水泥混凝土道面可靠性设计指标计算方法

基于水泥混凝土道面可靠性设计指标的计算方法,分析目前计算方法存在的问题与不足,并提出算法的改进。我国工程结构设计标准提供的可靠指标基本采用安全系数换算、分项系数基本采用安全系数或可靠指标换算,该算法可能存在不同设计状况的设计结果不符合可靠性宏观规律、不同设计指标的设计结果不具有一致性的问题,原因在于可靠性设计指标的计算忽视了设计变量之间的相关性;将变量间相关性纳入工程整体可靠度考虑,改进得到的可靠指标与分项系数计算式具有更好的适用性;应用到水泥混凝土道面工程,通过抗力性质判断变量之间是否具有相关性,再分别定量统计相关系数值,最后通过改进算法计算可靠性指标的适宜值。

高原寒冷地区水泥混凝土道面破坏形式及影响因素研究

水泥混凝土道面是我国常用、重要的道面结构形式,在机场、公路等交通工程,以及电力、水利、房建等基础工程领域占有极高比例,其结构稳定性对工程建设与运维的安全性有着直接显著影响。将我国高原寒冷地区的水泥混凝土道面工程作为关注点,首先,归纳了断裂类、位移类、接缝类和表层类等四类道面破坏形式,以及不同地区破坏形式演化特征差异;其次,分析了环境、设计、材料、施工、荷载等五方面因素对道面破坏的具体影响;最后,阐述了道面在内在与外在两个层次下的破坏机理。

郑万高速铁路巴东站异物侵限风险分析

以郑万高速铁路(郑州—万州)巴东站与沪蓉高速公路(上海—成都)并行区域为研究对象,模拟车辆越出高速公路防护栏后以一定初始速度和方向沿坡面的运动情况,分析其对高速铁路正常运营的影响。考虑最不利情况及便于获取车辆最大能量,采用落石分析软件ROCKFALL、SDDA模拟高速公路常见最大质量车辆沿坡面的运动轨迹及动能。结果表明:当仅考虑单一车辆(未发生破碎)以不同方向和大小的初始速度冲下坡面时,车辆停下位置离铁路线外边缘的最小水平距离为16.5 m,未发生侵限行为,不会威胁到高速铁路的正常运营。

变量相关性对可靠指标的影响分析

研究目的:可靠指标是衡量可靠性的一个重要指标,也是我国可靠性设计规范转轨阶段的重要目标值之一。目前我国铁路工程桥梁、路基、隧道、轨道等方面的极限状态设计规范已经发布,其余部分规范正在编制之中。无论对于后期规范的完善还是补充而言,建立准确的可靠指标计算方法都是极为必要且重要的。研究结论:本文首先从实际出发,指出了现行可靠指标计算表达式的缺陷;其次从概率论理论出发,推导了考虑变量相关性的可靠指标表达式;最后通过算例形式,分析了变量相关性对可靠指标的影响规律。本文的研究表明:(1)荷载项与抗力项之间的相关性与功能函数的可靠指标之间正相关;(2)荷载分项变量或抗力分项变量之间的相关性与功能函数的可靠指标之间负相关;(3)本文的研究对于我国可靠性设计规范的完善以及制定合理的分项系数具有理论支撑作用。

变量相关性对分项系数的影响分析

研究目的:分项系数是我国可靠性设计规范向极限状态设计转轨的重要目标值之一。目前,我国各类可靠性设计规范所推荐的分项系数计算方法无法满足规范转轨的需要,因此建立合理的分项系数计算方法不仅是急需的,对于我国可靠性设计规范的制定也是极为必要和重要的。研究结论:(1)本文从概率基本理论出发,推导出了考虑变量相关性的分项系数表达式,对比发现:目前所通用的分项系数表达式只是新表达式的一个特例情况;(2)分析了考虑变量相关性后分项系数取值的特点,发现荷载项与抗力项分项系数具有同正负的特点;(3)通过算例形式,分析了变量相关性对分项系数的影响规律,结果表明:荷载项与抗力项分项系数之间同比变化,且该比值在数值上等于安全系数,表明考虑相关性后的分项系数能满足目前我国铁路工程可靠性设计规范基于安全系数设计法进行转轨的需求;(4)本研究成果可为我国铁路工程领域相关设计规范由安全系数法向分项系数法转轨提供理论依据和方法支撑。

土性参数各向异性随机场的表征与建模方法

土性参数在空间上的相关性具有各向异性,因此对各向异性随机场表征与建模方法的研究具有重要的意义。本文首先通过对相关函数的分析,将各向异性相关的问题归结到相关距离函数的探讨上,给出了一种描述参数各向异性相关的方法;其次分析了目前常用的两种随机场反演方法在处理各向异性问题所面临的问题,(1) 局部平均划分法只适合横观各向同性随机场的生成,难以处理任意的各向异性问题,(2) 矩阵分解法反演随机场时,随机场网格数会受到计算机计算能力的限制,难以处理大型的随机场反演问题。针对以上两点问题,基于相关函数的快速衰减特性改进了矩阵分解法,并将改进的矩阵分解法与局部平均划分法进行了反演精度对比,同时用改进的矩阵分解法反演了旋转横观各向同性随机场,结果表明用改进的矩阵分解法处理各向异性问题是适用的。

国内外工程结构可靠性设计标准对比

随着中国工程基建能力不断走向海外,对国内外工程结构可靠性设计标准进行对比研究极为必要。通过四个方面的对比,结果表明:(1)中国与国际主要标准在可靠性设计总原则上的规定基本一致,但具体执行标准,中国以行业划分,欧洲以结构设计类型划分;(2)以分项系数反映可靠水平的极限状态设计法,是目前中欧可靠性设计标准的主流;(3)欧洲标准目标可靠指标的确定以工程风险分析法为主,具体数值较为统一,中国标准以校准法为主,但具体数值未经社会风险可接受水平统一调整;(4)欧洲标准分项系数的确定采用了确定性方法,中国标准分项系数的确定以一次可靠度方法为主。

不同温度后红砂岩力学性质及微观结构变化规律试验研究

对20℃、70℃、140℃、200℃、300℃、400℃、600℃、800℃等8种不同温度后红砂岩的力学特性进行了试验研究，结合压汞、SEM扫描电镜微观试验分析不同温度后红砂岩孔隙结构变化及微裂纹产生规律，并对红砂岩的不同温度劣化微观机制作初步探讨。研究表明：（1）不同温度后红砂岩单轴抗压强度在300℃达到峰值为常温的1．4倍；红砂岩劣化阀值温度为600℃，单轴抗压强度降幅达32．5％；（2）不同温度后红砂岩产生的裂纹宽度绝对多数分布在0～0．01μm区间内，该区间内各阶段裂缝的分布比值与单轴抗压强度呈较好的相关性；（3）沿晶和穿晶裂纹产生以及裂纹均质性变差是红砂岩劣化的主要影响因素。

基于瑞典条分法的铁路边坡极限状态设计研究

在参与修编Q/CR9127-2018《铁路路基设计规范(极限状态法)》过程中,发现铁路路基边坡的极限状态设计表达式、分项系数及设计验证校准等方面仍不完善。针对该问题,首先提出铁路路基边坡极限状态设计表达通式;其次,通过考虑变量相关性的方法计算出不同设计速度下的路基边坡分项系数;最后,通过大量的铁路路基边坡(路堤、路堑)算例进行设计验证。结果表明,所提出的一般工况下设计表达通式和分项系数,能够统一路堤、路堑极限状态设计表达式并有效减小设计偏差。研究结果可解决现行《铁路路基设计规范(极限状态法)》关于路基边坡设计所存在的问题。

裂隙岩体应力渗流耦合规律及对底板隔水性能研究

采用MTS815.02型岩石力学伺服试验系统,对桃园煤矿10煤底板的岩样进行全应力—应变渗透试验,得到岩样裂隙在闭合、萌生、扩展过程中的渗透特性。通过对不同非承压状态下裂隙岩石的渗透性能的研究,为采场底板隔水性能的研究提供重要参数。数值研究表明,在工作面的不断推进过程中,底板将处于压缩—膨胀—压缩的状态,而在压缩与膨胀变形过渡区,底板最容易出现剪切破坏,最终形成导水通道。基于上述研究,对桃园煤矿10煤底板隔水性能进行评价,并提出了防治实践。研究结果对于制定裂隙岩体的防治水措施,防止采动过程中突水事故的发生具有一定的指导意义。

地震状况下铁路路基边坡极限状态设计验证

研究目的:现行《铁路路基设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9127—2018)在条文说明中给出了地震设计状况下的铁路路堤边坡极限状态设计表达式及分项系数,研究结果仍不成熟。因此,进一步完善地震设计状况下铁路路堤、路堑边坡的极限状态设计表达式和分项系数计算体系十分必要。研究结论:(1)本文重新提出适用于地震设计状况下的铁路路基边坡(路堤、路堑)稳定性极限状态设计通用表达式,并通过改进一般分离法引入分项系数;(2)分别采用极限状态法及总安全系数法对大量铁路路基(路堤、路堑)边坡算例进行设计验证;(3)提出的地震设计状况下路基极限状态设计通用表达式及分项系数能够有效减小设计偏差;(4)本研究结果可解决地震工况下铁路路基边坡极限状态设计"无规可依"的问题。

漳村煤矿1312工作面顶板突水原因分析

漳村煤矿1312工作面在回采过程中发生间断性涌水,但依据经验公式计算顶板断裂带高度并未发育到含水层。通过分析顶板水文地质条件,运用RFPA数值模拟与现场实际探测研究顶板导水裂隙带发育规律。结果表明:①经验公式计算得到的顶板导水断裂带最大高度为45～58 m,与RFPA数值模拟得到的95 m相差较大,顶板亚关键层薄以及距3煤顶板距离小于58 m是使得裂隙带发育偏高的主要原因;②现场探测测得顶板裂隙带发育高度约为96 m,与RFPA模拟相符合;③关键层与含水层空间位置及岩层分布规律决定了工作面回采顶板会发生间断性涌水以及滞后涌水。

互相关参数随机场反演的“一体两分”方法

合理的参数输入是岩土工程数值计算的前提和关键,目前常用的赋定常参数值的方法事实上忽略了参数本身在空间上的变异性与相关性,用确定性参数描述复杂岩土体力学性能的方法在某些情况下甚至可能会导致分析结果与真实情况的背离。因此,要弥补此中不足,就必须探讨在空间相关条件下参数随机场的反演方法。单参数随机场在空间上存在自相关性,而多参数随机场不仅存在空间上的自相关性,还存在空间上的互相关性。从"一体两分"(自相关性=互相关性+剩余自相关性)思想出发,构建了反映空间相关性信息的参数反演数学模型,并利用此数学模型生成了各向同性相关结构下的双参数随机场,对反演结果相关性统计结果表明:此法生成的参数随机场,自相关性和互相关性都得到了很好的满足。

地基比例系数m值对比研究

地基比例系数m值对桩身的受力及变形有一定影响,但国内多个行业标准所给出的地基比例系数m值差异较大。针对该问题,首先,对各行业标准及专著进行系统性的梳理,并总结出四类地基比例系数m值;其次,对四类地基比例系数m值之间进行横向对比;最后,以桩板墙结构为例,对比分析四类地基比例系数m值所计算出的锚固段长度,结果表明采用《铁路路基支挡结构设计规范》的水平地基比例系数m值,较其它三类偏低,锚固段长度偏长。

支挡结构安全风险识别与防控研究

支挡结构在山区铁路、公路工程中应用广泛,但受地质、水文、技术、材料等因素及勘察、设计、施工、维护等环节的影响,安全问题时有发生,如何精准识别、评估、防控支挡结构的安全风险是道路工程领域亟需解决的技术难题。为此,本文基于中铁二院工程集团有限责任公司支挡结构安全风险识别、支挡结构极限状态设计、支挡结构安全性能提升的科学研究成果,介绍支挡结构安全风险量化识别、极限状态设计参数匹配优化、复杂环境支挡结构安全性能提升等支挡结构安全风险识别与防控技术,以期为山区道路支挡结构的安全风险识别和防控设计提供指导借鉴。

概率设计法和定值设计法的辩证关系

设计方法可分为概率设计法和定值设计法两大类,前者为目前的设计发展方向,后者为长期以来工程界常用的设计方法。从两种设计方法的定义出发,通过分析计算方法及在设计规范中应用的特点,找到了两种方法对立统一的核心问题和调和二者矛盾的关键,可为准确把握标准编制的发展方向、建立完善的设计标准体系提供技术参考。

分项系数与目标可靠指标的关系及其应用

本文从可靠指标与分项系数的概念和数学含义出发,分析了分项系数与可靠指标的关系;归纳总结了分项系数和目标可靠指标在工程设计中的应用;提出了在《工程结构可靠性设计统一标准》(第一层次标准)和《铁路工程结构可靠性设计统一标准》(第二层次标准)中应明确分项系数和可靠指标的对应关系,以及在结构或构件的极限状态设计规范(第三层次规范)中分项系数和目标可靠指标的作用,以指导规范的编制和工程设计。研究的结论:(1)分项系数与可靠指标正相关应满足一定的条件;(2)可靠性设计统一标准中可靠指标和分项系数计算公式应给出适用条件并补充完善,才能消除由于相关性带来的误差;(3)工程设计规范应给出分项系数,可给出对应的目标可靠指标;(4)在实际工程设计中,建议特殊设计采用可靠指标进行设计,常规设计采用分项系数进行设计。

支挡结构安全风险识别与设计参数自洽

支挡结构在铁路路基工程中极为常用,对于铁路工程的整体安全至关重要。本文先以桩板墙为例分析了支挡结构面临的主要风险及因素,并从极限状态设计的角度分析了这些因素的类型以及可在设计中予以风险规避的措施。再从可靠性设计的基本原理出发,提出了支挡结构设计中设计变量之间的相关性广泛存在,且是导致自洽规律不满足的主要原因,并给出了保证设计参数自洽的计算方法和流程。最后,从提升极限状态设计适用性、完善极限状态设计功能项、基于极限状态梳理材料参数取值、给出满足自洽规律的设计参数4个方面提出了支挡结构极限状态设计建议。

地震作用下支挡结构的设计式研究

在地震作用下如何选取路基支挡结构构件的设计式,是规范编制所急需解决的问题。针对该问题,首先,在系统地梳理了国内第一,二,三层次可靠度设计标准的基础上,提出3种地震组合设计式;其次,运用所编写的路基支挡结构设计软件,进行极限状态设计及可靠性分析对比验证,最终提出地震作用下路基支挡结构构件的设计式。该设计式可对路基支挡结构设计规范的编制提供更为准确的依据。

日本铁路工程技术标准发展动态

铁路标准既是铁路"走出去"的助推器,也是建设交通强国、提升国际竞争力的重要举措,21世纪以来日本铁路标准发展逐步获得国际同行肯定。本文通过分析日本铁路工程技术标准的管理机制、标准体系和发展趋势,以期为我国铁路标准化工作提供借鉴。