兰州地铁下穿黄河砂卵石地层中盾构刀具破岩的数值计算EI北大核心CSCD

针对兰州地铁首次盾构下穿黄河砂卵石地层,选用线弹性模型和扩展的线性Drucker-Prager塑性模型模拟卵石材料的本构关系,建立盾构刀具在砂卵石地层的破岩的数值计算模型,分析了刮刀切削速度为0.6 m/s、0.8 m/s、1.0 m/s、1.2 m/s;切削深度为6 mm、9 mm、12 mm、15 mm、18 mm;切刀间距为12 cm、16 cm、20 cm、24 cm;刀具前角为10°、15°、20°、25°的几种不同情况下对黄河砂卵石地层的破岩效果。根据计算结果得到刮刀前角为20°时卵石的等效应力发生突增提供破岩应力,破岩效果最好;另外还分析了滚刀间距分别为8 cm、12 cm、16 cm、20 cm、25 cm、30 cm、36 cm时的破岩效果,在滚刀间距取12～16 cm之间时破岩效果最佳。     

富水砂卵石地层大直径泥水盾构施工地表沉降规律

北京地下直径线工程位于富水砂卵石地层中,穿越诸多建(构)筑物。通过实际监测结果分析,总结掘进参数与地表沉降之间的规律及隧道周围重要建筑物的变形规律,经与类似工程比较后发现本工程在变形控制上有很大的成效。     

配合盾构法建成三连拱地铁车站模型试验研究

采用相似模型试验,进行了在盾构隧道基础上扩挖建成三连拱隧道地铁车站的施工方案研究。结果表明,采用预留核心土台阶法扩挖建成两连拱隧道地铁车站的施工方案是可行的,但需采用双排小导管注浆超前加固,达到其加固效果后,才能进行土体开挖。施工完成后地层竖向位移场呈"U型"分布,不加固条件下,地表和地中位移很大。地表沉降曲线为近似正态分布,施工完成后其沉降槽宽度为3B,B为三连拱结构的总宽度。     

城市富水砂卵石地层大断面隧道浅埋暗挖工法研究

针对北京富水砂卵石地层大断面隧道地层稳定性差、工程周边环境复杂、对沉降控制要求高等诸多难题,在大断面隧道中采用CRD法、洞桩法进行施工,有效控制了工程结构、沿线及周围建筑物和地下管线的变形,确保了工程及周围环境的安全。     

浅谈科木其隧道施工方法总结

科木其隧道围岩为中风化泥岩和左右洞拱顶砂卵砾层。隧道前期开挖过程中,拱顶坍塌现象严重,无法正常施工,后对设计及施工方案进行了优化,使隧道得以顺利贯通。本文结合该工程施工的成功案例,简述了砂卵石层隧道开挖的施工方法及注意事项,对后期类似隧道的施工具有重要借鉴意义。     

兰州地铁下穿黄河砂卵石地层中盾构刀具破岩的数值计算

针对兰州地铁首次盾构下穿黄河砂卵石地层,选用线弹性模型和扩展的线性Drucker-Prager塑性模型模拟卵石材料的本构关系,建立盾构刀具在砂卵石地层的破岩的数值计算模型,分析了刮刀切削速度为0.6 m/s、0.8 m/s、1.0 m/s、1.2 m/s;切削深度为6 mm、9 mm、12 mm、15 mm、18 mm;切刀间距为12 cm、16 cm、20 cm、24 cm;刀具前角为10°、15°、20°、25°的几种不同情况下对黄河砂卵石地层的破岩效果。根据计算结果得到刮刀前角为20°时卵石的等效应力发生突增提供破岩应力,破岩效果最好;另外还分析了滚刀间距分别为8 cm、12 cm、16 cm、20 cm、25 cm、30 cm、36 cm时的破岩效果,在滚刀间距取12～16 cm之间时破岩效果最佳。     

压实系数对内填砂卵石薄壁方钢管柱在冲击载荷下力学性能的影响分析

利用落锤冲击装置完成了不同压实系数下内填砂卵石薄壁方钢管柱侧向冲击试验,试验中记录了冲击力时程曲线,并获得了试件的破坏形态以及残余变形量。基于剩余承载力损伤评估准则,定义损伤度来判定冲击荷载下内填砂卵石薄壁方钢管柱损伤破坏程度,分析压实系数与柱损伤度的关系。试验结果表明:试件在侧向冲击荷载作用下,主要以局部破坏为主,并伴有一定量的整体弯曲变形;除了试件塑性变形中产生的塑性铰能消耗部分冲击能量外,内填砂卵石也能耗散一部分冲击能量,且压实越紧密,能量消耗越多,该组合柱表现出了较好的抗冲击性能;在一定压实系数范围内,损伤度随着压实系数增大出现先增大后减小的趋势,且砂卵石离散程度越小,损伤度的变化速率就越大。     

非开挖在砂卵石地层中铺设大口径PE管道的施工技术

永春县永仙公路Ф800mm给水管道改造项目中，桩号37#－38#过济川河因为穿越的地层是砂卵石层，原计划采用钢管架设方案施工，但是裸露48米（含河道两侧沼泽地）的钢管置于洪水多发的河床上会造成极大的安全隐患。在有关部门的建议下，钢管架设设计方案被重新修改为非开挖铺管工艺施工。根据砂层物理力学性质和砂卵石层难以成孔的现象，造成非开挖铺管工作难度加大、风险增加。     

富水砂卵石地层中大直径泥水盾构同步注浆技术

通过统计分析盾构掘进相关技术资料,综合考虑富水砂卵石地层中泥水盾构掘进参数、泥浆参数、盾构姿态、地层变形机理等信息,确定泥水盾构在砂卵石地层中掘进时,同步注浆主要技术参数间的经验公式,指导类似工程施工。     

川西北地区砂卵石土抗剪强度影响因素分析

通过大型模型试验对川西北地区砂卵石土抗剪强度指标摩擦角和咬合力的影响因素进行试验研究.结果表明: (1)砂卵石土的抗剪强度指标随着密实度的增大而增大.当增大到一定程度后,摩擦角和咬合力的增加速率变小,且有趋于稳定的趋势.(2)在密实状态和颗粒级配一定的情况下,由于砂卵石上自身的工程性质,含水量埘其抗剪强度指标的影响甚微.(3)当粒径增大时,咬合力和摩擦角均在增大.所以在砂卵石土级配良好的情况下,可适度增大砂卵石土的粒径,以提高砂卵石土的抗剪强度.     

矩形沟埋涵洞顶部垂直土压力

在刚性涵洞和刚性地基条件下,考虑矩形沟埋涵洞胸腔土体的变形和承载作用,建立矩形沟埋涵洞土压力计算模型和计算公式,理论计算与有限元计算结果相吻合。研究表明:槽洞宽比为1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈单调减小的规律;槽洞宽比大于1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈先增后减的变化规律,初始等沉面高度附近有最大土压力系数。槽洞宽比、涵洞高宽比和填土内摩角增大时,土压力系数增大;填土凝聚力增大时,土压力系数减小。槽洞宽比增大使等沉面高度增大;填土高度增大使等沉面高度减小。     

聚能锥角对线性聚能爆破致裂岩体效果的影响

为研究不同聚能锥角下线性聚能爆破致裂岩体效果,在巷道岩壁开展了5种聚能锥角(40°、50°、60°、70°、80°)下的聚能爆破和岩体损伤测试试验,数值模拟了不同聚能锥角形成的聚能射流。结果表明:线性聚能爆破定向致裂岩体效果显著,聚能方向损伤增量显著大于非聚能方向;聚能锥角为40°时致裂岩体效果最好,最大损伤增量达0.93,裂纹扩展深度和长度较大,50°、60°、70°和80°聚能锥角时,最大损伤增量、射流压力、射流长度、射流头部速度、射流尾部速度等均随聚能锥角的增大而减小,致裂岩体效果逐渐减弱。     

极端工况下的高压柱塞马达密封环摩擦特性

为减少极端工况下因密封环摩擦磨损导致的疲劳断裂,保证马达的容积效率和可靠性。以法向正压力和剪切应力线性表示密封环摩擦力,并通过模态分析法和有限体积法分别研究系统多体动力学与缸孔内流体动力学,计算不同主轴转角、不同宽径比和弧面锥角下密封环的法向正压力和壁面剪切应力。研究结果表明:改变主轴转角引起的排量变化对摩擦力的影响较小;而密封环结构参数的变化影响明显,当宽径比小于0.3和弧面锥角小于1.8°时,摩擦力随宽径比和锥角增大而减小,在宽径比为0.3,弧面锥角为1.8°时摩擦力达到最小,最大缩减率分别为28%和25%;但当宽径比大于0.3和弧面锥角大于1.8°时,摩擦力随宽径比和锥角增大而增大;另剪切应力随着宽径比增大而增大;而受弧面锥角影响较小。研究结果为柱塞马达密封环减摩设计提供理论基础和依据。     

压路机激励下重载铁路路桥过渡段动力特性研究

以蒙华重载铁路某路桥过渡区为试验对象,开展压路机激励下过渡区的动力特性试验,研究过渡区动力响应的分布规律;建立考虑振动轮-路基耦合的动力分析数值模型,研究过渡区等效刚度分布及振动轮-路基面接触力变化特性。结果表明:随着路基深度增大,动应力扩散角逐渐减小,埋深0.2~3.0 m处扩散角在78.2°~55.0°,倒梯形过渡段动应力扩散角要大于一般路基扩散角;相比列车荷载,压路机激励引起的竖向动应力在路基中衰减更快,并且在基床表层中衰减最大;压路机驶离桥台方向的基床表层动侧压力系数为0.35~0.53,驶向桥台方向为0.24~0.36,倒梯形过渡段的动侧压力系数要小于一般路基段;过渡段路基等效刚度在74.8~87.2 kN/mm,随离桥台距离增大而呈线性减小趋势;振动轮激励过程中,过渡段内的振动轮-路基面最大接触力峰值比一般路基段大,且随着过渡区刚度差的增大而增大。     

块石长轴倾角对土石混合体宏观力学性能的影响研究

作为一种非均质材料,土石混合体的宏观力学性能与其内部块石细观结构密切相关。在外荷载作用下,土石混合体中存在块石骨架结构和非结构性土体两种荷载传递体系。该文从荷载传递路径和剪切路径发展两个角度,对块石的结构效应进行了分析,明确了块石长轴倾角这一细观因素对土石混合体抗剪强度的影响机理。将土石混合体视为由块石和土体基质组成的两相复合材料,采用椭圆形描述块石,建立土石混合体细观分析模型,并开展了300组双轴压缩试验。进而从主应力差值、内摩擦角及黏聚力三个角度,针对块石长轴倾角对土石混合体宏观力学性能的影响规律进行了分析。结果表明:当块石长轴倾角在0°~90°变化时,土石混合体的主应力差值及强度参数均呈现出先减小后增大的趋势;当块石长轴倾角为45°+φ_s/2时,主应力差值及强度参数均取得最小值;主应力差值及强度参数随块石长轴倾角的变化规律均可采用抛物线方程描述。     

Mechanical behaviour analysis of a buried steel pipeline under ground overload

Ground overload is one of the most important factors that threaten the safe operations of oil and gas pipelines. The mechanical behaviour of a buried pipeline under ground overload was investigated using the finite element method in this paper. The effects of the overload parameters, pipeline parameters and surrounding soil parameters on the stress–strain response of the buried pipeline were discussed. The results show that the maximum von Mises stress appears on the top of the buried pipeline under the loading area when the ground load is small, and the stress distribution is oval. As the ground load increases, the maximum stress increases, and the high stress area extends. The von Mises stress, plastic strain, plastic area size, settlement and ovality of the buried pipeline increase as the ground load and loading area increase. The buckling phenomenon of the no-pressure buried pipeline is more serious than the pressure pipeline. As the internal pressure increases, the high stress area and the maximum plastic strain of the buried pipeline first decrease and then increase, the settlement of the buried pipeline increases, and the ovality decreases. The von Mises stress, maximum plastic strain, settlement and ovality of the buried pipeline decrease with increasing buried depth, the surrounding soil's elasticity modulus, Poisson's ratio and cohesion. The maximum von Mises stress, high stress area, the maximum plastic strain, plastic area and ovality increase as the diameter–thickness ratio increases. The critical diameter–thickness ratio is 60, and the settlement of the buried pipeline first increases and then decreases as the diameter–thickness ratio increases. Finally, a protective device of the buried pipeline is designed for preventing ground overload. It can be repaired in a timely manner without stopping the transmission of oil and gas and widely used in different locations because of its simple structure and convenient installation.     

地下开采引起地表沉陷预测的弹性薄板法

基于弹性力学中的薄板弯曲理论,在岩体移动领域建立了地表下沉预测分析的层状模型。通过单元开挖给出了地下工程开挖引起岩体移动变形分析的二维和三维问题理论计算公式,推导了山区地下采矿引起地表下沉的理论公式并用于贵州水城矿务局汪家寨煤矿地下开采引起地表下沉的预测分析。在分析过程中,采用Matlab软件进行数值积分计算和图形绘制。通过工程实例计算分析表明,理论计算结果与矿山现场实测资料二者吻合的很好。     

地面沉降对路基上双块式无砟轨道平顺性的影响

高速铁路无砟轨道对于基础沉降变形特别敏感,地面沉降会显著影响路基上无砟轨道的受力变形及使用寿命,影响高速列车安全平稳运行。该文针对路基上双块式无砟轨道,基于有限元方法建立了梁-板-实体空间耦合模型,对地面不均匀沉降的幅值、范围及型式与双块式无砟轨道系统平顺性的关系开展了研究。结果表明:无砟轨道及路基各层沉降量随着地面沉降量增加基本成线性增加,支承层和路基表层间沉降差较大易出现离缝问题;地面沉降量20mm、沉降范围小于15m时,路基及轨道结构离缝现象明显,沉降范围大于15m时结构变形趋于平缓、轨面曲率半径增大;地面错台和折角型不均匀沉降均易导致无砟轨道及路基在折角点出现沉降差、结构离缝甚至开裂,折角值大小直接影响轨面平顺性。     

定向凝固镍基合金DZ444声学特性的各向异性

选取定向凝固镍基高温合金DZ444不同方向片状试样,利用电子背散射衍射等技术表征晶体取向和微观组织,利用脉冲回波技术分析纵波声速和声衰减系数。结果表明:两声学特性呈各向异性,随着试样平面法向与凝固方向之间夹角φ由0°到45°再到90°,纵波声速由5533m/s增大到6595m/s后又降至5634m/s,而声衰减系数逐渐增大,变化约0.19dB/mm;对信号频谱分析发现,表面回波与一次底波的主频差值、主频幅值差值及表观积分反射系数均逐渐增大,这主要是由微观组织和晶体取向差异造成的。     

基于弹-塑-断裂理论的镐型截齿截割机理研究与实验验证

为研究镐型截齿在截割煤岩过程中的截割机理,建立镐型截齿外轮廓的数学模型,基于弹性力学、塑性力学和断裂力学等理论,提出了煤岩截齿截割力作用下发生弹-塑-断裂失稳理论模型,以此来描述截齿截割煤岩机理,并依据理论模型分别推导出煤岩在弹性变形、塑性变形和断裂失稳状态下截齿截割力以及煤岩应力表达式。最后采用自主搭建实验设备进行不同截割倾角的镐型截齿截割煤岩实验,实验结果表明:煤岩在截齿截割力作用过程中,随着截齿截割深度的增加,截齿与煤岩的接触面积逐步增大,煤岩存在弹性变形阶段、塑性变形阶段以及断裂失稳阶段并与理论模型相符;截割倾角为90°、75°、60°时,截齿截割阻力理论值与实验值的均方根误差分别为0.082 kN、0.199 kN、0.204 kN,理论值与实验值相差较小,验证理论模型的正确性。