浅埋双侧偏压小净距隧道衬砌荷载及其参数敏感性分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖的破坏模式及衬砌荷载分布规律,通过现场调研和数值模拟的方法对4种典型计算模型进行分析,分别获得了该类型隧道先行洞开挖和双洞开挖后隧道的破坏模式。然后针对该类型隧道的破坏特点,在基本假定的基础上建立了浅埋双侧偏压小净距围岩压力计算的力学模型,并结合公路隧道设计规范中有关成果,推导出能够考虑隧道左、右洞先后施工过程的隧道围岩压力计算理论。此外,通过数值模拟的方法对该类型隧道的围岩压力计算参数进行敏感性分析,获得了各计算参数对该类型隧道围岩压力的敏感性影响规律。     

基于Forchheimer渗流的土石混合体单向固结模型研究

土石混合体回填土的渗流属于非达西渗流,不符合Terzaghi固结理论的前提。因此,土石混合体回填土的固结沉降问题难以依靠Terzaghi固结理论解决。经验证Forchheimer 渗流模型符合土石混合体的渗流特性,基于Forchheimer 渗流模型并加以理论推导,建立了欠固结饱和土石混合体回填土线性单向固结模型。利用MATLAB软件编制有限差分计算程序,将有限差分解与达西解析解以及固结压缩试验结果进行对比,验证有限差分解的有效性。结果表明:基于Forchheimer渗流模型推导得到的线性单向固结模型能够较好地预测分析土石混合体的固结沉降,对西南地区欠固结土石混合体回填土固结沉降问题具有理论指导意义。     

基于大型直剪试验的土石混合体颗粒破碎特征研究

土石混合体剪切时存在细观上的颗粒破碎现象,并对其宏观力学性质产生影响。基于此,以4种含水率的土石混合体为研究对象,通过室内大型直剪试验和筛分试验,分析土石混合体剪切后的颗粒破碎特征,并建立细观颗粒破碎与宏观力学性质的联系,从而加深对宏观力学性质的认识。研究结果表明:土石混合体剪切后的颗粒破碎较明显,可分为完全剪断型、表面破裂型和表面研磨型3类;颗粒破碎细观上表现为粗粒组含量降低、细粒组含量增加、中等粒组含量波动变化,统计上表现为级配曲线上移,宏观上表现为低含水率出现应变软化破坏、高含水率出现应变硬化破坏、中等含水率出现塑性应变破坏、剪应力–剪切位移曲线"跳跃"和强度非线性特征,本质上是颗粒间接触力作用产生应力集中的结果;颗粒相对破碎率随着含水率的降低或法向压力的增大而增大;黏聚力和内摩擦角均随着含水率的增大而呈幂函数规律降低。     

机场高填方边坡填筑过程的变形演化规律分析

利用有限元强度折减原理,基于非线性弹塑性本构模型推导了土石混合料高填方边坡安全系数的定义方法,即同时折减tan φ和tan φ_f,折减后的极限状态线、临界状态线和屈服面均往内收缩;采用FLAC^3D有限差分法对西南山区某机场高填方边坡填筑过程的变形和稳定性演化规律展开了研究,结果表明:随着填筑高度的升高,高填方边坡的水平位移和竖向沉降都逐渐增大,但其分布规律并非一成不变,最大分别可达95 cm和20 cm;通过在台阶上预留足够宽的马道或平台能够有效降低后续填筑层所带来的不利影响,提高填方体的整体稳定性;随着填筑高度的升高,高填方边坡的安全系数表现为“下降”-“平稳”-“下降”的变化规律,相应的潜在滑体从下台阶的仅一个增加到上、下台阶各一个,滑体体积呈增大趋势。     

侧向粉喷桩变刚度处治桥头跳车效果研究

为了解决因软土路基不均匀沉降引起的桥头跳车问题,依托G15沈海高速八字桥段工程,提出了侧向粉喷桩变刚度非开挖处治方案,首先采用二维数值模拟得出粉喷桩不同处治深度的影响规律,然后采用三维数值模拟对设计方案进行了分析验证。结果表明:沉降主要发生在淤泥层,随着粉喷桩处治深度的增加,沉降控制效果逐渐变好,当桩长为42 m时,处治深度贯穿整个淤泥层,沉降控制效果最好;侧向粉喷桩较好地约束了路基土体的侧向水平位移,与周围土体形成的复合路基的竖向刚度得到增强,因而在路基沉降控制中能够发挥作用;通过对桥头段进行粉喷桩变刚度处治,使得沉降坡度减小,沿线路方向沉降呈现渐变效果,有效地缓解了桥头跳车问题。     

隧道锚承载特性、变形破坏特征及典型案例分析

通过对国内81座悬索桥锚碇形式的统计分析,同时结合国内外研究资料,分析了目前我国隧道锚应用现状和发展趋势,总结了目前隧道锚在承载变形特征、破坏模式及抗拔力计算等方面的研究现状。介绍了课题组在软岩地层中开展的四次缩尺模型试验,验证了在软岩地层中修建隧道锚的可行性,明确了影响软岩隧道锚稳定性的关键因素。认为以下4个方向是今后研究的重点:(1)研究软岩隧道锚传力机制,探讨软岩隧道锚的破坏形态和长期稳定性;(2)针对不同的破坏模式,研究相应的加固措施;(3)掌握破坏面上应力分布状态是计算锚碇系统承载能力的关键;(4)模型试验和离散元等数值模拟相结合,研究隧道锚在主缆拉力作用下的变形-破裂-失稳演化过程。     

加卸荷工况对注浆砂土–混凝土接触面剪切特性影响

土-结构物接触面力学特性一直是岩土工程领域研究的重点与热点问题之一,揭示其机理有利于促进对桩基础、挡土墙等结构物承载性能的认识。本文采用自主设计研发的注浆设备和室内后注浆试验方法,通过对三种注浆量和四种加卸荷工况下的共计28组注浆和未注浆大型接触面直剪试验,分析了不同加卸荷工况对注浆砂土-混凝土接触面力学特性和剪切影响范围的影响。试验结果表明：注浆可逐渐消除由于加卸荷产生的接触面初始剪切模量和剪切应力差异;未注浆接触面未出现软化,而注浆接触面呈现软化现象并且软化出现在剪切法向应力较小的卸荷接触面剪切过程中;后注浆主要通过提高接触面等效黏聚力以改善接触面力学特性,其对接触面等效内摩擦角无明显影响,同一注浆量下浆液对无卸荷接触面等效黏聚力的改善效果优于卸荷工况;卸荷工况下的接触面剪切影响范围略大于无卸荷工况下的接触面剪切影响范围,无论加卸荷和注浆工况,接触面剪切影响范围与接触面峰值剪切应力呈正相关;同一剪切法向应力下,浆液的注入对卸荷接触面更多的偏向于通过压密注浆形成浆块增大接触面混凝土板的粗糙度从而改善接触面剪切特性,对无卸荷接触面则通过浆液渗透形成浆土混合体从而对接触面处土体特性进行改善。     

统一强度理论下掌子面防突安全厚度理论研究

为防止溶腔岩溶水压裂掌子面临空断面而造成隧道突水突泥,在掌子面临空断面前方预留一定厚度围岩是处理高压溶腔的常见技术手段,而防突安全厚度则成为释能降压法等处治技术中的重要技术参数。本文基于统一强度理论结合弹性薄板弯曲推导出防突岩盘在简支和固支条件下的安全厚度解析解,并推导了防突岩盘在厚度一定时作用于防突岩盘后的溶腔压力。依托海口南渡江引水隧道进行工程应用,公式及计算结果表明,掌子面防突安全厚度与溶腔压力、岩体泊松比、掌子面半径、粘聚力有关。此成果为规避富水隧道高压溶腔突水突泥水害发生及富水隧道高压溶腔防突安全厚度设计、施工方面提供理论依据,避免突水突泥带来重大经济损失。