穿越破碎带隧道掌子面力学模型及最小安全厚度研究

隧道穿越断层破碎带的稳定性及安全防护问题是目前隧道建设的难点。针对隧道掌子面前方存在破碎带松散岩土体的典型工况,基于隧道围岩以及掌子面的力学特性,采用理论计算、数值模拟、工程实践相结合的手段,提出了掌子面稳定岩体的最小安全厚度计算方法,并对隧道掌子面前方破碎带的预加固及处治方案进行了探讨。首先,建立了破碎带-岩板力学模型,将掌子面的岩体等效为受荷载作用的岩板,对受破碎带压力的岩板最小安全厚度展开计算分析,得到了岩板厚度与岩层倾角、破碎带有效高度的关系表达式,并对帷幕注浆处理参数进行了优化;随后基于理论计算结果,与某隧道穿越破碎带施工中因未控制掌子面岩体厚度而导致隧道失稳的典型案例展开对比分析;最后结合Comsol Multiphysics软件开展数值仿真模拟,分析了不同岩层倾角、隧道埋深、注浆预处理参数等因素对掌子面岩板最小安全厚度的影响。结果表明：理论计算、工程实际与数值模拟结果具有较好的一致性;正常施工时掌子面最小安全岩板厚度随破碎带有效高度的增大而增大,随岩层倾角增大而减小,故应在达到安全厚度之前对破碎带进行预支护;在选用帷幕注浆方法对破碎带进行预处理时,最小安全岩板厚度随着岩层倾角的增大而减小,此时在注浆过程中需要保留较大的安全厚度,同时控制注浆压力。     

大断面隧道仰拱底鼓破坏模式

仰拱作为隧道重要的组成部分,其底鼓变形是影响路面及轨道平顺性的关键因素,与车辆的安全运行息息相关,为确定大断面隧道仰拱底鼓的基本破坏模式,弄清仰拱底鼓产生机理,采用室内模型试验与扩展有限元数值模拟相结合的方法,对不同加载模式下仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究,将试验结果与扩展有限元结果进行比较,验证试验中破坏模式的准确性。将围岩压力分为底部受力占优,侧面受力占优以及底部和侧面受力同时占优3种情况,以确保模型试验加载方式的可靠性,并对其破坏机理进行分析。研究结果表明：大断面隧道仰拱底鼓破坏的基本模式可以分为U-W形破坏、U-LJ形破坏以及U-H形破坏3种;U-W形底鼓时仰拱底部承受较大的顶升力,引起仰拱隆起变形,以仰拱中心受弯破坏为主,仰拱两侧拱腰处与上部衬砌相连,对其隆起有一定的阻碍作用,导致中心部位隆起速度明显高于两侧,最终形成W形的破坏形态;U-LJ形破坏时仰拱承受较大的水平轴力,导致仰拱出现剪切破坏,最终形成W形的破坏形态;U-H形破坏时仰拱在底部和侧面荷载的挤压下,仰拱与边墙的连接部位受剪破坏,无法有效传递轴力,最终导致仰拱与边墙脱开;仰拱中心以及仰拱与边墙连接部位为仰拱的易损薄弱位置;研究成果可为隧道仰拱结构的设计和施工提供理论依据,对保证隧道的安全运营具有重要意义。     

桥梁结构钢裂纹塑性区的研究及应用

为了研究裂纹塑性对裂纹扩展的影响,利用工程简化算法、应力函数法、扩展有限元法对桥梁钢裂尖塑性区的尺寸和形状分别进行了计算;由于平面应力和平面应变情况下尾迹场循环塑性的特性不同,利用不连续扩展有限元对两种情况下尾迹场的循环塑性和塑性累积进行了模拟分析,探讨了裂尖塑性区、循环塑性区的形成和尾迹场产生压应力的机理.研究结果表明:裂尖塑性区尺寸与应力水平（名义应力与屈服极限的比值）的平方成正比,当应力水平大于0.4时,裂尖塑性区尺寸需要考虑应力水平的影响;裂尖塑性区的形状以蝶形向前伸展,使裂纹尾迹场免受裂尖高应力场的拉伸作用,有利于裂纹闭合;裂尖塑性区存在材料的逆向流动,在循环塑性区裂纹表面的塑性累积产生压应力效应有利于裂纹提前闭合,这种塑性诱发的裂纹提前闭合对研究变幅加载、过载引起的裂纹扩展滞后有重要意义.      

基于PLC的轨道车换端操作安全控制系统设计

介绍基于PLC的轨道车换端操作安全控制系统,该系统利用PLC实现轨道车在换端操作时非操纵端与操纵端处理的自动控制.试验结果证明,该系统既简化了轨道车司机的繁琐操作,又消除了安全隐患,并且没有改变司机的操作习惯.     

内摩擦角对细集料特性的影响研究

为研究细集料特性对沥青混合料性能的影响,提出了一种测量集料内摩擦角的实验仪器.通过试验优化了桶的直径、孔径大小、桶高和桶底与仪器底座的高度,研究了内摩擦角与细集料流动时间、间隙率和砂当量的关系.研究结果表明,内摩擦角与细集料特性存在一定的关系,内摩擦角可以间接反映细集料的棱角性、砂当量值.因此,可以将内摩擦角作为一个补充性指标,用来指导抗高温的沥青混合料集料级配的设计.     

基于车-桥耦合振动理论的移动荷载识别

提出了基于有限元模型修正的单车通过多梁式桥梁的移动荷载识别方法.首先采用Butterworth低通滤波器对现场采集到的24 h内所有过桥车辆产生的桥梁动位移信号进行滤波处理,提取静力响应极值,并严格按照车型进行分类统计;其次,对观测桥梁进行基于静力试验的有限元模型修正,建立能够反映桥梁真实状态的基准有限元模型;最后将修正后的有限元模型输入至自行研发的BDANS软件中的多梁式车-桥耦合振动模块,以车型为单位,依据该车型车辆在桥面横向移动时各主梁竖向位移响应分配关系,结合多梁式车-桥耦合振动模块以及实测车辆过桥时各主梁静力极值响应,识别出车辆在桥面行驶的横向位置,然后根据识别出的车辆横向行驶位置和实测桥梁响应识别出车质量.结果表明:该识别方法较为可靠,识别精度较高,能按照车型批量进行识别,可大规模处理交通荷载数据.     

桩承式加筋路堤沉降的流固耦合分析

桩承式加筋路堤是一种应用于软土地区路堤工程的地基处理形式。为了研究路堤填筑及交通荷载对地基中超静孔隙水压力及路堤固结沉降的影响,结合某高速公路路堤地基处理工程实例,利用SIGAMA/W建立了桩承式加筋路堤沉降的流固耦合分析模型,分析在路堤填筑时的静水压力的变化规律,及其对固结沉降的影响,得出了相应的结论。     

新型聚合物泥浆在钻孔桩施工中的应用

以大西铁路客运专线渭洛河特大桥工程为依托,研究了聚合物泥浆在钻孔灌注桩施工中的应用,包括泥浆的制备、钻机成孔、吊放钢筋笼、清孔、灌注混凝土等。证实聚合物泥浆可以加强钻孔作业中孔壁强度,防止地下水渗透,降低钻头、钻杆的磨损,加快沉淀凝聚速度,避免钻孔施工中出现埋钻、埋杆、孔壁塌方等事故,是节约施工成本提高钻进速度而研发的新型高科技产品。工程实践表明,采用聚合物泥浆方法护壁钻孔,可获得满意的施工质量和使用效果。     

活性粉末混凝土桥梁应用与研究

活性粉末混凝土(RPC)是一种超高抗压强度和超高性能的新型水泥基复合材料,已在世界桥梁工程中得到一定的应用,介绍已修建的RPC桥梁和已开展的试设计研究现状.目前的应用与研究分析表明:RPC在桥梁中的应用以拱桥和梁桥为主;截面形式以箱形截面为主;施工方法主要采用体内或体外预应力索进行预制拼装;接缝形式以湿接缝为主.预计在将来相当长的时间内,RPC将仍以上述的桥型、截面形式和施工方法继续发展.     

跨密集铁路小半径连续钢箱梁顶推施工技术

以某跨密集铁路小半径连续钢箱梁工程为背景,介绍了该桥梁顶推施工的技术方案和主要施工设施.详细阐述了钢箱梁跨越密集铁路顶推施工过程中顶推梁段划分、线形控制、施工监控以及箱梁防电措施等施工控制要点,对于类似工程具有一定的借鉴意义.