不同干湿循环路径下Q2原状黄土强度与微观结构演化试验

为探明不同干湿循环路径对Q₂原状黄土宏观强度和微观结构的影响,考虑地下黄土赋存环境,开展了3种干湿循环路径下的三轴剪切试验、核磁共振测试和扫描电镜试验,分析了Q₂原状黄土强度、微观孔隙分布和土颗粒结构的演化规律与特征,并结合矿物成分变化探讨了相互之间的影响关系。研究结果表明：不同干湿循环路径下,宏观参数-黏聚力与微观参数-孔隙分布、孔隙和土颗粒平均直径均表现出不同程度的劣化效应,参数衰减趋势完全一致,即干湿循环幅度越大,上限含水率越高,衰减越严重,劣化效应越明显。宏观参数-内摩擦角与微观参数-孔隙和土颗粒结构演化特征相似,即内摩擦角小幅波动,孔隙与土颗粒的形态、结构复杂度和排列有序性基本稳定。考虑干湿循环幅度、上限含水率和循环次数3种参数,构建了微观孔隙劣化特征函数,解释了不同干湿循环路径下的孔隙劣化特征,揭示了Q₂原状黄土微观孔隙损伤劣化两阶段发展规律,即波动式损伤积累上升阶段和损伤劣化稳定阶段。相关研究成果可为不同循环路径下的原状黄土宏微观劣化认知提供有益参考。     

浅埋隧道开挖引起地层位移的双极坐标求解法

基于双极坐标系和Mohr-Coulomb准则，考虑剪胀特性，在Jeffery和Massinas半无限空间圆形隧道围岩应力解的基础上联立平衡方程，推导了浅埋隧道施工拱顶方向的地层位移弹塑性解，并通过Peck公式、Park公式、Loganathan-Poulos公式和实测数据进行验证，揭示了地层变形机理和既有研究之间的联系，给出了考虑地层参数和施工因素影响的经验参数(地层损失率和间隙参数)定量取值方法。研究结果表明：弹塑性解的假定条件更少，与Peck公式、Park公式的差值在2%以内，与Loganathan-Poulos公式的差值为9.5%;双极坐标求解法从弹塑性分析的角度进一步解释了地层变形机理、Peck公式和各类修正弹性公式，即浅埋隧道开挖也会引起地层弹性和塑性变形，以Peck公式为代表的经验公式法在计算地层变形时，地层损失率在不同地区和施工控制条件下的取值分别对应着不同地层参数(黏聚力、内摩擦角、泊松比、重度和弹性模量)和施工边界条件(埋深、开挖半径、支护力)下的地层弹塑性变形；以Park公式、Loganathan-Poulos公式为代表的各类修正弹性解也可近似看作通过断面椭圆化和下...     

基于实测数据的穿越软塑黄土层大断面隧道围岩与支护动态作用机制

选取软塑黄土层分布于隧道拱顶、洞身和隧底3组典型断面开展实测研究，分析了软塑层影响下的围岩变形特征、支护结构力学特征及其差异性，提出了基于实测数据确定支护特性曲线的方法，揭示了软塑黄土层影响下的围岩与支护动态作用机制，给出了相应的防控理念及措施。分析结果表明：隧道围岩变形由大到小依次为软塑黄土层分布于拱顶段、洞身段和隧底段；软塑黄土层分布于拱顶段支护结构拱肩和边墙脚、洞身段拱腰及其以下位置、隧底段拱部和仰拱承受较大围岩压力作用；支护结构承受主要荷载来压方向不同、围岩应力随开挖步序释放率不同及地下水渗流路径不同是3组断面支护结构应力存在差异的直接原因；软塑黄土层分布于拱顶和洞身段时，围岩超前应力释放率约为35%,上台阶开挖支护结构力学性能迅速恶化，软塑黄土层分布于隧底段时，下台阶开挖软塑黄土层对支护结构将产生显著影响；针对上述3类工况，提出的强支护、控侧压和防突沉的防控理念及超前帷幕注浆、大锁脚和基底袖阀管注浆等施工控制措施可有效避免施工灾害的发生。     

基于围岩浸水的黄土公路隧道衬砌开裂分析

针对甘肃省境内某黄土公路隧道的衬砌开裂现状,采用统计分析的方法对隧道衬砌裂缝的分布特征进行了系统研究;通过有限元数值模拟,详细分析了多种围岩浸水工况下隧道结构的变形规律和应力特征,并将数值模拟结果与隧道现场裂缝分布特征进行对比,给出了围岩浸水恶化条件下衬砌结构开裂的原因、规律和特征。研究结果表明:地表水通过土体裂缝入渗是衬砌开裂的主要原因,衬砌裂缝主要分布于拱部和边墙;围岩发生浸水后,浸水范围内的土体强度降低,失去承载力,隧道上部围岩下沉,挤压衬砌结构;随着围岩浸水范围的扩大,隧道结构的受力与变形状态逐渐恶化,结构呈压扁趋势且产生偏压,引起拱部内表面被拉裂,边墙内表面由于局部压应力过大产生开裂;拱部开裂先于边墙且开裂情况最为严重,隧道上下行线相邻两边墙衬砌开裂情况较另外两边墙严重,数值模拟结果与现场衬砌裂缝特征基本吻合;在相似工程条件的黄土隧道设计时,应加强隧道拱部结构的抗拉性能和边墙结构的抗压性能。     

超长沉管隧道大型模型试验设计与应用

文章结合港珠澳大桥沉管隧道工程实例,采用局部相似装配式剪力键方案,对超长海底沉管隧道在不均匀沉降及不均匀荷载作用下的节段接头作用机理进行了研究。经材料配比与模型制作,进行了1:4.69的大型沉管节段模型试验;沉降模型试验平台经技术改造,能够满足试验过程中的模型搬运、对接、加载、复位等功能;控制试验平台底部千斤顶的差异沉降,可以模拟沉管节段接头纵向与横向的不均匀变位;采用钢筋计及压力盒对沉管结构钢筋应力、沉管结构与土体的接触压力进行测试,采用电阻应变花和光纤光栅应变花对剪力键表面及内部的应变进行测试。通过对所得试验数据的初步分析,得到了节段接头剪力键剪应力随差异沉降及剪应力沿沉管横截面的分布规律。     

大断面上新统红色泥岩(N_2~(Cr))隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5～10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明:1)围岩各项指标属于极硬土—极软岩临界范畴。2)该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ—Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3)未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4)该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征，以银西高铁庆阳隧道为研究对象，通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性，对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析，并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律，得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好，水平地应力为垂直地应力的2倍，可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形，可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态；数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围，变形区域主要集中在拱顶；延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

不同区域环境公路隧道排水系统设计特征统计研究

运营期公路隧道排水系统通畅与否直接关系到隧道支护结构的安全状态。为更好地了解我国不同区域环境下公路隧道排水系统设计特征及适用性，基于我国气候环境与地理信息特征，搜集了十四个省、自治区公路隧道典型排水系统设计样本，分别从排水系统总排水方式、局部排水设计与不同构造组合三个方面对比分析了不同区域环境下排水系统的设计差异和特征，同时对碳酸盐岩地区公路隧道排水系统设计和排水模型构建与优化进行了讨论。结果表明：我国公路隧道排水系统类型可归纳为侧式暗沟总排式、中心排水沟总排式及侧式暗沟+中心排水沟总排式三种类型，区域特点明显，各排水类型之间优点各异，但缺点相似；非冻结区内排水设计呈多样化，较小排水量需求下推荐采用侧式暗沟总排式设计，排水路径较短且易于后期维护，大排水量需求下可采用侧式暗沟+中心排水沟总排式设计；冻结地区隧道排水系统设计均为中心排水沟总排式，中心排水沟检查井内可布置多层保温材料，形成多层内腔结构，能够有效保持沟内水环境温度；通过降低纵向盲管检查井内横向盲管的标高，可将现行网状排水模型优化为串并联排水模型，该排水模型排水路径短，排水系统堵塞概率低，排水量较大时可自动转换为网状排水模型，保...     

董志黄土塬地区浅埋隧道施工地表纵向裂缝发展时空规律研究

为了避免地表纵向裂缝对黄土隧道工程的安全产生危害，依托于甘肃省庆阳市境内董志黄土塬地区浅埋铁路隧道工程，针对浅埋黄土隧道施工地表纵向裂缝发展的时空规律开展研究。通过对现场地表纵向裂缝发育情况的调查，结合室内计算机数值模拟计算，分析裂缝的形成原因，并根据裂缝成因整理模型土体中纵向裂缝发展状态的确定方法。在对不同隧道埋深工况下地表纵向裂缝的发展状态和不同时间点中地表纵向裂缝的发展状态进行分析后，得出地表纵向裂缝发展的空间规律与时间规律，最后总结形成浅埋隧道施工地表纵向裂缝发展时空规律，并提出减少地表纵向裂缝的防控措施建议。