引黄入晋联结段7号隧洞TBM卡机事故原因数值模拟分析

针对围岩中存在层间剪切带而导致引黄入晋联结段7号洞TBM(隧洞掘进机)施工过程中发生卡机停工的工程事故，在现场调查和工程地质分析基础上，本文运用二维弹塑性有限元方法，结合已有的力学参数和初始地应力条件，对其进行了模拟分析。其结果一方面量化和证实了工程地质定性分析结论，即层间剪切带是事故发生的主要原因；另一方面给出了发生剪应力集中区，有利于进一步认识问题的机理和影响范围。     

带转换层高层建筑结构的弹塑性地震反应分析

在带转换层高层建筑结构的振动台试验结果和理论分析的基础上，提出了带弹性转换层高层建筑结构的动力分析模型——局部层间弯剪型串联多自由度体系模型，即转换层及其下部结构各层视为层间弯剪型，转换层上部结构各层视为层间剪切模型。转换层视为弹性构件，整个分析过程中均取其等效刚度。分析表明，采用局部层问弯剪型串联多自由度体系模型可较好地模拟带弹性转换层高层建筑结构的弹塑性地震反应。     

地震大型滑坡滑带岩体结构特征及地质原型分析

以汶川地震触发最大滑坡-大光包滑坡为例,基于现场工程地质调查、槽探、平硐,室内SEM电镜、岩石薄片技术手段,分析地震大型滑坡滑带岩体结构特征及地质原型。结果表明,大光包滑坡滑带岩体一方面遭受了严重构造碎裂,表现为:充填胶结裂隙发育,岩体呈紧密镶嵌的角砾结构和基底式胶结结构,厚度上呈现分带特征;另一方面还发育大量新裂隙,表现为:新鲜裂隙平顺、无充填,具有张性特征,延伸长度短、间距小,优势发育在几乎水平和垂直两方向。通过对显微裂隙分期配套和里德尔裂隙解译,揭示大光包滑坡滑带地质原型为层间构造错动带,地震中大光包滑坡在该带内发生了剪切破坏。     

混凝土桥桥面铺装层间结构剪切行为

针对混凝土桥桥面铺装层间结构病害多发问题,将理论计算与室内试验相结合,找出层间结构最不利剪切位置,根据最不利剪切位置节点受到的层间剪应力与压应力所呈现的特殊线性关系,给出铺装结构层间剪切评价指标,同时进行层间剪切状态关键影响因素敏感性分析,并与存在垂直压力条件的组合结构层间抗剪强度回归方程建立联系,进行桥面铺装层间结构剪切行为分析。研究结果表明:双矩形均布荷载作用下,层间结构最不利剪切位置是荷载作用区域沿行车方向的前端边界线;层间结构剪切状态会随荷载水平力系数的增加而迅速恶化,对于层间结构一,水平力系数0.5时的拟合方程斜率为0.693,较水平力系数为0时的拟合方程斜率0.342增加了103%,增幅十分显著;不考虑材料本身剪切破坏情况下,增加层间结构上部沥青层厚度可在一定程度上改善其剪切状态;接地压强大于1.2MPa的车辆紧急刹车时,采用乳化沥青黏层的层间结构一有可能发生一次性剪切破坏;采用抛丸界面的层间结构二不会出现由于车辆超载而导致的一次性剪切破坏,而对于采用原状界面的层间结构二,接地压强为0.85MPa时车辆紧急刹车即可使其处于临界破坏状态。对于重载交通下的桥面铺装,建议层间结构采用SBS改性沥青黏层和抛丸调平层表面处治措施。     

超声压紧对低能电子束分层固化复合材料质量的影响

针对低能电子束分层固化复合材料层间孔隙缺陷导致层间剪切强度较低的问题,设计了超声压紧装置。该装置通过压头将超声波作用于预浸带铺层上,配合低能电子束固化系统制作复合材料层合板,并研究了超声压紧参数对复合材料质量的影响。实验结果表明,超声振动在压紧过程中产生的机械效应和热效应可有效减少孔隙,增强纤维与树脂的界面结合性能,提高层间剪切强度,从而改善复合材料试件质量。其中,振幅对复合材料孔隙率及层间剪切强度影响最大,当超声振幅为7.5μm时,试件致密性明显改善,孔隙率降至1.80%,层间剪切强度提高11.7%;压紧力影响相对较小,当压紧力从100 N到220 N变化时,层间剪切强度只有3.64%的提高,孔隙率在2.62%以下。过大的振幅与压紧力都会引起压紧过程中预浸带温度升高,导致树脂固化度提高,渗透性变差,孔隙率增加,使复合材料质量降低。     

混凝土桥面沥青铺装粘结层抗剪设计方法

介绍一种新的混凝土桥面沥青铺装粘结层抗剪设计方法.采用有限元法分析混凝土桥面铺装粘结层水平剪应力与法向正应力的分布关系.基于该关系图提出层间剪应力临界边界,分别从铺装结构参数、荷载方面分析影响层间剪应力临界边界的因素,给出了临界边界方程形式,并检验其合理性.提出荷载作用下满足层间不发生剪切破坏的基本条件为:层间剪切强度包络线与临界边界相离.最后给出了应用算例.     

基于剪切梁层间失效模型的地震分析

将剪切梁层间失效模型用于分析地震的发生。将岩体简化为由弹塑性向夹层粘结在一起的剪切梁;考虑了侧压力沿竖向的变化;将地层深部产生的反平面剪切载荷作为诱发地震的原因;分析了岩体的位移和应力分布规律,得到了层间裂纹产生及其扩展规律,建立了地震发生的条件,提出了一种预报地震的方法。     

考虑互层状岩体接触状态的地下洞室围岩稳定分析

层间剪切、挤压破碎带是影响互层状岩体地下洞室围岩稳定的重要因素.针对互层状岩体层间剪切、挤压破坏问题,引入界面单元模型模拟其接触特性.在此基础之上,对该接触面模型算法进行改进,针对接触面边界上节点可能存在的接触状态:黏结、滑移、张开和嵌入,建立了相应的接触状态判别准则和修正迭代算法,可以有效模拟互层状岩体层间非线性滑移破坏问题.将本文模型应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站地下厂房围岩稳定性分析中,对比横观各向同性模型计算结果,表明考虑接触后在层间过渡处应力和位移呈现非连续性变化,且量值增大;层间出现了错动位移,在主厂房边墙侧中下部较为明显.     

定向有机玻璃层间剪切强度试验方法的分析与改进

为验证现行定向有机玻璃层间剪切强度试验方法的适用性,本文分析了试验夹具、试验速度和试样厚度等因素对定向有机玻璃层间剪切强度试验的影响,结果表明采用有自动对中装置、弹簧螺栓共同定位、高背后挡块的试验夹具,1mm／min的剪切速度,不大于10mm的试样厚度时。能够真实地反映定向有机玻璃的层间剪切破坏．根据对试验参数的分析,提出了改进的层间剪切试验方法．     

切屑形成的电镜研究

切削过程中金属层流过剪切区发生塑性变形后形成切屑。抛光的板状纯铁作被加工材料,通过刨屑快速退刀获得的切屑,用光学显微镜及扫描电子显微镜观察切屑层片内的表面滑移带。滑移带的数量、形状和分布,可反映金属塑性变形的程度和方向,并可间接地推测位错均行为。滑移带间距为1—3μm,带与带之间基本上无塑性变形。层片宽度为30—50μm,比滑移带间距大一个数量级,各层片内有数量不等的滑移带。研究结果说明在一般切削条件下,(a_p=0.3,O.7mm),切屑形成由层片间发生相互变形和层片内晶面发生滑移引起的。     

适于全断面岩石掘进机的围岩分类方法

为了研究影响全断面岩石掘进机(TBM)掘进速率的地质因素,利用三维离散元程序3DEC建立TBM滚刀破岩三维仿真模型,分析不同的地质条件对TBM掘进速率的影响,根据TBM在围岩中的可钻性对南水北调西线工程中的围岩进行分类。分析结果表明:TBM掘进速率与岩石物理力学性质及岩体中的节理条件密切相关,在一定范围内,围岩强度越低,节理分布越密集,TBM掘进速率越高;而围岩强度越高,节理间距越大,使得TBM掘进速率大大降低。     

某输水隧洞应力分布规律

利用ANSYS软件,对某输水隧道某段围岩的稳定进行了有限元计算和分析,探讨了围岩应力场的分布规律,为该工程施工提供了合理的支护计划,该规律将对工程施工具有一定的指导作用.围岩应力分布规律的研究结果,对隧洞施工、尤其是采用TBM施工具有实际价值,该成果的应用也将会提高TBM施工的工效及可观的经济效益.     

块体理论模拟盾构机破岩机理

TBM是现代隧道开挖的主要工具,掘进开挖在许多隧道中已得到了成功应用,目前,在国内许多施工过程中,由于地质条件极其复杂, 岩体坚硬并且岩性变化大, 导致TBM刀圈出现卷刀、崩口、断裂、刀圈移位磨蚀度偏大及空磨刀等现象,严重影响了挖掘进度和挖掘效益,针对这些问题,本文阐述TBM破岩的一般机理,在此基础上用DDA简单模拟岩体在各种结构面组合下有荷载作用的破坏,更直观反映破岩过程。     

基于复杂地质岩机作用的多维度隧道掘进机适应性评价方法

为了解决高强度高磨蚀硬岩地层TBM掘进“低效高耗”、断层破碎带地层“刀盘受困”、高地应力挤压性地层“护盾被卡”等隧道施工难题,基于TBM滚刀、刀盘、护盾与隧道围岩的相互作用,通过多个TBM法隧道工程数据统计分析,揭示了滚刀贯入度指数与岩体特性指标、滚刀破碎体积磨损速率与岩体特性指标、TBM设备利用率与断层宽度、围岩相对变形量与强度应力比的函数关系,建立了基于滚刀可掘性和耐磨性、刀盘受困和护盾被卡风险的多维度TBM适应性评价方法,为复杂地质隧道修建TBM工法选择、装备设计及施工难题的解决提供了量化依据。     

郑州市城区中层隧道工程地质环境适宜性评价

为了更好的为郑州市轨道交通规划提供地质依据,在对郑州市城区相关资料梳理的基础上,针对研究区地质特点,进行研究区中层隧道工程的地质环境适宜性评价。本次研究通过采用多目标线性加权函数法结合层次分析法对地质环境适宜性进行综合评价。研究结果表明:研究区中层隧道工程的地质环境适宜性影响因子主要包括15～30m地层加权平均压缩模量、15～30m地层均匀性、地下水腐蚀性、15～30m软土厚度、地面沉降以及饮用水水源地保护区,其中,地面沉降、软土以及地层均匀性对中层隧道工程影响较为显著;综合评价结果中适宜性中等区主要位于研究区东部,面积约占整个研究区总面积的24%;施工时要注意软土的分布以及地面沉降对工程的影响,其他区域为适宜性好区,面积约占整个研究区总面积的76%。在该评价区内,地层均匀,地下水腐蚀性弱,无软土分布,地面沉降速率小,加权平均压缩模量较小,在该区施工时要重点关注对饮用水水源地的保护。可见通过对郑州市中层隧道工程进行地质环境适宜性评价工作针对性较强,可以更为有效的为郑州市轨道交通规划提供地质依据。     

千枚岩隧道破碎带 TSP 超前预报解译标志

千枚岩等软岩隧道施工中易出现垮塌等地质灾害。以典型千枚岩隧道———汶马高速公路鹧鸪山隧道为例,以地震波传播理论为依据,结合工程地质分析及地震波正演模拟,探讨TSP 预报中针对千枚岩构造破碎带在不同含水率状况下的地震波反射特性及解译标志,结果表明：纵波及横波遇千枚岩构造破碎带反射现象明显,横波较纵波反射更强烈;破碎带富水时,千枚岩泥化变软,纵波反射加强;从深度偏移角度分析,破碎带内正负反射频繁变化,单个反射层延伸性差。研究结果可以提高 TSP 在软岩隧道中的预报准确性。     

复合地层小直径隧道掘进机掘进速度区间预测

合理准确预测隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)的掘进速度是实现TBM智能化控制的关键问题之一,复合地层小直径TBM施工的不确定性较常规地质条件更强,而传统预测方法对施工过程的不确定性考虑不足。在此通过引入区间预测方法,提出基于4种不同Bootstrap方法结合KELM-ANN模型的TBM掘进速度区间预测模型,并以南水北调安阳输水隧洞工程为例,选取142组工程实测数据验证区间预测模型的有效性。研究结果表明:基于Rademacher分布建立的模型预测结果优于其他3种方法,不仅可以得到较好的点预测结果,还可以构造出较为清晰可靠的区间将掘进速度实测值完全包络在内;随着置信水平的提高,区间可容纳的不确定性和风险也逐渐上升,通过变化区间宽度,能较好地量化和解释TBM施工过程中的不确定性因素对掘进速度的影响。研究结果可为TBM掘进性能预测和掘进参数优化提供参考。     

BEAM法地质预报系统在中国TBM施工中应用

TBM施工中,为了及时有效地探明前方地质条件,引进了国外IBM施工中已广为采用的BEAM探测法,并对在我国TBM工程中首次使用的情况进行了介绍。BEAM法以电法测试为基础,技术人员在TBM设备及洞壁上安装电极发射电流和进行观测处理,通过监视器实时评价和显示出前方地质情况的好坏。该方法的优势是可以进行实时观测和判断围岩情况,对TBM顺利及安全施工有很大的指导作用。在我国TBM施工中推广应用BEAM探测法具有很大的实际意义和价值。     

埋深对TBM法掘进隧道应力变形的影响

为了研究不同隧道埋深对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响,对TBM法掘进隧道时的围岩稳定性进行有限元数值分析,分析不同埋深条件对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响。计算结果表明,随着埋深的增加,应力、位移、塑性区、发生岩爆的几率都有不同程度的增加。地应力以构造应力为主,洞周不存在拉应力区,塑性区呈环状分布。当埋深较大时,进行管片收敛变形计算时采用MC准则要优于DP准则,当侧压系数增大时,管片应力变形有不同程度的增加。掌子面附近管片收敛较小,往洞口方向收敛变形值逐渐增大,在距掌子面500 m之外的管片收敛变形趋于稳定。     

白龙江引水工程深埋长隧洞工程地质问题研究

白龙江引水工程最复杂的科学和技术难题是工程穿越西秦岭段深埋长隧洞的工程地质问题,西秦岭地质背景复杂,目前研究成果较少。通过采用室内试验、现场测试和工程地质类比分析,对西秦岭1＃隧洞的高地应力、岩爆、高地温、隧洞涌水及突水、有害气体等工程地质问题进行探讨,结果表明深埋长隧洞中地应力极高,易发生岩爆或软岩大变形,可能发生软岩型大变形洞段长度占总洞长的12%,可能发生岩爆洞段长度占总洞长的45%;地下水丰富,区域断层的最大涌水量可达8.5×104 m3/d,隧洞内具备形成涌水或突水的条件;存在一定的高地温和有害气体及放射性危害,研究结果对西秦岭地区的类似工程有借鉴意义,对工程地质问题进一步研究具有指导意义。