基于聚能水压光爆技术的周边眼装药结构优化研究

为获得聚能水压光爆技术周边眼的最优装药结构，基于聚能水压光爆机制，采用基于LS-DYNA的数值模拟试验和现场试验，分别对聚能水压光爆的围岩动力响应特性及光爆效果进行对比研究，优化周边眼装药结构。数值模拟试验表明，采用装药结构4时，聚能方向上有效应力值最大，裂隙区范围最大，超过50 cm，且聚能效果及控制爆破振动效果较好。现场试验表明，周边眼按照组4的结构进行装药时，眼痕率达到95%以上，超欠挖值最小，炮眼利用率最高，光爆效果最好。综合分析，确定装药结构4，即底部加强药×30 cm+聚能管装置×100 cm×3（间隔装药）+水袋×30 cm +空气间隔×40 cm+孔口水砂袋×30 cm为同一地质条件下6种试验方案中的最优方案。     

基于Abaqus沥青混合料SCB试验参数敏感性分析

为了分析半圆弯曲试验(SCB)对试件尺寸和加载条件的敏感性,设计正交试验,采用Abaqus软件建立半圆试件受力模型,分析试件厚度、切口深度、切口宽度、支点间距等因素对半圆试件抗拉应力的影响.试验结果表明:采用极差分析法和方差分析法分析带切缝的半圆弯曲试件拉应力敏感性,各因素对拉应力影响程度依次为支点间距＞切缝宽度＞试件厚度＞切缝深度.在进行半圆弯曲试验时,试件制作过程中要控制切缝宽度的影响,在加载过程中要控制好支点间距.试验最优参数为:试件厚度50mm,切缝深度和宽度分别为15、1.6 mm,支点间距与直径比为0.8.     

盾构隧道双层衬砌结构纵向等效弯曲刚度研究——以上海吴淞口长江隧道工程为例

为研究盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度,在对广义纵向等效连续模型简化的基础上,推导双层衬砌盾构隧道纵向等效弯曲刚度的表达式。以上海吴淞口长江隧道工程为背景,分析得到双层衬砌盾构隧道纵向刚度随环缝影响系数、内衬变形缝间距以及内衬厚度的变化规律。结果表明:1)随着环缝影响范围的增大,纵向等效刚度有效率减小,且当环缝影响系数小于1时,纵向等效刚度有效率随环缝影响系数的增大骤减;而当环缝影响系数大于1时,减小速度趋于平缓。2)随着内衬厚度和变形缝间距的增大,隧道纵向等效刚度增大,但是增大速率逐渐减小。综合来看,提高变形缝间距的效果优于增大内衬厚度的效果。     

大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性研究

以大直径盾构隧道施工过程中管片上浮错台问题为背景,研究大直径盾构隧道环缝结构的抗剪特性,从结构承载力角度提出有效且可控的抗浮措施,并深入探究环间错台对隧道结构的影响,以确定大直径盾构隧道环间变形控制标准,减小隧道环间错台引起的管片损伤。以深圳妈湾跨海通道为依托,基于材料塑性损伤本构,考虑管片接缝细部构造,根据相关管片环缝剪切原型试验对接缝抗剪数值模拟方法的有效性进行验证。随后,利用数值模拟研究了环向接缝顺剪、逆剪和切向剪切时的错台现象和破坏特征,分析了斜螺栓、凹凸榫对环缝抗剪特性的影响,为大直径盾构隧道环缝结构的抗浮设计和安全评价提供依据。研究表明:环缝剪切错台数值计算结果与试验结果吻合良好,能够有效揭示接缝剪切过程中结构的变形特点和损伤特性;环缝接缝的剪切错台过程较为复杂,呈阶段性特征,螺栓和凹凸榫的受力状态是决定接缝抗剪特性的关键因素;凹凸榫能显著提高接缝抗剪刚度和承载力,但也带来接缝应力集中和张开过大等问题,设计和施工过程中需充分考虑接缝刚度和变形的适应性;基于环缝错台损伤分析,提出了环缝变形的三级安全评价指标,大直径盾构隧道接缝变形必须控制在Ⅱ级以内,以保证隧道的结构安全和正常使用性能。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。     

引气混凝土路面温度翘曲应力分析

介绍了混凝土路面温度翘曲应力的计算方法,通过相关试验数据计算了引气混凝土和基准混凝土的板顶和板边中点的温度翘曲应力,分析了含气量对引气混凝土温度翘曲应力的影响,计算了不同板长板边中点的温度翘曲应力。结果表明:混凝土中引入一定量的气泡,温度翘曲应力有所减小,并随含气量的增加而减小;引气混凝土板的最不利位置随含气量的增加而延长,延长了路面切缝间距,可为引气混凝土路面切缝间距的确定提供指导。     

盾构隧道-工作井节点振动台试验设计与分析

为研究盾构隧道-工作井节点地震响应特征,进行振动台模型试验。该试验几何相似比为1∶60,盾构隧道模型材料为聚乙烯,工作井模型采用尼龙材质进行3D打印技术制作;模型土采用砂与锯末按1∶2.5质量比混合配置;模型箱尺寸为10.0m×4.5m×1.5m的刚性箱。盾构隧道模型由衬砌环模型拼装而成,衬砌环模型纵向切槽模拟纵缝对管片横向刚度的弱化;通过环间卡扣式连接键模拟纵向螺栓,通过旋转模型拼装角度模拟管片错缝拼装。首先进行自由场模型试验,考虑不同地震动输入,得到模型土加速度响应;其次开展盾构隧道-工作井节点振动台模型试验,考虑不同地震动输入方向、不同地震动类型,得到隧道模型环缝张开量、加速度响应、环向应变等数据。研究结果表明:模型箱结构设计合理,边界条件满足要求,试验数据可靠;工作井模型和盾构隧道模型加速度响应频率成分相同,均受模型土控制,两者差异主要为加速度响应幅值不同;盾构隧道-工作井节点在地震作用下环缝张开量明显大于远离该节点的常规区段,前者为后者的1.6~4.5倍;地震动输入方向会导致区间段隧道模型环缝张开量明显变化,但对盾构隧道-工作井节点环缝张开量无显著影响;地震作用下盾构隧道-工作井节点会使工作井模型产生较大环向应变,但不会造成节点处盾构隧道模型环向变形增大。     

再生集料刚性基层横向切缝间距研究

针对现有刚性基层缩缝间距计算公式存在的问题,结合温度场的计算理论,采用有限元计算方法对养护期末刚性基层的温度场和温度应力进行分析,并与再生集料水泥混凝土基层的容许拉应力对比,提出了合适的切缝间距。     

裂隙岩体固-水-气三相不耦合装药爆破数值模拟分析

为了研究固-水-气三相不耦合装药对钻孔爆破的效果,采用ANASYS/LS-DYNA软件建立了炸药、水和空气的固-水-气三相不耦合装药模型。探讨了单孔装药情况下,轴向不耦合装药、径向不耦合装药、水平裂隙间距和倾角对爆破效果的影响。研究结果表明:爆炸最大破碎半径、粉碎区和扰动区面积随着轴向不耦合系数的增大,先增大后减小;随径向不耦合系数的增大,爆破最大破碎半径和爆炸扰动区面积先减小后又增大,而爆炸粉碎区面积不断增大;在轴向不耦合装药下,爆炸粉碎区半径随水平裂隙间距和裂隙倾角的增大而减小,爆炸粉碎区面积随裂隙倾角的增大而增大,而爆炸扰动区面积随裂隙倾角的增大,先减小后增大。当轴向不耦合系数为1.67,即l_(炸药)∶l_水∶l_(空气)=15∶8∶2时,模拟爆破效果最优。     

盾构隧道纵向地震响应的多尺度分析方法

针对目前盾构隧道抗震设计仅限于横断面分析,缺乏有效的纵向地震响应分析方法的问题,提出了一种用于模拟盾构隧道纵向地震响应的宏-细观多尺度分析方法,其中宏观等效模型用于描述盾构隧道结构整体的地震响应特性,细观精细化模型用于捕捉结构关键断面接头处的变形响应。宏观等效模型采用黏弹性地基梁来模拟,即将盾构隧道沿纵向简化为作用在黏弹性地基上的三维梁单元,且充分考虑了由于环缝影响引起的梁纵向等效刚度折减以及隧道内部结构对纵向等效刚度的附加效应。基于宏观等效模型的地震响应规律分析,确定出盾构隧道沿线的最不利断面位置,从而将这些关键区段替换为考虑隧道环缝接头的细观精细化模型,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的环缝张开量和错位量等变形,克服了传统连续均质化模型无法反映环缝变形量的不足。最后,将该多尺度分析方法成功应用于世界首个特高压GIL电力盾构隧道,为实际重大工程的结构纵向抗震设计和安全性评价提供了科学依据和技术手段。     

天津南仓斜拉桥索塔锚固区U形环向预应力施工控制研究

针对斜拉桥索塔锚固区大吨位、小半径U形环向预应力施工普遍存在的伸长量超标并时常伴有断丝、按照现行规范标准无法达到伸长量和张拉力双控的现象,以天津南仓斜拉桥索塔锚固区U形环向预应力施工为研究对象,采用因果分析和工艺性试验相结合的方法,找出了造成该质量问题的短束效应、环向效应、几何变形、计算差异等主要原因,采用单束张拉预紧、整体分级张拉的U形环向预应力穿束、张拉工艺,以应力控制为主、伸长量为辅的控制原则,取得符合工程实际的伸长量校核方法为:δ校=δ弹+δ几+δ附。     

盾构隧道斜螺栓连接环缝剪切破坏特征理论解析

为解决盾构隧道环缝接头在不均匀沉降作用下易发生破坏的问题,以某斜螺栓连接大直径盾构隧道环缝为例,通过足尺试验方法,揭示该隧道环缝的破坏机制,随后采用计算力学方法,将足尺试验获得的结论推广到构造类似的其他斜螺栓连接大直径盾构隧道环缝。研究结果表明:斜螺栓连接大直径盾构隧道环缝的破坏过程分为3个阶段,第1阶段环间剪力由静摩擦力平衡,环缝抗剪刚度很大;第2阶段在环缝剪力几乎不增加的情况下错台有所发展,环缝抗剪刚度接近于0,主要是由于斜螺栓与螺栓孔之间的间隙;第3阶段环缝剪力增量由斜螺栓承担,环缝抗剪刚度随斜螺栓支撑条件以及塑性铰产生过程而变化。解析解与试验结果具有良好的匹配性。     

节理发育岩体大跨公路隧道锚杆支护参数研究

针对节理发育岩体的单洞三车道大跨公路隧道,以宁波将军山隧道为工程背景,通过离散元手段考虑岩体的非连续力学行为,分析锚杆环向布置范围、环向间距、径向长度对隧道围岩稳定性及支护结构受力的影响,以围岩变形、塑性区、锚杆轴力为评价基准,得到较优的锚杆支护方案。结果表明,Ⅴ级围岩节理发育岩体隧道拱顶超前注浆环向布置210°、间距1.0m、长度4.0m的系统锚杆支护较合理。     

四线铁路斜拉桥索塔锚固区环向预应力设计研究

椒江特大桥主桥为主跨480m的四线铁路连续钢桁梁斜拉桥,采用H形混凝土塔,索塔锚固采用环向预应力锚固。为确定索塔锚固区环向预应力的合理布置方式,采用MIDAS FEA建立桥塔实体模型,对U形束、井字形直束2种布束方式进行比选,在此基础上,分析施工、运营及断索工况下锚固区的受力性能,并进行预应力合理张拉顺序研究。结果表明:环向预应力采用U形束布置是经济、合理的;锚固区混凝土在预应力切向基本处于受压状态,在预应力法线方向出现1 MPa以内的拉应力,斜拉索张拉会增加侧壁内侧、外索孔处水平拉应力,运营期寒潮效应使塔壁外侧产生较大拉应力,断索时前、后壁齿块横桥向拉应力增加;上塔柱应设置外表面钢筋网片并加强竖向、环向配筋;环向预应力施工时,宜同时张拉内、外侧预应力。     

长间距缩缝水泥砼路面的研究

介绍了通过采取补偿收缩和薄膜减摩联合作用的技术措施，修筑长间距缩缝水泥砼路面的室内外试验情况，为延长砼路面缩缝间距，提高砼路面综合性能，进行了探索。     

CFRP丝股新型锚固系统受力分析及试验研究

为解决CFRP丝股现有内锥形锚具锚固区的径向挤压应力分布不合理及丝股在受荷端存在弯折等问题，研制了双筒黏结型锚具。该新型锚具在传统内锥形锚具内，置入一个带有多条纵向切缝的钢质套管，套管切缝的宽度沿纵向渐变，则套管的径向收缩刚度随之渐变，此举可避免小孔端挤压应力过大，以实现径向挤压应力的合理分布。套管包裹住CFRP丝股，以环氧树脂作为黏结介质，并对锚具进行预紧。利用ANSYS软件对6组不同丝间距和套管壁厚的新型锚具进行受力模拟，得出最优锚具设计尺寸参数，探明了锚固区筋材应力分布情况；制作现有传统内锥形锚具及新型锚具，对19丝Φ5的丝股进行静力拉伸试验，并对各影响因素进行分析。结果表明：新型锚具锚固效率系数可达到110%,相比普通内锥形锚具提高了近30%;丝间距以1～2 mm为宜，丝间距越小锚固性能越好；套管、预紧力对提高锚固性能影响很大，套管的壁厚在4～6 mm为宜，在此范围内壁厚越大，丝间距对锚固性能的影响越弱；预紧力大小约等于锚固系统极限承载力时，锚固效率相对于无预紧作用提高12%。     

隧道穿越活动断裂区地下结构抗震性能研究

以乌鲁木齐市轨道交通1号线为工程依托,运用有限元计算软件模拟有减震缝隧道衬砌与无减震缝隧道衬砌,对两种工况下衬砌沿隧道轴线方向位移、衬砌沿主震方向位移及衬砌最大剪力部位进行对比分析,研究了隧道结构环向减震缝对衬砌抗震性能影响规律,得出在活动断层区隧道设置减震缝能够有效地对隧道结构起到减震作用。     

盾构隧道管片衬砌拼装效应局部原型结构加载试验

针对盾构隧道块体间由于拼装咬合引起局部结构刚度分布不均匀,从而导致结构受力与变形不同于均质连续管状结构体的现象,采用自主研发的局部原型结构加载试验系统装置,分别选取盾构隧道管片衬砌结构中的原型单体管片与考虑前后环错缝拼装组合的原型管片衬砌局部构件进行加载试验,对比分析了其受力特征的差异,并探讨了不同轴压比、偏心距以及螺栓初始预紧力下管片结构受拼装效应的影响规律。研究结果表明:单体管片工况下,结构受两侧支座的影响较大,沿结构环向其内力、变形分布均极不均匀,沿幅宽方向,内力呈对称分布,中部大、两侧小,竖向位移基本保持不变;考虑前后环错缝拼装组合工况下,结构受两侧支座的影响较小,沿结构环向,其内力、变形对称分布,较单体管片更为均匀,沿幅宽方向,内力、变形的变化规律与单体管片基本一致;偏心距对结构弯矩的影响大于轴力,不同偏心距下,轴力调整系数α在-0.04~0.02之间,弯矩调整系数β在0.17~48之间;螺栓初始预紧力仅对构件纵缝截面的轴力影响较大,对α和β的影响较小;拼装效应能显著降低结构受两侧支座的影响,对管片的受力变形起到较为明显的传递和重分配作用,使其对称均匀化。     

沉井式预制拼装结构壳-接头模型的三维数值模拟

为了能够实现机械化竖井作业以及提高竖井施工的预制装配率,垂直竖井自动挖掘法（VSM工法）在国外许多国家开始了应用。以东方路竖井式地下停车库为背景,考虑实际管片间的接缝与错缝拼装效应,建立沉井式预制拼装结构接缝的4环壳-接头模型,并利用已有的矩形管片接头试验进行模型验证。重点研究分析在正常使用工况下3种计算位置处各环的内力分布情况、整环水平径向收敛以及纵缝相对变形等。结果发现： 考虑接缝与错缝拼装的4环壳-接头模型计算出的管片环弯矩比不考虑接缝管片环弯矩的结果要小,轴力相差不大,管片环内呈现出较为明显的径向收敛差异,使得变形类似于“圆台”状。     

φ4.1m超大直径厚壁钢护筒制作

嘉绍跨江大桥北岸水中区引桥采用内径4.1 m的钢护筒作为钻孔灌注桩施工结构,同时兼作墩身施工围水、混凝土防冲蚀及防船撞消能结构。钢护筒分为14 m1、4.5 m、17 m三节,单桩钢护筒重达134 t。钢护筒制作工艺流程如下:下料开坡口→卷制单节钢护筒→单节钢护筒纵缝焊接→单节钢护筒组拼吊装节→吊装节环向内缝焊接→环向外缝焊接。经检查,钢护筒加工质量各项指标均能够满足设计及专用规范的要求。