基于Trapdoor试验的双线隧道地表沉降预测公式探讨

城市隧道开挖引起的地层扰动不可避免。为了探讨双线隧道间相互影响以及可靠的地表沉降预测方法,利用课题组开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)模型试验装置和钢棒相似土构建二维试验条件,通过沉陷门下沉模拟隧道开挖变形。先通过单Trapdoor试验获取表面沉降曲线,拟合得到单线隧道开挖地面沉降Peck公式参数。再进行双Trapdoor试验,利用单Trapdoor参数叠加得到双线隧道地表变形,并与双Trapdoor模型试验结果进行对比。结果反映,在埋深较大、隧道间距较小的情况下,沉降曲线较早的由双峰形态过渡到单峰形态,从而利用模型试验数据划分了两种形态的大致范围。引入了峰值修正系数和间距影响系数对叠加公式进行修正,建立了基于模型试验数据的双线隧道地表沉降叠加修正公式。     

隧道锚现场缩尺模型试验中的伺服控制与采集系统

隧道锚是悬索桥主缆的主要锚固形式,其承载力及变形特征在不同的地质环境下表现不同,因而需要通过缩尺模型试验进行验证。根据相似原理,相似比越小,缩尺模型的代表性越强,其材料特性、边界条件、受力机制及地质力学模型等更接近于原型锚,因而常常在地质条件较差的位置采用1∶10的现场缩尺模型试验。针对大尺度现场模型试验环境条件差、荷载高、监测传感器多、监测历时长等特点,采用智能化程度高、适应性强的伺服控制与采集系统来实现试验的控制及数据的采集。在云南香丽高速公路虎跳峡金沙江大桥隧道锚1∶10现场缩尺模型试验中采用自主研发的电气液伺服控制与采集系统,实现了全过程的荷载伺服与数据自动采集。该系统的成功研制为我国隧道锚现场缩尺模型试验的研究提供了新手段,能够帮助更加深入地研究隧道锚变形破坏机理及蠕变特征。     

隧道火灾烟流性态的模型试验分析

通过对隧道火灾模型试验,研究隧道发生火灾时烟流性态,着重对隧道内的烟流扩散规律、烟流逆流层的长度、逆流速度、逆流层厚度进行了试验数据的分析.对隧道防火灾设计有一定的参考价值.     

结构模型试验与模型设计

结构模型试验是结构试验的主要形式,文章概述了模型试验的特点,介绍了模型试验对模型的相似要求,三个相似定理,用量纲分析法来确定相似条件,并通过一个实际的例子来说明模型设计时比例、材料、荷载和边界条件的选择.     

火荷载下沉管隧道结构的热-力耦合分析

以上海外环线越江沉管隧道为背景,用有限元程序模拟火荷载作用下沉管隧道结构温度场及应力场,并将计算结果与试验数据对比分析,从而确定最佳的分析模型和边界条件,为该领域的研究提供参考依据。根据沉管隧道的结构形式及其特点建立有限元分析模型;参考隧道火灾的试验资料和研究成果确定模型边界条件;通过分析选取合理的混凝土和周围土体的本构模型;分析时还考虑到混凝土热工参数随温度的变化。通过对火灾时沉管隧道不同温度量级的稳态温度场和瞬态温度场分析,得出温度随空间和时间的变化规律,并把分析结果与试验结果进行对比分析。分别进行常温下和火灾时沉管隧道的热-力耦合分析,从而更直观地了解温度场对应力场的影响,得出沉管隧道各个部位在火灾发生时的应力分布情况以及随着不同温度量级的变化规律,以便更有效地为优化设计和防火救灾提供理论指导。最后根据计算结果,结合大量的隧道火灾资料总结火灾时隧道内部的温度场及应力场的危险区域。     

硬质土层中隧道结构动力离心模型试验

进行了硬质土层中隧道结构的地震响应离心模型试验。研究了密实土层中,不同强度地震荷载作用下场地与隧道结构的响应。采用层状剪切箱,研究了边界条件对土体与隧道响应的影响。同时进行了自由场地震响应模拟试验,研究了隧道结构的存在对周围土体地震响应带来的影响。研究结果表明:隧道与地基土的地震响应与地震强度和边界条件密切相关,隧道地震响应特征与静力状态存在明显差异,并且由于隧道的存在对于周围土层的地震响应(加速度、侧向位移、地表沉降等)存在显著影响。     

流–固两相场隧道衬砌相似材料的研制与模型试验

为解决流–固两相场隧道衬砌设计中材料模拟及参数测定的难题,开展石英砂、钢纤维为骨料,工业石蜡为黏结剂的相似材料研制,进行优化材料配比、装模温度及荷载效应测定的正交模型试验。试验表明该相似材料制备的结构模型非亲水性好、快速成型、无需养护、廉价可循环利用、制备方便,污染小、性能稳定,是一种非常适合于流–固两相场隧道衬砌的模型相似材料。在1∶100相似比试验条件下,控制装模温度在62℃,按石蜡∶石英砂∶钢纤维=15∶90∶1的基准配比,可研制出满足流–固耦合两相场隧道围岩边界条件,且破坏模式相似的衬砌相似材料。将相似衬砌应用于模型试验,通过与实际工况对比,得到合理范围的内力变化及破坏规律,满足力学参数相似原则。该相似试验的参数测定方法可为工程设计的参数对比提供选择。     

水泥混凝土路面荷载受力的试验研究

采用相似理论和模型试验对水泥混凝土路面荷裁受力进行试验研究,可以解决考虑黏弹塑性力学性质时路面材料本构方程在复杂的边界条件下不能准确得出解析解的问题．试验研究对路面结构的设计具有重要的参考价值．     

基于模型试验的盾构隧道纵向刚度分析

为探明盾构隧道纵向变形性能及抗弯刚度有效率的取值,基于模型试验,根据相似理论对通缝、错缝及匀质圆筒模型进行纵向模型试验研究。分别对3种纵向试验模型进行了加载试验,采用数据采集系统测试加载过程中的管片模型的纵向变形,得到了各级荷载下通缝、错缝及匀质圆筒模型纵向变形规律及其抗弯刚度有效率,并对试验结果进行对比分析。结果表明:1盾构隧道纵向变形与荷载基本呈线性关系;2通缝、错缝隧道纵向抗弯刚度有效率分别在0.18~0.39和0.20~0.40;3通缝和错缝隧道的纵向弯曲变形性能基本一致,错缝拼装效应对盾构隧道纵向变形的影响并不明显,研究成果可为盾构隧道的设计提供参考。     

地面堆载对盾构隧道围压影响的模型试验与理论分析

盾构隧道周边发生突发性地面堆载时会对管片产生附加荷载,当附加荷载过大时会导致隧道纵缝接头张开、螺栓外露、拱顶部管片结构棱角破损等。针对地面突发性堆载对隧道的危害,采用几何相似比C_L=15.5的室内缩尺寸模型试验,综合考虑堆载大小、隧道埋深、堆载位置等影响因素,研究在地面突发堆载下隧道的围压变化情况;采用理论分析的方法研究地面堆载作用下隧道围压以及总围压的变化,最后将相同工况下的理论分析与试验结果进行对比。研究结果表明：当堆载等值逐级累加时,隧道围压的变化量基本呈现等值增大的现象;隧道围压的变化量在一定范围内随偏心距离的增大整体呈现下降趋势,当堆载位置在0.5D₀(D₀为管片外直径)、1D₀时偏心侧的隧道围压下降值明显比非偏心侧小,当堆载位置为1.5D₀时,隧道两侧围压的变化量基本相同;随着隧道埋深增加,由于隧道顶部土体厚度增加,地面堆载对隧道围压的影响相对减小;理论计算结果与室内模型试验结果的变化趋势非常吻合,从而说明了试验与理论分析的准确性。