基于位移等代法的深部直墙半圆拱形隧洞松动圈厚度预测

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象,根据位移等代法基本原理,利用FLAC~(3D)数值模拟和理论计算相结合的方式,建立了侧压系数λ为1.1~1.5,跨高比b_0/h为1.3~1.5条件下的等效圆半径函数关系式,并应用到江西曲江某煤矿水仓围岩的松动圈厚度预测。【结果】结果显示:根据等效圆公式计算出的水仓围岩松动圈的纵轴厚度为1.41 m,横轴为1.20 m,呈椭圆形;现场实测的松动圈也呈椭圆形,厚度平均值在1.15~1.45 m,其中最大均值在纵轴1.45 m,最小均值在横轴为1.15 m。理论预测值与实测值相吻合。【结论】结果表明:位移等代法适用于深部软岩松动圈厚度预测;所建等效圆半径公式具有良好的工程适用性,可为评价和预测类似隧洞工程松动圈厚度提供一种简化的、可借鉴的方法和思路。

爆炸作用下浅埋直墙拱结构的毁伤评估方法与毁伤判据选择

为提出1种针对爆炸作用下浅埋拱结构毁伤的可靠评估方法,对结构毁伤评估的方法和毁伤判据的选择展开了讨论。通过分析钢筋混凝土直墙拱的土中浅埋爆炸试验以及有限元计算结果,将直墙拱结构爆炸作用下的破坏模式总结为弯曲破坏、弯曲-剪切破坏、局部震塌破坏、局部冲切破坏四种破坏模式。总结了结构目标物理毁伤评估的一般思路,讨论了不同破坏模式下毁伤判据的选择,为结构的毁伤等级评估工作的开展奠定了基础。归纳了毁伤判据与毁伤形态、毁伤等级的映射关系,结合毁伤形态对数值模拟结果划分毁伤等级,并比较了不同毁伤判据对等级评估结果准确性的影响,可为毁伤评估判据的选取提供了参考。

不停航条件下跑道深厚软土地基处理方案研究

机场不停航施工通常会遇到净空要求严、作业时间短、对作业面平整度要求高等问题,本文以某软基机场跑道延长线为例,开展不停航施工条件下深厚软基处理方案研究。首先,总结分析了一期跑道的软基处理方案和勘察、监测及试验等成果,在此基础上,结合本场区的地层特性和软土参数的差异性,获得了本期软基处理设计的物理力学特性参数。其次,针对本场区存在深厚软土、不停航施工和净空限制等复杂条件,提出了直排式真空预压的地基处理方案;并针对软土上部土石混合料填筑层难以密封的问题,首次提出了自凝灰密封墙新技术,确保了设计要求的膜下真空压力。最后,采用PLAXIS软件对处理后的典型断面进行了沉降复核分析。截至目前,机场延长线已运行3年,沉降满足设计要求,该方案可为类似工程提供技术借鉴。

C-GIS气箱直焊缝夹具新结构新工艺改进

为充分发挥氩弧焊或气体保护焊生产能力,提升国内C-GIS充气柜气箱的生产质效,对原有气箱直焊缝夹具的对顶夹持不牢靠、夹头阻挡焊道、生产用时长等弊端进行改造。该文主要围绕减小薄壁件夹持易变形及夹头能够独立退让焊道等问题进行研究,用差动螺旋传动运动特性来实现对夹定位、用V型块机构来实现每个夹头的独立伸缩运动,并借助CAD软件对原有夹具关键结构工艺进行改造,最终能够实现每个气箱只需1次装夹、旋转3个工位姿态、完成气箱全部12条焊缝焊接作业,大大提升箱体焊接加工的质量和效率,也为实现自动化控制奠定基础。

新建地铁密贴下穿既有地铁结构施工关键技术研究

新建地铁密贴下穿既有地铁隧道结构易引起既有结构的变形,进而影响地铁正常运营,因此下穿既有隧道结构的施工面临极大的技术难度和安全风险。依托北京地铁3号线主体结构平顶密贴下穿既有2号线东四十条站工程,形成了一种针对平顶直墙的PBA施工工法,并总结了类似新建地铁密贴下穿既有地铁结构的施工关键技术。通过深孔注浆预加固土体,分布对称台阶法同步施工,施作初期支护及背后注浆填充,跳孔施工钻孔桩并采用丝杠支顶,及时施作二次衬砌等,实现未开挖土体预加固和既有结构的补强,达到控制结构沉降变形目的。

结合霍夫变换找墙体直线的沿墙导航算法

针对移动机器人沿墙导航过程中存在沿曲线墙体导航效果不佳、路径不够平滑等问题,提出了结合霍夫变换找墙体直线的沿墙导航算法。该算法由霍夫变换提取出当前位置障碍物中的直线,找到离机器人最近的直线作为沿墙参考直线,采集上一周期历史墙体直线状态和当前墙体直线状态决定机器人当前的运动方向,并根据当前墙体直线提取出沿墙导航预设路径进行导航,如此循环直至完成指定的沿墙导航任务。实验证明该算法可以在不同环境中较好地完成沿墙导航任务。

平顶直墙隧道CRD法下穿市政箱涵安全控制研究

随着城镇建设的推进,地铁暗挖隧道相关工程也越来越多。CRD法是适用于软弱地层的隧道施工方法,主要应用于城市地下铁道建设中。以呼和浩特市大学西街站1号出入口暗挖隧道下穿市政箱涵工程为背景,对其施工方案进行介绍,并对平顶直墙隧道CRD法施工下穿市政箱涵工程的安全控制进行研究。该工程应用“平直墙+CRD法”进行土体开挖,并采用深孔注浆并加以小导管注浆对土层进行加固。通过对现场实测数据的分析,得出暗挖隧道的拱顶沉降的最大值为7.3 mm,暗挖隧道水平收敛值最大为2.5 mm,满足变形控制要求,说明背后注浆以及支护方案合理。通过定义控制偏离系数,对既有结构的分析、评估,得到箱涵的结构状态为二级。

Numerical Simulation of Single Bubble Deformation in Straight Duct and 90°Bend Using Lattice Boltzmann Method

The paper aims to give a comprehensive investigation of the two dimensional deformation of a single bubble in a straight duct and a 90° bend under the zero gravity condition. For this, the two phase flow lattice Boltzmann equation (LBE) model is used. An averaging scheme of boundary condition implementation has been applied and validated. A generalized deformation benchmark has been introduced. By presenting and analyzing the shape of the bubbles moving through the channels, the effects of the all important nondimensional numbers on the bubble deformation are examined thoroughly. It is seen that by increasing the Weber number the rate of the deformation enhances. Besides, because of the velocity dissimilarity between the particles constructing the bubble, the initial coordinates and the diameter of the bubble play a great role in the future behavior of the bubble. The density ratio has a little effect on the shape of the bubble within the assumed range of the density ratio. Moreover, as the Reynolds number or the viscosity ratio is decreased, higher rate of deformation is exhibited. Finally it is found that there is an inverse proportionality between the amplitude and frequency of the bubble deformation.

隧道围岩结构面倾角对诱发岩爆的影响研究

为了解结构面倾角对诱发岩爆动力失稳行为的影响,通过采用GDEM数值模拟软件,开展了含不同角度闭合多节理的直墙拱形隧道在全断面开挖卸荷作用后对诱发结构面型岩爆的数值模拟研究,分析了隧道在开挖卸荷下围岩的裂纹扩展行为、应力变化、碎块体的体积与块体的弹射速度等力学特征。研究表明,由于围岩内节理倾角空间位置的不同,导致在隧道开挖卸荷后,容易在节理尖端围岩处形成应力集中,造成不同程度的应力重分布,改变了围岩裂纹的扩展行为和承载能力。且围岩破坏模式受结构面倾角的影响明显,缓倾角强化了结构面的抗剪切作用,不易形成岩爆。陡倾角易诱发压剪滑移破坏,诱发岩爆。研究结果对含节理隧道的开挖设计与灾害防治有重要的工程意义和学术价值。

循环加卸载下直墙拱形巷(隧)道应力松弛特性试验研究

针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程试验,得出了应力松弛规律,建立了应力松弛模型,探讨了应力松弛机制。结果表明:在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程均呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛规律一致,但随着循环次数的增加,应力松弛时间放缓,应力衰减损失程度在降低;低载荷下的应力松弛过程是巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程,内部没有损伤产生,整体未产生破裂;在中等载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道围岩应力松弛过程同样呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,随着循环次数的增加总体上呈现应力松弛时间放缓的趋势,最终同样表现为巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程;与低载荷下相比,中等载荷下的应力松弛过程变慢,内部有损伤产生,但后续循环未导致围岩破坏;在高载荷下的直墙拱形巷(隧)道围岩呈现拉应力持续增加和压应力持续减小的过程,巷(隧)道持续损伤破裂,侧帮产生层爆,最终形成V型爆坑,整体呈现两次明显爆裂破坏;采用分数阶微积分理论来描述循环加卸载情况下的应力松弛过程,建立了分数阶模型即应力松弛方程,拟合效果基本吻合;定义了应力松弛度,可以完全反映应力松弛全过程及松弛程度;工程上应采取措施阻止岩爆岩体松弛过程变形发展到临界状态。研究结果对岩爆机制、预测预警及硬岩长期稳定性分析等具有很好的指导和借鉴意义。

大跨明挖折板隧道对相邻设备区结构的影响

本文以石家庄市城区基础设施提升工程——白佛隧道附属设备区为研究对象,采用有限元计算软件进行数值计算,分析大跨直墙折板隧道结构由折板轴力产生的水平推力的受力机理及水平推力对相邻分离式设备区结构的作用,分析产生水平推力数值大小的影响因素,水平推力对设备区结构内力的影响,确定了分离式设备区结构合理的计算模型及设计方法。结果表明:大跨隧道折板结构的水平推力对相邻设备区侧墙内力影响较大。若设备区设计不考虑主线隧道折板的水平推力作用,会导致设计偏不安全。由此提出了设备区应采取的相应加强措施及减小隧道水平推力效应的措施。

普速铁路单线直墙式隧道衬砌厚度不足评价标准

采用衬砌加载数值模拟和层次分析法,分析了普速铁路单线直墙式隧道衬砌厚度不足对衬砌抗裂和抗压极限承载力的影响。结果表明:衬砌厚度不足对衬砌抗裂极限承载力的影响小于对抗压极限承载力的影响,且厚度不足并不一定会导致衬砌抗裂极限承载力降低,宜采用抗压极限承载力作为衬砌极限承载力;衬砌厚度不足时极限承载力降至无缺陷时的40%时,结构缺陷极严重。基于此构建两种评定方法,综合考虑两种方法的评定结果确定衬砌厚度不足等级。根据衬砌厚度不足缺陷长度和有效厚度比对极限承载力的影响,结合两种评定方法,建立了基于衬砌厚度不足缺陷长度比和有效厚度比的评价标准。

基于图像分析的直墙拱形巷道岩爆片剥试验

针对岩爆片剥研究的不足,基于ImageJ图像分析软件,开展了具有岩爆倾向性的直墙拱形巷道岩爆片剥试验研究,制作了可清晰观测巷道围岩临空面的试样;通过透明亚克力板材对试样进行约束,得到了全巷道临空面片剥现象。结果表明,随载荷增加,灰度孔隙率总体呈现下降趋势,表明巷道临空面超过灰度阈值的面积范围不断增加,灰度值在持续升高,应力在持续增加;随载荷增加,巷道临空面灰度均值总体上在增加,巷道临空面片剥前灰度值升高明显,说明应力在升高,达到临界应力后巷道临空面产生片剥;总体上来看,颗粒数量是在逐步减少。巷道临空面片剥前灰度孔隙率、灰度均值、颗粒数量均有明显变化,可通过这些参数来综合反映巷道岩爆片剥的演化规律及前兆,并通过图像分析来揭示岩爆片剥问题。

一种基于应变软化模型的直墙半圆拱巷道开挖计算分析

为研究软岩直墙半圆拱巷道的变形破坏规律,以梅花井煤矿1110208工作面为研究对象,基于应变软化模型来反映软岩的泥化以及膨胀特征,计算了直墙半圆拱巷道开挖后围岩中塑性区及支承压力分布情况。研究结果表明,应变软化模型受巷道围岩中铅直应力影响显著,当埋深较大时,巷道围岩中铅直应力显著增加;基于应变软化模型计算得到巷道围岩中塑性区分布面积显著增大,巷道顶板及顶板中的拉应力分布区也显著增加,应变软化参数对巷道围岩中塑性区分布影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石材料内聚力下降幅度越大,巷道围岩中塑性区分布面积越大;应变软化参数对巷道围岩中铅直应力最大值及最小值应变不显著,但对巷道顶板及底板中拉应力分布区影响显著;随塑性剪切应变增加,岩石内聚力下降幅度越大,巷道顶板及底板中拉应力分布区越大。

爆炸作用下浅埋拱结构轴向荷载分布

为探究土中浅埋直墙拱结构轴向荷载分布规律,利用LS-DYNA软件模拟了在不同爆炸距离和装药量条件下结构的轴向荷载分布情况。对比不同装药质量及不同爆炸距离作用下轴向荷载的分布形态发现,对于发生整体响应的结构,其轴向荷载分布形态仅受爆炸距离控制,并可用正态分布函数描述。基于对爆炸距离与荷载分布形态的函数关系拟合,得出了爆炸作用下拱结构轴向荷载分布形态的计算方法。基于正态分布置信区间理论,计算不同置信区间的结构响应,提出了一种确定拱结构轴向荷载计算范围的方法。

自密实混凝土拱形结构脚手架的力学性能研究

拱形结构造型优美、受力合理,在建筑结构的设计中被广泛使用,但是由于自身结构的复杂性,在对其进行浇筑时,胶凝材料的选取、安全性等方面,导致施工过程易出现一些问题。为研究拱形结构在施工过程中的安全性、稳定性及新材料C60高性能自密实混凝土的工程效果,以某大跨拱形结构为工程背景,利用有限元软件建立施工阶段拱形结构精细化模型,将荷载分为三种工况施加到模型中,综合分析脚手架在施工过程中的强度及稳定性,并结合现场施工情况对C60自密实混凝土的工程效果做出评价,得出了有益的结论。

直壁件数控渐进成形厚度均匀化研究

针对直壁件的传统数控渐进成形存在的厚度减薄大和分布不均的问题,提出了将待成形板料水平下移和倾斜下移相结合的直壁件二道次成形方法,即第一道次成形采用板料水平平行下移方式,第二道次成形采用板料倾斜平行下移方式。建立了各中间道次成形模型和生成各道次成形轨迹,并采用ANSYS软件对比分析了传统多道次渐进成形和提出方法的成形件厚度分布情况。结果表明,提出方法的直壁件成形质量优于传统多道次成形方法。

超大跨暗挖平顶直墙结构下穿桥桩研究

目前城市地铁建设发展迅速,以不同工法下穿桥梁等重大风险源工程项目越来越多,但是超大跨暗挖平顶直墙结构下穿桥梁的工程案例却很少见。以北京地铁16号线达官营站换乘通道结构为依托,通过平顶直墙结构导洞分幅、开挖、结构施作等各关键阶段施工对上部桥梁及基础的影响程度及可能带来的危害进行分析,制定出桥梁注浆、顶升加固等设计关键措施以及合理的施工工序。根据制定的措施及关键施工步序对上部的桥梁及桥桩安全性影响进行数值模拟分析评价,实现了下穿桥梁安全可控,并与实际监测数据进行了对比,进而验证了研究成果的适用性、合理性和科学性。

车站附属结构平顶直墙施工措施及控制要点

地铁车站位于城市繁华地段,出入口设置于两侧人行道,受地下管线的影响,及周边环境影响,洲石路站过街通道采用浅埋暗挖施工。附属出入口基坑开挖施工过程中,出现越来越多的平顶直墙结构,平顶直墙结构二衬施工时,临时支撑处理措施分两种形式:一是在二衬施工前更换支护;二是在二衬砌施工后更换支撑。通过总结以往施工经验,依托深圳地铁12号线工程洲石路站过街通道工程实践,研究形成一套暗挖平顶直墙断面后拆撑二衬施工工艺,操作简便、安全性高、节约成本、质量可靠、节约工期,总结相应的施工工法和关键技术。

望云煤矿开拓大巷穿越断层破碎带支护研究

为保障望云煤矿开拓大巷穿越断层破碎带的施工安全及长期稳定,通过钻孔窥视、数值模拟等方法,探究断层构造影响下围岩松动圈发育特征,以组合拱理论为基础对锚杆、锚索支护进行优化设计,采用可伸缩U型钢架提高支护强度,数值模拟验证支护方案的可行性,实现了快速顺利通过F15断层,为后续巷道支护及施工提供可靠参考。