基于总安全系数法的宜兴高速铁路隧道支护参数优化与试验

隧道支护结构设计总安全系数法的应用,可实现隧道支护结构设计由类比设计向量化设计转变。依托宜兴高速铁路(宜昌—兴山)优化试验段,基于总安全系数法对隧道支护参数进行优化,结合现场测试将优化后支护参数的设计值和实测值进行对比。结果表明:与原设计方案相比,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下,优化后支护参数的经济性指标最多可降低5.24%、23.85%、22.61%;Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下,隧道施工进度指标最多可提高29.6%、40.0%。通过现场测试,围岩压力设计值均大于实测值,喷射混凝土层安全系数设计值均小于实测值。优化后支护参数均满足安全要求,总安全系数法可靠。

基于总安全系数法的喷射混凝土支护承载能力的试验研究

为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏全过程,依据破坏状态明确喷层与二次衬砌的设计承载能力,试验中监测围岩应力应变、喷层内外侧应变和喷层位移,结合监测结果分析喷层与二次衬砌在承载过程中的变形特征与受力特征,明晰喷层与二次衬砌的承载机制,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。结果表明:1)在试验断面条件下喷层受力状态为小偏心受压,喷层与围岩之间的粘结能有效传递剪力,从而减少了喷层的弯矩,有利于充分发挥喷层的抗压强度,同厚度情况下喷层的设计承载力要高于二次衬砌;2)试验得到的厚度为2 cm和4 cm喷层的设计承载力比总安全系数法理论计算结果分别大27.0%和22.9%,表明总安全系数法的喷层承载力计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

基于总安全系数法的系统锚杆支护承载能力试验研究

鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞与不同间距系统锚杆支护下的锚−岩承载拱结构承载试验。通过监测围岩内部应力−应变、隧道位移与锚杆应变,分析了围岩与锚杆材料的破坏状态与破坏荷载,研究了锚−岩承载拱变形与受力特征、锚杆轴力分布。对比分析了模型试验的结构承载力与总安全系数法理论下锚−岩承载拱的计算承载力。研究结果表明:锚杆能有效地与围岩协同承载,显著增加围岩的侧限力,提高围岩抗压强度与承载能力;试验得到的锚−岩承载拱承载能力与理论计算结果较为吻合,表明了总安全系数法的锚−岩承载拱计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

基于允许可靠度的薄壁圆筒静强度安全系数

为建立钢制单层承压薄壁圆筒静强度的可靠性设计技术,当圆筒静强度与载荷分别符合正态分布且静强度分布参数为区间值时,应用概率论知识,构建了圆筒静强度在不同工况的可靠度系数、安全系数和工况系数三者之间的关系。研究表明:1)在一般气压试验或气液组合试验时,圆筒屈服强度的允许可靠度系数应不小于1.549且不超过2.115,爆破强度的允许可靠度系数应不小于4.081且不超过5.414。2)在一般液压试验时,圆筒屈服强度的允许可靠度系数应不小于0.605且不超过1.005,爆破强度的允许可靠度系数应不小于3.304且不超过4.430。3)在正常操作时,圆筒屈服强度的允许可靠度系数应不小于1.961且不超过2.484,爆破强度的允许可靠度系数应不小于4.280且不超过5.456。4)在允许可靠度系数满足上述取值范围,且工况系数符合中国标准时,圆筒屈服安全系数可取1.40,爆破安全系数可取2.00。

基于安全系数的挤压性围岩隧道围岩稳定性研究

从挤压性围岩概念出发,采用抗剪强度表达的围岩安全系数法评价围岩稳定性,推导了用应力偏张量表示的围岩安全系数表达式,通过FLAC3D二次开发,实现围岩安全系数的数值表达.探讨了变形等级和断面形状对围岩稳定性的影响规律,并研究了注浆加固对围岩稳定性的影响规律.研究结果显示,与塑性区评价方法相比,围岩安全系数法可以实现任何位置的围岩破坏程度定量评价;围岩破坏边界呈蝴蝶形分布;隧道断面面积越大,围岩破坏范围越大;隧道越接近圆形,围岩相对破坏范围越小,圆形为最优断面形状;超前注浆加固对围岩稳定性的改善效果优于径向注浆加固.研究结果为挤压性围岩隧道结构设计和施工变形控制提供参考。

基于相对安全率的新型挡土墙安全系数标定

[目的]为解决挡土墙设计中安全系数存在无法考虑土体参数不确定性影响的缺陷,进行新型挡土墙安全系数标定研究。[方法]通过结合相对安全率的定义和不确定分析方法,进行不确定性分析,得到可靠度指标相对安全率,并结合相对安全率的基本原理和新型挡土墙安全系数研究标定,最终得到新型挡土墙安全系数的标定值。[结果]结果表明,基于不确定性分析和相对安全率基本原理求得的抗倾稳定安全系数允许值为1.37,抗滑稳定安全系数允许值为1.39,与规范规定的安全系数标准值1.6存在一定差异。[结论]研究成果可为新型挡土墙安全系数标定提供思路。

辽河油田热采井套管瞬时安全系数计算及优选

辽河油田稠油热采井套管损坏现象频发,注汽过程中套管热应力过高是套管损坏的主要原因,考虑稠油热采工程地质参数对套管规格进行优选是解决该问题的关键。针对此,考虑高温条件下套管屈服强度以及弹性模量变化规律,采用有限元方法建立了温度-压力耦合作用下套管应力计算及分析数值模型,分析了热采过程中套管-水泥环-地层温度场变化规律,并且对该模型进行了验证,计算了温压耦合作用下套管应力动态变化规律,研究了套管规格参数(钢级、壁厚)和工程地质参数(注汽压力、地层力学特性)对套管应力的影响,得到了不同条件下套管安全系数变化规律。研究结果表明:当注汽温度升高时,套管的热应力会显著增加,导致安全系数降低。为了满足更高温度的热采环境,可以采用更高级别和厚度的套管钢材,并根据不同工程场景选择不同的套管钢级和壁厚。在热采井地层弹性模量下降时,套管内壁所受的热应力会减小。为了减小套管所受的热应力,可以调整注汽压力以降低其与地应力之间的压差。研究结果可为辽河油田热采井的套管优选和高温状态下套管的安全性评估提供依据。

基于点安全系数的滑面预测研究

为准确高效地确定出滑坡体可能的滑面形状及其位置,提高工程施工的效率和支护的有效性,对基于点安全系数的滑面预测方法及其应用效果进行研究。通过直接计算滑坡体各区域的点安全系数大小,再通过三维有限差分软件FLAC^(3D)结合点安全系数来预测滑面的具体位置以及形状,并与传统极限平衡方法以及强度折减法计算结果进行对比。结果表明,基于点安全系数的滑面预测方法与传统极限平衡方法以及强度折减法所得到的滑面较为接近,具有较好的准确性,同时该方法的计算效率很高。提出的新方法能为工程中边坡滑面的搜索提供一种十分快捷和准确的全新思路。

基于总安全系数法的甬舟铁路支护参数优化与试验研究

为解决传统复合式衬砌设计方法难以统一评价整体支护结构安全性的问题,结合支护参数优化理论和甬舟铁路实际工况,选取一个典型计算断面,采用数值模拟和总安全系数法对在不同围岩级别工况下优化后的支护参数进行安全性分析。结果表明,优化后的支护参数均满足安全性要求,说明总安全系数法用于支护参数的精细优化是可行的。

考虑隧道衬砌欠厚的结构安全系数评价方法研究

为提高隧道衬砌结构欠厚安全性评估的准确性,准确衡量隧道衬砌结构安全系数,结合隧道衬砌结构安全系数计算方法和数值模拟结果,研究衬砌拱顶、拱腰、拱脚3处出现不同程度、不同范围欠厚病害时,结构安全系数的变化规律,并基于假定体积强度等效原则,对各个衬砌结构欠厚病害影响因素进行量化,引入衬砌结构欠厚位置影响系数μ、规模影响系数λ和程度修正系数ψ,通过算例推演参数,构建了优化后的衬砌结构欠厚安全系数修正公式。研究结果表明:1)当衬砌厚度不足时,病害处安全系数下降明显,其他部位的安全系数基本没有变化;2)随着衬砌结构欠厚深度和范围的增加,衬砌各典型部位安全系数呈下降趋势,其中拱顶处下降幅度最大,拱腰次之,拱脚最小,但拱脚处安全系数最易受到影响而降低至规范要求以下;3)衬砌结构欠厚深度对安全系数影响的幅度较衬砌结构欠厚范围大。

安全系数法与分项系数法在边坡工程中的应用分析

以GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》为依据进行推导计算,建立安全系数法与分项系数法之间的对应关系,从而得出支护结构的验算时,隐式解宜作为标准值,显式解应作为设计值的结论。解决了现行规范中通过安全系数法计算剩余下滑力后,采用分项系数法进行支护结构验算时重复使用安全系数,导致支护结构过大的问题。

以自身辛苦指数换取群众安全系数 “防灾卫士”许斌

许斌,男,49岁,中共党员,2015年至今担任十堰市郧西县自然资源和规划局灾害防治股负责人、地质灾害应急中心主任,2019年3月至2022年9月期间兼任郧西县森林防火股(室)负责人。他曾被评为十堰市“抗灾先进个人”“地质灾害成功避险先进个人”。

基于正交试验的边坡安全系数影响因素敏感性分析

为了研究边坡安全系数的影响因素,考虑边坡土体粘聚力、内摩擦角、体积模量、密度、抗拉强度及边坡倾角,采用FLAC3D有限差分软件计算边坡安全系数,在分析模型网格疏密程度对计算结果影响规律的基础上,运用正交试验法对计算结果分析,研究影响边坡安全系数的各因素敏感性。研究结果表明,内聚力、内摩擦角、密度及边坡倾角对边坡安全系数的影响非常显著,敏感性影响程度从大到小依次为:内聚力、内摩擦角、密度、边坡倾角,且内聚力、内摩擦角与安全系数成正相关,边坡倾角、密度与安全系数成负相关;体积模量与抗拉强度对边坡安全系数的影响不显著。经过全长锚固支护后的边坡安全系数从0.96提高到1.22,锚杆支护在提高边坡稳定性方面有较好的效果。

基于安全系数的隧道衬砌优化设计探讨

考虑施工等因素,铁路隧道拱墙段二衬一般设计为等厚,并非按实际受力去调整尺寸,因此存在结构浪费等不合理问题。为探讨衬砌截面尺寸的合理性,文章基于安全系数,采用数值计算法,建立隧道衬砌不均匀厚度模型,设计多种工况研究隧道衬砌不均匀厚度对于衬砌安全性能影响规律。结果表明:不同部位尺寸变化对拱顶弯矩及安全系数影响程度不同,为拱顶>拱腰>边墙;隧道拱顶厚度减小时,在一定长度变化范围内安全系数增大,且双线隧道安全系数较单线隧道提高更明显;拱顶尺寸调整范围越小,拱顶安全系数变化越敏感,且安全系数对长度变化的敏感性更高;拱顶0.45B范围内减薄至75%,两侧拱腰及边墙同样在0.45B范围增厚至112%,在二衬工程量基本不变的情况下,拱顶安全系数可提高10%~20%。

关于传递系数法中稳定系数和安全系数的讨论

稳定系数和安全系数是滑坡防治工程中无法回避的两个关键参数。针对目前滑坡治理实践中关于稳定系数和安全系数在认识上和使用中存在的误区,通过梳理传递系数法形成和发展历史,讨论了目前经常使用的基于传递系数法定义的稳定系数的含义、具体计算方法,指出应掌握每种计算方法关于稳定系数的定义,不应盲目套用,对由不同计算方法得到的稳定系数,进行相互对比和验证没有实际意义,应重点关注计算结果与滑坡实际稳定状态之间的关系,积累使用经验;讨论了安全系数的确定原则,分析了与稳定系数的区别,指出稳定系数和安全系数是截然不同的两个概念,不应混为一谈。

曳引钢丝绳安全系数对汽车电梯曳引轮选择的影响分析

对曳引钢丝绳安全系数与曳引轮、钢丝绳盘之间的关系进行了理论推导和仿真分析。通过数值仿真得到3种不同安全系数的情况下,曳引轮所受扭矩的大小以及钢丝绳盘的变形量。采用有限元软件ANSYS建立了汽车电梯曳引绳系统的模型,通过改变钢丝绳安全系数来研究钢丝绳安全系数对曳引轮选择的影响,为实际设计提供一定的参考。

增大提升机钢丝胶带安全系数的措施

提升机钢丝胶带的安全系数是提升机安全运行的关键,其与钢丝强度、提升机高度、输送能力、输送件重量等因素紧密相关。一水泥厂将预热器系统从五级改为六级,入窑斗式提升机改造只加高会导致原胶带安全系数降低。为了增大钢丝胶带安全系数,采取增大钢丝胶带断裂强度、降低钢丝胶带负载的方法进行改造。改造运行一年后,工况良好,胶带整体延伸不大,胶带表面无钢丝突出,胶带没有因受力过大引起分层及钢丝抽取情况,表面硬度和投运之初对比变化不大。

基于安全系数的小净距隧道后行洞开挖进尺

利用FLAC3D有限差分软件,模拟了在后行洞不同的开挖进尺下,小净距隧道围岩塑性区分布、先行洞与后行洞支护内力的变化规律,得到了不同工况下的隧道衬砌安全系数,确定后行洞合理开挖进尺,并通过实测数据验证了模型的可靠性。实践表明:随着后行洞开挖进尺的增大,先行洞塑性区无明显变化。先后行洞支护内力发生明显变化,先后行洞支护安全系数均有所减小。综合分析出后行洞的合理开挖进尺为2m。实测数据与模拟数据的误差范围为10%~20%,验证了后行洞开挖进尺数值模拟具有一定的可靠度。

块体安全系数敏感性分析在地下建筑工程中的应用研究

在地下水电站的主厂房开挖过程中,岩体通常会被各种结构面相互切割,形成各种块体,各种块体呈现出不同的滑动模式,计算地下建筑关键块体的安全系数,是保证施工安全的重要前提。但地下建筑群往往范围庞大,围岩参数复杂多变,因此在施工期间需对参数进行多次校核及修正。为做到建筑施工期间参数的动态管理,需分析围岩参数对关键块体稳定性影响程度的敏感性,从而在参数动态管理中对高敏感度参数实施监测,重点复核。因此对影响关键块体安全系数的围岩参数进行敏感性分析可为地下厂房的开挖及后期工程管理提供数值参考。本文从实际工程问题出发,结合基础块体理论学说和敏感性分析理论,对洞室围岩关键块体进行敏感性分析,为验证块体理论的对实际工程的指导意义及为实际工程提供解决实际工程的解决方法。

基于局部安全系数的铁路边坡稳定性渐进分析

基于边坡内部的应力-应变状态,提出边坡局部安全系数,采用强度折减系数法不断降低边坡局部安全系数较低区域的岩土体抗剪强度,模拟铁路边坡渐进失稳过程,对比整体强度折减条件下边坡局部安全系数的差异,并以均质、非均质边坡算例验证该方法合理性。结果表明:局部强度折减相较全域强度折减对应的局部安全系数的分布范围更合理;随着局部强度折减次数增加,两类边坡的位移变化规律一致,极限状态时均产生显著突变;坡体内局部安全系数随着折减次数增加逐渐减小,坡脚逐步向坡顶形成潜在滑动面;潜在滑动区域与非滑动区域内的局部安全系数分布差异明显,可直观揭示边坡临界滑动面的位置。