逆断层粘滑错动对公路隧道影响的试验研究

结合大量地震断层的案例,针对逆断层倾角为75°,60°,45°三种工况通过模型试验研究不同倾角逆断层粘滑错动下隧道应变分布规律和整个破坏过程.试验结果表明:断层倾角越小,上盘范围内隧道顶部的纵向拉应变越大,并且拉应变进入过载状态时的错动位移值越小.当断层倾角为75°时,隧道的主要破坏形式为直接剪切破坏;当断层倾角为45°时,隧道的破坏形式以弯曲拉破坏为主;45°倾角工况下隧道的破坏范围为上盘距离断层面2.0 D(D为隧道洞径)至下盘距离断层面0.2 D,75°倾角工况下隧道的破坏范围为上盘距离断层面0.8 D至下盘距离断层面0.4 D.     

正断层错动致地铁变形计算模型

针对正断层错动引起的地铁隧道变形破坏仍缺乏有效的理论预测模型的情况,基于不排水条件下上覆土体的变形机理,建立地铁隧道变形的计算方法.理论模型表明,影响隧道衬砌纵向线应变的参数有隧道半径、土层厚度、基岩断层错动量、断层倾角、隧道埋置深度和形状参数.正断层错动影响下,隧道拱顶衬砌分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受拉区和受压区.而隧道拱底衬砌则分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受压区和受拉区.随着隧道埋深的增加,需要进行拉裂破坏加固的范围逐渐缩小,并向基岩断层附近趋于集中.而随着基岩断层倾角的增加,隧道拉裂破坏加固区域则往基岩上盘一侧偏移,但加固区域的大小范围受断层倾角的影响并不显著.     

正断层错动下地铁盾构隧道变形破坏模型试验研究

为揭示跨隐伏断层地铁盾构隧道结构变形破坏特征,采用自主设计的模拟隐伏断层错动加载试验装置,开展1∶25几何比例的跨断层盾构隧道模型试验,分析正断层错动下盾构隧道的力学响应规律及变形破坏特征.试验结果表明：在2 cm正断层错动影响下,隧道纵向差异变形呈现非线性增大趋势,环缝接头张开变形主要位于断层下盘隧道拱顶及断层上盘隧道拱底,且环缝峰值张开量已超过盾构隧道接缝防水限值;断层延长线与隧道交界处管片直径收敛变形较为严重,该处管片呈现拱腰外侧受拉、拱顶及拱底外侧受压的受力状态;管片与地层之间接触压力受断层错动的影响较大,存在围岩挤压区与围岩松散区,但接触压力峰值相对较小;盾构隧道的主要变形破坏特征为环缝接头拉裂破损、管片纵向开裂及环缝接头变形,管片发生斜向剪切破坏及局部压溃破坏的概率较低.基于盾构隧道环纵向变形破坏特征,建议将管片环缝变形及接头混凝土拉裂破损作为界定跨断层盾构隧道结构破坏的主要控制指标.基于隧道的变形破坏模式,提出了跨断层盾构隧道结构设计及应对措施的建议.     

断层宽度对跨断层隧道错动反应特性影响的数值模拟

为了研究断层宽度对跨断层岩体隧道错动反应特性的影响,利用大型有限元软件ABAQUS,建立了断层错动三维有限元计算模型。在此基础上,以走滑断层为例,对比分析了断层宽度逐渐增大的过程中,跨断层岩体隧道的错动反应特性。计算结果表明:走滑断层错动作用下,衬砌拱腰主要承受拉/压应力,拱顶和拱底主要承受剪应力;拉/压应力峰值出现在变形最为剧烈位置处,剪应力峰值出现在错动盘和断层交界面附近。走滑断层错动对衬砌的影响范围随断层宽度的不同而有所不同:当断层宽度由0逐级增加至20、40 m时,影响范围逐渐增大;当断层宽度由40 m增加至60 m时,影响范围基本不变,说明断层错动对衬砌的影响范围存在一限值。     

穿越走滑断层隧道错动影响分区及隧道节段式衬砌抗错断性能控制

为了揭示我国西部地区穿越活动断裂公路隧道工程的变形及力学特性,通过数值模拟分析了断层左旋走滑运动对隧道结构产生的错动响应,建立隧道受断层错动影响分区,并提出隧道节段衬砌铰接设计这一抗错断措施。通过对比在影响区内设置不同长度节段衬砌时隧道结构的应力、位移响应规律,得出最优衬砌节段布置形式。研究结果表明：断层走滑错动2.5m时,隧道结构受错影响范围为断层与活动盘交界面附近2.7d(d为隧道跨径)内,定义1d~2.7d范围内为次要影响区,1d范围内为主要影响区;通过对比分析发现3 m节段对衬砌结构水平位移和最大剪应力的控制效果最好,峰值最大降低率分别达到了3.38%和43.34%;隧道结构在断层交界面附近水平位移达到最大,随后向两侧较远位置变形不断减小至平稳;可见隧道结构沿纵向所受的最大剪应力值集中在错动影响区内,且在此范围内变化相较此范围外更加剧烈,错动影响区是抗断层错动设防重点关注对象。研究结果可为隧道抗错断设计提供参考。     

可变法向压力对质量-带系统粘滑运动的影响分析

为了揭示可变法向压力对机械系统粘滑运动的影响,以含干摩擦的质量-带系统为研究对象,将驱动带速表达为可变法向压力的变化频率和加速度的函数,得出了粘滑运动发生的临界驱动带速的解析表达式,同时分析了可变法向压力对极限环幅值的影响。在发生粘滑范围内,粘滑极限环的幅值随着可变法向压力的加速度的增加而增加,而随着变化频率的增加而减小。数值仿真和虚拟实验结果表明,法向压力的变化对机械系统稳定性有很大影响,在高精度高性能的机械系统结构设计和稳定性分析中,其作用不应被忽视。     

基于粘-滑摩擦力模型的微型压电驱动器动力学分析

提出了一种新型的靠摩擦力驱动的微型压电驱动器，采用粘一滑摩擦力模型对其进行了动力学分析．通过对比仿真结果和实验结果，得出了不同驱动信号下的驱动器动力学特性；改变驱动信号的频率和幅值，能够控制驱动器的运动方向和速度．仿真结果与试验结果吻合较好，证明该摩擦力模型能够对驱动器进行较为精确的理论分析．     

冲击地压粘滑失稳的混沌特性

为探讨冲击地压发生的非线性特征,在分析断层型或构造型冲击地压粘滑失稳的原因和特点基础上,引入了模拟粘滑失稳的双滑块模型.理论分析表明,双滑块模型在对称情况下,完全相同的2个滑块可以造成空间上不相同的滑块运动,但其动力学行为只表现出周期性的特点;在非对称的情况下,滑块的粘滑失稳表现出复杂的混沌行为.通过适当考虑模型参数物理意义以及对参数值进行选取,该模型可用于解释断层型或构造型冲击地压粘滑失稳机理,描述其动力学行为复杂的非线性混沌特性.     

旋转摩擦诱发非旋转体的粘滑振动特性

以旋转体和端部有集中质量的弹性阶梯形悬臂梁系统为研究对象。在旋转圆盘以匀角速度转动的情况下,根据Lagrange方程,导出了系统的运动微分方程。从理论上计算和分析了旋转摩擦诱发梁端质量块的粘滑运动规律,并对影响粘滑运动的主要因素进行了讨论。     

隧道塌滑体贯通施工技术

本文以铁城水电站民门公路改道工程为例,分析了帽砂湾隧道洞口塌滑的原因,提出了解决隧道塌滑体贯通方案及施工工艺流程。     

矿震发生的粘滑失稳机理及其数值模拟

在煤岩体变形失稳破坏机理的基础上对矿震发生的机理.发生准则进行了研究.并对由于开采引发的矿震进行了数值模拟,从而可以对矿震问题进行定量化研究.     

火灾时隧道火风压及其对通风影响的试验研究

借助大比例火灾模型试验，研究了火灾工况下隧道内压力场的发展变化状态及火风压产生的机理，分析了通风速度、火灾规模、隧道坡度和烟流蔓延长度等对火风压的影响规律，以及火灾对隧道通风系统的影响．试验结果表明：火风压随着上述影响因素的增大而单调增大，但增长速率减缓；同时，火灾引起的火风压会极大地影响隧道的正常通风．建议对于长大隧道，发生火灾时，应及时将烟流的蔓延长度控制在尽可能短的范围内，以便减弱火风压对通风系统的影响．     

高速公路隧道衬砌裂纹扩展机理的试验分析

按照相似比制作隧道及衬砌模型,对不同围岩级别下大断面隧道衬砌裂纹扩展机理进行模型试验研究.通过收集试验相关数据得到高速公路隧道在不同荷载条件下,衬砌裂纹扩展的径向位移特征和二衬与初衬间接触应力特征.对隧道衬砌模型进行数值模拟计算,并将计算结果与模型试验结构进行对比分析,分析表明数值模拟计算结果与模型试验结果基本上保持一...     

黄土地层基坑开挖对既有地铁隧道影响分析

为解决黄土地区基坑开挖对近接地铁隧道运营安全带来的影响,研究基坑工程与地铁隧道之间的相互作用机理,基于正交试验分析了水平净距,竖直净距等影响因素敏感性程度,并进一步结合西安地铁八号线幸福林带基坑工程,采用室内模型试验分析了基坑开挖对既有隧道影响的受力变形规律,结果表明：基坑与隧道的竖直净距和水平净距对隧道水平和竖直位移影响显著;在施工过程中,隧道管片的拉伸值始终大于压缩值,且拉伸方向和水平内径变化规律相反;管片拱顶和右墙处弯矩逐渐增大,而拱底和左墙则呈现先减小后增大的趋势;管片周围土压力主要集中在拱底和右墙处,且一直保持减小趋势,其纵向土压力差不断减小,水平土压力差不断增大,导致隧道朝上和朝基坑方向移动。     

砂粘复合地层盾构隧道施工地表横向沉降分析

文章依托广州地铁二号线洛溪—南浦区间盾构隧道工程,选取其中处于砂粘复合地层的六个监测断面对其横向沉降进行研究;选择能反映沉降槽偏移的高斯峰值函数拟合实测的沉降数据,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量等横向沉降特征的重要参数,并对监测断面的沉降槽对称性进行分析;根据现有的沉降槽宽度系数预测理论,提出了更适合砂粘复合地层沉降槽沉降系数的计算方法,并与拟合值进行了比较; 与软土地层,砂砾土地层的沉降槽宽度系数对比,结论表明在等效洞泾比相近的情况下沉降槽宽度：软土地层＞砂粘复合地层＞砂砾土地层。     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形;并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

岩层倾角对层状偏压隧道围岩稳定性影响分析

针对层状岩体偏压隧道在不同岩层倾角下的围岩稳定性问题,采用3DEC离散元数值模拟,研究了顺、反倾层状岩体双洞隧道随岩层倾角变化时的围岩变形规律,并对隧道偏压程度进行了分析.研究结果表明：随着岩层倾角的增大,隧道围岩变形从岩层弯曲变形逐渐向顺层面滑移变形转变,临界角度为45°;左洞最大拱顶沉降为23.60 mm,比右洞最大拱顶沉降小17.94 mm,可见先开挖隧道围岩变形较大;从应力计算结果看,岩层倾角从0°到90°变化时,隧道偏压程度随其增大有所起伏,但总趋势是增加的.以顺倾右洞隧道为例,在倾角为45°时,隧道拱肩、拱腰、边墙的竖向应力差分别为0.45、0.42、0.40 MPa,应力差最小,偏压程度最好.在倾角为90°时,应力差分别为0.65、0.64、0.67 MPa,应力差最大,隧道偏压最为明显.研究的相关成果可为山岭偏压隧道的设计和施工提供有益参考.     

地铁隧道开挖对建筑结构沉降控制分析

本文对地铁隧道开挖对邻近建筑结构的影响为研究对象,以控制工程施工对地面城市环境的影响为研究出发点,针对建筑物结构,结合现场监测、数值模拟和模型试验等手段,重点研究了由隧道开挖引起的地层移动和沉降所诱发的结构变形特征,进而确定此种建筑物结构的抗地层移动和沉降变形的控制标准。     

地形偏压对公路隧道偏压程度影响模型试验研究

为研究地形偏压对公路隧道偏压程度影响,以鹤大高速回头沟隧道为依托工程,采用铁砂、汉白玉等材料,按照几何相似比1∶80,容重相似比1∶1制作隧道模型,结合现场试验验证模型试验的合理性,研究不同埋深、地表坡度对公路隧道偏压程度影响.试验表明:①随着埋深的增大,隧道偏压程度不断减小,当埋深达到35 m以上,偏压程度变化较小,...     

长大公路隧道火灾温度场分布试验研究

为了掌握长大公路隧道内的火灾行为,提升秦岭特长公路隧道的火灾安全性,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律及温度场扩散范围的大比例(1:6)火灾模型试验.模型隧道内径为1.8 m,长100 m.隧道内的风速在10 m/s范围内.试验中设定了3个火灾规模用以模拟实际的隧道火灾场景.试验中隧道内烟流温度通过CAN数据采集系统自动记录.试验结果表明,横向温度分布呈现拱顶最高,拱腰、边墙次之,底部最低的规律.对纵向温度分布而言,火区温度最高,随着远离火区温度逐渐降低.火灾规模及通风速度对温度分布及温度扩散范围具有明显的影响.随着火灾规模的增大,隧道内各点烟流温度及影响范围均增大.而随着通风速度的增大,温度扩散范围增大,火区最高温度降低,隧道内温度分布趋于均匀.此外,根据试验成果对结构防火措施、设备布置方案、火灾时通风风速的设定以及行车距离的限制等给出了合理的建议.