大跨度内凹弧形镂空屋盖结构风洞试验及风振分析研究

为明确风荷载取值,对大跨度内凹弧形镂空屋盖进行了刚性模型风洞试验,探究了全风向角作用下屋盖风压系数最值的分布规律,分析了典型测点风压系数随风向角变化的特征规律,建立了屋盖的分块体型系数。试验结果表明,大跨度内凹弧形镂空屋盖在全风向角作用下,风压系数最值在迎风边缘区域远高于中部区域,且主要承受负风压。设计时中部下凹镂空悬索区域应同时考虑风压和风吸作用,两侧延伸桁架区域可仅考虑风吸作用。基于风洞试验得到的风荷载时程,对屋盖结构进行了风振动力分析,结果表明,屋盖风振位移响应以竖直z向为主,上吸和下压风荷载合力分别在120°和240°风向角作用下最大。屋盖的等效静力风荷载在迎风边缘及角部最大,抗风设计时应引起足够重视。

动荷载作用下隧道围岩块体稳定性分析及其应用

隧道围岩中的结构面将岩体切割成块体,块体在自然状态下的静力平衡因为隧道开挖而被打破,临空面的产生和动荷载的施加都可能导致块体的滑移,进而引起围岩失稳。以往应用块体理论寻找关键块体时,多只考虑纯重力的作用,而忽视了爆破振动、地震等动荷载对诱发失稳灾害的重要作用。将爆破振动荷载和地震荷载转化为等效静力,并通过数学计算求出使块体安全系数最低的动荷载方向,再利用关键块体理论矢量分析方法分析隧道围岩的稳定性。在长岗隧道中的应用表明,考虑动荷载作用下的块体安全系数明显小于只考虑重力作用时的安全系数,原本稳定的块体也可能在动荷载作用下变成关键块体导致围岩失稳,这与长岗隧道现场记录的破坏现象相符。

高水压隧道衬砌背后水压力预测模型研究

研究目的:以邢和铁路天河山隧道为依托,开展隧道衬砌背后水压力预测模型研究。首先结合地下水动力学理论,考虑"围岩-注浆层-衬砌-防水板-盲管"不同介质渗透特性,理论推导隧道衬砌背后水压力和排水量预测公式;其次通过3DEC离散元验证理论预测模型的合理性;最后对衬砌背后水压力影响因素进行参数敏感性分析。研究结论:(1)本文提出的衬砌背后水压力预测模型与数值计算结果误差不足10%,可准确预测高水压隧道衬砌背后水压力和排水量;(2)衬砌背后水压力P_(ll)与k_(ss)/k_(gg)和排水量Q_(w)均呈反比例线性关系;隧道排水量随k_(ss)/k_(gg)增大而减小,但非线性关系,其在k_(ss)/k_(gg)≤75范围内受k_(ss)/k_(gg)影响显著;(3)秉承"堵水限排"理念的高水压隧道施工过程中,可通过提升隧道排水量、减小注浆层渗透系数、增大注浆层厚度等组合措施来达到降低衬砌背后水压力的目的,其衬砌减压效果是"排"优于"堵";(4)本研究成果对高水压隧道设计及施工具有重要的指导意义。

非均质黏土地基隧道环向开挖面稳定上限分析

基于多块体极限分析上限法,推导了不排水条件下饱和黏性土地基中隧道环向开挖面稳定支护压力的计算公式。编制相应的计算程序,优化得到了隧道环向开挖稳定的最优上限解答。通过与已有极限分析上限解答的对比,验证了多块体极限分析上限法在隧道开挖稳定性分析的适用性。对照隧道开挖稳定的最优上限解的变化规律及相应破坏面的形状,详细分析了隧道埋深比、土体重度及强度非均质性对开挖面极限支护压力和因隧道开挖产生的滑动面范围和位置的影响。在此基础上,进一步基于隧道失稳的简化破坏模式推导了黏性土地基隧道开挖稳定的极限支护压力的简化上限解。通过与已有离心模型试验的对比验证,指出本文上限解可直接用于工程中初步确定开挖面支护压力,为隧道工程设计提供可靠的理论依据。

块体理论赤平解析法在锦屏二级水电站皮带机隧洞稳定分析中的应用

块体理论是适用于分析节理发育破碎刚性岩体稳定性的有效方法。锦屏二级水电站皮带机隧洞岩体不连续面发育,隧洞开挖面是否产生可动块体影响着皮带机隧洞的稳定性。在对皮带机隧洞详细的地质调查和研究基础上,运用块体理论赤平解析法分析皮带机隧洞的稳定性,对各不连续面和开挖面构成的可动块体滑动形式进行判断,得出了块体的失稳形式以单面滑动为主,双面滑动和垂直掉块相对较少的结论;同时得出皮带机隧洞各部分可动块体分布的直观统计结果,即皮带机隧洞左侧墙,左、右顶拱失稳块体较多,右侧墙较少。

隧洞块体破坏过程及稳定评价的数值方法研究

为分析块体在复杂围岩作用下的破坏形态及稳定性,提出一种基于连续介质力学的块体破坏数值分析方法.首先,在已有的单元重构-节点分离的结构面建模方法基础上,实现基于网格的块体识别;其次,基于显式求解的接触力算法,推导多种接触状态下的接触力表达式,并提出块体和围岩的接触分析方法;然后,采用结构面强度折减法求解块体安全系数.该数值分析方法可同时计算围岩和块体的变形特性.通过一个块体沿双面滑动的简单算例也论证了在一定条件下,数值计算可得到与刚体极限平衡法一致的结果;最后,结合某一断层穿过的隧洞工程,分析其开挖后的围岩及块体稳定性.结果表明,该数值方法有效反映了围岩应力和变形对块体稳定性的影响;关键块体发生破坏后,潜在危险块体发生较大变形,局部安全系数低.该数值方法为复杂地质条件下隧洞块体稳定性评价提供了一种有效的分析思路.

锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的概率分析

锦屏二级水电站皮带机隧洞岩体不连续面发育,确定隧洞开挖面是否可能产生关键块体具有重要实际意义。在对皮带机隧洞详细的地质调查和研究基础上,把随机概率模型引入关键块体理论,分析锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的滑落概率,得出迹长和关键块体失稳的概率为反比关系,皮带机隧洞各主要结构面迹长为1~3m的概率较高,含结构面J2的关键块体相对稳定以及顶拱圈的加固将成为皮带机隧洞的支护重点等结论,为设计有效的加固方案提供了依据,具有重要的工程应用价值。

大跨度岩体隧道工程块体滑落的概率分析

介绍了块体理论,在沈阳至大连高速公路韩家岭隧道工程岩体结构面的观测和调研的基础上,引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,推导了概率分析模型,从而使原来的一些关键块体转化为稳定块体,使滑落块体的数量更接近实际工程,并应用于韩家岭隧道工程稳定性分析中·初步结果表明,块体理论适用于像韩家岭大跨度隧道工程等局部围岩稳定性分析问题,大跨度岩体工程的稳定性主要取决于结构面的产状和物理力学性质,以及临空面的几何形态,提出的概率分析理论符合工程实际·

基于非线性M–C准则的深埋土质隧道三维塌落破坏上限分析

围岩条件较差时,深埋土质隧道在隧道开挖过程中容易发生塌方,准确预测深埋土质隧道塌方土体的范围极其重要,目前能预测深埋土质隧道塌落范围的理论研究不够成熟。为了提前预测土质隧道围岩顶部塌落体的范围,基于非线性Mohr–Coulomb准则和极限分析上限法,推导出深埋土质隧道在三维破坏机制下塌落体的上限表达式,得到了深埋土质隧道塌落体范围的精确解。通过数值软件Matlab绘制出了塌落体的三维形状,研究了各参数对深埋隧道塌落体形状的影响,并与既有研究进行对比分析,研究结果表明:土体中各参数、隧道顶部圆弧的半径和支护力对深埋土质隧道塌落体的范围影响比较大;基于非线性Mohr–Coulomb准则下深埋土质隧道塌落体的上限分析可以求解出有、无支护力条件下塌落体的高度和宽度,求解合理、可靠,并能给出防止深埋土质隧道塌方发生的支护力大小,可为隧道工程设计提供理论依据。

黏土地层隧道开挖面三维稳定性上限分析

对不排水均质黏土地基隧道开挖失稳三维破坏模式进行改进,弥补了目前隧道开挖稳定性问题中三维极限分析上限法的不足。采用截椭圆柱体构造多块体平动破坏模式,克服了现有三维多块体平动破坏模式与隧道开挖面不完全接触的缺陷;进一步针对三维多块体平动破坏模式存在的问题,提出了多块体转动–剪流组合破坏模式,得到了均质黏土地层中隧道开挖稳定的上限解,明显改善了现有的极限分析上限解,并与三维弹塑性有限单元法结果及文献中的离心试验结果进行对比,验证了上限分析方法的有效性。

三峡地下电站尾水洞槽挖洞间岩墩稳定性分析

三峡地下电站尾水洞出口段槽挖洞间岩墩具高陡单薄、多面临空及顺坡向中缓倾角裂隙较为发育的不利边界条件。根据尾水洞出口段正面坡开挖揭露地质条件,分析了槽挖前后边坡与岩礅的稳定条件及变形机理,采用GeneralBlock三维块体程序确定关键块体并进行稳定性分析,提出了岩墩稳定控制的工程措施建议,为岩墩的支护设计与施工开挖提供了理论根据。

爆破荷载下巷道关键块体区间的非概率可靠性

在关键块体稳定性的研究过程中,传统方法需要通过力学试验获得岩体力学参数,然而由于岩体结构复杂,力学试验样本数量有限,很难确定某一个力学参数的概率密度分布,严重影响传统随机概率可靠性分析方法的准确性。当采用区间非概率可靠性分析方法计算可靠度时,通常采用区间数来表示参数的取值,能够较好地反映样本数据较少时参数取值的不确定性,确定某一参数的取值范围比确定参数的概率分布容易。根据区间数学理论,采用区间数表示参数取值,在分析参数取值特性基础上,采用岩体区间强度值,以此反映围岩可靠性分析的不确定性特征。通过探讨区间非概率可靠性指标求解方法,建立爆破荷载下区间可靠性综合分析模型。将提出的方法应用到具体工程中。结果表明:区间非概率可靠性分析与安全系数区间范围和随机可靠度相比,具有无需求解概率密度函数,通过较少样本的区间表示即可实现可靠性分析,能够表征关键块体整体稳定可靠特征的优点。

基于层次分析法的铁路隧道装配式二次衬砌分块方案研究

为得到隧道装配式二次衬砌分块方案决策的评价体系,基于层次分析法的基本原理,结合有限元软件分析结果,对采用装配式二次衬砌的V级围岩深埋双线铁路隧道进行分块方案研究,得到以零弯矩点为划分基础、各预制块质量更均匀化的方案3为最优分块方案;在层次总排序中,各影响因素中权重最大的是结构最小安全系数,然后依次是最大拱顶变形量、断面接头数量、单件管片最大质量和管片构件类型数量。因此,在考虑隧道装配式二次衬砌分块方案决策时,需优先满足结构的安全可靠性,然后综合考虑其他因素,最终得出最优方案。

基于三维激光扫描点云数据的地下巷道岩体结构面识别及稳定性分析

巷道围岩中发育的结构面对巷道稳定性有很大的影响,开展地下巷道的工程地质调查,精确获取地下巷道围岩结构面信息是巷道稳定性分析的关键。以云南大红山铁矿775 m中段运输巷道为研究对象,采用三维激光扫描仪获取围岩结构面点云数据,并利用点云数据处理软件进行误差处理、坐标校正、结构面数据提取、点云拼接和过滤抽稀等内业数据处理工作,基于处理结果开展了统计分析;利用离散元软件3DEC建立了离散结构网络模型与地下巷道合成岩体模型,并对该巷道在自重及爆破振动作用下的失稳概率进行了数值模拟。结果表明:三维激光扫描技术可较好地获取巷道围岩的结构面信息,结合离散块体单元计算软件对巷道岩石块体的稳定性进行进一步分析,所分析区域的围岩自稳能力较好,但在爆破振动影响下失稳概率大幅增加,研究结果可为巷道的支护设计提供理论指导。

重载铁路隧道内弹性支承块式无砟轨道施工中不同工装的对比分析

结合山西中南部铁路通道红岭隧道弹性支承块式无砟轨道施工,简要介绍了整体轨排框架法、简易轨排架法两种无砟轨道施工工装的基本构成、施工工艺流程及其物流组织选择,同时从施工过程中投入的费用、物流循环速度、混凝土收面质量、直曲线地段精调、混凝土浇筑前后轨道几何形态控制、施工功效等方面对比了两种工装的优劣,提出了两套工装在保证质量、提升功效方面的优化方案,可为类似工程在工装选择时提供参考。

隧道掌子面稳定性分析的一种简化方法

为提出一种快速、准确评估软弱围岩隧道浅埋段掌子面稳定性的计算方法,在基于楔形块体理论对掌子面稳定性进行分析的基础上,得到一种分析隧道掌子面稳定性的简化方法;采用该方法对黑山南北高速KOSMAN隧道项目的掌子面稳定性进行计算分析。现场实际情况和计算结果表明,该方法具有快速、简便、实用等优点,能够及时、有效地为现场施工提供技术指导,可为今后类似项目提供参考。

基于地质力学的某城门洞形引水隧洞进口段块体稳定分析

基于某城门洞形引水隧洞进口段详细的地质调查,通过地质力学原理,分析岩体内构造结构面体系的形成与发育过程。运用块体理论中矢量分析法,以平面逼近曲面洞壁方法,分析出该隧洞进口段的可动块体,在满足力学条件下判别出可动块体中的关键块体,计算出其净滑动力和失稳形式。结果表明,隧洞进口段结构面主要为构造面,关键块体以结构面1、2单面滑动为主,且主要分布于隧洞左、中顶面,具体位于隧洞顶偏左47.5 cm处。施工时,应重点监测关键块体出露的位置,并采取有针对性的防治措施。

庙埂隧道浅埋段地下水渗漏原因分析及处理措施

在建成都至贵阳铁路庙埂隧道进口长浅埋段,地表分布两个村庄。隧道开挖发生地下水渗漏,对地下水环境造成了破坏,致使地表井泉点干枯或水量减少,直接影响约680人的生产生活用水。为此,通过对庙埂隧道进口段大范围的水文地质调查,包括地下水含水岩组、补径排特征分析,并收集了施工段洞内及地表漏水现状资料,分析漏、失水原因,并提出"以堵为主,限量排放"的处理原则,采用洞内径向注浆结合超前周边注浆措施,达到堵水的效果,缓慢恢复了地下水环境。

阻塞式旋流泄洪洞空腔环流的能量特性

旋流泄洪洞内的空腔环流既不同于常规有压流,也不同于明流,因此采用理论分析和模型试验相结合的方法,建立了空腔环流断面的能量积分表达式,并对具有较好抗空化特性的阻塞式旋流泄洪洞内空腔旋流的能量特性进行了研究。结果表明:建立的空腔旋流能量方程利用相关水力特性进行计算的结果符合洞内的能量变化和转化规律,随着阻塞面积收缩比的增大,空腔环流的压强势能所占比例明显增加,动能所占比例减小,与阻塞收缩比增大时壁面压强增大、流速减小的规律一致;在水平洞起始段,切向动能大于轴向动能的部位延长,在阻塞面积收缩比m=0.49时,约增长至5倍洞径长处;增加阻塞,对竖井段的能量损失影响很小,但能较大提升水平旋流洞段的消能率。

隧道内新型组合轨枕块式无砟轨道结构分析

针对复杂艰险山区铁路隧道内区段较为严重且整治难度较大的基础变形病害,提出了一种隧道内新型组合轨枕块式无砟轨道,能充分适应轨道下部基础的变形,并基于有限元法对该结构的不同参数进行了力学分析。结果表明:为保证钢轨垂横向位移及轨道结构各部分所受拉应力值较小,建议组合式轨枕块的长宽高分别为830,276,140 mm;凹槽的深度宽度分别为80,970 mm;凸出高度为60 mm;为保证结构的整体性,建议组合式轨枕块选取聚氨酯材料;列车在新型组合轨枕式无砟轨道上运行时,其安全性与平顺性均满足要求。