深埋隧道复合式衬砌承载规律及其力学解答

为研究深埋隧道复合式衬砌荷载的分布规律及其形成原因,首先,统计52座隧道围岩与初支、初支与二衬间的接触荷载监测数据,并分析各监测点荷载分布范围以及二衬荷载分担比分布区间;其次,将传统的[BQ]法等效于GSI分值,基于Hoek-Brown强度准则给出了计算支护荷载的理论方法;最后,将理论方法与实测数据对比分析,以验证理论...     

盾构输水隧洞双层复合衬砌结构受力特性分析

以北京市南水北调配套工程某盾构输水隧洞为工程背景,对盾构隧洞双层衬砌进行了受力特性的研究,分析了内外衬之间初始间隙、垫层材料弹性模量和厚度以及隧洞周围土体基床系数等对双层衬砌联合受力的影响,结果可供工程设计人员参考。     

HDPE管内衬盾构隧道复合式衬砌结构极限承载力试验研究

为研究采用HDPE双壁缠绕管作为内衬的盾构隧道复合衬砌结构的破坏机理,依托桃浦污水处理厂初期雨水调蓄工程涉铁段排水隧道工程,开展整环足尺试验研究,得到如下结论:(1)复合衬砌结构破坏过程经历协调变形阶段和各自承载阶段,弹性极限点为顶底部纵缝处界面的剥离脱开,各纵缝及管片本体相继发生破坏,纵缝处填充层混凝土发生拉剪或压剪破坏;(2)复合衬砌结构的薄弱位置为各纵缝处的界面及填充层混凝土,其中顶部和腰部纵缝处最为薄弱;(3)复合衬砌结构不同位置纵缝处的界面破坏和填充层破坏形态均源自于纵缝转动变形导致刚度差异引起的界面应力和填充层应力突变。     

无黏结预应力环锚衬砌力学特性原位加载试验研究

新型无黏结环锚衬砌具备预应力损失低、薄弱区小、施工便捷等优势,但因结构复杂致使力学特性不明确,阻碍了其广泛应用。依托引松工程总干线压力隧洞,开展了首次预应力环锚衬砌大型原位加载试验,明确了内水压加载过程中衬砌预应力重分布特征,揭示了环锚拉力、钢筋应力以及锚固应力损失变化规律,并探讨了围岩和环锚衬砌联合承载作用。原位试验表明:环锚衬砌整体预应力分布均匀,高效地利用了锚索高强抗拉性和混凝土抗压性,常规钢筋作用极小,因而整体可不配筋或仅构造配筋;锚具槽背后混凝土预应力稍薄弱,是高内水压作用下结构潜在破坏区域,但内水加载过程中衬砌环向、纵向预应力值趋于一致,将有效减缓预应力薄弱部位开裂倾向;环锚衬砌具备优越的抗拉和抗渗性能,可不依赖于围岩条件而独立承载,也可利用围岩部分承载以降低预应力设计值或增加结构安全裕度,它能为覆盖层薄、地质条件差且内水压力高的大直径压力隧洞长期存在的支护难问题,提供解决新途径。     

铁路隧道复合式衬砌地质雷达检测模拟试验研究

针对铁路隧道复合式衬砌存在的复杂病害,按足尺寸施做复合式衬砌试件模型,进行地质雷达检测模拟试验研究。模拟试验结果表明：地质雷达扫描图中能够反映各种预先设置的衬砌背后空洞、回填不密实等衬砌异常情况,并且具有强反射区、同相轴连续等特征;二次衬砌厚度检测精度与衬砌相对介电常数密切相关,在准确测定相对介电常数的条件下,衬砌厚度能够定量分析,精度可达± 4 cm ;相对介电常数宜取多个标定点的平均值,并宜对素混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌分别测定。模拟试验结果对实际工程地质雷达检测及其结果分析具有一定的参考价值。     

白垩系河口群地层输水隧洞衬砌结构分析

根据某输水隧洞所处白垩系地层的物理和力学特征,拟定白垩系河口群(K1hk1)地层输水隧洞衬砌结构,利用Midas GTS NX对地层结构模型和衬砌结构进行了有限元分析,确定衬砌结构安全系数满足相关规范要求。     

螺杆灌注桩竖向抗压承载性能原位试验研究

由于螺杆灌注桩下部的螺纹段可以与土体发生相互咬合,使得其桩土作用效果与传统直杆桩存在较大的差异性,本文为了研究螺杆灌注桩的竖向抗压承载性能,进行了一系列现场原位静载试验,得到了螺杆灌注桩与直杆桩的荷载沉降曲线,记录了各级荷载下试验桩桩身轴力分布情况,对比分析了螺杆灌注桩与直杆桩竖向抗压承载性能差异。研究结果表明：在本文地层条件下,螺杆灌注桩的承载力较直杆桩提升了26%—45%,对于类似地层,在良好土层施工螺纹段能取得较好经济效果;螺杆灌注桩在前几级荷载作用下,轴力沿深度呈线性衰减,随着荷载增大,桩体螺纹段侧阻优势开始发挥,轴力曲线呈明显折线状;荷载较大时,螺杆桩桩身侧摩阻力差异较直杆桩更为明显,其螺纹段能提供远大于直杆段的平均侧摩阻力。     

三峡永久船闸输水洞衬砌混凝土施工期温度现场试验研究

早期施工的三峡永久船闸输水洞衬砌混凝土，有不少的结构段在1／2长度附近发生了裂缝，而且一般都是贯穿的，严重影响了工程质量和寿命。为此，在北～延长段NY9和NY10结构段，进行了浇筑温控混凝土和常规混凝土的温度现场试验研究，分析了衬砌混凝土温度场的分布和随时间的变化规律。试验结果表明，衬砌混凝土的最高温度达到50℃以上，温升和温降快，在不到3d龄期即开始降温，而且降温幅度大。由于结构的厚度小，围岩的约束强，早期混凝土的抗拉强度又很低，加之干缩等影响，衬砌混凝土很有可能产生早期裂缝。对衬砌混凝土施工期裂缝的原因进行了分析，指出了隧洞衬砌混凝土温控防裂的重要性，提出了一些可行的温控防裂措施，并在输水隧洞衬砌混凝土的后期施工中得到了应用，取得了良好的防裂效果。     

复合式衬砌防水工程的施工监理要点

复合式衬砌作为隧道工程施工的一项新技术,近年在隧道工程中得到广泛应用,本文结合工程实例,从防水材料的比选、施工过程监理、验收标准等方面探讨复合式衬砌防水施工的监理内容及其要点。     

软弱围岩中的新型双层复合衬砌的受力特性研究及渗水风险分析

 某输水隧洞位于河床的软弱砂岩中,其双层复合预应力衬砌结构形式新颖,受力条件复杂。为了解这种新型双层复合预应力衬砌的工作性态和受力特性,分别采用现场1∶1仿真模型试验方法、三维非线性有限元数值分析方法,并将数值分析结果与仿真试验进行对比分析。有限元分析按照仿真模型试验中管片拼装、分层填土、内衬浇筑、内衬预应力张拉以及内衬充水加压的实际过程模拟,计算中考虑衬砌与土体的耦合效应,通过外衬变形反分析调整土体计算参数,采用基于直接约束的接触迭代算法模拟管片与管片之间、内衬与外衬之间的多重接触与传力。研究结果显示,无论是结构变形、缝隙开度还是结构应力,有限元分析与仿真试验规律一致,数值接近,两种方法相互验证了这种具有多重复杂接触边界的非连续变形柔性结构的受力特性,明确了内、外衬的传力机制;在此基础上,进一步分析高压内水外渗对结构安全性的影响以及预防措施,其研究成果可供类似工程参考。     

多桩型复合地基承载性状研究

通过一个具体工程的试验研究,分析了多桩型复合地基桩土应力比、荷载分担比、桩与土承载力发挥等桩土承载性状,并据此提出了若干建议性的结论,供工程设计参考。     

Rational permeability coefficient of a permeable lining for composite tunnel lining structures

 Various factors influence the tunneling are simplified considering the axial symmetry of the composite lining structure. The analytical expressions for the seepage field,stress,and displacement in the surrounding rock and those for the grouting circle,permeable lining,and ordinary lining are obtained according to the principle of effective stress. The seepage discharge,plastic zone,stress,and displacement around a tunnel affected by the different permeability coefficient ratios between the permeable lining and surrounding rock are studied. The reasonable value of permeability coefficient for the permeable lining are discussed. The results show that the grouting circle controls the tunnel seepage discharge well and has a reasonable permeability coefficient and an optimal radius. The grouting circle controls the plastic zone development in the surrounding rock,i.e.,the thicker the grouting circle,the smaller the plastic zone in the surrounding rock. The tunnel seepage discharge and the effective stress in the grouting circle and lining increase gradually with the increasing of permeability coefficient ratio and tend to be stable after the ratio reaches 0.1. Comprehensive analysis on the factors such as the stability of tunnel seepage discharge,the plastic zone of the surrounding rock and the stress around the tunnel indicates that it is relatively reasonable for the permeability coefficient ratio to be greater than or equal to 0.1.     

软弱围岩隧道钢纤维混凝土衬砌承载特性模型试验研究

为满足软弱围岩隧道开挖后尽快封闭岩面、适应一定变形及提供足够支护力的要求,通过素混凝土、钢筋混凝土及钢纤维混凝土衬砌力学行为室内模型试验,对钢纤维混凝土衬砌的承载特性进行研究。研究结果表明:钢纤维混凝土衬砌初裂荷载提高了20%,极限荷载得到较大提高;掺入钢纤维后衬砌结构韧性增强,初裂后仍能抵抗一定变形并较大降低变形速率,与素混凝土、钢筋混凝土相比可承受更大的变形;钢纤维混凝土衬砌初裂后承载特性曲线缓慢上升,至2倍初裂荷载时仍无收敛迹象,素混凝土快速收敛,钢筋混凝土在一定缓慢上升后快速趋于收敛,软弱围岩条件下,钢纤维混凝土初支在一定变形后可与围岩特征曲线相交,达到围岩–结构稳定状态,是一种力学性能良好的快速支护材料。研究成果对软弱围岩隧道的设计与施工都具有重要的意义。     

金东大桥隧道锚现场模型试验及承载能力分析

金东大桥隧道锚建在复杂岩体地层中,尚无类似的工程经验借鉴,为分析该桥隧道锚承载能力,在实体锚上游侧山体边坡开挖模型试验洞,制作相似比1∶11的隧道锚模型,采用后推法进行模型试验,包括弹塑性阶段试验、蠕变试验和满负荷的超载试验,配套进行了岩体(石)物理力学性质试验、岩体声波测试。分析结果表明:模型锚岩体性状与实体锚基本接近,模型锚围岩声波低于实体锚,模型锚地层具有较好的地质代表性;模型锚至少在8倍设计荷载作用下变形处于近似弹性阶段,在6倍设计荷载长期作用下未出现蠕变现象,推断实体锚围岩的超载稳定系数>8,长期安全稳定系数>6,成果可为类似复杂围岩的工程设计提供参考。     

层状复合地层条件下管片衬砌结构力学特征模型试验研究

针对武汉长江隧道承受高水压和局部区段穿越软硬程度差异极大的层状复合地层的特点,采用盾构隧道–地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,完成了在不同水土压力场作用下对层状复合地层和单一地层两种不同地层条件下的管片衬砌结构力学特征相似模型试验,并根据试验结果分析了层状复合地层对盾构隧道管片衬砌结构的力学特征的影响。研究表明,随着水压力加大,管片衬砌结构的平均轴力明显增大而最大正负弯矩略有增长或基本不变;处于坚硬岩层包围区域的管片体结构局部弯矩明显减小;小范围的硬岩层对管片衬砌结构整环最大内力影响不大。该研究为武汉长江隧道的管片衬砌结构设计提供有价值的参考。     

盾构隧道衬砌结构的壳-接头模型研究

提出了一种新型的盾构隧道衬砌结构计算模型——壳-接头模型。该模型中采用壳单元模拟衬砌管片,管片和管片环之间通过接头联接单元相连。基于对盾构隧道衬砌结构接头力学特性的分析,建立了接头联接单元的刚度矩阵和计算流程,定义了弯曲、剪切和拉压刚度的计算方法,使之能准确模拟接头的力学行为。最后利用壳-接头模型模拟盾构隧道接头原型试验,计算结果与试验较为吻合,验证了壳-接头模型模拟盾构隧道衬砌结构力学行为的准确性和适用性。     

隧道纤维混凝土二衬承载机理及受力计算方法研究

充分考虑和发挥纤维混凝土的韧性性能是目前隧道二衬结构设计的热点和难点。通过素混凝土、钢纤维及玄武岩纤维混凝土的室内试验发现：纤维的掺入,对混凝土的增韧效果远超增强效果。基于纤维混凝土优异的韧性特征,将纤维混凝土二衬裂缝视为塑性铰,提出隧道纤维混凝土二衬的承载机理：围压作用下,衬砌出现第一个塑性铰,随着围压继续增大,塑性铰发生转动并引起更多塑性铰出现,至结构由超静定变为可转动机构时,二衬结构破坏。基于此,探讨了隧道纤维混凝土二衬裂后结构受力计算方法,推导了相应的计算公式,并通过模型试验予以验证。研究成果可为纤维混凝土在地下工程中的推广应用提供理论支撑。     

半刚性连接梁柱组合节点低周反复荷载试验研究

为研究半刚性连接梁柱组合节点的抗震性能,开展了1个纯钢框架梁柱中节点、2个组合框架梁柱中节点的低周反复荷载试验。梁柱采用平齐式高强螺栓端板连接,试验采用柱顶加载模式。对试件的试验现象、变形、应变和耗能能力等进行了分析和比较。试验结果表明,组合节点相对于纯钢节点而言,由于负弯矩作用下钢筋的抗拉作用和正弯矩作用下混凝土板的抗压作用,其受弯承载力和转动刚度均有较大程度地提高;连接弯矩-转角关系的滞回曲线饱满、稳定,具有良好的耗能能力;平端板连接梁柱组合节点在反复荷载作用下具有较高的承载力和良好的延性,抗震性能良好。