清水隧道围岩软土振动液化研究

铁路隧道建成后,运营期在高速列车循环振动荷载作用下,软土围岩有可能出现液化而导致隧道变形破坏.首先进行了列车振动荷载的模拟,确定出列车振动荷载的时程曲线,然后采用了适合岩土工程分析的大型有限差分法软件FLAC3D进行清水隧道出口段在列车振动荷载作用下围岩液化的可能性研究,得出了一些结论,为隧道施工及运营期的维护提供了有益的参考依据.     

考虑天然渗流场影响的地应力场反演回归分析及应用

结合某水电站地下厂房区工程地质条件以及实测地应力资料,借助有限元计算工具ABAQUS,对影响因素单独作用下的三维地质概化模型进行计算．在应力实测值和应力计算回归值之间建立多元回归模型,求出最优回归系数,从而获得初始地应力场分布规律．首次将天然渗流场作为影响因素,对厂房区初始地应力场进行了回归分析,并与未考虑渗流场的情况作了比较,得到了更合理的应力场分布．根据反演结果对地下厂房洞室不同开挖顺序做了分析比较、计算结果表明,经过适当优化后的开挖顺序是安全可行的,各主要洞室群总体稳定性较好。     

富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究

为解决富水地层盾构同步注浆普通单液浆存在的易冲散、留存率低、凝结时间长、输送离析堵管等问题,依托长春地铁2号线西延线盾构隧道工程,开展富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究。为兼顾同步注浆管片壁后的高充填与浆液在管道中的高流动要求,选择低水泥、高骨料的惰性浆液,并研发一种同步注浆专用充填剂,能够有效减小浆液泌水和离析并加快凝结速度,提高壁后充填强度。试验结果表明,浆液泌水率随充填剂掺量TIR的提高呈现先减小后增大的变化规律,1h后泌水率曲线全部位于泌水合理区IV区的浆液满足工程要求。TIR=1.2%为最优掺入比,TIR过大会增加泌水,同时浆液流动性、凝结速度及早期强度也会得到一定的减弱。通过BC1201E型三维数字视频显微系统对不同龄期的试块进行细观分析,结果表明充填剂可提高浆液的均匀性,减小表面细小孔隙,更有利于管片壁后充填。另外新配比浆液保证现场工程盾构顺利通过风险源地段,最大地表沉降最终控制在12mm以内。     

超欠挖状态下支护结构的力学特性研究

在传统的喷射混凝土支护结构设计中,通常假设支护结构层是一个薄壁等厚层。钻爆法开挖的隧道围岩表面由于受爆破的影响存在不同程度的超欠挖,导致初期支护喷射混凝土结构层厚度不均匀。充分考虑超欠挖情况下隧道围岩表面的不平整性,根据喷射混凝土支护厚度将支护后的隧道表面不规则形状依据实际喷层情况归结为未完全填充、局部填充和完全填充三类。基于弹性力学厚壁圆筒理论,建立了单一喷射混凝土支护结构和喷射混凝土+钢格栅联合支护结构的等效刚度与最大支护力的理论公式。基于上述原理,结合收敛-约束法对某隧道开挖工程的稳定性进行了分析,得到了隧道支护结构的安全系数。结果表明,所提出的方法对超欠挖隧道的稳定性分析具有较好的适用性,验证了该方法的可行性。     

隧道涌水量解析公式在海底隧道工程应用研究

基于隧道涌水量解析公式,从隧道涌水量的角度出发考虑确定海底隧道的最小岩石覆盖厚度.通过对解析公式的微分变换,得到隧道涌水量取最小值时,岩石覆盖厚度的计算公式,并根据该公式计算得到对应不同海水深度、不同隧道等效半径的最小岩石覆盖厚度表.采用该法选择青岛胶州湾海底隧道部分典型剖面最小岩石覆盖厚度的经验表明,对海底隧道基岩裸露,地层岩性变化较小的情况,采用隧道涌水量解析公式变化得到的计算岩石覆盖厚度的计算公式,计算海底隧道的最小岩石覆盖厚度是可行的.同时该方法对以后相似地质条件的海底隧道确定最小岩石覆盖厚度具有一定的参考意义.     

扩展的无网格流形方法

无网格流形方法采用了有限覆盖技术,克服了原有无网格类方法中在处理位移场中不连续时所采用绕射准则、透明准则和通视准则等经验方法的不足,给出了无网格类方法在处理不连续时的数学依据。在无网格流形方法中,当不连续没有贯穿该节点所形成的覆盖时,不连续将覆盖分割成不规则的子覆盖,给计算结果带来一定误差。为弥补该方法的不足,在无网格流形方法中引入强化分析方法。利用裂纹尖端位移场中的奇异项来扩展原有无网格流形方法的基函数,提出了扩展的无网格流形方法。最后给出数值算例,说明该方法的正确性和有效性。     

考虑裂纹尖端场的数值流形方法

数值流形方法起源于不连续变形分析,主要用于统一求解连续和非连续问题,其核心技术是在分析时采用了双重网格:数学网格提供的节点形成求解域的有限覆盖和权函数;而物理网格为求解的积分域。由于该方法考虑了块体运动学,因此就可以模拟节理岩体裂隙的开裂与闭合过程。但对于裂纹尖端的局部化现象,数值流形方法需要像有限元那样在裂纹尖端设置细密单元。本文在单位分解法的理论基础上,应用裂纹尖端局部函数来扩展原有的数值流形方法的基函数,提出考虑裂纹尖端场的数值流形方法。本文方法扩展了原有数值流形方法对裂纹尖端问题的求解能力,同时对非连续问题也比原有数值流形方法的求解精度高。     

深部多裂隙岩体开挖变形破坏规律模型试验研究

深部资源开发中地下洞室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,目前深部多裂隙岩体开挖强卸荷引起的围岩变形破坏规律尚不清楚,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用大尺度三维模型相似试验系统,分析具有一定倾角的多组裂隙的岩体在高地应力下开挖变形破坏规律。试验结果表明:隧道上下侧围岩主要呈现大变形现象,左右侧围岩呈现分层破裂现象,破裂区随时间增长由内向外逐渐增多,在拱顶、底板大变形的诱导下发生边墙大体积坍塌;隧道围岩由内向外位移值和应力值呈现波动状分布;裂隙倾角与破坏区分布形态有一定相关性。为保障深部工程的安全兴建与运营提供了试验基础。     

单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究

根据声发射引起的扰动振动现象.提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术.单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系.分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器.搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统,通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验,对比测试冲击信号和周期信号,验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测.结合岩石试件破裂实验,进一步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法.光纤耦合振动传感器以其灵敏度高,制作简单,抗干扰能力强,性价比高,使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中,具有不可比拟的应用前景.     

隧道建造过程的多媒体仿真

分析了隧道在不同埋深、不同岩性、不同轮进及不同开挖与支护方案下隧道建造过程中受力状况、围岩变形、侧压影响、爆破影响,给出了各种工况下隧道的力学性能.在多媒体技术支持下,完成了隧道在三维空间中建造过程的数字仿真.利用计算机图形技术来显示和解释科学计算中产生的多维数据,通过动画技术来解释依赖于时间的数据集,使得科学家和工程师们能形象地理解许多物理现象的动态变化.揭示这些数据中蕴含的科学规律,进而对工程项目进行评估和指导工程实际.