水下盾构隧道管片衬砌结构渐进性破坏机理模型试验研究

水下盾构隧道管片衬砌结构病害的防治是一个公认的难题,揭示管片衬砌结构破坏、失稳的机理显然对病害的科学治理具有很强的指导意义。采用模型试验方法,通过超载的形式对水下盾构隧道管片衬砌结构从材料细观损伤到结构宏观局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进性破坏失稳过程进行了系统研究。将大型水下盾构隧道管片衬砌结构渐进性破坏过程划分为初始弹性阶段、局部损伤阶段、宏观破坏阶段和整体失稳阶段四个阶段,并给出了各阶段管片衬砌结构的力学行为特性;探明了盾构隧道管片衬砌结构失稳临界点,并以关键点位移与隧道外半径比值的形式给出了失稳临界建议值;通过对声发射数据的分析,揭示了管片衬砌结构破坏过程的渐进性特性,并获得了声发射事件出现的频率与幅值分布随外部荷载的变化规律;分析了管片衬砌结构宏观裂纹的出现及扩展规律,并通过最终破坏形态分析了造成管片衬砌结构整体失稳的关键部位的空间分布以及破坏形式。     

纳米二氧化硅改性脲醛树脂胶粘剂的合成工艺及性能

以纳米SiO2(二氧化硅)作为改性剂,采用正交试验法探讨了最终n(甲醛或F)∶n(尿素或U)、纳米SiO2含量和反应温度对脲醛树脂(UF)的游离甲醛含量和胶接强度的影响。研究结果表明:当最终n(F)∶n(U)=1.3∶1.0、w(纳米SiO2)=1.5%(相对于总物料质量而言)和反应温度为90℃时,UF胶粘剂的游离甲醛含量(0.15%)和胶接强度(1.39 MPa)均满足GB/T 14732—2006标准要求,耐水性也明显提高。     

氧化淀粉改性脲醛树脂胶粘剂的合成工艺研究

以氧化淀粉作为改性剂,采用正交试验法探讨了最终n(甲醛或F)∶n(尿素或U)、淀粉氧化时间、氧化淀粉加入量和交联时间等对氧化淀粉改性UF(脲醛树脂)胶粘剂的游离甲醛含量和胶接强度的影响。研究结果表明:当最终n(F)∶n(U)=1.2∶1、淀粉氧化时间为3 h、氧化淀粉加入量为10%(相对于甲醛和尿素总质量而言)和交联时间为60 min时,氧化淀粉改性UF胶粘剂的游离甲醛含量低于0.09%、胶接强度为1.48 MPa且耐水性明显提高;此时,相应胶合板的甲醛释放量(0.04 mg/L)满足GB/T 9846.3—2004标准中E0级指标要求。     

封顶块位置对盾构隧道管片结构力学特征与破坏形态的影响分析

对于盾构隧道管片衬砌结构而言,封顶块位置对其在相同荷载条件的力学响应及破坏失稳特征具有显著的影响,通过将渐进性破坏理论引入到盾构 隧道管片衬砌结构病害发生及扩展过程分析中,采用相似模型试验研究方法,从盾构隧道管片的声发射数据、结构位移及内力、宏细观裂纹发生及扩展等方 面,比较分析封顶块位置对盾构隧道管片从材料细观损伤到结构宏观局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进性破坏失稳过程的影响。试验结果表明：①封顶 块的位置不同,使得因环向接头的位置不同,在外荷载一样的情况下,管片与地层的协调变形不同,导致整环管片的整体刚度不同,封顶块位于拱腰时其整 体刚度相对其他两组较大;②封顶块不同位置对结构失稳时的最大局部变形位置有较大影响,临界失稳时的最大位移与隧道半径之比相差不大,均在2%~3% 之间;③封顶块不同位置对管片结构开始产生宏观裂缝的荷载级别及产生位置也有较大影响,封顶块位于拱腰时,开始产生宏观裂缝的荷载级别相对其他两 组大,主裂缝和压溃区发生的位置较多。     

空洞对盾构隧道结构受力与破坏影响模型试验研究

通过将渐进性破坏理论应用到盾构隧道管片衬砌结构病害(尤其是管片开裂)产生的破坏分析中,采用相似模型试验方法,通过超载的形式从管片衬砌结构内力及位移、声发射信息、管片破坏过程方面,分析地层空洞缺陷对盾构隧道管片从材料细观损伤到结构宏观局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进性破坏失稳过程的影响。试验结果表明:空洞缺陷的存在对衬砌结构的极限承载能力及破坏模式具有显著影响,首先是会降低管片失稳临界点对应荷载值,临界点对应的最大位移值与隧道半径比值减小,其次降低管片结构开始出现宏观裂缝时的荷载值;对于空洞的分布位置,拱肩位置空洞的存在更容易导致结构的失稳,其次拱腰和拱顶;空洞的存在也会改变衬砌结构失稳起始位置的分布,导致失稳起始位置接近或直接位于空洞位置。     

苯酚/聚乙烯醇改性脲醛树脂胶粘剂的制备及性能研究

以苯酚和聚乙烯醇(PVA)作为改性剂,采用正交试验法探讨了最终n(甲醛)∶n(尿素)、苯酚含量以及PVA含量对脲醛树脂(UF)的游离甲醛含量和胶接强度的影响。研究结果表明:当最终n(甲醛)∶n(尿素)=1.2∶1、w(苯酚)=20%和w(PVA)=1.0%(均相对于尿素总质量而言)时,苯酚/PVA改性UF的游离甲醛含量、胶接强度等均能满足GB/T 14732—2006标准中Ⅱ类胶合板的要求,并且相应胶合板的甲醛释放量(为1.70 mg/L)远低于GB/T 9846.3—2004标准中E2级指标要求。     

基于SOA互增益调制双折射效应的全光2-4电平编码转换

提出了一种利用半导体光放大器(SOA)的互增益调制(XGM)的双折射效应实现全光2-4电平编码转换的方法.两路2-电平强度调制光信号正交偏振合波后,沿SOA的主轴进入,利用SOA的偏振调制实现被调制信号光的偏振调制,通过检偏输出4-电平强度调制光,从而实现2-4电平调制的编码转换.     

基于塑性损伤的盾构隧道双层衬砌三维实体非连续接触模型研究

 在分析基于梁-弹在分析基于梁–弹簧模式和壳–弹簧模式盾构隧道双层衬砌数值模型的基础上,分别建立依据接合面接触状态不同划分的盾构隧道双层衬砌三维实体复合结构和叠合结构计算模型。该模型通过混凝土塑性损伤模型表征混凝土的非线性特性,考虑管片内置钢筋对结构力学性能的影响,采用已有模型模拟钢筋屈服、硬化和软化现象,建立三维螺栓实体代替弹簧单元模拟管片接头,真实反映盾构管片之间、管片与连接螺栓及管片与二次衬砌接合面的接触情况。以广深港狮子洋隧道双层衬砌为工程实例,建立2种计算模型进行研究,通过与依托同样工程背景下的相似模型试验管片和二次衬砌内力和位移结果进行对比分析,两者具有较好的一致性,验证了该模型模拟盾构隧道双层衬砌结构力学行为的准确性和适用性。研究结果表明：(1) 双层衬砌在受力过程中管片与二次衬砌在局部存在非协调变形,接合面发生分离现象,出现零压区。(2) 由于封顶块构造的原因,封顶块对应位置二次衬砌易出现应力集中现象,该位置轴力和弯矩变化不均匀,管片与二次衬砌接合面接触压应力较其他位置偏大。研究成果对盾构隧道双层衬砌的设计分析具有一定的参考价值。