黄土盾构隧道围岩强度指标结构性参数表征与荷载计算

为了考虑黄土地层特征,获取合理的围岩压力以指导黄土盾构隧道结构设计,通过对比盾构隧道与新奥法隧道围岩压力现场测试数据,结合黄土盾构施工实践,验证形变围岩压力计算黄土盾构隧道围岩荷载的合理性;考虑黄土地层的强度参数,通过芬纳公式构建黄土盾构隧道形变围岩压力的计算方法;采用三轴剪切实验,探究原状黄土的应力应变关系以及应力结构性参数的变化规律,构建应力结构性参数下黄土强度指标的计算方法;结合盾构隧道开挖支护下围岩的应力应变变化规律,建立深埋黄土盾构隧道围岩结构性参数场的计算框架,结合结构性参数修正的黄土强度准则,给出深埋黄土盾构隧道围岩压力的计算方法。研究发现,使用形变压力理论计算黄土盾构隧道围岩荷载具有合理性;原状黄土相比重塑黄土有明显的应力峰值及应变软化现象;黄土应力结构性参数与粘聚力存在较好的拟合关系,与内摩擦角相关性低;当仅考虑地层浸水造成黄土结构性演变引起的围岩压力变化时,当含水率由1%增加到25%,塑性圈半径由4.6 m增加为5 m,围岩压力由587 kPa增加到622 kPa。

黄土盾构隧道开挖围岩扰动特性模型试验研究

为了探究不同含水率和埋深等工况下的黄土盾构隧道开挖对围岩的扰动作用特征,采用相似模型试验,首先通过三轴试验测定了不同含水率下原状黄土物理参数及强度指标,通过大量试配得到了不同含水率下与原状黄土强度指标参数相似的试验用土。其后,考虑盾构隧道盾尾间隙特征,开展不同含水率及埋深等组合工况下盾构开挖模拟试验,通过微型土压力传感器、百分表等监测元件以及数字图像技术等手段,分析了不同工况下地层变形、地表沉降和围岩应力的变化规律。研究发现:含水率较低时,围岩的自稳能力强;含水率越高,埋深越大,开挖对地层的扰动作用也越大;地表最大沉降值与含水率呈正相关,与埋深呈负相关;围岩剩余应力随含水率和埋深的增大而增大,但当含水率增大至一定值(26.6%)时,围岩剩余应力骤减;基于不同含水率下的围岩应力及变形发展规律,可将黄土含水率分为自稳、形变以及松动含水率,基于含水率和埋深引起的围岩松动情况,可将不同工况下的黄土盾构隧道围岩压力作用模式按照形变压力和松动压力计算,以更加适应黄土地层的特性。

大直径盾构隧道纵向刚度增强措施研究

为研究不同环缝接头结构对盾构隧道纵向刚度的增强效果,采用等效连续化模型计算得到断面直径对隧道纵向拉压、纵向抗剪和纵向抗弯刚度的影响规律,将隧道纵向刚度增强措施与管片环缝接头结构相联系,采用数值模拟深入探究了9种环缝接头结构的力学性能,对比得到增强隧道纵向刚度效果最优的环缝接头结构。结果表明:直径对纵向拉压和纵向抗弯刚度影响较小,对纵向抗剪刚度影响较大;环缝接头刚度增强措施能够显著减小管片位移,提高隧道纵向刚度,提升效果为:斜螺栓>弯螺栓,定位榫>剪力销>凹凸榫;螺栓型式和纵向刚度增强措施均对螺栓最大剪切应力有较大影响,竖向荷载下受螺栓型式影响较大,水平向荷载下受管片环缝接头刚度增强措施影响较大;结合经济性和有效性,当接头螺栓为弯螺栓时,设置定位榫是一种相对较优的选择。

MXene材料Nb_(2)CCl_(x)与Ti_(2)CCl_(x)对Mg储氢性能的改性研究

镁是众多固态储氢材料中一类深受关注的材料,具有很高的储氢容量(7.6%(质量分数))和可逆吸放氢等优点。但是Mg吸放氢所需温度高,放氢动力学缓慢等影响了其实用性。采用熔盐刻蚀法以n(Mg)∶n(MXene)=10∶1的比例制备了两种不同类型的MXene(Nb_(2)CCl_(x)和Ti_(2)CCl_(x)),并研究不同种类MXene的添加对金属Mg的微观结构和吸放氢性能的影响。结果表明,材料的相组成未发生改变,但球磨后材料的颗粒尺寸进一步减小,增大了其比表面积。Nb_(2)CCl_(x)和Ti_(2)CCl_(x)的引入则使Mg的性能得到明显提升,可以有效提高材料的吸放氢速率,Mg@Nb_(2)CCl_(x)在200 s内就可以放出5.0%(质量分数)的氢气,Mg@Ti_(2)CCl_(x)在250 s内也可以放出5.3%(质量分数)的氢气。同时也可以降低材料的初始吸放氢温度,10%(质量分数)Nb_(2)CCl_(x)使纯Mg的初始吸氢和放氢温度分别降低了125℃和175℃,10%(质量分数)Ti_(2)CCl_(x)则使纯Mg的初始吸氢和放氢温度分别降低了100和125℃。根据Chou模型进行吸放氢动力学拟合的结果表明,MXene的加入使Mg的控速步骤由表面渗透控制向扩散控制转变,从而提高了Mg的吸放氢动力学性能。

含水率影响下黄土盾构隧道壁后注浆浆液扩散特性试验研究

为了揭示黄土盾构隧道壁后注浆浆液在地层中的扩散形式和规律,考虑盾构隧道盾尾间隙特征,建立含水率、渗流压力、土压力可实时监测以及扩散过程可视的模型试验系统。考虑黄土不同含水率,通过试验研究浆液扩散形式以及注浆过程中的含水率、渗流压力和土压力变化规律。研究结果表明:在相同干密度下,不同含水率对壁后注浆浆液扩散形式影响显著;含水率为10%时,浆液未发生明显扩散,浆-土形成了明显的分界面,仅分界面处的含水率发生显著变化,各分层土体土压力较大;含水率为20%和30%时,浆液扩散范围增大,各分层土体含水率均有变化,土压力和渗流压力出现了阶跃曲线,土体中形成了明显的浆脉。黄土盾构隧道壁后注浆中浆液的扩散形式主要为压密扩散、压滤扩散和劈裂扩散。

公路隧道运营环境的二氧化碳分布特性

为了探究公路隧道运营环境中CO_(2)的分布特性,基于宁波市5处公路隧道的现场实测,研究公路隧道运营环境的CO_(2)体积分数基本水平以及CO_(2)体积分数与隧道交通流状态、平面线形、断面几何特性等的关系.基于4G远程智能化连续监测,分析公路隧道运营环境CO_(2)体积分数随时间的变化.通过数值模拟探讨隧道长度、线形、交通流状态及断面几何特性等对CO_(2)分布的具体影响规律.研究发现,CO_(2)体积分数沿隧道纵向具有明显的线性递增特征,通常情况下隧道出口处的CO_(2)体积分数最高,可达691×10^(−6)~1226×10^(−6),为一般大气环境水平的2~4倍,同交通量情况下通风水平、横通道、加宽带、线形、长度等会提高线性增长的斜率且影响程度依次递减.CO_(2)的断面分布具有明显的扩散现象和重力效应,同一断面的壁面高度越大,体积分数越小,直线隧道两侧的CO_(2)呈对称分布,曲线隧道内侧的体积分数显著高于外侧,加宽带具有一定的缓冲效应且加宽带一侧体积分数略低于另一侧,横通道具有一定的互补式通风效果.CO_(2)体积分数具有明显的时变特征和周期性,8点、12点、17点出现日体积分数极值,周末出现周体积分数极值,体积分数变化与交通量情况显著相关.

泥质砂岩地层盾构隧道管片连续上浮规律与分析

为了得到施工期盾构隧道管片的连续上浮规律,基于连通器原理设计一套管片竖向位移连续监测装置,依托华东某泥质砂岩地层盾构隧道进行现场实测研究。研究结果表明:管片在脱出盾尾前12 h内呈现出“阶梯状”上浮的规律,即上浮主要发生在盾构掘进期间,而在待机期间管片上浮趋势逐渐减缓,直至停止上浮。最大上浮速率可达0.2 cm/min,主要发生在掘进期间,最大下降速率为0.15 cm/min。管片上浮增量与时间仅呈中等相关或弱相关的关系,而与所处的位置呈强相关或极强相关的关系。掘进期间,上浮增量累计占比为76.9%,是待机期间的3.3倍。

数字图像测量技术及在隧道室内模型试验中的应用

首先按照数字图像技术分析基本原理差异,对数字图像相关(DIC)、粒子图像测速(PIV)等二维数字图像测量方法在隧道模型试验中的应用现状、技术发展以及基本原理进行梳理。进一步,对三维测量方法的原理及在隧道模型试验中的应用潜力进行分析。最后,通过黄土地层盾构隧道的掘进模拟试验,对数字图像测量技术在隧道模型试验中的应用进行示范。结果表明:DIC、数字照相变形量测(DPDM)等非接触测量方法以照片上点的相关性判断各点的位移,使用场景更偏向于室内试验道路、桥梁、隧道、基础、河坝、钢结构、钢混结构等土建结构的变形监测中;而PIV分析可测量流体中流动的大小和方向,被广泛运用于浆液、泥石流、喷泉等流体运动的研究中。此外,基于黄土地层盾构隧道室内模型试验方案发现,低含水率黄土地层盾构掘进8环管片距离时,围岩的扰动范围为盾构掘进中轴线两侧1 D(管片外径)左右和盾构上方1 D范围内。

低渗地层盾构隧道壁后注浆压密-劈裂扩散模型研究

通过对盾构隧道环向浆液压力分布、起劈压力分布的计算,建立了低渗地层盾构隧道壁后注浆压密-劈裂扩散模型,提出了环向劈裂区间角及其计算方法,给出了浆液扩散距离与劈裂通道宽度计算式,并分析土体侧压力系数、盾构埋深对劈裂区间角的影响及土体弹性模量、浆液黏度对浆液最大扩散距离与劈裂通道宽度的影响,结合理论对盾构掘进过程中地表冒浆问题进行了讨论。研究结果表明:在低渗地层进行盾构隧道壁后注浆时,浆液在劈裂区间角内以劈裂形式扩散,在其余区域以压密形式扩散;劈裂区间角与土体侧压力系数、隧道埋深均呈负相关关系;最大扩散距离与注浆压力差,最大通道宽度与最大扩散距离均呈指数关系,其指数分别为4,0.25;正常注浆参数下,浆液向下扩散距离远大于向上扩散距离,结合某城际铁路盾构隧道实际注浆参数及地层参数,分析了地表冒浆的原因,进一步验证了该扩散模型的合理性。

浅谈戏剧人物形象塑造的外部手段

外部动作指演员运用语言、肢体活动等方面进行思想交流、情感表达,它是戏剧人物的语言表达、动作呈现、舞台美术等方面的结合。舞台语言直抒胸臆地表达人物的感情,揭示人物的心理状况;舞台动作直观形象地表现人物个性,展示人物生活内容;舞台美术强化人物的形象气质,渲染舞台气氛。

浅析台词在戏剧表演中的重要性

在戏剧表演中,最能够展现舞台效果的一个环节就是台词。台词语言直接影响着一个演员对于戏剧角色的塑造。台词语言的应用不仅能够突出角色的人物性格,还能增强戏剧表演的艺术性和感染性,让观众能够感受到角色所表现出来的情感,引导观众对戏剧的探究。本文从了解戏剧表演与台词出发,分析戏剧舞台中台词应用原则,最后探究台词在戏剧表演中的重要性。

基于D-P条件等效的黏性土隧道开挖地层力学行为有限元分析

基于三轴试验应力-应变结果,获取了依托工程黏性土强度参数。通过德鲁克-普拉格条件(D-P条件)等效,实现了摩尔-库伦(M-C)黏性土材料的D-P准则模拟方法。采用“间隙约束法”模拟衬砌支护时机对地层力学行为的影响。通过数值计算讨论了黏性土盾构隧道地层参数以及施工特性对地层力学行为及支护反力的影响。研究发现:黏聚力、内摩擦角以及开挖洞径对围岩塑性区半径及支护反力的影响基本呈线性关系,随黏聚力和内摩擦角的增大,塑性区半径和支护反力明显减小,内摩擦角的影响显著于黏聚力。开挖洞径由6 m增大到14 m,塑性区半径增大约210%,支护反力增大约230%。土侧压力系数将显著影响开挖后塑性区形状、范围以及支护反力的分布。随着支护时间的延后,塑性区逐渐增大,支护反力逐渐减小,当释放的位移超过总位移的40%时,两者增减幅度均有明显降低。就依托工程而言,当将地层含水率控制在8%~15%间,当地层收敛约为总位移的20%时,可充分发挥地层自承能力从而降低支护反力。

隧道衬砌抗弯承载能力概率劣化模型

提出同时考虑时间效应与参数不确定性的隧道衬砌可靠度分析框架.考虑衬砌受环境侵蚀引起的钢筋截面面积减少以及钢筋-混凝土黏结力下降,得到其抗弯承载能力时变模型.考虑模型中参数不确定性,建立时变概率模型.采用蒙特卡洛模拟(MCS)方法对理论模型的准确性以及计算效率进行验证.分析模拟结果,对抗弯承载能力的分布进行讨论.通过有限元分析,使用反转应力荷载释放法得到可靠度分析的荷载模型.采用当量正态化(JC)法,构建隧道衬砌抗弯承载能力劣化可靠度分析框架.通过算例对地下水氯离子侵蚀下衬砌抗弯承载能力的时变概率特征进行研究.结果表明,随时间增长抗弯承载力的均值和标准差均减小;当初始计算变量同时存在正态变量与对数正态变量时,抗弯承载力计算结果更服从对数正态分布;衬砌负弯矩区域可靠度远高于正弯矩区域.

公路隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划

为了构建公路隧道衬砌碳化耐久性的定量设计方法,对比各碳化深度计算模型与实测数据,选定衬砌碳化的最优模型;根据实测数据分析隧道环境温湿度与洞外大气关系,基于全国气象监测站的温湿度数据,建立公路隧道运营环境温湿度区划;考虑公路隧道CO_(2)的释放源项并参照实测数据,构建隧道运营环境CO_(2)体积分数的计算方法;以碳化劣化速率梯度相等为原则,对我国隧道碳化环境进行分区,结合分区推荐我国公路隧道衬砌碳化耐久性定量设计的具体方法.研究发现:隧道环境湿度与大气湿度相当,隧道环境温度变化趋势与大气环境一致,两者均值接近.公路隧道内部CO_(2)体积分数与CO体积分数呈线性关系.云南、贵州区修建的隧道工程衬砌受环境影响较大,西藏、青海、内蒙古、黑龙江、吉林等地区的待建隧道在进行衬砌耐久性设计时可以忽略碳化影响,其余全国大面积区域隧道衬砌的碳化耐久性设计可以对应《混凝土结构耐久性设计标准》中环境作用等级中的“轻度”进行设计.

深埋黄土盾构隧道围岩压力解析

随着盾构隧道工程的发展,越来越多的深埋黄土盾构隧道逐步出现。对其围岩压力进行准确计算对衬砌设计及服役期的安全评价具有重要意义。围绕深埋黄土盾构隧道围岩压力的计算,考虑盾构隧道衬砌与围岩的径向变形连续条件,基于芬纳公式,推导了盾构隧道衬砌内力、围岩应力及围岩变形的解析解;引入黄土结构性参数,给出了适用黄土盾构隧道的围岩压力解析解;结合隧道开挖后围岩的广义剪应变,构建了黄土隧道围岩结构性参数的求解方法;结合黄土结构性参数,讨论了围岩增湿对黄土结构性参数及围岩压力的影响。研究发现:广义剪应变在塑性区内沿径向增大,在弹性区内逐渐减小,2倍塑性区半径外基本稳定;围岩的黄土结构性参数在塑性区内可认为均匀分布;围岩含水率由2%增加至20%时,塑性区的扩大幅度约为33%,围岩压力的增幅约为10%。研究成果以期对深埋黄土盾构隧道的围岩压力计算提供思路。

火灾下盾构隧道衬砌管片结构变形理论分析

火灾高温会使盾构隧道管片衬砌的力学性能产生劣化,其受力变形也较常态下更为复杂。考虑到火灾下衬砌截面温度场的真实分布情况以及管片材料高温下力学性能的非线性,建立了高温下圆形衬砌变形的理论计算模型;针对盾构隧道管片衬砌,基于自由变形理论,得到了其高温下变形的解析解;根据具体算例得到了发生火灾时管片变形规律,为管片火灾下的防火设计提供了理论依据,并将计算结果与设计规范相对比,对灾后隧道内人员财产救援进行的时机给出了建议。

黄土盾构隧道地层特性演变规律及围岩压力计算

确定合理的围岩压力对隧道结构的设计及后续运营安全意义重大。受到黄土地层特殊结构性的影响,在隧道施工和浸水等扰动下,结构所承受的围岩压力将发生变化,这种变化使用常规的围岩压力计算方法难以考虑。首先,考虑盾构隧道开挖与支护的边界条件,通过复变函数理论建立了隧道围岩应力应变的理论计算方法;其后,将黄土结构性参数引入邓肯-张模型,构建了力场和浸水等作用下围岩切线模量的求解方法,实现了黄土结构性参数本构的描述;最后,结合黄土结构性本构及深埋隧道开挖支护的围岩复变函数理论解析,考虑隧道施工以及地层增湿等的扰动,构建了深埋黄土盾构隧道围岩压力的求解方法。研究发现:受到开挖及支护效应的影响,拱顶和拱底的结构性参数小于边墙部位;随含水率增加,地层的结构性显著降低,含水率25%下的结构性参数仅为5%含水率的11%;随含水率的增大,围岩切线模量逐渐降低,含水率5%~25%的降幅约为60%;随着含水率的增大,围岩压力增大,衬砌不同角度处的围岩压力增幅较为接近,含水率5%~25%的增幅在17%~19%之间。研究成果可为深埋黄土盾构隧道的围岩压力计算提供新思路。

火灾时管片可靠度计算及优化研究

受火灾高温的影响,隧道衬砌结构可靠性降低。笔者通过自由变形理论,解析计算可靠度优化模型中的结构内力,明确了计算中的随机变量;从结构可靠度指标几何意义出发,基于优化思想确定了可靠度计算公式;考虑火灾下衬砌管片的损伤特点,提出了火灾下管片的功能函数,建立了管片高温下可靠度计算优化模型;最后通过案例分析并利用非线性规划求解优化问题,得到火灾下衬砌可靠度的变化规律,并对管片截面厚度进行了优化设计。研究表明,常规设计管片各处可靠度指标差异较大,隧道拱顶可靠度最低,10 min后失效概率大于0.023,通过优化设计可使火灾持续30 min后满足基本安全。

热处理对LaNi_(4.25)Al_(0.75)/SiO_2复合材料储氢特性的影响

采用气相二氧化硅法制备了LaNi4.25Al0.75/SiO2复合材料。研究了该复合材料经不同温度(473～1 073K)热处理后的相组成、形貌及吸放氢p-C-T曲线、吸氢动力学性能和吸放氢循环性能。结果表明,随着热处理温度的升高,LaNi4.25Al0.75/SiO2复合材料吸氢量减少,平台压升高,平台斜率略有增加,而动力学性能并无显著变化。经60次吸放氢循环后,经不同温度热处理后的样品均未出现粉化现象,且与未循环样品储氢性能基本保持一致。

考虑浆液自重的盾构隧道管片注浆浆液渗透扩散模型

为研究盾构隧道管片注浆的渗透扩散模型,以宾汉姆浆液流体为研究对象,基于广义达西定律(毛管组理论),并运用相关流体力学理论,推导了考虑浆液自重的盾构隧道管片注浆渗透扩散模型的计算公式,并分析了其适用范围及各参数的确定方法。结合具体计算案例,讨论了注浆参数(注浆压力、注浆时间)、地层特性(地层渗透系数)等主要因素对浆液扩散半径的影响及浆液对管片总压力的影响。结果表明:考虑浆液自重后,浆液的扩散范围呈椭球形;相同的注浆压力下,顶部注浆孔的浆液扩散范围小于底部注浆孔浆液扩散范围(顶部注浆孔出现最小扩散半径,底部注浆孔出现最大扩散半径);注浆压力、注浆时间及地层渗透系数增大,浆液扩散半径也增大,但其增长速率均减小;注浆压力增大,管片所受的注浆压力增大,单位管片所受的浆液压力呈线性增长,考虑浆液自重后,上部单位管片所受的浆液压力大于下部单位管片所受的浆液压力;注浆压力越大,注浆时间越长,地层渗透系数越大,最大扩散半径与最小扩散半径的差值越大,即浆液自重对浆液扩散半径的影响越大。