落石冲击UHPC棚洞板砂土层缓冲性能研究

砂土作为常用的缓冲材料,广泛用于山区落石防护结构.为评估其对落石冲击UHPC棚洞板的缓冲性能,运用LS-DYNA软件建立UHPC棚洞板及不同厚度砂土层的有限元模型,分别模拟50,100,150,200 kJ能级下的落石冲击作用,在此基础上从落石冲击力、砂土层耗能比例、板的动力响应等多方面对比不同厚度砂土层的缓冲性能.结...     

橡胶缓冲垫层保护下棚洞结构落石冲击力学响应研究

采用以橡胶为原料的废弃轮胎作为垫层材料,利用有限元软件建立落石冲击棚洞结构模型,研究落石冲击速度、橡胶缓冲垫层厚度对棚洞结构最大等效应力、结构动能、节点位移等的影响。结果表明:在竖向落石冲击作用下,棚洞结构中间跨的横梁端部为受力不利位置;落石的冲击速度越高、橡胶缓冲垫层越厚,橡胶垫层的缓冲作用越显著;在冲击荷载作用下,棚洞结构横梁下部会承受较大的拉应力,应加强横梁底部的钢筋布置。     

基于落石计算的半刚性拦石墙设计

为克服传统刚性拦石墙截面大、场地适宜性差、抗冲击能力有限的不足，提出一种半刚性拦石墙结构。该结构以桩板体系为主要受力构件，背后填筑缓冲土堤，在有效增强结构抗冲击力能力的同时，保证结构体系布设的灵活性和场地的适宜性。半刚性拦石墙的布设应在对陡崖沿线所有代表性剖面落石运动路径预测和弹跳高度计算的基础上，结合现场地形情况，优选坡度缓、落石弹跳高度小、运动速度小、远离被保护对象的位置，其走向延伸长度选取保护区段长度加5～10m长的安全储备，有效拦截高度选取走向沿线各计算剖面落石最大弹跳高度加1m高的安全储备。改进了落石冲击力计算方法，并以落石对缓冲土堤的冲击力和土压力为荷载依据进行半刚桂拦石墙的结构设计。     

基于落石模型试验的棚洞垫层力学响应及优化设计

结合边坡落石灾害现状,基于落石模型试验,系统分析落石质量、下落高度、垫层厚度、加筋位置、加筋材料等因素对落石冲击力及其动态演化的影响,揭示落石冲击棚洞的动力响应规律,结合垫层自重与落石冲击作用双因素影响确定垫层最优厚度,并对垫层设计提出优化建议。结果表明：随着垫层厚度增加,棚洞所受落石冲击力呈非线性减小,减小幅度先大后小而后趋于稳定;在同一垫层厚度下,棚洞所受落石冲击力随落石高度和落石质量近似呈线性增大;当复合垫层设计为“5 cm河砂+聚苯乙烯泡沫(EPS)+10 cm河砂”时,落石中心处土压力峰值相较于纯河砂垫层降低约60%,缓冲耗能效果最佳;通过多元回归分析得到了落石冲击力计算公式,且计算结果与实验数据吻合良好。     

滚石冲击EPS新型复合拦石墙现场原位试验研究

以聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene,EPS）新型复合拦石墙板为研究对象，以合璧津高速公路危岩防护工程为背景，首次开展滚石冲击拦石墙现场大型原位试验，研究滚石冲击EPS复合拦石墙动力作用过程，揭示EPS泡沫板在滚石灾害防治结构设计中的耗能减震机理。采用有限元分析软件验证了现场试验结果的准确性，并讨论了钢板夹层厚度对结构耗能效率的影响，为提高结构抗冲击性能引入钢管耗能器进行结构优化。结果表明：EPS复合拦石墙降低了滚石冲击接触压力，最高可达43%；保持EPS缓冲层厚度不变，其材料密度越小，则耗能效果越显著，但EPS缓冲层密度降低的同时也将导致复合结构的抗冲切破坏能力下降；钢板夹层越厚，结构耗能效果越好，相较于15 mm钢板，35 mm钢板耗能效果可提升约25%；布设耗能器可有效提高结构抗冲击能力，且在结构中心位置布设耗能器时效果最佳，耗能效果提升31.8%；耗能器个数与结构耗能效果呈正相关关系。     

3种隧道洞口落石防护方案对比分析

为解决既有隧道洞口落石防护问题,比较了钢桁架棚洞、柔性棚洞以及波纹钢板棚洞3种落石防护结构的优缺点,并采用有限元软件对其可靠性进行数值模拟。研究结果表明:3种防护结构均能对能级为100 kJ的落石进行有效拦截;钢桁架棚洞为刚性结构,不利于落石的缓冲及能量吸收,会发生局部变形损伤,适用于洞口坡面陡峭、桥面与地面高差不大、围岩条件较好地段;柔性棚洞以柔克刚能充分吸收落石的冲击能量,适用于洞口场地施工条件差的隧道以及既有工程改造项目;波纹钢板棚洞施工速度快、强度高,更适用于洞口抢修工程。     

铁路防治危岩落石桥梁-棚洞一体化结构设计研究

危岩落石灾害是世界范围内高山峡谷地区一种常见的地质灾害类型，具有分布范围广、破坏力强、发生突然等特点，对其危害范围内的构筑物和人类活动构成了严重威胁。当受种种条件限制，考虑空间、地形和投资等因素，桥梁-棚洞一体化结构在提高山区铁路危岩落石防治技术综合水平、保障铁路运营安全方面优势明显。基于RocFall等软件，探讨了危岩落石的冲击计算参数、冲击能量、影响范围、桥梁-棚洞一体化结构的防护能级与防护范围等，提出适用于高速铁路常用跨度32 m简支箱梁的钢筋混凝土刚架式桥梁-棚洞一体化结构设计方案。结果表明：钢筋混凝土刚架式桥梁-棚洞一体化结构在500 kJ的防护能级及以下是可行的；主力(单线活载)+落石冲击荷载为最不利荷载组合，也是结构设计的荷载控制组合，此时结构响应和各项指标满足规范要求。     

山区桥梁柔性防护棚洞抗冲击性能研究

我国西部山区崩塌落石灾害频发，柔性棚洞是一种常见的被动防护措施，凭借结构轻巧、安装方便等特点，适用于桥梁结构的落石防护。为研究桥梁钢结构柔性防护棚洞在落石冲击下的响应，本文运用LS-DYNA显式动力学分析软件对落石冲击桥梁柔性防护棚洞进行仿真模拟，分析不同冲击速度、不同冲击位置等对柔性棚洞以及桥梁结构冲击响应的影响，得到棚洞结构中高强钢丝网、钢拱圈和钢横梁3种主要构件及T梁结构本身在冲击作用下的响应规律。研究结果表明：落石冲击柔性防护棚洞结构的不同位置，产生的冲击响应均随着落石速度的增加而增大；其中落石冲击防护网时桥梁受到的冲击效应最小，在防护网未被冲破的情况下不会对桥梁结构造成太大损伤；而落石直接冲击钢拱圈时桥梁受到的冲击效应最大，钢基座下方混凝土在较低能级冲击下就会破坏。另外还对多落石冲击工况进行初步尝试，为桥梁落石防护的工程设计提供参考依据。     

张吉怀铁路土峪隧道危岩落石特征及防护措施研究

山区铁路隧道进出口常面临危岩落石的威胁，依托张吉怀铁路开展高陡边坡危岩落石勘察及防护措施研究。土峪隧道进出口山体陡峭，竖向节理发育，岩体破碎，分布大量危岩落石，对铁路施工及运营构成巨大威胁。通过遥感解译、三维激光扫描、现场调查等“空-天-地”综合勘察手段，查清了土峪隧道进出口的危岩落石分布范围和特征；采用落石模拟软件Rockfall对洞口落石的运动轨迹进行模拟，分析落石的影响范围、冲击速度、弹跳高度和冲击能量，结合土峪隧道进出口地形、地质条件，提出“清除锚固+棚洞/明洞+主被动网”的综合防护措施；最后，总结形成了山区铁路隧道口硬质岩陡峭边坡危岩落石的勘察方法和加固防护设计原则。     

软岩隧道EPP混凝土受力特征及卸压效果分析

研究目的:软岩隧道在运营期间由于围岩蠕变导致隧道衬砌发生大变形及开裂，严重影响运营安全。在前期试验取得的EPP(聚丙烯)泡沫混凝土力学参数的基础上，开展软岩隧道EPP泡沫混凝土缓冲层受力特征及卸压效果分析，提出一种抵抗隧道围岩蠕变、减小衬砌变形的方法，为类似隧道工程设计提供参考。研究结论:(1)EPP泡沫混凝土作为软岩隧道缓冲层对衬砌受压有良好的改善效果；(2)以EPP泡沫颗粒含量为64%的混凝土作为缓冲层且厚度为0.8 m时，衬砌受到的压应力最小，衬砌处于全断面受压状态，且极限承载能力最高；(3)缓冲层的让压量是决定其卸压效果的直接原因，缓冲层EPP泡沫含量越高，厚度越大，让压量就越大，卸压效果最好；(4)EPP泡沫混凝土应用于土木工程领域铁路和公路工程方向软岩隧道初期支护与二衬之间缓冲层结构中，其应用前景广阔，为进一步改善EPP泡沫混凝土卸压性能及提升工程实用性，需对材料配合比及压缩特性开展优化研究。     

基于非线性M-C准则的 圆形基础下伏土洞抗冲切破坏研究

针对土体材料特点,引入非线性Mohr-Coulomb准则及相关流动法则,构建圆形刚性基础下伏土洞冲切破坏模式。采用极限分析上限法推导出其极限承载力的计算公式,得出参数任意组合条件下圆形刚性基础下伏土洞冲切极限承载力。利用Plaxis 3D软件建模分析,并与理论解进行对比,验证本文方法的有效性。研究结果表明:非线性系数m对极限承载力的影响较大,在其他参数条件一定的情况下,极限承载力与m呈非线性负相关,且趋于稳定。极限承载力随土体初始黏聚力C_0,顶板厚度以及刚性基础宽度的增大而增大,随土体重度、土体抗拉强度的增大而减小。     

下枕膨胀地层大直径泥水盾构隧道注浆层的作用

采用FLAC 3D软件建立盾构穿越南宁地区膨胀性泥岩地层有限元分析模型,研究地层膨胀性能、膨胀地层厚度、注浆层厚度对管片结构受力和缓解周围地层变形的影响规律。结果表明：注浆层可有效缓解隧道周围土体的变形,减小隧道施工时的地表沉降。增大注浆层厚度有利于削弱管片结构外侧荷载,减小地层膨胀作用产生的额外荷载。随着地层膨胀性增强、膨胀地层厚度增大,膨胀地层膨胀作用产生的土体位移增大,管片受到附加荷载增大。施工时可采取适当增加注浆量的方式减小膨胀地层对隧道的影响。     

深孔爆破条件下岩体软弱夹层变形特性研究

利用有限元LS-DYNA3D程序，分析深孔爆破时岩体中软弱层内的爆腔半径随软弱层厚度、倾角、炮孔直径、装药量和装药量长径比的变化规律。结果表明：软弱层厚度≥5cm时，爆腔形状近似为圆柱形；软弱层厚度不变时，爆腔半径随炮孔直径和装药量的增加呈幂函数规律增加；在相同炮孔直径和装药量条件下，爆腔半径随软弱层厚度的增加而线性增加，且增幅逐渐减小;爆腔相对半径随装药量长径比的增大而增大；爆腔半径随软弱层与炮孔轴线夹角（锐角）的减小而减小，且减幅逐渐减小，但软弱层垂直于其中性面的位移却随之增加，夹角为50^o时该位移达10cm；在装药段长度内，软弱层位置对爆腔的形状和尺寸的影响很小，爆腔半径的最大相对变化仅为1．2％。     

盾构同步注浆对地表沉降的影响分析

以武汉某长江越江隧道盾构施工为工程背景,利用FLAC3D分软件析了盾尾注浆参数对地表沉降的影响。研究结果表明:数值模拟结果与实际监测值结果吻合较好,验证了模型的正确性和科学性;影响地表沉降的盾尾注浆参数主要是注浆压力和注浆量,合理的控制盾尾注浆参数能有效地减小地表沉降;在一定范围内,地表沉降会伴随着盾尾注浆压力的减小而减小,而注浆压力过大会引起地表隆起,为避免地表沉降值或隆起值过大,建议注浆压力控制在原土体应力50%左右较为合适;用等代层的厚度模拟盾尾注浆量的变化,在一定范围内,等代层厚度线性增加会使地表沉降线性减小,而等代层过大使地表产生隆起,为使地表沉降或隆起值均较小,等代层厚度控制在30 cm左右较为合适。     

高速铁路CFG桩桩板复合地基工后沉降数值模拟

基于典型段体积元,建立三维有限元模型,通过数值模拟计算分析高速铁路CFG桩桩板复合地基工后沉降（简称＂工后沉降＂）及其影响参数。结果表明：桩底部处有明显的下刺入现象,桩顶由于褥垫层较薄且其模量较大而使刺入不明显;桩长的增加可以有效减小工后沉降,它是决定工后沉降大小的主要参数之一;当桩体模量达到10 GPa时,若再继续增大,对工后沉降的影响不大;在3-6倍桩径范围内,桩体间距宜取较大值作为设计桩体间距,在此设计间距范围内工后沉降变化不大,且方便施工,节约造价;一定厚度（0.2-0.4 m）和模量（120-200 MPa）的褥垫层可以有效调节桩体的刺入现象,减小工后沉降的发生;钢筋混凝土板模量对工后沉降的影响与桩体模量相同,其厚度不宜小于0.4 m;路堤高度不是决定工后沉降的主要参数。     

水下隧道涌水量分析与合理安全覆岩厚度的确定

针对某市某水下隧道施工场地的水文地质、工程地质特点,采用FLAC3D数值方法对该隧道进行数值模拟,得到隧道涌水量随时间变化的趋势；分析涌水量大小与隧道顶板厚度的关系,并预测了隧道开挖后不支护情况下的失稳时间.研究表明,综合考虑水下隧道顶板安全厚度与开挖支护间隔时间是水下隧道安全施工的关键,为水下隧道施工组织设计与防排水设计提供参考依据.     

新近系富水砂岩隧道注浆加固圈厚度研究

新近系富水弱胶结砂岩地层隧道在施工过程会破坏围岩稳定，进而出现突水和涌沙病害，在砂岩地层进行注浆加固是保障隧道安全的关键。以宁夏中卫某富水砂岩隧道为依托，采用FLAC 3D建立计算模型，探明不同注浆圈厚度对围岩的影响。结果表明：隧道注浆圈厚度为3 m时，围岩累计周边收敛值和拱顶沉降值分别为35.3 cm和30.9 cm，满足设计允许变形值。随着注浆圈厚度的增加，注浆加固效率先增大后减小，但施工难度及工程投资显著增大。综合考虑隧道施工的安全性、简便性及经济性，当围岩含水率为塑限范围及以下时，建议注浆圈厚度为3 m；当围岩含水率为塑限及液限范围之间时，建议注浆圈厚度为4 m。研究结果可为富水砂岩隧道的结构设计和施工提供借鉴。     

高速铁路地基土压缩模量确定方法比较研究

为掌握高速铁路复合地基中天然土层压缩模量准确简便的确定方法,以武广客运专线12个试验断面和京沪高速铁路4个试验断面路堤设计参数和地基处理情况为依据,分别采用E1-2法和e-p曲线法确定各天然土层压缩模量,计算地基沉降值并将其与实测沉降值进行比较。结果表明:对于浅薄地层地基而言,路堤高度略大于5 m(不超过7.5 m)时,E1-2法的计算沉降值与e-p曲线法相比误差小于10%,路堤高度小于5 m时,两者误差随路堤高度减小而增大,但是控制在30%以内;为简化运算,可以采用E1-2法代替e-p曲线法计算浅薄地层地基沉降;对于深厚地层而言,E1-2法计算沉降值明显大于e-p曲线法,其误差随压缩层厚度增大而增大,故不宜采用E1-2法计算深厚地层地基沉降。     

桥墩泡沫铝基组合防撞装置耗能机理及缓冲效果

滚石灾害严重威胁山区铁路桥墩建设及运营安全。针对现有桥墩防撞装置存在缓冲效果差、不易安装修复等不足，开展防撞装置耗能机理及缓冲效果研究，提出采用具有优良耗能缓冲性能的泡沫铝和聚氨酯材料多层组合的防撞装置。结果表明：泡沫铝和聚氨酯材料均具有稳定的变形破坏模式和较长的应力平台区，可持续稳定地吸收能量；组合结构耗能效果与缓冲材料的厚度和密度分布相关，增加泡沫铝材料厚度和密度，组合结构吸能总量增幅较大，吸能效率和吸能稳定性受组合结构中的聚氨酯材料的影响较大；防撞装置缓冲材料按上层（表层）50 mm聚氨酯、下层（底层）50 mm泡沫铝的双层结构配置，防护效果最佳。     

复杂地形下的危岩落石被动防护网三维防护效果评估研究

为评估复杂地形下被动防护网的落石防护效果，利用无人机摄影测量方法，获取复杂地形的坡表形态并生成数字模型。基于RocPro3D模拟不同条件下的落石运动轨迹并评估防护网性能，对比二维与三维落石模拟结果中防护网性能的差异。计算结果表明：被动防护网缺陷的主要表现形式为防护高度不足、防护范围不足以及其他防护网缺陷引起的自身防护能力未完全发挥；被动防护系统最优防护效果表现为按照防护网布设位置，自上而下，防护网拦截率及作用在防护网上的冲击能量逐级降低；针对复杂地形下的被动防护体系评估，三维分析比二维分析的结果更加全面，更具参考价值。研究成果为被动防护网评估提供更多思路。