土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验设计与应用

为提高对盾构施工相关问题试验研究的针对性，提出了土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验方法，并设计了模型试验相关装置；为避免多个关键影响因素相互影响，将盾构隧道施工过程中开挖掘进、管片拼装、同步注浆等关键操作环节分开依次进行模拟；为降低刀盘开口率试验研究相关成本，研制了几何相似比为1∶10且刀盘开口率可调的模型盾构机；为确保模型盾构隧道的纵、横向刚度相似性，设计了几何相似比为1∶10且纵、横向刚度可分别按需设置的模型盾构隧道，其管片环采用修正匀质圆环模型，管片环之间采用垫有压缩弹簧的螺栓连接；为方便试验并节省成本，模型盾构隧道采用外部拼装后再放入钢套筒内，以避免在狭小空间内进行管片拼装，且不加工管片拼装机；为实现注浆压力与注浆量的精准控制，设计了适用于室内模型试验的恒压同步注浆装置；利用模型盾构机开展了掘进施工过程中渣土输出控制对地表沉降影响的试验研究。分析结果表明：单位掘进距离的渣土输出量直接关系到盾构掘进过程中的超挖控制，从而影响地表沉降，当出土率小于1时，出土率变化对地表沉降影响较小，当出土率大于1时，出土率增大将显著加大地表沉降。为了最大程度地发挥整个模型试验的科研价值，在盾构...     

高炉渣改良填料大型直剪试验分析

将原状高炉渣掺拌粉煤灰分层碾压并重锤夯实作为换填地基的填料,进行分层取样后,以处于干、湿状态下各层土样的混和土作为试样开展大型直剪试验。为了探究高炉渣改良填料的直剪力学特性,以及现有大型直剪仪的不足,对不同法向应力作用下试样的抗剪强度、法向加载板的竖向位移进行了量测,并对试验过程中剪力与剪切位移曲线特性、剪切盒张开状态、完成直剪试验后试样的破碎状态进行了分析。结果表明:因细颗粒不足以填充粗颗粒之间的孔隙,含水量对改良填料力学指标影响很小,改良填料表现为良好的水稳定性;高炉渣改良填料在法向应力小于150kPa时几乎没有黏聚力,而在法向应力大于150kPa时表现出咬合黏聚力;高炉渣混合料直剪试验过程中法向应力越大,初期剪缩量越大,后期剪胀量越小,发生剪胀时对应的剪切位移也越大;在法向应力大于150kPa后,直剪试验的剪胀量有了较大程度的减小,此时剪切面的形成主要以剪切区粗颗粒的剪碎与断裂为主。最后,考虑到现有大型直剪仪随着剪切位移的增加,理论剪切面上的剪切应力与法向应力分布越来越不均匀,且有效剪切面积逐渐减小,为此对大型直剪仪提出了改进建议,使有效剪切面面积保持恒定不变,测试结果与实际情况更加接近,可提高粗颗粒土剪切强度的测试精度。     

考虑水平摩阻的Pasternak路基基层及路面变形分析

为了分析实际工程中路面结构在各类情况下的变形特性，采用Timoshenko梁模型模拟路面及基层特性，Pasternak地基模型模拟路基特性，考虑路面基层间的水平摩阻、路面和基层梁单元的形心轴向位移、基层材料与路基土的非线性应力-应变关系，根据弹性体的虚功原理列出虚功方程，离散后得到单元切向刚度矩阵，运用有限元方法进行组装并采用迭代法进行求解，得到路面结构在不同参数作用下的变形结果。分析基层厚度，模拟水平制动荷载、水平摩阻系数及其他参数对路面结构变形的影响。计算结果表明：如果不考虑基层作用和水平摩阻，采用线性Winkler地基模型计算所得结果与已有文献的计算结果非常接近，验证了该模型与计算方法的正确性；加厚基层厚度能抑制路面沉降及弯曲变形，路面与基层间的摩阻能减小路面沉降，两者都会增大形心轴向位移，水平摩阻的影响不能忽略；模拟水平制动荷载会引起路面微小的转动并从而引起路面结构的变形；增大地基极限承载力能减小路面沉降，一定程度上能抑制路面的弯曲及轴向变形，但效果不显著；增大基层中的剪切作用能有效减小路面沉降及弯曲变形，基层中最终剪应力的大小对路面形心轴向位移的影响尤为明显。     

砂土地层悬臂倾斜长短桩支护性能模型试验研究

倾斜桩能够提高排桩水平承载力，而长短桩依据桩身弯矩分布减小部分支护桩的桩长，以充分利用支护桩承载力，将两者结合可形成倾斜长短桩。为研究倾斜长短桩作为基坑围护结构时的变形受力特性，通过常规室内砂土模型试验，分析倾斜长桩倾斜角度和长短桩配比的影响。试验结果显示： 1）对比等长长桩，倾斜长短桩能够在减小总桩长时，更有效地控制支护结构变形和桩身弯矩； 2）对于倾斜长短桩而言，在倾斜桩倾斜角度为0°～20°时，其支护效果随着倾斜角度增大而提高； 3）倾斜长短桩的桩身弯矩会随着倾斜角度增大而减小，且开挖面以下弯矩减小幅度更大； 4）倾斜长短桩中，长桩与短桩在开挖面以上弯矩相近，开挖面以下长桩弯矩显著大于短桩弯矩； 5）短桩占比越大，支护效果越弱，桩身弯矩越大。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。     

预应力混凝土系杆拱桥整体顶升受力分析

该文以下承式系杆拱桥为例,对其顶升的可行性进行了初步探讨,对顶升时需要考虑和注意的问题进行了分析,以求对以后类似桥梁改造提供有益思路。重点应用有限元软件对各种顶升工况进行了空间有限元分析,得出了应力-误差规律,为施工提供了可靠依据。     

考虑水力效应的裂缝边坡稳定性非线性能耗分析

现有考虑水力效应的裂缝边坡稳定性分析大多基于线性破坏准则,而岩土体破坏往往呈现非线性特征,因此开展水力效应影响下的裂缝边坡稳定性非线性极限上限分析具有重要意义。基于极限分析上限定理及强度折减技术,结合“外切线法”非线性破坏准则,构建坡顶含竖直裂缝的边坡对数螺旋线破坏模式,根据虚功原理推导出裂缝边坡安全系数解析式,通过MATLAB优化计算,结合边坡工程实例探讨了典型因素对裂缝边坡稳定性、临界裂缝及滑动面位置的影响规律。研究结果表明：随着地下水位h的持续上升,边坡安全系数不断降低,临界裂缝深度逐渐增大且临界裂缝位置逐渐向坡顶缘偏移;非线性系数m明显影响边坡的稳定性,边坡安全系数随着非线性系数的增大显著减小,采用线性破坏准则会高估地下水位变化对边坡稳定性的影响;随着非线性系数的增大,临界裂缝深度随之增大,临界裂缝位置距离坡顶缘越来越远,滑坡体体积逐渐增大;裂缝与坡顶缘距离l_m随着非线性系数m的增大而增大(当m增大0.2时,l_m增大约1 m),且随着裂缝与坡顶缘距离的增大,边坡安全系数无明显变化,临界裂缝深度先逐渐减小后趋于稳定。     

交通荷载下叠合式公轨隧道的力学性状研究

为模拟交通荷载,引入并改进三车道元胞自动机得到汽车荷载作用位置的随机动态变化,同时利用汽车动力模型、列车-钢轨-隧道耦合动力学模型得到交通荷载量值随时间的动态变化。首先建立叠合式公轨隧道有限元静力模型并进行分析,随后将交通荷载导入公轨隧道有限元模型中,对公路隧道衬砌的动力响应进行分析,获得衬砌的水平应力时程曲线、最大应力响应值和振动加速度,并获得不同隧道布置形式下最大加速度分布曲线、最大应力分布曲线。为减小公路隧道底板拉应力,对2种隧道之间的垫层布置形式进行了措施优化,最后对垫层与动力响应的关系进行研究。研究结果表明：静力条件时铁路隧道造成公路隧道下部刚度差异,不同铁路隧道布置形式会分别加剧或减小公路隧道底板拉应力;动力条件时动力响应值在2种交通荷载共同作用时达到最大值,其中最大拉应力为2.77 MPa,与静力分析相比增加了7.36%,且公路隧道最大振动加速度由列车荷载控制;不同的铁路隧道布置形式下公路隧道的最大振动加速度和拉应力大小及发生位置有所不同,铁路隧道分开、合并布置时,最大振动加速度分别出现在两侧隧洞跨中和公路隧道中墙处,前者最大拉应力值约为后者的1.5倍,且其最大拉应力出现...     

不同开挖顺序对基坑围护结构变形影响分析

基坑开挖顺序对围护结构的变形影响较为明显。结合杭州某地铁车站基坑工程项目，基于考虑土体小应变特性的硬化模型，采用三维有限元软件（PLAXIS 3D）进行了数值模拟，详细分析了施工过程中不同基坑开挖工况对围护结构变形、支撑轴力、地表沉降等变化的影响。结果表明：同一基坑的围护结构左右两侧变形差异显著，分析时不能简单将土层视为水平均布土层，需对变形较大的一侧土体减少基坑堆载，尽可能将荷载分布在围护结构变形较小一侧；地连墙水平位移、地表沉降均随基坑开挖及车站的建造逐渐增大；地连墙变形受基坑开挖顺序的影响较为显著，从中间往两侧开挖对地连墙的变形影响最小，仅为18.35 mm，相较于原工况减少约25%，对工程产生最有利的影响。     

纵向残余顶推力对盾构隧道纵向刚度影响试验研究

针对盾构隧道纵向刚度影响因素复杂、客观存在的纵向残余顶推力常被忽略等问题，以南昌地铁盾构隧道管片环为原型设计1∶10的缩尺模型，按环缝连接接头位置的不同，分2组开展纵向残余顶推力对隧道纵向刚度影响的试验研究，并结合工程实际分析影响盾构隧道纵向刚度的若干因素。结果表明：横向受力相同时，不同于刚度均匀简支梁反演得到的纵向挠曲变形，模型盾构隧道实测得到的纵向挠曲变形表现出明显的非线性特性；盾构隧道残余顶推力对其纵向刚度影响显著，刚度增长与纵向预压力增加呈现非线性关系；在相同纵向预压力作用下，角码布设在与水平线呈45°位置时，模型管片环之间可能发生的剪切位移量更大；盾构隧道残余顶推力、隧道挠曲变形阶段、环缝连接螺栓数量与形式、管片环缝端部构造等均对盾构隧道纵向刚度产生影响；隧道纵向挠曲变形主要由环缝张开及管片环之间的剪切滑移2部分导致，且管片环之间的剪切滑移具有随机性。