考虑土体非均质性和孔隙水压力耦合作用的地下连续墙槽壁稳定性研究

针对非均质和富水地层中地下连续墙成槽施工诱发槽壁坍塌失稳的发生机理和破坏模式研究尚不透彻这一现状,利用空间离散技术构建了地下连续墙槽壁极限状态下的三维离散型破坏机制。基于该破坏机制和极限分析上限定理,通过将土体非均质特性和孔隙水压力引入内外能耗功率计算获得了极限状态下槽壁的安全系数目标函数。利用非线性规划算法对该目标函数进行优化计算,得到了地下连续墙槽壁安全系数的最优上限解。为了验证该方法的有效性,将计算得到的槽壁安全系数分别与已有计算结果以及数值模拟结果进行了对比分析,对比结果表明:该方法计算的安全系数与已有计算结果和数值模拟结果基本一致。在此基础上,考虑土体非均质特性和孔隙水压力的耦合作用对地下连续墙槽壁的安全系数进行了参数分析,分析结果表明:孔隙水压力和土体非均质性对地下连续墙槽壁安全系数有较大影响,地下连续墙槽壁安全系数随地下水位高度Hw的升高和黏聚力非均质系数kc的增大而减小,随重度非均质系数kg的增大而增大。

基于物理信息神经网络的盾构隧道诱发地表沉降预测

地表沉降是城市复杂环境下盾构隧道施工重点关注的问题。传统机器学习方法在预测隧道施工诱发地表沉降时忽略了其内在的物理机理,存在对训练样本需求量较大的弊端。基于深度神经网络(deep neural networks, DNN)对Verruijt-Booker解的围岩位移因子进行修正,构建地表沉降与隧道开挖面空间位置的关联。将修正后的Verruijt-Booker解的物理方程耦合至另一并行的DNN框架中,构建数据-物理双驱动的物理信息神经网络模型(physics-informed neural networks, PINN),从而约束神经网络在满足物理机制的空间中进行训练。算例分析的结果表明:在同等配置的条件下,提出的PINN模型的预测效果显著优于单一数据驱动的传统DNN模型,其外推泛化性能得到显著提升。工程应用的结果表明:PINN模型可以利用施工前期的实测数据,准确预测后续施工过程中开挖面在不同位置时监测断面的地表沉降值。提出的方法有助于提高盾构隧道施工过程中地表沉降控制的智慧化程度,可为工程的潜在风险及施工决策提供预警和指导。

考虑孔隙水压力效应和非线性破坏准则的浅埋地下洞室支护力上限分析

由于孔隙水压力的作用,位于饱和土体中地下结构的力学和变形特征与完全干燥土体中的结构有很大不同。根据浅埋地下洞室的非线性破坏特征构建了一个新的曲线形破坏机制,并将孔隙水压力做的功率作为一个外力功率引入极限分析上限定理的虚功率方程中,推导了孔隙水压力作用下饱和土体中浅埋洞室支护力和速度间断线上限解的解析表达式。利用变分原理,对此支护力的上限解进行了优化计算,得到了支护力的最优上限解,并对单一影响参数变化下的支护力随埋深变化规律和洞室顶部塌落面的形状进行了研究。研究结果表明:孔隙水压力对饱和土体中浅埋洞室的支护力和塌落面均有重大影响;支护力和塌落面都随孔隙水压力系数的增大而增大。

基于Hoek-Brown破坏准则的浅埋条形锚板抗拔力上限分析

现有的锚板极限承载力研究大多是采用线性或非线性Mohr-Coulomb破坏准则在砂质地基中进行的,然而Mohr-Coulomb破坏准则并不适合分析岩质地基中的抗拔结构。采用Hoek-Brown破坏准则构建了一个曲线型的破坏机制,根据极限分析上限定理求出了条形锚板抗拔力的表达式。通过变分计算,得到了极限状态下条形锚板的抗拔力和岩体破裂面的上限解。为了证明所采用方法的有效性,当材料参数B=1时,采用与Mohr-Coulomb破坏准则等效的土体参数,计算了曲线型破坏机制下条形锚板的极限抗拔力,并与已有计算结果进行了比较。结果表明,采用曲线型破坏机制得到的锚板极限抗拔力与直线型多块体破坏机制的结果基本一致,证明了所采用的曲线形破坏机制是正确的。参数研究表明:在其他参数不变的情况下,锚板极限抗拔力和破坏面都随岩体参数B的增大而减小。

考虑渗透力和原始Hoek-Brown屈服准则时圆形洞室解析解

采用原始Hoek-Brown非线性屈服准则,推导了渗透力作用下圆形洞室弹塑性解析表达式。根据解析公式,绘制了渗透力作用下基于原始Hoek-Brown屈服准则的围岩特性曲线、塑性区半径与洞壁支护力关系曲线、塑性区半径与围岩自重应力关系曲线,并与基于Mohr-Coulomb屈服准则以及不考虑渗透力的图形进行了对比研究,研究表明:应用原始Hoek-Brown屈服准则求出的洞室径向位移和塑性区半径都大于应用Mohr-Coulomb屈服准则求出的结果;在围岩情况较好的条件下基于原始Hoek-Brown屈服准则计算的塑性区半径远大于基于Mohr-Coulomb屈服准则算出的值;渗流效应对地下洞室的塑性区半径和洞壁径向位移的影响十分显著。

地下水渗流作用下的盾构隧道开挖面安全系数上限分析

利用数值模拟技术对地下水渗流情况下盾构隧道开挖面的渗流场进行模拟,获得了隧道开挖面周边各节点的孔隙水压力。基于极限分析上限定理,利用各节点孔隙水压力计算出隧道开挖面上限破坏机制中的孔隙水压力功率,并将其视为一个外力功率代入虚功率方程中,构建出考虑渗流影响的开挖面安全系数目标函数。通过非线性序列二次规划法对该目标函数进行优化计算,得到开挖面安全系数上限解。利用强度折减法验证了该方法的有效性,并将其用于考虑地下水渗流作用的盾构隧道工程实例分析。研究表明:在考虑地下水渗流的情况下,开挖面安全系数随土体黏聚力、摩擦角、开挖面支护力的增大而增大,随地下水位的升高而减小;开挖面的破坏范围随摩擦角的增大而显著减小,但地下水位线的位置对开挖面的破坏范围影响较小。

渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解。绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线。研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大。

基于自定义本构模型的盾构隧道开挖面极限支护力研究

为了分析岩土体的非线性破坏特性对盾构隧道的开挖面极限支护力的影响,利用FLAC3D提供的二次开发平台,开发基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则的自定义本构模型。调用该本构模型对盾构隧道的施工过程进行数值模拟,得到非线性M-C破坏准则作用下盾构隧道开挖面极限支护力的数值解。利用切线法将非线性Mohr-Coulomb破坏准则引入上限分析的能耗计算中,获得非线性破坏准则作用下盾构隧道开挖面支护力的上限解。通过将数值解和上限解进行对比,证明采用自定义本构模型计算的盾构隧道开挖面极限支护力是正确的。

单拱4车道公路隧道不同施工方法下初期支护力学特征研究

由于单拱4车道公路隧道通常采用扁平的拱形结构形式,从而导致隧道开挖后围岩的二次应力分布不均匀,初期支护的支护效果不佳。为了研究采用不同施工方法时各种初期支护手段的力学特征,采用有限差分软件FLAC3D对不同围岩条件下单拱4车道公路隧道的施工动态过程进行了三维数值模拟,得到了不同施工方法下初期支护的应力和位移特征。通过比较分析这些力学特征,提出了不同围岩条件下使初期支护达到最佳效果的施工方法。

基于流固耦合理论的浅埋隧道稳定性系数分析

基于流固耦合原理,在考虑渗流效应的作用下,对浅埋圆形隧道、双线铁路隧道、两车道公路隧道的围岩稳定性系数进行了计算.分析了围岩级别、隧道断面形式、是否渗流三个因素对围岩稳定系数和围岩塑性区分布范围的影响.结果表明:在断面形式和围岩级别一致的情况下,渗流效应对围岩塑性区的分布范围有重大影响;在影响围岩稳定系数的三个因素中,隧道断面形式和围岩级别对围岩稳定系数影响较大,而渗流影响相对较小.

基于三维破坏机制的浅埋硐室塌落面上限分析

鉴于二维破坏机制无法真实反映实际工程中浅埋硐室顶部围岩的三维破坏特征,将二维破坏机制扩展到三维空间中,构建了一种新的浅埋硐室顶部围岩三维破坏机制。通过计算三维破坏机制中的内能耗散功率和外力功率,得到了包含速度间断面方程的目标函数。利用变分法,对该目标函数求极值,得出了浅埋硐室顶部围岩塌落体曲面方程的上限解。在此基础上,绘制了塌落体的三维图像,并分析了塌落体随单一影响参数变化而变化的规律。研究结果表明:当地表荷载较大且支护力较小时,隧道顶部围岩的潜在塌落范围较大,不利于维持浅埋硐室的稳定性。

大断面高速铁路隧道施工方法的三维数值研究

针对大断面高速铁路隧道施工过程中出现的复杂施工力学问题,以花甲山高速铁路隧道为依托工程,采用三维数值软件对花甲山隧道的施工动态过程进行数值模拟,得到了隧道围岩的应力、位移分布特征和地表变形规律,通过与现场实测数据进行对比,总结出大断面高速铁路隧道的动态施工力学特征,为大断面高速铁路隧道施工方案优化提供依据.

土木工程专业双语教学中的问题与对策

在我国改革开放大潮中和高等教育高速发展的背景下,"双语教学"应运而生,如火如荼。然而,一些教育者和教育管理人员对"双语教学"的科学定义理解上有偏差。另外,在师资建设、科目的确定、教材的选用、语言环境的改善等方面,高校都面临一系列的挑战。近年来,随着我国交通运输事业的飞速发展,海外工程项目不断增多。土木工程工程技术人员需要精通当地的官方语言,才能保证工程施工的顺利进行。因此,如何在土木工程专业课中开展双语教学成为高校土木工程学科面临的一个崭新课题。

单拱四车道公路隧道施工方法的三维数值研究

单拱四车道公路隧道由于跨度特大、断面形状扁平、施工方法复杂,造成其在施工过程中应力分布不均匀,拱脚应力集中,从而极易导致围岩发生失稳乃至坍塌.利用大型有限差分软件FLAC3D对单拱四车道隧道在不同围岩条件下采用不同施工方法的施工动态过程进行三维数值模拟,得到了各种施工方法下隧道围岩应力、位移和塑性区的力学特征.通过比较分析这些力学特征,得出了不同围岩条件下最合适的施工方法.

论教参在土木工程课堂教学中的使用

教参是教师的得力助手,在备课和课堂教学过程中,教参可以帮助教师扩展教学思路,丰富授课内容,节省教师查找资料的时间,为教师的课堂教学提供很大的便利。但是教参又不是万能的,其作用具有一定的局限性。一个好教师就是要善于从各种教学参考资料中吸取对自己有用的东西,在参考和借鉴别人资料的过程中,不搞"拿来主义",不是"人云亦云",而要"去粗取精","去伪存真",有错必纠,填空补缺,使自己的教学内容和教学形式达到一个最高境界。

循环爆破荷载作用下小净距隧道中夹岩的累积损伤特征分析

为了研究循环爆破荷载对小净距隧道中夹岩的影响,以六月田分岔隧道为工程背景,采用LS-DYNA有限元软件建立分岔隧道的三维模型。基于HJC本构模型,通过引入损伤变量,模拟循环荷载作用下小净距隧道保留岩体的累积损伤演化过程,探讨中夹岩累积损伤程度、损伤范围与爆破次数之间的关系;在此基础上,根据损伤区质点振速衰减规律,通过数据拟合,建立单次爆破装药量、最大损伤范围与临界损伤峰值质点振速之间的函数关系;最后利用现场的声波测试结果与数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的合理性和准确性。研究结果表明,数值模拟结果与现场测试结果较为吻合,最大损伤范围出现在中夹岩的拱肩;相比单次爆破,循环多次爆破开挖造成的累积损伤范围明显增加,临界损伤峰值质点振速显著降低。

浅埋偏压矩形单洞隧道围岩压力极限上限分析方法

探讨将极限平衡理论引入浅埋隧道围岩压力分布进行浅埋隧道围岩压力上限计算的可行性。针对偏压浅埋矩形单洞隧道情况,通过引入水平偏压荷载系数的方式,讨论浅埋偏压矩形单洞隧道围岩压力的上限分析方法,并对获得的隧道围岩压力目标函数采用非线性规划方法进行优化计算。结果表明:水平和倾斜地表条件下,本文方法计算结果与已有计算结果均接近,可以证明本文方法的有效性。地表倾斜角度、围岩抗剪强度参数、隧道埋深、围岩容重和围岩计算内摩擦角均对浅埋偏压矩形单洞隧道围岩压力和破坏机构存在显著影响;极限平衡状态下偏压浅埋隧道会出现显著的非对称性破坏,破坏范围整体向埋深较大一侧偏转,工程实际应用中偏压效应和正确计算参数选取对分析偏压浅埋隧道稳定性极为重要。

基于模糊数学和粒子群算法的边坡参数反分析

传统的利用边坡位移进行力学参数反分析的方法构造的目标函数较为简单.为了体现滑坡土体的不同性质,文中在传统优化方法的基础上,分析了滑坡体内部土体的位移特点,并将滑坡土体分为滑坡床、滑坡面和滑坡体3个类别.然后分别利用模糊数学和粒子群算法求得不同位置土体对3个类别的隶属度以及3个类别的位移权重,并根据土体的隶属度和3个类别的权重构造目标函数.新的目标函数能够反映不同位置土体的滑移特征.最后计算了文中方法和传统方法的目标函数对强度参数的敏感度,结果表明利用文中方法的构造的目标函数对强度参数的敏感性较强,新方法的应用效果较好.

浅埋三孔隧道围岩位移场解析解研究

隧道围岩应力和变形分析是隧道设计的重要内容。随着交通路网的不断发展,同时受地理环境的限制,多孔小净距隧道不断被采用。但对于浅埋三孔及以上孔洞隧道围岩位移场解析解在数学处理上,仍存在一定的困难。采用复变函数法研究浅埋三孔平行隧道围岩的平面弹性解析解,为求解浅埋多孔隧道围岩的弹性解析解打下基础。该解法利用Schwarz交替法,通过一定的迭代次序,将一个多连通域问题转化为一系列的单连通域问题,再利用复变函数法对各个单连通域问题分别进行求解,最终得到该问题的解析解。最后,通过算例给出隧道地表沉降与净距关系曲线。

Hoek-Brown准则下岩质边坡的GSI反演

利用极限分析上限定理,基于Hoek-Brown准则,求出边坡的临界滑动面的方程。并研究Hoek-Brown各参数的性质,将岩体地质强度指标(GSI)作为反演对象。通过研究,分析GSI与潜在滑动面深度的关系,绘制不同坡率下滑动面深度随重度γ及边坡高度H的变化规律。研究结果表明:对于岩质边坡,可以各位置的滑动面深度对GSI进行反演。最后,通过算例证明利用本文方法获得GSI反演值与既有结果符合较好,证明了本文方法的可靠性。