深基坑圆形冻土帷幕力学性能的模型试验研究

 利用自行设计加工的大型深基坑冻结模拟试验台，进行大直径圆形冻土帷幕受力与变形的物理模拟试验，获得深基坑开挖过程中圆形冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度、开挖半径和冻土平均温度等影响因素的变化规律以及冻土帷幕暴露段水平变形规律。试验结果表明，冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度和开挖半径的增大而增大，随冻土的平均温度降低而减小。随着开挖深度的增加，冻土帷幕暴露段的水平变形不断增大，且表现为“中间大、两头小”的变形特征；不同温度下冻土帷幕的弹性变形占总变形量的比值不同，由－4 ℃时的30%增加到－18 ℃时的90%。对几个影响因素进行综合分析可知，冻土帷幕水平变形的主要影响因素是基坑半径和开挖深度，而帷幕平均温度、厚度及施工段高的影响相对较小。     

爆炸冲击波在不同介质中传播衰减规律的数值模拟

摘要：采用 ANSYS/LS-DYNA软件对冲击波在水、土、混凝土中的衰减规律进行了模拟研究，由计算得到的压力和能量的曲线，通过分析表明波阻抗对冲击波的初始峰值大小有很大的影响；土中冲击波的持续时间最长，混凝土中冲击波衰减较快；验证了冲击波速和波强度有关，波的强度越大，波速越高；能量的大小和介质的可压缩性有关，土中能量最大，水中能量最小。     

基于匹配视角的轨道交通“科普-微课”体系构建

目前,中国较多大中城市相继进入轨道交通时代,但科普渠道并未得到拓展,科普作品质量不高,科普工作仍滞后于轨道交通发展。“微课”满足个性化学习的需求,也适用于移动学习时代科普知识的传播。针对当前国内轨道交通建设高速发展过程中科普工作滞后的现状,从匹配视角对轨道交通科普需求与“微课”关键特征进行解析,分析“科普-微课”关键特征匹配现状及存在的问题。在对“微课”部分关键特征进行改进的基础上,构建完全匹配的轨道交通“科普-微课”体系。将微信及其公众号作为科普载体,利用“微课”教学资源在居民中开展轨道交通知识科普工作,可显著提高科普效果。     

不耦合装药混凝土中应力波传播的数值分析

运用有限元软件对不耦合装药条件下混凝土中应力波传播进行数值分析,分析了应力波随时间的衰减曲线和速度时间曲线,得出应力波通过水介质传到混凝土中压力均匀、强度衰减较缓慢、传播距离较远,以及炮眼周围混凝土的破坏形态.解释了混凝土自由面在拉应力波作用下的层裂现象.模拟结果对爆破理论和物探方面具有一定的参考价值.     

水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究

为了研究水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应,以段家坪隧道为例,采用数值模拟,对拱顶、拱肩、拱腰和拱脚的振速和应力以及节理对应力波传播的影响规律进行分析,将数值模拟和现场爆破振动数据进行对比。结果表明:拱顶处的振速和应力最大;随着岩体中水平岩体层数的增加,K值减小,α值增大;水平层状岩体模型中,节理两侧的振速与应力衰减幅度较均质模型中大;由于实际隧道围岩并不是均质的,现场监测振速数据拟合出的振动波衰减指数α偏大。     

断顶爆破防治冲击矿压技术体系及效果评价研究

断顶爆破在坚硬顶板条件下的冲击矿压灾害防治中应用广泛。基于动静载叠加原理,理论分析了断顶爆破防治冲击矿压的作用机制,在对冲击危险预评估和冲击危险动态演化特点分析的基础上,揭示了冲击危险具有分时、分区和分级的"三分"特征,建立了分时、分区、分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,应用于坚硬顶板型冲击矿压防治工程实践,并通过采取理论计算、钻屑监测和微震监测手段进行断顶爆破效果评价。结果表明:爆破后形成的裂隙区贯通为连续的弱面是控制冲击矿压最重要的区域,断顶爆破能够减弱由于顶板瞬间破断或垮落释放的动载强度,降低上覆悬顶施加在煤体内的静载强度并促使煤体峰值应力向工作面前方转移,达到降低冲击矿压危险的目的;依据揭示的冲击危险分时、分区、分级的"三分"特征,建立了"开切眼倾向断顶爆破、临空煤柱侧走向断顶爆破、工作面内超前预裂爆破和及时解危断顶爆破"的分时分区分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系,相应进行了断顶效果评价,其中开切眼倾向断顶爆破后工作面初次来压和周期来压阶段顶板聚集的能量分别降低72%和76%;临空煤柱侧断顶爆破后煤柱内钻屑值下降0.55 kg/m;工作面内预裂爆破区域在回采期间出现微震总能量、单日最大能量均明显降低,微震频次显著增加的整体规律,验证了分时分区分级断顶爆破技术体系对防治冲击矿压的有效性。     

爆炸作用下冻结管振动响应规律研究

为了保证井筒冻结基岩段爆破掘进施工不致冻结管发生断裂,冻结井筒安全施工,对爆炸作用下冻结管的振动响应规律进行了研究。通过对爆炸应力波的近似简化和坐标变换,获得了纵波在冻结管周围发生散射时冻结管的应力场和位移场的复数形式。通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同温度下(-10℃、-15℃、-20℃和-30℃)冻结管对爆炸作用的振动响应规律进行数值模拟研究,以不同时刻下冻结管的压力云图和速度云图,以及冻结管的应力和速度随着温度的变化曲线分析冻结管对爆炸作用的振动响应规律。数值模拟结果表明:随着温度不断降低,冻结管的最大拉应力、最大压应力、径向振动速度和切向振动速度均不断降低;冻结管的最大拉应力大于最大压应力,径向振动速度大于切向振动速度。因此,可将冻结管的最大拉应力和径向振动速度作为井筒冻结基岩段爆破掘进施工的安全控制依据。此结论为现场冻结方案和爆破方案设计与实施提供依据。     

圆形深基坑中冻土帷幕变形规律试验研究

为了将人工冻结技术应用于大型深基坑支护工程中，利用自行设计加工的大型深基坑冻结模拟试验台，进行了大直径圆形冻土帷幕受力与变形的物理模拟试验，获得了深基坑开挖过程中圆形冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度、开挖半径、冻土平均温度等影响因素的变化规律．结果表明：冻土帷幕水平位移随基坑开挖深度和开挖半径的增大而增大，随冻土的平均温度降低而减小；冻土帷幕最大水平位移位置均出现在开挖面以下，一般出现在帷幕全深的0．7～0．8倍深度范围内；冻土帷幕水平变形的主要影响因素是基坑半径和开挖深度．     

腐蚀近海桥墩十字形双向拟静力试验及损伤分析

为研究十字形双向加载作用下腐蚀近海桥墩的损伤演化,设计了2个尺寸及配筋相同的钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)桥墩试件,对其中之一开展了电化学腐蚀试验,随后对2个试件进行了十字形双向拟静力试验。基于实测数据,分析了腐蚀作用对墩柱滞回特性及刚度退化的影响,基于试验现象,及考虑腐蚀和加载路径的改进Park-Ang双参数模型,研究了墩柱损伤演化过程。结果表明:与未腐蚀墩柱相比,腐蚀率为24.15%的墩柱的极限承载力降低达28.74%,累积耗能降低了55.74%;腐蚀作用会明显加速墩柱的双向地震损伤进程;变形对未腐蚀及腐蚀墩柱的双参数损伤指标贡献皆随着位移的增大先减小后缓慢增大;该文改进的Park-Ang模型,结合牛荻涛等的损伤指标范围,能合理量化墩柱损伤状态,可为腐蚀近海桥墩的双向地震损伤分析提供参考依据。     

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。