回填壓注對缺陷病害隧道結構承載力影響模型試驗

以重慶市在建的筆架山隧道為現場原型,采用幾何比為1:25的大比例室內模型試驗,選?、＜夘悋鷰r拱頂空洞60°的缺陷隧道為研究對象,重點研究在相同圍巖級別、缺陷形式及加載方式下結構產生病害后,采用不同的內表面補強材料剛度并考慮補強范圍對結構最終承載力的影響,得出了相應補強形式條件下結構最終破壞時的形式、內力分布等狀況,并通過對比不同補強方式時的結構破壞及受力狀況得出合理的結論,以期對隧道的維護管理提供重要的參考依據。

文章以重慶市在建的筆架山隧道為原型,采用幾何比為1∶25的大比例做室內模型試驗。選取不同圍巖類別、不同地應力場及相同缺陷條件下,進行加載試驗至結構產生病害后采取補強措施,再加載至結構破壞。對于軟弱圍巖,錨桿補強能增強拱墻結構的承載力,同時也能取得控制結構位移的效果。錨桿的補強作用在硬巖中則表現的非常充分,在硬巖中隨著錨桿數量的增加,其補強的病害隧道結構承載力明顯提高。同時錨桿補強應與其他補強方式聯合使用,以充分發(fā)揮各自的補強效果。

在隧道的建設過程中,因地質條件、施工等因素的影響在襯砌背后留有空洞的現象是比較普遍的,為了研究這種隧道病害對襯砌結構承載力造成的影響大小及對不同病害工況條件下襯砌結構受力破壞特征,通過對重慶某高速公路隧道典型斷面因施工或環(huán)境原因造成二襯背后空洞的結構缺陷情況,在室內采用幾何比為1∶25的大比例模型試驗,全面研究結構在不同圍巖條件下、不同空洞位置以及不同地應力場(塑性地壓、偏壓及圍巖松弛的垂直地壓)作用下,隧道產生病害的形式、規(guī)律以及承載力的大小。同時采用相同的補強形式加固隧道結構,再進行破壞試驗,最終得出空洞對結構承載力的影響是明顯的,相同條件下,圍巖類別越高,其承載能力越大,空洞對水平應力敏感,在水平應力為主應力時,拱頂空洞的影響大于拱腰空洞的影響;豎直應力作用為主的地應力場,產生病害時對應的豎直荷載高低排序為:無缺陷時最高,中等空洞最低。

采用模型試驗的方法研究了砂土地基中基坑開挖對抗拔樁極限承載力的影響,試驗過程中考慮了基坑開挖直徑、開挖深度及坑底以下有效樁長不同的情況,共進行19組試驗。試驗結果表明:開挖深度相同時,基坑開挖直徑越大,抗拔樁極限承載力下降越多,開挖直徑為30cm(10d)時,抗拔樁極限承載力較開挖前有明顯下降,隨著開挖直徑的繼續(xù)增加,極限承載力繼續(xù)下降,但下降幅度逐漸減小,并趨于一個穩(wěn)定值;開挖深度相同時,坑底以下有效樁長越短,開挖后抗拔樁極限承載力損失比例越大;開挖卸荷后坑內土體處于超固結狀態(tài),抗拔樁極限承載力大于土體為正常固結狀態(tài)時,開挖深度相同時,坑底以下抗拔樁長度越短,開挖后樁周土體超固結比越大,抗拔樁極限承載力與土體正常固結狀態(tài)相比增加比例越大;坑底以下有效樁長相同時,開挖深度越大,開挖后樁周土體超固結比越大,抗拔樁極限承載力也越大。

本文通過上海典型地質條件下的盾構隧道結構的相似模型試驗量測的模型結構縱向位移分布和縱向的地基土反力(土壓力)的分布與結構原型相應理論結果的對比分析,表明盡管理論值比試驗值大,但兩者的規(guī)律相同,通過適當調整局部均布荷載作用下彈性地基梁解析解完全可以滿足縱向設計需要,為局部均布荷載作用下軟土盾構隧道結構在設計階段就考慮避免和減小地鐵隧道結構運營階段出現縱縫過量變形所致的滲水、漏水、縱向開裂等既增加運營維護費用又影響地鐵安全的問題奠定了基礎。

為探討高速鐵路隧道襯砌結構在列車振動荷載長期作用下的動力累積損傷特征,闡述混凝土結構動力相似材料模型試驗原理,以武廣高速鐵路金沙洲隧道為原型,利用微粒混凝土作為相似材料,構建隧道與圍巖動力相互作用全斷面試驗模型,施加高速列車振動荷載對相似材料模型進行動力累積損傷試驗;試驗過程中同步測試隧道襯砌結構各特征點動應變、超聲波速度以及隧道底部圍巖接觸應力的時程響應數據,分析隧道襯砌結構動力響應特征與累積損傷規(guī)律。得出了在設計使用壽命期內,高速列車振動荷載長期作用下,隧道襯砌結構動力累積損傷效應不明顯,而隧道底部圍巖累積損傷破壞則應引起足夠重視等研究結論。

飽和砂土地層中隧道結構可能會因地震地基液化而發(fā)生破壞。通過對可液化地層中地鐵隧道結構的地震反應進行動力離心模型試驗,研究了飽和松砂地基在地震作用下的反應特性、可液化地層中地鐵隧道結構的上浮及變形特性和設置截斷墻對限制隧道結構上浮的效果等問題。研究結果表明,地基液化引起的隧道襯砌上的附加變形內力以及隧道上浮量主要受地基液化時土水壓力的變化影響。截斷墻的設置限制了隧道兩側土體向隧道下方流動的趨勢,有效減小了隧道結構的上浮量。

豎向加筋砂土地基承載力的模型試驗研究——采用模型試驗結合數字照相無標點變形量測技術對豎向加筋砂土條形地基的承載力、土壓力分布、加筋機理、破壞模式等方面進行了實驗研究．結果表明，豎向加筋體長度與加筋體距基礎中心點距離對承載力與土壓力分布影響較大...

成層土地基基礎極限承載力的模型試驗研究——本文通過大量的室內模型試驗對地基土體分層情況下基礎的極限承載力進行了試驗研究，得到成層土地基極限承載力的大小與持力層土體強度、厚度的變化規(guī)律；并且根據試驗結果分別對港口工程和土木工程中常用的邁耶霍夫和...

結合某海上風電場樁基工程中的大直徑超長鋼管樁抗拔承載力研究,利用離心模擬技術,初步推求得出荷載-位移的關系曲線(即q-s曲線),并與現場抗拔試驗成果得出的q-s曲線進行了比較,分析兩者加載方式和加載速率的不同對q-s曲線的影響。結果發(fā)現,上拔力的加載速率較快,求得的單樁抗拔極限承載力偏高。

以密實中砂作為地基土,進行了基礎兩側無超載和僅單側超載的地基模型載荷試驗,研究了單邊超載作用對地基承載特性的影響;主要分析了單邊超載作用下的地基承載力、地基土應力分布以及地基破壞模式。結果表明:與無超載試驗相比較,在單邊超載作用下地基極限承載力得到明顯提高,地基沉降量隨之減少;地基土豎向應力分布情況不再對稱,而是在有超載一側有所增加;地基破壞模式為非對稱形式,橫向破壞區(qū)域長度較短,地基土隆起亦較小。

本文通過大量的室內模型試驗對地基土體分層情況下基礎的極限承載力進行了試驗研究,得到成層土地基極限承載力的大小與持力層土體強度、厚度的變化規(guī)律;并且根據試驗結果分別對港口工程和土木工程中常用的邁耶霍夫和漢納的理論計算方法、漢森加權平均法、擴散角法以及魏錫克的理論計算方法這四種成層土地基極限承載力計算方法進行了驗證。其結果表明對于成層土地基基礎極限承載力的理論計算,由魏錫克和邁耶霍夫的理論所得的計算結果與試驗測量值最接近。最后運用有限元的方法對成層土條件下地基土體的變形及位移情況進行了模擬計算進一步驗證了魏錫克理論的合理性。

砼強度缺陷對小箱梁承載力影響的試驗研究——為確定砼強度缺陷對小箱梁承載力的影響，對存在砼強度缺陷的某連續(xù)梁橋箱梁進行靜載試驗，并與理論計算進行對比。理論計算和靜載試驗結果對比表明，該缺陷對小箱梁的承載能力影響較小，能夠滿足設計要求。

濕陷性黃土樁基現場浸水試驗一般情況下是先浸水然后等到黃土的濕陷性徹底發(fā)揮以后再加載使樁土體系沉降,最后趨于穩(wěn)定的狀態(tài),在樁基正常使用過程中由于雨雪等原因樁基也會遇到先加載后浸水的情況。為了探究兩種浸水工況對樁基承載特性的影響,設計了室內樁土模型試驗。結果表明:與樁土體系先加載后浸水相比,先浸水后加載時樁基中性點位置提高,中性點位置隨著浸水量的增大沿樁身向下移動,樁側負摩阻力極大值增大46%,負摩阻力極值點沿樁身下降170mm,樁基正摩阻力極大值提高46%,正摩阻力極值點沿樁身上升70mm；兩種浸水工況下的樁身軸力沿埋深的變化趨勢都是先增大后減小的拋物線形；樁周土體在未浸水和先浸水后加載兩種工況下的樁基極限承載力一樣大。

文章以洛湛線北崗隧道為背景，開展針對富水軟巖隧道的室內模型試驗，對開挖支護后圍巖的變形及應力的變化規(guī)律進行研究。結果表明：富水軟巖隧道自身穩(wěn)定性差，施工中必須設計足夠強的支護結構，才能保持洞室的穩(wěn)定性。支護結構對洞室圍巖近處變形及應力的影響比遠處顯著；且支護結構越強，能顯著減小洞室周邊圍巖變形量及應力的變化量。

目前針對松動荷載作用下隧道結構受力變形與損傷演化機制的研究相對較少,缺乏結構剩余承載力的量化分析依據,不利于結構健康度評價與維修處治方案的確定。針對上述問題,利用室內模型試驗及數值仿真手段,研究不同圍巖條件下結構受力變形規(guī)律及破壞特征,提煉結構健康評價關鍵指標,建立基于承載力的健康度分級標準。通過研究,提出:(1)拱頂松動荷載下襯砌破壞過程分為3個階段,以拱頂開裂、主裂縫張開為分界點,破壞時拱頂內側、拱腰外側鋼筋拉斷,形成三鉸拱體系；(2)襯砌結構承受相同荷載100kpa時,抗力系數1.58mpa/m的工況拱頂下沉3.3cm,抗力系數200mpa/m的工況拱頂下沉0.23cm；抗力系數從1.58mpa/m增大到200mpa/m時,極限承載力從196kpa增大到1840kpa；(3)以襯砌開裂、拱頂下沉3cm、拱頂鋼筋屈服、拱腰鋼筋屈服、拱頂鋼筋拉斷為關鍵節(jié)點,建立襯砌結構健康度的5級劃分標準,并以拱頂下沉及邊墻收斂作為簡易評價指標,對v～vi級圍巖,拱頂下沉控制值建議取5cm。

為研究常見小型溶洞引起的隧道穩(wěn)定性問題,結合工程實例,應用有限元方法,分析全斷面開挖時,ⅱ類溶洞處于隧道不同位置對圍巖位移和隧道結構受力的影響。結合實測數據對比分析,總結圍巖位移和襯砌受力變化的規(guī)律和原因。模擬結果表明,隧底溶洞距離為1m時,仰拱軸力增加21%,其余部分變化微弱;側壁溶洞距離為1m時,邊墻軸力增加14.8%,其余部分變化微弱;隧頂溶洞距離為1m時,拱頂軸力增加10%,其余部分變化微弱。實測數據和模擬結果表明,溶洞位置對于收斂值的影響,隧底溶洞>隧頂溶洞>側壁溶洞,溶洞位置對于沉降值的影響,側壁溶洞>隧頂溶洞>隧底溶洞。溶洞范圍較小(r2m)或相對距離較遠(l5m)的情況下,襯砌安全系數滿足要求,可不予處治。

為研究不同襯砌缺陷對隧道結構整體安全性的影響,以某實體隧道工程為依托,采用荷載-結構法建立有限元數值模型,分別對襯砌在正常狀態(tài)、強度不足、厚度不足及背后脫空4種工況下進行數值計算,對比分析了不同襯砌缺陷對結構安全性的影響。結果表明:當隧道襯砌存在強度不足和厚度不足缺陷時,缺陷部位單元的安全系數減小,而其他部位的安全系數基本不變,隨著襯砌厚度不足程度的加深,相應缺陷位置的安全系數也隨之降低;當襯砌背后脫空面積較大時,襯砌脫空部位與其相鄰位置處的剪力和彎矩均發(fā)生正負突變,襯砌結構受力與變形模式發(fā)生改變,脫空區(qū)域安全系數明顯減小,但脫空部位相鄰區(qū)域襯砌結構的安全系數反而增大,其他部位安全系數沒有明顯變化,與正常狀態(tài)下基本保持一致。

研究施工缺陷當中的初彎曲,并且以假設的正弦曲線來模擬施工缺陷中的初彎曲,以纖維屈服準則來求解臨界荷載,之后與無施工缺陷下的自有墩進行對比.

基于錨樁加載法承載力現場試驗工程實例,通過建立有限元模型,并與試驗實測結果進行對比分析,得出了錨樁的布置形式、錨樁與試樁距離大小、錨樁直徑大小等因素對試樁極限承載力的影響規(guī)律,對指導錨樁法在樁基靜載試驗中的應用具有重要意義.

采用足尺試驗的方法對復合腔體加固盾構隧道整環(huán)極限承載力的力學特性進行研究,試驗模擬盾構隧道在上部堆載作用下的靜力加載試驗,通過分析結構整體的受力過程、破壞模式和極限承載能力等,總結出復合腔體加固方法作用下的結構力學性能及結構破壞的關鍵性能點。試驗結果表明:復合腔體加固方法可以有效的提高盾構隧道的極限承載能力和剛度。該加固方法具有快速輕型的特點,這將是未來盾構隧道整環(huán)加固的一個全新方法。

濕陷性黃土中成孔方式對樁基承載力影響試驗研究 (2)