抗压强度的标准差5.43 MPa、变异系数0.16相比,喷射混凝土抗压强度施工的均质性差,离散性大;C25喷射混凝土抗压强度统计标准值为16~18 MPa,与C25模筑混凝土抗压强度统计标准值17 MPa比较接近。     

高海拔隧道热固型材料防冻保温层厚度的隔热效果仿真分析

在建立隔热层/衬砌/围岩的二维传热学分析模型基础上,基于二维稳态导热有限元分析方法对隧道围岩、衬砌温度场分布进行模拟仿真计算。首先,对地域环境年平均气温-3.5℃条件下,不同设计厚度的热固性隔热料福利凯(FLOLIC FOAM)的防冻保温效果进行了分析;其次,对防冻保温层设计厚度为5 cm且隧道环境温度由-3.5℃下降至-10℃时,单位厚度隔热层防冻保温导致的温差变化及其产生的隔热效果进行了对比;第三,当隧道环境气温从-3.5~-35℃范围变化且隔热层厚度为5 cm时,给出了可达到的防冻保温最低温度范围。     

青藏高原机场跑道多年冻土地基温度场特征

对比了青藏高原多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场, 分析了其地基温度分布、温度沿深度的变化以及地基最大融化深度, 研究了宽幅沥青混凝土道面机场跑道地基温度场特征, 对比了不同道面宽度条件下其地基温度分布、不同时间地基温度沿深度的变化以及跑道中部及道肩的最大融化深度, 并基于道面宽度、时间建立了沥青混凝土道面机场跑道道中地基融化深度的表达式。研究结果表明: 多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场存在明显差异, 机场跑道地基融土核位置更低, 且全部位于天然地面以下, 而公路路基融土核位置相对较高, 可以通过抬高路堤使融土核全部位于路堤内, 便于通风管等温控措施的施工, 可见由于机场跑道无路堤、道面幅度宽等特点, 使得多年冻土地区公路与铁路建设的现有研究成果不能完全应用于机场跑道建设中; 对于沥青混凝土道面的机场跑道多年冻土地基, 随着道面宽度的增加, 跑道地基稳定性降低, 道面宽度每增加1%, 地基0℃等温线约下降0.17%, 地基融土核最高温约上升0.46%, 道中地基融化深度约加深0.19%, 但当道面宽度超过35 m时, 道中地基融化深度趋于平稳; 相对于道中地基温度场, 道肩受道面宽度的影响较小, 当道面宽度超过25 m时, 其地基融化深度趋于平稳; 道中地基融化深度表达式相关系数为0.988 6, 相对误差在1%以内。      

冻土区寒季灌桩对地温场的影响分析

以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析有限元模型,然后根据青藏高原清水河某地段实际气温和地温的初始条件计算了寒季施工条件下,混凝土入模温度分别为5 ℃及12 ℃时桩周地温场的变化,分析了混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供理论参考依据.     

多年冻土区大直径钻孔灌注桩早期回冻规律

基于多年冻土区桩基混凝土的设计与施工,研究了多年冻土区大直径钻孔灌注桩的早期回冻规律,通过桩基现场试验并结合数值仿真模型分析了桩周混凝土水化热和桩周冻土回冻规律。分析结果表明:在灌注完成后25d内桩侧温度在1℃以上,在灌注完成45d后桩侧温度逐渐恢复到0℃;数值模拟结果显示在灌注完成60d后桩身温度下降至0℃,在灌注完成200d后桩周土体回冻至天然状态;入模温度每提高2℃,桩侧峰值温度提高1℃左右,而2倍桩径处峰值温度提高0.5℃左右。可见,在大直径桩基条件下桩基混凝土中可以不添加或少添加早强剂,也没有必要刻意降低拌合物入模温度;桩基的施工时间最好安排在暖季,为混凝土的养生提供较好的外部条件。     

哈尔滨松花江斜拉大桥9~#主塔承台施工

哈尔滨松花江斜拉大桥 9# 主塔承台位于松花江北岸 ,承台处地质层为细砂 ,水位标高为 1 1 5 0 0m ,筑岛顶面标高 1 1 8 5 0m ,承台结构长度为 5 4 5m ,宽度为 1 5m ,其顶面标高 1 1 6 5 5m ,底面标高 1 1 1 5 5m ,厚度为 5m ,9# 主塔承台的混凝土工程量为 36 74 5m3 。由于地下水位高 ,承台基础面积大 ,混凝土数量大 ,混凝土内部水化热量大 ,且又在冬季施工 ,外部环境气温低 ,因此我们针对这些难点 ,制定了 9# 集水井降水、基础开挖、降低混凝土内部水化热、防止混凝土温度裂缝、冬季保温施工等一系列施工方案     

寒冷地区隧道温度场的变化规律

为了揭示隧道温度场的变化规律,以某寒冷地区公路隧道为依托,选择11个测试断面,对隧道拱顶、拱腰、边墙和路面四个部位的温度进行1.5a的长期测试,采用正弦函数回归法,对测试数据进行分析。结果表明:隧道洞内的年气温变化具有周期性,随时间大致呈正弦曲线变化;隧道内纵向气温随着进入隧道距离的增大,年平均温度逐渐下降,年温度振幅也下降,其变化规律呈指数函数曲线变化关系;隧道围岩温度在径向一定范围内,随着径向深度的增加,年平均温度上升,年温度振幅衰减,并且呈指数函数曲线变化关系;防水夹层对隧道保温隔热是有利的。     

超大体积混凝土配合比设计优化及裂缝控制技术研究

为解决超大体积混凝土温度裂缝问题,一方面降低胶材水化放热量和延缓水化放热速率,优化混凝土配合比,使其具有较低的绝热温升和较好的耐久性;另一方面依据实体温度监测数据,在水化放热不同阶段采取合理、可行的温控措施来解决问题。结果表明:大体积混凝土采用以上降温措施后,从浇筑后到拆模,未发现温缩裂缝,该方法可为其他超大体积混凝土的温控防裂提供借鉴作用。     

大体积混凝土施工及质量防治措施

大体积混凝土的概念及常见通病 美国将大体积混凝土定义为任何现浇混凝土．其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题．即最大限度减少开裂影响的．即称为大体积混凝土。日本将大体积混凝土定义为结构断面最小尺寸在80cm以上．水化热引起混凝土内的最高温度和外界温差．预计超过25℃的混凝土。     

新铺沥青混凝土降温规律实测与分析

为研究沥青路面铣刨重铺工程开放交通前新铺沥青混凝土的降温规律,依托江苏省高速公路沥青路面养护维修工程,在沥青混凝土中预埋温度传感器,通过无纸化温度记录仪自动记录各传感器的温度数据,并对所测数据进行分析,研究表明:不同气温条件下,新铺沥青混凝土的表面温度与内部温度存在明显差异。气温接近40℃时,新铺沥青混凝土表面温度与内部温度区别较小,当气温降低时,两者区别变大,气温越低,两者温差越大;连续施工的多层铣刨重铺沥青混凝土,上层结构摊铺后对下层结构有加热作用,上层温度与空气直接接触,降温速率更快,而下层结构在较长时间段内保持着高温状态; 24 h内,新铺沥青混凝土内部温度变化幅度明显小于环境温度,且温度变化时间相对环境温度略有滞后;规范将路表温度降至50℃作为新铺沥青混凝土开放交通的统一标准并不可靠,需要依据施工气候条件及养护方案提出更加合理的开放交通时机。     

大体积混凝土裂缝产生的原因及控制措施

所谓大体积混凝土,一般理解为尺寸较大的混凝土。日本建筑学会标准(JASS5)规定:"结构断面最小厚度在80cm以上,同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土,称为大体积混凝土"。大体积混凝土结构通常具有以下特点:结构厚实,混凝土量大,工程条     

湿陷性大断面黄土一次衬砌模筑混凝土隧道监控量测分析

通过对兰州南绕城某高速公路隧道进行现场监控量测,分析了现场围岩变形、接触压力和一次模筑混凝土应力的变化规律,对现场围岩的变形状态及支护条件的可靠程度有了更科学的了解。研究成果为隧道的现场施工提供了必要的依据,同时也可为以后类似地质条件下隧道的设计和施工提供借鉴。     

寒区隧道温度简谐波传热特征与影响因素的敏感性

为探究寒区隧道温度场的时空演化规律, 以波的视角从时间尺度和空间尺度建立了寒区隧道温度简谐波径向传热模型, 基于傅里叶传热定律推导了寒区隧道温度简谐波径向传热表达式; 依托兴安岭公路隧道温度测试结果, 验证了温度简谐波径向传热表达式的可行性, 分析了温度简谐波沿隧道径向深度的分布特征与随冻融周期的变化规律; 采用系统稳定分析法, 研究了温度简谐波对各影响因素归一化的敏感度因子。研究结果表明: 沿隧道径向深度0.00~4.00 m, 温度振幅呈负指数函数形式衰减, 变化范围为11.67℃~0.45℃; 温度相位移呈正比例函数形式增大, 变化范围为0.00~75.24 d; 年平均温度呈线性升高的趋势, 变化范围为-0.62℃~1.98℃; 受隧道区气温逐年变暖趋势的影响, 隧道进口端壁面年平均温度从2016~2019年升高了约0.75℃, 年平均温度随冻融周期逐年增大, 2.00 m深度内年平均温度受冻融周期影响较大, 超过2.00 m年平均温度受冻融周期影响相对较小; 隧道进口端壁面温度振辐从2016~2019年衰减了1.48℃, 温度振幅随冻融周期逐年衰减, 2.00 m深度内温度振幅衰减较快, 超过2.00 m温度振幅衰减较慢; 隧道进口端壁面日相位从2016~2019年延迟了7.20 d, 日相位随冻融周期逐年增大。温度简谐波对各影响因素的敏感性由高到低依次为壁面温度振幅、壁面年平均温度、围岩含冰率、围岩含水率、围岩孔隙率、骨架颗粒的质量热容量与导热系数。      

湿喷纤维混凝土支护公路隧道横洞的有限元数值分析

基于大型有限元程序FLAC软件,针对某高速公路隧道间行车横洞采用15cm、20cm、25cm等不同厚度的聚丙烯纤维增强混凝土锚喷支护结构时的最大与最小应力场、塑性区的位置及演变、隧道拱顶、直墙及底板的位移进行了数值模拟计算分析。结果表明:聚丙烯纤维增强混凝土锚喷支护结构均可有效地改善围岩的应力再分配、降低围岩的塑性区分布范围和深度,强化了隧洞的稳定性。     

青藏高原高等级道路路基路面温度变化特征

连续观测了青藏高原多年冻土区道路结构不同层位和天然大地不同深度处温度,分析了不同层位日均温度的时空变化趋势、实时温度的频率分布特性与不同结构层材料的冻融特性。分析结果表明:空气、面层、基层、路基和天然大地温度年度变化趋势均呈现明显的热季与冷季之分,转换时间分别是4月份和9月份;观测周期年内,沥青混凝土路面路表日平均温度为-17℃~40℃,水泥混凝土路面路表温度为-18℃~17℃,沥青混凝土路面下的路基顶面以下0.8m处温度波动范围为-2.8℃~6.3℃,水泥混凝土路面下的路基顶面下0.7m处温度波动范围为-3.4℃~5.4℃;空气、沥青混凝土面层、水泥混凝土面层的温度和温度梯度频率分布均呈现出明显的单峰形态,且峰值对应的温度或温度梯度与相应的年均值存在偏差;基层、垫层和路基的温度频率分布均呈现多峰并存的形态,分别与冷季、热季、冷热季转换期相对应;分析周期年内沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的路表冻融次数分别为182、178;沥青混凝土与水泥混凝土冻结融化持续时间频率分布均呈现主峰+多副峰的形态,主峰对应的持续时间分别为0~2h和18~20h。可见,在多年冻土区,可优先选择水泥混凝土路面,以利于冻土的保护,沥青混凝土与水泥混凝土配合比设计均应验证抗冻融耐久性能。     

大体积混凝土裂缝产生的原因及控制措施

所谓大体积混凝土,一般理解为尺寸较大的混凝土。日本建筑学会标准（JASS5）规定：”结构断面最小厚度在80cm以上．同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土,称为大体积混凝土”。大体积混凝土结构通常具有以下特点：结构厚实,混凝土量大,工程条件复杂（一般都是地下现浇钢筋混凝土结构）,施工技术要求高,     

铺设碳纤维-玻璃纤维格栅的沥青混凝土路面融雪试验研究

冬季冰雪天气严重影响着城市交通和道路交通,为了尽快的使道路上的积雪融化,研究一种既方便又快捷的材料---碳纤维-玻璃纤维格栅,将这种材料作为导电发热体铺设在路表面下,在冰雪天气对导电发热体进行通电、产生热量,通过热传递的方式使路表面温度升高．文中对铺设了碳纤维-玻璃纤维格栅的沥青混凝土路面进行升温和融雪模拟试验,研究了2种不同铺设方案下,在温度为-6．5℃、发热通电功率控制在300 W/m2时路面结构模型的升温情况,表明将格栅铺设在路面表层5 cm以下较为合理．通过现场的融雪试验表明,这种路面能实现融化积雪的功能．     

沥青混合料在不同温度下的静态模量试验研究

对SBS改性沥青混合料和长寿命高强度改性沥青混合料分剐进行了不同温度下的单轴压缩试验,结果表明,它们各自的抗压回弹模量值随温度的升高而降低,温度为60℃时SBS改性沥青混合料的模量值为15℃时的10．7％左右,而长寿命高强度改性沥青混合料仅为6．3％左右,降幅显著。在常温下长寿命高强度改性沥青混合料的模量比SBS改性沥青要高很多,但是在温度较高时这种优势并不明显,其60℃时的模量值与SBS改性沥青相当。