波纹钢板在隧道明洞结构中的应用研究

为研究波纹钢拱圈式隧道明洞结构的力学性能,为该类型隧道明洞结构的应用提供理论依据,以某隧道窗孔式明洞为工程背景,采用有限元数值模拟方法进行受力分析。首先,分析明洞结构中基础底座、混凝土拱圈和波纹钢拱圈的应力分布特点;其次,从弯矩、轴力和位移3个方面研究波纹钢板的厚度对该明洞结构受力的影响;最后,从弯矩、轴力和位移3个方面研究钢拱圈不同矢跨比对该明洞结构受力的影响。研究结果表明： 1）基础底座的内外墙根部截面应力较大,为结构受力最不利位置,混凝土拱圈和波纹钢拱圈在拱脚和拱顶附近位置处受力较大; 2）随着波纹钢板厚度的增加,内外墙底部截面的弯矩均有所减小;外墙底部截面的轴力有所减小,而内墙底部截面的轴力有所增加;钢拱圈的横向和竖向位移均有所减小; 3）随着钢拱圈矢跨比的减小,内外墙底部截面的弯矩不断增加,且内墙底部截面弯矩增加更为明显;内外墙底部截面的轴力不断减小; 钢拱圈的横向位移不断减小,竖向位移出现先减小后增加的趋势。     

基于颗粒流的高填黄土明洞加筋减载数值模拟分析

为研究高填黄土明洞加筋减载的荷载传递规律,采用颗粒流软件模拟高填黄土明洞加筋减载,通过分析洞顶竖向应力、颗粒竖向位移、颗粒间的接触力、格栅的竖向变形和孔隙率等细观参数的变化,从微观角度揭示土工格栅加筋减载明洞减载规律,并进一步研究土工格栅刚度和层数对洞顶减载效果的影响。结果表明： 1）土工格栅的竖向变形和颗粒竖向位移变化形式基本保持一致,格栅的变形依赖于洞顶内外土柱的沉降差; 2）在格栅所能承受的最大变形范围内,内外土柱负的沉降差越大,格栅的拉膜效应越显著,减载效果越好; 3）格栅的刚度和层数对其减载效果均有一定的影响,应根据实际填土高度和填土性质选择适宜刚度和层数的格栅进行减载。     

桩承式路堤土拱效应及承载特性演化规律

桩承式路堤被广泛用于软土地区的路基沉降控制,分析路堤土拱效应是获得其承载和变形特性的关键。通过开展桩承式路堤土拱效应物理模型试验和三维弹塑性有限元数值模拟,研究桩土差异沉降条件下路堤中土拱形成过程和承载特性变化。研究结果表明：随着桩土差异沉降增加,路堤内应力分布不断变化,桩顶处竖向压力呈增大—减小—稳定的趋势,而桩间土处竖向压力则不断减小直至稳定。当土拱完全形成后,路堤内存在一个等沉降面,该面上方土层沉降均匀,该面下方土层表现为不均匀沉降,等沉降面与桩顶的竖向距离约为桩间距与桩宽之差的2倍。     

柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算

针对刚性桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,通过拟合桩土单元体竖向相对位移分布函数,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形以及中性点和桩土界面变形协调,对桩土相对位移变形形式、桩侧摩阻力变化规律、桩端土反力模型作一定的简化,建立出刚性桩桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算方法。最后,采用该沉降计算方法对模型试验及工程实例进行分析。结果表明,柔性基础下与刚性基础下刚性桩复合地基变形模式与桩土应力比有很大的差异,沉降计算值及桩土应力比与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,能够对刚性桩复合地基沉降量计算提供参考。     

消减波浪荷载的桥梁沉箱基础外形设计研究

基于波浪场中动水压强的空间分布特征,提出了消减跨海桥梁沉箱基础波浪荷载的方法:一是优化基础横截面外形,调节基础横截面外轮廓不同位置波浪压力的相位差,减小基础所受到波浪力和力矩;二是优化基础竖截面外形,减小水面附近波浪能量集中区域的截面尺寸,增大靠近海床面区域的截面尺寸,将基础下部的迎浪面设置为外伸斜面,利用斜面上波浪压力竖向分力产生的力矩抵消部分水平分力产生的力矩,从而消减桥梁基础上的总波浪力矩。对于大尺度矩形和圆端矩形截面的桥梁深水沉箱基础,基于势流绕射理论和边界积分方法进行分析,结果表明,相比于矩形截面,采用圆端矩形截面可有效减小基础的波浪力和力矩;相比于上下等截面的基础,采用下部迎浪面设置外伸斜面的基础可以大幅减小基础的波浪力矩。研究成果可为跨海桥梁深水基础设计提供参考。     

国外某桥风致振动的抑制措施

国外某桥主跨3×224 m连续钢桁拱为中承式刚性拱柔性梁结构,在安装钢梁过程中,部分吊杆发生涡激振动,通过对钢桁拱吊杆增设纵向水平拉杆及横向联结系和将H形截面改为矩形截面的抑振措施,减小了吊杆的自由长度,提高了涡振发展风速,有效抑制了吊杆的风致振动。     

柔性石笼护坡在湖区软土路基的适用性研究

基于FLAC^3D有限差分软件,通过对湖区柔性石笼护坡结构和刚性护坡结构的数值模拟,对比分析两者的变形和受力特点。结果表明：对湖区软土路基,柔性石笼护坡结构具有良好的适用性。相比刚性护坡结构,石笼护坡结构通过基础内部的协调变形不仅有效地提高了结构的抗倾覆稳定性,而且显著减小了基底应力,降低了对地基承载力的要求,还使得基底应力分布更均匀,减小了不均匀沉降,有利于地基的稳定;此外,石笼护坡结构的土压力分布更均匀,避免了应力集中现象,有效增强了结构的耐久性。     

强降雨条件下岩溶地质环境因素对隧道安全性的影响序列研究

为探究岩溶地质环境因素对隧道工程安全性的影响序列问题,采用室内模型试验方法,考虑岩溶隧道的溶洞布置形态、节理面倾角、溶洞直径、溶洞与隧道间距等地质环境因素,以湘粤岩溶地区典型公路隧道为依托进行试验研究。主要结论如下： 1）隧道衬砌表面孔隙水压力主要受到节理面倾角和溶洞布置形态的影响,且节理面倾角的作用要强于溶洞布置形态,竖向正交布置溶洞截面孔隙水压力变化区间约为斜向布置截面的10倍,而衬砌0°测点位置孔隙水压力变化区间约为180°测点位置的10倍; 2）衬砌表面土压力的影响序列为溶洞布置形态、节理面倾角、溶洞直径、溶洞与隧道间距; 3）节理面倾角和溶洞直径的增大均导致土压力的减小,溶洞距离和倾角之间符合l<-0.4θ+30时,衬砌顶部有明显的受压增大趋势。研究结果对岩溶区隧道灾害的研究具有一定的参考意义。     

地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

柔性基础下复合地基桩土应力比试验研究

桩土应力比是决定复合地基受力和变形性能的重要参数。通过现场试验,获得了柔性基础下刚性桩复合地基桩顶、桩间土及桩土应力比随荷载的变化规律。试验研究表明:柔性基础下桩土应力比在加荷初期较大,随荷载增加呈波浪形变化,而后又逐渐提高。这和刚性基础下桩土应力比随荷载增加先增大后减小的变化趋势完全不同。     

卵石层小净距隧道关键参数研究

针对卵石地层小净距隧道围岩整体性与稳定性差、施工中易坍塌、围岩相互扰动大的问题,通过FLAC 3D数值模拟和现场监测,对卵石层小净距隧道左右洞合理净距和先后行洞掌子面安全纵向间距进行了研究。得到如下结论： 1）当净距不大于6 m时,隧道地表沉降槽呈“V形”,沉降最大点位于中夹岩顶部;随着净距大于6 m,隧道拱顶部位地表沉降逐渐超过中夹岩顶部,地表沉降槽呈 “W形”。2）当2洞间净距不大于6 m（约1倍洞跨）时,2洞开挖后围岩压力叠加效应明显,极易发生失稳;当隧道净距大于18 m时,可按分离式隧道进行设计; 3）随着先后行洞间掌子面纵向距离的增加,后行洞施工对先行洞的影响逐渐减少,当纵向间距达到30 m（4.6倍洞跨）时,这种影响基本可以不予考虑。     

盾构法联络通道密封垫设计及防水试验研究

为探究适合盾构法联络通道工程的密封垫断面形式,以宁波市轨道交通3号线第1条盾构法联络通道为工程背景,针对遇水膨胀橡胶设计阴阳凹凸、圆形孔洞、梳形、矩形等4类断面。对各断面形式进行可行性分析,选取阴阳凹凸断面与矩形断面作为初选方案。利用Abaqus/Explicit计算模块对2种断面的接触应力进行有限元分析,通过设计“一”字缝耐水压力试验,验证数值模拟中接触应力较大的矩形断面的防水能力。研究表明： 1）数值模拟结果显示,接触面最大接触应力与平均接触应力均随着张开量的增加而减小; 同等张开量与错台量下,在压缩与膨胀2个阶段中,矩形断面的接触应力均大于阴阳凹凸断面,因此选取矩形断面作为备选方案。2）“一”字缝耐水压力试验结果表明,矩形断面密封垫保压48 h后耐水压力明显提升,且张开量越大耐水压力提升幅度越大。3）综合数值模拟与试验结果可知,该矩形断面密封垫满足0.6 MPa的防水要求。     

涵顶形状对土压力的影响

采用有限元方法及模型试验对刚性地基上的上埋式涵洞进行施工模拟,分析方形涵洞和半圆形拱涵施工过程中填土沉降、等沉面及涵顶土压力的变化规律.结果表明:等沉面高度随填土高度的增大而减小,而且涵顶形状影响等沉面高度;涵顶形状不同,涵顶土压力分布和土压力系数变化很大.涵顶填土高度大于10倍涵洞高度时,方涵和半圆拱涵的等沉面高度分别趋近于3.1倍、2.7倍涵洞高度,涵顶土压力系数则分别为1.56、1.26.     

拼装式土工格室挡墙受力变形测试分析

以四川成宜高速连接线某试验段变截面土工格室挡墙为工程依托,首先对新型拼装式土工格室挡墙的施工方法进行介绍,采用新型玻璃钢轻质面板有效解决了挡墙线形不美观并容易破损的不足;其次,通过现场监测对该挡墙的支护效果进行分析,现场监测结果表明：该挡墙不同部位的土压力沿墙高呈非线性分布,底部大,顶部小,局部会出现土压力减小的现象;挡墙同一水平高度处墙背和墙中部土压力较大,而墙面处较小,说明土压力从墙中部到墙面范围内的衰减程度较大;对墙身水平位移的监测结果表明：水平位移曲线为“S”形,存在2个位移分界点,水平位移在截面形状改变处变化明显,挡墙顶部和底部的水平位移为最大值和最小值,分别为30 mm和3 mm;对挡墙的沉降监测结果表明：该挡墙填筑施工期沉降量较大,占总沉降量的70%～90%,工后沉降很小,墙体最大沉降发生在挡墙顶部,沉降最大值仅为23 mm。最后,结合土压力计算理论分析该台阶式截面挡墙的土压力分布和墙身变形规律,结果表明该挡墙变形符合“转动+平动+绕墙底转动”模式,采用该文计算方法得到的墙背土压力与实测值较为接近,用于挡墙设计时结果更偏安全。     

模块面板式加筋土路基力学行为试验研究

利用加筋土路基室内试验模型，探索模块面板式加筋土路基在顶面局部荷载作用下的受力变形规律。结果显示：侧向和竖向土压力沿格栅布设长度方向均呈中部大、两端小的非线性分布趋势；面板累积侧向位移沿面板高度呈“中央大于首尾”的非线性分布趋势；格栅累积应变在整个填筑-加载过程中经历增加-波动和减小-稳定两个阶段；路基上部附加应力扩散角随外荷载的增加呈先增后减态势；侧向土压力系数沿面板高度分布规律与侧向土压力较为一致。     

软基上埋式箱涵土压力的离心模型试验研究

为考察软基上埋式箱涵受力特性,通过离心模型试验,研究了其竖向和侧向土压力、土压力系数随填土高度变化的规律及周围填土位移场的变化情况.试验结果表明,使用桩基的箱涵与两侧路堤产生了显著的差异沉降,并在涵洞处形成了驼峰;内外土柱差异沉降在路堤中形成了拱脚位于涵顶两侧的上凸压力拱,并使拱脚处竖向土压力集中,且竖向土压力系数随路堤填筑呈开口向下的抛物线分布,在某一涵顶路堤高度下达最大值;同时,随涵顶路堤填筑,涵洞侧向土压力和侧向土压力系数增加,由于涵侧路堤以沉降为主的位移模式与挡土墙后填土不同,涵洞侧向土压力小于现行规范值.软基上路堤、涵洞和地基的协同作用分析表明,传统的强涵基、弱地基的设计理念将使涵顶竖向土压力集中,并导致结构失效.为降低涵洞结构破坏风险,建议采用轻质填料填筑涵顶、涵洞反开挖施工和结构设计考虑涵顶竖向土压力集中等措施.     

柔性拉筋式重力墙地震土压力计算方法研究

为有效确定地震荷载作用下柔性拉筋式重力墙的土压力,基于塑性极限分析上限法及拟静力法,采用对数螺旋面作为滑裂面,通过对挡墙后填土进行内能耗散功率与外力功率的计算,建立了拉筋式重力墙地震土压力分析模型。通过算例分析,对比数值模拟与研究提出的算法结果,验证了所提出算法的合理性,并就填土及拉筋的相关参数对地震土压力的影响进行了讨论。结果表明:随着填土强度参数的增加,地震土压力呈非线性减小;土压力随着土工格栅间距的增大而呈非线性增大;随着顶层拉筋长度的增加,土压力呈非线性减小趋势;当顶层拉筋长度大于10 m时,土压力值基本不变。     

武汉首例矩形顶管地铁出入口施工监测及数值模拟分析

为研究矩形顶管施工对周边环境的影响,以武汉地铁2号线王家墩东站Ⅳ号出入口兼过街通道采用的矩形顶管技术试验工程为背景,通过对矩形顶管法地下通道施工过程的现场监测和三维数值模拟,分析矩形顶管施工对周围环境的影响及地层位移的变化规律,得到武汉长江Ι级阶地区地下通道采用偏心多轴多刀盘土压平衡式矩形顶管技术施工的一般规律。实测数据分析结果和数值模拟结果表明： 1）地表的最终沉降值与该处对应断面的开挖时序成正比; 2）顶管机掌子面前方土体产生地表隆起,掌子面后方土体产生地表沉降; 3）地层沉降位移随距离顶管顶进轴线的增大而减小,影响范围约为3倍洞径。     

常泰长江大桥主航道桥桥塔基础选型研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 176 m公铁合建斜拉桥,桥塔基础采用沉井方案.为降低沉井自重和减少桥墩局部冲刷,采用理论分析、数值模拟与水槽冲刷试验相结合的方式对沉井基础型式进行研究.结果表明:在圆端形、梭形及矩形3种截面型式的沉井中,圆端形截面沉井的水流阻力系数最小;台阶型沉井相比传统沉井可以削弱墩前向下旋辊及减小墩...     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。