隧道围岩大变形分类及展望

为清晰完整地认知隧道围岩大变形,方便后续的深入、具体研究。基于既有研究内容,将具有明显时间效应和塑性变形,产生的变形超过了规范允许的变形量且严重影响隧道工程的正常使用,最终导致隧道丧失整体结构稳定性的围岩变形现象定义为隧道围岩大变形;从变形成因角度重新划分隧道围岩大变形的类型为:膨胀型、高地应力软岩型、黄土型、高地温型和复合型;归纳总结不同类型隧道围岩大变形的变形机制、本构模型、支护理论等,并总结针对不同类型围岩大变形现象采取的控制措施和施工方法。在此过程中,针对存在的不足提出未来可能的发展趋势:1)完善隧道围岩大变形机制,并通过现场检测、模型试验与有限元分析模拟总结出隧道围岩大变形规律以及受力特点,为工程实践提供科学依据,实现大变形的精确支护。2)统一不同类型的隧道围岩大变形分级控制措施。由于工程的多变复杂和特殊性,难以总结出普适性的大变形分级控制措施,但基于大量的隧道围岩大变形案例,制定出不同类型隧道的围岩大变形分级控制措施依然具有很高的工程参考价值。

基于强度折减的泥浆护壁槽局部稳定性计算及影响因素

复杂地层中地连墙槽壁的稳定性直接关系到墙体的施工质量,研究土层特性及泥浆重度对槽壁局部稳定性影响具有重要意义。基于泥浆护壁槽局部失稳机制研究,构建以极限分析上限法为理论基础的失稳模型,结合非线性Mohr-Coulomb破坏准则,引入强度折减法推导得到了泥浆槽壁局部稳定安全系数和临界高度的计算公式。结合实际工程案例,运用本文方法、线性Mohr-Coulomb准则方法及Han et al.(2012,2013)的方法,对比分析了槽壁局部稳定安全系数和临界高度随泥浆重度及夹层特性参数变化的影响规律。3种方法的计算安全系数均随泥浆重度的增加而增大,随软弱夹层厚度及重度的增加而减小,随夹层土体黏聚力及抗压强度的增大而增大。相同条件下本文方法对泥浆重度变化敏感性体现较好,计算安全系数合理可靠且普遍最小。与线性Mohr-Coulomb准则方法比较可知,夹层土体材料的非线性特征仅影响破坏区域的体积大小,对区域形状基本无影响。

苏州河水闸工程大跨度箱形底板结构优化设计

针对苏州河河口水闸工程中的大跨度箱形底板设计中遇到的困难,利用三维有限元对底板结构进行计算分析。建立了整体三维有限元模型,通过分析初步计算结果指出本工程底板不宜采用预应力配筋方案。而后将底板从整体模型中抽取出来建立模型,对外侧板厚度、填充混凝土长度及横隔舱室的数量对底板应力水平的影响进行了计算分析,得到这3个参数的最优取值范围。两个模型的计算结果均说明优化后方案在不增加底板自重的情况下极大地降低了应力水平。

软基拼宽引发邻近桩基病害分析及处治方案

针对软基拼宽及地铁施工扰动引起邻近既有桥梁桩基病害的实际工程问题,在FLAC^(3D)软件中建立三维模型,充分考虑软土的蠕变特性和桩土间的相互作用,采用黏弹塑性Cvisc本构模型模拟各近接工程施工及桩基病害发展的全过程.在与现场实测数据对比验证后,进一步分析在不同施工工况下桩身位移与内力的响应,定量判断桥梁桩基桩身的病害情况,为后续加固设计提拱依据.计算结果表明,病害的主要原因是软基拼宽后引起淤泥层长时间的水平向蠕变,使邻近刚性桩上水平推力大增,最终导致破坏.结合工后变形尚未稳定且桥梁桩基紧邻地铁隧道的实际情况,提出桩基主动托换的病害整治方案,并进行数值模拟.

高水压山岭隧道受力特性计算分析

与普通山岭隧道有所不同,高水压山岭隧道支护结构将承受很大的外水压力,具有很大的施工风险。本文以福建省旗山隧道下穿水库的高水压段为工程背景,通过对高水压隧道的围岩及衬砌结构受力特征的分析研究,得出以下结论:高水压隧道在采用超前帷幕注浆堵水后,可保证在高水压、围岩压力共同作用下的围岩和衬砌结构的安全;不同于普通山岭隧道,高水压隧道仰拱的弯矩值明显大于拱部,最不利位置在拱脚和仰拱,应对仰拱加强设计。

大跨度箱形底板结构的分析与优化设计

预应力在大跨度结构中得到广泛的应用,但由于某水闸工程中的大跨度箱形底板的特殊性,不宜采用预应力配筋方案。对底板的外侧板厚度、填充混凝土长度及横隔舱室的数量对底板应力水平的影响进行了计算分析,在尽量不增加底板自重的前提下,根据应力水平最低的原则,得到这三个参数的最优取值范围,进而达到对底板结构进行最优化设计的目的。

具有自适应影响半径的无单元法

本文讨论无单元法的权函数问题,并首次提出在权函数中采用自适应影响半径,以适应结点分布的随机性。实际算例表明,使用自适应影响半径的权函数对求解应力集中或断裂力学问题具有较大的优越性。

组合结构有限元计算存在的问题和处理方法

梁、板、壳等结构单元在有限元计算中使用十分广泛,但由于其几何特点,在组合结构有限元计算中,如果不正确处理,有时会给计算结果带来一定的影响。针对组合结构分析中,应力集中及几何位置简化等导致较大计算误差的情况,以地铁车站结构中常见的板梁组合结构为分析对象,从工程实用角度出发提出了相应的对策和处理方法。采用这些措施,可以在使用现有通用有限元软件进行计算的情况下,获得较符合实际的结果。

小波基无单元法及其工程应用

论述数值计算中新的小波基无单元方法,即用小波基函数取代传统无单元方法中的幂级数基之后,使无单元法具有了小波变换的局域化和多分辨率等优良特性,并能有效地克服有限单元法的网格敏感性和单元之间应力不连续现象,从而不但拓展和丰富了无单元法的理论内容,也为其工程应用开辟了新的途径。

基于关键块体理论的隧道分部施工时空效应

分部台阶施工的隧道开挖所形成关键块体因不同工序下临空面的位置、大小及开挖时机的不同而存在时空效应。阐述了关键块体时空效应的概念,并以福州长乐国际机场高速公路二期双向8车道特大跨度连拱隧道为依托,给出了时空效应概念及其工程应用;提出了关键块体所产生的时空效应应用的基本原则。结果表明:在采用双侧壁导坑施工的隧道中,预留核心部分岩体有利于隧道顶部块体的稳定;隧道施工时,减小开挖临空面面积能有效控制关键块体的体积,及时支护能减小因蠕变而导致的块体节理面力学性质的削弱;以时空效应应用基本原则为指导,将其应用于隧道开挖过程可省去部分临时支护,同时可提高隧道施工的安全性和经济性。

苏州河河口水闸差异沉降控制方案

针对苏州河河口水闸闸底板差异沉降小于1.5 cm的设计要求,建立水闸整体三维有限元模型,并进行多方案数值模拟,寻找控制差异沉降的有效方法。通过对中闸墩桩基的敏感性分析,发现增加中桩或减少边桩控制沉降效果甚微,桩长、桩基分布及桩底持力层才是关键因素。综合考虑,最终方案确定为边闸墩基础采用40根直径为60cm的钢管桩,中闸墩基础加宽,采用4排共24根直径为60cm的钢管桩。

双向8车道连拱隧道中墙及二衬结构分析

采用有限元方法对双向8车道连拱隧道中墙及二衬结构进行分析,根据计算结果提出了设计中需注意的关键点。

含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应的数值模拟研究

在已完成的振动台模型试验基础上,进一步采用数值模拟方法定量研究含软弱夹层锚框支护边坡的地震动态响应规律.坡面与坡内各测点处的水平加速度峰值(PHA)放大系数均随高程增加而非线性增大,表现出明显的鞭梢效应;但软弱夹层的存在改变了其附近测点高程效应表现形式,并在大振幅工况下表现出明显的隔震效应.小振幅工况下,各测点处的正负向水平土压力峰值(PEP)震荡系数都大致相等;随着地震动幅值增大,最小动土压力逐渐趋于为零(几乎脱空);而最大动土压力可高达静止土压力的4~7倍.高频成分丰富的WC波,其卓越频率与边坡自振频率较接近,故其引起加速度与土压力动态响应,均明显大于其他类型地震波.以上数值模拟所反映的含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应规律,与振动台模型试验结果大致吻合.但从量值上看,数值模拟中PHA放大系数(坡顶部位)和PEP震荡系数(正向)均明显大于模型试验结果,认为模型试验中相似材料超强设计、测点布设过少等缺点,应在进一步研究中予以克服.

基于正交设计的土质相似材料配比试验研究

以黏土、重晶石粉、粉细砂和膨润土为原材料,配制振动台模型试验中的土质相似材料,并基于正交设计方法,通过直接剪切与压缩试验,对影响土质相似材料物理力学参数的各配比因素进行敏感性分析.结果表明,不同配比相似材料的参数取值范围较广,能够满足大部分模型试验对土质相似材料的要求.研究成果可为类似模型试验土质相似材料的配比选取提供参考.

地表爆破振动对已建隧道影响分析

为了研究地表爆破对下方已通车大跨度隧道的影响,结合福州大学阳光学院新区建设爆破实例,采用三维动力有限元数值模拟方法,通过调整地表爆破荷载,分析下方高速公路马尾隧道二次衬砌的在3种不同工况下的爆破振速及应力分布规律。经过计算分析,针对不同区段提出了衬砌受力最不利的位置以及建议的施工爆破振动的控制值,对实际爆破施工及隧道监控有指导意义,也可作为类似工程的借鉴。

公路隧道开挖问题的复变函数解及应用

为优化公路隧道开挖和支护的设计,通过将公路隧道的开挖视为弹性无限大板中的单孔问题,引入共形映射和柯西积分,采用复变函数解法推导了在支护压力与远场地应力作用下,任意形状公路隧道围岩应力与位移的解析解,并在MATLAB平台上编程求解数值解。在此基础上,通过大量的算例分析讨论了隧道洞形、洞室跨度、侧压力系数和支护压力等因素对公路隧道围岩应力场与位移场的影响。研究结果表明:隧道洞形对洞室围岩应力和位移的分布影响显著;隧道跨度的增加将明显加大隧道开挖后的拱顶沉降、底板隆起和净空收敛变形,也使得围岩应力的分布和变化更为复杂;对于水平向地应力较大的情形,将隧道分为上下台阶开挖来改善应力分布较为适宜。