汶川地震区典型公路隧道衬砌震害类型统计分析

汶川地震对震区公路隧道结构造成了严重的破坏,这严重影响了灾区震后救援和灾后重建。为了保留汶川地震灾区公路隧道震害的珍贵资料,对震区公路隧道震害资料进行了搜集、整理、统计和分析。首先按照隧道结构拱部、边墙、仰拱及附属结构进行统计和分析,再对影响隧道震害的六个因素(震中距、地质条件、断层、竖向地震、支护结构及施工质量)进行了研究,并得出了一些抗震设防启示及建议。研究成果一方面为研究汶川地震震区公路隧道震害机理提供了基础资料,另一方面对于进一步研究高烈度地震区公路隧道抗震及减震技术起到了推动作用。     

"接触问题"引起的隧道病害分析

衬砌裂损是隧道病害中常见的问题，也是严重威胁结构安全的一个重要因素。除了温度变化、水害、衬砌本身的强度和厚度不足以及混凝土耐久性降低外，隧道围岩压力变化是衬砌产生裂损直至破坏的主要原因。文章针对铁路运营隧道病害的检测结果，对衬砌背后空洞进行平面弹塑性计算分析，得出不同位置、不同大小的空洞以及空洞群对结构各截面安全系数影响的系统认识，明确提出衬砌结构与围岩结合的不紧密性是恶化衬砌受力条件、造成围岩进一步松动、进而造成衬砌裂损的一个重要原因。文章还对直墙式及曲墙武衬砌所受到的不同影响进行了比较分析。认为曲墙武衬砌拱部结构能较好地将内力传递给边墙，由边墙部分承受较大的水平抗力，优化了整体结构的受力，从而降低背后空洞对衬砌结构的影响。通过对计算结果的系统分析和研究，合理解释了实际检测中的问题。     

基于连续介质模型的隧道衬砌结构可靠性研究

基于连续介质力学模型,提出了一种简单易行的可靠性分析方法,该方法能利用现行通用的有限元程序,能得到显式的功能函数,但又不同于响应面法。以公路隧道圆形隧洞的开挖支护为例,采用此方法将围岩参数c (黏聚力)、E,? 和二次衬砌厚度D作为随机变量,采用有限元程序得到单一变量变化下的衬砌轴应力值,进而拟合出衬砌轴应力关于单一随机变量的关系式,并通过多元线性或非线性回归得到衬砌轴应力关于所有随机变量的显示表达式,再对圆形隧洞的衬砌结构进行了敏感性和可靠性分析,得到了一些有意义的结论。     

隧道衬砌厚度不足的健康判据试验研究

针对目前隧道健康诊断指标判据不统一的现状,采用室内相似模型试验,结合实际工程实例,研究了隧道支护结构衬砌减薄状态下围岩与支护结构破坏规律与极限承载能力,得出了隧道支护结构在相应的受力状态下健康状态判据。结果表明：隧道衬砌支护结构的位移特征以拱肩的压入和拱顶的挤出为主,随着拱顶衬砌支护结构减薄量的增加,支护结构衬砌与围岩之间的接触应力逐渐减小,结构的承载能力逐渐下降,隧道拱顶部位的位移增加,其柔性逐渐增大,隧道拱顶内侧被压溃,外侧受到拉力作用而开裂,随后隧道拱腰和边墙出现裂纹,最后逐渐扩展贯通;隧道承载力曲线呈现明显的“S”型,据此可以划分为承载力缓慢退化阶段、快速退化阶段和退化完成阶段,相对应的阶段可以划分为隧道结构的健康等级与级别,为工程应用提供了参考依据     

隧道钢纤维喷射混凝土单层衬砌试验研究

为了解决隧道施工中采用单层喷射混凝土作为隧道永久衬砌的问题,对不同钢纤维及外添加剂掺量的混凝土分别进行了抗压、抗拉、抗渗以及弯曲强度等室内试验。结果表明,在喷射混凝土中加入钢纤维材料,其抗拉、抗弯以及抗渗水性能分别提高了65.6 %、94.7 %、98.1 %;并通过现场试喷,选定符合设计要求、经济合理的配合比,在摩天岭隧道通风斜井施作了湿喷钢纤维混凝土,以单层衬砌代替原设计的复合式衬砌。工程实践证明,钢纤维湿喷混凝土,其支护强度达到了设计要求,喷射作业回弹损失量减少7 %～15 %。研究成果可为类似隧道纤维喷射混凝土单层衬砌技术的应用提供参考。     

隧道衬砌空洞探地雷达图谱正演模拟研究

探地雷达作为一种高效、先进的无损检测设备,能够对隧道衬砌实施连续扫描,实时获得雷达图谱。然而,由于探地雷达在我国的应用时间还非常短暂以及雷达图谱的复杂性,隧道衬砌空洞探地雷达图谱的辨识还存在一定的问题。据此,通过不同环境的试验得到空洞雷达图谱特征,并利用二维时域有限差分法对衬砌空洞雷达图谱进行正演模拟。采用VC++语言编写探地雷达正演模拟程序,对隧道衬砌检测中常见的几种空洞模型进行正演模拟,得出模拟波形和图谱,并与实测隧道衬砌空洞的探地雷达波形和图谱进行对比。结果表明,模拟图谱与实测结果相似,具有较明显的空洞特征。良好的结果也验证了二维时域有限差分法（2D-FDTD）正演模拟的可行性。     

洞室和围岩温度对泄洪洞衬砌混凝土温度和温度应力影响研究

以溪洛渡无压泄洪洞为研究对象,采用三维有限单元方法对不同洞室环境温度和围岩温度情况下的施工过程进行仿真模拟,通过比较底板、边墙和顶拱不同衬砌部位的最高温度、最大内表温差、最低温度、早期和冬季最大拉应力等,对洞室环境温度和围岩温度的变化对泄洪洞衬砌混凝土温度和温度应力,以及温度裂缝发生、发展与控制的影响进行分析。结果表明,洞室气温和围岩温度对衬砌混凝土的温度场和应力场均有明显的影响。在冬季施工衬砌混凝土更容易产生早期裂缝,夏季施工时既要防止早期裂缝,也要注意防止冬季裂缝。围岩温度低时,衬砌围岩侧混凝土拉应力明显增大,但对表面和中心的应力影响很小,因而对温度裂缝的发生影响很小。研究成果为隧洞工程衬砌混凝土的设计和施工提供有价值的参考。     

Biodegradation effects over different types of coastal rocks

Modern coastal areas have natural and transported rocks (armourstone) on which various types of organisms live. Burrowing, boring and feeding by these organisms can destroy or modify the coastal rocks and hence change the coastal morphology. Two rock types and three dominant types of organisms have been studied in Mersin Bay, Eastern Mediterranean of southern Turkey. In this study area, Plio-Quaternary conglomerates and variously aged limestone armourplates have been affected by Phoronida worms, bivalve Brachidontes pharaonis (Fischer P. 1870) and the limpet Patella sp. Phoronida colonies were found covering the hard substratum as a mat and form tubular endolithes of 35.0 mm depth and 1.5 mm diameter, whilst Brachidontes pharaonis (Fischer P. 1870) form 44 mm deep vase-shaped gastrochaenolites. The bioerosive activity of Limpet Patella sp., found intertidal and within the spray zone, cannot be significantly observed on the rocks over short time periods. The soft sandy matrix of the conglomerates present were found to disintegrate by bioerosional processes, with the released gravels being transported and deposited onto the beach. Within the armourstone limestone blocks, a maximum of 44.0 mm deep holes developed after 50–60 years. However, these biological activities do not threaten the stability of the blocks due to their hard and homogeneous internal structure. Furthermore, the organism colonies that cover these rocks as a strong mat (maximum 29.0 mm) act to protect their surfaces from further biological attack and wave action.     

DTA characters of biotites of different genetic types and their implications

A new method is proposed to determine the genetic types of granites. Based on detailed DTA measurements on biotite in granites from South China and the Sanjiang area, characteristic thermal properties are presented for biotites of different origins. Mechanisms are discussed for the differences in thermal behavior of biotite in terms of chemical composition, crystal structure, ordering and polytypism. These characteristic thermal parameters of biotite can be used to shed light on granite genesis with the advantages of rapidness, simplicity and economy. Participated in this work also Wang Liankui, Yang Wenjin, Wang Guanxin, Xie Yingwen and Zhang Yuquan.     

带裂纹隧道二次支护内设衬套补强效果的有限元分析

以平面有限元位移法对铁山隧道和大垭口隧道带裂纹二次支护内设钢筋混凝土衬套的补强效果进行了数值模拟。模拟结果表明：加了钢筋混凝土衬套后,可大大降低裂纹尖端的应力强度因子,显著地提高衬砌承载安全系数。     

盾构隧道衬砌CAD软件的设计及应用

基于荷载-结构法并采用面向对象的设计方法,介绍了盾构隧道衬砌计算机辅助设计（GeoFBA）软件编制的理论依据、软件的适用范围及特点。软件考虑了各种可能的线性和非线性模式以及规范验算方法,实现了计算的图形化输入,适用于管片通缝和错逢拼装计算。该软件已经得到了广泛的应用,为工程设计人员和科研人员提供了有力的工具,极大地提高了设计人员的生产效率。     

Mercury-binding forms in coals and their geological provenances in coals of different types

Mercury (Hg) is an element of environmental and geological significance. Quantification of different Hg-binding forms is crucial to understand geological Hg provenances and associated geochemical processes during coal formation. In this study, seven coal samples were selected, according to coal rank (i.e., middle volatile bituminous, C-3; low volatile bituminous, C-2; anthracite, C-1), chemical anomalies (high S coal, IBC-105; high Cl coal, C22650) and sampling environment (fresh coal, LH; weathered coal LHW), to determine their Hg-binding forms using well-established sequential extraction procedures coupled with sink–float experiment. In the thermally metamorphosed samples C-1 and C-2, a comparative enrichment of total Hg relative to C-3 is observed. Silicate- and organic-bound Hg are the dominant Hg-binding forms in C-1, suggesting possible Hg sources from magma silicate and secondary Hg enrichment by adsorption. Sulfide- and organic-bound Hg are the most abundant Hg-binding forms in IBC-105, whereas only organic-bound Hg dominates in CC22650. Weathering processes are suggested to transform the abundant sulfide-bound Hg in LH to silicate- and organic-bound Hg in its weathering product LHW.     

基于GP RMax的隧道衬砌检测数值模拟及应用

利用基于时间域有限差分法( FDTD)的GPRMax,针对常用的400、900、1500 MHz三种不同中心频率的天线,数值模拟了隧道衬砌不同钢筋网密度、不同钢筋直径及其下方的钢拱架、空气界面等目标体的探地雷达反射及干扰信号图像特征;在混凝土试件上开展实验研究,并运用克希霍夫积分偏移处理了数值模拟和实验数据,压制了钢筋的绕射波和多次波,提高了钢筋网下方弱反射信号的成像效果;通过对比分析数值模拟、实验测量和工程实测结果,为探地雷达在隧道衬砌检测中取得更好的探测效果提供了借鉴。     

引水洞衬砌裂缝的影响及灌浆处理仿真分析

采用特有的裂缝单元模拟裂缝和特殊的“锚杆穿越裂缝单元”模拟裂缝中的骑缝筋，对某水利枢纽工程引水发电洞衬砌裂的影响及灌浆处理进行了仿真分析，并对灌浆方案进行了优化设计，结果显示裂缝明显影响衬砌和围岩的变形与强度性状，运行在内水压力作用下，裂缝浆张开并进一步扩展，洞顶围岩出现少许拉应力，检修期在不均匀的外水压力作用下，围岩变形显著，致衬砌内产生较大弯矩，灌浆整治后情况明显好转。     

金属矿田地质勘探类型及其评价方案

地质勘探类型是科学地质调查和有效矿产资源评价的基础和前提。矿田是包含几个矿床的成矿空间,单个矿床的勘探类型不一定适用于矿田的地质勘探。文中遵循“成矿作用、地质工作程度和资源经济条件”的思路,探讨矿田勘探类型和分类问题。以地质勘查工作程度(地质调查或勘探报告所遵循的工作精度,即成果图件的比例尺为指标)和资源技术经济条件(各级资源储量的比例,并结合矿山生产规模为指标)为指标,作者建立“地质勘查程度资源经济条件”评价系统。经该系统的综合评价,研究预查矿田(Ⅲ)、普查矿田(Ⅱ)和详查矿田(Ⅰ)的基本地质勘探类型。矿田地质勘探类型的确定,为推动整装勘查区的找矿突破、制定勘查规划和勘探工作的投入提供了可参考的方法和思路。文中选择6个典型矿田,详细展示矿田勘探类型的评价过程和方法。     

无纺布对海底隧道衬砌防水作用的试验研究

采用无纺布作为防水层中的垫层,是国内外隧道工程中结构外层防水常用的措施,但对于无纺布如何改善隧道衬砌背后水压力分布及结构应力分布却一直缺乏相应研究。依托厦门翔安海底隧道,对不同防排水方式（即全封堵、堵排结合及排放方式）的隧道衬砌无纺布作用进行研究,采用相似模型试验方法,模型试验的比例尺为1:38.88,试验台架可同时施加土压力和水压力。通过模型试验得出结论：无论在全封堵条件还是限排条件下,无纺布均起到很好的集水、附水的作用,加强了水在衬砌四周的流动性、相互补给性,使衬砌周围的水压分布更为均匀,并且改善了衬砌结构周边的应力环境。     

围岩弹性抗力对隧道结构受力的影响分析

运用荷载结构模型及有限元分析手段,以新建200km时速城际铁路隧道衬砌为研究对象,分析了围岩弹性抗力对二衬结构受力的影响。随着围岩弹性抗力的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值、拱顶竖向位移变小,而拱顶轴力及安全系数变大。说明,围岩越坚硬,衬砌结构受力越有利。随着二衬厚度的增大,拱顶弯矩及拱肩弯矩绝对值变大,而拱顶轴力、拱顶竖向位移及安全系数变小。随着混凝土强度等级的提高,拱顶弯矩、拱肩弯矩及安全系数变大,拱顶轴力和拱顶竖向位移变小,但这些量值的变化幅度较小,说明混凝土弹性模量对二衬受力影响很小。     

隧道单层衬砌设计方法研究及应用

目前,在单层衬砌设计中应用较为广泛的是基于挪威法的Q系统支护设计法,但该方法涉及的参数有6个,在施工前及施工过程中测试这些参数经验性较强,准确性不高,而且费用较高;将Q法直接移植到中国的单层衬砌设计困难较大,不适合中国国情。在此背景下,提出以屈服接近度和围岩松动圈支护理论为基础的单层衬砌设计原则和方法,并结合合武铁路大别山隧道2号斜井进行了工程实践。首先通过地质勘查得到隧道所在地区的工程地质、水文地质特征以及围岩的物理力学指标,确定隧道围岩的屈服接近度,进而提出单层衬砌支护参数及喷射混凝土的力学控制指标,完成结构的预设计;根据隧道施工过程中实测的围岩松动圈范围,运用松动圈支护理论修正设计,从而形成一套完整的单层衬砌设计方法体系。实践表明,提出的单层衬砌设计方法经济适用、对施工干扰小,适合信息化施工,且施作完成的单层衬砌结构安全可靠,具有显著的经济效益和社会效益,有较大的推广前景。     

应变软化模拟与圆形隧道衬砌分析

在岩土工程中,有许多类岩体呈现应变软化特性。在应变软化过程中,如果多个材料强度参数分析发生变化,就很难给出软化问题的解析解。已有的文献研究表明,在经典的弹塑性理论框架下,模拟岩土介质的应变软化过程依然值得深入研究。利用应变软化材料强度参数随塑性应变增加而弱化的特点,提出了将应变软化过程简化为一系列的脆性应力跌落与塑性流动过程的思想,应变软化行为的模拟转化为一系列脆塑性过程的分析。将这种模拟应变软化过程的思想方法用于求解均匀初始应力场中应变软化介质内的圆形隧道开挖问题,研究了衬砌对减少岩土开挖扰动的作用以及考虑应变软化对衬砌内力的影响。数值结果表明,对于应变软化岩土材料,忽略其强度软化的行为是偏于危险的。     

碳酸性水环境下隧洞衬砌结构劣化机制研究

不同于地上混凝土结构,隧洞衬砌结构会受到碳酸性水环境的影响,其劣化机制与大气环境中碳化作用存在明显的差异。为揭示碳酸性水环境作用下隧洞衬砌结构的劣化机制,开展了大气环境和碳酸性水环境下水泥砂浆室内加速侵蚀试验研究,研究结果表明：碳酸性水环境中水泥砂浆的碳化深度明显小于大气环境中的碳化深度,其碳化系数仅为大气环境中的0.18倍;大气环境下碳化作用导致水泥砂浆中孔体积减小,其单轴抗压强度和弹性模量均有明显提高,而碳酸性水环境加剧Ca元素流失,其碳化作用导致碳化层中Ca元素含量较低,从而破坏了水泥砂浆孔隙结构,导致水泥砂浆孔体积增加,最终碳酸性水环境导致水泥砂浆单轴抗压强度和弹性模量均降低,其中弹性模量降低幅度较大。研究结果揭示了碳酸性水环境会加速隧洞衬砌结构中Ca元素流失,造成孔隙增加而强度降低,最终导致隧洞衬砌结构劣化,从而影响隧洞衬砌结构长期安全运行。