大直径盾构始发段冻结对槽壁影响的实测研究

为了分析大直径盾构始发段冻结过程中冻胀对槽壁变形的影响,评价工作井的结构设计和稳定性,依托上海上中路越江隧道盾构始发段冻结加固工程,通过现场监测,分析深基坑槽壁承受冻胀力及变形的变化规律。研究结果表明：冻结初始阶段,冻胀作用主要引起地层压缩变形,当冻土温度降低到-20 ℃以下时,冻胀作用会引起深基坑槽壁水平位移明显增加,盾构始发前实测槽壁顶端最大位移达到28.76 mm;在冻土形成过程中,土体温度降低会明显提高冻土强度和弹性模量,使冻胀力明显增加,而最大冻胀力出现在冻土温度降低到-20 ℃以后,且随着埋深的增加而呈线性增大,施工中实测最大冻胀力由埋深6 m处的0.314 MPa增加到埋深20 m处的0.782 MPa,为相应深度地层压力的1.5~2.0倍,地层最大冻胀力与周围地层的约束作用紧密相关,冻土周围约束作用的变化会明显改变冻胀力及其分布。冻土冻胀力导致工作井底板上部和下部的槽壁结构分别向工作井内部和外部产生弯曲变形,施工中实测最大水平位移分别为2.11 mm和3.62 mm,而冻结38 d后,槽壁水平位移的增加不仅会抑制冻胀力增长幅度,而且可以减小槽壁的弯曲变形。深基坑槽壁的水平变形会明显减小其承受的冻胀力,相应减小其内部的应力分布,而工作井槽壁变形和承受冻胀力的协调作用是影响工作井稳定性的关键因素。     

人工冻土单轴抗压强度灰色理论预测

人工冻土的物理力学指标是冻结法凿井中冻结壁设计参数和开挖的依据,为提高人工冻土单轴抗压强度预测的精确度与稳定性,利用灰色理论处理小样本数据的独特优势,结合影响人工冻土单轴抗压强度因素,提出了人工冻土单轴抗压强度的预测方法。针对传统的GM(1,1)模型预测产生的较大误差的缺点,增加了原始序列的光滑度,并优化了时间响应函数,建立了改进的GM(1,1)模型。结果表明,利用改进的GM(1,1)模型的预测精度优于传统模型。该模型为人工冻土单轴抗压强度的预测提供了一种新方法。     

盾构直削始发方案研究

随着盾构施工工艺的发展,越来越多的工程开始采用盾构直削始发.盾构法施工中,始发是易发生事故的重要环节.相对于传统的人工凿除洞门,直削始发时刀盘直接切割洞门,避免了掌子面土体形成临空面,从而降低了施工风险.以郑州某地铁区间隧道工程盾构直削始发为例,采用Midas GTS NX有限元软件,考虑洞门破除及盾构动态掘进的影响,对盾构直削始发时围护结构变形、土体变形和周围管线变形等进行了计算分析,验证了盾构端头直削始发方案的合理性.为验证数值模拟的可靠性,将数值计算结果和现场监测结果进行了对比分析,对比结果显示二者的变化规律一致,表明数值模拟结果合理.     

冻土单轴压缩损伤特征与细观损伤测试

基于冻土单轴压缩的CT动态测试,提出冻土单轴压缩下的损伤由完全不同的两个阶段组成：其一是塑性硬化下的塑性损伤,其二是由于新产生的裂隙造成的微裂纹损伤。对两种不同损伤阶段下冻土微结构变化特征进行了讨论,给出了各阶段损伤计量计算公式。采用该方法分别对饱水冻土试样和未饱水冻土试样的损伤量进行了计算,得到了塑性损伤和微裂纹损伤阶段的损伤量及总附加损伤量。得出饱水冻土的塑性损伤和微裂纹损伤产生的应变条件门槛值分别为0．75％和5．0％,未饱水冻土的分别为0．70％和4．5％。     

祁东矿人工冻土物理力学性能试验研究

对祁东矿井人工冻土力学性能试验研究结果表明：祁东冻土冻结温度低、冻土强度小、膨胀性大、冻土在２４ ｈ 内应力松弛很快;三轴剪切试验中发现,在１～１０ ＭＰａ 围压条件下,冻土强度与围压几乎无关。试验结果被工程实践所证实,可为宿东矿区其它矿井建设提供依据。     

人工冻土单轴抗压强度GA-SVM预测模型

为了预计冻结法凿井中井壁结构设计中的人工冻土单轴抗压强度,利用支持向量机在处理小样本分类学习的独到优越性及遗传算法全局并行搜索优化的特点,结合影响人工冻土单轴抗压强度因素,提出了人工冻土单轴抗压强度不同核函数的遗传支持向量机计算模型,并运用该模型预计了两淮地区第四系人工冻土单轴抗压强度。结果表明,多项式核函数的遗传支持向量机模型较高斯径向基核函数及Sigmoid核函数的遗传支持向量机模型较准确地预计人工冻土单轴抗压强度。该模型为人工冻土单轴抗压强度的预计提供了一条新途径。     

试验优化设计—OTTO法

OTTO法是本文提出的一种可解决混合离散变量优化设计的方法。该法利用正交试验安排搜索点,通过正交回归设计直接得到优化设计的搜索方向,该方向和目标函数负梯度方向吻合,而又勿需对目标函数求导,因而能大大提高搜索效率,节省计算机CPU时间。     

盾构始发端头土体加固合理范围的研究

合理的端头加固范围既可确保盾构始发、接收安全,又可降低加固费用,因此开展相关研究很有必要.鉴于上述原因,采用Midas GTS NX有限元软件,考虑洞门破除及盾构动态掘进的影响,对郑州东区某盾构始发合理的端头加固范围进行分析.进而又探讨了隧道埋深及洞径对合理加固范围的影响.主要得到以下研究结论:该工程合理的端头加固范围...     

基于WBS-RBS法的盾构始发(接收)风险辨识及对策

始发(接收)是盾构法施工中的事故多发环节,对其风险进行探究十分必要.从盾构始发接收的实际施工过程出发,采用WBS-RBS法找出了盾构始发(接收)过程中的基本风险因素,并有针对性的提出转移或降低风险的技术对策,对指导实际施工,保证周围环境、规范施工管理、减少社会及经济损失均有重要意义.     

盾构始发端土体加固范围影响参数分析

在盾构施工过程中,盾构隧道始发段是事故多发阶段。以武汉市轨道交通二号线江-积区间盾构始发段施工为工程背景,根据三种不同的强度与稳定性理论,计算工程中的端头加固范围;并确定对加固范围影响较大的参数为:隧道直径、隧道埋深、土体的抗拉强度与抗剪强度。利用FLAC~(3D)软件建立盾构始发段施工的数值模型,模拟不同加固长度下土体应力分布。发现随着土体加固范围的增加,始发井周围土体受到扰动而产生的位移、应力等呈现明显的规律性变化。结论为盾构施工的端头加固范围的确定提供了借鉴作用。     

热处理对冻结砂岩物理力学性质的影响

为探讨低温环境下岩石遭遇高温后物理力学性质的变化,对热处理(25~900 °C)后的冻结砂岩进行核磁共振及单轴压缩实验,重点分析热处理后冻结砂岩的孔隙特征及单轴压缩下的应力-应变关系。研究结果表明：在冻结温度恒定的情况下,砂岩的孔隙率、孔径分布、弹性模量、峰值应变及峰值强度都不断发生变化;在25~450 °C时,孔隙率增长速率较快,在600~900 °C时,增长速率较慢;随着温度的升高,孔径大于 10 000 nm的孔隙占比不断升高,弹性模量下降;峰值应变随温度的升高而增大,在450~600 °C时峰值应变有1个陡升阶段,增长幅度达76.35%;峰值强度在不超过300 °C时变化不明显,在300~450 °C时有一定下降,在450~600 °C时反而增大,当温度继续上升至750~900 °C时,峰值强度相比常温时依然有较大幅度增大。     

点荷载试验确定煤岩抗压强度的研究

点荷载试验是较常用的测定岩石抗压强度的一种方法。为了探究点荷载试验确定抗压强度的相关性,对取自黄陵2号煤矿410巷道顶底板的煤岩试样分别进行点荷载试验与单轴抗压试验,统计分析表明：点荷载试验结果准确合理,有较强统计性;不规则煤岩试样尺寸对点荷载强度标准值具有微弱影响,试样长度满足要求前提下不宜过大,宽度以60~80mm最优,高度以45~55mm最优;点荷载试验在该工程中得到较好应用,确定了通过点荷载强度标准值与抗压强度值之间的强度转换系数K=21.76,为该工程后期设计参数的取值提供参考借鉴意义。     

人工冻结尾矿力学特性单轴压缩试验研究

尾矿的冻结会影响尾矿坝的稳定性.通过室内单轴压缩试验,研究了经人工冻结四类尾矿的力学特性及其4个影响因素.研究结果显示,冻结尾矿单轴压缩破坏形式有三种,即斜面剪切破坏、径向拉伸破坏和复合式破坏.冻结尾矿单轴压缩全应力-应变曲线可分4个阶段:初始应变软化阶段、线性应变硬化阶段、非线性应变硬化阶段和非线性应变软化阶段.在4个影响因素中,冻结尾矿的单轴抗压强度与平均粒径呈对数关系,与干密度呈指数关系,与含水率呈线性递增关系,与加载速率呈二次抛物线增长关系.而冻结尾矿的变形模量与平均粒径呈自然对数关系,与干密度亦呈指数函数关系,与含水率则呈二次抛物线关系,与加载速率呈指数函数增长关系.     

岩石强度特性的单轴压缩试验研究

以宜兴抽水蓄能电站所提供的岩芯为例,对该电站岩芯的强度特性进行研究,依据单轴压缩试验结果分别提出了风干状态下岩石的单轴抗压强度与高径比,自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与横断面积之间的非线性关系,该式可以很方便地在有关工程中为相似岩石估算其强度值提供参考。     

岩石抗压强度与试件尺寸相关性试验研究

针对江苏宜兴抽水蓄能电站提供的石英砂岩、砂岩、灰岩岩石试样进行抗压强度特性试验研究．依据岩石单轴压缩试验结果,将灰色预测改进GM(1,1)模型与跳变灰过程理论耦合,建立了风干状态、自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与试件高径比之间的非线性关系式,利用该关系式可以很方便地在相关岩土工程中为相似岩石估算其强度值提供参考、借鉴．     

两淮地区深厚粘土人工冻土力学特性研究

本文根据两淮地区近十个井筒的人工冻土力学试验,归纳总结出该地区深部冻粘土的强度和变形一般特性,为今后在该地区进行冻结法施工井筒,提供了重要依据.     

人工冻结粘性土的冻胀特性研究

冻结法在矿山建设方面应用已越来越多,冻胀对施工的影响也不容忽视,对冻胀进行研究很有必要.通过自行研制的冻胀仪进行试验,并根据试验结果,比较分析两淮地区人工冻结粘性土在不同地层深度和土质下的冻胀特性,以及相同土样的砂质粘土在不同含水率下的冻胀特性,得出了冻胀力和冻胀率随着地层深度的增加而减小的特性.并研究了相同砂质粘土土样在不同含水量下的冻胀特性,得出了相同土样的砂质粘土冻胀率随着含水量的增大而增大,特别当含水量大于塑限时冻胀增量更大的物理特性,对工程应用具有一定的参考价值.     

人工冻结土污染物隔离屏障应用现状及研究展望

土体冻结后渗透系数显著降低,能够减缓其中污染物的迁移速度,因此冻土屏障已经被应用于污染物处置领域。通过介绍国内外有关研究现状,总结近年来污染物在工程屏障中的扩散与吸附特性、天然冻土中污染物的运移特性、利用人工冻土处置污染物等方面的研究成果,对该领域常用研究方法、思路和技术进行了介绍,总结污染物常见工程屏障材料以及天然冻土中的迁移特征,指出现有研究的成果与不足,对人工形成冻土屏障处置污染物的技术发展前景进行了展望,提出了更深入的研究人工冻土阻滞机理的设想。