铁路隧道围岩分级细化研究及应用

对Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ各级的软弱围岩,沿用相关规范计算所得的隧道围岩荷载,因级别不同,其荷载量值的差异往往过大。在现行公路隧道岩质围岩亚级分级方法的基础上,建立了新的围岩亚级分级与铁路隧道所采用的弹性纵波速度细化之间的关系,从而避免了铁路隧道不同围岩分级时其弹性纵波速度交叉重叠的现象。对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级岩质围岩,在本项研究中,对铁路隧道按照围岩弹性纵波速度Vp作了更进一步细化,并用以作为围岩初期支护设计压力的计算,避免相邻分级之间其计算荷载值差值过大造成的困难。结合青岛市地铁隧道工程,采用综合模糊判别方法对施工阶段围岩进行动态细化判定和调整,使隧道设计施工更为安全有据、经济合理。     

对地下工程几种分部开挖方法的探讨

介绍了几种分部开挖方法的主要特点,对其在软弱破碎围岩特殊地质条件下的实用性进行了对比,重点分析了地表沉降要求对软弱破碎围岩隧道施工工法选择的影响,同时通过计算给出了各种分部开挖法施工受力解析参数,从而结合现场施工经验提出一些有利的建议。     

基于二次应力实测值的初始应力场反分析法 及其工程应用

初始应力场对于岩土工程数值计算至关重要,但通常难以准确确定.目前,由现场实测资料反演初始地应力场的方法很多,且各有优势.与以往不同,作者提出了在隧道等地下工程二维计算中,以现场实测的二次应力来确定计算模型的边界条件,从而得到与实际相符的初始应力场来进行反演分析的新思路和新方法,获得了十分满意的效果,该法较以往方法经济、准确,且容易操作,可为今后同类课题借鉴.结合实际工程,采用该方法得到了计算分析域的初始应力场的分布规律,与实测结果基本一致,证明了该方法的正确性和实用性.     

软粘土的地震行为研究

通过开展离心机动力试验,揭示了从基岩输出的地震波经过一定厚度的软粘土层传播到地表时,地震波高频成分将放过滤,地表运动的周期将变长,反映出土体在地震荷载的持续作用下将发生一定程度的软化,同时在一定的周期范围内,加速度反应谱幅值将得到不同程度的放大;最后开展了ABAQUS计算和理论分析以验证试验结论的合理性.该研究为自由场土体地震反应的基础性研究,成果对于结构抗震设计中场地选择以及土结动力相互作用研究具有一定的参考价值.     

隧道工程课程教学改革思考

隧道工程是土木工程学科岩土及地下方向的核心专业课程,理论性、实践性及应用性强,涵盖的知识面广而深.为了满足新时期创新型工程技术人才培养的迫切需要,结合笔者近年来在教学一线所积累的经验及深切体会,以工程科学角度,从教学方式、实践性教学理念、科研促教等方面对隧道工程课程的教学改革问题进行探讨,以期进一步提高教学质量与效果.     

高低承台桩基地震行为差异研究

 对于采用桩基的各类结构,按承台埋没于地基土体与否,可区分之高、低承台桩基型式。在许多实际工程中,因回填土或欠固结土地基的继续沉降,或因土体流变或场地震陷等后沉降效应,均可致使承台与土体接触解除,即先前按设计采用的低承台桩基可能转为高承台型式。在静力条件下,这将导致桩身产生负摩阻力而降低其部分竖向承载能力;然而,在地震作用下,通过开展离心机地震模型试验和ABAQUS计算分析发现：当承台与地基土体脱离时,桩基最大弯矩设计值将会增大,且弯矩有效深度也将变深;更且,基础(承台)周期明显延长,充分表明高、低承台桩基型式地震行为差异迥然,高承台桩基型式较之相应低承台情况更为不利,在抗震设计时应充分予以认识、考虑。     

桩筏基础–土动力相互作用的离心机模型试验研究

 通过开展离心机动力模型试验,深刻地揭示桩筏基础与土之间的动力相互作用将造成基础和土体运动的非一致性,土体的运动不能代表基础的运动,两者在加速度时程、反应谱特征、共振周期等方面均存在显著的差异,传统结构抗震设计中采用自由场土体的动力参数直接作为基础的动力参数是极不严格的;基础与土之间的动力相互作用将导致周围土体发生重塑软化,且基础附近的土体(近场)软化程度明显高于远场土体(自由场土体),加之土体自身的应变软化和强度降低的内在机制将共同导致土体的周期明显延长;然而,在地震作用下,桩筏基础几乎不发生软化,这与土体有着本质的区别;在相同条件下,基础的共振周期小于土体周期(近场和远场),远场土体(自由场土体)周期小于基础附近的土体周期(近场土体);土体的动力软化对结构的影响甚微。     

雪峰山高速公路隧道F2断层带的综合超前地质预报

 F2断层是雪峰山隧道通过区一条规模较大的断层带，在隧道施工中可能会对围岩稳定产生较大的影响，故在隧道施工期间对其开展超前预报。在雪峰山隧道施工过程中，运用多种方法对F2断层带进行综合超前地质预报。在超前地质预报中以地质分析为主线，运用TSP、洞壁应力测试、断层前兆预测法和断层错动机制解等多种方法开展综合预报。预报结果认为，ZK97+193～ZK97+220段已进入F2断层带的影响带，从ZK97+220开始已进入F2的边缘带，并预报ZK97+235桩号左右就进入F2的主干带。预报结果同实际开挖情况对比可知，预报效果较好。     

桩–筏–土体系的地震软化行为及ABAQUS模拟研究

通过开展离心机动力试验,充分揭示在地震荷载的持续作用下,土体将发生一定程度的软化,表现为周期的持续增大;然而基础(筏板)周期和桩身弯矩包络图几乎不发生改变,说明整个桩–筏结构在地震作用下的行为不会类似于土体发生软化(恶化的现象),而是能持续保持稳定,其动力行为主要取决于自身特性如桩身刚度和上部结构传递给筏板的荷载水平(惯性)等,同时土体的动力软化效应对桩–筏结构的影响很小。为了验证试验结果的正确性和合理性,采用ABAQUS 6.9程序对试验结果进行计算分析,土体模型包括软件内嵌的Hypoelastic非线性模型和所开发的考虑动力降强效应的HyperMas用户子程序模型(UMAT)。计算结果符合试验实测结果,尤其能准确地捕捉桩身最大弯矩值和周期等重要的工程设计参数。且有侧重于基础单元的地震响应分析,非降强模型和降强模型的计算差异很小,再次说明土体软化对既有桩–筏结构影响很小,但采用非降强模型计算更为快捷、高效。     

Three-dimensional finite element analysis on effects of tunnel construction on nearby pile foundation

A three-dimensional finite element simulation was carried out to investigate the effects of tunnel construction on nearby pile foundation. The displacement controlled model (DCM) was used to simulate the tunneling-induced volume loss effects. The numerical model was verified based on the results of a centrifuge test and a set of parametric studies was implemented based on this model. There is good agreement between the trend of the results of the centrifuge test and the present model. The results of parametric studies show that the tunnelling-induced pile internal force and deformation depend mainly on the pile-tunnel distance, the pile length to tunnel depth ratio and the volume loss. Two different zones are separated by a 45° line projected from the tunnel springline. Within the zone of influence, the pile is subjected to tensile force and large settlement; whereas outside the zone of influence, dragload and small settlement are induced. It is also established that the impact of tunnelling on a pile group is substantially smaller as compared with a single pile in the same location with the rear pile in a group, demonstrating a positive pile group effect.