纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究

裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一,特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法,对隧道主要裂缝进行安全评价,给出安全等级,同时应用刚度退化模型对隧道原结构进行承载力评价,给出加固前的隧道结构安全系数,通过工程实例验证说明,通过刚度退化模型计算承载力是可行的,为隧道的加固补强提供重要依据,并为今后纵向裂缝情况下衬砌结构的安全性评价、承载力的计算分析以及加固设计提供新的技术方法。

岩溶洞穴对嵌岩单桩承载力的影响研究

针对岩溶地区特殊地质条件下,岩溶洞穴对高速公路桥台桩基承载力的影响,采用三维有限元数值模拟敏感性分析的研究方法,分别对影响嵌岩桩承载力的岩溶洞穴与桩基相对几何形态(桩端至洞穴顶部厚度、洞穴直径、高程和偏心)等四大影响因素进行正交数值试验研究,对不同洞穴条件下其对桩基承载力的影响作了详细分析,进而提出了岩溶地区桩基承载力设计中应予以考虑修正参数。

带裂缝的隧道衬砌刚度验算与加固

针对某隧道在竣工后不久出现较多衬砌裂缝的情况,对裂缝进行了详细调查,得到了裂缝的基本参数,对裂缝安全等级进行了评价。采用基于刚度退化理论的混凝土刚度折减公式,对带裂缝的衬砌结构进行了安全系数验算,对结构的安全性进行了分析。采用套拱法对隧道结构进行加固设计,并对加固后的衬砌结构进行了安全系数验算。结果表明:加固后的衬砌结构安全系数为2.69,满足《公路隧道设计规范》的要求。

隐伏岩溶洞群对公路隧道顶板承载力影响的研究

针对西南地区岩溶隧道的实际工程,开展了隐伏岩溶群对公路隧道顶板承载力影响的三维数值敏感性分析研究。经对岩溶顶板稳定性影响因素分析,选择溶洞顶板厚度、顶板岩体的工程地质特性(定量指标为岩体的力学参数)、溶洞的宽度、溶洞高度、上覆土层厚度为影响溶洞顶板稳定性的五个主要影响因素作为影响因子,进行正交敏感性数值试验。根据影响因素敏感度的正交三维有限元法分析结果得出,影响顶板承载力和顶板中心下沉位移大小顺序依次为:岩体力学参数、顶板岩层厚度、覆盖土层厚度、溶洞宽度、溶洞高度。

断续节理扩展算法在隧道围岩稳定分析中的应用

利用虚节理力学性质参数弱化函数,在Jennings强度准则基础上提出了应用于非连续变形分析计算的断续节理强度形式;然后,将虚节理力学性质参数弱化规律和断续节理强度表达式运用于非连续变形分析计算程序中,实现了对断续节理扩展过程的模拟算法;并通过剪切试验计算结果与室内试验结果的比较,验证了该算法的正确性。利用该算法对节理岩体中金鸡山隧道进行了围岩稳定性分析,分析结果客观反映了节理展布特征对隧道围岩的变形影响和节理岩体隧道围岩位移分布特征,表明了断续节理扩展算法在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。

煤炭开采对临近高速公路隧道结构安全性影响研究

高速公路隧道受煤矿开采扰动下结构安全性研究对公路隧道安全运营以及煤矿资源合理开采意义重大。结合长梁山2号隧道出现的结构裂损问题,开展了结构裂缝与拱顶沉降现场实测,分析隧道结构病害发展与临近南沟煤矿工作面开采之间的内在联系;对南沟煤矿50501工作面停采与采毕两种工况下的隧道结构变形量与塑性区进行三维数值仿真,对比分析隧道结构的安全状态。相关研究成果可为类似隧道工程的灾害防治提供参考。

公路隧道围岩压力研究与发展

由于岩土体性质、地应力、边界条件、施工过程等方面的复杂性和随机性,使得公路隧道围岩压力的确定或计算变得十分困难。近百多年来,国内外的学者不断地结合新工艺、新技术,从不同角度出发对其进行了深入的研究,从最初的松动压力到现在的形变压力、从经验公式法到反分析预测法等,取得了不少有价值的成果。但随着近年来公路隧道的结构越来越复杂、断面越来越大,现有的这些围岩压力的计算方法已很难满足其建设的需要,发展更加合理的围岩压力计算方法已经成为一种迫切的需要。作者首先对经验公式法、理论计算法、现场量测法、模型试验法和反分析预测法等围岩压力计算方法的研究和发展进行分析和评价,指出这些方法中普遍存在的问题。在此基础上对我国公路、铁路隧道中经验公式的适应性和适用性进行了重点讨论,旨在为公路隧道围岩压力计算的研究和发展提供借鉴和参考意义。

盾构隧道结构病害状态综合评价方法研究

为了定量化评估运营盾构隧道健康状态,需要考虑结构病害对其安全性、耐久性和适用性的综合影响。将盾构隧道常见病害成因分为管片错位、衬砌材质劣化以及渗漏水等6个子系,对每个子系构建了病害故障树;从工程应用角度出发,从故障树中选取了23个可定量化因素作为评价指标,通过层次分析法建立了三层病害评价指标体系;对体系中单一评价指标的定量化分级方法进行简述,并给出所有指标的建议分级标准,采用改进的层次分析法-乘积标度法确定了各评判指标之间的相对权重;确定了基于Cauchy分布模型的隶属函数的关键参数。本方法修正了单因素诊断指标的片面性,考虑了多种病害对隧道结构综合作用,对"亚健康"的隧道结构的健康状态也能进行有效的定量化评价。

U型钢封闭式可缩性钢架承载特性试验研究

通过室内模型试验对3榀不同位置设置可缩接头的U型钢马蹄形封闭可缩钢架进行分级均布加载,并采集不同荷载下钢架不同位置的径向位移及各接头滑移量.结果表明:1)接头滑移速率决定钢架承载力及其变形特性,接头快速滑移时钢架承载力不稳定性增加,让压变形明显;2)封闭可缩钢架接头滑移特性与接头处钢架内力组合有关,随总外荷载的增加,拱顶接头最先发生滑移且速率较快,其次为拱脚接头,拱底接头最难滑移;3)拱顶接头发生滑移时拱顶下沉最为明显,建议当围岩荷载顶压较大时优先在拱顶设置接头;当围岩侧压力较大时,宜在拱底设置接头;4)在不削弱钢架支护力的前提下保证所有可缩接头平稳有效滑移是充分发挥其让压支护性能的关键.

特大断面连拱隧道中墙偏压机制及施工影响分析

中墙作为连拱隧道的主要承载结构,自身的稳定性直接影响着隧道工程整体的稳定性,是连拱隧道设计和施工的重点。中墙失稳的主要力学原因是中墙受力不均而产生偏压失稳,因此,控制中墙稳定的关键是控制中墙偏压及其偏压程度。中墙偏压的出现源于隧道工程自身的地层偏压和非对称式施工产生的施工偏压,根据中墙受力状态可以确定地层偏压、施工偏压下中墙偏压的条件及偏压发生部位;利用有限元计算方法对地层偏压、施工偏压条件下不同施工工序进行计算,分析不同工序对中墙偏压的影响;根据得到的规律对施工工序进行优化分析;最后,给出双向八车道连拱隧道的工程实例。

青藏高原地区混凝土冻融环境量化方法

对青藏高原地区混凝土冻融环境进行合理量化是高原抗冻混凝土设计所面临的首要问题。该文通过对处于同一冻融环境作用等级下的平原与高原地区大气及地表温度特征进行比较,发现相较于平原地区,高原地区因太阳辐射强度大,具有年正负温交替次数更多、温度日较差更大且日最低温更低的环境温度特征。通过将地表温度近似代替混凝土结构物表面温度,结合青藏高原1971-2003年20个地区的典型气象年数据,建立了与最冷月平均气温及年太阳辐照量相关的青藏高原地区混凝土年均冻融循环次数确定方法。利用该方法对青藏高原主要地区混凝土年均冻融循环次数进行估算,结果表明,青藏高原地区混凝土年均冻融循环次数主要集中在150次以上,部分地区甚至大于200次,因此,高原地区应加强对混凝土进行抗冻耐久性设计。最后,该文给出青藏高原地区混凝土结构物抗冻设计等级推荐值。该研究可为青藏高原地区混凝土抗冻耐久性设计提供参考。

板岩流变特性试验与模型辨识

针对江西武吉高速公路隧道的Ⅱ～Ⅴ级围岩,通过分级增量循环加卸载试验、剪切流变试验和双轴压缩流变试验研究围岩的流变特性,并对模型进行辨识.试验结果表明Ⅱ～Ⅳ级围岩具有过渡蠕变和定常蠕变过程,表现为脆性破坏;Ⅴ级围岩则具有过渡蠕变、定常蠕变和加速蠕变过程,表现为塑性破坏.通过模型辨识,采用广义Kelvin模型模拟Ⅱ～Ⅳ级围岩,采用非线性流变元件NRC模型与西原模型的串联模型模拟Ⅴ级围岩,可较好模拟围岩流变特性;同时得到与应力水平有关的围岩流变力学参数.模型辨识的方法可应用于板岩以外的其他岩石.

局部水压作用下单线铁路隧道衬砌设计参数研究

隧道运营后衬砌开裂的主要原因之一是由于衬砌受到了较大的局部水压作用。为解决局部水压显现明显地层中衬砌设计依据不足的问题,文章采用现场试验和数值模拟手段,研究局部水压作用下铁路单线隧道标准设计图的Ⅱ级围岩曲墙带底板衬砌形式和Ⅲ级围岩曲墙带仰拱衬砌形式的受力特征和安全性,并对衬砌安全系数提高措施的作用效果进行分析,提出了局部水压作用下衬砌的设计参数。研究结果表明:衬砌各部位的安全系数分布较离散,衬砌受局部水压作用的部位是薄弱部位;采用增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施可明显提高钢筋混凝土衬砌的安全性,提高混凝土等级措施不能提高衬砌安全性;曲墙带仰拱衬砌的安全性明显优于曲墙带底板衬砌,通过增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施,曲墙带底板衬砌最大能承受0.2 MPa水压,曲墙带仰拱衬砌最大能承受0.5 MPa水压力,在较大水压力作用下建议优先采用增大曲墙曲率的方法提高衬砌的安全性。

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。

双向八车道连拱隧道中墙临时支护优化分析

在连拱隧道中,中墙作为隧道的主要承载结构一直是设计和施工的重点。同时由于隧道地质条件和施工组织的复杂性,中墙常受到地层偏压和施工偏压两种偏压的共同作用,致使中墙内部力学状态十分复杂。施工偏压和地层偏压对中墙的影响机理互不相同,在施工过程中采取的控制措施也各不相同。利用有限元数值计算法对金鸡山双向八车道连拱隧道Ⅴ级围岩的6种施工方案进行了模拟,分析和阐述了中墙偏压产生的原因和影响因素;并结合6种施工方案的数值计算结果,对地层偏压、施工偏压对中墙影响过程进行了分析,结果表明地层偏压主要对中墙上部产生影响,而施工偏压不仅对中墙上部产生影响,而且还对中墙下部产生影响;最后,根据两种临时支护形式下中墙最终水平位移的计算结果,给出了控制中墙偏压的最佳临时支护形式。

基于实测表面活化能的高原地区混凝土受冻临界强度预测

准确预估混凝土强度发展,避免其因未达到受冻临界强度而遭受负温是青藏高原地区混凝土施工时需面临的重要问题。针对现有成熟度法在对混凝土强度预测时,存在始终将表面活化能视为定值从而导致其预测精度下降的不足。该文通过设定目标预测强度以缩小强度预测范围,同时改进表面活化能的取值方法,提出了一种针对目标强度范围内混凝土强度进行准确预测的改进成熟度方法,并通过室内恒温及变温养护试验对该方法的预测准确性进行验证。试验结果表明,使用传统方法对目标强度范围内混凝土抗压强度进行的24组预测值中,20组预测值与实测值间误差大于10%,而利用改进成熟度法进行预测时,36组中有33组预测强度值与实测值间误差不超过10%,预测精度明显高于传统方法。因此,在高原地区该法可被用于对混凝土抗压强度发展进行准确预估,从而保证其在遭受负温时已达到受冻临界强度值。

石膏岩地区隧道病害成因分析及处治措施

我国幅员辽阔,隧道工程地质条件复杂多变,各地运营隧道的病害种类及其诱因也具有较大的差异。对于石膏岩地区的隧道工程而言,受人们认识程度所限,对隧道运营中的病害特征、病害成因和病害处治等方面的经验尚少。本文以某石膏岩隧道工程的病害为例,分析了石膏岩地区隧道病害特征、病害成因及其病害处治建议措施,供今后石膏岩地区隧道的病害处治工程借鉴。

高速公路隧道通风设计

论述公路隧道通风设计的目的和步骤，并结合工程实际情况介绍了设计的全过程。同时，对通风设计工作提出了几个值得探讨的问题。

川西南地区山体边坡灾害预防的理论与实践

通过对川西南地区山地灾害的实地调查总结，分析了该地区滑坡和崩塌灾害发生与几种典型的岩层岩性结构改造之间的本质关系及扰动因素之间的相关性。由细观实验分析，结合相似模拟、数值计算等研究，客观地揭示了该区域山地发展演化趋势和激发因素作用的本质规律，为控制山地同类灾害发生、研究山地灾害的预测措施提供了参考。

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。