基于现场实时监测技术的数值仿真优化分析及其应用研究

对大型隧洞群的动态施工优化是保证工程经济、安全、顺利进行施工的关键。针对紫坪铺工程4条引水发电隧洞复杂多变的地质条件，采用新奥法隧洞信息化施工中倡导的实时动态监测技术，跟踪现场施工进行了典型断面的系统观测，在此基础上进行了围岩宏观力学参数的反分析研究。基于跟踪施工的现场实时观测和反演分析结果，对引水发电洞群进行了精细化数值仿真分析，研究了不同施工方案和支护参数对岩体变形、破坏特性的影响。以便为工程的施工决策提供量化资料和技术支持。     

基于BIM技术的隧道协同管理平台架构研究

以BIM技术全生命周期为核心理念,以实现隧道工程信息化管理为目标。覆盖隧道工程规划、设计、施工、运维各阶段,形成规划–设计–施工–运维一体化管理平台,促进业主、设计方、施工方、监理方等各工程参与方多方协同工作。针对BIM平台开发过程中BIM标准不统一、BIM软件众多、相互间数据交换困难等问题,初步提出了BIM全生命周期意义上的隧道工程协同管理平台,并从阶段、维度、功能、技术和用户多个层面详细阐述了BIM隧道协同管理平台的初步架构体系,为平台的进一步开发提供了一个基本思路和初期技术路线。     

双层黄土公路隧道各施工方案的模拟与研究

以弹塑性有限元法为基础,利用大型的仿真模拟软件(ANSYS中的土木模块),分析了该隧道在长台阶施工方法和分部开挖施工方法中各施工阶段围岩和衬砌在空间的受力状态,变形状态,考虑材料的非线性特征,采用DP屈服准则,并对这些结果加以分析和总结,为以后的具体的结构设计和施工提供有力的理论支持.     

既有溶洞对隧道围岩位移特征影响的数值试验

隧道穿越既有溶洞岩体施工时,隧道围岩位移变化特性不同于一般隧道。结合山岭隧道新奥法施工现状,首次提出了隧道位移空间效应的“先期位移”、“开挖瞬时释放位移”、“前期位移”和“后期位移”的新概念。基于对位移空间效应特征的新认识,通过数值试验系统研究了既有水平溶洞对隧道位移空间效应的影响,研究表明：①水平溶洞的存在将导致隧道围岩径向位移在开挖前和开挖瞬间明显增大,位移释放率增加;②水平溶洞的存在使得溶洞附近围岩的整体性减弱,围岩先期变形主要集中在掌子面前2.0倍洞径以内,其后期变形在掌子面推进到1.5倍洞径后就基本完成。     

弹塑性von Mises本构模型的完全隐式数值积分算法研究

完全隐式返回映射算法是一种数值积分算法,可以避免预测应力漂移屈服面的现象,对于准静态变形条件下的本构方程可以获得准确的解,在迭代中使用Newton一Raphson法可获得近似平方的收敛速率,具有较高的精确性和稳定性.本文在弹塑性和非线性有限元理论框架下,基于相关联等向硬化von Mises本构模型的返回映射算法(Return Mapping Algorithm)和相对应的一致切线模量(Consistent Tangent Moduls),采用C++语言编制了弹塑性求解程序,同时编制后处理接口程序将结果文件转化为Tecplot软件可以显示的数据格式,完成有限元数值计算及结果的可视化.最后给出了两个算例,对所编程序的正确性进行验证,且对地基塑性区的发展变化,以及位移和应力进行图形显示.结果表明了算法的可靠性和稳定性,以及程序的准确性和实用性,可以用其对弹塑性问题进行数值分析.     

低温裂隙岩体的各向异性传热模型

低温裂隙岩体属于典型的非连续介质,其传热特性具有明显的各向异性特性和时变性。从传热学的基本原理出发,对含冰–水相变低温裂隙岩体的传热特性进行了研究。首先通过类比电阻,推导考虑冰水相变及热对流作用的低温单裂隙热阻模型。在此基础上,根据能量守恒定律并考虑对流换热作用对裂隙岩体等效传热特性的影响,推导低温单裂隙代表性体元的传热模型。基于传热性能的可叠加性,构建含多组优势节理低温岩体的各向异性传热模型,从而实现低温裂隙岩体传热性能的等效连续化处理。最后通过一个含水平裂隙岩样和理想岩质边坡对各向异性传热模型进行了验证,最大误差不超过1.0℃。该传热模型的精度满足实际低温裂隙岩体工程的要求。     

矩形顶管施工引起土体分层变形计算方法研究

随着矩形顶管在大城市地下通道建设中的广泛应用,建立矩形顶管施工引起周围地层变形的计算预测模型已成为当前顶管施工必须加以重视的问题。矩形顶管施工引起周围土体变形的主导因素为摩擦力、开挖面附加应力、土体损失,理论分析必须考虑这几个主导因素。针对以上主导因素,提出考虑三者共同作用下的矩形顶管施工地层位移计算方法。用Mindlin位移解对应力作用面积分析顶进过程中开挖面附加应力及摩擦力引起的地层变形;以随机介质理论分析建筑缝隙引起的土体损失产生的地层变形。考虑到各影响因素的相对独立性,将各因素引起的地层变形叠加,从而得到主导因素影响下的地层变形预测模型。通过理论计算,开挖面附加应力、摩擦力主导隆起区地层变形,土体损失主导沉降区地层变形,地层埋深越大此现象越明显。将理论计算值与实测结果对比,两者在变化趋势及变化量上趋于吻合,因此,所提公式可作为类似工程工前地层变形预测计算公式。     

直接拉伸、劈裂及单轴压缩试验下岩石的声发射特性

采用自行研制的岩石直接拉伸试验装置,对砂岩和石灰岩2种岩样进行直接拉伸、劈裂及单轴压缩试验。试验结果表明,2种岩石的声发射活动情况大体相同。在单轴压缩条件下,加载早期的声发射活动较为活跃,随着荷载的增加,许多试样的声发射率较加载初期有所下降,这通常被认为与试样中的裂隙压密有关。劈裂试验条件下岩样的声发射活动规律与单轴压缩条件下基本一致,所不同的是：在劈裂试验条件下,声发射活动在整个加载过程中持续不断,直至临近破坏时,声发射活动大量增加,即劈裂试验条件下未观察到与单轴压缩试验类似的“裂隙压密”阶段声发射率较高的现象,也未观察到压缩试验中试样发生微破裂时,声发射累计事件数出现阶跃、变形曲线上出现拐点的现象。在直接拉伸条件下,试样的声发射活动又有很大不同,在破坏发生前的整个加载过程中,观察到的声发射事件数和能率远少于单轴压缩和劈裂试验的结果。对于大多数试样,声发射事件仅在试样破坏时才能观察到。     

浅埋偏压大断面隧道施工优化及受力特征分析

大断面浅埋偏压隧道洞口段施工困难,风险高;且受洞口复杂地质条件和施工空间效应影响,隧道支护结构变形和受力特性复杂,施工控制难度高。针对在建的宝兰客专小墁坪隧道出口浅埋偏压段的施工稳定性问题,采用数值模拟试验分析方法,研究了三台阶+临时横撑施工中不同上、中、下台阶错开距离时隧道的施工动态特性,分析了不同错开距离时隧道支护结构的变形和受力特点;基于数值模拟试验确定了大断面偏压隧道洞口段的施工方案,跟踪隧道施工进行的变形监测验证了推荐的三台阶+临时横撑施工中上台阶与中台阶错开5 m,中台阶与下台阶错开10~15 m(即1倍洞径)距离的施工参数经济、合理、可行,保证了隧道施工的安全,也为同类隧道工程的建设提供有益的借鉴和指导。     

基于矿物溶解理论的砂岩化学损伤动态模型

酸腐蚀环境下岩石物理力学性质的劣化本质上由岩石矿物的溶解引发的孔隙微裂隙的扩展贯通所致。为研究酸性环境下砂岩矿物的溶解特性,选择pH=1、3的盐酸溶液为腐蚀环境,借助X射线衍射试验鉴定砂岩矿物成分及含量,测试不同浸泡周期下溶液的pH值、阳离子浓度、岩样的质量及其纵波波速,并通过矿物溶解理论与化学动力学原理,建立反映整个腐蚀过程的砂岩化学损伤动态模型。研究结果表明：酸性环境下砂岩的损伤主要由长石和方解石的溶解所致,矿物溶解反应分为界面吸附、界面交换、解吸附三个步骤,且步骤最慢者对整个反应起控制作用。矿物溶解速率与H⁺浓度的n次幂成正比,且0相似文献