考虑界面摩擦和剪切面积变化的直剪试验剪应力修正方法

鉴于已有的直剪试验剪应力修正公式未考虑剪切过程中上下盒未开缝导致的剪切盒与土样间的界面摩擦,开展了铜板-土样界面摩擦试验,获得了饱和状态下的界面摩擦系数为0.2,提出了考虑界面摩擦和剪切面积变化的直剪试验剪应力计算式.评价了直剪试验测定峰值与残余强度的结果表明:1)修正后的剪应力大于修正前的数值;剪应力相对误差随剪切位移增大而增大,最大可达-12.9%;垂直压力越小,剪应力相对误差越大.2)初始密度对峰值强度相对误差影响较为显著,对残余强度相对误差影响不大.3)不同初始密度下,峰值与残余强度有效内摩擦角相对误差均在±5%以内;峰值与残余强度有效凝聚力相对误差变化范围较大,具有更大的不确定性.4)考虑剪应力修正后的峰值和残余强度抗剪强度指标(有效凝聚力与有效内摩擦角)均比修正前值更大,表明采用不考虑剪应力修正的抗剪强度指标偏于安全.     

硫酸对赤泥改良黄土剪切特性的影响

为了探究硫酸浓度对抗剪强度的影响,通过室内直接剪切试验测试赤泥改良黄土在不同浓度硫酸下的抗剪强度。将电阻率法应用到直剪试验中,分析剪切过程中电阻率和剪应力随剪切位移的变化趋势。同时探讨了硫酸侵蚀下不同垂直压力对电阻率和抗剪强度的影响。结果表明:在不同的硫酸浓度下电阻率随剪切位移的增大快速增大,剪应力随剪切位移的增大而增大;相同浓度硫酸下,随垂直压力的增大电阻率和剪应力都增大。由抗剪强度和垂直压力的线性关系,得到硫酸侵蚀下赤泥改良黄土的抗剪强度指标;分析了抗剪强度与硫酸浓度之间的关系。     

盾构隧道壁后注浆浆液时变半球面扩散模型

在假定注浆浆液为粘度时变性流体且浆液沿半球面扩散的前提下,应用达西定律对盾构管片注浆扩散半径及浆液对管片产生的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生的压力的计算式.通过具体实例,对比分析了考虑浆液粘度时变性和不考虑浆液粘度时变性2种条件下注浆压力、注浆时间、浆液初始粘度、土体渗透系数对浆液扩散半径及浆液压力的影响,得到了浆液压力的分布形式.分析结果表明,注浆压力和土体渗透系数较大且注浆时间较长时,浆液的粘度时变性对浆液扩散范围和压力的影响显著;可通过调整注浆压力、注浆时间、浆液特性来调整注浆效果.     

盾构衬砌管片环向接头刚度解析法及参数研究

基于接头断面的不均匀变形、接头细部构造分析在正、负弯矩作用下接头分离前后的力学特性,分别给出管片环向接头的抗拉刚度和抗弯刚度在接头分离前后的非线性解析公式,以及接头抗压刚度和抗剪刚度的线性解析公式。在此基础上,得到不同管片厚度和螺栓等级工况下线性接头和非线性接头模型的转角与弯矩的关系,并对线性接头模型和非线性接头模型的内力和变形特性进行对比分析。研究结果表明:在接头分离前,其抗弯刚度随管片厚度增大而增大;在接头分离后,接头抗弯刚度急剧减小,但不同管片厚度下的接头抗弯刚度分布规律大致相同;随着螺栓等级提高,接头分离时的突变转角与弯矩逐渐增大;在正弯矩作用下各等级螺栓的弯矩增量比负弯矩作用下的弯矩增量大,但各等级螺栓的转角增量要比负弯矩作用下的转角增量小;在荷载作用下,隧道管片弯矩随螺栓等级提高而逐渐减小;螺栓等级提高对线性与非线性模型的轴力影响较小,管片厚度变化对线性和非线性模型的剪力影响较小,但线性和非线性模型管片的剪力随螺栓等级提高而减小。     

盾构隧道壁后空洞注浆对管片受力特性的影响

为研究盾构隧道壁后空洞注浆浆液的扩散机理及其对管片受力的影响规律,基于修正达西定律对黏性土中浆液的扩散半径和管片产生的压力计算公式进行了推导,并以西安地铁某区间隧道涌水事故为依托,利用推导的注浆压力公式,采用地层-结构模型得到了管片壁后空洞注浆部位及注浆压力对管片受力的影响规律。结果表明:同一注浆位置,当注浆压力不断降低时,管片的轴力值、弯矩值以及管片上浮呈不断降低的趋势;除了控制截面有稍微旋转之外,设计工况下的管片轴力值、弯矩值与模拟过程中注浆压力为0.3 MPa时的情况相近,注浆压力超过0.9MPa时,结构产生明显的偏压,甚至出现管片裂缝以及结构破损;不同注浆部位施加相同注浆压力时,当注浆位置为隧道顶部和底部时,管片的力学形态发生了较大的变化,特别是弯矩值,增加幅度可达1.5~2倍,隧道侧面注浆使弯矩分布发生一定程度的旋转,甚至反转。     

高密度聚乙烯土工膜与固体废物界面接触强度的试验研究

对贵州省内5种主要工业固体废物(脱硫石膏、粉煤灰、锰渣、汞渣、铅锌渣)以及黏土、砂土与高密度聚乙烯(HDPE)土工膜的接触摩擦强度开展摩擦破坏直接剪切试验;测定HDPE土工膜与各种固体废物接触面的摩擦强度参数(界面摩擦角、表观黏聚力),分析光面、糙面土工膜与各种固体废弃物接触界面的抗剪强度特性。结果表明:HDPE土工膜与工业固体废物接触界面的剪应力随剪切位移的增加而增大,剪应力-剪切位移曲线的斜率逐渐减小,当剪切位移增大到一定范围后,界面剪应力将保持不变;糙面土工膜与固体废物的界面抗剪强度大于光面土工膜与固体废物之间的,糙面土工膜具有更好的抗拉裂、抗剪切性能。     

施工期盾构隧道上浮机理与控制对策分析

从盾构隧道上覆土的最小厚度计算入手,提出因注浆浆液或泥浆、水等液体包裹管片而形成的静态浮力通常不足以使隧道上浮;在分析注浆压力分布模式的基础上,将注浆压力可能产生的动态上浮力与浆液环产生的静态浮力进行了比较,认为因注浆压力产生的动态上浮力是盾构隧道施工中产生上浮的主要原因,进而提出了控制盾构隧道管片上浮的最小上覆土厚度及最大注浆压力计算式,验算结果与实际情况吻合;最后,基于对管片上浮机理的分析,对管片上浮控制提出了一些建议,并提出为防止管片上浮,需依据埋深、周围土体特性、注浆孔在管片环上的位置情况等对注浆压力实施动态控制.     

盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明：隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。     

影响PRC结构竖向齿槽接缝抗剪强度的因素

分析了各种因素对PRC结构竖向齿槽接缝抗剪强度的影响,指出:连接形式通过多种因素影响接缝抗剪;粘接影响接缝的破坏形式及接缝的抗剪强度;剪跨比增大,接缝抗剪强度降低;轴压力通过“剪切—摩擦”作用提供抗剪力;接合筋通过“剪切—摩擦”及销栓作用提供抗剪能力;接缝极限抗剪强度与缝宽无关,但剩余强度随缝宽增大而增大;反复荷载作用下,接缝抗剪强度退化等。对竖向齿槽接缝强度的设计提出了较为合理的方法。     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

新建盾构隧道下穿既有隧道剪切错台变形计算

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道正交下穿对上方既有地铁盾构隧道的影响.考虑新建隧道下穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力以及注浆附加压力在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有地铁盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量、环间剪切力值以及这三者随着新建隧道掘进的三维变化过程.研究结果表明:用剪切错台模型和最小势能原理计算得到的既有盾构隧道竖向位移值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定.     

类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解,考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响,推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式,将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型,对比本文计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高,验证了本文计算方法的正确性;随着类矩形盾构隧道掘进,邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大,在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定;邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小,沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

软土地层大直径曲线顶管隧道受力特性

为研究软土地层中大直径曲线顶管隧道受力特征,采用现场实测方法,对软土地层大直径曲线顶管的管壁接触压力、环向和纵向钢筋应力进行测试,并与已有文献研究进行对比分析.结果表明:顶管接触压力整体分布均匀,注浆对管壁接触压力影响较大,停机后接触压力略有减小;环向应力初期以受压为主,顶进后期逐渐转为受拉,整体分布特征不明显,纵向应力以拉应力为主,其变化主要由管道轴线偏移控制;管壁注浆后减阻效果明显,顶力与管侧平均摩阻力均显著降低.对土压力分布模式展开分析,发现顶管规范公式偏于保守;土柱理论由于未考虑卸荷拱效应,所得理论值较实测值偏大;太沙基理论与马斯顿理论与实际情况吻合较好.该研究结论可为实际工程提供参考.     

压实膨胀土饱和抗剪强度的变动性

饱和抗剪强度是工程设计的基本指标与描述非饱和抗剪强度的基准,然而其具有一定变动性,为探讨变动规律,在四联直剪仪上对6种制样压实度下的荆门弱膨胀土开展一维无荷载膨胀-固结-慢剪试验,将其结果与不同水化状态下的三轴试验数据对比.结果表明:相同应力状态下孔隙比状态的差别是造成该变动性的主因;先期应力历史与水化状态的差别导致相同应力状态下孔隙比状态的差异.水化状态为浸水膨胀稳定(膨胀势完全释放)后的饱和状态时,有效黏聚力随孔隙比增大规律性降低,有效内摩擦角对孔隙比并不敏感.水化状态为膨胀势未完全释放的饱和状态时,有效内摩擦角显著高于浸水膨胀稳定后的相应值,原因是膨胀势引发的剪胀效应造成的剪切抗力提高,反映于有效内摩擦角的增大.浸水膨胀稳定后有效内摩擦角是低且稳定的,相关工程应用及描述非饱和抗剪强度时,建议选取浸水膨胀稳定后的饱和抗剪强度参数作为相应指标.     

考虑咬合修正系数的自密实砂浆3D-DEM模型

在自密实砂浆的3D离散元模拟(discrete elementmethod,DEM)中,为了准确模拟其摩擦特性,降低单元间相互咬合引起的阻碍作用,该文采用咬合修正系数(engagingfactor,fe)对砂浆单元接触模型进行修正。计算单元接触力时,将与运动方向相反的作用力乘以fe后进行合力的计算。采用自主开发的离散元程序对剪切算例进行数值模拟,验证了fe可有效降低单元间阻碍作用,抗剪摩擦力最大可降低85%以上。对自密实砂浆的摩擦性能进行实验研究并对结果进行模拟,结果表明:通过选取合适的fe和接触参数,模拟结果与实验结果比较吻合。     

基于PFC2D隧洞注浆混凝土三点弯曲梁破坏模拟

为研究输水隧洞回填灌浆层混凝土在上部围岩压力的作用下的破坏模式,建立PFC2D隧洞模型分析沉降,利用PFC2D颗粒流程序及该程序自带平行黏结模型,将回填灌浆层混凝土简化为一个三点弯曲梁模型,通过改变给上部圆形加载墙施加不同加载速度和赋予颗粒的平行黏结模量这两个关键因素,研究了模型应力、力链、胶结破坏能,以及从微观角度研...     

A mathematical model and numerical simulation of pressure wave in horizontal gas-liquid bubbly flow

By using an ensemble-averaged two-fluid model,with valid closure conditions of interfacial momentum exchange due to virtual mass force,viscous shear stress and drag force,a model for pressure wave propagation in a horizontal gas-liquid bubbly flow is proposed.According to the small perturbation theory and solvable condition of one-order linear uniform equations,a dispersion equation of pressure wave is induced.The pressure wave speed calculated from the model is compared and in good agreement with existing data.According to the dispersion equation,the propagation and attenuation of pressure wave are investigated systemically.The factors affecting pressure wave,such as void fraction,pressure,wall shear stress,perturbation frequency,virtual mass force and drag force,are analyzed.The result shows that the decrease in system pressure,the increase in void fraction and the existence of wall shear stress,will cause a decrease in pressure wave speed and an increase in the attenuation coefficient in the horizontal gas-liquid bubbly flow.The effects of perturbation frequency,virtual mass and drag force on pressure wave in the horizontal gas-liquid bubbly flow at low perturbation frequency are different from that at high perturbation frequency.     

隧道白云岩砂化段帷幕注浆处理技术

为研究隧道白云岩砂化段帷幕注浆处理技术,通过计算、数值模拟和工程实践方法研究了处理技术的四种关键影响因子,即注浆压力、注浆材料、注浆厚度和注浆工艺。结果表明:在全强砂化白云岩粉细砂层中帷幕注浆应采用高压劈裂注浆,注浆终压建议为4～5 MPa;通过数值模拟确定双液浆最适合白云岩砂化段注浆处理工程;经过公式计算和数值模拟对比,注浆厚度公式可采用经验公式计算,方便简单,一般地层中可取开挖半径值;注浆顺序原则为:由外到内、由下到上、间隔跳孔,分三序孔施工;前进式注浆工艺能够较好地解决成孔质量问题,但应结合现场条件合理调整分段长度,白云岩砂化段分段长度以0.5～1 m为宜;注浆过程中可以先进行双液浆灌注形成维护圈,再进行超细水泥的局部补强。可见,这些成果可为类似隧道帷幕注浆工程提供借鉴,保障安全掘进和工程质量。