基于中智理论的公路隧道健康状态评价方法研究

由于公路隧道结构十分复杂,具有不确定性,只有充分考虑各种不确定因素才能合理评价公路隧道的健康状态。通过引入中智理论,考虑每个结构的不确定性,采用中智余弦相似度量和正切相似度量,提出一种基于中智理论的公路隧道健康状态评价方法。最后,通过对10个样本的实际评价等级与文中方法的评价结果相比较,结果表明:基于中智理论的公路隧道健康状态评价方法所得评价结果与实际评价等级相符,该方法有助于解决结构中的不确定性且更加简单实用,拓展了公路隧道健康状态的评价体系。

下穿公路隧道近接地铁协同施工风险耦合研究

为分析与度量协同施工系统风险的耦合作用,进一步揭示风险因素的作用路径及安全事故的演化机制,首先,给出了下穿公路隧道近接协同施工系统的风险因子,分析了风险耦合机理,构建了风险因子间的耦合关系。其次,基于N-K模型,建立了风险耦合信息交互计算方法,量化评估了风险耦合作用。以某公路隧道与邻接地铁工程协同施工典型项目为例,通过风险因素耦合概率统计分析,计算了多种因素风险耦合值,评估了公路隧道协同施工安全风险状态,给出了风险控制建议。结果表明:风险耦合导致风险值增大,耦合因素越多,风险值越大;风险耦合中同步施工与管理因素作用最为明显,参与耦合时,风险值较高,对施工安全影响显著。下穿公路隧道工程近接协同施工现场风险防控中,应从管控同步施工与管理等关键因素、避免多个风险因素的耦合、加强相邻深基坑开挖等施工重难点环节监控等方面着手,逐项减弱风险程度,减少耦合所涉及的风险类型。相比单一因素的风险评价,风险耦合模型及因素耦合分析可更准确地揭示风险事件的形成机理,以及风险因素的作用路径与影响程度,从而为施工安全风险管控提供更合理的方法。

硫酸盐侵蚀隧道病害分析及处治技术研究

通过统计杜公岭隧道病害的长期监测数据、测试隧道病害部位的混凝土成分和分析混凝土的侵蚀条件,弄清了杜公岭隧道硫酸盐侵蚀病害的发展规律及形成条件,提出了具有针对性的处治措施。研究结果表明:受工程地质与气候条件的影响,杜公岭隧道的混凝土结构因受到硫酸盐侵蚀而引发结构病害,导致结构的局部失稳与破坏;该类隧道病害的发展呈现出周期长、病害类型多和规模大的特点,其中,隧道病害集中爆发在第3年,最为严重的衬砌结构崩塌病害多发生在5年后;由硫酸盐侵蚀后混凝土结构成分的鉴定结果可知,杜公岭隧道的混凝土病害是一起典型的硫酸盐侵蚀工程案例,侵蚀类型包括碳硫硅钙石型侵蚀和钙矾石型侵蚀,且碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀在隧道工程中十分罕见;根据硫酸盐侵蚀产生的条件,提出了以"阻断CO32-离子,提高混凝土结构抗渗性,减缓外部离子和地下水入渗"为主的技术处治措施。

莲花山隧道超前管棚选型试验研究

超前管棚对隧道穿越软弱、破碎、溶洞强烈发育等地层的预支护及灾害处治效果显著,但由于地质条件的复杂性、管棚形式的多样性,管棚选型及工艺直接影响管棚施工质量和效率。该文依托广西莲花山隧道,通过现场试验分析不同类型管棚对溶洞发育及土岩组合地层的适应性。结果表明:①潜孔钻杆管棚对软硬分布不均、强度差异较大地层的适应性好,克服了无缝钢管管棚的塌孔问题和自进式螺纹管管棚的强度不足问题;②潜孔钻杆管棚对莲花山隧道溶洞灾害的处治应用效果良好,较传统无缝钢管管棚的作业效率提高了近3倍,有效降低了二次灾害的发生概率。超前管棚可有效加固围岩,对莲花山隧道穿越溶洞发育、土岩组合等地层的隧道稳定控制效果显著。

再生细骨料混凝土力学性能试验研究

为探明再生细骨料对混凝土力学性能的影响,促进再生细骨料混凝土的推广应用,文章通过试验研究,采用数理统计等方法,针对不同强度等级再生细骨料混凝土,研究再生细骨料替代率对混凝土主要力学性能的影响。结果表明:随再生细骨料替代率增大,普通再生细骨料混凝土抗压强度降低,降幅约10%~30%,而高强再生细骨料混凝土抗压强度的最大降幅则小于10%;普通再生细骨料混凝土劈裂抗拉强度随再生细骨料替代率的增加而降低,降幅约5%~16%,而高强再生细骨料混凝土劈裂抗拉强度受再生细骨料替代率的增加影响较大,最大降幅接近20%;普通再生细骨料混凝土静力弹性模量随再生细骨料替代率增大而降低,且下降趋势明显,最大降幅达38%,而高强再生细骨料混凝土静力弹性模量受再生细骨料替代率增加影响较小;通过回归分析,分别提出再生细骨料素混凝土劈裂抗拉强度及静力弹性模量的预测公式。

高原地区抗冻引气混凝土含气量设计方法研究

对高原与平原地区不同水胶比引气混凝土的含气量、气泡间距系数及抗冻耐久性指数进行测试,同时搜集整理国内外相关研究成果,研究分析了高原低气压环境对引气混凝土含气量损失、气泡间距系数变化及临界抗冻耐久性指数的影响。结果表明:相较于平原地区,高原低气压环境下引气混凝土含气量损失增大,硬化后混凝土含气量损失约1.0%~1.5%;硬化混凝土含气量与气泡间距系数的对数间存在良好的线性关系,但高原低气压环境可能劣化引气混凝土的气孔结构;硬化混凝土气泡间距系数与抗冻耐久性指数间也具有良好的线性关系,且不受环境气压影响;以引气混凝土气泡间距系数为桥梁,提出一种基于混凝土抗冻耐久性要求的高原地区引气混凝土含气量设计方法。

重塑粗粒土-黏性土混合物冲刷特性研究

针对粗粒土-黏性土混合物的冲刷特性与无黏性土、黏性土的不同,采用冲刷函数测定仪对三种重塑粗粒土-粉质黏土混合物进行了冲刷特性试验研究,分析了不同粉质黏土含量情况下三种混合土体冲刷速率和起动切应力的变化规律,根据冲刷速率和起动切应力的取值确定了三种混合土体临界黏性颗粒含量的范围。随黏性颗粒含量的增加混合土体的冲刷行为逐渐由无黏性变为黏性,基于这一特点,提出冲刷黏性度的概念,作为衡量混合土体是否具有黏性冲刷行为的度量,考虑无黏性颗粒粒径和黏粒含量对混合土体冲刷特性的影响,给出冲刷黏性度表达式,根据本文冲刷试验数据确定了表达式参数的取值,通过已有其他试验数据,验证了冲刷黏性度表达式的合理性和准确性。

含石膏泥灰岩地质特点及隧道工程影响分析

为揭示含石膏泥灰岩地层对杜公岭隧道衬砌结构病害影响,通过工程调研、岩芯矿物成分测试、施工观测、室内试验及结构病害分析等手段对隧址区地层特征、含石膏岩泥灰岩工程危害性进行了探讨。研究结果表明:杜公岭隧道穿越奥陶系中统上马家沟组一段泥灰岩地层,该地层中含有发育不规律的石膏岩,使其岩体中硫酸盐与碳酸盐共同溶蚀现象显著、岩溶发育强烈(溶洞最小间距不足20 m);硬石膏岩侧限膨胀力试验测试值是泥灰岩的90倍以上、软化系数是泥灰岩的0.8倍,因此,泥灰岩中的赋存的石膏岩促使泥灰岩地层软化与膨胀特性加剧,增加了隧道衬砌结构的负荷;同时,石膏质岩的存在还引发地下水对隧道混凝土衬砌结构的硫酸盐侵蚀,使杜公岭隧道混凝土结构出现了一种隧道工程中极为罕见的碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀,造成混凝土凝胶材料失效而呈现为泥沙状,从而导致隧道衬砌支护结构丧失承载能力。因此,含石膏泥灰岩地层对隧道工程的影响,不仅是加剧了修建场所的复杂性,而且恶化工程结构的受力环境,并在一定条件下造成混凝土结构遭受较为严重的硫酸盐侵蚀。

突破超大跨度隧道的技术难关

我国高速公路单洞三车道、四车道隧道等超大跨度隧道,面临着隧道施工工法选取、不同工法间转换控制和隧道施工过程荷载计算等技术难题。该项目组通过理论创新、数值仿真、工程测试等技术手段,解决了超大跨度隧道施工工法选取理论依据、隧道施工工法转换控制标准、隧道分步施工松散荷载计算等工程问题,提升了特大跨度隧道施工的科学技术水平。

双护盾TBM施工隧道豆砾石回填层对地表沉降影响机理

采用双护盾TBM施工浅埋隧道时,管片壁后吹填豆砾石至注浆前地表会出现较大的持续沉降。针对该问题,采用现场实测、土工试验和连续单元—离散单元耦合算法,分析施工过程中地表沉降规律及豆砾石回填层对地表沉降的影响机理。结果表明:受豆砾石状态影响,地表沉降可分为超前沉降、快速沉降、持续沉降和稳定4个阶段;豆砾石单位充填体积越小,持续下沉阶段地表沉降占总沉降比例越大;豆砾石的抗压缩变形能力与其孔隙率成反比,管片壁后豆砾石在未压实之前,无法有效地为围岩提供支撑;豆砾石颗粒自上而下的迁移能改变管片壁后豆砾石孔隙率分布,降低隧道顶部围岩受到的支护力,并为地层损失提供空间,导致地表沉降增加。根据青岛地铁双护盾TBM施工隧道实际工程,将豆砾石充填状态分为密实、变形后密实、始终不密实3类,并给出其单位充填体积的建议值。

既有隧道衬砌结构拆除作业风险分析

文章通过对既有隧道衬砌结构拆除作业工程案例进行分析表明,既有隧道衬砌结构拆除作业的风险不同于新建隧道工程风险,在该类风险与安全隐患分析的基础上从设计与施工角度提出了相应的控制措施,并依托山西杜公岭隧道病害处治工程应用实例,应用效果表明,充分的施工准备、合理的拆除方案、科学的拆除方式可以有效地管理与控制既有隧道衬砌结构拆除作业中的潜在风险,保障隧道施工安全。

挤压陡倾千枚岩地层小净距隧道大变形研究

为了探明小净距隧道穿越挤压性软岩地层的大变形机制,提出相应的大变形控制技术,本文采用理论分析、数值计算、现场试验等手段对这种隧道大变形的影响因素、围岩变形规律、支护受力特征等进行研究,得出主要结论如下:(1)高构造应力、陡倾围岩产状、低围岩强度、近接施工扰动等多因素的耦合作用,导致了该隧道大变形的发生;(2)后行隧道对先行隧道的卸荷扰动,一方面使先行隧道承受偏压荷载,另一方面使先行隧道中岩柱侧围岩向洞外产生弯曲破坏,主要表现在先行隧道中岩柱侧边墙位移的减小、初期支护拱部受力状态的转变、二次衬砌拱部和仰拱拉应力的增大;(3)根据围岩变形和支护受力情况,按近接施工影响程度对小净距隧道进行分区,并以此作为控制措施动态调整和工程类比的依据;(4)严格控制施工工序,避免先行隧道二次衬砌端头处于后行隧道开挖作业面之内,并根据应力分布特征调整隧道断面形状,根据岩体产状特征调整锚杆角度,根据近接扰动情况对中岩柱进行保护与加固。

高地应力千枚岩隧道二次衬砌施作时机研究

二次衬砌施作时机一直是高地应力软岩隧道工程设计与施工过程中面临的关键技术难题之一。为此,依托在建成都-兰州铁路典型千枚岩隧道工程,基于隧道变形长期监测结果,分析高地应力软岩隧道变形时程特点,考虑软岩隧道荷载特点,确定了二次衬砌施作时机原则;考虑隧道测量丢失变形,提出软岩隧道第1稳定阶段变形量确定方法;通过现场实测变形数据统计回归,基于一定保证率确定不同大变形等级和不同断面下的软岩隧道二次衬砌施作时机,并进行现场试验验证。研究结果表明:适当刚度的初期支护可以实现高地应力软岩隧道前期变形稳定,但无法保持围岩长期稳定,二次衬砌应该在初期支护变形达到第1稳定阶段后施作,既可以减少二次衬砌荷载,又可以控制围岩变形;采用指数函数拟合软岩隧道变形具有较好的相关性,但参数差异性较大,同时在确定隧道第1稳定阶段变形量时应考虑测量丢失变形;轻微、中等大变形段拱顶下沉变形速率小于0.1~0.2mm·d-1,边墙收敛速率小于0.5mm·d-1,严重、极严重大变形段拱顶下沉变形速率小于0.4mm·d-1,边墙收敛小于0.6mm·d-1,即可进行二次衬砌施作;轻微大变形段、中等大变形段和严重大变形段分别在隧道开挖45~55d,55~60d和80~90d后达到二次衬砌施作标准。

非饱和土的峰值强度特性及破坏包线模型

针对非饱和压实土,在不同含水率下,通过三轴压缩试验及抗拉强度试验,研究了非饱和土的峰值破坏点及破坏包线。基于试验结果,讨论了非饱和土破坏包线模型的构成方法。首先,按照土体的破坏模式,破坏包线可表征为两段Mohr–Coulomb型直线。其次,非饱和状态对峰值强度的影响主要表现为剪胀作用和颗粒间作用力两方面,按照非饱和时峰值强度的主要组成部分及其表示方法,给出了黏聚力–剪胀作用型和颗粒间作用力–剪胀作用型两种物理意义明确的曲线型破坏包线。基于分段线性破坏包线,讨论了曲线型破坏包线参数的确定方法。最后,给出并分析了非饱和时不同含水率下土体的破坏包线及其变化特性。

预制T梁混凝土浇筑振捣质量关键控制措施

为有效避免因浇筑振捣不当导致预制T梁混凝土出现内部缺陷及表观质量等问题,文章依托云南某高速公路预制混凝土T梁质量提升专项行动,对混凝土浇筑过程中各布料工艺的优缺点进行对比分析,并对振捣工艺中的关键质量控制措施进行梳理。结果表明:纵向单隔板分段水平分层布料工艺因兼具斜向和整体分层布料的优点,在综合考虑浇筑质量及工效的基础上,推荐其在预制混凝土T梁浇筑中使用;为保证梁体两侧模板附着式振捣器的有效振捣,振捣器应分两排呈等腰三角形交错布设,其纵向及垂直间距建议值分别为140cm~150cm和50cm~60cm;在梁体浇筑过程中,附着式振捣器应做到有序开启,振捣适中,严禁出现空振、早振、欠振及过振。研究可为制备高品质预制混凝土T梁提供参考。

在役混凝土T梁疲劳刚度退化及寿命预测方法

为获取在役混凝土T梁疲劳刚度退化规律,开展疲劳寿命预测,基于损伤力学理论构建了考虑开裂损伤的混凝土T梁阶梯刚度模型,通过对3根10 m钢筋混凝土T梁足尺模型进行静力和疲劳破坏试验,获取了疲劳剩余刚度随荷载作用次数的演化规律。引入疲劳损伤系数和刚度退化系数,建立了在役混凝土T梁疲劳寿命预测模型。分析结果表明:随着荷载作用次数的增加,桥梁剩余刚度呈现三阶段衰减,其中疲劳初期和后期阶段衰减较快,但占总寿命比重相对较小,而疲劳中期阶段呈线性稳定退化,约占疲劳总寿命的80%以上,为桥梁服役的主要阶段,疲劳破坏时剩余刚度约为初始刚度的82.7%。最终,针对在役混凝土T梁桥工作性状,提出了在役钢筋混凝土梁桥寿命预测方法,相关研究成果可为此类桥梁寿命预测研究提供理论支持。

基于模态柔度参数的连续梁桥损伤识别方法

针对桥梁结构损伤识别技术的局限性和识别范围不确定性等难题,利用环境振动测试所得的结构动力响应数据,基于归一化振型的结构模态柔度矩阵法,提出以均匀载荷面(ULS)曲率改变量作为损伤的识别指标。以两跨钢筋混凝土连续梁为例的数值模拟计算表明:结构模态柔度对结构损伤的识别具有更高的敏感性,基于ULS曲率改变量的损伤指标在损伤位置、损伤范围等识别性较高,具有识别结构刚度损失量值的能力;基于ULS曲率改变量的损伤指标能够准确识别出结构的单、多处损伤,满足结构损伤检测工作的技术要求,便于安全评估的工程应用。

高桩承台基础损伤状态服役性能仿真分析及损伤评价

基于桥梁高桩承台基础典型损伤类型及其对基础竖向、水平向强度、刚度劣化的影响,建立了适用于该类型基础的损伤评价模型,包括损伤指标体系、损伤特征参量量化、损伤指数计算方法和损伤分级。以一座近海斜拉桥主墩为例,建立了有限元模型,研究了其在各种损伤类型和程度下,受波浪力、船撞、地震荷载作用时的服役性能。以某内河拱桥为工程实例,调查其高桩承台基础,并采用本文方法做损伤评价。研究表明:桩基和地基固结位置、主墩各构件连接部位是主墩的易损部位;本文损伤评价模型能够对高桩承台基础损伤程度做出合理估计,评价结论与基础的服役性能仿真结果相匹配;现场调查能够为本文模型提供必要的损伤特征参量计算依据。