中美压力钢管规范在压力明管管壁设计中的差异

笔者对中美压力钢管规范在压力明管光面管壁、加劲环间管壁的结构分析进行了比较,并辅以实例进行了中美规范的对比分析。结果表明:中美规范在允许应力及荷载组合方面有差异;在压力明管的壁厚计算公式中,公式计算原理一致,公式表达式略有差异;在明钢管抗外压临界值计算中,能标抗外压公式统一采用长圆筒公式,而美国规范体系中抗外压公式细化为长圆筒及短圆筒公式,导致计算成果差距较大。因此,在对采用美国规范设计的工程,应严格按照美国规范要求的公式进行结构设计,不可与国内公式进行串用套用。     

引汉济渭二期高地下水位盾构隧洞渗流应力耦合研究

白鹿塬洞段是引汉济渭二期工程黄土区隧洞中埋深最大、地下水位最高的隧洞工程,其盾构法施工的可行性与安全性尚不明确。为此,应用ABAQUS渗流-应力全耦合数值模拟方法,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型与刚度迁移法,对白鹿塬282.22 m埋深泥岩洞段的盾构掘进过程进行了三维仿真,重点分析了隧洞掘进阶段典型断面围岩孔隙水压力、应力变形、塑性区以及衬砌结构受力变形的变化规律。结果表明：典型断面处孔隙水压力随开挖过程先降低后回升,随后趋于稳定,距离掌子面前缘约3.6 m的隧洞断面处产生体积收缩,从而造成超孔隙水压力,压力水头最大值约248.0 m;洞周收敛,顶拱下沉,底拱隆起,隧洞周围围岩应力、应变、径向变形呈对称性分布,等效塑性应变主要发生在洞侧3 m深度范围内,顶拱无明显的塑性区,故围岩的最可能破坏模式为侧拱围岩塌落;在施工阶段衬砌结构内外缘以压应力为主,最大压应力为18.77 MPa,衬砌顶拱、底拱外缘以及拱腰内缘边墙产生较小的拉应力,约为0.85 MPa,均满足抗压承载力和抗拉强度要求。研究结果可为引汉济渭二期工程的安全运营及灾害防治提供参考依据。     

国家自然科学基金项目 非绕轴对称岩质巷道的收敛约束法及支护优化研究(项目批准号:51769016)

正经典收敛约束法以圆形巷道受均匀地应力作用即绕轴对称条件为基础,与实际侧压力系数不等于1、非圆断面等工程实践明显不符,易造成支护结构设计不当。本项目对经典收敛约束法进行非绕轴对称拓展研究,首先构建综合5种因素影响的非绕轴对称围岩特征曲线的理论解答,同时开展室内非绕轴对巷道开挖模型试验,包括两种情况:圆形巷道受不等地应力、直墙圆拱巷道受等值地应力,测得洞壁及     

洞松水电站引水隧洞结构型式优化设计

洞松水电站引水隧洞结构设计中,拟定圆形与平底马蹄形两种过流断面进行分析比较,计算过程采用边值法、有限元法进行计算,计算结果分析表明引水隧洞采用圆形断面较马蹄形断面配筋相对减小,钢筋间距相对增大,更能保证施工期混凝土浇筑质量,圆形隧洞断面运行期可更好地发挥衬砌结构与围岩联合承受内水压力作用,衬砌结构的应力状态均匀,工作条件好,对地质条件适应性更强,更能保证工程运行安全,并节省工程投资。     

复杂偏压小净距隧道围岩压力计算及参数影响性研究

为研究不同隧道净距及地表坡度对复杂偏压浅埋小净距隧道围岩压力的影响规律,引用公路隧道设计规范,建立围岩压力计算模型,推导出隧道围岩压力的理论计算公式;结合数值模拟验证了理论计算公式的合理性,讨论了不同隧道净距和不同地表坡度的参数值变化对先行洞和后行洞的拱顶、拱腰及拱脚围岩压力的影响规律。结果表明:在两洞先后开挖情况下,隧道净距及地表坡度的变化对隧道内侧围岩压力影响较大,并且先行洞内侧围岩压力同净距及坡度大小正相关,后行洞内侧围岩压力同净距及坡度大小负相关。研究结果可为类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

下伏岩溶地层隧道的地震响应分析

为研究下伏岩溶地层隧道结构的地震动响应,基于黏弹性人工边界理论,编写了等效荷载时程施加程序,计算并分析了洞隧间距、洞径大小及溶洞跨径比对隧道结构地震响应特性的影响。研究结果表明:结构地震响应随着洞径的增大而增大,随着洞隧间距的增大逐渐趋于平缓;围岩与结构的加速度响应均与节点位置深度呈非线性相关,且围岩加速度响应略大于同深度的隧道结构。溶洞跨径比对结构的加速度响应和应力响应影响不同。结构的主拉应力峰值与洞隧间距呈负相关,结构下部主拉应力峰值包络图随着洞径的增大略向拱底靠拢,且主拉应力峰值最大值均出现在拱脚附近。研究结果对隧道结构设计、建设及监测具有指导意义。     

输水隧洞工程特殊地质洞段的施工处理

某引水工程输水隧洞采用掘进机和钻爆法相结合的施工方法.在隧洞浅埋高富水洞段地质条件复杂且施工难度大,根据工程特点采用了几种方案进行处理:高外水段采用洞内堵水方式、全断面超前钻孔预注浆或洞内项拱采用超前小导管堵水加固围岩,洞外采用地面压力注浆、堵水等措施,解决了施工难题,确保了隧洞施工安全     

尾水洞“卜”形岔洞围岩稳定性及衬砌结构受力特性数值模拟分析

本文依托于新疆某水电站,基于弹塑性本构模型,采用有限元数值模拟方法 ,对三维地下岔洞围岩及衬砌结构做数值计算分析,得到了尾水洞"卜"形岔洞围岩稳定性及衬砌结构受力特性。可为相关工程的支护结构设计提供了参考。     

南阳渠工程特殊围岩隧洞三铰拱片衬砌结构分析

南阳渠工程总干渠隧洞多，断面小，围岩条件差，根据实际条件，经比选采用三心圆拱型预制三铰拱片衬砌方案。采用不同的计算理论和方法对结构内力进行了对比分析。     

基于结构面特征的合掌岩石窟稳定性分析评价

合掌岩石窟属于浅埋洞室,其开挖和雕刻过程中的失稳情况主要是洞壁局部块体掉落。为分析评价洞壁的块体稳定性,进行了工程地质调查、工程钻探、声波测试、以及室内试验等工作,得到结构面的产状以及岩体的物理力学性质。采用BQ法对围岩等级进行划分,并采用基于结构面特征的赤平投影对洞室稳定性进行定性评价,运用块体理论进行定量评价。计算结果表明,洞壁及洞顶块体不稳定需进行加固。     

中风化凝灰岩嵌岩桩抗拔承载特性研究

针对某建筑工程地下室抗浮设计问题,为了确定中风化凝灰岩地层嵌岩抗拔桩设计承载力,开展了5根0．7ｍ和0．8ｍ两种直径抗拔桩现场试验。试验结果表明各试桩加载至设计值时均为缓变形,最大位移为6．92ｍｍ～10．67ｍｍ,试验中岩层侧摩阻力未充分发挥,安全富裕较大。通过国内外不同规范方法对5根试桩极限抗拔承载力进行计算发现,理论计算得到的嵌岩桩极限抗拔承载力普遍大于设计值,且国外ＡＡＳＨＴＯ方法和加拿大岩土工程手册方法均明显大于建筑桩基规范,且嵌岩段长度越大,计算结果差异越显著。通过试验和理论计算均表明中风化凝灰岩嵌岩段的极限侧阻力发挥潜力较大,可作为抗拔桩的良好持力层。     

水电站明钢管强度设计的应力分类法研究

为适应我国在压力钢管的管材、焊接和加工安装等方面的显著进步,以及与国际规范和工程经验相接轨的现实需求,文中系统研究了国内外明钢管强度设计普遍采用的应力分类法:从承载特性和力学机制角度阐明了明钢管结构计算模型与控制断面选取的依据,对比分析了国内外规范控制断面应力计算方法的异同,依据失效机理和控制断面应力构成提出了控制断面各部位管道应力分类的科学方法,推荐了各分类应力相应的安全度设置水平。研究表明:国内外规范的控制断面选取有差别,而应力计算方法基本相同;支承环近旁管壁边缘断面可不选为明钢管设计的控制断面;管道用钢量主要取决于跨中断面整体膜应力的允许值;采用本文推荐的应力分类和安全度设置水平,在满足强度安全要求下可有效地节省管道用钢量。     

岩石强度理论的分类评述

岩石强度理论是地下工程与基础工程设计必不可少的计算依据,国内外学者从不同角度建立了诸多岩石强度准则及理论。按照研究方法的不同,岩石强度理论可分为四大类:经典强度理论、经验型强度理论、断裂与损伤强度理论以及能量强度理论。基于这四类岩石强度理论的主要研究成果,分析了它们各自的特点和应用条件。最后对相关研究工作进行了总结,并针对现有岩石强度理论的不足以及存在的科学问题,提出了进一步研究工作的展望,以期为从事岩石强度理论研究的学者提供参考。     

坝下岩埂对混凝土防渗面板应力应变性状的影响

通过玛热勒苏混凝土面板堆石坝的有限元分析计算,重点研究在蓄水条件下,坝下岩埂不同的处理方案对面板应力应变性状的影响,获得了不同岩埂开挖形态条件下的应力应变计算结果。计算结果表明,受岩埂开挖形态的影响,各开挖处理方案中,混凝土面板内的压应力均能满足强度要求,若岩埂完全保留在坝体内部时,面板中的拉应力则超过混凝土的抗拉强度,导致面板被拉裂而失去防渗功能。岩埂清除范围将直接涉及到坝基开挖与坝体填筑工程量,影响到工程造价。     

破碎岩体隧道塌方预测及台阶工法调整技术研究

塌方是破碎岩体隧道较易发生的工程事故,主要发生在掌子面和未支护段,塌方预测及工法适时调整是避免事故发生的有效途径。依托某塌方隧道工程,提出塌方预测及台阶工法调整流程:首先对未支护段进行塌方预测,采用拱顶岩体稳定理论评估上台阶高度,确定极限矢跨比,并采用数值计算进行验证,选择合理的台阶数目;其次对掌子面稳定性进行评估,基于地质素描对掌子面稳定性进行塌方初判,采用数值计算对掌子面稳定性进行二次评估。鉴于核心土对掌子面稳定的重要作用,对台阶施工预留核心土工法的必要性也进行了分析。最终提出了基于拱顶岩体稳定理论的塌方预测和上台阶极限矢跨比计算方法,以及基于地质素描与数值计算的掌子面稳定性分析方法,相关研究思路可为类似工程提供借鉴和参考。     

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。     

均匀内水压力作用下圆形混凝土衬砌隧洞配筋设计探讨

基于对规范隧洞衬砌结构设计方法的分析探讨,考虑实际隧洞衬砌配筋应力状况,提出便于设计者进行均匀内水压力下圆形混凝土衬砌隧洞结构计算分析方法。按照此方法进行隧洞衬砌设计,计算过程简单清晰,设计分析结论明确,可以满足工程设计要求。     

泲河渡槽半重力式挡土墙的稳定分析

以泲河渡槽为典型,分别采用库伦公式和朗肯公式对进口渐变段半重力式挡土墙进行了建成无水情况下的土压力、地基应力和抗滑稳定复核。结果表明,尽管所采用的理念和方法不同,得到的结果却非常接近．满足规范的要求。说明原设计断面合理。     

基于均匀设计-响应面-有限元法的软岩隧洞围岩与衬砌结构协同承载可靠性分析

软岩隧洞围岩力学特性和衬砌结构受力皆具有显著的随机性、未确知性等不确定性,基于确定性分析的结构安全设计方法往往难以全面合理地反映软岩隧洞工程的复杂性;传统的可靠度计算理论则对于由围岩和支护系统构成的地下结构真实的功能函数无法从理论上给出显式表达,从而制约了可靠度计算理论在隧洞工程中的应用。在以数理统计方法为核心的可靠度计算理论基础上,结合均匀设计方法、响应面法和有限元数值模拟方法,借助于《水工隧洞设计规范》(SL 279—2016)中衬砌结构的承载力极限状态函数,构建了围岩和衬砌结构协同承载的荷载效应响应面显式表达式,由此提出了一种软岩隧洞围岩和衬砌结构协同承载的可靠性评价方法。采用该方法分析了影响联合承载特性的单因素随机变量,辨识了影响围岩和衬砌结构协同承载可靠性的主要因素,最后将该方法应用到具体工程中进行检验。通过与传统可靠度计算方法进行对比可知,该方法满足了精度,简化了流程,提高了效率,表明其具有很好的适应性和可行性。