氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：(1)隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;(2)随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;(3)沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;(4)在沉管结构受压部位出...     

软岩隧道不同开挖方法施工位移响应分析

以旦架哨三车道浅埋软岩隧道为例,采用有限元法对全断面法、台阶法和CD法开挖的施工过程进行了三维数值模拟,分析了地表、横断面和纵断面上的位移响应规律.研究表明:三种方法施工围岩位移的响应规律基本是类似的,CD法施工产生的位移值相对较小;隧道地表变形近似为槽形,且主要由邻近段开挖引起;竖向变形主要分布在拱顶附近,且主要由当前段开挖引起;掌子面空间效应的影响范围约2倍洞径,该范围外围岩沉降变形基本趋于稳定.     

软弱围岩特大跨度隧道模型试验技术及应用

利用大型地质力学模型试验台架开展软弱围岩特大跨度隧道开挖模型试验的技术研究,主要包括软弱围岩相似材料的配制方法、模型试验台架及加载系统、围岩应力量测系统及围岩位移量测系统。采用单点薄膜压力传感器进行围岩应力量测,具有准确、灵敏和扰动小等特点。文章基于光栅尺与PIV的围岩位移量测技术,开展了一组软弱围岩特大跨度隧道毛洞开挖模型试验,研究隧道开挖对围岩应力场和位移场的影响规律。结果表明,模型试验系统具备优良的操作性能及先进的测试水平,可满足大型岩土模型试验研究需要,对实际工程有一定的指导意义。     

软弱隧道围岩锚杆支护效应的落门试验研究

在软弱围岩中进行隧道开挖,往往因岩体变形过分或局部应力集中而导致围岩失稳破坏,在实际工程中大多采用锚杆作早期支护。文章以Ⅳ级软弱围岩为参照对象,利用相似模型试验进行了锚杆支护条件下的隧道施工过程模拟,对开挖过程中围岩的渐进破坏特征、破坏模式以及锚杆的支护效应进行了研究。试验结果表明,隧道开挖将会在隧道周边形成一应力扰动区,而真正塌落成拱的只是该扰动区的一部分;由于有锚杆的支承作用,拱顶岩体的破坏呈分区破坏模式;岩体的破坏范围主要集中在隧道两侧与水平面成45°+φ/2的扇形区域内;在隧道开挖后,拱顶上方岩体的切向应力升高形成承载压力拱,主要位于距拱顶约1.0~1.25B处(B为隧道跨度)。     

地下结构有限元集成化软件的研制

介绍地下结构有限元集成化软件（ＵＦＥＭ系统）的编制原理和主要功能。ＵＦＥＭ系统可以针对新奥法隧道、盾构法隧道、顶管法隧道、深基坑开挖及边坡稳定进行弹性和弹塑性有限元分析，并可仿真模拟施工过程中的分部效应。该软件以Ｖｉｓｕａ１Ｃ＋＋为开发工具，基于Ｗｉｎｄｏｗｓ开发环境，应用面向对象的技术和方法，充分利用Ｗｉｎｄｏｗｓ环境的优良性能，提供了友好的图形界面；实现了有限元分析前后处理的自动化和图形化。     

基于弹性地基梁的盾构隧道纵向上浮分析

盾构隧道施工中刚脱离盾尾的管片经常会出现局部或整体上浮。盾构隧道施工期管片上浮的原因有上浮力作用、纵向偏心荷载作用、切口水压作用、上覆土的反向压缩效应以及地基卸载效应等,重点分析上浮力对施工期管片上浮的影响。将上浮力分为静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机理,给出计算式。以一隧道工程为例,根据纵向等效连续化模型将其简化为一纵向梁,基于弹性地基梁理论将上覆土的抗浮效应简化为地基弹簧,在求得其纵向等效抗弯刚度、静态上浮力、动态上浮力以及上覆土地基弹簧参数后,运用同济曙光软件,计算得到100 m长管片在静、动态上浮力作用下的上浮量为4-15 cm。该计算值与实测结果比较吻合,表明弹性地基梁方法可以分析盾构隧道的纵向上浮。     

雨水作用下隧道塌方模型试验研究

采用模型试验方法,研究分析了Ⅳ级围岩条件下隧道开挖后,因降雨而引起的隧道塌方.试验结果表明,随着水的人渗,地表位移逐渐增加,隧道塌方前,地表位移增加趋势明显,塌方后,隧道侧壁垂直应力及水平应力减小,拱底垂直应力增大,且距隧道越近的测点应力变化幅度越大.     

不同进洞方式对隧道边坡稳定性影响的研究

以偏压连拱隧道为基本模型,对8种不同的进洞开挖方式进行模拟计算,获得了偏压连拱隧道在不同开挖顺序施工时各阶段围岩的边坡沉降、应力应变状态变化情况;通过分析比较,得到了偏压连拱隧道合理的进洞方式,为今后类似条件下连拱隧道的进洞设计提供参考。     

神经网络模型在高速公路软基沉降预测中的应用

借助人工神经网络模型 ,建立了可依据现场量测信息对软基路堤沉降量随时间而发展的过程进行动态预报的分析方法。其要点是 :建立公路软基沉降预测的神经网络结构 ,并将前期沉降观测值作为样本 ,通过神经网络结构的训练寻求沉降及其主要影响因素的内在关系 ,据以预测后期沉降量     

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。