高性能混凝土在地铁工程中的应用研究

针对在乌鲁木齐地铁中使用的骨料大部分为碱活性骨料,地铁又处于地下十几米到二十几米的硫酸盐侵蚀环境中,因此为保证工程建设质量和耐久性要求,对在乌鲁木齐地铁建设中应用的高性能混凝土进行了试验研究和实际应用,并对实际应用中遇到的问题和如何提高高性能混凝土的应用质量进行了分析。结果表明,双掺24%及其以上的粉煤灰和6%的YK-Ⅲ(改性硅灰)的高性能混凝土可有效抑制碱骨料反应,也可有效抵抗浓度≤20250mg/L硫酸盐溶液的侵蚀,其抗氯离子渗透性能及电通量等耐久性能优异。通过商品混凝土搅拌站合格名录库制度、驻站监理制度、高性能混凝土配合比专家论证制度,同时过程中加强混凝土用各种原材料质量控制,施工单位做好混凝土浇筑、振捣和养护,可实现混凝土在地铁工程中高性能化的目标。

纵向剪切波作用下长型地下结构与地基动力相互作用研究

为了研究在剪切波沿地下长型结构纵向传播情况下,惯性力对地下结构与地基动力相互作用的影响,基于Winkler地基模型和Euler-Bernoulli梁模型,分别建立了长型地下结构的静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程。通过振型叠加法将偏微分方程简化为常微分方程;利用微分算子法分别求得静力平衡方程;自由振动方程和强迫振动方程的解析解。通过算例计算,比较并分析了静力平衡方程解与强迫振动方程解的差别。结果表明在算例取值情况下,惯性力对结构振动的影响较小;而在地基基床系数k很小或轴向力N很大时,惯性力的影响才较为显著。

浅埋地下结构底板在竖向地震作用下动力响应

本文研究了地下结构底板在地震竖向分量作用下的动力响应。利用结构动力学和弹性力学的理论,得到底板的运动微分方程,根据边界条件确定底板在的特征频率和振型。针对输入的地震竖向分量的形式,采用分离变量法求解了强迫振动方程.计算时取前三阶振型,采用振型叠加法得到底板的相对位移和绝对位移,并进而求得底板的弯矩,利用求得的弯矩,可以求解底板的受力情况。通过底板的受力情况,可以直观地对地下结构底板进行评价分析,并且推进了地下结构底板抗震理论的研究和发展。

地下水位改变对地下结构及土体地震反应的影响

利用FLAC3D软件,把土与地下结构的相互作用问题视为平面应变问题,分别采用Mohr-Coulomb本构模型和Finn本构模型来描述处于水位线上、下土体的非线性动力特性和孔隙压力的发展规律,对地震作用下的不同工况进行了数值模拟。结果表明:水位线上升,孔隙压力大幅度提高,孔压比增加,结构周围土体更容易发生液化;上下板和中柱的加速度峰值产生时刻与地震波峰值产生的时刻相同,而且水位变化对上下板和中柱的加速度影响不明显;底板两角隅处的应力大于中柱的应力,并且底板的主应力都随着地下水位的提升而增大。

成层地基中不同土层分布对地下结构的抗震影响

为了研究清楚成层地基中由于不同土层的分布而引起地下结构的地震响应,借助FLAC3D有限差分分析软件,通过设置土体的Hardin/Drnevich阻尼,合理地描述土体在动力作用下的滞回曲线和滞回圈,从而建立不同地质条件下的分析模型,分析地下结构在不同地基中的地震反应。结果表明,当结构处在软弱土层时,其在水平地震作用下的反应明显大于结构位于其他土层情况下的地震反应。当结构处在硬土层,或有较好的持力层,并有隔层软弱层的地层时,结构在地震作用下相对较安全。工程设计中可以通过合理地选择地下结构所处土层位置,避免未来可能地震引起的不良影响。

深部巷道围岩分区破裂的非线性连续相变模型研究

深部巷道围岩中会形成分区破裂现象。围岩分区破裂的形成过程可以看作是围岩内部结构的连续相变过程,因此,连续相变模型可以描述分区破裂的主要特征。基于文献[15-16]中利用连续相变理论,结合经典弹塑性理论建立了围岩分区破裂的非线性相变模型。运用相平面分析法研究了非线性连续相变模型方程的解的性质,得到了非线性解的3种形式。用数值方法求解了非线性连续相变模型方程,并与线性相变模型的解进行了比较,展示了非线性模型能够更好地描述围岩变形的空间分布。最后分析了非线性模型方程中各系数对方程解的影响及其物理意义,其研究结果对于应用非线性连续相变模型模拟分区破裂具有指导意义。

竖向地震作用下浅埋地下结构中柱的动力响应

利用结构动力学方法对浅埋双跨地下结构中柱在竖向地震作用下的动力响应进行了研究。为了简化分析,首先将地下结构看作刚体,利用刚体与地基的相互作用分析得到刚体在竖向地震分量作用下的动力响应。随后,由于双跨地下结构为对称结构,取其一半进行分析,由于考虑到侧墙对于顶板的弹性约束作用,使用抗弯弹簧代替。根据边界条件,将之前的刚体动力响应作为输入,可以求得顶板的弯矩和剪力,进而求得中柱的受力情况。结果表明,竖向地震分量对中柱的作用是显著的,甚至会对地下结构中柱产生严重的破坏。研究为分析中柱的变形与破坏奠定了基础,可供地下结构的动力分析和设计参考。

冻融循环过程中混凝土内部温度-相对湿度关系

研究了不同配合比混凝土试件在经历不同冻融循环次数时的内部温度-相对湿度关系,并将这一关系划分为4个阶段,即降温增湿段、降温降湿段、增温增湿段和增温降湿段.在降温增湿段,混凝土内部相对湿度随温度降低而增大,当相对湿度出现转折表现为降低趋势时,表明混凝土内部开始结冰,温度-相对湿度关系进入降温降湿段;在增温增湿段,混凝土内部相对湿度随温度升高而增大,当相对湿度出现转折表现为降低趋势时,表明混凝土内部的冰晶开始融化,温度-相对湿度关系进入增温降湿段.当混凝土水灰比相同时,试件内部相对湿度随着深度增大而增大;当深度相同时,试件内部相对湿度随着水灰比的减小而降低,且结冰温度和融化温度呈现减小的趋势.低水灰比混凝土内部较低的相对湿度可能会导致更大的自收缩和较小的冻胀作用力.

冻融循环过程中砂浆的湿度和变形

本试验研究了砂浆试块在25次冻融循环过程中温度、湿度和体积的变化。结果表明冻融循环过程中,湿度不仅随温度变化表现出明显的规律,还会影响体积的变化。在降温过程,体积随温度降低逐渐增大,呈直线关系;在升温过程的初期,体积随温度升高逐步减小,也为直线关系,在融化阶段为三次方的曲线关系,说明升温时砂浆体积变化原因更为复杂。同一温度下,降温时的体积变形大于升温时的体积变形,即存在残余变形。随着冻融循环次数的增加,残余变化增大,导致裂缝的形成和发展以及孔结构的变化,最终使砂浆出现剥落等破坏现象。

搅拌时间对大流动性混凝土拌合物匀质性的影响

搅拌均匀的混凝土拌合物是保证硬化混凝土性能达到要求的前提。在搅拌设备相似的现状下,合理控制搅拌时间可以使混凝土拌合物达到均匀。研究搅拌时间对现代大流动性混凝土拌合物匀质性的影响,研究发现,在设计的45～120 s搅拌时间内,搅拌时间对大流动性混凝土拌合物流动性影响很小,但是过长的搅拌时间会导致泌水现象,使匀质性变差,尤其是掺入大量需水性小的掺合料,如优质粉煤灰;搅拌时间对大流动性混凝土拌合物含气量没有影响;随着搅拌时间的延长,大流性混凝土拌合物表观密度偏差率降低,到90 s时达到最小,匀质性好;之后随搅拌时间增加而增大,匀质性变差。分析认为,搅拌时间较短时,混凝土拌合物中的组分分散不佳,匀质性不好,搅拌时间合适时(本试验为90 s),组分分散均匀,匀质性好。

隧道在纵向地震作用下的动力响应分析

为了探讨盾构隧道结构在纵向地震动力作用下盾构管片的振动特性。通过将土-结构相互作用简化为等效刚度弹簧建立了模型,并推导了结构在地震作用下的运动方程。然后利用中心差分法求解所得到的运动方程,求得每段管片在不同时刻的位移。进一步研究了土-结构剪切系数、地震纵波速度和结构连接刚度3个因素对隧道盾构管片位移的影响。计算结果表明,随着土-结构之间剪切系数增大,管片最大位移随之增加,结构之间的相对位移减小。而降低结构之间的连接刚度后,土-结构之间的相对位移减小。波的传播速度越小,结构与地层之间相对位移越大,易导致滑移现象出现。因此,选取具有较快波速的坚硬地层、提高土与结构之间的剪切力以及设置合理的抗震缝距离将有助于增加结构的抗震性能。

确定土层自由场地震动的二维简化模型

为了研究均匀土层自由场地震动的二维简化模型,首先利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程,采用分离变量法来求解该方程,根据土层上下界面的边界条件确定土层竖向振动的特征频率和振型;根据波沿水平方向向无穷远处传播的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到土层自由场自由振动的相对位移的解析解。然后,采用振型叠加法求解强迫振动情况下的波动方程,得出二维情况下均匀土层在地震作用下沿水平方向相对位移的解析解。通过上述计算,得到了土层自由场地震动的二维简化模型。通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行了比较。比较结果表明,地下土层水平维度对于均匀土层自由场地震动反应的影响很小。

深部圆形隧道围岩分区破裂的简化梯度模型

分区破裂化作为深部岩体典型的非线性力学现象而备受关注。基于内变量梯度理论,得到圆形隧道围岩应力场、应变场以及位移场的封闭解析解,并与经典弹性理论结果进行比较;分析内檩长度对应力场和变形场的影响规律。由于考虑了微观结构对围岩宏观应力与变形行为的影响,内变量梯度理论得到的应力场和变形场具有显著的波动性与准周期性。结合Mohr-Coulomb破坏准则,估算圆形隧道围岩破裂区的位置及宽度。研究表明,随着初始地应力的增大,圆形隧道围岩破碎区数量增加,且破坏范围向外扩展。最后通过与模型试验结果对比,验证了梯度模型的准确性。提出的梯度模型可以为解释围岩分区破裂化提供一个有效的理论手段。

厚壁筒的一种简化弹性应变梯度模型

在Toupin-Mindlin应变梯度理论框架内,建立了一种关于厚壁筒的应变梯度模型,并利用打靶法和拟牛顿迭代法实现了两点复杂边界条件和四阶常微分平衡方程的求解,得到了厚壁筒应力场和位移场精确数值解。为了降低该模型的复杂性和提高该模型的适用性,通过对高阶应力做出简化假设,得到了简化的平衡方程和相应的厚壁筒应力、应变的解析解。通过对厚壁筒经典弹性理论解析解、梯度理论简化解和梯度理论精确数值解的比较,检验了简化模型解析解的可行性和精确性,并得到了梯度理论和经典理论在厚壁筒应用上的差异性。