內(nèi)表面補強對缺陷病害隧道結(jié)構承載力影響的模型試驗研究

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(nèi)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(jié)構產(chǎn)生病害后采取補強措施,再加載至結(jié)構破壞。對于軟弱圍巖,錨桿補強能增強拱墻結(jié)構的承載力,同時也能取得控制結(jié)構位移的效果。錨桿的補強作用在硬巖中則表現(xiàn)的非常充分,在硬巖中隨著錨桿數(shù)量的增加,其補強的病害隧道結(jié)構承載力明顯提高。同時錨桿補強應與其他補強方式聯(lián)合使用,以充分發(fā)揮各自的補強效果。

以重慶市在建的筆架山隧道為現(xiàn)場原型,室內(nèi)采用幾何比為1∶25的大比例模型試驗,選取不同圍巖類別、不同地應力場及不同缺陷形式條件下,進行加載試驗至結(jié)構產(chǎn)生病害后,采取不同的組合補強措施,再加載至結(jié)構破壞,重點對各種不同條件下,補強后結(jié)構的最終破壞形式、承載力狀況進行研究,得出對于無空洞缺陷或無襯砌減薄的病害隧道,應根據(jù)結(jié)構是以受拉或是以受壓產(chǎn)生的病害來決定內(nèi)表面的補強形式,然后再結(jié)合錨桿補強的組合補強方式;對于有空洞或有襯砌減薄缺陷的隧道結(jié)構,補強時首先是進行回填壓注,然后再與內(nèi)襯.拱架+錨桿補強或與內(nèi)表面補強+錨桿補強兩種補強方式合用。而對于無仰拱病害隧道的補強,對兩個拱腳應做特別處理,內(nèi)表面采用內(nèi)襯.拱架補強時應施作基礎,否則采用注漿和打鎖腳錨桿的方式加固。

在隧道的建設過程中,因地質(zhì)條件、施工等因素的影響在襯砌背后留有空洞的現(xiàn)象是比較普遍的,為了研究這種隧道病害對襯砌結(jié)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(jié)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(jié)構缺陷情況,在室內(nèi)采用幾何比為1∶25的大比例模型試驗,全面研究結(jié)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(chǎn)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(jié)構,再進行破壞試驗,最終得出空洞對結(jié)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(chǎn)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(jié)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(nèi)土體處于超固結(jié)狀態(tài),抗拔樁極限承載力大于土體為正常固結(jié)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(jié)比越大,抗拔樁極限承載力與土體正常固結(jié)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(jié)比越大,抗拔樁極限承載力也越大。

本文通過上海典型地質(zhì)條件下的盾構隧道結(jié)構的相似模型試驗量測的模型結(jié)構縱向位移分布和縱向的地基土反力(土壓力)的分布與結(jié)構原型相應理論結(jié)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(diào)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(jié)構在設計階段就考慮避免和減小地鐵隧道結(jié)構運營階段出現(xiàn)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(jié)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(jié)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(jié)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(shù)據(jù),分析隧道襯砌結(jié)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(nèi),高速列車振動荷載長期作用下,隧道襯砌結(jié)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(jié)論。

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(jié)合數(shù)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(jié)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(nèi)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(jù)試驗結(jié)果分別對港口工程和土木工程中常用的邁耶霍夫和...

以密實中砂作為地基土,進行了基礎兩側(cè)無超載和僅單側(cè)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(jié)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(cè)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(nèi)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(jù)試驗結(jié)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(jié)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(jié)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。

結(jié)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(xiàn)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(jié)果發(fā)現(xiàn),上拔力的加載速率較快,求得的單樁抗拔極限承載力偏高。

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(jié)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。

飽和砂土地層中隧道結(jié)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(jié)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(jié)構的上浮及變形特性和設置截斷墻對限制隧道結(jié)構上浮的效果等問題。研究結(jié)果表明,地基液化引起的隧道襯砌上的附加變形內(nèi)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(cè)土體向隧道下方流動的趨勢,有效減小了隧道結(jié)構的上浮量。

為研究常見小型溶洞引起的隧道穩(wěn)定性問題,結(jié)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(jié)構受力的影響。結(jié)合實測數(shù)據(jù)對比分析,總結(jié)圍巖位移和襯砌受力變化的規(guī)律和原因。模擬結(jié)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(cè)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(shù)據(jù)和模擬結(jié)果表明,溶洞位置對于收斂值的影響,隧底溶洞>隧頂溶洞>側(cè)壁溶洞,溶洞位置對于沉降值的影響,側(cè)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(shù)滿足要求,可不予處治。

濕陷性黃土樁基現(xiàn)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(nèi)樁土模型試驗。結(jié)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(cè)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(nèi)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(jié)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(jié)構，才能保持洞室的穩(wěn)定性。支護結(jié)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(jié)構越強，能顯著減小洞室周邊圍巖變形量及應力的變化量。

表面波法確定卵石土地基承載力模型研究——利用統(tǒng)計學的原理，對卵石土地基動力觸探擊數(shù)和剪切波速的關系進行了研究，推導了它們之間的二次多項式、冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)回歸方程。通過對比研究發(fā)現(xiàn)，二者之間具有良好的指數(shù)函數(shù)相關關系。為了驗證該指數(shù)函數(shù)回歸模...

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(jié)構整體的受力過程、破壞模式和極限承載能力等,總結(jié)出復合腔體加固方法作用下的結(jié)構力學性能及結(jié)構破壞的關鍵性能點。試驗結(jié)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。

針對砂土地層隧道施工對埋地管道產(chǎn)生的不利影響,綜合考慮管道埋深、隧道埋深,管隧交角影響因素,采用室內(nèi)模型試驗對埋地管道的變形特性進行了研究,在試驗研究的基礎上,基于管道許用應力原理和管道彎曲變形理論,建立了關于管道埋深、隧道埋深和管隧交角的管道安全的控制標準。研究得到結(jié)論如下:(1)管道位移基本服從高斯分布,管道最大位移和位移曲線寬度系數(shù)分別與隧道埋深和管道埋深呈非線性非單調(diào)變化關系,與管隧交角均呈非線性減小的關系;(2)定義管隧近接系數(shù)和管道變形系數(shù)用于描述管隧近接程度和管道變形程度,管隧垂直時管道變形系數(shù)和管隧近接系數(shù)服從4次多項式函數(shù),當管隧近接系數(shù)約等于0.8時,管道變形程度最大;(3)不同管隧交角下管道歸一化曲線較為接近,考慮到管道的整體變形,管隧交角在60°~90°時,管道變形最為嚴重,管隧交角與管道變形系數(shù)大致服從3次多項式函數(shù)分布。

聲明：未經(jīng)本書面批準，不得部分復制試驗報告（完整復制除外）。 年月日 試驗編號： 委托單位： 工程名稱：中心路—后海河（北段）市政工程i標 試驗單位(章): 市政試-50 市政基礎設施工程 基礎(樁、地基)承載力試驗報告

由于地層的變化,同一工程項目選用同一種直徑的樁作基礎,將導致地層薄弱處樁基單樁承載力明顯偏低,本文通過對管樁進行注漿試驗,將同一地層情況的注漿管樁與未注漿管樁分別做靜載試驗表明,管樁經(jīng)注漿處理其承載力可得到明顯提高,為類似工程的樁基處理提供參考。

關于復雜地層條件中基坑施工對地鐵結(jié)構的影響及運營安全意義重大。以某一地鐵建設工程為研究對象,通過有限元計算模擬的手段,展開基坑的開挖及樁基施工對隧道結(jié)構位移及力學性質(zhì)的影響研究。指出在基坑下部樁基的加載過程中,隧道的應力應變變化較小,隧道底部應力變化最大,其頂部豎向位移最大,且兩側(cè)的水平位移最大。