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。     

高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明：让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。     

基于原子力显微技术的热再生混合料中新旧沥青融合程度量化指标和方法

厂拌热再生混合料中新旧沥青的融合程度对再生混合料设计及性能均有重要影响,目前已有较多学者开展了融合程度的量化研究,但现有量化方法在应用时大多需采用化学试剂对再生沥青进行抽提回收,这无疑会破坏混合料中新旧沥青真实的融合状态。基于原子力显微技术直接针对热再生混合料试件提出一种量化新旧沥青真实融合程度的方法。为此,首先在沥青层面探究了利用原子力显微技术中得到的力学、化学指标量化沥青融合程度的可行性,发现在单一沥青层面,DMT模量指标与宽带点光谱量化得到的羰基指数与沥青老化及融合特征相关性较好;接着选取DMT模量和羰基指数指标建立了完全混溶再生沥青纳观性能的预估方程;然后,在混合料层面利用不同来源的沥青对量化指标的适用性进行了检验,发现相较于羰基指数,采用DMT模量指标量化再生混合料中新旧沥青融合程度的误差更小;最后,基于该指标在混合料层面初步给出了直接量化厂拌热再生混合料中新旧沥青融合程度的方法;并以3种旧料掺量的再生混合料为例,对量化方法的应用进行了介绍。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

全厚式高模量沥青混凝土路面结构设计及力学分析

利用路面专用程序PADS计算全厚式高模量、全厚式普通和半刚性基层3种沥青混凝土路面结构厚度;根据弹性层状理论体系,建立了上述3种沥青混凝土路面结构三维有限元模型,对路面结构在荷载作用下的设计层层底应力状态进行对比分析;应用美国MEPDG推荐的沥青混凝土路面永久变形预估方法对沥青混凝土路面结构进行车辙预估,并对其疲劳寿命进行了计算.结果表明,全厚式高模量沥青混凝土路面结构能够有效减薄路面结构厚度,是抗车辙性能及疲劳性能综合最优的路面结构类型.     

再生骨料制备透水水泥混凝土性能研究

基于节能生态道路的设计理念,研究了以再生骨料为集料的透水水泥混凝土的力学性能和透水性能.采用正交试验研究水胶比、聚丙烯纤维、颜料、矿渣4个因素对透水水泥混凝土性能的影响,并引入功效系数法进行分析.结果表明:水胶比对再生骨料透水水泥混凝土的性能影响最大,其次为聚丙烯纤维;水胶比提高,其力学强度和透水性能均下降;提高聚丙烯纤维掺量可以改善其力学强度,但降低了透水性能;颜料对其性能影响不显著;矿渣掺量增大,其抗压强度和透水性能均提高.配合比设计合理,再生骨料透水水泥混凝土能够满足轻级交通道路的力学要求和透水功能.     

旧水泥路面加铺水泥-泡沫沥青混合料层结构力学响应分析

水泥-泡沫沥青混合料具有半柔性的特点,将其用于旧水泥混凝土路面加铺具有巨大优势。通过三维有限元模型系统分析了沥青加铺层厚度,水泥-泡沫沥青混合料材料厚度、模量,地基模量,旧水泥混凝土板接缝宽度等因素变化对沥青层最大拉应力、剪应力和路表弯沉的影响规律。指出水泥-泡沫沥青层厚度不宜低于8cm,模量宜在800~1200MPa。     

广东软粘土物理力学指标相关性分析

对广东省13条高速公路软粘土的物理力学指标进行了相关性分析,给出了相关公式。分析结果表明:含水率、孔隙比、密度之间线性相关性非常显著;压缩系数与含水率、孔隙比、密度之间呈现良好的幂函数关系;强度指标与物理指标之间相关性较差;力学参数指标间基本无相关关系。     

汽车冲压件修边线反算的研究与应用

在汽车冲压件SE成形性分析过程中,修边工序中修边线的形状与尺寸的确定是一个重要环节,也是修边工序中的一个重要难题。修边线的正确与否对后序的翻边工序、整形工序的精度有重要影响。修边线如果确定得不准确会给分析工作带来非常大的工作量,需要手工进行反复的调整和修改,增加无形的成本,且会影响冲压模具的开发周期,甚至会在一定程度上影响整车的开发周期。目前在汽车冲压件开发过程中,针对产品修边线的确定方法主要有以下几种。第一种是通过人工对产品截面线进行展开求出修边线,但人工方法费时费力,精度不高,且受人员技能的影响     

动载作用下沥青路面三维力学响应有限元分析

为更好地利用沥青路面结构和提高它的耐用性、安全性,利用ANSYS7.0对采用沥青路面结构的公路进行建模,分析沥青路面结构在动载作用下的三维受力情况.通过对公路结构各个界面在动载作用下所受的竖向应力、剪应力、矢量位移、弯沉值、应力时程等的提取、整理及分析,得出沥青路面在动载受力下损伤机理等重要研究结论.同时,采用的动力分析有效地弥补了静力计算的不足,使得分析结果及研究结论更具合理性、科学性.