基于黏弹性模型的长大纵坡路段力学响应分析

文中基于动态模量试验,确定了AC-13、AC-20和AC-25沥青混合料的松弛模量及松弛模量主曲线,根据松弛模量确定了黏弹性参数,创建可以模拟水平荷载和竖直荷载移动的有限元模型.结果表明:与横向剪应力、纵向剪应力相比,最大剪应力可以更好的表征路面的受力情况;最大剪应力的峰值通常出现在路面的上中面层;行车速度、水平力,以及温度对路面内部最大剪应力的影响程度分别为:水平力、温度,以及行车速度.建议,以及采取控制超载、对下坡路段上中面层材料进行特殊设计等方式,减少路面内部的剪应力,从而达到防治车辙的目的.

压力水作用下硬石膏岩膨胀性研究

针对隧道工程中硬石膏围岩在压力水作用下的膨胀现象,设计加工了多功能膨胀仪。使用该仪器及MTS815岩石力学测试系统,对不同水压条件下硬石膏岩的轴向膨胀应变及侧向膨胀应力进行了测试,对压力水作用后硬石膏岩的含水状态及力学特性进行了测试。结果表明:水压越大,硬石膏岩的最大轴向膨胀应变及最大侧向膨胀应力越大,膨胀起始时间越短;随水压的增大,硬石膏岩的吸水率增大,结晶水率逐渐增大并趋于吸水率,而自由水率逐渐减小并趋于0;硬石膏岩的弹性模量和峰值强度随水压的增大而增大。这些说明水压能影响其含水状态,增强硬石膏岩的膨胀性,促进其膨胀的激活,提高其力学性能。基于试验结果,建立了压力水作用下的硬石膏岩吸水状态方程,并改进了湿度场理论体系中的膨胀本构模型。

含时间效应的硬石膏隧道弹-膨胀解析模型

为了研究隧道硬石膏围岩膨胀作用下的位移变化规律,基于湿度应力理论,考虑硬石膏膨胀性的时变特征,建立含时间效应的隧道弹-膨胀解析模型.将模型应用于梁忠高速礼让隧道,获得隧道临空面位移变化规律的定量结果,隧道围岩响应曲面以及位移特性曲面.对模型各参数进行敏感性分析,结果表明:1)围岩岩性越好,临空面位移越小,隧道结构越稳定,结果与实际规律相一致;2)隧道临空面位移与隧道支护应力、围岩弹性模量呈负相关,与隧道洞径、静水压力、吸水率、围岩膨胀模量、膨胀时间、吸水系数及线膨胀系数呈正相关.

石膏质岩膨胀性及其对隧道仰拱影响研究

研究石膏质岩的膨胀性,对确保穿越石膏质岩层隧道的仰拱稳定具有重要的实践意义.采用WG型固结仪及TWJ数据采集处理系统,对脱水石膏、硬石膏和石膏进行侧限自由膨胀试验;对脱水石膏和硬石膏进行膨胀力试验.试验结果表明:脱水石膏和硬石膏膨胀应变-时间曲线都表现出"S"形特征;两者膨胀变形明显,膨胀600min时脱水石膏和硬石膏测得的最小膨胀应变分别为9%和0.4%,而石膏膨胀变形不明显,膨胀40d内测得最大膨胀应变只有0.12%;脱水石膏和硬石膏的膨胀应变都随膨胀应力的增大而减小,且膨胀应力与膨胀应变曲线都表现出凹型特征.基于侧限自由膨胀试验结果,建立了脱水石膏和硬石膏的"S"形膨胀应变-时间模型,经验证,该模型优于传统的指数模型;基于膨胀力试验结果,建立了脱水石膏和硬石膏膨胀应力-应变模型;综合实验结果及特征线理论,建立了硬石膏围岩的特征线,用以指导仰拱抗膨胀设计.

硬石膏膨胀特性及其湿度应力场膨胀本构模型

硬石膏岩遇水表现出很强的膨胀特性,且由于地下水分布的动态不均匀性,导致围岩不均匀膨胀。以梁忠高速公路礼让隧道中硬石膏岩为研究对象,采用土工固结试验仪,设置不同初始浸泡水量,对硬石膏进行侧限膨胀试验,研究其吸水率、膨胀应变及应力变化规律。结果表明:硬石膏吸水率呈先快后慢型增长,快速增长过程中硬石膏吸收的水主要转化为结晶水,慢速增长阶段,硬石膏内部自由水逐渐增多;硬石膏膨胀应变及膨胀应力随浸泡水量增加而增大,当浸泡水量为硬石膏完全石膏化理论耗水量的1/4时,达到二者增长率明显减小的转折点;硬石膏吸水率具有时间效应,且吸水率与时间呈负指数关系,基于此,结合湿度应力场理论,得到了硬石膏湿度应力场膨胀时变本构。

基于NMR和声发射的砂岩疲劳损伤试验研究

为科学地评价工程岩体的长期稳定性和安全性,在实验室条件下对饱水砂岩开展循环加卸载试验,结合声发射技术与核磁共振分析技术两种手段探究其宏细观变形及疲劳损伤演化规律.研究结果表明:在循环荷载作用下,砂岩的声发射能量分布规律与轴向累积残余变形发展规律、应力-应变曲线滞回环变化规律一致,均能反映岩石在重复应力的作用下逐渐劣化至发生破坏;岩石疲劳损伤过程中的声发射能量幂律特征具有时间序列上的尺度不变性,循环中期幂指数可有效表征全过程能量分布;根据T2谱结果,定义系数K2为细碎裂隙与较大裂隙体积之比,循环过程中K2一直处于增加的状态,当K2值急剧下降时,砂岩有破坏的前兆;试件的AE特征与NMR特征均能体现岩石内部孔裂隙变化,其结果具有一致性,反映出岩石破坏是局部变形累积引起的整体疲劳损伤.

水平软硬互层隧道围岩动态模拟方法及施工方法优选

水平软硬互层岩体具有明显的层理效应,在数值计算时常将其近似为一种横观各向同性体.层理存在对隧道围岩特别是上部围岩稳定性具有重要影响,使得隧道开挖时拱顶下沉较水平收敛大,易发生冒顶.为此提出水平互层围岩隧道动态模拟方法,考虑层理效应下围岩持续变形,并应用于江习高速四面山砂泥互层V级围岩隧道施工,得到如下结论:1)不同方法模拟所得围岩变形结果均符合软硬互层隧道围岩变形特点,且动态模拟方法能够考虑围岩时变效应,更接近现场测试结果;2)对比不同隧道施工方法,提出了近水平软硬互层隧道的优选方案建议;3)将优选方案进行现场验证,结果显示隧道实际变形与模拟结果基本吻合.研究成果可在类似隧道施工模拟及工艺优化中推广应用.

旋挖钻机设备油液智能分析与健康监测

为了提高油液中与设备运行状态相关信息的提取效率,获取更为完整的信息来评估设备的当前状态,提出一种设备油液监测技术——全谱技术。基于全谱法制备油液污染颗粒全谱片,首先,利用图像分割技术、自动计数算法、模糊支持向量机模型实现谱片分析流程的自动化,完成谱片信息的智能提取,以此获取反映设备运行状态的关键信息;其次,将该技术应用到旋挖钻机设备的状态监测诊断中,通过对设备液压油、齿轮油中悬浮颗粒的定性、定量分析,实现了设备当前润滑、磨损状态的定性评估,为旋挖钻机的维修维护提供了指导。结果表明,油液全谱技术能够完整、快速、准确地提取油液中包含的信息来反映设备的运行状态,具有检测效率高、分析内容丰富的特点,可进一步推广应用到其他设备的油液监测诊断工作中。

层理位置对近水平软硬互层隧道变形的影响

江习高速四面山隧道软硬互层围岩为近水平岩层,弹性模量比值为1∶5,黏聚力比值为1∶4,层理效应明显,且层理与隧道相对位置不一,对隧道开挖影响也不同。以砂泥互层V级围岩隧道施工段为工程依托,采用接触分析方法,研究层理与隧道相对位置关系对隧道变形影响,并进行变形预测,得出以下结论:(1)隧道开挖后,其拱顶沉降相对水平收敛变化更大,层理层间滑移相对层间剥离变化更明显。(2)隧道拱顶沉降受隧道上方层理影响最大,水平收敛受穿隧道层理影响最大,底鼓受隧道下方层理影响最大。(3)对于层理本身,隧道开挖对断面以上位置的层理影响更大,对其下方层理影响较小,层理位于隧道上方层理滑移最大,层理穿越隧道断面时层间剥离量最大。研究成果可在类似隧道提出针对性施工工艺设计建议并推广应用。

基于分层模糊支持向量机的油液磨粒自动识别

提出基于模糊支持向量机的机械设备在用油液磨粒自动识别方法。首先利用K-均值聚类算法对磨粒图像进行分割,提取磨粒的形状尺寸特征参数、边缘细节特征参数、表面纹理特征参数作为其量化表征,分别选择最能反映待识别磨粒特征的参数作为各个二分类器的输入向量;然后结合二叉树法和一对多法间接构造磨粒的分层多类别分类器模型,在训练过程中同时利用粒子群算法优化分类器的参数,建立一种参数自适应的模糊支持向量机分层多类别分类模型。将该模型应用到旋挖钻机在用油液的磨损颗粒识别中,识别率最高达90%。该模型结构简单、分类精度好,在磨粒识别领域较大的工程应用价值。

基于湿度应力场理论的硬石膏岩膨胀试验研究

传统的湿度应力场理论处理硬石膏围岩膨胀问题时,未反映膨胀特性与湿度状态之间的时变关系。以该理论为基础,设计硬石膏岩膨胀试验:不同初始湿度下的膨胀,不同浸水时间的膨胀,以及膨胀后的抗拉强度测试。试验发现:随初始湿度的增加,硬石膏岩膨胀持续的时间增长,最大膨胀应变和应力增大,终止时的吸水率和结晶水率增加,而自由水率近于0;相同初始湿度下,随浸水时间增加,其吸水率先快速后缓慢增加,结晶水率逐渐增大到接近于吸水率,自由水率逐渐减小到接近于0;随吸水率的增加,其最大轴向膨胀应变、最大侧向膨胀应力和抗拉强度都呈增大趋势。根据试验结果,建立了湿度状态时变系列方程以及含时间效应的膨胀本构模型。

礼让隧道硬石膏段开挖全过程模拟

以梁忠高速公路礼让隧道为例,对于具有典型吸水膨胀特性的硬石膏围岩段,采用隧道开挖全过程模拟方法,模拟隧道施工期及运营期内围岩和支护结构变形、受力情况,以达到指导隧道设计、安全施工和安全运营的目的。

基于对流换热系数修正的钢箱梁温度场研究

为了研究对流换热边界条件对钢箱梁温度场分布的影响,提出了一种基于对流换热系数修正的钢箱梁温度场数值模拟方法。首先,基于商用软件Fluent计算了钢箱梁截面附近的风速分布,其次,以Fluent计算得到的钢箱梁截面各表面风速修正对流换热系数,并基于ANSYS有限元软件进一步对比研究了不同工况下钢箱梁温度场的分布特征。钢箱梁表面风场计算结果表明:与入口风速相比,钢箱梁截面各表面的风速呈现出不同程度的降低,其中背风侧风嘴上板表面风速降低95.5%,底板表面风速降低17.7%。钢箱梁温度场计算结果表明:与不考虑对流系数修正的钢箱梁温度场相比,考虑对流系数修正后,钢箱梁的横、竖向正温差明显增大,在计入桥面附属设施的影响后钢箱梁横截面的竖向正温差会进一步加剧。桥面铺装对钢箱梁横截面的竖向温差几乎没有影响,仅将最大温差出现的时间延后1 h。此外,由于横隔板的导热性较好,横隔板的存在会明显减小钢箱梁截面的日温差。因此,在钢箱梁温度场计算中,钢箱梁表面风场、桥面附属设施以及横隔板对钢箱梁温度场的影响不能忽略。

基于应力反演的隧道衬砌病害快速诊断技术研究

隧道病害严重影响了隧道结构的稳定性、可靠性及安全性,严重影响隧道的正常使用,病害严重时甚至可引发安全事故.基于隧道信息检测及反分析方法,提出采用一种隧道病害快速诊断及其防治技术,并以重庆某顶压隧道为工程依托进行应用,得出以下结论:1)隧道病害快速诊断技术能快速获取隧道病害,有利于快速及时预防治理隧道病害;2)通过隧道衬砌结构变形监测,结合位移反分析及应力反演方法,可准确定点隧道病害部位并提出针对性防治措施;3)诊断结果显示,顶压隧道拱脚及拱底的衬砌结构受力最大,提出对拱脚可进行嵌缝补强,对拱底可采用先回填后注浆的病害防治措施.研究成果对隧道病害诊断及其防治具有显著的工程意义及良好的经济价值,可推广应用.

四面山隧道地质特性及其围岩变形规律研究

四面山隧道属于典型的砂泥互层围岩隧道,其软硬岩层性质差异较大,导致其层间结合力差,层理效应明显。通过对四面山隧道工程资料进行收集整理,阐述了四面山隧道的地形地貌特征、地层岩性特点、地质构造、各种不良地质条件等方面,掌握了四面山隧道工程概况并进行了地层岩性总结,分析了工程地质及水文地质特性,并提出了四面山隧道工程地质评价;基于上述内容,以四面山隧道近水平砂泥互层段为工程依托,采用数值模拟,进行软硬互层围岩变形规律研究,进而提出相应的支护参数设计建议,保证安全施工,研究成果对类似隧道施工及相应支护提供了有益借鉴。

代家坪隧道层状围岩特性分析及其施工工艺优化

代家坪隧道属于典型的软硬层状围岩隧道,其砂泥岩层性质差异较大,导致其层间结合力差,层理效应明显。通过对代家坪隧道工程资料进行收集整理,阐述了代家坪隧道地形地貌特征、地层岩性特点、地质构造、各种不良地质条件等方面,掌握了相应工程概况并进行了地层岩性总结,分析了工程地质及水文地质特性,并提出了相关工程地质评价;基于上述内容,以代家坪隧道V级泥岩段为工程依托,采用数值模拟,结合现场采用的台阶法施工工艺,进行层状围岩隧道施工工艺研究,进而提出相应的施工工艺设计优化方案,保证安全施工,研究成果对类似隧道施工及相应支护提供了有益借鉴。

石膏质岩隧道工法优选

石膏质岩的膨胀特性严重影响隧道的施工设计及其后期的正常使用,目前该类岩体隧道的设计施工大都偏保守,合理的隧道工法是石膏质岩体隧道安全稳定的有力保障。以重庆梁忠高速公路礼让隧道石膏段为工程依托,采用数值模拟,进行工法优选并提出相应施工要求,得出以下结论:(1)对石膏段隧道采用全断面法开挖,支护结构受力最大,变形相对也更大,单侧壁导坑法支护受力最小,变形相对要小,但工序复杂,上下台阶法工序相对简单,变形及受力在允许范围内。(2)选取断面进行台阶法开挖现场测试,提出开挖阶段严格控制爆破及仰拱及掌子面间距,并加强各类支护,加深仰拱等相应现场要求。(3)现场测试结果显示隧道变形实测值较模拟数值稍有偏小,隧道整体偏安全,礼让隧道石膏段采用上下台阶法开挖可行。研究成果对类似石膏质岩隧道提供了有益借鉴。

开挖和降雨条件下类岩堆体隧道边坡稳定性试验研究

类岩堆体隧道边坡稳定性是山区高速公路设计和建设中的关键问题之一,且由于西部交通的需求迫切需要解决。本文设计了由钢结构和有机玻璃构成的模型试验装置,并开展了类岩堆体隧道边坡开挖和降雨下的稳定性相似试验,试验装置尺寸为1.6 m ×1.2 m ×0.6 m。基于相似理论,土体和块石按实际级配随机混合浇筑成类岩堆体隧道边坡体。试验结果表明:1) 降雨相比单一的开挖对类岩堆体隧道边坡的影响更加显著,水平位移和竖直位移表现出同样的规律;2) 竖直位移随着开挖深度逐渐减小,且没有出现位移突变的情况;3) 在降雨条件下的破坏多为拉裂–滑动破坏。

颗粒形状变异对砂性类岩堆体地层宏观力学性能及变形特征的影响研究

类岩堆体既不属于岩体,也不属于土体,且不同的类岩堆体围岩在机械开挖或爆破开挖扰动下的力学响应不同。本文针对典型的非连续介质—砂性类岩堆体,通过离散元数值试验研究了颗粒形状变异对其宏观力学性能及变形特征的影响规律。结果表明:颗粒形状越扁,砂性类岩堆体的整体抗压缩能力越弱,在相同的围压下会被压缩得更密,整体强度也有一定程度的提高;颗粒凹凸性越大,砂性类岩堆体的整体抗压缩能力越强,在相同的围压下更难被压密,凹凸性指数对整体强度几乎没有影响。

环氧乳液改性水泥砂浆孔隙特性及力学性能研究

将环氧乳液以不同的掺量加入到普通水泥砂浆中,来制备环氧乳液改性水泥砂浆。在添加固化剂和未添加固化剂的条件下,通过抗压、抗折试验,压汞试验,扫描电子显微镜等方法研究了环氧乳液对水泥砂浆的力学特以及孔隙特性的影响。结果表明:掺入环氧乳液会降低水泥砂浆的轴心抗压强度,提高其抗折强度。相对于普通砂浆,环氧乳液会阻碍水泥水化过程,固化剂的掺入则会增大阻碍效应。在没有固化剂的情况下,环氧乳液在前期水泥水化形成的碱性环境中发生固化反应形成网状膜结构。