高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明:1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。

墙顶支撑对开挖前抽水引发基坑变形控制效果研究

基坑内抽水可诱发基坑围挡向坑内偏转并进而导致坑外土体随动沉降;在基坑土方开挖前,由于基坑内的支撑体系尚不能被完整架设,仅坑内土体可起到约束围挡变形的作用,此时,坑内抽水引起的围挡偏转十分明显。本文系统研究了围挡顶部支撑对土方开挖前抽水引发基坑变形的控制效果,首先通过抽水试验探究了坑内外强水力连通时墙顶支撑对抽水引发基坑变形的影响,并建立了三维数值计算模型,研究了若干典型参数(如,坑内降水深度等)对围挡顶部支撑控制基坑变形效果的影响。研究发现,围挡顶部支撑仅能有效限制浅埋范围内的围挡侧移(本文约埋深11 m范围内),对深埋位置围挡侧移的限制效果十分有限,且随着降水深度的增加,变形控制效果越弱;对于开挖前抽水深度较大的工程,仅采用围挡顶部设置支撑的方法可能无法有效限制围挡侧移的发展;另外,围挡顶部支撑仅能有效限制基坑围挡后方一定范围内(本文约10 m)的地表沉降,且当坑内外有水力联系时,由于坑外水位下降是引起地面沉降的主导因素,围挡顶部支撑并不能明显体现限制坑外最大地面沉降的作用,此时,应结合坑外地下水回灌进行沉降控制。

深基坑咬合桩力学性状影响因素及敏感性分析

在淤泥填海地层开挖基坑往往会使围护结构产生严重变形,导致基坑失稳或垮塌。本文依托深圳某地铁明挖区间淤泥填海地层基坑工程,利用理正软件模拟深基坑开挖全过程,根据现场实测数据与模拟数据对比验证了模型的正确性,对该基坑咬合桩围护结构力学性状的影响因素进行分析,并基于正交试验分析其敏感性。结果表明:(1)围护结构嵌入深度与围护结构变形及受力性状密切相关;(2)当地面超载15 kPa、坑外水位7 m、围护结构混凝土强度C35及其嵌入深度10 m、土的黏聚力和内摩擦角均为原来的1.2倍时,围护结构变形及受力最小(I1II3III2IV3V3VI3是最佳组合);(3)对基坑围护结构水平位移、弯矩的最大影响因素分别是土的内摩擦角、围护结构嵌入深度。

上覆层填料物理力学特性对复合衬垫界面剪切特性影响研究

采用改进ZLB-1型三联流变直剪仪研究了填料特性对复合衬垫界面剪切特性的影响,得到上覆层填料不同物理力学特性在不同法向应力下的剪切应力-位移曲线。结果表明,黏土与砂土均出现了位移软化现象,且随含砂率增加,位移软化现象更明显;土工膜-钠基膨润土垫界面在复合衬垫界面中摩擦系数最低,且饱和状态下界面摩擦系数明显低于非饱和状态下界面摩擦系数。含砂率增加,复合衬垫界面间似黏聚力降低,似摩擦角先降低后增加再降低;含水率增加,似黏聚力和似摩擦角均先增大后减小。

真空预压-PVD排水板加固吹填土地基试验及数值模拟研究

对虎门港地区某施工现场典型吹填土开展了室内土工试验、真空预压-PVD排水板加固吹填土的室内单井模型试验,通过试验测量模型筒内的孔隙水压力、土体沉降量、排水板不同位置的真空度大小和试验排水量,并在模型试验结束后取模型筒内不同位置的土样进行直剪试验和含水率测定,对真空预压-PVD排水板加固土体效果和排水板淤堵问题进行了分析,并用Abaqus软件建立了相应的二维有限元模型,分析改变膜下真空度和改变排水板插入深度等因素对地基固结效果的影响。研究发现,土体的抗剪强度随着深度的增加而逐渐降低,土样的顶部沉降量最大,逐渐减少至中部以下土样的沉降仅有轻微差异,受淤堵层的影响,排水表现出在排水开始时排水量迅速增加,达最大值后逐渐减小,最后趋于稳定的现象;而随着膜下真空度的增大和排水板打设深度的增加,地基固结效果越好。

基于“三建设四融合”的一流本科课程建设与教学实践分析

文章针对“隧道工程”课程教学中存在的问题困境,开展“学生中心-三建设四融合-持续改进”课程教学新范式的改革与创新,建设具有自主知识产权的规划教材、课程网站、案例系统,并融合思政元素、工程案例、科学研究、信息技术,改进教学方法,优化重构教学内容,注重过程学习,借鉴中华古诗词等传统文化,提高课程立德树人效果;坚持持续改进与跟踪反馈,对毕业生以后遇到隧道相关问题提供在线答疑与科研服务,并反哺教学;相关思政素材放在教师QQ空间/朋友圈/课程网站,让学生可随时浏览,实现时时处处可以进行课程思政学习。

多含水层体系基坑抽水诱发邻近建筑桩基受力变形特性

深基坑抽水常可导致多含水层水位同时下降,并由此诱发邻近桩承建筑明显沉降;然而,基坑抽水施工时却难以获取邻近建筑桩基的荷载传递数据,该条件下的桩基受力变形特性与桩-土相互作用机理尚不十分清楚。为此,文章在天津某多含水层基坑工程场地开展了现场抽水试验,分析抽水过程中邻近桩承建筑沉降的发展规律,并基此建立三维有限元模型,进一步研究不同抽水工况下邻近群桩受力变形特性与荷载传递规律。研究表明:多含水层体系基坑抽水过程中,邻近桩承建筑沉降随时间的发展相对于坑内水位下降来说呈现出明显的非同步性和滞后性,这是由于基坑外各含水层在其间弱透水层的水力阻隔作用下呈现出不同步的水位下降(浅层水位下降滞后于深层水位下降),相应地,浅层含水层中桩侧摩阻力(或负摩阻力)发挥也将滞后于深层含水层中桩侧摩阻力发展,因而导致了桩承建筑在坑内水位稳定后的持续沉降,桩身轴力也为此不断增大。另外,研究还发现基坑抽水可引起邻近建筑群桩发生偏向基坑的侧移,且群桩中不同位置基桩的侧移模式不同,靠近基坑的基桩呈悬臂式侧移,而远离基坑的基桩呈鼓肚式侧移,由此而引发不同位置基桩产生不同程度的附加弯矩。在密集城市环境中的建筑桩基结构设计中,若该建筑周边已明确规划有大型建筑设施时,可适度考虑放大先建建筑桩基结构设计弯矩与轴力以确保建筑结构在后续邻近地下施工过程中的稳定安全,但与此同时,应更加注重后建基坑的变形监测与控制。

土木工程岩土地下方向毕业设计质量实践分析

为了提高土木工程专业地下方向毕业设计质量,从毕业设计分组、选题、指导方式、过程控制、答辩等方面介绍了湖南科技大学土木工程学院岩土与地下工程系毕业设计的实践经验。其中,毕业设计分组在大三下半学期的期末开始,分组指导老师负责该组学生的生产实习及毕业实习、毕业设计;选题以工程实际背景为主,与实习工地和以后工作结合;指导方式以指导老师为主,系部老师共同指导。过程控制是建立毕业设计QQ群随时掌握进度和答疑,每周开见面会,要求带上书面的资料进行答疑,并做记录。答辩采取分组答辩与二次答辩,第一次答辩分普通组和优秀组,优秀组答辩要求做PPT汇报,第一次答辩不通过,采取修改毕业设计说明书和图纸,重新二次答辩,且论述岩土与地下工程所提出的毕业设计为成绩评定方法。并就目前关于毕业设计中涉及的电算与手算问题、毕业设计重复率的查重问题谈了几点看法。

坑内隔墙高度对基坑挖前抽水测试引发围挡偏转的影响

基坑挖前抽水可诱发明显围挡变形,而常用的墙顶支撑方案尚不能很好地防控围挡深部位置变形。近期,有学者针对软土地区基坑施工常用的“坑内布设隔墙的分区段施做方法”,提出了“考虑隔墙支护效应”及“优化布置隔墙”的变形防控理念,实现了基坑挖前抽水引发变形的有效控制。为进一步优化坑内隔墙的布置,本文开展了隔墙高度对挖前抽水引发变形的影响研究。针对某具体基坑工程,通过一系列数值分析,探究了在不同抽水深度、隔墙高度条件下挖前抽水引发的基坑围挡变形特性,并基此提出了隔墙在深度方向的优化布置方案。研究表明,隔墙在深度方向的布置范围对其变形控制效果有很大影响,具体地,在降水深度范围内布设隔墙可显著减小抽水引发的围挡侧移,而降水深度以下的隔墙布设对围护结构侧移的控制作用十分有限。为兼顾经济性与变形控制效果,建议将隔墙顶面设置在降水深度(H_(d))以上0.33~0.67 H_(d)位置处,隔墙底面设置在H_(d)处;但当坑外存在对变形敏感的深埋结构时,可将隔墙底面进一步向下延伸1/3 H_(f)(H_(f)为降水深度至围护结构底面距离)以达到控制深埋结构变形的目的。

开挖卸荷-射孔压裂下高应力硬岩的应力分布与裂纹扩展

本文以深部硬岩矿山中射孔压裂辅助机械开挖为背景,推导了开挖卸荷-射孔压裂下应力分布理论模型,并基于离散元法建立了开挖卸荷-射孔压裂的流固耦合数值模型。通过与理论模型对比,验证了数值模型的准确性,并进一步研究了开挖卸荷下单射孔位置x_(0)、注液压力p_(t)、射孔长度h_(f)以及双射孔压裂对裂纹扩展规律的影响。结果表明:开挖卸荷-单射孔压裂下不同射孔压裂参数x_(0)、p_(t)、h_(f)对应力分布规律的影响不同。随x_(0)、p_(t)、h_(f)的增大,开挖卸荷-单射孔压裂下裂纹数量均有所增多,但裂纹扩展规律存在明显差异。在开挖卸荷-双射孔压裂下,压裂效果优于单射孔压裂,随hf的增大,裂纹数量增多,双射孔中间区域裂纹贯通。

集中实习和分散实习相结合的土木工程专业实习模式改革探索

实习教学是土木工程专业培养合格工科大学生的重要环节,为有效提高土木工程专业学生实习效果,文章根据土木工程专业的培养目标和教学实际,基于集中式实习和分散式实习的特点,提出了集中实习和分散实习相结合的实习模式改革探索,建立了“集中实习—分散实习—轮换式集中实习—小组式集中实习”的实习新模式,重点探讨了新实习模式的应用过程及其效能评价,可为改革土木工程专业现有的实习教学提供借鉴参考。

大断面红黏土隧道围岩变形监测与预测

以江西某隧道项目为例,通过对其Ⅴ级围岩的周边收敛及拱顶、地表沉降数据进行处理、回归分析及对比,有效提高现场施工数据的准确性,优化施工设计,保证施工安全。

基于改进山本法的浅埋隧道支护结构受力特性研究

隧道支护结构计算时常假定为正圆形,但与工程实际存在差异。本研究结合谢家烋围岩压力计算理论,改进日本山本法支护结构计算模型,提出一种山岭浅埋隧道三心圆支护结构计算模型。应用于某红黏土隧道支护结构,将改进山本法计算结果与山本法、隧道设计规范电算结果和现场实测值比对。研究结果表明:改进山本法所得围岩压力和支护结构轴力结果与实测数据最接近,最大误差12.9%,且趋于安全;改进山本法所得弯矩结果显示拱脚处弯矩最大,与现场结构破坏形式相符;根据计算结果确定荷载集中部位,制定专项加固方案,保证隧道施工和运营安全。研究成果可为优化类圆形隧道断面理论提供参考,为隧道支护结构计算提供一种新方法。

复杂层状岩层隧道塌方原因分析与加固后信息化施工技术

关口垭隧道右洞Yk73+955～Yk73+925段在施工过程中出现塌方,从层状岩层分布、偏压和雨水侵蚀作用以及前期地质勘测欠准确等方面分析塌方原因,结合工程具体情况,比较分析超前小导管和长大管棚处理方案的优缺点,选择超前小导管预注浆辅以工字钢处理塌方区,在处理段增设监测断面,通过监测隧道的收敛位移和拱顶下沉量以及钢拱架的内力反映隧道围岩的稳定状况,量测结果表明,在一定时间内围岩达到稳定,表明采用超前小导管预注浆方法处理隧道塌方区效果良好。

浅埋偏压大跨花岗岩残积土小净距隧道合理间距研究

针对花岗岩残积土浅埋偏压大跨小净距隧道合理间距与偏压程度的关系问题,引入偏压率P,通过建立洞口段1:7,1:5和1:3共3种边坡坡度的偏压小净距隧道模型;基于FLAC3D软件,研究花岗岩残积土围岩小净距隧道施工工法优化和不同偏压率P对其最小合理间距的影响。研究结果表明:双侧壁导坑法较适合偏压率为1.13的小净距隧道施工,最小合理间距为24 m,中间岩柱是最薄弱部位;岩柱上方地表沉降最大,靠近岩柱两侧隧道支护锚杆轴力最大,在施工过程中塑性变形较严重,进一步验证了数值模拟结果的合理性,因此,在施工时应优先加固岩柱的上岩盘,同时兼顾加固中岩盘和下方岩盘,确保中间岩柱稳定。

偏压双连拱隧道信息化施工与仿真分析

针对湖南一高速公路偏压双连拱隧道进口段埋深浅、地质条件复杂以及隧道结构受力复杂等情况,对隧道典型断面的拱顶下沉量、中墙顶部位移和收敛位移进行现场监控量测,结合隧道开挖情况和工程地质条件分析其发展规律和产生原因,给设计和施工反馈围岩变形信息,指导现场施工。同时,对隧道的施工全过程进行有限元仿真模拟分析,把有限元计算结果与现场监测数据进行比较,结果表明二者反映围岩位移的变化规律是一致的,能够动态地指导偏压双连拱隧道全过程施工,确保施工安全。

隧道塌方区加固后的施工监测与仿真分析

常德—张家界高速公路关口垭隧道右洞YK73+925～YK73+955段在施工过程中出现塌方,分析塌方原因后,结合工程具体情况,采用超前小导管预注浆辅以工字钢拱架处理塌方区,在处理段增设2个监测断面,并利用有限元法进行数值模拟分析,现场监控量测和有限元计算得到隧道收敛位移和拱顶下沉规律基本一致,且小于规范允许值,表明超前小导管预注浆方法处理塌方区效果良好。

连拱隧道的设计理论与动态施工力学研究

随着山区高速公路的飞速发展,不少连拱隧道已经或正在修建,但由于该种隧道结构的复杂性,其设计施工往往采用经验类比方法,并结合应用有限元进行动态施工力学分析,再通过现场施工的监控量测成果修改设计,指导施工。文章分别对我国公路连拱隧道的设计理论、实施现场施工量测情况、隧道动态施工力学分析研究作了一些综合概述。最后针对目前连拱隧道设计施工中存在的问题作了一些展望。

基于Hoek-Brown准则对围岩松动圈半径的推导及改进

针对服从Hoek-Brown准则的节理岩体圆形隧道,根据隧道开挖后的围岩分为破裂剧烈区、塑性软化区、弹性区的特点,推导了圆形隧道在轴对称时松动圈半径的表达式。Hoek-Brown准则中扰动参数D表征的是岩体受扰动的程度,而对其如何取值的相关研究较少。为提高所推导围岩松动圈半径表达式的精确性,采用可拓学理论,综合考虑爆破损伤、卸荷影响、岩体完整性指标Kv、围岩级别四个因素来判断岩体受扰动情况,在物元模型的理论基础上得到了扰动参数D的取值方法。最后运用新的岩体扰动参数D得出了围岩松动圈半径解析解,并在现场采用地质雷达对隧道的不同断面进行了实测,得到了不同隧道断面6组围岩松动圈的半径,将实测值与对应的计算值进行对比分析,二者相对误差约为4.5%,验证了本文理论解的正确性。

三向应力作用下的Rankine被动土压力公式

基于Mohr-Coulomb理论推导的Rankine被动土压力计算公式,只考虑大小主应力的影响,没有考虑中间主应力的影响,而三向应力作用的双剪强度理论克服了Mohr-Coulomb屈服准则的不足,使被动土压力公式在三向应力作用下推导出来,更加符合实际,实例演算表明三向应力状态下的被动土压力值大于经典Rankine被动土压力值,计算结果用于设计更偏于安全。