膨胀岩土地层修建盾构隧道引起的局部膨胀荷载研究

从理论上推导了岩土局部膨胀引起的附加膨胀荷载计算公式;结合数值分析方法,研究了不同位置、不同范围发生地层局部膨胀对衬砌结构接触压力增量的影响。结果表明:膨胀荷载与岩土膨胀力大小、应力水平、地层抗力、膨胀后岩土物性参数等因素有关,因地层局部膨胀引起的衬砌结构承受附加膨胀荷载值小于室内测得的膨胀力;岩土吸水膨胀后,地层抗力显著降低,对地层膨胀区及影响区隧道衬砌结构承受的荷载分布产生显著影响;若膨胀力较小,吸水后软化作用强于膨胀作用,会导致衬砌承受的荷载减小。     

尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟

为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.      

广义Kelvin蠕变损伤模型及其参数的智能辨识

为了更好地描述岩石的流变变形特征,提出了考虑岩石蠕变过程中材料劣化效应的黏弹塑性模型,并导出了该模型的有限差分格式.基于FLAC3D软件的接口平台,采用C++语言实现了模型的二次开发.在此基础上,采用粒子群算法、模拟退火算法与FLAC3D相结合的智能方法,用已有试验数据进行了参数反演.结果表明:该模型能反映岩石的黏弹塑性以及损伤特性,能模拟低应力下岩石的两阶段蠕变和高应力下岩石的三阶段蠕变变形效应;只要反演算法参数取值适当,算法在40代左右就可以收敛到全局最优解.      

深埋特长公路隧道三维初始应力场的回归分析

结合苍岭隧道现场的工程地质条件及实测地应力资料,在分析工程区初始应力场各影响因素的基础上,采用有限元数值模拟对建立的隧道三维地质概化模型在各影响因素单独作用下进行分析计算;并在实测点地应力值与计算得到的应力值之间建立多元回归模型。通过多元回归分析,建立最优的回归方程,从而获得整个工程区初始地应力场较为合理的分布规律。利用上述方法获得了苍岭隧道初始应力场分布的回归方程,并通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较可知,回归得到的初始应力场是合理的,为苍岭隧道的设计、施工提供了重要的基础性资料。     

盾构隧道抗震分析近似解析解及其应用

为简化深埋地下结构的抗震分析,基于连续介质福季耶娃法,给出了求解P波和S波共同作用下盾构隧道的近似解析解求解方法,并与福季耶娃法数值解的计算结果进行了比较.结果表明,2种方法获得的内力——弯距和轴力的分布规律基本相同,说明近似解析解可以用于深埋盾构隧道抗震分析,且能大大减小数值计算的复杂性和工作量.     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

砂卵石地层地下水对盾构隧道影响的离散元流固耦合分析

为探明砂卵石地层中地下水对盾构隧道衬砌上的土压力以及地层变形的影响,以成都地铁2号线为依托,采用颗粒流方法,从细观角度模拟分析地下水对盾构隧道衬砌荷载分布以及地层扰动的规律,研究盾构隧道动态施工过程中及后期稳定后的水、土压力分布。研究表明： 考虑地下水工况时的衬砌荷载小于不考虑地下水的工况,开挖后地下水位越高,衬砌荷载越小;地下水分布影响隧道开挖后洞周应力重分布,拱顶处受到的影响最大,拱肩处受到的影响最小;盾构隧道开挖后,拱顶上方存在一定范围的松动区,在松动区上方一定范围形成坍落拱,起到承载作用,同时将上方土荷载有效地传递到洞周两侧。考虑地下水时,由于有效应力减小,地层变形相应减小,地层受盾构施工扰动的影响减弱。     

高地应力软岩大变形隧道洞型及双层初期支护支护时机研究

为优化高地应力软岩隧道支护结构受力以及控制围岩变形,开展隧道洞型与双层初期支护支护时机研究。首先,通过现场监测数据分析高地应力软岩隧道单、双层初期支护的支护效果及围岩变形规律;然后,采用FLAC3D软件对比分析马蹄形（高跨比0.80）、类圆形（高跨比0.90）、圆形（高跨比1.00）3种洞型下以及第1层初期支护变形达300、350、400 mm时施作第2层初期支护时隧道的受力与变形情况。研究结果表明： 1）对于高地应力Ⅲ级大变形围岩2车道隧道,采用双层初期支护较单层初期支护虽有效控制了围岩变形,但在施工过程中仍出现了拱肩破坏、仰拱开裂等现象; 2）适当增大隧道高跨比可有效降低围岩变形与支护结构受力,高跨比为1.00时效果最好; 3）适当增大第1层初期支护的预留变形量,推迟第2层初期支护的支护时间,支护应力大幅降低,因此,建议第1层初期支护变形达400 mm时施作第2层初期支护。     

连拱隧道施工全过程地层沉降三维数值模拟

以金丽温高速公路二期工程里东隧道为工程背景,采用有限元法对温州端洞口段40m连拱隧道进行了施工全过程三维数值模拟,得出了地层及地表在施工全过程中的沉降分布规律与大小,并与1／20的实物相似模型试验进行对比,提出了连拱隧道施工全过程地层沉降变化规律与施工中应重点关注的区域,对实际工程进行直接指导并为同类工程提供参考。     

高速铁路水下盾构隧道管片内力分布规律研究

以在建的广深港高速铁路狮子洋隧道为背景,采用自行开发的"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置,对大断面宽幅管片衬砌结构在通缝及错缝拼装方式下环向内力的分布规律进行原型试验实测与分析,并对正弯区和负弯区目标管片表面应力的分布进行测试,同时采用数值计算进行对比分析。研究结果表明:通缝拼装管片结构内力沿幅宽的变化很小,而错缝拼装管片结构在不同荷载条件下,内力沿幅宽的分布有所差异,水压越大其差异越小;管片手孔密集区往往会出现应力集中,同等条件下正弯区表面应力状态比负弯区更为不利;管片厚度方向表面应力分布呈显著的非线性变化,高水压使其非线性变化加剧。