超高水压大直径盾构隧道管片接缝防水设计与试验研究

针对目前国内承受水压最高的大直径盾构隧道工程,提出一套较系统的弹性密封垫设计流程与研究方法,研究该类管片接缝防水的规律。首先,基于国内外现有研究成果,结合工程特点,确定了超高水压大直径盾构管片接缝防水双道弹性体的布置方式;其次,对防水技术标准进行研究,为深入分析弹性密封垫的相关设计内容与试验成果奠定基础;再次,重点对弹性密封垫的断面形式进行多方案比选分析;最后,通过独特的试验系统与试验方法,对不同断面的弹性密封垫进行高水压防水能力试验以及密封垫装配力试验,综合分析试验成果,最终确定最优防水设计方案。

湛江地区结构性软土的赋存规律及其工程特性

立足于土体演化的地质背景,以湛江地区第四系下更新统湛江组强结构性软土地层为依托,开展了宏观与微观土工试验研究,探求该区软土赋存规律与其强结构性的内在联系。研究表明,湛江软土是以陆相沉积为主的河控三角洲相(即海陆交互相)沉积层,由于受该区构造运动的强烈影响,该土集多种地质营力的复杂耦合作用而呈现出特殊的沉积特征;胶结作用是该土具有较高的结构强度的根本原因,其强结构性形成机理与当地广泛发育的红土极为相似。

南京纬三路过江通道总体设计与关键技术

文章基于南京纬三路过江通道工程实例,针对超大直径、超高水压、复杂地质与环境条件、高岩石强度掘进、高精度施工控制等特点和难点,介绍了其总体设计方案与关键技术。通过对隧道平面、纵断面、横断面及土建结构等设计进行综合分析,再结合对勘察设计关键技术问题的研究,对设计方案进行了优化,使项目总体功能和施工运营的安全性达到最优,对于提高我国大型公路水下盾构隧道建设水平具有重要借鉴意义。

孟加拉吉大港盾构隧道碎石桩液化处置效果评价

饱和砂土地基液化处置方案效果评价至关重要,关系到液化处置方案的有效性和经济性,可以实现设计方案最优化。孟加拉吉大港盾构隧道存在地基地震液化问题,须采取有效的液化处置措施才能确保工程的安全性。从机理上分析了碎石桩液化处置的优势,提出了合理的液化处置方案。而且在定性分析的基础上,对该项目的地基碎石桩液化处置效果进行数值分析与评价:利用有限差分程序FLAC3D,分别建立碎石桩加固前和加固后的三维动力计算模型,通过计算分析液化处置前后的超孔压比、超静孔隙水压力、抗浮特性等,定量评价液化处置效果。研究表明该碎石桩液化处置方案效果明显,各方面抗震特性均有效提升。

超大直径盾构衬砌及止水带防火特性研究

南京纬三路过江隧道处于高水压、软弱地层等情况下,火灾可能导致隧道衬砌及密封防水失效,使得隧道发生渗漏、涌水,对隧道造成毁灭性的灾害。采用有限元数值方法,对施工条件下、正常运营条件下无防护措施和有防护措施3种情况的衬砌管片进行火灾数值模拟。分析结果表明:施工状态下,止水带附近的温度在60℃以下,止水带处于安全状态;运营条件下,当无防火措施发生2 h火灾时,内侧止水带附近的最高温度接近300℃,止水带会被烧焦破坏;当有30 mm防火板保护发生2 h火灾时,止水带的最高温度保持在100℃之内,止水带安全。计算结果还表明,20 mm厚的防火板材在1 h的较大火灾的情况下能够保证结构的安全和止水带的安全,而30 mm厚的防火板能够在2 h的较大火情下保证结构的安全和止水带的安全。

广西原状红粘土力学性状与水敏性特征

对广西原状红粘土的力学指标、胀缩特性与孔径分布随脱湿过程的演化规律进行了较为系统的室内试验研究。结果表明:广西原状红粘土为裂隙发育的硬塑性粘土,不同脱湿阶段的力学指标与胀缩性能在较高含水量范围内受基质吸力控制,在较低的含水量范围内主要受控于裂隙性;转折点处含水量与重型击实(干法备样)最优含水量相接近;原状红粘土的孔隙主要以孔径从0.01 靘～0.05 靘的小孔隙为主,在脱湿过程中,干密度增大,总孔隙体积减小,以0.01 靘～0.05 靘与0.1 靘～1.0 靘两个区间内孔隙体积减小最为明显。

基于SEM和MIP试验结构性黏土压缩过程中微观孔隙的变化规律

为探求土体在变形过程中微结构形态的演化规律,对湛江结构性黏土进行室内压缩试验,通过真空冷冻升华干燥法对天然土和压缩后土制样,进行扫描电子显微镜扫描试验和压汞试验,基于灰度计算土的三维孔隙率,分析压缩过程中微观孔隙的变化规律。结果表明,较二值化处理获得的二维孔隙率,三维孔隙率物理意义明确,求取方法简单,有较高准确性。湛江天然黏土孔径为1.0～0.1μm的小孔隙组占优,其孔隙体积占总孔隙体积的73%。压缩过程中,P>k前,各孔径组分变化甚微。P>k后,随压力的增大,小孔隙含量表现为先增加后降低。各孔隙组对外力的敏感度与孔隙体积含量正相关。由于压汞过程存在"瓶颈"效应,其结果可能会夸大小孔隙的分布密度而低估大孔隙的分布密度。结构性黏土压缩过程中微观结构形态的演化可分为结构微调、结构破损、结构固化3个阶段。该研究有助于深入了解土的变形机制,为结构性土的工程设计提供科学的依据。

广西红粘土击实样强度特性与胀缩性能

通过对广西贵港红粘土重型击实样的室内试验研究,探讨了其力学特性、胀缩性能、孔径分布特征与含水量之间的关系。结果表明:干密度指标总体上能反映红粘土击实样的强度规律,但非饱和击实样强度峰值对应的含水量因基质吸力作用而偏小,饱和后土体由于吸水膨胀与基质吸力的消失,使得强度峰值对应含水量较饱和前明显增大,红粘土在最优含水量下压实,虽可获得很高的压实度,但饱和后的强度并非最大;红粘土击实样的胀缩性能主要由含水量决定,同时,受到干密度的影响;孔隙主要以孔径在0.01～0.05μm范围内的小孔隙为主,为进一步掌握红粘土的工程力学特性提供了帮助。

典型红粘土与膨胀土的对比试验研究

通过室内试验对广西贵港红粘土、湖北荆门弱膨胀土与中膨胀土的物理力学性质指标、原状样脱湿过程中的强度变化、击实样泡水前后强度变化以及脱湿吸湿性能等方面进行了对比试验研究。结果表明:3种土原状样脱湿过程中的强度指标在土体裂隙性与基质吸力双重因素的作用下表现出完全不同的变化规律;由于红粘土与膨胀土膨胀性能上的差异,不同含水量的击实样泡水后的干密度峰值与加州承载比(CBR)峰值所对应的原击实样含水量比最优含水量有不同程度的增大;土体因矿物成分的差异而表现出明显不同的脱湿、吸湿速率。广西贵港红粘土与荆门膨胀土虽然在一些物理力学指标上具有相似之处,但其力学特性与水敏性特征具有明显的差异,在实际工程中应给予充分重视。

不同固结压力下强结构性黏土孔隙分布试验研究

为探讨结构性土变形的微观机制，以湛江地区结构性黏土为研究对象，对原状土和压缩试验后土样进行压汞试验，分析不同固结压力下土的孔隙分布、孔径大小以及孔隙结构特征参数的变化规律，辅以SEM图像进行孔隙形态的定性分析，并从分形理论角度对此解释与验证。结果表明，湛江黏土各孔隙组对外力的敏感度与孔隙体积含量正相关。由于压汞过程存在瓶颈效应以及边-面-角的空间接触形式，其结果可能会夸大真实小孔隙的分布密度而低估大孔隙的分布密度。结构性对压缩过程中孔隙分布影响较大，当固结压力增大至结构屈服压力后，孔径为0.01～0.50μm的孔隙组变化明显，孔隙的连通性变差，孔径分布向小孔径范围移动，孤立式孔隙增多，大、中孔隙的界限变得不明显。湛江黏土孔隙具有多重分形特征，据此确定微裂隙、粒间孔隙和孤立孔隙孔径的分界点为0.01μm与0.50μm，同时给出了湛江黏土的孔径界定标准。

湛江强结构性黏土的物理力学性质指标及相关性分析

湛江黏土具有较强的结构性,结构性对土的力学特性影响不容忽视。对湛江黏土的物理力学指标的相关性和变异性进行统计分析,建立重要指标间的关系经验公式,这可为湛江地区地基基础可靠性设计的参数选取提供依据。结果表明,湛江黏土富含黏粒、黏土矿物含量高、含胶凝状的有机质成分、强胶结特性以及片状颗粒为主的絮凝结构是导致其具有不良物理性质和良好力学特性指标的根本原因。不同区域黏土的力学指标空间变异性较大,但物理指标变异性较小。e-ω、ωL-ω、ωL-e、a1-2-e关系具有线性相关性,但相互关系明显不同于其他地区黏土特征,因此,工程设计中不能简单借鉴其他地区黏土经验公式。

坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井稳定性研究

采用合适的计算方法确定有效的围护方案是基坑设计中的难点。以南京纬三路过江隧道江北盾构工作始发井为依托,采用空间地基板法反演分析得到各地层m值,通过编制DLOAD子程序实现主动区与被动区的判别和相应荷载的施加,得到坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井围护体系的受力与变形特征。计算结果与现场实测值较为吻合,从而证明采用空间地基板法配合反演得到的地层m值可有效预测工作井围护体系的变形与受力特征。为进一步优化设计方案,选定连续墙厚度、支撑截面尺寸及底板以下5 m范围内土体m值3个参数,通过正交试验进行参数分析,得到影响连续墙水平位移及支撑轴力的主要因素。计算方法及相关计算结果可为同类工程设计提供参考。

湛江强结构性黏土强度特性的应力路径效应

为探讨湛江强结构性原状土与相应重塑土在不同应力路径下的强度特性及其与结构性的关联性,开展了在不同固结条件下的主动压缩、被动压缩、主动伸长3种应力路径试验,分析了该强结构性黏土在不同应力条件下的力学性状与强度特性。结果表明,湛江黏土的剪切破坏形态主要是单一型、双交叉剪切带与"腰鼓"型3类,应力-应变特性主要为轻度应变软化、强烈应变软化、轻度应变硬化、强烈应变硬化4类;偏压固结下试样破坏应变小于等压固结相应值,破坏强度及初始弹性模量比后者大;不同应力路径下土的强度差异主要反映在结构屈服前有效黏聚力的不同,结构屈服前,原状土的黏聚力高于重塑土的黏聚力,内摩擦角小于后者;结构屈服后,黏聚力逐渐减小,内摩擦角略有增大。原状土到重塑土的转变过程是黏聚力与内摩擦力在土体内部相互消长的过程,强结构性黏土在结构屈服前的强度指标具有较强应力路径依赖性。

基于可靠度理论的水下大直径盾构隧道衬砌结构服役寿命预测研究

文章依托南京纬三路水下大直径盾构隧道工程实例,针对盾构管片衬砌结构耐久性设计,展开盾构隧道衬砌结构服役寿命预测研究。基于相似法则和可靠度理论,利用蒙特卡罗法和Matlab计算程序,采用裂缝限值准则和承载力极限准则两种服役寿命的预测方法,对隧道衬砌结构进行了系统深入的研究。结果表明,假设隧道结构建成伊始即处于侵蚀环境中,并处在没有采取防护措施的最不利条件下,则服役寿命预测值在裂缝限值准则下为124年,比承载力准则下的133年小,符合裂缝满足结构适用性、承载力满足结构安全性的工程实际情况。研究结果可为今后类似水下盾构隧道耐久性设计提供理论依据。

公路隧道结构计算的分项系数法

应用概率极限状态设计方法是当今国内外结构设计发展的必然趋势。为了推进分项系数法在公路隧道结构设计中的应用,结合隧道结构和分项系数法的特点,针对不同的隧道建设工法及结构安全等级,提出各分项系数的取值建议,并对各分项系数进行经验校准。得到如下结论:1)当隧道结构安全等级为一级时,根据本文给出的分项系数的计算结果,结构的总体安全水平略高于传统设计方法;2)当结构安全等级为二级时,其总体安全水平与传统设计方法相当;3)安全等级为三级时比传统方法略低。建议推行基于结构可靠度理论的分项系数法。本文对隧道设计规范修编具有较大的参考价值。

港珠澳大桥珠海连接线工程拱北隧道设计

正在设计建设中的港珠澳大桥珠海连接线工程拱北隧道总长2741m,采用双层明挖+局部双层暗挖双向六车道的隧道形式,隧道施工采用了先岛后隧明挖法和大断面、长距离、多管节、曲线管幕顶进方法。隧道具有断面大、埋深小、地层软弱、地下水丰富、周边环境敏感等特点,是目前我国已建及在建的水下公路隧道中环境条件最复杂、施工难度最大、综合技术含量最高的隧道工程之一。

某抽水蓄能电站廊道加固方案论证

某抽水蓄能电站上水库库底及坝体内设置了排水与观测廊道,除不同廊道交接处小范围内采用全断面现浇混凝土外,其余均采取底板和边墙为现浇混凝土,上部拱体为预制混凝土.电站运行一段时间后,7#廊道现浇底板出现沿纵向宽度约为0.1～0.15mm的裂缝.这些裂缝对廊道的安全运行构成了威胁,需要进行加固处理.本文首先提出了廊道加固方案,然后进行了加固前后的非线性有限元对比计算分析和现场观测试验.结果表明：提出的加固方案合理,加固效果明显.本文提出的加固方案和分析结果对工程设计和施工具有一定的参考价值.

地震作用下抗液化碎石桩参数研究

孟加拉卡纳普里河底隧道工程存在地层条件复杂、地震液化程度高等特点,为确保工程安全,该项目采用了碎石桩复合地基加固处理方案。但目前对此工程中碎石桩的重要设计参数如桩径、桩间距的选取,以及模量的确定等没有理论依据,需结合该工程进行充分的研究,论证本工程项目中碎石桩复合地基加固处理方案的可靠性。利用FLAC3D软件建立了原状土地基模型、碎石桩单桩地基和碎石桩群桩加固复合地基数值分析模型,研究了单桩模型中桩径对碎石桩抗液化效果的影响以及群桩模型中桩体模量对碎石桩的抗液化效果的影响。研究结果表明:随着桩径的增大,场地土达到相同抗液化处理效果时,碎石桩单位截面面积处理的砂土范围减小;随着桩体模量的不同,复合地基的超孔压比震后值变化不大;通过碎石桩的施工,各埋深处的超孔压比在达到峰值之后迅速大幅下降,场地液化程度显著降低,体现了碎石桩显著的抗液化效果。研究成果为孟加拉隧道项目的地震液化处置提供了较为充分的理论支撑,也可为类似工程提供参考。

剪应变率对湛江强结构性黏土力学性状的影响

以湛江强结构性黏土为对象,系统地开展了剪应变率对其力学性状影响的三轴试验研究,发现强结构性黏土具有独特的剪切速率力学效应,其CU剪切强度随剪应变率的增大而呈现先减小后增大的特征,存在临界速率现象;在低围压条件下,剪应变率对孔隙水压力的影响很小,随着围压的增大,其影响逐渐明显;随剪切速率增大,其黏聚力与内摩擦角整体上分别呈现减小与增大的变化规律,而当剪切速率增大到一定程度均出现转折点,但后者滞后于前者。引起上述现象的原因在于黏土的结构性破损性状与其结构性强弱相关联,为深入认识结构性黏土的工程特性提供了帮助。

湛江强结构性粘土的形成机理分析

立足于土体赋存的地质背景,以湛江地区第四系下更新统湛江组强结构性粘土地层为依托,浅析了该地区土的工程特性与沉积特征,发现湛江粘土是一种典型的强结构性土,属陆相沉积为主的河控三角洲相(即海陆交互相)沉积层,由于受该区构造运动的强烈影响,该土集多种地质营力的复杂耦合作用而呈现出特殊的沉积特征;胶结作用是其具有较高的结构强度的根本原因,成土演化过程与红土有着"亲缘"关系.