岩土介质在冻融过程中的温度场研究及工程应用

基于"三区域"(已冻区、正冻区和未冻区)理论,建立岩土介质在冻融过程中的温度场数学模型,并将利用有限元数值计算方法得到的结果与V.J.Lunardini等得到的经典解析解结果进行对比,验证该数学模型的正确性和可靠性。在此基础上,探讨岩土介质在冻融过程中相变潜热和正冻区的大小对温度场分布的影响,并对西藏嘎隆拉隧道围岩温度场以及保温层保温效果进行数值仿真分析。研究结果表明:采用二衬表面附设保温材料方法对隧道衬砌及围岩温度影响效果明显,在二衬表面施作6 cm厚的福利凯保温层后,衬砌和围岩不会承受冻融破坏。该研究成果对于寒区隧道冻融圈大小的确定及防寒保温措施的选用具有重要的理论和现实意义。     

低温冻融条件下岩体温度–渗流–应力–损伤(THMD)耦合模型研究及其在寒区隧道中的应用

 寒区隧道的围岩冻胀问题涉及到岩体温度场、渗流场、应力场以及冻融损伤相互作用的多场耦合问题。在THDM耦合机制分析基础上,基于连续介质力学、热力学、渗流力学、损伤力学以及分凝势理论,建立低温冻融条件下岩体THMD耦合模型。该模型不仅考虑体积应变对岩体温度场和渗流场的影响,温度梯度和渗透压力对岩体应力场的影响,还根据寒区工程实际,考虑冻胀压力和冻融循环对岩体劣化损伤的影响。数值仿真某寒区管道工程的冻胀过程,与现场的实测结果对比表明：该模型能很好地反映岩土体由于负温所产生的冻胀现象。在此基础上,分析极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩冻胀力的变化规律,并对隧道在经历不同冻融循环次数后的变形和受力特征进行探讨。研究结果表明：极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩的最大冻胀力达到1.6 MPa,冻融循环对隧道衬砌受力影响较大。     

地下工程应力松弛效应的初步理论解

蠕变和松弛是岩土材料常见的2种流变特性,岩土工程地下结构支护与围岩的相互作用不是一个单纯的蠕变过程,围岩的应力松弛对于衬砌的长期稳定性具有重要的影响.围绕地下工程圆形洞室松弛的等效蠕变过程,采用非线性蠕变模型,建立圆形洞室黏弹性围岩应力松弛效应的初步理论解,给出解答的量纲一的表达式.研究结果表明:岩土体的松弛特性可以通过蠕变参数进行表述;在没有考虑围岩松弛情况下,地下工程衬砌长期强度的设计偏于安全.从能量观点看,应力松弛可以看作是洞室围岩集中应力衰减的一个过程,该过程与材料本身力学性质和洞室围岩初始条件有关,同时受时间和空间因素控制,且微观结构演化趋势与蠕变过程相反.岩土介质松弛效应的研究成果不但可以应用于软岩地下工程开挖的工程实践,而且还可以提高对岩土材料流变性的认识.     

施工企业信息化系统建设简析——以江苏南通二建集团有限公司为例

作为施工总承包企业特级资质新标准的必备条件,信息化系统建设被提高了前所未有的高度。目前国内真正能够达到新标准信息化要求的特级资质施工总承包企业屈指可数。江苏南通二建集团有限公司在信息化系统建设方面虽不是很成熟,但其经验尚具借鉴意义。     

浅埋破碎岩体中大跨隧道断面扁平率优化研究

 对于大跨度扁平隧道而言,合理的扁平率设计对于节约成本和减少通风照明费用具有至关重要的作用,因此优化浅埋大跨度隧道的扁平率是隧道设计施工面临的关键问题。首先利用大型有限元分析软件ABAQUS的标准设计语言Python编程,对拟建清远蟠龙浅埋破碎岩体大断面隧道不同扁平率进行参数化设计;研究5种扁平率下隧道结构的稳定性和变形破坏情况,运用层次分析法对影响扁平隧道稳定性的开挖面积、水平收敛、地表沉降和拱顶下沉等目标值进行优化并确定其权向量,提出依托工程条件下的最优化扁平率。该研究成果和方法可为同等条件下隧道工程断面优化设计提供借鉴。     

高地应力软岩隧道合理支护方案研究

 基于高地应力软岩隧道明显流变效应的特点,提出在喷锚网支护的基础上增设U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充层的支护方案。利用建立的U型钢连接件力学模型和围岩与支架接触模型,分析2种支护方案下,宜昌-巴东(宜巴)高速公路峡口高地应力软岩隧道的长期稳定性。研究表明：(1) 建立的U型钢可压缩支架的连接件力学模型和围岩与支架之间的接触模型可以很好地反映支架缩动性与摩阻力之间的关系;(2) U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充层的联合支护既可以吸收围岩的流变变形,减小二次衬砌上的形变压力,又可以提供稳定的支护力,有利于高地应力软岩隧道的长期稳定。     

深埋隧洞围岩双向流变特性试验

针对四川锦屏二级水电站深埋隧洞围岩在开挖与运营过程中呈现出显著的流变劣化特征,采用CSS-283双向万能实验机,对板岩进行双轴压缩流变特性的实验研究,分析岩石黏弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律;基于四变量Burgers流变模型,应用弹性-黏弹性对应原理,导出了双轴流变方程的黏弹性解析解,并且根据板岩双轴流变曲线,反演出了各级流变参数;通过与试验结果的比较,说明该解析解能较好地描述岩石的黏弹性双轴流变特性。     

粘土岩饱和-非饱和渗流机理研究

非饱和渗流、应力耦合行为是影响粘土类工程岩体的强度和稳定性的重要因素。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果，应用塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型，研究在隧道开挖、混凝土衬砌支护和通风的过程中围岩干缩和膨胀的力学机理，得到了围岩内渗流的初始饱和一非饱和一近饱和过程，研究成果对解释工程现场的泥化、崩解机理具有重要的理论和实践意义。     

公路分岔隧道循环风相互影响及其对策研究

沪蓉国道主干线宜昌-恩施段地形地质条件特别复杂,其中的八字岭、庙垭和漆树槽设计成新型隧道结构型式--分岔式.分岔口循环风的相互影响将直接影响隧道的通风运行成本.重点研究双车道公路隧道在不同间距、不同风速时的循环风的影响程度.通过数值计算和回归分析提出隧道循环风相互影响与隧道进、排风速度及隧道间距的定量关系式,并提出修筑中隔墙、错开隧道出口间距等方法减小循环风相互影响的技术措施.该成果为国内其他近距离长大隧道的通风设计和隧道方案选择提供理论与试验依据.     

基于下加载面概念的饱和黏土温度–应力耦合弹塑性模型

温度对黏土力学特性具有重要影响,温度变化将引起黏土的体积变形发生变化,并对其前期固结应力、剪切强度、弹性模量等具有重要影响。基于黏土"热陷"特性,引入热屈服面以描述不同超固结比的黏土在温度升高时所产生的塑性变形,并进一步开展以下工作:(1)建立考虑温度影响的下加载面模型,由于保留了下加载面模型对超固结黏土应力–应变特性优异的描述能力,并考虑了温度对黏土的2种作用(即温度使超固结黏土的超固结比降低和温度塑性应变对屈服面的硬化效应),该模型可以描述温度变化对不同黏土力学特性的复杂影响;(2)证明了所提出的模型严格满足热力学第一、第二定律;(3)采用该模型模拟Pontida clay和MC clay在不同压力下的排水加热试验和在不同温度下的三轴排水/不排水试验,模拟结果与试验结果对比分析表明,模型能合理地描述不同超固结比的黏土在温度变化时产生的体积变形以及温度对黏土强度的影响等。