基于应力解除法的九岭山隧道洞壁二次应力场分布规律研究

为了解九岭山隧道开挖后洞壁二次应力场分布规律及其与岩爆发生状况之间的关联性,采用应力解除法沿九岭山隧道全线选取岩体完整,受开挖扰动小的部位进行了洞壁二次应力的实测,并结合现场岩爆实际发生情况,对洞壁二次应力场的分布规律进行综合对比分析,并结合应力判据对岩爆进行了二次准确预测。研究结果表明:洞壁二次应力值与隧道埋深呈现近似线性关系,二次应力量值呈现σ_1>σ_θ>σ_x>σ_3>τ_(xy)的特征;洞壁切向应力σ_θ最大为63.944 MPa,最大主应力σ_1最大值为77.17 MPa,二者量值相差7.5%,对岩爆的发生均起主导作用;洞室开挖后的洞壁切向应力σ_θ与埋深的相关系数为0.933 23,相比最大主应力σ_1与埋深的相关系数0.897 22,σ_θ与埋深的相关性更好;隧道开挖后,切向应力σ_θ在30～50 MPa范围内时可初步判定将可能发生微岩爆,σ_θ大于50 MPa时可初步判定将可能发生中等岩爆;以此为基础,再结合应力判据可对岩爆发生等级做出准确预测。研究成果为高地应力硬岩隧道岩爆预测提供新的思路。

高地应力软硬岩隧道初始应力场反演分析

地下工程中初始地应力场对设计及施工起到控制性影响,所以更准确获得并分析初始应力场是至关重要的,而反演分析是其重要的获取手段。以浩吉铁路九岭山隧道和桐木隧道为工程背景,基于理论分析与现场实测信息,分析不同岩性隧道下初始应力场的反演准则,并提出相应的主控指标;同时,根据工程实际分别以硬岩、软岩隧道为例,利用数值仿真方法计算得到与实测洞壁二次应力和位移相契合的初始应力场应力边界条件,从而得到依托工程的初始应力场分布特征。计算结果表明:硬岩隧道测点段竖向初始应力20.35 MPa,水平初始应力17.908 MPa;软岩隧道测点段竖向初始应力11.7 MPa,水平初始应力6.201 MPa。

基于实测洞壁应力的硬岩隧道初始应力场反演分析

以九岭山隧道DK1685+645断面作为典型断面,通过应力解除法结合弹性力学理论公式推算得出该断面处洞壁切向应力为43.808 MPa,侧压力系数为0.757。控制侧压力系数不变,并以该应力作为初始应力场的基准值,采用数值模拟方法对该断面处初始应力场进行反演分析。计算得到该断面处竖向初始应力为20.500 MPa,水平初始应力为15.519 MPa。计算结果可为具有相近埋深与岩性的隧道岩爆预测提供参考。

GFRP板-木螺栓连接节点群组效应的受拉试验研究

木结构中多采用钢板-木螺栓连接节点,由于木材本身含水率及环境影响,会导致钢板发生腐蚀,从而给结构带来耐久性问题。文章提出采用拉挤成型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)板替代钢板作为木结构的连接板,以提高结构耐久性,并且研究了GFRP板-木螺栓连接节点的群组效应。文章通过GFRP板-木螺栓连接节点拉伸试验,研究螺栓直径、螺栓间距、螺栓个数、螺栓列数等关键参数对螺栓连接群组效应的影响,分析节点失效模式和荷载-位移曲线。研究结果表明,GFRP板-木螺栓连接节点的抗拉承载力与螺栓直径和螺栓数量正相关,与螺栓间距无关。最后文章根据试验结果提出GFRP板-木螺栓连接节点考虑群组效应的抗拉承载力计算公式。

3D打印石膏试件的尺寸效应研究

尺寸效应是土木工程领域研究的重要课题。随着3D打印技术的广泛应用,了解3D打印试件的尺寸效应十分重要。本文通过五种尺寸的3D打印石膏立方体试件的单轴抗压试验研究3D打印石膏试件的尺寸效应,结果显示,3D打印石膏试件抗压强度随尺寸增大而降低,不同尺寸试件具有相似的破坏模式,但由于粘结点个数和位置具有一定的随机性,导致小尺寸试件抗压强度离散性较大。

大型复材储罐罐顶新型加固技术及稳定性分析

大型储罐罐顶的罐壁薄、跨度大,在外压作用下容易出现失稳问题。以某大型2万t复材储罐典型工程为例,针对其罐顶稳定性提升的需求,提出复材拱加固、复材拱–工字钢–槽钢组合加固、工字钢-槽钢组合加固、三角钢桁架加固罐顶等四种加固方案,并建立有限元模型对加固前后的储罐进行特征值屈曲分析。结果表明,加固前罐顶稳定系数为1.29,远小于GB150—1998《钢制压力容器》的要求(稳定系数为15)。除复材拱加固外,其余应用钢结构与复材进行组合的加固方案均有较好的效果,加固后罐顶稳定系数均满足GB150—1998的要求。在此基础上,综合分析了各加固方案的造价及施工工艺,结果表明小截面三角钢桁架加固复材罐顶为最优方案,为大型复材储罐罐顶的加固和优化设计提供技术参考。

基于数字技术的传统聚落空间的连片保护与活化利用研究

从价值认知、政策驱动和自然架构的角度,对传统聚落空间的地理位置和生态环境进行了理论研究,结合传统文化保护的国家方针政策,因地制宜提出了“以点成线,以线带面,面面相连”的聚落数字连片保护方案。通过BIM与GIS技术对传统民居进行了数字化的建模和创新性应用,实现聚落空间文化在传承中发展、在保护中活化。

高性能复合材料助力“新基建”--“高性能纤维增强复合材料的多尺度结构与性能研究”专栏序言

近年来,社会和经济稳定发展,人口流动与交通运输活动日益频繁,建筑结构与基础设施的建设对新型高性能工程材料的需求愈加迫切。同时,在环境荷载耦合作用下,服役年限较长的建筑结构与基础设施存在一定的安全隐患,对其进行有效地维护与加固也成为了函待解决的问题。高性能纤维增强复合材料具有轻质高强、优良耐久性能等优点,契合工程领域所大力倡导的节能环保、经久耐用的主题,在建筑结构与基础设施的建设以及维护与加固中得到了越来越多的应用,成为今后土木、交通与海洋工程领域重点发展的方向之一。

钢板屈服对CFRP-钢界面粘接性能影响的试验研究

为研究钢板屈服对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)-钢粘接界面的性能影响,开展了一系列CFRP钢双搭接粘接节点拉伸试验和有限元模拟。以钢板厚度和CFRP粘接长度为变量,通过拉伸试验得到了钢板屈服条件下的节点拉伸荷载-位移曲线、有效粘接长度和失效模式。试验结果表明,15 mm厚钢板的粘接节点在破坏之前表现为弹性状态,而8 mm厚钢板的粘接节点在破坏前钢板已经屈服并进入塑性状态。钢板屈服使得节点的荷载-位移曲线由线性变为非线性,且钢板屈服时节点的失效位移增加;随着钢板屈服,节点的失效模式由CFRP层离破坏变为CFRP层离和钢板-胶层界面脱粘混合模式,且随着钢板屈服程度的增大,钢板-胶层脱粘面积也在增大。根据本文所采用的节点试件及所选取的材料属性,当8 mm厚钢板节点在出现钢板屈服后,其最大失效位移约为15 mm厚钢板节点的4.2倍,但其承载力仅为15 mm厚钢板节点的69.92%。即节点由于钢板屈服所获得的延性是以节点承载力降低为代价的。从有限元结果可以发现,当钢板屈服程度增加,节点失效位置将会从接头处转移至粘接接头远端,有效粘接长度也随之减小。

基于应力判据法的施工期岩爆预测研究

九岭山隧道为单洞双线铁路隧道,全长15 371 m,最大埋深约862 m。隧道所处地形起伏大,隧道穿越地层较复杂,九岭山隧道开挖后,深埋段岩体因受高围压作用,产生岩爆现象。通过工程实测地应力成果,基于应力解除法的二次应力测试,并采用应力判据法,对掌子面前方进行岩爆预测,结果分析表明:DK1690+130～DK1690+500为中等岩爆区域;卢森、王元汉、王兰生等应力判据的结论更适合九岭隧道岩爆情况,建议在岩爆预测中为主要岩爆发生判别依据。