特大断面隧道施工方法试验研究

特大断面公路隧道由于跨度特大和扁平,加上施工期间诸多工序的相互影响、围岩的多次扰动等诸多因素,其受力条件极为复杂,在施工过程中,围岩极易发生失稳乃至坍塌。本文利用“公路隧道结构与围岩综合实验系统（CTSSSRH）”,对特大断面隧道在不同施工方法下的施工动态过程进行了物理模拟,研究了特大断面隧道围岩位移、变形等发展规律,提出了特大断面隧道合理的施工方法。     

肝素/碳酸钙微囊的制备及其药物缓释性能

以药物HEP为有机基质,在CaCl2、Na2 CO3常温水溶液体系中制备碳酸钙微囊.分别采用SEM、流式细胞仪和紫外分光光度计等测试技术对微囊的形貌和结构进行了观察和表征.SEM结果表明,制备的HEP/CaCO3微囊平均直径为1.5μm,球形,分散性好;紫外分光光度法检测表明,微囊具有较高的药物装载量,肝素的包封率为80％;药物体外释放实验表明,HEP/CaCO3微囊的缓释性能受pH值的影响,在pH=1的PBS溶液中有明显的释放作用,随着释放溶液中pH值的减小,微囊的缓释效果越明显.本实验方法操作简单,所制备的药物微囊装载量高,在药物控释领域具有潜在的应用价值.     

裂隙岩体非饱和渗流问题的研究

发展了“孔隙--裂隙”二重介质模型;研究了裂隙岩体非饱和渗流问题;推导出了裂隙岩体非饱和渗流方程;并结合边坡稳定中的渗流问题进行了分析应用。     

聚丙烯纤维-钢筋/混凝土管节受力性能试验

顶管施工中钢筋/混凝土管节存在开裂现象,严重影响工程质量与后续营运。鉴于聚丙烯纤维具有改善混凝土抗拉、抗裂性能的作用,本文采用2种聚丙烯细纤维和1种聚丙烯粗纤维,设计了无纤维、单掺粗纤维及混掺三种尺度纤维的3组钢筋/混凝土管试件,进行了三点试验,对比分析管节的开裂破坏形态、荷载挠度曲线和开裂延性指标。并建立纤维混凝土管节三点试验的有限元模型,进一步探究聚丙烯纤维掺量对钢筋/混凝土管节受力性能的影响规律。结果表明,聚丙烯粗纤维可提高混凝土管的抗裂与承载能力,聚丙烯粗、细纤维的协同作用使管达到更高的使用和极限强度。相比无纤维管,混掺多尺度纤维提升管的使用强度和极限强度分别为28.7%和36.4%。此外,数值模拟合理地预测了纤维/混凝土管节的荷载挠度响应,并针对混凝土管节的极限强度值,得到单掺和混掺聚丙烯纤维时粗纤维的最佳掺量。      

基于SHPB试验的多尺寸聚丙烯纤维混凝土动态力学性能研究

选用两种聚丙烯细纤维及一种聚丙烯粗纤维,制备了9组纤维掺量比不同的混凝土试件。采用变截面大尺寸分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了冲击压缩试验,研究了在0.4 MPa冲击气压作用下,不同纤维掺量比对混凝土抗冲击性能的影响,基于引入损伤的Z-W-T本构模型对试验结果进行拟合分析。结果表明,单掺粗纤维可提高混凝土的整体性,且能显著提高混凝土破坏前的抗冲击性能,单掺细纤维主要是提高混凝土破坏后的抗冲击性能,而混掺纤维混凝土各个时期的抗冲击性能均得到提高,其中多尺寸纤维混掺的效果最好。     

高应变率下多尺寸聚丙烯纤维混凝土动态压缩力学性能研究

采用Φ74mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,对两种尺寸聚丙烯细纤维和一种尺寸聚丙烯粗纤维单掺及混掺的混凝土试件进行冲击压缩试验,对比分析粗、细纤维及不同纤维掺量比的多尺寸纤维混凝土试件在五种不同应变率下的动态压缩强度、动态压缩变形、动态压缩韧性和破坏特征,研究聚丙烯纤维混凝土的动态压缩力学性能。结果表明:随应变率的增加,素混凝土及纤维混凝土的动态压缩强度、动态压缩变形和动态压缩韧性表现出显著的应变率效应;在试验应变率范围内,粗聚丙烯纤维混凝土的动态抗压强度最高,相对素混凝土增幅为132.36%~213.85%;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态强度增长因子与素混凝土基本一致;掺入多尺寸聚丙烯纤维可有效增大混凝土在不同应变率下的动态峰值应变和动态极限应变;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态极限韧性较高,其中细聚丙烯纤维含量为1.2kg/m~3时混凝土动态极限韧性最高,增幅为121.11%。     

两种岩石试件的“超声–回弹–密度”综合筛选法研究

为了尽量减少室内岩石力学试验结果的离散性,综合应用现有的无损检测技术,基于Hertz接触理论与能量守恒定律,从回弹法检测原理出发,研究超声–回弹–密度综合筛选法预测岩石强度的理论机制,建立岩石单轴抗压强度与密度、纵波波速、回弹值的多元回归模型;并结合地层CT扫描技术,提出现场岩体预测强度的方法。通过花岗岩、砂岩的无损检测试验,采用提出的模型获得2种岩石的预测抗压强度,与室内单轴压缩试验结果对比:预测强度的误差分别为-2.53%~2.06%,-3.09%~4.84%,2个拟合公式的相关系数均大于0.9。该方法的精确程度比以往的强度预测经验公式更高,可为不同工况下岩石分组提供参考依据,经过分组的岩样其强度预测误差可控制在±5%以内。     

下卧软弱夹层的软岩隧道式锚碇承载特性研究

为了研究下卧有软弱夹层的软岩隧道锚的承载特性,以拟建的某大桥隧道锚工程为依托,开展缩尺比例为1∶10的隧道锚原位模型试验。通过对模型锚开展荷载试验、蠕变试验和破坏试验等,隧道锚在下卧有软弱夹层的软弱围岩(泥岩)中,是具有一定的承载能力和长期稳定性的。该类隧道锚的拉力向和锚塞体前部的铅直向的地表围岩变形曲线以隧道锚中心轴线为对称轴分别近似呈现出"M"形和"倒V"形,铅直向地表围岩变形从锚塞体前端至后端逐渐减小。对于深部围岩变形,该类隧道锚在拉力向的变形控制应以锚间深部岩体变形为主,在铅直向的变形控制应以锚塞体前部深部围岩变形为主。此外,研究还得出下卧有软弱夹层的软岩隧道锚的破坏模式。研究成果可为类似的隧道锚工程的设计、施工等提供参考和借鉴。     

泥岩隧道锚承载特性现场模型试验研究

为了研究高荷载作用下的软岩(泥岩)隧道锚的变形、破坏及长期稳定性等问题,以在建的某长江大桥为依托,分别针对泥岩隧道锚自然状态(含水率为5.36%)和浸水状态(含水率为7.39%)的情况,开展了缩尺比例为1∶30现场模型试验。研究发现:隧道式锚锭同样适用围岩为软弱围岩(泥岩)的情况,可以承受较高的拉拔荷载,采用设计荷载工作时,具有一定的安全储备,并可以满足长期稳定性要求。屈服荷载作用以后,泥岩隧道锚的破坏优先沿锚体接触面发生剪切破坏,破坏后,会引起较大范围的围岩产生大变形。高拉拔荷载作用下,含水率高的泥岩隧道锚的围岩变形较大。考虑江水位变化带来的影响,建议该长江大桥泥岩隧道锚的长期安全系数取为3.5。研究成果可为类似的工程设计、施工等提供参考。     

三峡库区泥质粉砂岩非线性蠕变模型辨识

 针对三峡库区泥质粉砂岩非线性蠕变模型,提出一种可较好描述该类岩石蠕变特性的非线性黏弹性模型,并反演获得模型参数。基于非线性流变力学理论,在T2b2泥质粉砂岩应力–应变关系研究基础上,首先提出一种修正的Kelvin模型并建立该模型蠕变方程;将一种可用阶跃函数表示的开关元件与牛顿体并联建立修正牛顿体,然后将修正牛顿体、修正Kelvin体、Hoek体串联得到可描述岩石非线性蠕变特性的mBurgers模型。最后基于非线性最小二乘理论,结合T2b2泥质粉砂岩单轴蠕变试验结果,对mBurgers模型参数进行回归反演,将反演得到的参数代入模型进行计算,得到的理论曲线与试验曲线相比吻合较好,表明mBurgers模型能较好地描述T2b2泥质粉砂岩的单轴蠕变特性。