水中悬浮隧道研究进展浅析

随着海上交通运输的发展,海峡隧道的研究引起了越来越多专家学者的关注。国外早在1880年便提出了SFT(水中悬浮隧道)的概念,国内对SFT的研究起步较晚。文中通过查阅国内外的相关文献,旨在对SFT工法及受力特点的研究进行介绍,特别是水中悬浮隧道的锚固类型、与水中悬浮隧道相关的荷载及相关计算方法和影响水中悬浮隧道动力特性的相关因素做出讨论,最后对SFT现存问题做出总结并对未来发展做出展望。     

基于FLAC 3D在不同断面形状下隧道围岩的稳定性分析

针对施工过程中常见的圆形、椭圆形和马蹄形这3种断面形状隧道,利用FLAC3D软件在相同的围岩条件下进行了隧道开挖的数值模拟,通过对隧道四周围岩的应力分布、塑性区范围等结果进行分析比较,得出圆形断面隧道是对围岩扰动最小的最优断面形状隧道.     

聚焦波浪对哑铃型跨海桥梁围堰作用的试验研究

台风引起的巨浪将严重威胁跨海桥梁施工期围堰的安全,台风波浪较普通规则波浪具有周期更长、波高更大特点,正好符合聚焦波浪的特征。为更好地指导跨海桥梁围堰抵抗极端台风浪设计,开展聚焦波浪与哑铃型桥梁围堰相互作用的波浪水槽试验研究,探讨围堰吃水深度、聚焦波最大波幅、入射角度对测点波面位移及波浪力的影响。其中,分析结果表明,围堰吃水深度及入射角度的变化对测点波面位移的影响不大。随着吃水深度增加,垂直波浪传播方向的有效投影面积增大,围堰顺波向波浪力明显增大。由于波浪能量沿水深衰减,底部浮托力随之减小。随着入射角度增加,有效投影面积增大使得围堰顺波向波浪力非线性增大,而围堰底部浮托力则变化较为平缓。当入射角度和波幅均较大时,围堰顺波向和垂向浮托力的正、负向幅值差异均较大,呈现较明显的不对称性,若按对称受力设计施工方案可能偏危险。与同波幅的聚焦波浪相比,长波条件下若按线性波考虑作用于结构的波浪力将偏不安全,实际跨海桥梁工程设计时有必要按聚焦波浪考虑台风波浪作用。     

基于数值仿真分析的码头波浪高度计算

以乳山市牡蛎产业融合发展示范区配套码头工程为研究对象,采用成熟的波浪传递模型,结合工程平面布置方案,给出工程点的设计波浪条件,建立数值仿真分析模型,分别进行5个方向的入射波向(E、ESE、SE、SSE、S)、3个重现期(50年、25年、2年)、3个水位(极端高水位、设计高水位、设计低水位)组合情况下的波浪结果。结果表明：本工程受各向波浪影响不同,主要受ESE～E方向波浪影响,其中工程区堤头50年一遇极端高水位的H_13%波高E向最大波高可达3.65 m,H_1%可达4.52 m,周期8.5 s;工程点波况受水位影响较大,相同条件下,工程各点受波浪影响,高水位明显大于低水位;2年一遇情况下,S～SSE向工程区停泊水域波高H_4%<0.3 m;SE向停泊水域波高H_4%为0.4m。     

基于人工神经网络模型的海洋结构基础局部冲刷研究

为了更好地认识和掌握波浪作用下的海洋结构基础局部冲刷规律,使用人工神经网络(ANN)方法,并以现场观测数据作为样本,组织进行训练和测试,建立了波浪作用下的桥墩局部冲刷神经网络模型。对比分析了由模型所获得的最大冲刷深度和由6个经验公式所获得的最大冲刷深度的相对误差。使用该模型对各种波浪条件下的局部冲刷深度进行预测,探索了水质点最大流速、波高、波周期和水深对冲刷深度的影响规律。     

空心砖芯头的设计与制作

芯头是空心砖成型过程中泥条断面形成孔洞的主要材料。为提高空心砖制作水平 ,改善空心砖技术性能 ,人们在长期生产实践过程中创造了很多空心砖孔型 ,各式各样的孔型 ,使空心砖更像一件件工艺品展现在人们面前。由于空心砖孔形直接影响着空心砖整体技术性能 ,因此 ,空心砖芯头设计与制作质量的好坏 ,对空心砖成品质量起着至关重要的作用。1　空心砖常见孔形类型空心砖常见孔形类型主要有圆形、椭圆形、长圆孔形、三角形、菱形、矩形、四边形和多边形。1.1　圆形孔型圆形孔型 (包括椭圆形 )是空心砖最常见的孔型 ,由于圆芯头加工容易 ,制作成…     

不同断面形式隧道破坏模式研究

影响隧道围岩破坏的因素很多,研究隧道围岩破坏模式是一个非常复杂的问题,采用一般方法很难得到好的解答。运用自行开发研制的岩石破裂过程分析(RFPA3D)系统,对基本的隧道工程断面设计形式(圆形、矩形、直墙拱形和椭圆形)的破坏模式进行了数值模拟研究,得出了不同侧压系数下各种形状隧道围岩破坏特征,说明RFPA3D系统在隧道工程的设计其稳定分析方面是一种可行的方法。     

我国矩形掘进机隧道施工技术发展与应用

1 概述 1825年,英国伦敦泰晤士河下首次采用盾构法掘进道路隧道,断面为11.6 m×6.4 m的矩形.但由于圆形断面具有结构受力好、易拼装、施工方便等优点,以后的盾构法隧道99%采用圆形.近20年来,日本在矩形、椭圆形、马蹄形等异形盾构隧道技术上开发应用了许多新工法.     

基坑开挖旁侧盾构隧道结构横向受力与变形研究

针对基坑开挖旁侧盾构隧道结构横向受力和变形规律，提出了一种考虑围护结构变形影响的盾构隧道横向受力理论计算方法，并通过某实际工程三维有限元计算结果和干砂地层隧道旁侧基坑开挖离心模型试验结果，验证了隧道径向附加荷载理论计算方法的可靠性。结合该工程获取的围护桩水平位移、地表沉降、隧道变形和应变现场实测数据，探究了隧道横向受力-变形-内力之间的关联机制。结果表明：(1)隧道初始径向荷载呈“葫芦形”对称分布，侧方开挖引起隧道近基坑侧和拱顶外荷载减小，而远基坑侧和拱底外荷载增大，这与开挖引起的自由场地层位移和隧道位移相对大小有关，水平和竖向不均衡荷载由隧道纵向差异变形引起的环间剪切力平衡。(2)隧道椭圆形变形、朝基底方向的顺时针旋转角度和正负弯矩值随开挖不断增大。(3)隧道环向弯矩分布与螺栓相对位置关系密切相关，研究断面处近基坑侧拱腰附近存在螺栓，其将承担更多的环向拉应力；远基坑侧拱腰附近为混凝土管片，环向拉应力主要由管片承担，从而使得研究断面处隧道管片最大环向弯矩发生在远基坑侧拱腰位置。     

作用于椭圆沉箱上的非线性波浪力研究

为深入研究椭圆沉箱的水动力特性,建立了非线性波浪与结构物相互作用的三维时域数值计算模型,该模型中N-S方程的求解基于有限差分法,采用VOF方法追踪流体自由表面,使用部分单元体方法处理椭圆沉箱结构物的曲面边界,用计算圆沉箱波浪力对该模型进行了验证,并将该模型应用于相对波高(H/d)、相对波长(k D)和相对长宽比(B/D)对椭圆沉箱波浪力的影响研究。结果表明:相对波高对椭圆沉箱波浪力有重要影响,其值越大波浪非线性的影响越明显;与沉箱无量纲正向波浪力相比,相对长宽比对无量纲横向波浪力影响更大。研究表明,本研究中建立的数值模型可应用于椭圆沉箱波浪力的计算,但实际设计中需依据建设地点的风浪特征与掩护条件,确定合适的沉箱相对长宽比,以保证结构足够的安全系数。     

软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术

以铁路隧道为背景,采用数值分析手段,并结合部分现场监测资料,对软弱围岩隧道台阶法施工过程中隧道拱脚变形特征、上台阶基底围岩失稳形态及拱脚稳定性控制技术进行分析。结果表明:(1)软弱围岩隧道施工过程拱脚沉降和水平收敛均表现突出,在实际工程中,拱脚变形控制是软弱围岩大变形控制的关键之一。(2)拱脚部位围岩屈服程度相对较高是该处施工变形显著的根本原因。在台阶法施工过程中,基底围岩的破坏形式随台阶高度的增加由拱脚局部失稳逐渐向基底整体剪切失稳过渡。(3)从对隧道拱脚及洞周变形控制效果出发,IV级围岩可采用长台阶法施工,V级围岩宜采用短台阶法施工,而VI级围岩应采用微台阶法施工。(4)从不同台阶高度条件下极限位移的计算结果可以看出,对于软弱围岩隧道,施工中在确保掌子面稳定的前提条件下,适当增加台阶高度有利于围岩的稳定。(5)扩大拱脚和临时仰拱2种工法对控制拱脚及洞周变形均有明显的效果。扩大拱脚技术适用于拱部沉降显著的工程,而临时仰拱技术则更适用于水平收敛显著的区段。     

重庆轨道交通四号线头塘地铁站围岩压力分析

以重庆轨道交通四号线头塘车站为工程背景,地铁车站属于特大断面浅埋隧道,首创采用预留T字岩梁岩柱隧道施工方法,应用全土柱理论、普氏理论、泰沙基理论、比尔鲍曼理论计算了隧道施工全断面开挖完成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力,分析得出泰沙基理论的计算结果适合于该工程,应用小净距隧道围岩压力理论,计算了T字型断面形成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力。理论分析了隧道施工过程中形成T字型断面以及全断面时顶板的最大拉应力、最大挠度,并计算了隧道顶板不垮落离层时需要的最小支护反力,研究结果为车站施工、支护结构安全提供理论支撑。     

作用于防波堤上波浪荷载的离心机模拟

随着港口码头向深水大吨位化的发展,新扩建防波堤逐渐向深水区延伸,防波堤受到的波浪荷载强度越来越高,当堤基位于海底软黏土层上时,由于地基承载力低,往往考虑轻型防波堤结构,在某一防波堤延伸段工程中就推出了薄壁箱筒型基础防波堤新结构。然而,这类轻型防波堤能否经得住设计波浪荷载的作用以及它的性状为工程师所关注,故希望通过土工离心模型试验,在高速旋转的离心力场中模拟作用于防波堤结构上波浪荷载作用,观察其动态反应特性。根据电磁激励器原理研制开发了一套非接触式循环波浪荷载模拟器系统,能提供不同频率、幅值高达1200 N的不对称周期性往复荷载,满足了波浪荷载模拟需要。文中随后介绍了该装置在箱筒型基础防波堤结构与地基的波浪荷载作用试验中的应用,试验测量了防波堤结构的水平变位、沉降和倾斜以及地基中孔隙水压力等性状反应,基于模型试验结果,探讨了波浪荷载作用下箱筒型基础防波堤的破坏模式,结果发现,主要破坏模式为防波堤倾斜过度而失稳或水平变位超出容许值而发生侧向滑动破坏。     

混凝土竖向构件在水平力下顶端水平位移分析

通过不同高宽比的混凝土竖向构件在水平力作用下构件顶端水平位移的分析,得出不同高宽比的混凝土竖向构件在水平力作用下,产生的弯曲变形和剪切变形在总水平位移中所占的比例是不同的,并且得出随着竖向构件高宽比的增大,构件顶端的水平位移会越来越大。     

考虑土拱效应的斜插式桩板墙合理板间距研究

结合高速公路边坡实际工程,采用ABAQUS有限元软件进行三维数值模拟分析; 从考虑板间土拱效应的角度出发,研究了0.2倍板宽、0.3倍板宽、0.4倍板宽、0.5倍板宽4组不同板间距下斜插式桩板墙的板后水平土压力、板后竖向土压力以及板间土拱强度沿横向的变化规律,并结合结构实用性和安全性,提出了斜插式桩板墙的合理板间距取值范围、板间土拱的拱脚位置以及拱顶参数关系。结果表明:斜插式桩板墙在悬臂段中下部相邻板间以板底作为拱脚形成板间竖向土拱,且板后土压力随深度表现为锯齿状分布,水平土压力小于经典库仑主动土压力,竖向应力大于土体自重应力; 板间土拱的拱脚位于斜插板板底,在设计施工时应进行局部加强以提高设计强度; 当板间距取0.3倍～0.4倍板宽时,板间土拱效应明显,板后土压力较小,建议斜插式桩板墙合理的板间距取值为0.3倍～0.4倍板宽; 所得结论有助于斜插式桩板墙结构的进一步优化设计,并产生显著的经济效益和社会效益。     

含渐缩段卜形分岔合流隧道火灾临界风速研究

为探究“卜”形分岔隧道这一特殊隧道结构对隧道火灾临界风速的影响,运用FDS构建了主路渐缩分岔隧道、主路等宽分岔隧道与直线隧道3种结构的缩尺寸隧道模型,通过数值模拟分析隧道渐缩结构与分岔角度对火灾临界风速的影响。研究表明,对于主路渐缩的分岔隧道,当火源所在位置的局部隧道宽度减小时,所需的临界风量变小。而火源位置确定时,隧道的渐缩结构、分岔角度和分岔结构对临界风速的影响不明显,并提出一种适用于隧道工程渐缩段任意火源位置临界风量的计算公式。对于主路位置的火灾,提出无量纲临界风速与无量纲热释放速率的关系式,与前人直线隧道的变化规律相似,而较高的隧道高度导致临界风速的转折点较大。     

不同地质条件下盾构隧道受力变形特性研究

针对天津滨海地区盾构隧道衬砌结构,采用大型有限元软件ABAQUS建立三维地层-结构模型,考虑隧道管片材料非线性特征,利用混凝土材料的塑性损伤本构模型,研究地层和隧道结构相互作用后隧道管片结构内力分布与变形特征,以及隧道管片受拉和受压损伤情况。最后,研究不同地质条件和超载作用对隧道管片结构的影响。数值分析结果表明：隧道管环横截面变形表现为水平向外扩张、竖向压缩的特点,呈现“横鸭蛋”形状;隧道管环拱顶轴压力最小,拱腰轴压力最大;管片外侧受拉时最大弯矩位于拱腰,内侧受拉时最大弯矩位于拱顶;受拉和受压损伤分布均集中在拱底附近,其中管环受压损伤面积比受拉损伤面积大;地质条件越好,变形随轴线方向变化越均匀,轴力和弯矩、隧道结构竖向位移、横截面收敛变形,以及管环损伤面积与损伤程度越小。研究结果以期为进一步探讨隧道衬砌结构的变形性能与损伤分布提供参考。     

Rayleigh波作用下圆形隧洞衬砌横向内力的解析解

 考虑土–结构相互作用,Rayleigh面波入射下隧洞衬砌的横向内力解析解至今比较少见。采用拟静力法,基于地下结构力学和平面弹性波动理论,推导出均匀介质中Rayleigh波以任意角度入射时圆形隧洞衬砌的横向内力解析解,考察土–结构交界面之间存在完全滑移和无滑移2种极限接触状态。算例表明,在Rayleigh波作用下,当其传播方向与隧洞轴向垂直时,衬砌的横向内力取得最大值,且内力在2种极限接触状态下的差别不大;与SV波作用效应相比,Rayleigh波作用下的衬砌横向内力均要大,尤其是轴力要大很多,这是由于Rayleig波中的P波分量造成的。浅埋隧洞衬砌的抗震设计,应充分重视Rayleigh波的作用效应。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

德格隧道施工过程分析及冒落成因机理

为探明公路隧道过深埋破碎带施工中地层变形与受力特性,揭示围岩碎裂形成冒落破坏的成因机理,依托川藏公路新建德格隧道,对隧道施工过程进行了三维数值模拟和力学分析。研究表明:受构造破碎带和埋深影响,隧道过冲沟深埋段施工中拱顶位移均较大且会有突变,施工在竖向对围岩压应力的影响非常明显,而在水平方向对拉应力的影响更为显著,围岩竖向与水平向较大的压应力差值增加了围岩松弛区范围;深埋自重应力场较大,受施工扰动位于冲沟底部的破碎带围岩碎裂变形加剧出现冒落体,因松动地压超过支护结构承载力最终导致冒落破坏。