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2023年  第23卷  第4期

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2023年第23卷第4期封面与目录
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综述
黄土边坡坡面防护技术综述
晏长根, 梁哲瑞, 贾卓龙, 兰恒星, 石玉玲, 杨万里
摘要: 针对黄土裸露边坡水土流失严重的问题，总结了黄土边坡坡面防护技术的重要研究成果，梳理了坡面工程防护技术的发展历程，探讨了边坡植被防护技术的主要研究方向与不足，分析了固化黄土的抗剪强度、水稳特性等护坡性能与效果，展望了黄土边坡坡面防护技术未来的研究趋势。研究结果表明：坡面工程防护技术包括圬工防护技术、骨架结构防护技术、土工格室柔性防护技术等，发展历程为圬工作业逐渐精细化，含细分框格的新结构、新材料、新工艺不断涌现；边坡植被防护技术一般从植被天然护坡效应、植生措施、植物选取搭配开展研究与应用，但由于忽略黄土本身较强的水敏性与较差的土壤肥力，导致坡面植被后续生长乏力，无法单纯依靠植被本身进行坡面防护；不同固化材料处理条件下黄土的护坡性能与效果各有特点，尤其生物胶与纤维可在生态效应和长期稳定性方面起到积极协同作用，使得胶-筋固化黄土表现出优良的抗侵蚀效果和土水保持能力，具有较大的应用潜力和前景；明确工程结构、植被、固化黄土一体化的综合生态护坡技术是边坡防护工程发展的必然趋势，同时提出应将固化黄土防脱技术、生态材料修复技术、边坡防护安全生态监测系统、护坡时效性评估方法以及植物搭配景观设计等方面作为未来的重点研究方向。更多>
2023, 23(4): 1-22. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.001
摘要(2056) HTML (588) PDF (44243KB) (318)
公路建养装备数字孪生技术综述
惠记庄, 张泽宇, 叶敏, 顾海荣, 张浩博, 段雨
摘要: 为促进数字孪生技术在公路建养装备的发展与应用，从零部件、系统和设备3个层级出发，探讨了数字孪生公路建养装备的概念和组成，提出了机理-数据异构融合的数字孪生层级架构，研究了核心零部件液力变矩器多能域耦合和滚动轴承故障诊断、寿命预测的现状和最新进展，总结了融合机理-数据异构的公路建养装备零部件级数字孪生架构；基于装备动力流传递和大数据分析，将系统层级的数字孪生技术归纳为数字协同运动系统和后台数据管理系统，阐述了传动系统功率匹配、液压系统性能退化和数据管理系统工况感知，剖析了当前的技术应用与不足；围绕数字孪生装备的基本理念，阐释了设备级公路建养装备数字孪生技术的内涵与特征，介绍了当前公路建养装备数字孪生技术在工况划分、效能优化与作业质量控制的典型实践场景，探讨与展望了数字孪生公路建养装备所面临的挑战及关键技术。研究结果表明：公路建养装备的相关研究目前集中于典型工况的仿真分析与试验测试验证，存在复杂工况下多耦合场机理和算法研究不够深入、技术工况简单、外部参量与内部多物理场耦合研究不充分、试验结果与实际装备使用存在较大区别的问题；未来应从建立混合设备群状态智能监测与远程控制、研究不同场景下状态分析与数据处理算法的决策优化与指导、构建复杂环境下有效的“人-机-环”交互机制三方面入手，实现数字孪生技术在公路建养装备的落地应用。更多>
2023, 23(4): 23-44. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.002
摘要(2432) HTML (898) PDF (12832KB) (267)
道路与铁道工程
柔性路面结构设计的动力安定下限理论与分析方法
钱建固, 戴浴晨
摘要: 为研究长期交通荷载作用下柔性路面路基的力学响应与服役性能，回顾了安定理论在柔性路面路基设计过程中的研究现状、存在问题及前沿进展，阐释了经典上限、下限动力安定理论的基本原理及其在交通岩土工程领域的应用与发展现状，阐述了下限安定的判别准则与数值分析方法；结合人工边界-动力有限元案例揭示了交通移动荷载作用下路面-路基系统的动力响应，讨论了材料横观各向同性、轮-路摩擦等因素对道路结构动力安定性的影响规律。分析结果表明：交通荷载作用下道路结构的动力效应对安定极限有重要影响，下限安定极限水平随车辆移动速度的增大而降低，当移动速度增至结构体系的Rayleigh波速时，道路结构体系的安定极限降至最低；路基材料力学属性与各向异性程度、轮-路摩擦因数等因素对柔性道路结构的下限动力安定极限也有重要影响；道路结构体系的下限动力安定极限随结构上层与下层弹性模量比的增加先增大后减小；对应最大安定极限的最优模量比表明安定极限临界位置从下层路基向上层路面的转变；考虑水平向摩擦时，轮-路摩擦因数的增大会明显降低结构的动力安定极限，同时减弱荷载移动速度对道路结构动力效应的影响。更多>
2023, 23(4): 45-59. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.003
摘要(837) HTML (203) PDF (10697KB) (119)
高海拔多年冻土区砂石路面公路的路基温度场特征
包卫星, 刘亚伦, 毛雪松, 李伟, 秦川, 郭强, 陈锐
摘要: 为了研究修筑公路对高海拔多年冻土层热状态的影响，开展了新藏公路多年冻土区路段沿线病害调查，在海拔5 400 m地带修筑了冻土地温监测断面与气象监测站点；对气温、地温、辐射强度进行了监测，依据监测结果计算了冻土上限处的热流通量，分析了多年冻土层地温变化特征；基于热传导和热扩散理论，建立了天然地基及普通路基下部多年冻土地温-深度理论预测模型。研究结果表明：多年冻土区公路病害主要由于沥青路面大量吸热导致，热棒、隔热层等主动、被动保护的手段虽有一定效果，但不能改变多年冻土的快速退化；研究区域天然地基与路基中心一天内温差最高达19.66 ℃，左、右路肩一天内温差最高为4.94 ℃，天然地基下深层多年冻土温度稳定在-6.0 ℃左右，路基中心下部深层多年冻土温度稳定在-5.6 ℃左右，路基下部相较天然地基温度变化更为剧烈，且等温层温度更高；研究区域的辐射强度在一天的10:00~18:00显著增强，在一年的3~6月为辐射强度的顶峰期，浅层地温主要受辐射强度的年周期变化影响；天然地基、路基中心、阴坡路肩与阳坡路肩下部多年冻土层年热流通量依次为-4 001、-14 649、-4 487与58 303 kJ·m-2，路基中心散热速率大于天然地基，阳坡路肩处大量吸热；天然地基的等温层出现在9.79 m深度处，而路基中心等温层出现在9.61 m深度处，路基中心等温层位置更浅，路基土的换填使路基下部浅层冻土温度变化更明显，短期内对下部多年冻土的散热有正向作用；在阴阳坡效应下，阳坡下部多年冻土温度升高，路基热稳定性降低，并产生不均匀沉降。更多>
2023, 23(4): 60-74. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.004
摘要(955) HTML (190) PDF (24754KB) (102)
水位抬升对高铁路基动力响应与长期沉降的影响
胡静, 唐跃, 张家康, 蒋红光, 边学成, 邓涛
摘要: 基于Biot理论，建立了轨道-路基-多层饱和土地基耦合系统的2.5维有限元分析模型，提出了考虑实际列车循环荷载作用的路基累积沉降计算方法，分析了水位抬升、列车速度和列车轴重对路基动力响应与长期沉降的影响。研究结果表明：水位抬升对土体振动强度的放大作用并不是局限在水位变化的深度范围内，而是会导致整个路基和地基断面的振动增大，并且这种全断面式的振动放大效应随着列车速度的提高而增强；水位抬升至路基内部时，路基内部会出现显著的超静孔压，最大值达到27.52 kPa，导致有效应力大幅下降，路基内土单元的应力路径向破坏线靠近；当水位仅在地基内抬升时，路基在列车循环荷载作用下的累积变形较小，线路沉降主要来自于地基，当水位抬升至路基内部时，路基累积变形随加载次数的增加发展迅速，100万次加载后变形为19.54 mm，远超容许值，说明路基防水对于线路的长期累积沉降控制具有关键作用；路基和地基的累积变形受列车速度和列车轴重的影响，随着列车轴重的增加而显著增大，并且轴重的增加对路基累积变形的影响相较于地基更强烈，在设计时需要格外关注。更多>
2023, 23(4): 75-91. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.005
摘要(726) HTML (152) PDF (20710KB) (98)
水泥粉煤灰处理湿陷性黄土路基承载性能
邓友生, 李龙, 孙雅妮, 姚志刚, 孟丽青
摘要: 为揭示水泥粉煤灰后压浆对湿陷性黄土桩网结构路基的加固机理，开展后压浆水泥粉煤灰碎石桩室内静载试验，分析了后压浆对桩周土样湿陷系数的影响，研究了竖向静载作用下后压浆桩网结构路基沿深度方向附加应力、桩侧摩阻力及桩端阻力的变化规律；基于Boltzmann数学模型和荷载传递函数，分析了桩侧摩阻力和桩端阻力增强机理，给出后压浆桩侧摩阻力和桩端阻力计算式；利用数值模拟方法，探讨了桩体弹性模量、后压浆深度、桩网置换率和褥垫层厚度对桩网结构路基承载力的影响机制。研究结果表明：在相同荷载作用下，经水泥粉煤灰后压浆处理后的桩周土体的湿陷系数小于自然土样的湿陷系数，且小于0.015；压浆后，静载作用下桩网结构路基中桩顶的竖向附加应力逐渐减小，桩间土的竖向附加应力先减小后增大，桩侧摩阻力较未压浆桩增大了约1.54倍；随着注浆深度的增加，桩身深度方向上的应力最大值呈先增大后减小趋势，且在等桩长深度处取得应力最大值；当桩网置换率提高1倍时，沿深度方向的应力和沉降均减小，其中应力峰值降低24%，沉降量减小26%；桩网结构路基中随着褥垫层厚度的增大，路基深度方向上应力逐渐增大。可见，水泥粉煤灰处理湿陷性黄土路基能减弱路基土体湿陷性，提高承载力，在施工过程中需要考虑桩体弹性模量、后压浆深度、桩网置换率和褥垫层厚度对路基承载力的影响。更多>
2023, 23(4): 92-103. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.006
摘要(618) HTML (210) PDF (6946KB) (84)
基于干湿循环试验的黄土路堑浅层边坡长期稳定性分析
石玉玲, 常洲, 安宁, 晏长根, 兰恒星, 杨万里
摘要: 为评估干湿循环作用对黄土边坡浅层土体强度的劣化效应，对甘肃定西Q3原状黄土开展了不同干湿循环路径下的室内直剪试验，分析干湿循环次数、循环幅度与下限含水率对土体抗剪强度的影响，建立了考虑干湿循环三参数的强度劣化模型，并运用强度折减法对比了不同干湿循环路径下黄土路堑浅层边坡的长期稳定性。试验结果表明：随着干湿循环次数增加，原状黄土的黏聚力呈现先减小后趋于稳定的变化趋势，可采用双曲线函数进行拟合，内摩擦角呈线性下降趋势，10次干湿循环后，原状黄土黏聚力与内摩擦角的最大劣化度分别为27.64%与9.88%；在相同干湿循环次数下，循环幅度对原状黄土黏聚力和内摩擦角的劣化效应大于下限含水率；干湿循环过程中黄土路堑浅层边坡的长期稳定性系数遵循指数下降函数，不同干湿循环路径下边坡稳定性系数最大降幅为61.5%，且在6次循环后稳定性系数降幅约占总减小值的85%；干湿循环中循环幅度和下限含水率影响着黄土路堑浅层边坡稳定性，表现为随着下限含水率增大，浅层边坡稳定性系数先增大后趋于稳定，但随着循环幅度增大，稳定性系数线性减小；工程实际中边坡不同深度土体含水率变化范围不同，干湿循环路径存在差异，在进行黄土路堑边坡长期稳定性分析时建议考虑土体的干湿循环分层效应。更多>
2023, 23(4): 104-115. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.007
摘要(527) HTML (297) PDF (14023KB) (72)
降水入渗条件下氯盐渍土水盐迁移规律
张留俊, 裘友强, 张发如, 李雄飞, 刘军勇
摘要: 为探究降水入渗导致氯盐渍土盐分流失问题，以人工配置的不同含盐(氯化钠)量粗粒土和细粒土为研究对象，通过自行设计的室内降水入渗模拟试验装置，获取了14种工况下近500组试验数据，对比分析了降水入渗次数、土样粒径与含盐量对土样水盐迁移特性的影响；建立了降水入渗作用下土体盐分迁移与水分迁移之间的联系，确定了入渗影响深度，揭示了水分与盐分经降水入渗作用后在土柱中的分布特征。研究结果表明：对于细粒盐渍土，随着降水入渗次数从1~4的增加，其含水率和含盐量的峰值点均明显向下发生移动，盐分将逐渐向土柱中底部积聚；对于粗粒盐渍土，2次降水入渗后，含水率在土柱高度范围内分布较为均匀，且降水入渗次数的继续增加并没有改变这种均匀性，而盐分将随着水分快速向土柱底部积聚；氯盐渍土这种“盐随水走”关系与其易溶于水有关，所以氯盐渍土填料路基应加强防水措施，特别是粗粒土填料，虽然其可压实性优于细粒土，但浸水后溶陷强烈，病害更为严重；一定范围内含盐量的增大不会改变细粒土或粗粒土水盐迁移的整体规律，但会降低土体水盐迁移的速率，与含盐量较低的细粒土相比，含盐量较高的细粒土的水分与盐分峰值点出现深度均滞后5~15 cm；在降水入渗相同条件下，不同含盐量细粒土盐分迁移的相对增大幅度不同，但盐分上升绝对量基本相同，说明不同含盐量细粒土中水分所能携带的盐分是一定的。更多>
2023, 23(4): 116-127. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.008
摘要(332) HTML (136) PDF (12938KB) (49)
地聚合物固化含黏风积沙土-水特征曲线
陈锐, 陈海, 包卫星, 来弘鹏
摘要: 为研究地聚合物固化含黏风积沙的持水性能，采用地聚合物对含黏风积沙进行改良，基于压力板仪法测量了不同基质吸力下对应的体积含水率，绘制了相应的土-水特征曲线(SWCC)并进行了模型拟合，探讨了含黏量、地聚合物掺量、龄期和纤维长度对固化风积沙持水性能和拟合参数的影响规律。研究结果表明：随着含黏量由20%提升到30%，风积沙试样在同一吸力下的体积含水率上升了3%左右，持水性显著提升；随着地聚合物掺量由8%提升到12%，20%和30%含黏量固化风积沙SWCC整体上移，10 kPa吸力对应体积含水率分别提升7.0%和5.9%，600 kPa吸力对应体积含水率分别提升4.3%和4.2%；而延长龄期对固化风积沙持水性能的提升较小，体积含水率变化幅度不超过1%；长度为6 mm的玄武岩纤维对固化风积沙持水性能的提升很小，但掺入长度为12 mm的纤维会导致其持水性能稍降低，两者变化幅度均不超过1%；固化含黏风积沙的SWCC具有2个陡降段，可采用分段式Van Genuchten模型拟合；双峰拟合参数能够反映试样大、小孔隙的分布，黏土仅影响大孔隙参数，而地聚合物能够影响大、小孔隙参数；扫描电镜和压汞试验结果表明地聚合物胶结产物和黏土的填充作用降低了土样孔隙率，掺入地聚合物后固化风积沙中孔隙总体积变化较小，一些大孔隙转化为小孔隙，大孔隙峰值密度由0.45 mL·g-1降至0.22 mL·g-1，微孔隙峰值密度由0.02 mL·g-1升至0.05 mL·g-1，孔隙平均尺寸减小；地聚合物水化产物的胶结作用导致土中产生团聚体，包裹了部分自由水并阻碍了水分流失，进而提高了固化风积沙的整体持水性能。更多>
2023, 23(4): 128-141. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.009
摘要(356) HTML (87) PDF (22016KB) (50)
干湿循环作用下充填节理岩石压缩特性
柴少波, 宋浪, 刘欢, 阿比尔的, 刘帅
摘要: 为探明干湿循环作用对充填节理岩石压缩力学强度与变形破坏特征的影响，人工制备多种不同充填物的节理岩石试样，对其进行0(全程干燥)、1、5、10、15、20次干湿循环预处理，使试样产生一定的累积损伤；在此基础上，对充填节理岩石试样进行静态单轴压缩试验和动态冲击试验，并在动态冲击试验过程中借助高速摄像机观察充填节理岩石的冲击破坏特征。研究结果表明：随着干湿循环次数的增加，充填节理岩石的静态和动态抗压强度不断降低，且降低幅度逐渐变小，20次干湿循环作用后岩样的静态和动态抗压强度总劣化度均为20%~30%；通过拟合发现岩样的动态抗压强度降低规律符合指数函数分布；随着干湿循环次数的增加，静态破坏模式由劈裂破坏逐步发展为剪切破坏，动态冲击中充填节理岩石破碎程度和充填节理层粉碎飞溅程度加剧，验证了干湿循环作用会严重影响充填节理岩石的变形破坏特征和动态抗冲击能力；应力波透射系数随干湿循环次数的增加而不断降低，20次干湿循环作用后岩样的应力波透射系数降低了约10%，说明干湿循环作用对应力波传播能力造成了显著影响。更多>
2023, 23(4): 142-153. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.010
摘要(344) HTML (147) PDF (21457KB) (38)
钻孔原位剪切测试系统设计
刘鑫, 兰恒星, 晏长根, 董忠红, 包含, 伍宇明, 张帆宇, 祝艳波, 张军
摘要: 为了解决传统原位土体强度测试探测深度浅与过度依赖经验公式等问题，提出了钻孔原位剪切测试系统构想，并设计了样机，整个测试系统由孔内切削子系统和孔内变径剪切子系统组成，前者能够在钻孔内任意位置锚固并切削土环，后者能够对土环进行剪切试验，并通过传感器记录剪切力和剪切位移；基于模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验，进一步检验了钻孔原位剪切测试系统的可靠性。研究结果表明：模型箱钻孔剪切试验的剪切面平行于剪切力的方向，应力-应变曲线符合基本规律；黄土在模型箱钻孔剪切试验和室内直剪试验中均出现应变软化现象，且黄土的峰值剪切强度随含水率升高而下降；在室内直剪试验中黄土发生了脆性破坏，而在钻孔剪切试验中黄土表现出塑性破坏，在相同的孔隙比、含水率与加载压力下，钻孔剪切试验的峰值强度比室内直剪试验大，原因在于室内直剪试验剪切面的应力分布不均匀，而钻孔原位剪切试验的剪切面受力稳定且保持不变，与室内直剪试验相比，钻孔原位剪切测试系统具有更高的测试准度。更多>
2023, 23(4): 154-164. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.011
摘要(516) HTML (326) PDF (19753KB) (51)
软弱破碎地层隧道半椭球体松散荷载计算方法
韩鑫, 叶飞, 刘畅, 韩兴博, 贾艳领, 王东方
摘要: 为有效控制隧道围岩压力，优化隧道支护结构，研究了软弱破碎地层作用在隧道衬砌结构上的松散荷载；根据相关文献中砂性地层隧道周边围岩松动变形试验，采用半椭球体拟合了地层松动范围，提出了软弱破碎地层半椭球体松散荷载模型，给出了松散荷载随隧道收敛变形的计算表达式，分析了松散荷载的分布特征及其随隧道收敛变形的变化特征；为提高松散荷载计算效率，将半椭球体松动边界离散为多个线段，提出了松散荷载离散求和的数值计算流程；为进一步增强计算模型的工程实用性，采用二次多项式拟合松散荷载，得到了松散荷载随隧道收敛变形的简化计算方法。研究结果表明：提出的半椭球体模型可较为准确地描述隧道所受的松散荷载及其随隧道收敛变形的动态变化特征，由于滑动面上摩阻力的作用，松动区范围内的地层竖向应力小于地层初始自重应力，松动区荷载通过滑动面上的摩阻力向周边地层转移，松动区土拱效应显著；随着隧道收敛变形的增加，隧道周边地层松动范围增大，松散椭球体受周边地层的约束作用减弱，地层土拱效应减弱；地层内摩擦角和椭球体偏心率对松散荷载的计算结果影响较大，需根据地质条件测试确定；将半椭圆曲线分为3段时，离散求和的数值计算结果与解析解的相对误差约为3.9%，具有较好的一致性。更多>
2023, 23(4): 165-177. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.012
摘要(484) HTML (118) PDF (7115KB) (50)
浅埋隧道开挖引起地层位移的双极坐标求解法
来弘鹏, 姚毅, 高强, 刘禹阳
摘要: 基于双极坐标系和Mohr-Coulomb准则，考虑剪胀特性，在Jeffery和Massinas半无限空间圆形隧道围岩应力解的基础上联立平衡方程，推导了浅埋隧道施工拱顶方向的地层位移弹塑性解，并通过Peck公式、Park公式、Loganathan-Poulos公式和实测数据进行验证，揭示了地层变形机理和既有研究之间的联系，给出了考虑地层参数和施工因素影响的经验参数(地层损失率和间隙参数)定量取值方法。研究结果表明：弹塑性解的假定条件更少，与Peck公式、Park公式的差值在2%以内，与Loganathan-Poulos公式的差值为9.5%；双极坐标求解法从弹塑性分析的角度进一步解释了地层变形机理、Peck公式和各类修正弹性公式，即浅埋隧道开挖也会引起地层弹性和塑性变形，以Peck公式为代表的经验公式法在计算地层变形时，地层损失率在不同地区和施工控制条件下的取值分别对应着不同地层参数(黏聚力、内摩擦角、泊松比、重度和弹性模量)和施工边界条件(埋深、开挖半径、支护力)下的地层弹塑性变形；以Park公式、Loganathan-Poulos公式为代表的各类修正弹性解也可近似看作通过断面椭圆化和下沉等手段的修正来抵消理想弹性解与弹塑性解之间的差值。可见，弹塑性解与既有公式结合能更好地指导现场施工。更多>
2023, 23(4): 178-189. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.013
摘要(330) HTML (175) PDF (3326KB) (41)
隧道施工引起的松砂土层与地表结构响应
徐敬民, 徐成华, 施烨辉, 章定文, 徐涛, 胥稳, 程荷兰
摘要: 通过4组离心试验，模拟相对深度(埋深-直径比)分别为1.3和2.0的隧道在砂质土层中施工，分析了土层与地表建筑的位移与变形规律；通过抽取模型隧道内部的液体模拟隧道施工导致的土层体积损失，并设计了2层铝制框架结构模型，利用粒子图像测速技术测量了隧道施工引起的土层与结构移动数据，分析了地表与建筑筏板基础的水平与垂直位移、深部土层的移动与剪切变形、框架结构剪切变形与分类，以及结构剪切变形的修正系数与相对抗剪刚度。研究结果表明：隧道相对深度从1.3增加到2.0时地表沉降槽宽度从3.4 m增加到5.6 m，地表建筑的最大沉降从32.3 mm增加到49.5 mm，但变形程度有所降低；隧道施工影响下地表框架结构的变形主要表现为剪切变形，弯曲变形所占比重可以忽略不计；隧道施工引起松砂土层发生收缩变形，导致地表土层体积损失率始终大于隧道体积损失率，且隧道越深，差异越大；较浅隧道试验中建筑筏板基础与土层间存在较大间隙(27 mm)，而较深隧道间隙几乎为0，从而增大了建筑筏板基础对地表土体水平移动的约束范围；建筑的剪切变形修正系数随隧道体积损失率的增加逐渐降低，且浅隧道的变化速率更大；2种隧道相对深度的建筑剪切变形修正系数-相对抗剪刚度数据点均位于已有经验包络线的内部，表明该修正系数也适用于较深隧道。更多>
2023, 23(4): 190-204. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.014
摘要(226) HTML (58) PDF (14999KB) (38)
漂卵石隧道支护体系受力变形特性
昝文博, 赖金星, 曹校勇, 冯志华, 邱军领, 张文接
摘要: 针对川藏线拉萨—林芝段娘盖村隧道开挖与支护施工难、拱部塌落灾害频发等工程技术难题，提出了“三台阶互补循环式开挖+型钢钢架+喷射混凝土+双层密钢网+多组锁脚锚杆(管)+衬砌壁后注浆”的开挖支护组合体系，选取漂卵石隧道2组典型断面开展支护体系受力与变形实测研究，分析了围岩荷载作用特征、支护体系受力特性以及洞内外变形规律，揭示漂卵石隧道新型支护体系承载作用机制，总结提出了相应的防控新原则。分析结果表明：围岩压力以拱部松动塌落荷载为主且沿洞周分布不均，初期支护与二次衬砌平均荷载分担比例分别为67.65%和32.35%；锁脚锚杆受力拉压兼具，优化后最大拉、压力分别减小了45.9%和20.0%；二次衬砌受力总体较小，具有足够的结构安全储备；洞身段拱顶下沉不超过15 mm，水平收敛为8~9 mm；洞口段变形不对称且受浅埋偏压和降雨条件影响显著，拱部最大下沉达52.4 mm，上、下台阶水平收敛分别为11.4和15.6 mm，在类似不利条件下应尽早施作仰拱和二次衬砌以保证施工安全；漂卵石隧道支护体系设计遵循“少扰动、强拱脚、防超挖、密钢网、勤注浆”的防控原则，能够及时控制拱部松动区扩展，调动深层围岩的自承载能力，从而达到改善支护结构受力性能和有效避免拱部塌落灾害发生的目的。更多>
2023, 23(4): 205-217. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.015
摘要(354) HTML (148) PDF (20902KB) (45)
隧道衬砌背后脱空识别的改进瞬变电磁雷达法
耿庆桥, 贾元华, 叶英, 王登科
摘要: 针对衬砌背后脱空检测图像特征不显著、脱空定位及范围识别准确性较低等技术难题，以瞬变电磁理论为基础，结合隧道衬砌结构检测需求，提出了隧道衬砌背后脱空识别的改进瞬变电磁雷达法；通过改善发射系统关断时间增大探测深度；利用接收线圈等效电路及弱信号增强算法提升成像分辨率；在剔除强干扰信号并增大发射磁矩基础上，采用圆滑滤波处理及多周期叠加采样抑制数据噪声；基于视电阻率差异建立衬砌结构相关介质的TER图谱，通过不同类型混凝土构件的多种组合进行室内衬砌缺陷模拟检测试验，初步评估改进TER法检测衬砌背后脱空的可行性及其检测精度；在北京市地铁6号线郝北隧道进行了现场实际检测与应用，综合对比了TER检测图像与管片钻芯取样结果，以验证改进TER法检测衬砌背后脱空的有效性。研究结果表明：改进TER法具有较高的成像分辨率与较好的缺陷辨识效果，可直观清晰地反映衬砌背后脱空缺陷的实际特征，能有效识别衬砌厚度、钢筋埋深、衬砌背后脱空及衬砌内部空洞的具体位置及范围；可定量化描述10~20 cm的脱空缺陷，并对小于10 cm的脱空缺陷进行定位及脱空量级判定，对于衬砌背后深度达30 cm以上目标体的识别结果具有较好的参考性；改进TER法受金属介质干扰较小，在大范围连续性检测中，可对脱空范围大于30 cm的衬砌背后脱空缺陷进行精确定位。更多>
2023, 23(4): 218-232. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.016
摘要(359) HTML (117) PDF (25079KB) (52)
严寒条件下地铁车站基坑受力与变形特性
杨晓华, 蔡世春, 何少华, 邵莹, 晏长根
摘要: 以呼和浩特地铁1号线为依托，基于自主研发的冻融循环试验装置，针对基坑土体的温度分布、表面土体冻胀量、地下连续墙受力与变形特性进行室内试验，采用数值仿真分析了不同风速、含水率及温度下基坑的受力与变形特性。研究结果表明：基坑周围土体在从5 ℃到-30 ℃的降温过程中呈现双向冻结特征，靠近地下连续墙一定范围内土体最大冻结深度可达18.2 m(即基坑底面向下1.09 m)；基坑土体及地下连续墙的最大变形随着冻融循环次数的增加而增大，并在6个冻融循环周期内趋于稳定，末次冻融周期地表隆起量最大可达首次冻结时的3.85倍；水平冻胀力沿地下连续墙大致呈抛物线型分布，最大冻胀力出现在地下连续墙的中部，在-30 ℃时可达775.8 kPa；风速对基坑土体热交换有显著影响，在风速为0~0.4 m·s-1时风速和基坑水平土压力线性相关，风速为0.4~2.5 m·s-1时土压力波动增长，风速大于2.5 m·s-1后土压力基本稳定；在风速为0~0.4 m·s-1时风速和地表变形线性相关，风速为0.4~2.5 m·s-1时变形阶梯式增长，风速大于2.5 m·s-1后变形基本稳定；当含水率从13.3%提升至33.3%时最大水平土压力增加44.2%；在不同的恒定负温下，环境温度越低最大水平冻胀力的位置越靠近基坑底部，-30 ℃时最大水平冻胀力可达0.95 MPa，地表最大变形可达56.6 mm。更多>
2023, 23(4): 233-247. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.017
摘要(265) HTML (76) PDF (20367KB) (47)
土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验设计与应用
黄大维, 徐长节, 罗文俊, 姜浩, 刘家璇, 李庆
摘要: 为提高对盾构施工相关问题试验研究的针对性，提出了土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验方法，并设计了模型试验相关装置；为避免多个关键影响因素相互影响，将盾构隧道施工过程中开挖掘进、管片拼装、同步注浆等关键操作环节分开依次进行模拟；为降低刀盘开口率试验研究相关成本，研制了几何相似比为1∶10且刀盘开口率可调的模型盾构机；为确保模型盾构隧道的纵、横向刚度相似性，设计了几何相似比为1∶10且纵、横向刚度可分别按需设置的模型盾构隧道，其管片环采用修正匀质圆环模型，管片环之间采用垫有压缩弹簧的螺栓连接；为方便试验并节省成本，模型盾构隧道采用外部拼装后再放入钢套筒内，以避免在狭小空间内进行管片拼装，且不加工管片拼装机；为实现注浆压力与注浆量的精准控制，设计了适用于室内模型试验的恒压同步注浆装置；利用模型盾构机开展了掘进施工过程中渣土输出控制对地表沉降影响的试验研究。分析结果表明：单位掘进距离的渣土输出量直接关系到盾构掘进过程中的超挖控制，从而影响地表沉降，当出土率小于1时，出土率变化对地表沉降影响较小，当出土率大于1时，出土率增大将显著加大地表沉降。为了最大程度地发挥整个模型试验的科研价值，在盾构隧道完成施工后，建议继续开展盾构隧道响应研究的相关模型试验。更多>
2023, 23(4): 248-257. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.018
摘要(365) HTML (96) PDF (19319KB) (50)
基于路面加速加载的沥青路面疲劳损伤预估模型标定方法
韩振强, 胡力群, 沙爱民
摘要: 为提高工程应用中沥青路面疲劳损伤预估模型的可靠性，提出了一种结合小型试件试验与足尺路面加速加载试验的模型标定方法；基于路面疲劳损伤发展特征分析，提出采用非线性增量递归法的沥青路面累积疲劳损伤分析方法，适用于疲劳损伤预估模型由小尺寸试验向足尺试验条件的转移与外推；基于小尺寸试件试验疲劳寿命预估模型构建了足尺沥青混合料层疲劳损伤预估模型，利用疲劳寿命预估模型转移方程实现足尺路面加速加载条件下的疲劳损伤预估；为确定模型转移方程，提出了基于路面加速加载试验的疲劳损伤标定方程，推导了疲劳损伤预估模型待定系数标定方法；利用重型荷载模拟器实施了级配碎石组合式基层沥青路面足尺试验路段加速加载试验，结合路面钻芯试样动态模量与四点弯曲疲劳试验，标定和验证了沥青混合料层的疲劳损伤预估模型。研究结果表明：非线性增量递归法可考虑材料非线性、性能衰减和加载历史对结构层疲劳损伤累积的影响，符合实际路面疲劳损伤发展规律；利用标定确立的疲劳损伤预估模型可以预测试验路不同加载区间沥青混合料层的累积疲劳损伤，50%和90%的预测值相对实测结果的误差分别小于3.1%和20.0%，表明该预估模型具有一定可靠性；提出的模型标定方法，可为基于路面加速加载试验的沥青路面疲劳损伤预估模型建立提供参考，为路面设计和养护维修决策提供更加可靠的性能预估模型。更多>
2023, 23(4): 258-270. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.04.019
摘要(723) HTML (175) PDF (5486KB) (136)

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