深埋隧道拱部围岩潜在塌落破坏上限有限元分析

深埋隧道拱部围岩潜在塌落形态和范围的深入研究,为围岩压力与施工方案的确定提供依据.采用源于塑性极限分析上限理论的刚体平动运动单元上限有限元法,开展不同围岩内摩擦角?,剪胀角ψ和跨度(b/h)条件下的隧道拱部围岩潜在塌落破坏的计算分析.研究结果表明:围岩内摩擦角?减小时,临界容重系数γcrh/c线性减小而破坏范围却显著增加;而隧道跨度(b/h)增加时,破坏范围相应增长而临界容重系数γcrh/c却快速下降;剪胀角ψ增长将约束围岩,减小拱顶潜在塌落范围,γcrh/c上限解相应提高.     

圆形及矩形基础非均质地基极限承载力数值分析

我国经济发达地区广泛分布有软弱黏性土地基,近年大量超高、超大建筑和高速铁路等设施的快速建设对这类复杂地基极限承载力及破坏机理的认识提出更高的要求。采用有限差分方法建立三维数值分析模型,分析强度随深度线性增大的黏性土非均质地基在矩形基础和圆形基础情况下的地基极限承载力和破坏模式。结果表明:黏性土强度不均匀系数越大,地基承载力系数越大;基底粗糙度通过影响土体发生破坏的位置影响地基承载力系数;矩形基础和圆形基础的基础形状系数随着土体强度不均匀系数的增大而减小;数值计算得到的长宽比为10的矩形基础情况下的地基承载力系数与条形基础情况下的地基承载力系数相等。     

嵌岩桩桩端极限承载力研究

应用广义非线性统一强度理论和滑移线场方法,基于Meyerhof求解深基础极限承载力方法得出的地基破坏滑移面模式,推导出嵌岩桩桩端极限承载力公式,并对承载力随滑移面倾角及嵌岩比的变化规律进行研究,分析嵌岩比、中主应力系数、过载系数等因素对桩端极限承载力的影响。结果表明:桩端极限承载力系数随着嵌岩比的增加而呈非线性递减趋势,且递减幅度越明显。随着中主应力系数的增大,极限承载力也随之提高。承载力系数在嵌岩比n较小时,随着过载系数hm的增大而增大;当嵌岩比n较大时,则随hm的增大而减小。现行规范所定义的桩端承载系数偏于安全。     

基于损伤力学的隧道围岩开挖损伤特性研究

研究目的:隧道围岩损伤的存在直接影响围岩的力学特性和稳定性,如果控制不当,将可能造成围岩失稳、塌方事故,因此必须掌握围岩损伤特性及其演化机理,进而为围岩损伤控制提供依据。本文基于微震监测的现场实测结果,揭示不考虑构造应力条件下隧道开挖引发的围岩损伤分区特性,采用应变软化模型并引入损伤力学理论,推导隧道围岩损伤区范围的表达式,并与实测结果进行对比,进一步分析围岩损伤特性的影响因素。研究结论:(1)围岩高损伤理论预测和实测结果具有较好的一致性,且围岩越差时,两者差异越小;(2)围岩损伤区半径随着脆性系数λ/E的增大而增大,随着黏聚力c和内摩擦角φ的减小而增大;围岩高损伤区半径随着极限损伤参数D_cr的增大而增大,且增速越来越快;(3)极限损伤参数D_cr和脆性系数λ/E除了与围岩自身参数相关外,也与支护手段有关,通过有效的支护手段,可以将围岩损伤极限参数控制在较低的水平下,从而确保高损伤区范围较小;(4)本研究成果可为隧道围岩损伤预测及支护设计提供依据。     

关于铁路路基地基承载力的讨论

现行不同铁路规范对于路基地基承载力的要求各不相同,设计人员对规范有不同的理解,有时会造成设计偏于保守,对铁路路基地基承载力设计方法进行探讨。地基容许承载力和地基承载力的特征值是地基基本处于弹性变形的界限,与基础是刚性还是柔性无关。对于有砟轨道,可允许土体局部进入塑性破坏区,可以在规范的基础上将承载力要求适当放宽。根据既有资料,提出用于极限状态设计的承载力分项系数,可为铁路地基处理极限状态设计方法提供参考。     

钢结构曲板极限承载力及曲率影响研究

为得出圆柱曲板单元直边受压的稳定特征,以北京长安街西延线永定河特大桥钢曲塔为研究对象,通过足尺模型试验研究四边简支边界条件下曲板的极限承载力;同时在考虑材料和几何非线性的条件下,基于ANSYS软件对曲板试件的弹塑性屈曲进行数值分析,进一步得出曲率对极限承载力的影响。结果表明:曲板试件加载过程中,加载方向与垂直板面方向均产生明显变形,达到极限承载力时最大变形发生在靠近曲板中间位置且垂直板面的方向;曲板荷载-位移曲线数值结果与试验结果符合较好,极限承载力小于直板试件对应值;曲板尺寸不变的条件下,随着曲率增大,曲板极限承载力逐渐降低,且局部稳定折减系数与曲率呈线性关系。     

软岩隧道的围岩变形计算

文献[6]在考虑软岩的剪胀、蠕变和非线性破坏准则等影响后,推导隧道的围岩变形表达式.在此基础上,考虑软岩的塑性大变形特性后,分别根据相关联与非关联流动法则,推导出圆形隧道位移解.通过计算得出:在软弱的围岩或土中,剪胀角的大小对隧道塑性区软岩位移影响很大.     

软土抗剪强度与固结度关系的试验研究

通过对常(德)-张(家界)高速公路软土路基中的土样进行大量的固结和直剪试验,探讨了在不同固结压力作用下,抗剪强度指标c,φ随固结度U的变化规律,研究了一次性加载与逐级稳定加载对抗剪强度指标随固结度变化规律的影响.结果表明,荷载1次施加时,内摩擦角φ随固结度U的增加而增加,粘聚力c在固结度U＞30%时会随U的增加而有所增大,不同加载方式对抗剪强度指标c的影响较大而对φ的影响较小.给出了固结度与抗剪强度指标之间的拟合公式,其拟合结果对软土路基的安全填筑具有指导意义.     

条形基础地基极限承载力的改进径向移动算法研究

基于极限分析法,在将地基划分成刚塑性三角形块的基础上,综合考虑地下水位和非饱和土基质吸力的影响,利用内外虚功率相等原理建立极限承载力的求解方程,从而将条形基础地基极限承载力问题等价为一个边界待定的泛函极值问题。在将径向移动算法的数据结构进行改进之后用于对地基滑移线的搜索与相应极限承载力的计算,并在此基础上研究地基土层参数、基质吸力与地下水位对地基极限承载力的耦合影响。结果表明,改进的径向移动算法能快速准确而稳定地搜索滑移线并求解地基极限承载力;各地基参数变化会对地基极限承载力产生不同的耦合影响。     

芜湖长江大桥箱形压杆稳定性试验研究

使用切割法对芜湖长江大桥板厚44mm及40mm的箱形压杆焊接残余应力进行了实测，给出了残余应力沿板厚和板宽方向分布的规律及加颈肋对残余应力分布的影响。在实测基础上，根据统计原理拟合了用于理论计算的厚板焊制箱形压杆的残余应力分布图式，采用数值积分法，编制了压杆极限承载力的有限元计算程序，分别考虑初偏心，残余应力等初始缺陷及加劲肋等因素的影响，对厚板焊制箱形压杆的极限承载力进行了分析[研究，计算结果表明：随着长细比λ的增加，杆件逐渐由压屈特性表现为压溃特性；残余应力及初偏心对工程常用构件的极限承载力有较大影响，残余应力可使稳定系数φ值降低近20％，芜湖桥箱形压杆的加劲肋对φ值影响不明显，其主要作用在于增强构件的局部稳定。     

基于遍布节理模型的顺层边坡稳定性影响因素分析

在应力作用下,层状岩体表现出相对于均质各向同性的岩体更为复杂的力学行为,针对该种岩层采用目前广泛使用的各向同性本构模型在受力行为及变形破坏的机理上会造成较大的误差,以成都至兰州高速铁路某隧道洞口段边坡工程为研究背景,采用FLAC~(3D)自带遍布节理模型(ubiquitous-joint模型)描述层状岩体的各向异性特征,对岩体及节理面的稳定性影响参数进行强度折减并分析其与边坡安全系数的关系。结果表明:边坡的整体安全系数F随节理面倾角呈先减小后增大再减小的趋势;岩体与节理面的黏聚力、内摩擦角的相对值大小影响边坡安全系数的变化规律,而与绝对值大小无关,并且均在安全系数最低的30°倾角表现更高的敏感性,层状岩体的剪胀性对边坡安全系数的影响与节理模型的范围和岩体与节理面的内摩擦角相对值有关。     

盾构隧道开挖面支护力上限分析

盾构在掘进的过程中,必须确保隧道开挖面前方土体的稳定。将隧道沿纵向简化成平面应变情况,利用双对数螺旋线破坏模式,基于极限分析上限定理,对隧道开挖面前方土体的主动破坏形式进行研究。将盾构机作用在开挖面上的支护力视为均布荷载,得到支护力的上限解,利用Matlab软件编程求解该上限解的最优解,讨论各参数对破坏模式形状和支护力大小的影响。研究结果表明：破坏模式的形状由内摩擦角φ决定;随着黏聚力c和内摩擦角φ的增大,隧道的支护反力σt减小。     

岩层走向对层状岩体隧道稳定性影响分析

针对倾斜层状岩体在沿层面方向和垂直于层面方向存在的物理力学特性的差异,分析在层状岩体地质中开挖隧道时的力学特性,并采用flac3d有限差分软件对开挖隧道过程进行数值模拟,得出岩层走向对偏压作用的影响规律。通过模拟和计算验证,隧道开挖后其位移随着岩层走向与隧道轴线的夹角增大而减小,有利于隧道稳定。所以,在层状岩体地质的地下工程建设中,建议设计的隧道轴线与岩层走向夹角不宜太小,一般不小于60°。     

关于复合式衬砌整体计算模型的思考

复合式衬砌传统计算方法常忽略初期支护内力计算及其安全性检验,二次衬砌所承担的围岩荷载根据围岩条件进行经验确定。针对其不足,提出适用于复合衬砌的整体计算模型,并通过实例计算分析传统计算模型与整体计算模型下内力产生差异的原因。围岩与初支间接触的模拟需考虑其法向及切向约束作用。软弱围岩对初衬的最大剪切约束力与围岩的黏聚力、内摩擦角及两者所传递的法向压力有关,当围岩与初衬间的剪切力大于最大剪切约束力后,软弱围岩所能发挥的剪切约束与剪切位移、摩擦系数及两者所传递的法向压力有关。因防水板的设置,初衬与二次衬砌仅需考虑其法向约束作用,以仅受压弹簧模拟围岩与初衬及初衬与二次衬砌间的法向约束,可较为真实地模拟接触受压后方能传递压力的特性。传统计算模型下,围岩荷载承担比例的增加对衬砌内力分布形式影响较小,衬砌内力值与围岩荷载基本成同比例变化;整体计算模型下,围岩荷载在初衬与二次衬砌间进行自适应分配,衬砌所受荷载大小及分布形式与传统计算模型下的荷载具有较大差异,因此内力大小及分布形式也随之发生变化。     

桩网复合地基桩顶土拱形态分析

桩网复合地基垫层与填土中的土拱对桩顶应力调节和沉降控制效果起着重要作用.在对比现有桩网复 合地基桩顶土拱效应计算方法的基础上,通过单桩数值模拟和数学解析,对桩顶土拱形态进行分析.结果表明,桩网复合地基桩顶土拱区域内的主应力迹线是一族自桩顶平面向上曲率逐渐增大的变曲率曲线,其中,接近桩帽边缘的一条主应力迹线线形近似于抛物...     

能量守恒原理在Ⅴ级围岩隧道衬砌设计中的应用研究

在围岩-衬砌这个封闭系统中,隧道的开挖和支护过程伴随着能量的传递和转化,不考虑热能散失并将围岩视为弹性体,则围岩势能的释放即为衬砌结构弹性应变能的增加。刘红燕等[1-2]利用该能量守恒原理对Ⅲ级围岩单线铁路隧道进行了衬砌厚度的计算,在此研究成果的基础上进一步研究了能量守恒原理对于Ⅴ级围岩衬砌设计的适用情况。针对Ⅴ级围岩建立FLAC3D模型动态模拟隧道的开挖过程,利用matlab语言编写弹性应变能密度函数从而得到实体模型各单元的弹性应变能,最后得到特定范围内围岩势能随掘进深度的变化曲线。由此围岩势能变化曲线可得出隧道开挖后围岩的势能释放值。此外,通过进行钢纤维混凝土(SFRC)构件的韧性试验,确定SFRC三分梁破坏与SFRC衬砌破坏时的能量消耗关系。据此建立能量方程并可得出SFRC衬砌的理论厚度,经检算,设计厚度满足安全性要求。结果表明,能量守恒原理的隧道衬砌设计方法不再受Ⅱ、Ⅲ级围岩小断面情形的限制,它同样适用于V级围岩大断面隧道的衬砌设计。     

经历剪切变形历史的岩石节理表面形貌变化

采用巴西劈裂法制成四组不同岩性的人工节理面,利用RYL–600岩石剪切流变仪对节理进行不同垂直压应力下的剪切试验,并运用TALYSURF CLI 2000扫描仪在每次剪切前后对节理面进行扫描,计算多个描述节理面形貌特征的三维参数值,通过三维参数值的变化定量分析节理面细观形貌的变化。研究结果表明:节理面抗剪强度的变化与节理面形貌变化有紧密联系,经历四次剪切作用后,节理面整体高度略微降低,各点间的高差缩小;峰点密度减小,节理面的凹凸程度降低;节理表面形态的各向异性程度降低,节理面整体的倾斜程度降低;对于节理面的同一变化,不同参数反映的角度和变化的幅度都不同,随垂直应力的增加,各次剪切作用后节理面的形貌变化量逐渐减小,形貌趋于平整。     

水位升降对顺层岩坡稳定性影响的上限分析方法

在构造顺层岩石边坡的简单直线破坏模式基础上,将强度折减技术与极限分析上限定理结合,推导边坡内外水位升降影响条件下的顺层边坡稳定性安全系数的目标表达式,并采用序列二次规划迭代法进行求解。通过算例计算,分析水位变化参数对顺层岩石边坡坡体安全系数和潜在破裂面的影响。研究结果表明:边坡内外水位升降对边坡安全系数和破坏范围存在不可忽视的影响,但当岩层倾角处于一定范围时,岩层倾角对边坡安全系数和破坏范围的控制程度更强。     

含石率对石英砂岩类碎石土力学特性的影响研究

为探究含石率对石英砂岩类碎石土力学特性的影响,以湖南益阳某滑坡石英砂岩类碎石土为研究对象,对24组碎石土试样在不同围压(100,200和300 kPa)下进行三轴力学试验.研究结果表明:10％～30％含石率碎石土的应力应变曲线与正常固结土的应力应变曲线不同,在较高围压下出现了应变软化现象.这表明碎石的加入,会改变原有正...     

交叉杆式自导向转向架动力学性能分析

对交叉杆式自导向转向架在日本通勤车上的适用性进行了分析.研究结果表明,在自导向转向架一系悬挂水平定位刚度降为普通转向架对应刚度一半的情况下,仍能保证同样水平的车辆运行稳定性.通过小半径曲线时,其轮对冲角和轮轨横向力均比普通转向架小得多.当轮轨摩擦系数增大时,其效果更为显著.