基于有限元设计敏感度分析的管棚直径研究

通过对增量形式运动方程直接微分，推导了开挖引起地层位移对管棚惯性矩的设计敏感度的求解方法．以上海某地铁车站出入口通道工程为实例，分别就常规开挖跨度条件下以及开挖跨度变化时，如何选择合理管棚直径进行了研究．结果表明：对于软弱地层中常规跨度，采用管棚法施工的地下工程，管棚直径从Φ79mm到Φ108mm范围内，为敏感度急剧变化范围，在该范围内，管棚直径的提高对于位移的影响较为显著，在这些工程中，选择Φ108mm管棚是合适的；而当地下工程的开挖跨度超过一定值后，从控制位移角度出发，宜采用较大直径管棚．     

管棚成孔引起的地表沉降

针对浅埋暗挖法施工中管棚成孔引起的地表沉降，通过离心模型试验，分别就中108和中159管棚成孔应力释放产生的地表沉降进行模拟分析，归纳出地表沉降与管棚数量和管棚直径相关的方程．以南京地铁1号线南京站站的下穿沪宁铁路的双洞隧道的72根管棚施工为例进行计算，所得的近似解与实测值具有良好的一致性．     

管幕-箱涵下穿运营铁路线地层变形分析及控制技术

基于管幕-箱涵顶进工法施工的数值仿真模型,对涵洞斜穿铁路线施工过程中的地层变形规律进行分析,提出采用"有线仪器导向,一次性跟管钻进法"技术和控制箱涵顶进轴线位置、顶进速度和顶进力等地层沉降控制措施,并对箱涵顶进过程中的地层沉降进行现场监测.结果表明:管棚的沉降主要发生在开挖面前段10m范围内;管幕-箱涵施工过程中地层变形主要是由管棚和箱涵对土体的挤压扰动引起的;本文提出的地层沉降控制措施可将沉降控制在15mm以内.     

膨胀性土层盾构隧道衬砌管环计算模型

针对膨胀性岩土地层围压改变对盾构隧道衬砌管环内力和位移的影响,分析不同膨胀地层分布下隧道膨胀接触压力分布特征,建立考虑膨胀荷载的盾构隧道荷载-结构力学模型,运用力法推导不同膨胀荷载模式作用下衬砌管环内力解析解,并结合工程实例进行计算分析。研究结果表明,膨胀荷载对衬砌管环内力影响显著,不同膨胀荷载分布模式作用下衬砌管环内力分布规律存在较大差异,建议在工程设计中应予以重视。研究成果可为膨胀性岩土地层盾构隧道设计与计算分析提供参考。     

隧道管棚超前支护技术及其数值模拟

隧道管棚支护可以在较长的范围内实现预开挖地层的加固.基于FLAC3D数值模拟技术,利用壳单元模型模拟管棚的支护作用.通过对有、无管棚支护作用下,隧道在竖直和水平方向上位移和应力的分析,发现管棚支护能够抑制地表的沉降,减小拱脚位置的应力,提高隧道开挖的安全系数.研究结果为类似地层隧道开挖提供了指导.     

重叠隧道施工次序数值分析研究

本文利用ANSYS软件对水平重叠隧道断面进行计算，初步分析了在不同施工顺序下地层位移、围岩应力、结构内力的特点。结果表明：后施工隧道对先施工隧道有较大影响；开挖顺序不同，地层位移及塑性区亦不同，但开挖顺序对最终结构内力几乎无影响；先开挖下洞更有利。     

浅埋大跨度隧道管棚支护进洞三维有限差分法分析

随着隧道施工“新奥法”的日趋成熟,超前大管棚支护是隧道施工中穿越软弱破碎围岩的一种有效的加固施工方法．本文在对管棚法在大跨度极浅埋破碎地层隧道开挖中的加固机理研究的基础上,以某大跨度隧道为例,利用三维有限差分法对隧道开挖后的受力、变形情况进行模拟,分别分析了有无管棚预加固措施对拱顶沉降的影响并与实测拱顶沉降值进行比较,得出管棚能显著抑制破碎围岩地层的变形及拱顶沉降,减少隧道初期支护的变形和受力,保证施工安全．     

隧道管棚注浆超前支护在特殊条件下的应用

对超前管棚注浆支护在破碎地层大跨度隧道开挖中的加固机理及应用进行了分析,通过对某隧道采取超前管棚注浆预加固防护措施前后,隧道在施工中的受力、变形情况的有限元模拟分析,得出在不良地层地质条件及大跨度隧道施工过程中采用管棚注浆法能显著改善地层的物理力学性质,提高松软地层的整体性,减小隧道施工过程中的预应力集中,从而达到增强隧道自身整体稳定性的结论.     

网格交叉法与WinRHIZO扫描法在植物根长测定中的比较

为比较网格交叉法和WinRHIZO扫描法对植物不同直径等级根系长度测定的准确性，分别采用2种方法对草地中根直径为0.5～2.0 mm和0.5 mm以下的样本根长进行测定并对比分析.结果表明：(1)网格交叉法与WinRHIZO扫描法的测量结果呈现极强的线性相关关系．(2)网格交叉法在测量直径为0～0.5 mm且颜色相对较浅的根时准确度更高，成本低且易操作；WinRHIZO扫描法在测量直径为0.5～2.0 mm且颜色相对较深的根时准确度较高，可测定指标多且速度快．(3)植物根的形态和颜色差异是影响不同方法测量根长准确性的重要因素．     

框架柱在地基土支承损失条件下的内力分析

利用有限元法，通过对一栋１２ 层钢筋混凝土框架结构在１０ 种地基土支承损失条件下，土与上部结构协同工作的三维分析，探讨了框架柱内力变化的基本趋势．结果表明，支承损失对柱子轴力影响很小，对弯矩值的影响较大；但随着楼层的增高和表示地基土支承损失的土中孔洞尺寸的减小，以及其所在位置与基础地面距离的加大，对柱弯矩的影响逐渐减小．     

深基坑内支撑调节对邻近隧道受力特性相互影响规律试验研究

现有基坑近接隧道施工的保护措施多为加强支护刚度或采用轴力伺服系统以减小围护结构变形,未能深入考虑支撑伸缩调控下基坑-隧道的受力特性。为了明确基坑开挖施工对邻近既有隧道影响以及可调节内支撑伸缩对“基坑-隧道”受力特性的影响规律,开展了砂土地基中“基坑-隧道”相互影响的室内模型试验研究。获得了隧道的内力、周围土压力、隧道上部地表沉降、地连墙变形、墙背土压力等变化规律。研究结果表明：深基坑开挖施工过程中,隧道呈现上下压缩、左右拉伸的趋势。临近基坑一侧的土压力减小迅速,远离基坑一侧的土压力表现为增大。周边地表沉降呈碟形。内支撑主动伸缩调控下,基坑下部支撑伸缩引起的隧道弯矩变化量大于调控上部支撑,同时伸缩三道支撑时影响最大。支撑缩短时,隧道拱顶、拱底弯矩值正向增大,拱腰弯矩值反向增大。支撑伸长时,拱顶、拱底弯矩值减小,拱腰弯矩值增大。支撑伸缩对隧道拱腰水平土压力影响明显,对拱顶和拱底竖向土压力影响微弱。     

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度，基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中，采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件，而后开展了3组不同法兰板厚度（2.2，3.0，3.8 mm）连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果，验证了计算方法的正确性，误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素，结果表明：拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大，随螺栓所在的半径变大而减小；改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著，当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时，拉伸刚度提升59.54%。     

考虑残余顶推力作用时盾构下穿引起既有顶管管廊变形

针对隧道开挖引起上覆既有顶管管廊变形的工况,提出了一种可考虑顶管管廊残余顶推力的管廊竖向变形理论计算方法。第一阶段采用修正Loganathan公式解得隧道开挖引起周围土体的自由位移,把土体自由位移附加在既有管廊轴线上,第二阶段将既有管廊简化成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Pasternak地基模型上,同时考虑管廊轴力对其变形响应的影响,随后根据管廊两端自由的约束条件提出了隧道开挖引起既有管廊受力变形半解析解。研究结果表明：与某工程实测数据验证对比,本文方法计算结果与实测较为符合;与本文方法退化解析比较,本文方法预测结果更具有优越性。进一步参数得到如下结论：地层损失率的增大会使得既有管廊位移及其内力呈现线性增大的趋势;随着管廊直径的增大,既有管廊位移和弯矩会迅速增大,其增速也在不断增大;随着隧道开挖轴线埋深的增加,既有管廊位移和内力均会大幅度减小。     

混凝土管桩水平受力性状有限元分析

根据文克尔地基模型,假定地基土的水平抗力系数沿深度成线性变化,利用有限单元法对水平荷载下混凝土管桩的水平位移、桩身弯矩等变形特性及其影响因素进行分析。通过对桩径、桩周土水平抗力系数的分析发现：桩径对桩顶水平位移的影响较大,对桩身弯矩的影响较小;而土体水平抗力系数对水平位移和弯矩都有较大的影响。此外,对具有相同有效截面积实心桩和管桩的水平抗力性进行比较,结果表明,相同条件下,管桩的水平抗力效果较好。     

地下咬合型管幕构件抗弯刚度参数分析

基于咬合型管幕构件的抗弯性能试验,运用ABAQUS建立了咬合型管幕构件的有限元模型,并通过室内试验标定有限元模型.研究了在不同参数组合下咬合型管幕构件的抗弯刚度变化规律,并以此来找到最优的结构参数组合.研究结果表明,钢管直径与咬合程度在提升构件抗弯刚度上具有一定的相互作用影响,当钢管咬合程度与钢管直径比值在0.16~0.28时,构件具有较好的抗弯性能;钢管直径、钢管壁厚及钢筋直径与构件抗弯刚度均呈线性正相关;钢管直径对提升咬合型管幕构件的抗弯刚度具有显著作用,其次是钢筋直径和钢管壁厚.     

预制高强混凝土薄壁钢管桩抗弯试验与数值模拟

预制高强混凝土薄壁钢管桩(TSC桩)是通过在钢管内部离心浇注混凝土而制成的管桩,其在受力和施工方面有诸多优点.为了研究该类管桩的极限抗弯承载力及其破坏机理,对3根直径800mm、长10m的TSC桩进行了抗弯试验,并对加载过程中的变形和破坏情况进行了监测.试验结果表明,TSC桩的抗弯能力较高,且在弯矩作用下有着很好的延性.同时利用有限元分析软件,考虑了材料的非线性以及钢管对混凝土的约束强化作用,对抗弯试验进行了全过程数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了通过有限元分析来计算TSC桩抗弯承载力的方法是可靠的.     

不同埋深下大直径盾构隧道横向刚度有效率

盾构隧道衬砌结构整体性能受到纵缝及环缝接头不连续性的影响,接头受力状态随埋深变化发生改变,其刚度也将发生变化,进而引起结构整体刚度的改变,对于大直径深埋盾构隧道这一影响更为突出.基于该问题,以上海沿江通道越江隧道典型衬砌结构为例,采用横向变形等效原则,参考管片接头结构试验结果,研究大直径盾构隧道横向等效刚度随埋深而变化的规律,并考察了地基刚度与错缝拼装对于计算结果的影响.结果表明,大直径盾构隧道的横向刚度有效率与埋深有较大关联,覆土较浅时变化规律相对复杂,覆土厚度超过1.0倍直径后随埋深整体上呈现先递增而后递减的趋势,在埋深达到2.0倍直径后由于地层成拱效应不再继续降低,上述规律还受到地层条件的影响.研究成果对于大直径盾构隧道的设计与计算具有一定的参考价值.     

分段摇摆墙内力改进效果研究及影响参数分析

在保证对结构变形、抗震性能改进效果的情况下,采用分段摇摆墙的形式可有效降低摇摆墙自身的内力需求,并且该形式具有制作更简单、运输更便利、安装更简易的优势。为了分析摇摆墙采用分段形式后对摇摆墙内力的改进效果,文中结合分段摇摆墙的特征及与整段摇摆墙不同的边界条件,推导了铰接分段摇摆墙-框架结构的位移和摇摆墙内力的简化计算公式,并进一步开展了摇摆墙刚度比和摇摆墙分段数目对摇摆墙内力的影响效果分析,且与整段摇摆墙的相应情况进行了对比。研究结果表明：将摇摆墙分段可以大幅降低摇摆墙的内力峰值、缩小内力值的变化区间,在均匀荷载作用时各分段摇摆墙的弯矩和剪力分布规律类似,且整段摇摆墙的弯矩峰值是分段摇摆墙的m2倍、整段摇摆墙的剪力峰值是分段摇摆墙的m倍,而在倒三角形荷载作用下时,上段分段摇摆墙的弯矩和剪力比下段分段摇摆墙的大;刚度比在1.0～5.0这一适当的区间内变化时,刚度比对摇摆墙内力的影响效果明显,且影响程度随摇摆墙刚度比增大呈先增大后减小的规律,但当摇摆墙刚度比在此适当区间之外（无论取值过大还是过小）,摇摆墙内力改变情况则对刚度比变化变得不敏感,此时刚度比对摇摆墙内力的改善效果不佳;分段摇摆墙内...     

富水岩溶隧道下穿充填型溶腔技术措施及力学分析

为解决富水岩溶地区隧道下穿充填型溶腔时发生的突水涌泥灾害,以云南玉磨铁路巴罗二号隧道为背景。运用有限元软件MIDAS GTS NX建立充填型溶腔处治前后两种工况下的隧道模型,对两种工况进行力学分析,提出在充填溶腔位置采用超长管棚加固的方法对围岩变形进行控制,并通过现场试验段验证超长管棚加固效果。结果表明：在采用超长管棚加固后,溶腔与隧道间塑性贯通区消失,围岩竖向位移降低76.3％,左侧拱腰收敛降低63.85％,模拟值与现场实测值吻合度较高,证明采用超长管棚加固后隧道结构稳定性明显增强。超长管棚弯矩值和轴力值随开挖进度不断增大,但分布逐渐均匀,超长管棚应变解析解与软件模拟数值解分布规律基本一致,表明管棚在稳定围岩方面效果显著。现场试验段应用超长管棚加固措施后,围岩变形量值得到有效控制施工工期缩短,有效提高施工效率且效果良好,保证了后续施工的安全。