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浅埋隧道围岩应力场的计算复变函数求解法

对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道的围岩应力场,由于在数学处理上存在一定的困难,很难用解析解来进行分析,而通常采用边界元或有限元的数值方法来解答。为了求解浅埋隧道的应力场,采用边界配点来确定边界条件,同时用保角映射将一个含圆孔的半无限空间区域映射为圆环域,然后把这个区域内的解析函数展开成Laurent级数的形式,利用Muskhelishvili的复变函数理论和最小二乘法来确定解析函数的各项系数,从而求得浅埋隧道围岩压力的半数值、半解析解,最后通过算例给出了围岩应力的分布情况。计算结果表明,该方法计算精度高、计算量小,具有应用价值。     

煤系地层大跨度隧道围岩结构稳定性研究

针对目前大跨穿煤隧道的研究热点,以重庆市绕城高速公路环山坪隧道为研究对象,在界定大跨度隧道及分析其围岩稳定性关键影响因素的基础上,结合现场监测和数值模拟对大跨度穿煤隧道围岩结构稳定性进行了分析。结果表明,大跨度隧道各处等效应力集中对扁平率变化敏感程度不同,拱脚最为敏感,拱顶基本不随扁平率的改变而变化。隧道穿越软弱煤层段时,围岩应力重分布受影响明显,拱顶位移随开挖面不断推进急剧增加,且隧道围岩塑形圈不断向拱顶围岩内部发展。尤其当煤层软弱带与隧道顺层相交时,隧道荷载结构偏压效应凸显,偏压荷载随煤层倾角变陡而增大,易造成支护结构失稳破坏,在设计及施工中应特别加以重视。     

Experimental study on the sampling efficiency of the whirl type separation sand sampler in a wind tunnel

A performance test was conducted in a wind tunnel by changing the principal configuration parameters of a sampler such as the diameter of the container, inlet width and cone height. The results show that the average sand collection rate is from 80% to 90% when any one of the configuration parameter levels is changed. However, the variation of a parameter level results in different ef-fects on the sand collection rate for each soil sample within a certain size range of sand grains. The results show that for various sand grain sized soil sample at each wind speed, the sand collection rate decreases when the diameter of the container changes from 50 mm to 40 mm, the sand collection rate increases by about 2%-3% when the inlet width changes from 10 mm to 8 mm, and the sand collection rate increases by about 3%-4% when cone height is altered from 100 mm to 125 mm. The average sand collection rate is enhanced by 2%-4% for the soil sample of different sized sand grains when the diameter of the container is 50 mm, the inlet width is 8 mm, and cone height is 125 mm.     

大直径盾构隧道扩挖地铁车站的力学性能研究

日益复杂的地铁建设环境使得地铁线路布置困难、施工风险加大,同时对施工方法也提出了更为严格的要求。采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间并在盾构隧道基础上小规模扩挖形成车站是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线高家园站为背景,提出了在外径10 m的大直径盾构隧道基础上采用CRD(Cross Diaphragm)法扩挖地铁车站的两种方案,利用“地层-结构”相互作用有限元法模拟了车站扩挖施工过程,研究了结构体系的受力转换规律。结果表明：在扩挖施工中,结构受力转换频繁;结构体系的最大轴向应力位置由管片环转移到初期支护,最大剪应力位置转移到封顶块管片;管片环由受压状态为主转向受剪状态为主,初期支护、中隔板、梁柱及临时支撑以受压状态为主;封顶块管片和顶梁上部翼缘处的应力较大,应对这些位置进行加强处理。     

翔安海底公路隧道陆域段变形控制措施研究

翔安隧道是我国第一条大跨公路海底隧道,其两端陆域段位于富水的强风化岩层中,地质条件极为复杂。隧道施工期间,部分断面发生了较大变形,超过了预留变形量,给二次衬砌的施工造成了影响,而且过大的变形有时还会导致隧道围岩失稳,应寻求一套合理的变形控制措施。基于现场监测数据和施工记录,并结合数值方法,对隧道施工过程中所采取的工程措施的作用效果进行了研究。结果表明,增设锁脚锚管、加强临时支护及管井降水等工程措施都可以在一定程度上减小隧道支护结构的变形,但在地质条件较差的富水强风化岩层中修建大跨公路隧道时,将两种或多种工程措施的组合起来使用效果更佳。例如,在采用降水（连续墙）＋加强临时支护＋锁脚锚管的组合方案后,隧道的拱顶下沉减小了46 %～60 %,水平收敛也减小了约30 %。这些措施可为今后类似工程提供一定的参考。     

基于DSC模型的房屋开裂评估与监测分析

城市隧道下穿时,普遍存在着地表房屋变形超限、倾斜开裂等安全风险问题,而且当前针对房屋变形开裂的计算分析、风险评估研究,也严重滞后于实际工程的需要。通过综合分析、比选,以及单、三轴试验验证表明：DSC（disturbed state concept）本构模型能够较好地描述材料开裂后力学行为;采用该模型并结合厦门机场路隧道下穿建筑群的工程实践,对地表建筑群开裂进行定量评估,评估结果与现场房屋裂缝监测、变形监测结果一致性良好。同时,对照扰动变量与实际房屋开裂的对应关系,发现扰动变量可以作为房屋开裂的定量安全指标,进一步即可以建立房屋变形开裂的过程控制标准,从而使隧道下穿过程中每个关键施工部、每个时段,地表房屋变形开裂程度、开裂风险都可以进行量化评估。     

大跨暗涵衬砌混凝土温度数值分析与裂缝控制

以南水北调中线石京段古运河枢纽工程暗涵段为工程背景,采用理论分析和数值计算,提出了南水北调暗涵衬砌结构施工过程中钢筋混凝土内部温降的控制标准,即按最不利部位考虑,30 d内混凝土内部温降不应超过26.7 ℃,为选取合理的温控措施提供了依据。以衬砌内部温度场数值分析为理论依据,结合下穿段暗涵的地形条件、结构特点,并考虑工程气候特点,优化混凝土配比、降低水泥用量、掺入适量粉煤灰以及采用遮阳棚和地垄等工程措施,有效控制了混凝土结构的内部温度变化,成功解决了大体积混凝土施工温度裂缝问题,保证了结构工程的施工质量。理论计算与现场量测相结合,结果表明,实测值与计算值规律基本一致,说明计算模型和计算参数选取的合理性和计算结果的正确性,可为后续类似工程提供参考。     

栅栏绕流减速效应风洞实验模拟

为研究阻沙栅栏的空气动力学效应,利用PIV技术对栅栏绕流的速度场进行了风洞实验模拟,并对其减速效应加以分析评价。结果表明,疏透度对栅栏绕流的平均速度场分布影响比较明显,疏透度越小栅栏后的平均水平风速衰减得越快;栅栏绕流的垂直速度分量在栅栏顶部最大,并随疏透度的增大而减小,影响了栅栏周围沙粒的跃移传输及沉积特征;栅栏后的累计减速率可以用高斯峰值函数来拟合,随疏透度的增大呈先增大后减小的趋势,疏透度η=0.2时累计减速率最大,代表了栅栏减速的理论最佳疏透度。     

铁路隧道火灾中烟气逆流层长度的研究

以狮子洋隧道为工程背景,对不同火源热释放速率、不同通风风速、不同坡度及不同断面当量直径情况下的火灾进行了数值模拟。分析了隧道烟气逆流层长度的变化规律,并对模拟数据进行了拟合。结果表明,隧道烟气逆流层长度与通风风速、火源热释放速率、隧道断面当量直径的自然对数值拟合均符合直线关系,呈递增或递减变化;坡度对烟气逆流层长度的影响随通风风速的增大而减弱。在分析烟气逆流层长度变化规律的基础上,建立了烟气逆流层长度与火源热释放速率、通风风速及断面当量直径的关系式,通过对数据拟合获得了烟气逆流层长度公式,该公式推导合理,并有所创新。