盾尾刷压缩弹塑性数值模拟及弹性性能评价

盾尾刷于盾尾盾壳与拼装管片环间形成环形2—4道油脂腔密封系统,阻止盾尾空隙中的地下水、土砂、泥水和同步注浆浆液进入隧道内,保障隧道内环境整洁与盾构掘进安全,所以准确掌握盾尾刷的力学特性是确保盾尾密封和盾构掘进安全的前提。基于Midas GTS建立了盾尾刷弹塑性受力计算模型,模拟盾尾刷加载卸载过程中贴合力的变化,并与试验结果对比验证该计算模型的合理性,同时可得出盾尾刷贴合力、刚度系数、压紧板残余高度和残余角度等指标。研究结果表明：(1)数值模拟所得到的贴合力变化与实验数据基本一致,验证了建立的数值模型和材料参数选择的合理性;(2)在盾尾刷压缩过程中盾尾间隙逐渐减小,贴合力几乎线性增大而压紧板的残余高度和残余角度几乎线性减小,但塑性变形占比逐渐增大而弹性变形占比逐渐减少,最终趋向于各占约50%;(3)盾尾刷的弹性性能是盾尾刷密封性能评价的关键,其弹性性能可根据贴合力、刚度系数、压紧板的残余高度和残余角度进行评价;(4)根据现场盾尾刷失效情形总结出了3种失效模式都与盾尾油脂逃逸无法维持油脂腔内油脂压力的稳定有关,油脂逃逸则是由盾尾刷弹性性能决定的。本文建立的盾尾刷弹性性能评价指标可作为盾尾刷...     

盾尾刷环形密封系统单元试验及水密性机制研究

盾构法已经成为了城市地铁隧道建设的主流施工法，由于盾尾刷密封效果不佳导致的漏水、漏浆等重大安全责任事故屡屡发生。通过建立盾尾刷-油脂腔密封系统密封单元试验装置，探讨油脂稠度、油脂压力、盾尾间隙对其水密性能的影响。试验结果表明：(1)根据油脂锥入度不同，盾尾密封渗漏出现两种模式：锥入度低时渗漏物为外界泥水，锥入度高时渗漏物为外界泥水与油脂混合物。为提高盾尾密封性能，油脂锥入应控制180～200(1/10 mm)范围内。(2)盾尾渗漏临界压力可由油脂压力、贴合力确定，略微小于油脂压力，因此工程中设定油脂压力比盾尾空隙中泥水或注浆浆液压力大0.5 MPa是合理的。(3)盾尾渗漏临界压力受油脂压力影响更大些，但盾尾刷贴合力则影响油脂逃逸和油脂压力的稳定，因此盾构掘进过程中加强盾尾刷和密封系统的管理以避免砂浆侵入导致盾尾刷失去弹性引起的密封失效。研究成果可为盾尾密封系统的设计和施工管理提供参考。     

盾构盾尾金属刷有限元分析

在运用盾构法施工时,盾尾刷对盾构掘进的质量、效率和安全起着至关重要的作用。运用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对某工程盾构机盾尾刷在110mm、160mm的盾尾间隙与0.5 MPa、1.0 MPa压力下的工作性能进行了有限元分析,结果表明盾尾刷在1.0MPa下会发生强度破坏,基本不会疲劳破坏。盾尾刷的变形模式是中部弯曲,呈现出"S"型。     

盾尾注脂分配器的研发试验和工程应用

根据隧道施工过程中盾构掘进机盾尾保持良好密封性的要求,结合盾尾密封油脂含有纤维、黏度高、流动性差的特性,研发出一种盾尾注脂分配器,对盾尾油脂的流量、压力进行控制,确保盾尾安全。通过对样机的模拟试验、工程应用,使盾尾注脂分配器的性能不断提高和完善,具有操作简单、移动安装方便、通用性强的特点。     

竖向荷载下群桩变形性状及沉降计算

本文介绍粉土和软土中不同桩距、不同桩长原型与模型群桩竖向荷载下变形试验研究成果。试验结果表明，均匀土层中群桩变形性状随桩距而变化。桩间土压缩变形所占比率随桩距增大而增大，桩底平面以下整体压缩变形和压缩层深度随桩距增大而减小，桩沉降的相互影响比线弹性理论值小得多。建议等代墩基法中的墩底面应根据桩距、桩长、持力层性质设定。本文还对弹性理论法中的相互影响系数和沉降比的理论值进行了修正。     

基于赫巴流体的盾构同步注浆三维扩散机理

盾构施工中复杂的地质环境和各种类型的开挖断面使得注浆施工控制较为困难。本文基于赫巴流体本构模型,分析了同步注浆阶段的浆液充填扩散与渗透扩散过程。建立了涵盖充填扩散与渗透扩散过程的盾构隧道壁后同步注浆浆液3D扩散理论模型,并分别推导了相对应的计算公式。使用工程实例和注浆试验结果验证了该模型,并对影响浆液扩散的主要因素：浆液密度、盾尾间隙厚度、注浆压力、注浆率和地层渗透系数进行了敏感性分析。研究表明：在环向充填阶段,浆液在注浆孔两侧的消散速率随着浆液密度的增大而减小,而盾尾间隙厚度几乎没有影响;在轴向充填阶段,浆液充填压力随着时间的推移而消散,消散速率随着盾尾间隙厚度的增大而减小。在径向渗透扩散阶段,浆液径向渗透扩散深度随着地层渗透系数和注浆压力的增大而增大,而浆液密度和盾尾间隙厚度几乎没有影响。     

大深度超大直径盾构盾尾受力性能探究

考虑盾尾壳体的初始几何缺陷及中空层合板构造,对超大直径(D14.0 m)盾构的盾尾在大深度水土压力下的力学性能进行建模分析。分别建立理想圆壳、缺陷圆壳、理想层合板和缺陷层合板4种结构分析模型,基于有限元计算,对4种模型的结果进行分析。对比发现:缺陷层合板模型在极限承载情况下最大变形为18.8 mm,最大等效应力达304 MPa,远超过理想圆壳模型的最大变形(3.6 mm)和最大等效应力(71.6 MPa),说明盾尾局部区域已发生塑性变形。因此,在超大直径盾构的盾尾设计时应考虑初始几何缺陷和中空层合板构造对盾尾变形和应力的放大效应。     

中低应变率范围内花岗岩单轴压缩特性的尺寸效应研究

 利用变频动态加载岩石力学试验系统对直径为50 mm,长度分别为50,75,100,125 mm的花岗岩试样进行中低应变率范围内的加载试验。研究结果表明：(1) 试样强度具有显著的应变率依赖性,随着应变率增大,压缩强度近似以乘幂关系增大。(2) 静载和准动态加载条件下,岩石强度基本上随试样长度的增加而减小。(3) 不同应变率加载条件下,直径为50 mm的试样,长径比不小于2时,方能取得基本稳定的试验结果。(4) 峰值应变随试样尺寸的增大逐渐减小。(5) 割线模量E50和线性段弹性模量Et随试样尺寸的增大而增大,且Et＞E50。(6) 破裂形式具有显著的应变率效应,随着应变率的增高,破碎程度加大;其尺寸效应则表现为：应变率 ＜10－3 s－1时,随着尺寸的增大,破裂形式表现为劈裂–锥形破裂–剪切破裂的过程;应变率 ＞10－2 s－1时,破裂形式则直接由锥形破裂变为剪切破裂。     

地聚物再生砖骨料混凝土与钢筋黏结-滑移试验研究

为解决地聚物再生砖骨料混凝土与钢筋的协同工作问题，进行了96个地聚物再生砖骨料混凝土与变形钢筋的中心拉拔试验，分析了再生砖骨料取代率(0、25%、50%、75%、100%)、矿渣掺量(25%、40%)、水胶比(0.45、0.5、0.55)、钢筋直径d(12～22 mm)、相对保护层厚度(2.63、4.19、5.75)、黏结长度(1d～8d)、养护条件(常温、80℃养护24 h)对黏结性能的影响。试验结果表明：提高保护层厚度、减小钢筋直径或减小黏结长度都可以提高黏结强度，有效防止地聚物再生砖骨料混凝土发生劈裂破坏；增大矿渣掺量、减小水胶比或采用80℃养护，都提高了地聚物再生砖骨料混凝土的抗压强度、抗拉强度和与钢筋的黏结强度，峰值滑移增大，但更容易发生劈裂破坏；随着再生砖骨料取代率的增大，黏结强度不断下降，再生砖骨料取代率50%时黏结强度下降19.77%～30.6%,再生砖骨料取代率100%时黏结强度下降37.0%～49.63%。根据试验结果，提出了地聚物再生砖骨料混凝土与变形钢筋的黏结-滑移模型，模型预测结果与试验结果吻合良好。     

非饱和原状黄土的变形及屈服特性试验研究

对不同吸力非饱和原状黄土进行了等应力比三轴压缩及常规三轴剪切路径下的试验,研究了偏应力比q/p(q及p分别为净平均应力及偏应力),吸力及净围压对不同应力路径下变形及屈服特性的影响。研究结果表明:在等应力比三轴压缩及常规三轴剪切过程中,孔隙比e与净平均应力p关系(e-lnp)皆位于二条相交的直线上,吸力、偏应力比及净围压对弹性指数的影响很小,对屈服应力及压缩指数的影响较大。等应力比三轴压缩路径下,偏应力比一定时,屈服应力及压缩指数皆随吸力的增大而增大;吸力一定时,随偏应力比的增大而先增大后减小。常规三轴剪切路径下,吸力一定时,屈服应力及压缩指数皆随净围压的增大而增大;净围压一定时,随吸力的增大,屈服应力增大,压缩指数减小。以塑性体应变作为硬化参数时,q-p平面上的初始及后继屈服面皆为对称于饱和土K₀线的倾斜椭圆,吸力及应力增大时,屈服面没有旋转,而是产生等向扩大。     

高密度聚乙烯力学性能试验研究

在两种低温条件下对高密度聚乙烯(PE100)进行了单轴拉伸试验,材料的拉伸屈服强度与最大拉伸强度相等,随着温度的降低,材料的拉伸屈服强度和弹性模量增大,拉伸屈服应变和拉伸断裂应变减小,温度的降低使得材料的延性变差.在动态(冲击)压缩试验中,材料随着应变率的增大,压缩名义屈服应力线性增大,压缩名义屈服应变总体上减小,弹性...     

HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱抗震性能研究

为研究HRB600级钢筋高强高性能混凝土柱的抗震性能，进行了6根大尺寸方形截面(600mm×600mm)混凝土柱在高轴压比条件下的低周反复荷载试验，包括2根HRB600级钢筋普通高强混凝土柱和4根HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱，对比分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化规律、延性和耗能能力。在试验基础上建立了HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的恢复力模型。研究结果表明：钢纤维可以减小高强混凝土柱的裂缝宽度，有效防止混凝土保护层脱落，减小柱的残余变形，提高柱的震后恢复性能；HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的变形能力良好，随着钢纤维掺量的增加，高强混凝土柱的位移延性系数逐渐增大；基于试验数据建立的HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱恢复力模型计算精度良好；该类型柱可较好地满足现行抗震设计规范要求，宜于推广应用。     

钢筋超高性能混凝土梁受剪性能细观分析

为了研究钢筋超高性能混凝土(UHPC)梁的受剪破坏机理，对8根UHPC梁进行了受剪性能试验，设计变量包括钢纤维掺量、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距。结果表明：钢纤维桥接作用能够显著提高UHPC梁受剪承载力，限制裂缝发展，减小裂缝间距；随着剪跨比增大，受剪承载力减小但变形能力增强；随着配箍率增大，受剪承载力提高，且增设箍筋能够显著改善UHPC梁峰值荷载后的受剪性能，减小斜裂缝宽度和长度；掺入钢纤维和增设箍筋均能够减小斜向变形(垂直于支座与加载点连线方向的混凝土变形),提高UHPC梁开裂后刚度。结合UHPC梁剪切受力特点，分别确定了临界剪切裂缝界面钢纤维、纵筋销栓作用、剪压区混凝土和箍筋等对受剪承载力的贡献，建立了UHPC梁细观多参数受剪承载力计算式。采用该计算式与5种常用计算式对收集的102根UHPC梁受剪承载力进行预测，发现采用细观多参数受剪承载力计算式的预测值与试验结果吻合较好，进而分析了常用设计参数对受剪承载力的影响规律，发现当剪跨比增大时，剪压区混凝土的受剪承载力会显著减小；纵筋销栓作用和临界剪切裂缝界面钢纤维的受剪承载力均随纤维特征值的增大而提高。     

结构性对压实黄土侧限压缩特性的影响

对一定试验含水率及干密度下具有不同结构性(排列)的压实黄土试样进行侧限压缩试验,分析制样含水率引起的结构性变化对不同试验含水率压实黄土侧限压缩特性的影响,探讨压缩性指标与初始结构性参数之间的关系。以饱和压实黄土的压缩曲线为基础,通过引入反映结构性影响的初始结构性参数,提出压实黄土压缩曲线的表达式,根据此表达式可以确定湿载耦合时压实黄土的压缩变形。研究结果表明:制样含水率引起的结构性变化对压实黄土的侧限压缩特性有一定的影响,影响程度随试验含水率增大而减小,对饱和压实黄土压缩特性几乎没有影响;压实土的初始结构性随制样含水率的增大或试验含水率的减小而增强,弹性指数基本上不受结构性的影响,结构屈服压力及压缩指数皆随初始结构性参数增大而增大。在不同的试验含水率及制样含水率下,压缩指数及结构屈服压力与初始结构性参数之间皆有良好的归一化非线性关系,且可用以饱和压实黄土的压缩性指标为参照状态的双曲线来描述。     

超高强度橡胶混凝土的力学特性及能量演化

通过降低水胶比，采用钢纤维和硅灰协同调控强度的方法，制备超高强度橡胶混凝土（UHSRC），并利用电液伺服万能试验机对其开展静态压缩试验.结果表明：UHSRC的抗压强度最大可达125.7 MPa，甚至当橡胶取代率高达30%时，抗压强度仍不低于60.0 MPa；UHSRC的抗压强度和应力增长率表现出橡胶取代率弱化效应，然而其破坏程度和韧性指数表现出橡胶取代率增强效应和粒径弱化效应；UHSRC的输入能、弹性能，以及耗散能增长率和最大值均具有橡胶取代率弱化效应；随着橡胶取代率的增加，UHSRC的弹性能比率增大，耗散能比率减小；随着橡胶粒径的增大，UHSRC的弹性能比率先减小后增大，耗散能比率先增大后减小.     

干湿循环作用下非饱和重塑黏土变形特性研究

为了研究了基质吸力与干湿循环对非饱和重塑黏土压缩变形特性的影响,利用最新研制的全自动非饱和土固结仪,在控制基质吸力的条件下进行非饱和土压缩试验。研究结果表明,吸力越大,土体的压缩性越小,屈服应力越大,含水率减小的幅度也越小。试样经历干湿循环后,土体的压缩性增大,屈服应力减小,土体弹性变形的应力范围也减小。非饱和土的压缩变形以孔隙气体的压缩为主,土体中孔隙水的排出处于次要地位。干湿循环对非饱和土变形特性有重要影响,考虑其影响对于实际工程应用是十分必要的。     

粉胶比对SBS改性沥青胶浆力学性能的影响分析

为了研究不同粉胶比对SBS改性沥青胶浆力学性能的影响,选取针入度试验、低温弯曲试验、动态剪切流变试验研究5种粉胶比下沥青胶浆的高温稳定性、低温抗裂性和抗车辙能力。研究表明:粉胶比的增大使针入度减小、抗剪强度增大,但是其受温度影响较大,提高粉胶比可增大抗剪强度但低温时易开裂;温度为0℃时,沥青胶浆的弯曲劲度模量受粉胶比影响较大,而温度为5℃时,沥青胶浆的蠕变变形受粉胶比的影响较大,因此在低温地区铺筑沥青路面时应综合考虑粉胶比的作用;对于动态剪切流变试验,粉胶比的增加使沥青胶浆结构中弹性组分增多、流动变形减小,提高了沥青胶浆的抗车辙能力。     

不同胶结半径的粒间胶结拉伸和压缩试验研究

为在三维离散元模型中建立考虑胶结半径的胶结破坏准则,在已有10 mm胶结半径的三维铝球胶结试验的基础上,继续对胶结半径为8,12,14 mm的胶结铝球进行拉伸和压缩试验。结合10 mm胶结半径的试验数据,总结出不同胶结半径的胶结铝球拉伸与压缩的强度规律。试验结果表明:高铝水泥试样的拉伸强度与压缩强度随着胶结半径的增大而非线性增大;位移曲线在拉伸荷载下表现为脆性破坏,在压缩荷载下表现脆塑性和塑性破坏,并且压缩荷载下发生脆塑性破坏的概率随着胶结半径的减小而增大。     

超长桩桩身压缩的试验与数值模拟研究

基于试验资料和数值模拟,对超长桩的桩身压缩问题进行了研究。结果表明:(1)持力层对超长桩的桩身压缩有重要影响。入基岩的超长桩2(直径1m,长81.5m)的竖向变形一直以压缩变形为主(占84.5%~100%);未入基岩(以含砾中粗砂为持力层)的超长桩1(直径1m,长78.5m)的竖向变形以加载初期的压缩变形为主逐渐转变为加载后期的刚体变形为主(占75.3%)。(2)持力层上覆土性对桩身压缩也有影响。当其它条件相同而只有持力层上覆土层土性不同时,持力层上覆土层硬时桩身压缩量要大。(3)长径比对桩身压缩也有重要影响。一般情况是,相同的桩顶荷载时长径比越大,桩身压缩量也越大。     

某岛礁珊瑚砂力学性质的室内试验研究

岛礁上部碎屑沉积物对岛礁建设的影响举足轻重,在某岛礁建设过程中获取一定深度范围内的钙质砂,开展了室内大型直剪试验和大型高压固结试验,对钙质砂的剪切性能及压缩特性进行试验研究。试验结果表明:同级配情况下,咬合力C值受到剪切速率和粗粒料含量(P5)的共同影响。剪切速率增大时,咬合力C值逐渐减小,P5增大时咬合力C值呈增长趋势。珊瑚砂砾混合碎屑物的压缩变形与珊瑚砾块和珊瑚砂的质量组成有关,同时也受到含水量的影响。