深基坑“空间效应”不同二次加固方式有限元分析

应用有限元模拟分析的方法,以云南昆明某典型深基坑地层条件为基础,对基坑长边"空间效应"两种不同加固方式进行了研究。研究成果表明:①采用基坑中部一段二次加固方案,当二次加固范围大于0.54 l(l为基坑侧壁长度)时,基坑侧壁水平位移不再增加;②采用基坑中部两段二次加固方案,当二次加固范围大于0.18 l时,基坑侧壁水平位移不再增加;③基坑中部两段二次加固方案在经济和加固效果上优于一段二次加固方案。研究成果对相关工程的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理——附实例

该书根据最新加固规范编写而成，其内容分为建筑结构裂缝和加层、抗震鉴定及加固设计。包括：建筑结构裂缝的普遍性和特征，砖砌体结构和混凝土结构裂缝的分类、产生原因，控制裂缝的措施及补强处理方法。生书较详细地介绍了各种结构胶和防裂防钢筋锈蚀的材料，超长结构控制裂缝措施，加层抗震鉴定及加固的有关基本规定，砖混结构和混凝土结构的加层加固及抗震加固的设计方法，外贴碳纤维布加固混凝土结构的新颖方法，并附有许多工程实例。针对建筑结构设计人员对此比较生疏的特点，本书论述详尽、简明实用，可读性和可操作性强。     

平面P波入射下浅埋平行双洞隧道注浆加固减震机制

地震动作用下小净距隧道双洞之间存在动力放大效应,依托某强震区小净距盾构隧道工程,基于傅里叶贝塞尔级数展开法,给出了平面P波垂直入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力解析解,深入研究了洞室间距、隧道全环注浆加固参数对衬砌动应力集中的影响。研究表明：洞室间距对衬砌的动应力有显著影响,随着洞室之间距离减小,左右洞室衬砌动应力明显放大;2.5倍洞径可以作为双洞洞室动力临界净距,当洞室间距小于2.5倍洞径时,应进行抗减震设计;注浆全环加固隧道周边土体,可以明显降低衬砌动应力,随着注浆加固区土体刚度增加,衬砌动应力幅值减小;结合工程实际,建议注浆加固区厚度取0.5倍的洞室半径值,加固区岩体和围岩剪切波速度之比取1.2。     

高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究

隧道工程二次衬砌施作时机是隧道界普遍关注的问题。依托正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道工程,以围岩及初期支护基本稳定速率作为二次衬砌施作时机判定指标,采用位移断面监测数据回归分析和数值分析相结合,建立基本稳定速率的理论求解方法,从而确定二次衬砌施作时机;同时,选取贺家庄隧道试验段作为工程实例,对高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机进行研究。研究结果表明：当拱顶下沉变形速率值小于0.55 mm/d,边墙水平绝对收敛速率值小于0.11 mm/d时,即可进行二次衬砌施作。此次研究为类似工程的设计和施工提供了参考依据。     

宜昌市北海路隧道塌方处理技术

通过宜昌市北海路隧道塌方处理施工的实例，分析了造成塌方的原因，提出并实施了钢拱架、锚喷网复合支护结构塌方处理方案，并对塌空区的回填方案进行了比对，优选泵送陶粒砼加固的新工艺，取得了较好的回填加固效果。通过监控量测成果分析证明了采用陶粒砼工艺大大减轻了回填砼的质量，从而减小了对钢拱架支撑、锚喷复合支护结构的压力，确保回填砼及钢拱架支撑、锚喷复合支护结构的稳定性，确定二次砼衬砌施作的时间。     

沉降变形引发房屋裂缝的加固与修复

通过对因地下工程施工引发地面沉降变形，造成房屋裂缝的加固与修复，提出了对房屋裂缝的加固修复处理方法。     

不同地质条件下隧道洞口仰坡地震破坏特性研究

针对洞口段均质围岩仰坡、含软弱夹层仰坡和桁架梁加固仰坡围岩3种工况,开展大型振动台模型试验,分析隧道洞口段仰坡模型土破坏形态。试验结果表明,均质边坡洞口段模型土在动力作用下坡肩土体先出现张拉裂缝,随着激振加速度增加,坡肩土体局部出现倾倒崩塌,最后沿坡面滑落堆积;含软弱夹层边坡在地震力作用下,仰坡坡脚部位土体挤压破碎,坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落;洞口段加固边坡在动力作用下基本保持整体稳定,只部分梁格出现了局部的掉块,模型土顶部出现沿隧道轴向的细微裂缝。分析了隧道洞口段衬砌结构破坏形态,试验结果表明均质边坡洞口段AB两段衬砌模型裂缝分布较CD段复杂,认为洞口段地震影响深度为AB两段衬砌的长度,对应于实际工程中40 m;受软弱夹层影响,跨软弱夹层部衬砌模型裂缝形态较复杂;仰坡加固后,洞口段衬砌模型受力改善。研究结果可为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

超期服役深基坑复工时的加固技术措施

除有特殊要求外,基坑支护结构的设计使用期限通常为一年,然而在实际工程中经常会出现基坑开挖完成后长时间搁置再复工的现象,形成了一批存在安全风险的超期服役深基坑.北京地区某深基坑停工超过5年,历经两次加固,通过对现状基坑支护结构及周边环境进行检测鉴定、变形分析,确定加固设计的关键环节,针对基坑存在的锚杆预应力损失、桩后土体疏松、堆土挖除后将继续变形等问题,制定了加固方案,包括杆锚增设及二次张拉、疏松土体注浆加固、桩间护壁修补及加强复工时的动态监测等,本加固项目在保证施工质量合格的情况下,顺利开挖至槽底,未发生事故,表明加固措施安全可靠,能够为类似工程提供借鉴与参考.     

铁山隧道病害治理技术

巴鼓公路铁山隧道全长2099m、由于受煤层采空区，地下水及软弱围岩等因素的影响，致使K140＋527－608段二次衬砌出现开裂、错台、掉块、水沟断裂、渗水、危及行车安全、被迫关闭交通，进行病害整治。重点介绍了病害整治过程中的结构拆除控制爆破和采空区注浆加固技术。     

新疆雅满苏铁矿露采边坡加固治理设计与施工

新疆雅苏露天铁矿东采下盘边坡坡体出现张拉裂缝,在分析边坡稳定性及其破坏模式的基础上,阐述了露天采场皮受爆破震动影响时的预应力锚杆加固治理设计原理和方法,同时介绍了锚固施工技术和工艺。     

岩质隧洞支护结构设计计算方法探索

依靠模型试验与力学计算,分析了隧洞破坏机制与型式,提出将基于有限元强度折减法求出的围岩安全系数作为稳定分析判据。现有各种围岩分类中都有一些标志围岩稳定性的标志性说明,在前人基础上,提出了各级岩体的稳定性标志,尤其提出了一种新的定量标志,即将隧洞在无衬砌情况下的围岩安全系数作为隧洞稳定性定量标志。由此,在给出的相应稳定安全系数基础上反算出各级岩体的强度参数,以提高强度参数的准确性。提出了岩质隧洞的设计计算方法,采用有限元强度折减法计算围岩安全系数,采用有限元法计算衬砌安全系数,并对青岛市某地下工程进行数值模拟,分别计算了围岩和衬砌的安全系数。初步建议岩体隧洞的设计标准：初期支护后,围岩安全系数不小于1.15～1.2,初衬的安全系数不小于1.3;二次支护后围岩安全系数高于1.25,衬砌的安全系数大于2.0～2.4,以确保隧洞在施工和运行过程中的安全。     

利用废弃地下空间建设战略原油储备库的构想

当前各国原油储库主要分为地面储库、地下盐穴储库和地下水封洞窟3种类型.根据我国实际情况分析,这3种类型储库均难以在我国推广.通过分析中国东北地区现有废弃矿山情况,结合地下原油储库的工程技术条件,提出了利用废弃矿山改造地下空间,用以建设战略原油储库的构想.建议尽快开展东北地区废弃矿山地下空间综合调查工作,启动相关地下油气储库封闭实验等测试研究工作.     

An Analytical Solution for Mechanical Responses Induced by Temperature and Air Pressure in a Lined Rock Cavern for Underground Compressed Air Energy Storage

Mechanical responses induced by temperature and air pressure significantly affect the stability and durability of underground compressed air energy storage (CAES) in a lined rock cavern. An analytical solution for evaluating such responses is, thus, proposed in this paper. The lined cavern of interest consists of three layers, namely, a sealing layer, a concrete lining and the host rock. Governing equations for cavern temperature and air pressure, which involve heat transfer between the air and surrounding layers, are established first. Then, Laplace transform and superposition principle are applied to obtain the temperature around the lined cavern and the air pressure during the operational period. Afterwards, a thermo-elastic axisymmetrical model is used to analytically determine the stress and displacement variations induced by temperature and air pressure. The developments of temperature, displacement and stress during a typical operational cycle are discussed on the basis of the proposed approach. The approach is subsequently verified with a coupled compressed air and thermo-mechanical numerical simulation and by a previous study on temperature. Finally, the influence of temperature on total stress and displacement and the impact of the heat transfer coefficient are discussed. This paper shows that the temperature sharply fluctuates only on the sealing layer and the concrete lining. The resulting tensile hoop stresses on the sealing layer and concrete lining are considerably large in comparison with the initial air pressure. Moreover, temperature has a non-negligible effect on the lined cavern for underground compressed air storage. Meanwhile, temperature has a greater effect on hoop and longitudinal stress than on radial stress and displacement. In addition, the heat transfer coefficient affects the cavern stress to a higher degree than the displacement.     

内衬式高压储气库群布局参数优化及稳定性分析

内衬式岩洞高压储气库兼具抽取率高、循环能力强,且能承受更高的内压力等优点,克服了传统压缩空气储能系统的诸多缺陷,是一种应用前景广阔的储能方式。论文以洞室埋深、内径和间距等3个最主要的储气库布局参数为影响因素,采用ABAQUS有限元软件基于正交试验设计模拟工况,以关键点的位移和塑性区面积作为评价指标,通过单因素试验研究了洞室间距、埋深及内径对围岩变形和稳定性的影响规律,提出了洞室群优化布局建议。研究表明:洞室埋深是影响储气库围岩变形和塑性区面积的最显著因素,其次为洞距和洞径;随着埋深的增大洞室围岩塑性区的发育区域得到有效的抑制,且塑性区主要分布于洞室顶部;增大洞距可有效削弱高内压对围岩的启裂效应;衬砌的最大拉应力主要分布在结构的顶部和底部,增大埋深或减小高径比都有助于提高衬砌的稳定性;综合分析表明储气库群的最优布局方案为埋深400 m、内径42 m、间距60 m。研究成果为内衬式高压储气库群的优化布局和稳定性评价提供了参考依据。     

海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统水封可靠性研究

我国地下水封油库多建造在沿海地区陆地岸线以内,在海岛建造地下水封油库尚未有先例。海岛四周为海水包围,地下洞室的开挖会导致海水入侵,影响地下油库的使用寿命。为保证地下洞库的水封可靠性需布置水幕系统,现今已建油库的水幕系统多以水平水幕为主,尚未有专门针对竖直水幕系统水封可靠性的相关研究。竖直水幕系统相比于水平水幕系统具有操作简单、对原岩扰动小等优点,且可以起到对海水的"屏障"作用,因此开展海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统的水封可靠性研究具有重要意义。论文采用数值模拟方法,研究竖直水幕孔的布置方式,根据正交试验确定竖直水幕孔的最佳布置参数;以浙江某海岛地下水封油库为依托,通过无水幕、设置水平水幕和设置竖直水幕3种情况的对比分析,研究竖直水幕系统的水封可靠性。研究得出:在只设置竖直水幕系统情况下,可以满足水封条件,且相较于水平水幕系统,竖直水幕系统可以更好地隔绝相邻主洞室间的串油。该研究成果为海岛环境下地下水封油库水幕系统优化设置提供了理论依据。     

盐岩地下储备库引发地表沉陷事故的风险分析

在盐岩储备库的建设和运营过程中,由于腔体不断收缩而导致上覆岩层发生变形,从而引起储库上部地表发生碟状沉降变形,甚至造成地表塌陷事故是盐岩地下储备库的重要事故类型之一。针对盐岩地下储备库引发的地表沉陷事故进行分析,找出了该类事故的发生机制并建立相应的故障树模型,计算得到地表沉陷事故的14种发生模式和10个基本致因事件,并提出了相应的控制措施。并从风险分析的角度对盐岩储备库引发的地表沉降事故的后果严重性进行预测分析研究,并以湖北云应盐矿为例,假设该地区在储气库的建设或运营过程中发生地表沉降事故,采用模糊综合评价法对该类事故后果的严重性进行风险预测,得出后果为可忽略、需考虑、严重、非常严重、灾难性的概率分别为0.24、0.28、0.29、0.15、0.04。为有效预防盐岩储备库运营引发地表沉陷事故以及在事故发生前进行损失严重性预测提供了依据和方法     

新建地下水封油库对附近运行油库水封可靠性影响研究

大型地下水封油库分期建设中,新建地下水封油库可能会对已投产的同类洞库水幕系统及渗流场产生一定影响,进而可能导致已建油库发生油气外泄等安全事故,但目前国内外对该问题的研究甚少。以在邻近某一已建大型地下水封油库附近扩建国家三期战略石油储库项目为背景,研究因扩建项目施工改变库区渗流场而导致的对已投产大型水封油库储油安全性的影响。通过洞库实际涌水量资料反演分析获取库区岩体的等效渗透张量,采用COMSOL Multiphysics软件模拟已建成的地下水封油库运营期的渗流场,并将其作为初始渗流场,进而模拟研究新建洞库开挖情况下渗流场的演化规律。以洞库区地下水位线、水封压力及围岩渗水量为评判指标,分析新建洞库对运行洞库水封可靠性的影响,研究表明:当两期洞库间距超过200m时,即使不设置中央垂直分离水幕系统,新建洞库施工也不会对已投产洞库的水封可靠性产生影响,即确保储油安全的最小洞库间距为200m。研究成果对评价在已投产地下水封油库附近修建同类油库的可行性及相互影响程度提供了理论依据。     

变权和相对差异函数在盐穴储气库腔体稳定性评价中的应用

盐岩地下储气库腔体以钻井水溶方式开采,溶腔形态可见性差、形态发展可控性难度高,针对畸形溶腔进行科学的稳定性评价是保证其安全运营的重要手段。将变权和相对差异函数理论引入到盐岩溶腔的安全评价中,建立适用于盐穴储气库畸形单腔的稳定性评价模型,首次以溶腔声纳测腔数据为基础,建立三维真实仿真模型并进行数值模拟,将数值模拟结果作为评价指标的评分依据,最后应用该方法对金坛储气库某腔体进行稳定性评价,并针对评价结果提出安全改善措施。研究结果表明,用变权方法对评价指标权重进行处理后得到的结果更加合理,通过将该方法与其他安全评价方法计算结果进行对比,证明了该模型在盐岩储气库畸形溶腔的稳定性评价中具有较好的适用性。     

基于三维地质模型的地下洞室群地震动力响应分析

工程区域地质条件是影响地下洞室群稳定的重要因素,而通用数值分析软件在建立复杂地质模型时存在建模时间长、准确度低、不能真实反映复杂地质特征等困难。针对此问题,采用以非均匀有理B样条（NURBS)为主的混合数据结构,对复杂区域地质构造进行了三维建模,建立了西南某水电站大型地下洞室群的三维地质模型。并以此模型为基础,建立了包括空间曲面断层、地层等复杂地质因素的数值模型,结合ABAQUS的隐式和显式分析,对洞室开挖和地震作用下的动力时程响应进行了仿真分析。分析结果表明,该方法不仅较大程度地反映了实际地质情况,而且有利于数值仿真分析的网格剖分与计算,从而为分析地下洞室群地震反应提供了三维数值模型,为地震作用下洞室的安全性评价提供了重要的技术支持。