桥梁预应力孔道压浆质量测试方法研究与应用

为了预应力孔道压浆质量测试方法,基于弹性波属性变化规律,建立孔道灌浆饱满、单段异常、端部异常、多段异常4种类别数值模型,并结合实际工程进行现场测试验证,结果表明:当钢绞线、波纹管与外部混凝土弹性模量确定,孔道中介质组合形式对弹性波传播有一定的控制作用,测试弹性波能够客观反映孔道密实与缺陷部分,并存在一定规律变化;灌浆饱满孔道,结构分布相对简单,弹性波均匀传播,能量分散较大,衰减均匀;存在缺陷孔道,结构分布相对复杂,弹性波在缺陷段引发波场转变,钢绞线对其控制更为明显,能量相对集中;利用特定设备进行孔道测试,通过分析波形信号形式、密集度、传递波速等参数,可以实现特定孔道的实际整体注浆情况,有较大的应用前景。     

基于PFC2D的快速液压夯实机数值模拟研究

为研究粉质粘土在快速液压夯实作用下的动力响应机理,以汕湛高速揭博项目T10标段的现场试验为基础,通过引进颗粒流程序(PFC2D),研究夯板与土体的动力响应,分析土体颗粒运动以及其与夯板的运动规律。结果表明:在有效压实范围内,土颗粒运动密实的顺序是由上而下,会造成冲击能量的耗散;夯板加速度峰值与不同深度处土体的压实度呈二次曲线关系,数值模拟结果与现场试验基本吻合。     

考虑固液二相互态特性的流固耦合模型

为研究岩土体内的流固耦合作用对道路工程中道路建筑物/构筑物的变形和沉降，聚焦于构建考虑固液二相互态特性的流固耦合模型，首先构建以含水率为参数的固相物性参数方程（弹性模量、体积模量、极限偏应力）和以孔隙比为参数的液相物性参数方程（饱和含水率、残余含水率、Gardner模型参数），其次建立考虑固液二相互态影响的固相本构方程（邓肯-张模型）和液相本构方程（Gardner模型），之后将新构建的本构方程与固液二相控制方程联合使用构建出考虑固液二相互态特性影响的流固耦合模型。以非饱和黄土为研究对象，利用数值模拟软件构建考虑固液二相互态影响的非饱和土流固耦合数值模型，探索固液二相互态特性对非饱和土流固耦合影响机制。研究结果表明：随着含水率的增大，固相物性参数（弹性模量、体积模量、极限偏应力）均呈减小的趋势；含水率增大使得土体强度减小，表现为达到相同的应变，土体的应力减小；含水率增大，相同的变形情况下，土体所承受的荷载变小。随着孔隙比的增加，饱和含水率线性增加，残余含水率线性减小，Gardner模型参数β呈指数减小，土体内有效饱和度也随之增加；孔隙比增大还会导致土体饱和渗透能力的减小，非饱和相对渗透系数增加。在相同的载荷条件下，相较于未考虑互态影响的流固耦合模型，考虑互态影响的模型模拟的土体变形量较大，含水率、压力水头较小。     

基于PZT波传播法的钢-UHPC桥面板脱空识别研究

为了测试PZT波传播法对钢-UHPC轻型组合桥面板界面脱空识别的有效性,分别进行了数值分析和试验进行脱空识别。利用ANSYS对钢-UHPC薄板不同厚度脱空进行了数值模拟,分析了不同激励电压幅值和频率下信号波幅值衰减程度,结果表明激励电压与波传播幅值呈线性关系,激励频率对波的能量损耗有较大关系,得到试验测试敏感频段范围;浇筑了具有不同厚度脱空的钢-UHPC薄板,并在试件脱空处两侧对称粘贴PZT,使用信号发生器产生激励信号,由接收仪器测量压电信号,通过分析信号能量、幅值并引入损伤指数。分析表明损伤指数随着脱空厚度增大而增大,且可初步确定损伤大小。PZT波传播法为今后测试钢-UHPC界面粘结状况提供了有效方法。     

列车荷载-地下水耦合作用下隧底围岩强度参数劣化规律研究

为探明列车激振荷载-地下水耦合作用下隧底围岩强度参数劣化特征及列车荷载、地下水压力、围岩级别对围岩颗粒流失影响规律,采用PFC 数值模拟方法分析不同影响因素对围岩颗粒流失量的影响规律,给出颗粒流失率计算公式; 探明不同颗粒流失率条件下围岩弹性模量、峰值强度劣化特征,得到劣化后强度参数计算公式。研究结果表明: 1)围岩自身完整程度、列车轴重、地下水压力三者均与围岩颗粒流失量呈正相关关系,且三者对颗粒流失影响程度依次降低; 2)颗粒流失率与列车轴重、地下水压力三者之间呈二次曲面关系,给出围岩颗粒流失率计算公式; 3)随颗粒流失率增加,围岩应力应变全曲线中弹性变形阶段逐渐减小, 塑性变形阶段逐渐扩大,全曲线特征由弹塑性逐渐向塑性转变; 4)围岩弹性模量、峰值强度均随颗粒流失率增加呈指数衰减,得到劣化强度参数计算公式。     

波纹管孔道压浆密实度定量评估

冲击回波法是一种研究弹性波由于结构体微观层面的非均质性,在不同波阻抗介质中传播发生反射、绕射、折射现象,利用波的反射、折射、绕射规律对结构内部进行无损检测的一种有效方法,可用于混凝土结构内部缺陷程度的评估。应用冲击回波法研究预应力混凝土结构中波纹管孔道的压浆密实度检测,通过大量模型试验研究,依据数据回归分析得到频率曲线中主频和密实度的线性关系,可定量评估孔道压浆质量,同时建立了不同密实程度等级的有限元模型,通过有限元模拟结果,得到压浆密实度与测试主频、压浆密实主频之间的线性关系,与模型试验结果进行对比分析,对实际工程测试具有显著的指导意义。     

加卸载工况下的车站深基坑开挖变形性状研究

某地铁车站深基坑北侧邻近新建住宅高楼,南侧毗邻另一个在挖基坑。以该车站基坑开挖为背景,通过分析基坑的实测数据,重点研究基坑在此特殊工况下其南北两侧围护墙水平位移和地表沉降的差异以及建筑物沉降和立柱沉降。分析实测数据可得:北侧围护墙水平位移和地表沉降均大于南侧,且常常超过变形报警值;北侧坑壁上的主动土压力大于南侧坑壁所受主动土压力,又由于周边卸载导致南侧墙底产生被动土压力,使得其向坑外偏移;北侧坑壁土体最大水平蠕变率和最大地表沉降蠕变率均略大于南侧;周边高楼沉降以及立柱沉降均在报警值以内,其中高楼沉降均匀,而由于南侧的开挖卸载,立柱的隆起也不明显。     

振杆密实法处理杂填土地基试验

城市快速发展所产生的生活、工业和建筑固体废物，通常与天然土体混合堆积形成杂填土。杂填土具有不均匀、欠固结、低强度、高压缩、强湿陷等特性，工程建设中需要进行加固处理。介绍了一项全新技术——振杆密实法在郑州某杂填土地基处理中的应用，通过监测土体水平位移和分层沉降，分析了振杆施工扰动对周围土体的影响；通过施工过程中的地表振动试验，研究了不同工况和不同振动频率下的地表振动响应，确定了各工艺阶段的频率参数，研究了振动能量的传递和衰减规律；通过动力触探、面波等原位测试方法评价了加固效果。结果表明：振杆周围土体深层水平位移大于浅层，而浅层沉降大于深层；留振对扩大水平加固范围的作用有限，浅层土体比深层更易被留振密实；频率对土体振动影响显著，高频时振动集中在垂直方向且幅度较弱，低频时振动以水平和垂直方向为主，且放大效应显著；越接近系统共振频率，水平振动越明显并大于垂直振动。场地共振频率约为16 Hz。振动能量大部分被振源附近土体吸收，安全施工距离小于2 m;加固后土体强度提高1.6倍以上，达到中密状态，满足了加固要求，验证了振杆密实法处理杂填土地基的适用性。     

带缺陷隧道底板结构空气耦合冲击回波响应特性研究

针对隧道底板中空腔、含水、裂缝等结构内部损伤情况，为提高传统接触式冲击回波方法的检测效率，从气-固耦合的角度出发，以空气作为底板结构与检测系统之间应力波传播的耦合介质，开展隧道底板结构内部缺陷的空气耦合冲击回波响应特性研究。研究结果表明： 1）采用空气耦合冲击回波的方法确定的底板结构内部缺陷深度与缺陷理论深度值基本吻合； 2）检测系统的精度与缺陷尺寸及深度有关，随着缺陷尺寸的减小及深度增加，检测精度逐渐降低； 3）空气耦合冲击回波方法对空腔和含水缺陷的检测效果优于裂缝缺陷检测效果。     

滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究

棚洞垫层结构能有效地耗散滚石冲击能量,大幅度降低滚石冲击力,是滚石防护棚洞设计的关键参数。本文以Hertz接触理论为基础,考虑棚洞土垫层的弹塑性特性,运用动力有限元数值仿真技术,研究了滚石法向冲击荷载下耗能垫层结构,分析了滚石冲击速度、半径对垫层土体动力响应规律的影响,为棚洞垫层结构优化设计提供理论依据。计算结果表明:按照完全弹性理论计算过高地估计了滚石冲击力;滚石冲击能量主要转化为土垫层的塑性变形;土石垫层结构能有效地吸收滚石冲击能量,大大降低滚石对棚洞结构的冲击力。     

夏季工况下扩底能量桩单桩热力学响应分析

能量桩是一种兼具承载性能和换热载体双重功能的建筑节能新技术。将大直径扩底灌注桩内部的声测管底部连通形成环路，在桩基完整性检测完成后作为浅层地温能换热管道，即可形成大直径扩底能量桩。依托南京市某扩底桩基础工程项目，开展建筑荷载与温度联合作用下大直径扩底能量桩的热力响应特性现场试验；实测夏季工况下桩身温度与应变的发展规律，初步探讨热致应力变化规律。基于荷载传递法，考虑桩体温度不均匀分布及扩大头的作用，建立热力耦合作用下扩底能量桩工作特性的简化分析方法，分段求解得到任意温度-荷载组合作用下的桩体变形和桩身应力；通过与现场试验数据进行对比，验证了理论方法的可靠性。研究结果表明：桩顶建筑荷载会使桩顶的约束增大1～1.25倍；相较于等直径桩，扩底桩能够减少约26%的桩端应力，扩大头可有效提高能量桩在温度-荷载联合作用下的承载潜能。     

基于流-固耦合的盾构隧道开挖面稳定性研究

利用FLAC3D建立三维数值模型,对考虑完全流-固耦合效应的盾构隧道开挖面失稳过程进行模拟和验证,并进一步分析水位高度、渗流时间对开挖面变形、地表沉降和孔隙水压力的影响。研究表明:开挖面变形随支护压力比的减小经历3个阶段的变化,且与土体塑性区的发展密切相关;相比于无水状态,考虑流-固耦合效应的开挖面稳定性显著降低,随水位的升高、渗流时间的增大,开挖面发生失稳破坏的支护压力比明显增大;支护压力比(表征支护压力)的减小将导致开挖面前方一定范围的孔隙水压力减小,靠近开挖面的孔隙水压力受扰动程度加剧,形成"漏斗状"的影响区;开挖面失稳导致土体位移场延伸至地表,引起地表产生明显的沉降变形,在不同的变形阶段开挖面中心点位移与最大地表沉降分别呈抛物线相关和线性相关。     

考虑震源扰动作用的深埋隧洞开挖失稳研究

随着深部资源开挖难度的逐渐加大,加之震动作用的影响,深埋地下工程开挖安全与稳定控制成为面临的主要问题。采用数值模拟方法,对点震源和震面波扰动作用下深埋隧洞开挖稳定的影响进行数值计算,分析震源波在围岩体中的传播和衰减规律及其对地下工程开挖的稳定影响和冲击作用。研究结果表明:1)震源波主要向巷道方向传播,并不断向巷道围岩四周扩散,波动作用表现为对顶板整体向下、两边帮向内侧、底板向上;2)无支护条件下巷道围岩体受波动影响很大,应加强开挖支护强度或设置柔性吸能层以减小冲击破坏。研究结果可为深埋地下工程开挖安全和稳定控制提供依据。     

地下结构与周围介质相互作用的计算分析

提出了用有限元 - 无界元的方法计算地下结构--土耦合体系的应力和变形.为了模拟实际受力状态,在地下结构与土相接触的界面上设置了一种有厚度的接触面单元,它可以与土体的弹塑性模型相衔接,能合理地反映接触面及其邻近区域剪切破坏带中的变形性状.     

狮子洋隧道洞口列车振动流固耦合分析

根据车辆-轨道耦合模型，采用弹性地基梁板模型，得到列车轨下激振力。按广深港高速铁路狮子洋盾构隧道洞口资料，建立精细的三维数值模型，通过FLAC3D软件对列车荷载引发的隧道动力响应进行了数值模拟，分析了列车振动作用下狮子洋隧道洞口水-土耦合规律。结果表明:在列车振动荷载作用下，孔隙水压力增长区域位于隧道周边的一定范围，主要分布在隧道底部地层, 在左右两隧道之间的隧道下方地层，超孔隙水压力值最大；地层受振位移响应等值线呈倒钟状分布，隧道上方影响范围大，且衰减缓慢，隧道下方影响范围小，且衰减迅速；管片左侧近域地层位移响应最大，列车振动对相邻隧道附近地层的影响不明显，其位移值远远小于左侧的地层位移。     

应力波在深层搅拌桩中传播特性的数值模拟

通过对应力波在深层搅拌桩中传播过程的数值模拟,分析了不同脉冲荷载、接收点位置、缺陷类型、桩周土体性质对应力波传播的影响,得到不同条件下反射波的信号特征。结果表明:采用橡胶锤激振能够获得较好的信号,接收点位于距桩心0.70R附近处效果最佳;不同缺陷具有不同的反射波特征,具体表现在反射波的相位和振幅上;同时,随着缺陷的增大,桩底反射波的振幅呈减弱趋势。桩周土成层时与单一土层相比,应力波的传播速度明显减小。     

锚杆竖向抗拔数值模拟分析

运用FLAC3D对竖向锚杆在不同上拔力作用下锚杆不同位置的轴力、位移以及锚固体系各个界面上的剪应力及其分布规律进行了系统的数值模拟研究。计算结果表明:当上拔力较小时,锚杆端头的轴力最大,向锚杆里端轴力呈减小趋势。锚杆-砂浆界面和砂浆-岩土体界面的剪应力在端部最大,且向里端呈减小趋势。随着上拔力的增大,锚杆轴力也随之增大,但最大值仍然出现在端部,且接近最大值的锚杆轴力区间沿着锚杆向里拓展。锚杆端部界面的剪应力减小,最大值向里端转移,呈中间大、两端小的分布状态;随着上拔力的增大,砂浆周围土体所受剪应力逐渐增大,且剪应力作用范围也逐渐扩大至远离砂浆的区域。     

有、无柱地铁地下车站地震响应对比分析

为了解有柱与无柱地铁地下车站结构地震响应特性的异同,采用ABAQUS软件对2种地铁车站结构进行了水平向的非线性地震响应数值模拟,对比分析了在3种地震波不同峰值加速度作用下2种结构的响应特性。结果表明:1)2种车站结构的地震响应规律基本相似,在强震作用下均会受到严重的损伤,除侧墙与顶底板的连接处外,有柱车站的中柱与无柱车站的底板均为抗震的薄弱点,应注重加强其抗震性能;2)顶底板间最大的相对水平位移与输入波峰值加速度近似呈线性增大关系,且与波的频谱特性密切相关;3)在地震作用过程中产生的单向累积残余变形沿侧墙高度的变化曲线呈波浪状,最终摆向与最大摆幅的摆向一致;4)2种车站结构的加速度时程曲线形状相似,且相对基岩输入波有明显的放大。     

临水路堤微型桩-承台-挡墙结构受力与变形特性数值分析

微型桩-承台-挡墙组合结构作为一种新型支挡结构,其受力变形特性研究尚不完善。文中结合某临水路堤支挡工程,采用ABAQUS有限元软件建立微型桩-承台-衡重式挡墙加固路堤三维数值模型,模拟该结构各组成部分受力与变形特性,分析不同桩间距、桩排距和填土内摩擦角对微型桩内力与变位的影响。结果表明,墙体整体向外侧移动并向内侧轻微转动,墙底位移大于墙顶位移,土体产生的水平应力主要集中在衡重台附近;承台与微型桩连接处产生明显应力集中现象;微型桩水平位移沿桩身逐渐减小,桩体表现出主动防护作用,在桩顶出现一定范围轴向拉力分布,桩身弯矩呈勺子形,峰值出现在土层分界面处,桩身剪力方向与滑坡方向相同,上部荷载的影响使滑面以上桩身剪力变化很小;合理的桩间距为5～6倍桩径,排间距在5倍桩径时桩身受力情况最好,填土内摩擦角超过30°时桩身受力与变形变化不明显。     

桥梁桩基础施工对既有明挖隧道变形影响研究

以某桥梁跨越隧道工程为研究背景,运用有限元软件模拟桥桩基础施工过程,并针对桩基础不同开挖深度对地铁隧道的影响展开对比分析,研究表明:在桥梁桩基础施工过程中,东西双向隧道拱底、隧道左、右拱腰以及桩基础周边土体变形规律均呈对称分布;靠近隧道附近施工对隧道拱底和拱腰的变形影响最大;桩基础开挖深度未超过隧道时,地表沉降与桩周土体水平位移均随着开挖深度的增大而变大,当开挖深度超过隧道位置后,地表沉降与桩周土体位移将不再受开挖深度的影响,其结论可为类似桥梁跨越隧道工程研究提供参考与借鉴。