初支混凝土硬化特性与围岩流变耦合作用机制

喷射混凝土作为初期支护重要组成部分广泛应用于隧道工程。深埋软岩隧道开挖时，喷射混凝土硬化特性及围岩流变效应均于时间有关，使得围岩变形及结构受力错综复杂。基于此，该文建立了考虑喷射混凝土硬化特性与围岩流变效应的耦合解析模型，阐明了流变岩体隧道“支护-围岩”动态演化机制，分析了喷射混凝土设计参数、隧道工程参数及围岩流变特性等对“支护-围岩”动态作用的影响机制，并通过具体实例探讨了不同支护类型的时效支护特性。分析表明：喷射混凝土施作初期刚度较低，在围岩流变特性及开挖空间效应下围岩变形速率大，而喷射混凝土承担荷载较不考虑其硬化特性时要小，对于流变岩体隧道宜采用早强混凝土限制围岩早期变形；围岩流变荷载与喷射混凝土刚度均随时间逐渐增大，不考虑围岩流变效应会低估喷射混凝土对围岩变形控制效果及所承担荷载水平；型钢钢架+喷混支护体系刚度较大有利于限制围岩变形，格栅钢架+喷混支护刚度较小更利于围岩应力释放；隧道支护时机的选择应综合考虑围岩流变效应、支护类型、喷混硬化特性、隧道掘进速率的影响，进一步给出了不同支护类型的支护时机-掘进速度的极限关系曲线。研究成果可为类似隧道工程支护设计、施工提供理论依据。     

渤海海峡隧道支护结构形式及参数研究

借鉴已建成海底隧道的成功经验,采用工程类比法进行渤海海峡隧道支护结构形式及参数设计。通过调研及对比分析,支护结构形式采用复合式衬砌,针对各级围岩初期支护采用相应的支护措施组合方案。隧道主要采用限量排放的防排水系统,衬砌外水压力采用折减系数法计算。在衬砌结构受力分析时,分析了不同水压力下衬砌的安全系数,并初步确定衬砌的设计参数。     

浅埋富水软弱围岩隧道支护受力特征及方案研究

依托关角隧道河谷浅埋段,展开富水软弱围岩隧道支护受力特征及方案的研究。对试验段的初支围岩压力、钢架应力、锚杆轴力、衬砌水压力进行现场监测,结果表明:初支应力不能得到有效控制、突水突泥塌方现象时有发生,现有的支护方案无法满足浅埋段安全施工要求。在监测数据基础上,经过综合分析,对支护方案作出调整。在Ⅴ级围岩区段,拱部120°范围设超前管棚和小导管,宽大节理掌子面超前小导管注浆加固,初期支护取消系统锚杆,采用I20型钢钢架和拱墙设双层钢筋网;在Ⅵ级围岩区段,超前支护采用管棚工作室施作拱部180°及以下1 m范围的0°角长管棚,全断面超前水平钻孔注浆,初期支护取消系统锚杆,采用I20型钢钢架、三台阶型钢临时横撑和双层防水板。研究成果可为河谷浅埋隧道支护方案的确定提供理论依据和基础数据,为同类工程的设计与施工决策提供借鉴。     

挤压隧道中围岩与内置高压缩性元件衬砌相互作用机制研究

内置高压缩性元件衬砌作为一种环向让压衬砌,能够通过高压缩性元件的压缩来适应大变形,达到让压的目的。针对挤压大变形隧道中围岩与该种让压衬砌相互作用的力学机制,采用改进的分数阶Burgers蠕变模型表征围岩的时效变形特征,推导了考虑掌子面效应和支护延迟作用下隧道位移及支护压力的解析解,并通过在Lyon-Torino Base隧道中的应用,验证了理论解答的正确性。进一步,基于理论解答,探讨了围岩分数阶阶数、支护时间、高压缩性元件的屈服应力对支护效果的影响。得到主要结论如下:随着围岩本构模型分数阶阶数的增加,围岩的变形能力越强,隧道位移和支护压力也呈现上升的趋势;衬砌的安装时间对支护效果具有重要影响。为保证围岩不产生失稳,支护结构应尽早地安装;另一方面,为确保支护压力处于衬砌结构的承载范围内,应该合理地确定高压缩性元件的长度和个数,以降低支护压力;高压缩性元件的屈服应力对隧道位移和支护压力的影响并不显著,但这不意味着可以盲目地确定高压缩性元件的屈服应力,需根据围岩性质和衬砌特性来确定其合理范围。在该范围内,既能够保证隧道稳定,也能充分发挥高压缩性元件的让压作用。     

管片衬砌配合陶粒可压缩层的支护结构与围岩相互作用模型

提出了一种适用于深部蠕变地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术。通过模型试验研究了陶粒可压缩层的让压效果,在此基础上针对围岩蠕变特性和陶粒可压缩性建立了围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用的理论模型,得到了不同隧道埋深和不同厚度的陶粒填充层时围岩变形和管片衬砌支护应力随时间的变化规律,确定了深部蠕变地层确保管片衬砌长期安全的陶粒可压缩层最小填充厚度的计算方法。研究结果表明:陶粒内部蜂窝状孔隙构造使其具有高可压缩层性,可以有效地吸收围岩蠕变变形,消减管片衬砌支护压力,改善其受力特性;理论模型可以有效地分析围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用关系,对于管片衬砌壁后填充陶粒可压缩层的厚度设计具有指导作用。研究结果对未来TBM工法在深部蠕变地层修建隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

型钢再生混凝土偏压柱受力性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土柱在偏心压力作用下的力学性能,设计9个试件进行偏心受压单调加载试验,考虑了再生骨料取代率、相对偏心距2个变化参数。通过试验,观察了该类新型构件的受力破坏过程及形态,获取了应力分布、变形情况、极限承载力、荷载-变形全过程曲线、再生混凝土受压破坏极限压应变值等重要数据;并分析了取代率和相对偏心距对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:型钢再生混凝土柱的偏压破坏过程及形态与一般型钢混凝土柱相似,根据偏心距的不同,表现为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种形态,试件极限承载力随着相对偏心距的增大而减小,而再生骨料取代率的变化对承载力的影响作用不明显。基于修正平截面假定推导了型钢再生混凝土偏压柱的正截面极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

隧道复杂支护结构体系的协同作用原理

隧道支护结构体系极其复杂,通常是由围岩和多个施作顺序及空间分布形式各异的支护结构组成,为分析复杂支护结构的协同作用关系,建立了包括初步加固圈、初期支护圈和二衬储备圈的复合支护圆环模型,并通过求解同心复合圆环问题,给出了模型任意圈层的内力和变形关系表达式;依据围岩变形特点划分为3个阶段,分别为超前变形阶段、急剧变形阶段和缓慢变形阶段,在此基础上明确了各阶段支护作用的重点;给出了复合支护体系在不同刚度、不同强度以及不同施作时机条件下的支护特征曲线;建立了超前支护内部协同承载模型,分析认为“超前支护壳体”与“掌子面前方岩土体”在支护刚度上的相互增益提高了超前支护整体的稳定性。通过研究核心岩土体与后续支护圈层的空间位置替换关系,从刚度需求角度揭示了围岩有必要提高自身的强度或发生一定的变形才有可能再次达到平衡状态的原因。     

型钢再生混凝土框架-空心砌块墙抗侧刚度试验研究

为研究型钢再生混凝土结构(SRRC)的抗侧力性能,进行了3榀不同填充程度的型钢再生混凝土框架-再生混凝土空心砌块墙体混合结构的低周反复荷载试验。通过测试试件在侧向力作用下的受力过程和破坏形态,研究型钢再生混凝土框架结构的受力机理和抗震性能,获得了再生混凝土空心砌块墙体对框架的承载力和抗侧刚度的影响;分析结构在不同受力阶段的承载力和刚度变化情况,以及结构在同级循环荷载作用下的刚度退化规律。结果表明:型钢再生混凝土框架-再生混凝土空心砌块填充墙结构具有较高的承载力和抗侧刚度,全高填充墙对型钢再生混凝土框架抗侧刚度的影响较大,结构初始刚度大,而刚度衰减快,半高填充墙在结构受力初期可提高结构承载力和刚度,而在受力后期具有与空框架相似的退化规律。     

大偏压连拱隧道围岩稳定性分析

根据对某公路改建工程中大偏压浅埋连拱隧道洞口段监控量测的结果,以及在施工过程中洞口段中导洞上方出现的裂缝的监测观察,并对裂缝形成的原因及其后续发展利用监控数据进行分析。综合该隧道的水文、地质条件,得出以下结论：降雨对围岩变形和压力影响较大;连拱隧道开挖方式及左右洞开挖顺序对施工进度、围岩稳定及工程造价等关系密切;监控量测结果表明无论是初期支护还是二次衬砌,其围岩压力、混凝土内应力均是深埋侧较大,二者为因果关系。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监控量测提供依据。     

隧道内爆炸作用下衬砌结构损伤机理及抗爆性能研究

为研究隧道内爆炸作用下衬砌结构抗爆性能,采用AUTODYN软件建立炸药-空气-衬砌结构-围岩与土体三维耦合体系模型,并考虑应变率对混凝土材料动力本构模型影响及炸药-空气-结构间流固耦合作用,分析隧道内爆炸荷载作用下衬砌结构动力响应及损伤机理,研究不同炸药量、衬砌结构配筋率及地质条件等对隧道衬砌结构抗爆性能影响。结果表明,隧道内爆炸作用下爆炸荷载存在振荡且沿隧道纵向、径向以不同规律衰减;损伤主要发生在衬砌结构底板、底板与侧帮及侧帮与拱肋连接部位;衬砌结构配筋率越高,围岩质量越好,衬砌结构损伤程度越低,隧道整体抗爆性能越好。     

聚氨酯-钢板夹层正交异性桥面板试验研究

通过2个不同纵向加劲肋间距的聚氨酯-钢板夹层结构正交异性三跨连续桥面板的钢箱梁模型试验,结合有限元计算分析方法建立多种加劲肋间距桥面板的钢箱梁计算模型进行计算对比,研究该种桥面板的受力性能,试验模型按实桥同种材料的箱梁缩小1/4制作,按汽车荷载在跨中及支点截面产生最大弯矩时测试截面各关键点的纵向、横向应变和挠度。结果表明:桥面板各点应变试验值与计算值基本吻合;采用聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板可大幅削减局部应力集中峰值,从而可大幅减少加劲肋数量,减少程度主要取决于夹层板厚度;板面有些部位要同时承受两个正交方向的反号应力;相应截面中间加劲肋底部纵向应力最大;夹层桥面板的应力和挠度随着芯层厚度减小,增幅加大。     

深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究

针对深埋隧洞分步支护时机缺乏可靠的理论研究,借助支护形式为“初衬+锚杆+钢拱架+二衬”的复合式衬砌结构,建立隧洞力学模型,基于Mohr-Coulomb准则,考虑开挖“空间效应”、衬砌时效特性以及支护结构分步施加的时机,推导了隧洞开挖与支护过程中塑性区应力、洞壁位移以及支护压力解析解。通过算例将该文理论成果与数值方法对比分析,验证了该方法的可行性,另外,分析了隧洞支护过程中塑性区应力、洞壁位移、支护压力的变化情况并提出隧洞分步支护的合理支护时机。研究表明:支护结构施加过程中,围岩塑性区的径向应力逐渐加强,切向应力峰区向洞壁转移,塑性区厚度大幅降低,其中,锚杆和钢拱架作用明显;优化初支施加时机后,洞壁最大位移、二衬荷载分担比较算例分别减少27.4%、13.2%,并根据优化结果给出支护结构施加时刻的建议值。研究成果对长期困扰隧道工程界支护结构如何分步支护提供了理论借鉴。     

铁路正交异性桥面加劲肋-横隔板局部疲劳受力特性研究

正交异性钢桥面因整体性好、承载力强等优势在铁路大跨度桁梁及箱梁斜拉桥、拱桥等桥型中应用越来越广泛,其疲劳特性与公路桥面具有显著的差异。针对铁路正交异性钢桥面加劲肋与横隔板连接处的疲劳敏感区,通过弹性支撑梁理论及闭口薄壁杆件理论分析其局部受力特征,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式中各疲劳影响因素的影响程度及作用机理。基于甬江特大桥——大跨度铁路斜拉桥的钢箱梁正交异性桥面设计了包含2个U肋及2个V肋的正交异性桥面疲劳试验模型,并进行了560万次疲劳加载。研究结果表明:解析公式与有限元分析、试验测试结果相符良好;试验模型测试结果能准确反映疲劳敏感点的应力情况,解析理论则能够反映疲劳敏感点应力的影响因素与规律;在铁路荷载下,加劲肋与横隔板的焊缝长度和加劲肋腹板倾角的增大能够有效降低加劲肋的疲劳应力幅;在铁路正交异性钢桥面板中面积相近、抗弯刚度相等的V肋比U肋具有更好的抗疲劳工作性能。     

润扬大桥北汊斜拉桥钢箱梁的局部应力测试与分析研究

在大跨斜拉桥扁平钢箱梁应力计算的误差分析基础上,提出了扁平钢箱梁局部应力分析的两体系计算方法。根据扁平钢箱梁的构造特点分别建立整体结构尺度模型和局部构件尺度模型并采用子模型法进行跨尺度模型的衔接。以润扬斜拉桥的扁平钢箱梁为例,计算了车轮荷载作用下的钢箱梁局部应力响应,并与润扬斜拉桥成桥静载试验结果进行了比较,验证了该方法的有效性,并在此基础上系统地总结了大跨斜拉桥扁平钢箱梁在车辆载荷作用下的工作行为与受力性能。     

钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能对比试验研究

采用超高性能混凝土（UHPC）板与钢梁结合的钢-UHPC组合梁,具有自重轻、抗裂性和耐久性好的优点,对于钢-混凝土组合梁的发展具有重要意义。为了解钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能的差别,本文以某钢-普通混凝土简支组合梁桥为工程背景,进行了钢-UHPC组合梁桥的试设计,在此基础上,制作钢-UHPC组合梁和钢-普通混凝土组合梁模型进行抗弯性能的对比试验研究。结果表明,两种组合梁的受力特点类似,破坏模式均表现为钢梁底板先屈服,然后桥面板顶部混凝土被压碎。在极限抗弯承载力相等的情况下,钢-UHPC组合梁的桥面板厚度可以减小28%,且延性更好。钢-UHPC组合梁桥面板的剪力滞效应、钢梁与桥面板间的水平相对滑移均小于钢-普通混凝土组合梁。此外,钢-UHPC组合梁弹性阶段抗弯刚度与钢-普通混凝土组合梁相差不大,但由于组合梁总高度减小,后期刚度小于钢-普通混凝土组合梁刚度。研究结果可为钢-UHPC组合梁的进一步研究与工程应用提供参考。     

缅甸巴鲁昌3号水电站引水隧洞不良地质段施工

对于极度破碎千枚岩区域、5类围岩的引水隧洞不良地质段,项目部在施工中采取了短进尺、人工配合机械开挖、型钢支撑联合喷锚支护的方法,并在一个循环开挖完成后及时进行强支护。这种方式有效地控制了洞室的垮塌,限制了围岩变形,保持了洞室的稳定。     

平面SV波入射下山体地形中双线隧道动力响应

根据弹性波动理论,结合"分区契合"思想,采用间接边界元方法,考察SV波入射下隧道—山体系统整体地震反应特征和相互作用规律。通过参数分析讨论入射波频率和角度、衬砌隧道位置等因素对山体表面及附近地表的地面运动、山体内部衬砌隧道本身应力、位移的影响。计算结果表明:山体中衬砌隧道的存在对附近地震波有显著的放大作用。整体上看,随着无量纲频率η增大,隧道环向应力逐渐减小,地表位移幅值震荡更为剧烈,空间分布更复杂;山体与隧道尺寸的比值较小时,隧道内环向应力集中比较显著,随着山体与隧道尺寸比的增加,环向应力峰值呈现减小的整体趋势,应力集中区域显著减少;随SV波入射角度α的增大,两隧道衬砌内部环向应力均有增加的趋势。另外,隧道间距越小,衬砌动应力集中效应越发显著。     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区的抗疲劳性能试验研究

广东湛江海湾大桥采用锚拉板式索梁锚固结构,锚拉板式锚固结构存在严重应力集中,特别是在运营活载作用下的抗疲劳性能值得关注。介绍了锚拉板式索梁锚固结构的特点及其在大跨斜拉桥中的应用,对湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构的足尺模型疲劳试验进行介绍,结合理论分析和疲劳试验结果,研究循环荷载作用下锚拉板式索梁锚固结构的抗疲劳性能,对锚拉板式索梁锚固结构耐久性做出了评价。     

盾构隧道衬砌结构性能演化分析与思考

在中国交通强国战略背景下,特长、超大、超深、高密度的盾构隧道工程建设逐年增多,对隧道衬砌结构的力学性能和耐久性都提出了更高要求.该文在广泛调研国内外文献的基础上,系统总结了传统的盾构隧道结构设计理论与方法与发展趋势,深入探讨了盾构隧道结构力学性能与耐久性研究的现状和不足,并对目前盾构隧道结构性能检测技术和评价方法进行了...