基于p-y曲线分析隧道开挖对邻近单桩的影响

在分析隧道开挖对邻近单桩的影响时,基于Winkler地基梁模型的简化方法很难合理确定不同桩土刚度及地层位移条件下土体的等效参数。基于桩土界面非线性p–y曲线,提出了一种分析隧道开挖下邻近单桩响应的修正简化算法,结合有限差分原理,给出了非线性方程组的迭代法及增量法求解过程,同时将本文方法与既有研究成果进行了对比验证,并就相关问题进行了探讨。研究结果表明:在进行隧道开挖条件下邻近被动桩分析时,考虑桩土界面非线性特性是必要的,尤其是竖向;随着桩长增加,桩身在竖直方向上呈现出三种不同的受力性状;在cu/E p不变的情况下,桩身弯矩随着cu增加呈线性增长。

养护温度对水泥固化淤泥强度影响试验研究

采用水泥固化海泥(CSMC)作为围海垦地填料正在被广泛关注。由于水化放热,当环境温度较高时大体积填筑的CSMC内部实际养护温度可能明显高于室内标准养护温度(≈20℃),这必然会对CSMC的强度发展产生影响,但目前工程实践中并未考虑这一温度差异的影响。因此,基于室内试验,测试了不同配合比CSMC试样在不同养护温度下的强度发展过程,并重点探讨了养护温度对CSMC强度发展的影响规律及其内在机制。结果表明:养护温度对CSMC强度发展影响显著,高的养护温度不仅会显著提高CSMC的早期强度,而且会比较明显地提高CSMC的晚期强度,这就意味着在CSMC垦地工程实践中考虑养护温度的影响是十分必要的。鉴于此,文中最后给出了如何在CSMC垦地工程实践中考虑养护温度对强度发展影响的建议和设计流程。

絮凝剂和缓凝剂对水泥固化疏浚淤泥浆效率的影响研究

在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层工作平台往往是进行堆场地基处理、缩短堆场周转期限的必要环节,但既有途径大多都涉及到在极端不利环境(泥沼)下的人力劳作,机械化程度低且施工速度极慢。鉴于此,基于常规水泥固化法(简称CCSM),提出了采用絮凝-固化联合法(简称FSCM)处理表层疏浚淤泥浆形成硬壳层的新思路,通过开展一系列室内模型试验,探讨了在处理疏浚淤泥浆时用FSCM代替CCSM(即引入絮凝剂和缓凝剂)的可行性和必要性,并重点分析了絮凝剂和缓凝剂剂量对水泥固化淤泥浆效率的影响规律。结果表明:FSCM能“飞跃式”提升水泥对疏浚淤泥浆的固化效率,在最优絮凝剂剂量条件下可将不排水抗剪强度提高至CCSM的4.8倍以上;另外,向FSCM中引入缓凝剂还能明显强化颗粒物理沉积/固结程度,进一步促进中晚期的强度发展,且在最优缓凝剂剂量条件下,不排水抗剪强度比不掺入缓凝剂时的不排水抗剪强度高35%以上。

考虑空间变异性的水泥固化海泥垦地围堰稳定性分析

"水泥固化流塑态填料"(SDF)作为一种垦地围堰的填筑材料,其强度具有空间变异性。利用Tekong岛填海工程中SDF强度采样数据,分析SDF强度概率分布特征,模拟SDF强度分布随机场。均匀场和随机场条件下,利用Monte Carlo模拟法对实际垦地围堰工程进行模拟和稳定性分析。研究表明:SDF强度存在很强的空间变异性,对SDF围堰稳定性影响显著,因此导致实际工程的设计方案偏于保守。

材料参数空间变异性对水泥固化淤泥填筑路堤稳定性影响研究

采用水泥固化疏浚淤泥（CSM）作为路堤填料既能有效解决砂石等理想填料资源的短缺难题,又能科学地减轻疏浚淤泥弃置给社会带来的经济和环境压力,值得大力推广。但实际工程中CSM材性参数往往表现出极强的空间变异性,明显影响路堤的稳定性,而常规确定性设计方法（CDDM）对此考虑不足。鉴于此,基于现场CSM材性参数统计特征,通过随机有限元法（RFEM）分析了不同工况下参数空间变异性对CSM路堤稳定性的影响规律,重点比较了RFEM可靠度方法和CDDM在CSM路堤设计中的差异,结果表明CDDM无法合理表征CSM材性参数强空间变异性的影响,设计结果往往偏于危险。最后,以RFEM分析为纽带,提出了CDDM稳定安全系数、路堤设计参数、材料参数变异系数和可靠度指标四者之间的对应关系,有助于实现在不改变CDDM设计架构前提下等效表征CSM材性参数强空间变异性影响的目的。

穿风化槽水底隧道施工中围岩变形行为分析

对穿越风化槽和一般岩层的水底隧道分别进行实体建模,应用有限元程序对其施工全过程进行弹塑性数值模拟,得出施工过程中两种工况下目标断面地表、拱顶、仰拱、边墙和目标掌子面处围岩的变形行为及位移分布规律。结果表明,地表沉降主要发生在上台阶的开挖过程中;地质条件越差,目标断面之前的岩体开挖产生的地表沉降占总沉降量的比重越大,更应注意加强超前预支护;地层隆起显著区域集中在距洞壁4 m范围内;水平位移则集中在距洞壁6～8 m的范围内;目标断面最大Z向位移点位于掌子面中心下方。

基坑被动区加固的位移控制效果及参数分析

以武汉地铁2号线积玉桥站为背景,采用三维弹塑性数值模拟的方法,考虑地下水渗流及土体的固结,研究被动区加固下地下连续墙的水平位移及坑外地表沉降的分布规律,并将计算值与现场实测结果进行对比,验证数值计算模型的合理性。以此模型为基础,对裙边加固和抽条加固的主要参数及布置形式进行深入的探讨。研究结果表明,被动区加固对变形的控制效果是非常显著的。裙边加固宽度和裙边加固深度都存在一个有效范围,当超出该有效范围后,加固效果的提高幅度不显著。当裙边加固宽度与加固深度相当时,加固效果最优。在裙边加固参数不变的情况下,被动区加固的作用效果主要与抽条加固的置换率有关,与其断面形状、布置形式等基本无关。

化学处理方式对微生物固化砂土强度影响研究

微生物固化(microbial-induced calcite precipitation,简称为MICP)技术是岩土工程领域新兴起的一种地基处理技术,利用微生物诱导产生的碳酸钙晶体胶结松散土颗粒,改善土体的力学特性。选用巴氏芽孢杆菌作为固化细菌,采用单一浓度(0.5、1.0 mol)和多浓度相结合(前期采用0.5 mol,后期采用1.0 mol)的化学处理方式注射胶结液(尿素/氯化钙混合液),研究化学处理方式对微生物固化砂土强度的影响。基于试验测试分析了固化砂土试样的强度、破坏模式以及碳酸钙含量。试验结果表明,化学处理方式对固化砂土试样的强度有显著影响,对破坏模式和碳酸钙含量无明显影响;多浓度相结合的化学处理方式能够以较少的灌浆次数获取较高强度的试样。最后,对化学处理方式对强度影响的机制进行深入分析。

浅埋隧道变基床系数下管棚的力学机制分析

针对管棚法施工中常基床系数下管棚弹性地基梁模型的缺陷,分析了掌子面前方岩土体基床系数分布规律,建立了变基床系数下管棚的地基梁模型,该模型可考虑掌子面水平位移的影响。并用有限差分法对该模型进行了计算,深入分析了开挖过程中管棚的受力和变形。结果表明:考虑掌子面水平位移影响是非常必要的,做好掌子面加固工作对减小管棚的变形较为有效。同时,管棚力学行为与开挖面位置、开挖进尺及岩体泊松比等因素有很密切的关系,可为管棚的优化设计及施工方案的合理选择提供一定的理论基础。

弹塑性软化模型下隧洞围岩变形与支护压力分析

为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响,提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型,并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后,通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比,验证了本文方法的合理性。最后,探究了软化系数对围岩变形及支护压力影响规律。结果表明:软化系数较大时,采用弹塑性软化模型与弹脆塑性模型算得结果基本相同;对围岩变形及稳定性起主要控制作用的是松动区域范围;控制塑性区域出现时的临界支护压力在数值上与弹塑性区域交界处径向应力是相等的。

桩承式路堤土拱形成及荷载传递机制离散元分析

土拱效应是桩承式路堤中影响荷载传递的关键因素。基于前人的室内模型试验,建立了桩承式路堤离散元(DEM)数值分析模型。基于路堤中应力偏转规律对土拱随桩土相对位移的形成规律进行了分析。在该基础上提出了合理拱轴线土拱模型,并引入荷载传递系数α对土拱与土拱下方路堤填料间的荷载传递进行量化分析。模拟结果表明,桩土相对位移引起路堤中应力主方向发生偏转并形成虚拟土拱;土拱形态及高度随桩土相对位移的变化而变化,最大拱高约0.8倍桩净间距;α随土拱高度的增加呈对数关系减小。

不同水灰比水泥固化黏土的强度特性试验研究

采用水泥固化流塑态黏土(SDF)作为围海垦地的填料,可有效解决环境污染和资源短缺问题,实现资源环境的可持续发展。目前,水泥固化黏土的基本强度特性还没有统一的定论。本文基于室内试验,测定了不同配合比条件下SDF无侧限抗压强度,分别研究了水泥剂量Aw和水灰比W/Aw参数对SDF强度特性的影响。试验结果表明:当Aw较低时,强度随Aw呈非线性增长,随着Aw的增加,其变化曲线逐渐向线性转变;不同类型土,其强度随Aw的变化曲线由非线性向线性转变的临界点不一致;W/Aw对不同类型SDF强度的影响程度不一致;归一化方法可部分消除黏土类型等因素变化引起的强度变异。

大断面隧道锚杆设置的优化分析

目前数值模拟己经成为地下工程分析中十分有效的方法。对于大断面公路隧道,可以采用数值模拟方法对隧道支护体系进行分析,从而达到优化设计的目的。采用有限差分程序FLAC分析软岩大断面隧道在同类围岩条件下用同一种方式开挖时,分别采取不同的锚杆布置方式时围岩应力分布、锚杆受力状态对围岩稳定的影响等,可以确定出软岩大断面隧道在一定的围岩级别下最优的布锚方案,并可为大断面隧道与地下工程的锚杆支护参数的优选、技术规范的修订提供参考。

养护压力对水泥固化高含水率淤泥强度的影响

采用水泥固化疏浚淤泥(CSM)作为滨海交通设施(路基等)填料能同时解决疏浚淤泥弃置问题和理想填料(砂土料等)日益短缺的问题。随着高速交通设施的大规模兴建,CSM填筑高度越来越大,下部CSM将受到较大养护压力,此时CSM强度特性的演化其实是物理固结与水泥–水–黏土颗粒化学反应的耦合效应,这与固结压力作用下饱和软黏土强度发展机理存在本质区别,固结压力对CSM强度发展的影响尚不明确。本文基于室内试验,测试了不同配合比与养护压力工况下的CSM强度指标,评价了采用养护后孔隙比eot和有效孔隙比est作为基本指标来描述养护压力对CSM强度影响的适用性,并探讨了养护压力对CSM强度影响的内在机理。结果表明:养护压力对CSM强度特性影响显著; eot和est不能被用来定量描述养护压力pc对CSM强度的影响规律。由此推测养护压力对CSM强度影响的内在机理主要包括挤压固结效应和颗粒簇团间的"自锁"效应两个方面,并建立了表征养护压力效应的CSM的强度经验公式。

隧道施工引起的地表变形数值模拟

研究目的:评估石桥头浅埋隧道在采用不同施工方法和加固措施施工时对地表建筑物的影响。研究方法:对穿越城区浅埋的石桥头隧道在采用三台阶临时仰拱法和双侧导坑法爆破施工时的地表变形进行三维有限元数值模拟。研究结果:采用三台阶临时仰拱法时,隧道第一步开挖对地表的沉降影响较大,采用双侧壁导坑法时,第五和六步开挖沉降变化较大。地表倾斜、地表弯曲曲率与水平变形分析表明,双侧壁导坑法优于三台阶临时仰拱法。研究结论:针对石桥头隧道,建议采用较保守的双侧壁导坑法进行施工,并辅以必要的支护(小导管、长管棚等)和加固(防护桩、地表注浆等)措施,控制地表沉降和变形,确保地表建筑物的安全。

考虑剪胀效应的深埋圆形隧道围岩应变软化弹塑性解

隧道围岩非线性体积膨胀影响施工安全,如何正确评价隧道围岩塑性区域内扩容机制非常重要。多数研究从理论上推导深埋圆形隧洞应变软化围岩应力-应变场时仅采用恒定或线性变化剪胀模型,针对此不足,提出了一种基于有限差分法的分析方法,能够合理地考虑围岩非线性剪胀效应及其应变软化特性。利用已有的研究成果,验证了该方法的合理性,并进一步探讨了不同质量石灰岩与支护压力下剪胀系数在围岩塑性区域内的影响因素,比较了恒定与非线性变化剪胀模型下围岩变形的不同。结果表明:对于地质强度指标(GSI)较小、质量较差的岩体,塑性区域内主要由围压控制剪胀效应程度;恒定与非线性变化剪胀模型下围岩洞壁变形差别显著。

针栓式推力室冷却特性试验研究

针栓式发动机具有推力调节简单、声学燃烧稳定性好和成本低廉等一系列优点,但目前对针栓式推力室的冷却特性掌握还不够深入,研制过程中曾多次出现因推力室冷却组织不好而烧蚀的问题。采用针栓式推力室试验件,对身部的冷却特性进行了深入研究,结果表明:推力室圆柱段前端的温度较低,无需采用专门的冷却措施;末端内侧气壁温度会达到约1650℃,局部存在明显的烧蚀现象,必须采取有效的热防护措施;下游冷却液膜量的变化对圆柱段的冷却特性影响较小。

被动加固区参数变异性对软土深基坑变形行为的影响

被动区加固是控制软土深基坑变形的有效措施之一,但加固区土体力学参数往往表现出极强的空间变异性,势必会给软土深基坑整体变形行为带来一定的不确定性。鉴于此,通过FLAC 3D软件建立了基坑开挖三维动态模型,基于K-L法生成了水泥土参数随机场,并进行了确定性与不确定性数值分析。重点比较了两种分析方法中地连墙最大水平位移与地表最大沉降的结果差距,统计了不确定性分析中变形指标的分布趋势,探讨了水泥土参数变异性强弱对不同厚度被动加固区加固效果的影响。结果表明:考虑水泥土材料参数空间变异性时,被动区加固存在临界加固厚度;被动加固区参数变异性的强弱对软土深基坑整体变形行为的影响有限,在评估软土深基坑的变形程度时,不必对加固区参数的空间变异性作特殊考虑。

考虑开挖卸荷及变形耦合效应的被动桩分析方法

基坑、隧道的开挖将不可避免地影响邻近受荷桩基的工作性能,如何合理评价开挖条件下邻近受荷桩基的附加响应至关重要。针对Winkler地基梁模型的不足,提出了一种改进的非线性两阶段分析方法,该法能够合理地考虑桩土作用的非线性特征、桩顶工作荷载对桩身附加轴力的影响及轴力产生的偏心弯矩对水平挠曲的影响等,并给出了该改进算法的增量法求解过程。同时将本文方法与已有研究成果进行了对比,验证了本文方法的合理性,并进一步探讨了桩顶工作荷载对竖向附加响应及轴向力对水平附加响应的影响规律。结果表明:桩顶工作荷载对竖向附加响应的影响是显著的;而轴向力对水平挠曲的影响程度则与自由场位移模式等相关,对于部分位移模式,影响也很显著。

火箭发动机喷管分离流动仿真分析

采用数值方法研究在分离状态下的最大推力喷管流动状态,讨论了不同湍流模型对分离流动的影响,在此基础上详细分析了喷管流动中出现气流分离模态由自由激波(FSS)到受限激波(RSS)的变化情况。在稳态仿真基础上开展非稳态分析,并综合小波分析、结构有限元方法分析了侧向载荷影响。研究结果表明,喷管内压强脉动为低频脉动,该脉动频率范围与喷管固有频率有交叠,可为后续的喷管气流分离侧向载荷分析及验证试验提供基础。