纵向通风下隧道长度对临界风速的影响分析

临界风速可有效控制烟气蔓延,是隧道防灾通风重要参数。为分析隧道长度对临界风速的影响,采用量纲分析法构建临界风速与隧道长度关系公式,并分别在5 MW和30 MW火源热释放速率下,对不同长度隧道的火灾进行数值模拟以量化研究隧道长度对临界风速的影响。结果表明,隧道长度对临界风速具有影响,且不同火源释放速率时影响也有所不同:无量纲火源热释放速率小于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/41次方增长关系;无量纲火源热释放速率高于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/25次方增长关系。进而建立了考虑隧道长度的无量纲临界风速计算公式。     

近接隧道污染物窜流特性与通风能耗分析

采用三维壁面射流理论分析隧道洞口排污的射流特性,在此基础上建立近接隧道污染物窜流的理论模型,理论计算结果与已有研究试验数据吻合良好。在不考虑地形、环境风、交通流等影响时,窜流比φ主要受上下游隧道间距x与洞口水力直径D的影响,φ随x/D的增大而减小,为了控制窜流比在10%以下,x/D应大于25。理论计算表明:随着窜流比的增加,下游隧道的需风量增加,隧道通风能耗陡增;且需风量和能耗的增幅随窜流比的增大而增大。为抑制近接隧道需风量和通风能耗的增加,除了降低窜流比,还可采用竖井进行提前排污。     

堵塞效应下隧道火灾临界风速研究

为获取更为准确的隧道火灾临界风速算法,考虑火源阻塞比φ1、火源上游处阻塞比φ2均为0、0.23、0.41、0.64,选取了1.6,3.2,9.3 kW三种火源热释放率,通过正交数值试验计算了48种阻塞工况的临界风速值,推导了单纯火源阻塞、单纯火源上游阻塞、火源与上游同时阻塞时临界风速无量纲修正算法。研究结果表明：无论是增加火源处阻塞比还是加大火源上游阻塞比,临界风速值都会逐步减小,火源处阻塞对临界风速的影响更大。火源热释放率增加,临界风速也不断增大。仅火源处阻塞时,临界风速与(1-φ1)2/3成正比。仅火源上游阻塞时,临界风速与(1-φ2)1/3成正比。火源与上游同时阻塞时,临界风速与(1-φ1)2/3(1-φ2)1/3成正比。     

考虑应变软化和冻融循环影响的粉质黏土修正双曲线模型

为反映超固结土应力-应变关系在冻融循环下的变化规律,提出一种可以同时考虑应变软化和冻融循环影响的修正双曲线模型。首先,基于Kondner双曲线模型和割线模量定义,通过变换双曲线模型函数得到无量纲化割线模量E_s/E_i与无量纲化偏应力q/q_max关系的基本形式。根据压实粉质黏土的三轴试验结果,将应变软化前、后的E_s/E_i-q/q_max关系分别用幂函数描述,建立了可反映应变软化的修正双曲线模型,包含c、φ、K、n、f、g、α、β等8个参数。然后,通过确定模型参数随冻融循环次数的变化规律来反映冻融循环对土的影响。结果表明：随着冻融循环次数的增加,峰值强度和黏聚力c逐渐减小,内摩擦角φ逐渐增大;初始割线模量E_i逐渐减小,相应地K逐渐减小,n值逐渐增大;f和α反映应变软化时分段函数中割线模量的界限值,分别逐渐增大和减小;g和β反映应变软化前、后的E_s/E_i-q/q_max曲线形状,g...     

隧道火灾临界风速计算公式的比较分析

比较分析隧道火灾纵向排烟方式下的临界风速,研究不同理论公式得出的临界风速差别大小和其随火灾规模、隧道尺寸变化的情况.对隧道尺寸和火源规模无量纲处理,以消除隧道尺寸对临界风速的影响.将已有实体隧道火灾试验和缩比例隧道火灾试验测得的临界风速无量纲值作为参照依据,将不同临界风速理论公式计算结果与已有实体和缩比例试验结果作对比,确定临界风速理论计算方法,同时验证了临风速结果对超大断面隧道的适用性.     

条形粗糙基础极限承载力求解与误差分析

利用滑移线法计算了粗糙条形基础极限承载力,计算时考虑了土的黏聚力c、内摩擦角φ和土体重度g的共同作用,避免了对破裂面形状的人为假定,并满足所有边界条件。将数值计算结果与其他学者的解答进行了对比,证明了解答的准确性。分析了地基承载力系数N_γ的影响因素,证实了N_γ除了与地基摩擦角φ有关外,还与超载比l有关。绘制了不同j值下N_γ随l的关系曲线,给出了N_γ的拟合公式,计算结果表明拟合公式的误差在±4%以内。最后对传统叠加方法计算承载力与精确解之间的误差进行了计算,总结了不同j值时误差e随l的变化规律,发现叠加计算结果比精确解小,且最大误差出现在l介于0.1~1之间。     

洱海泥炭质土动剪切模量和阻尼比试验研究

为探究洱海地域泥炭质土动力学特性,利用GDS动三轴仪对重塑土样进行循环加载试验,得到了一系列围压、固结比、频率控制条件下的泥炭质土动应力-应变关系曲线,分析了不同围压、固结比、频率对土体动剪切模量G_d、动剪切模量比G_d/G_dmax和阻尼比λ的影响规律。结果表明:动剪切模量G_d随剪应变γ_d增大而减小,γ_d较小时,衰减速率较小,随着γ_d继续增大,衰减速率先增大后减小;在同一剪应变下,G_d随围压、固结比增大而增大,G_d对频率变化表现不敏感;采用Hardin-Drnevich双曲线模型(H-D模型)对重塑泥炭质土动应力-应变曲线拟合效果较好,动剪切模量比G_d/G_dmax随剪应变γ_d增大而减小,围压、固结比和频率对G_d/G_dmax的衰减规律无明显的倾向性;阻尼比λ随剪应变γ_d增大而增大,围压对λ变化规律影响较复杂,γ_d较小时,λ随围压增大而减小,γ_d较大时,λ随围压增大而增大;固结比越大,λ越大,频率越大,λ越小,λ对频率变化表现更敏感,体现了循环加载下泥炭质土的速率效应。     

粗粒土抗剪强度的缩尺效应规律试验研究

抗剪强度是评价土体稳定性的重要指标,研究缩尺效应对粗粒土抗剪强度的影响,对高土石坝工程土体强度估算有重要的理论意义和应用价值。根据前人的研究,颗粒最大粒径d_max和级配结构两部分变化是导致缩尺后试样存在缩尺效应的主要原因,其中级配结构可由级配面积S作为特征参数表示。通过改变试样的d_max和S,设计了24组不同级配试样,利用大型直剪仪对各组试样进行直剪试验,从而定量研究颗粒最大粒径和级配结构对粗粒土抗剪强度的影响规律。研究结果表明：粗粒土的抗剪强度指标黏聚力c和内摩擦角φ均表现出随着d_max增大而增大的规律,且c和φ均与d_max呈对数函数关系;黏聚力c和内摩擦角φ随着S的减小而增大,到达某一特定值后呈略微减小的趋势,并根据相应试验数据分别建立c和φ与S的关系式。最后,基于试验结果建立了考虑缩尺效应的粗粒土抗剪强度的预测模型,并用相关文献试验数据验证了该模型对不同类型粗粒土的适用性。     

考虑中间主应力和渗流模型的围岩抗力系数新解

考虑三剪统一强度准则、Mogi-Coulomb准则、内外水压力等的综合影响,建立平面应变情况下的力学平衡方程,并结合位移与应力连续条件,得到了裂缝区位移解析解和围岩抗力系数K的表达式。讨论了围岩强度参数c、φ,中间主应力系数n,岩体孔隙率η,内外水压力差对K的影响,结果表明：其他参数不变的情况下,随着n、c、φ的增大,K值逐渐增大;三个系数对K值影响敏感性强弱顺序为：n>φ>c;随着η的增大,K值先出现波动,后趋于稳定;外水压力p₃不变而内水压力p₀逐渐增大时,适当增加p₀(小于600 kPa)有利于岩体承载能力的发挥,当p₀超过600 kPa时,K值也出现波动;在该工况下可以采用注浆措施,以提高岩体密实度与强度或控制内水压力小于600 kPa,使K值处于稳定状态。     

考虑刚度与强度劣化的洞室围岩弹塑性分析

地下洞室锚固围岩进入塑性状态后其刚度与强度均会产生一定程度的劣化。将锚固围岩视为复合岩体并借助参数等效原则求出其刚度与强度参数后,基于D-P屈服准则得到了考虑劣化效应的深埋圆形洞室锚固围岩弹塑性解,借助FLAC-3D有限差分软件验证了该方法的可靠性后对相关影响因素进行了具体分析。研究结果表明：(1)考虑锚固围岩的刚度与强度同时劣化后得到的围岩变形量更符合实际;(2)残余黏聚力c"、残余内摩擦角φ"、残余弹性模量E"的大小对锚固塑性残余区半径R_b、洞壁位移u具有控制性作用,当c",φ",E"取值越大时,R_b,u便会越小,反之R_p、R_b、u便会越大;(3)软化模量M_c、M_φ对塑性残余区半径R_b、洞壁位移u的影响较大,对塑性软化区半径R_p的影响可以忽略;(4)系统锚杆与支护阻力p_i协调作用下可以有效控制塑性残余区范围及围岩变形。     

考虑应力路径的软黏土小应变特性试验研究

以苏南地区原状软黏土经K₀固结形成的试样为对象,利用配备了弯曲元系统和局部位移测量系统的GDS应力路径三轴测试系统,研究了小应变范围内应力路径转角θ对剪切模量衰减曲线以及阈值剪应变(γ_0.7)的影响。试验结果表明,土体的初始剪切模量G₀值与初始固结应力大小呈正相关关系,并可表示为与孔隙比e、平均有效应力p′相关的函数关系式。土体的剪切模量在10^-6~10^-3的应变范围内随着剪应变的增加而逐渐衰减,并表现出和试验应力路径与近期应力历史间夹角θ的相关性:应力路径对衰减曲线的影响随着应力路径转角θ的增大逐渐增大,当两者完全相反时,其影响最大。在K₀固结条件下,应力路径转角θ对γ_0.7的影响大于初始固结平均有效应力p′,同时γ_0.7值随着应力路径转角θ的增大而逐渐增大。     

Influence of site conditions on seismic design parameters for foundations as determined via nonlinear site response analysis

Site conditions, including geotechnical properties and the geological setting, influence the near-surface response of strata subjected to seismic excitation. The geotechnical parameters required for the design of foundations include mass density (ρ), damping ratio (β_s), shear wave velocity (V_s), and soil shear modulus (G_s). The values of the last three parameters are sensitive to the level of nonlinear strain induced in the strata due to seismic ground motion. In this study, the effect of variations in soil properties, such as plasticity index (PI), effective stress (σ′), over consolidation ratio (OCR), impedance contrast ratio (ICR) between the bedrock and the overlying strata, and depth of soil strata over bedrock (H), on seismic design parameters (β_s, V_s, and G_s) was investigated for National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP) site classes C and D, through 1D nonlinear seismic site response analysis. The Morris one-at-a-time (OAT) sensitivity analysis indicated that β_s, V_s, and G_s were significantly influenced by variations in PI, while ICR affected β_s more than it affected V_s and G_s. However, the influence of H on these parameters was less significant. It was also found that variations in soil properties influenced seismic design parameters in soil type D more significantly than in soil type C. Predictive relationships for β_s, V_s, and G_s were derived based on the 1D seismic site response analysis and sensitivity analysis results. The β_s, V_s, and G_s values obtained from the analysis were compared with the corresponding values in NEHRP to determine the similarities and differences between the two sets of values. The need to incorporate PI and ICR in the metrics for determining β_s, V_s, and G_s for the seismic design of foundations was highlighted.     

基于敏感性分析的围岩力学参数反演方法研究

由于影响隧道变形的围岩强度参数和变形参数较多,现有的反分析研究主要集中在算法的优化上,因而忽略了工程应用的便利性和实用性。针对这种状况,以南京某隧道工程为依托,结合数值模拟,提出了基于敏感性分析的反演方法。根据工程实际,将围岩和支护结构综合考虑分为初始围岩区(简称Z₁),松动圈与锚杆锚固共同作用区(简称Z₂)以及钢支撑和喷射砼等效作用区(简称Z₃);通过安排试算初始值,利用FLAC^3D程序计算并分析不同的力学参数对不同隧道变形的敏感性,从而确定反演流程;根据反演流程结合各测点的实测变形值获取合理、准确的围岩力学参数。研究结果表明:与常规的反演方法相比,通过敏感性分析确定隧道不同变形的主控因素,以此变形来反演该主控因素参数在很大程度上提高了工程应用的效率与可靠度;拱顶下沉受Z₁区弹性模量E₁、Z₂与Z₁区弹性模量比值n的影响较大,受围岩泊松比μ₁的影响相对较小;隧道收敛受E₁、n、μ₁ 三者的影响都较大;围岩力学参数反演结果为E₁=362.6 MPa、n=0.62、μ₁=0.30;现场应用证明了该方法的有效合理性。     

基坑坑底抗隆起稳定性影响因素分析

基坑工程的坑底抗隆起影响因素众多,且各因素对坑底稳定性的影响程度存在较大差异,设计中明确各因素的影响程度对保证基坑安全具有重要意义。考虑土体横观各向同性特征,推导了坑底抗隆起计算公式,并就土体参数和支护结构参数变化对基坑坑底稳定性的影响程度进行了探讨。研究结果表明:增大内聚力c、内摩擦角φ和墙体插入比或减小土体重度γ、最下层内支撑高度和地面超载以及进行坑底加固均能提高基坑抗隆起稳定性。当土体重度γ较小、内聚力c较大、内摩擦角φ较小、墙体插入比较小、最下层内支撑高度较大、地面超载较大时,应尤其注意土体横观各向同性特征的影响。     

合肥地区重塑非饱和黏性土强度特性试验研究

利用非饱和土三轴仪,对合肥地区非饱和黏性土的重塑样进行了控制基质吸力的三轴剪切试验。研究结果表明,控制吸力和净围压为常数的重塑非饱和黏性土三轴排水剪切试验的应力-应变关系呈现应变硬化的力学特征,且在试验条件范围内,净围压越大,硬化特征越强,吸力越小,硬化特征越强;重塑土样的强度参数粘聚力c值和内摩擦角φ值随吸力的增加都有一定程度的增加,且在试验吸力范围内,c值和φ值均呈良好的线性增长趋势,且c值的增长幅度明显大于φ值。     

管棚注浆支护隧道开挖引起地表变形特征分析

隧道开挖引起的地表变形是工程安全的重要指标,基于管棚注浆隧道开挖引起的地层受力分析,将地表变形影响因素分为注浆压力、附加荷载和地层损失,并引入Mindlin解和Peck公式,获得了隧道引起的地表变形计算公式.通过对地表变形特征进行分析,结果表明:岩土力学参数对地表变形最大值有显著影响,但对沉降影响宽度影响甚微;沉降槽宽...     

双洞效应的黄土公路隧道变形影响离心模型试验

目前,有些黄土公路隧道受到地形限制只能采取小净距隧道形式,为了更好地解决彼此开挖相互受影响带来的安全隐患问题,笔者开展了6组基于先加载后开洞思路的离心模型试验,研究了不同净距和间距的组合下双洞效应黄土公路隧道地表及地层的变形规律。试验结果表明:间距保持1D时,随着净距的增大,双洞间的相互影响程度明显减弱,先行洞开挖对后行洞的次生扰动逐级递减;地表沉降轮廓由单核心盆地演变为多核心盆地,地层变形曲线从V形发展为W形;压力拱效应明显且成拱高度随两隧体净距的增加而升高。间距变为2D时,无论净距如何取值,地表和地层沉降的最大值都会在右侧隧道中心线附近出现,右侧隧道上覆土体变得更为敏感。净距2D间距2D时,地表和地层沉降均在右侧先行隧道拱顶上方出现6组工况下的最大沉降值,评定为最不利工况;间距1D净距取1.5D和2D时,两隧体间均可形成自稳的宽底承载土柱体。因此,小净距黄土公路隧道合理净距取值范围为1.5D~2D,相应的掌子面间距宜控制在1D内。     

原竹材料抗弯性能试验研究

开展了原竹材料抗弯性能试验,探究了竹材抗弯强度和弹性模量与高度、壁厚、周长的关系,采用Bootstrap法分析了竹材抗弯强度标准值,基于可靠度理论研究了原竹材料的抗弯强度设计值.结果表明:竹片抗弯加载经历较长的弹性阶段,塑性阶段较短,竹材抗弯承载力随高度增加而减小;竹片抗弯强度和弹性模量随高度增加而增大,随壁厚和周长增...     

地铁“先隧后站”车站基坑施工力学效应分析

为了解“先隧后站”法先期隧道施工产生的土体扰动对后期地铁车站基坑开挖的影响规律,以厦门地铁2号线高林站工程为依托,根据工程经验考虑4种地层损失率η,通过数值模拟先盾构隧道后明挖法扩建地铁车站基坑开挖过程,研究基坑开挖破除隧道前后基坑变形及围护墙内力变化规律。计算结果表明:地表沉降和墙体侧移及内力分布规律基本不变,但极值存在一定变化;对于地表沉降极值η为0.5%、1%和2%时的比无隧道时(η=0)分别增大15.8%、12.6%和10.7%;对于围护墙侧移,η从0.5%增至2%,极值增幅约4.1%;先期盾构隧道施工力学效应不利于后期基坑开挖。为克服这种不利效应,现场提出了一套基坑土方开挖及管片拆除的施工方案,实践表明采取的方案可靠,基坑安全稳定。