掩体防护用钢研制开发

结合用户需求,进行掩体防护用钢研制开发。采用轧后在线直接淬火+低温回火工艺进行生产可使钢板的屈服强度大于1 100 MPa、抗拉强度大于1 300 MPa,同时具有一定的塑性和韧性,能够满足用户使用要求。该钢种的成功开发,填补了国内掩体防护钢板空白。     

锚喷支护洞室的弹塑性边界元——有限元耦合计算法

本文阐述了具有喷层支护的地下洞室在围岩压力作用下弹塑性边界元和有限元耦合法的计算原理,导出了计算公式,并编制了相应的计算机程序,对具有喷层支护的地下洞室进行了稳定性分析,将喷层考虑为有限元区域,用边界元法对围岩进行塑性分析,通过围岩与喷层接触面上的谐调条件建立了统一的积分方程组,利用“近似中点刚度法”对理想弹塑性岩体进行了增量迭代计算,从而求出围岩和喷层中的应力和位移。     

关于塑性岩土二次型屈服准则的研究

本文对岩土中提出采用的二次型塑性屈服准则进行了综合分析、研究,提出了二次型塑性准则的统一表达式,并在此基础上编制了二次型屈服准则的平面有限元程序。文末给出了计算实例,通过实例计算和分析,文章提供了二次型屈服准则的最佳参数范围,这些参数对于实际工程中推广应用二次型屈服准则具有较好的参考价值。     

大跨度地下洞库爆炸荷载下破坏形态试验研究

为分析不同药量的钻地武器爆炸对大跨度地下洞库产生的破坏效应,采用模型试验的方法对大跨度地下洞库的抗爆性能进行了分析研究,获得了不同爆炸荷载作用下洞库周边及衬砌的压力、加速度和位移的分布规律,并对比分析了围岩及洞室的整体破坏情况。试验结果表明:随着爆炸药量的增加,测点压力、加速度和位移的峰值基本均呈增大趋势,且相同测点位移峰值增大最明显;当爆炸药量增大时,先在洞室拱顶出现影响结构安全的纵向裂缝,且随着爆炸药量的继续增加,地下洞室裂缝的部位和数量逐渐增多、宽度逐渐加大,洞室衬砌甚至出现掉落现象;洞室拱顶围岩自两侧拱脚至爆心均出现了“八”字形的裂缝,且随着爆炸药量的增加,裂缝的宽度逐渐加大,甚至出现了拱顶围岩整体塌落的现象。其论文研究成果可为大跨度地下防护工程的抗力评估提供参考。     

钢筋混凝土-高强钢板组合结构抗震塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土-高强钢板组合结构的抗震塌性能,对3种钢筋混凝土-高强钢板组合结构靶标开展了现场爆炸试验,通过对不同配置的组合结构在接触爆炸条件下的变形情况和破坏形态的对比,分析了钢板材料、钢板和混凝土厚度对组合结构抗震塌性能的影响,并采用数值仿真的方法推演了6 mm厚高强钢板的极限抗震塌性能。结果表明：(1)与普通Q345钢板相比,采用高强钢板作为背板能够有效提高靶标的整体抗震塌能力;(2)通过对比靶标裂缝的数量、测点微应变、爆坑深度、塑性位移以及整体破坏程度可以看出,高强钢板的厚度对靶标的抗震塌能力影响较大;(3)与2号靶标相比,高强钢板作为背板的5号靶标混凝土、钢板用量均减少了25%,塑性变形和混凝土板的破坏程度、范围却明显减小,表明钢筋混凝土板和6 mm厚高强钢板复合后具有更好的抗震塌效果,其相当不震塌系数约为0.186。     

地下洞库围岩外加固抗炸弹侵彻性能研究

 通过相似模型试验研究交叉锚索对均质、层状和块状3种典型岩体加固前后的抗炸弹侵彻能力,试验结果表明,介质类型(均质、层状、块状)对侵彻深度影响不大,岩体质量越好,抗侵彻能力的提高量越小,在弹体动能相同的条件下,均质模拟岩体的侵彻深度最大,层状模拟岩体侵彻深度最小;分析弹体在加固模拟岩体与未加固模拟岩体内侵彻深度相差不大的根本原因,指出提高模拟岩体抗炸弹侵彻能力的首要条件是提高模拟岩体材料的抗压能力,在模拟岩体内配置的锚索含筋率较小时,虽然能够提高模拟岩体材料的抗拉强度,但对模拟岩体的抗炸弹侵彻能力没有明显改善;利用LS-DYNA软件对模型试验结果进行模拟计算,表明锚索角度和间距变化对加固岩体抗炸弹侵彻深度影响不大。尽管交叉锚索对模拟岩体的抗炸弹侵彻能力提高不大,但岩体材料的抗拉、抗剪能力的显著提高可明显减小洞库的变形,有利于洞库的稳定。     

富溪偏压连拱隧道围岩与支护结构变形和受力特征分析

铜黄高速公路汤屯段富溪偏压连拱隧道,长623m,洞口段围岩为全风化变质砂岩,呈散体结构,不能自稳。洞口段左侧埋深较右侧大,存在明显的偏压。隧道施工采用三导洞法进行,施工期间对洞口段三导洞、正洞的多个断面进行现场监控量测。通过分析监测数据,可得围岩变形与支护结构受力特点。监测结果表明:中导洞形成后,浅埋侧导洞先行施工,其围岩变形较深埋侧导洞要大;正洞施工期间,深埋侧拱顶下沉较浅埋侧大,深埋侧水平收敛呈扩张趋势,浅埋侧水平收敛呈收缩趋势,中隔墙呈向浅埋侧偏移趋势;无论初期支护还是二次衬砌,其围岩压力、混凝土内应力均是深埋侧大,由于整体衬砌有向浅埋侧运动趋势,钢支撑所受应力在浅埋侧较大。分析结果对富溪偏压隧道施工具有指导意义,对类似隧道的设计、施工和研究具有借鉴和参考价值。     

锚固岩体抗侵彻分析模型

目前对岩体介质抗侵彻方面研究文献资料较多,但尚无弹丸侵彻锚固岩体的理论计算公式或经验公式,本文在球形空腔膨胀模型的基础上,利用球形空腔膨胀模型计算岩石介质对弹丸的侵彻阻力,计入了弹丸直接与锚固岩体中锚杆发生碰撞的侵彻阻力,并将弹丸侵彻过程中岩石介质和锚杆侵彻阻力进行叠加,建立了弹丸垂直侵彻锚固岩体的工程分析模型。与单一空腔膨胀模型和试验数据进行对比后,模型计算结果与模拟试验结果基本一致,表明了研究具有一定的理论意义和工程适用价值。从而为洞库等地下防护工程设计及其加固改造提供理论研究方法和技术支持。     

富溪双连拱隧道围岩强度及稳定性评价

围岩强度指标是各种隧道工程设计中不可缺少的重要参数,准确预测围岩强度对隧道支护设计和稳定计算十分重要。针对富溪隧道地质条件复杂、围岩稳定性差等问题以现场岩石点荷载试验推测岩石强度,以隧道围岩的Q指标统计为基础,利用基于Q指标的经验公式推测围岩抗压强度,给出了富溪隧道各个断面围岩的抗压强度,据此评价各段围岩的稳定性。研究表明,采用的3个经验公式中,无论平均值,还是分散度,Yudhbir公式预测结果都最接近规范标准值,说明本文所用方法用于隧道工程是可行的。该方法简单、实用,预测结果能够反映围岩工程特性,符合实际,可以作为隧道工程中定量评价围岩强度的有效方法,为隧道设计、施工提供可靠依据。