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穿越断层带隧道结构动态力学特性试验研究 被引量:1
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作者 黎盼 杨晓华 +2 位作者 刘禹阳 王少飞 池维宏 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2024年第2期153-162,共10页
为了揭示隧道穿越断层期间结构力学响应特性,通过室内模型试验研究断层倾角为45°、60°、75°时采用台阶法进行开挖施工的围岩压力、围岩位移和衬砌应力变化情况。结果表明:断层倾角越大,围岩压力值越高,断层倾角为75°... 为了揭示隧道穿越断层期间结构力学响应特性,通过室内模型试验研究断层倾角为45°、60°、75°时采用台阶法进行开挖施工的围岩压力、围岩位移和衬砌应力变化情况。结果表明:断层倾角越大,围岩压力值越高,断层倾角为75°、60°时围岩压力分别为45°的1.169倍、1.089倍;拱部围岩压力影响范围达1.0倍洞径,拱腰、边墙处影响范围为0.5倍洞径;断层倾角越大,围岩径向位移值越高,断层倾角为75°、60°时径向位移达45°的1.112倍、1.057倍;拱部围岩位移影响范围达1.0倍洞径,拱腰、边墙处影响范围为0.5倍洞径;由于存在断层结构,隧道开挖后形成较大松散压力,衬砌结构呈“扁坦式”受力状态,边墙位置衬砌应力最大,拱顶、拱腰处次之;断层倾角越大,衬砌应力值越高,第一施工循环拱顶位置衬砌应力在断层倾角75°、60°时分别为45°的1.176倍、1.079倍,拱腰处为1.187倍、1.089倍,边墙处为1.169倍、1.082倍;第二循环拱顶位置衬砌应力在断层倾角75°、60°时分别为45°的1.136倍、1.067倍,拱腰处为1.158倍、1.075倍,边墙处为1.156倍、1.077倍。 展开更多
关键词 隧道工程 断层结构 模型试验 力学特性
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地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响研究 被引量:9
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作者 刘禹阳 谢永利 +1 位作者 来弘鹏 张宏光 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期2235-2244,共10页
为了更全面地了解地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响情况,以港珠澳沉管隧道工程为背景,系统开展了两种不同沉降工况下几何相似比为1∶4.69的大型模型试验,并利用有限元对实际沉管节段进行数值模拟,研究了地基沉降下节段接... 为了更全面地了解地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响情况,以港珠澳沉管隧道工程为背景,系统开展了两种不同沉降工况下几何相似比为1∶4.69的大型模型试验,并利用有限元对实际沉管节段进行数值模拟,研究了地基沉降下节段接头剪力键力学性状和剪力的分布情况。试验结果表明:剪力键应力变化主要影响因素为地基沉降,接头内剪力键的空间组合对应力影响不明显;地基沉降过程中,水平剪力键应力值相对较小;中墙剪力键下部端角先于侧墙剪力键下部端角与剪力键槽挤压,且前者量值大于后者,中墙剪力键下部端角最先受压破坏;接头内剪力键根部剪力分布与剪力键布设方向关系紧密,节段横断面一侧地基下沉对另一侧节段产生横拉效应;同时提出了接头内最大剪力与地基沉降关系方程和各竖向剪力键的竖向剪力承担比例。 展开更多
关键词 沉管隧道 大比例尺物理模型试验 有限元 地基沉降 剪力
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董志黄土塬地区浅埋隧道施工地表纵向裂缝发展时空规律研究 被引量:7
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作者 来弘鹏 黄鹏志 +1 位作者 刘禹阳 刘俊平 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2019年第8期1232-1238,共7页
为了避免地表纵向裂缝对黄土隧道工程的安全产生危害,依托于甘肃省庆阳市境内董志黄土塬地区浅埋铁路隧道工程,针对浅埋黄土隧道施工地表纵向裂缝发展的时空规律开展研究。通过对现场地表纵向裂缝发育情况的调查,结合室内计算机数值模... 为了避免地表纵向裂缝对黄土隧道工程的安全产生危害,依托于甘肃省庆阳市境内董志黄土塬地区浅埋铁路隧道工程,针对浅埋黄土隧道施工地表纵向裂缝发展的时空规律开展研究。通过对现场地表纵向裂缝发育情况的调查,结合室内计算机数值模拟计算,分析裂缝的形成原因,并根据裂缝成因整理模型土体中纵向裂缝发展状态的确定方法。在对不同隧道埋深工况下地表纵向裂缝的发展状态和不同时间点中地表纵向裂缝的发展状态进行分析后,得出地表纵向裂缝发展的空间规律与时间规律,最后总结形成浅埋隧道施工地表纵向裂缝发展时空规律,并提出减少地表纵向裂缝的防控措施建议。 展开更多
关键词 黄土隧道 施工 数值模拟 地表裂缝 发展规律 防控
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考虑空间约束效应的隧道塑性区半径解析研究 被引量:1
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作者 姚毅 来弘鹏 +1 位作者 张秦 刘禹阳 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期176-183,共8页
为体现围岩塑性区扩展与隧道掘进之间的动态关系,基于空间约束效应等效模型对Mohr-Coulomb准则和广义Hoek-Brown准则下塑性区半径公式进行修正。讨论空间约束效应合理等效函数的选取,给出约束范围的定量求解方法,并结合文献中3种代表性... 为体现围岩塑性区扩展与隧道掘进之间的动态关系,基于空间约束效应等效模型对Mohr-Coulomb准则和广义Hoek-Brown准则下塑性区半径公式进行修正。讨论空间约束效应合理等效函数的选取,给出约束范围的定量求解方法,并结合文献中3种代表性岩体进行算例验证,进一步总结空间约束效应与围岩属性、隧道支护力之间的关系,最终揭示了空间约束效应的本质属性。对比考虑约束效应影响下,2个修正后的塑性区半径公式间的关联性与适用性。研究结果表明,空间约束效应决定了塑性区的发展路径,但不会影响塑性区上限值,不同围岩条件下约束范围各异,而非固定的5倍洞径。为准确预测塑性区扩展规律,应根据围岩情况选取适宜的强度准则,在岩体参数c、φ等效基础上,硬岩条件下,可任意选用Mohr-Coulomb准则或广义Hoek-Brown准则;软岩条件下,采用广义Hoek-Brown准则比Mohr-Coulomb准则计算的塑性区范围大。 展开更多
关键词 隧道工程 空间约束效应 塑性区半径 塑性区发展路径
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大断面上新统红色泥岩(N_2^(Cr))隧道支护受力特征研究 被引量:6
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作者 谢卓吾 叶万军 刘禹阳 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2019年第4期609-618,共10页
甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围... 甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明:1)围岩各项指标属于极硬土—极软岩临界范畴。2)该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ—Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3)未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4)该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。 展开更多
关键词 隧道工程 大断面隧道 受力特征 监控量测 有限元模拟
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基于多元信息融合的基坑预警分级研究 被引量:14
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作者 鞠兴华 刘禹阳 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2021年第1期129-136,共8页
为保证基坑预警结果的准确性和有效性,在基坑预警准则构建的基础上,利用累计变形判据和变形速率判据实现了多元监测信息融合的基坑预警研究。其中:累计变形判据包含稳定性指标和相对变形指标,即从基坑稳定性和变形安全储备角度实现了基... 为保证基坑预警结果的准确性和有效性,在基坑预警准则构建的基础上,利用累计变形判据和变形速率判据实现了多元监测信息融合的基坑预警研究。其中:累计变形判据包含稳定性指标和相对变形指标,即从基坑稳定性和变形安全储备角度实现了基坑长时段预警分析;而变形速率判据包含了绝对量指标和发展趋势指标,即从变形速率的现有变形绝对量及其发展趋势角度实现了基坑短时段预警分析。实例分析表明:不同判据在不同监测项目中的预警等级具有一定的差异,在累计变形判据的预警结果中,得出基坑处于稳定状态,预警等级为Ⅱ级;而在变形速率判据的预警结果中,坑顶变形监测项目的预警等级为Ⅲ级,其余监测项目的预警等级为Ⅱ级;按不利原则,对两类判据的预警结果进行叠加,综合确定基坑预警等级为Ⅲ级,即应采取密切监测措施,切实保证施工安全。 展开更多
关键词 地铁基坑 预警准则 稳定性评价 预警等级 尖点突变分析
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加压渗透下隧道喷射混凝土钙析出与水环境变化试验装置研发及验证 被引量:3
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作者 王合军 汤九科 +2 位作者 刘禹阳 张鹏鹏 席龙龙 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第5期779-788,共10页
为探究隧道初期支护喷射混凝土孔隙渗透作用下钙析出规律与水环境改变特征,考虑隧道排水路径和加压渗透作用,研制隧道初期支护喷射混凝土钙析出与水环境变化试验装置,开展隧道初期支护喷射混凝土加压渗透试验,分析围岩水渗流作用下喷射... 为探究隧道初期支护喷射混凝土孔隙渗透作用下钙析出规律与水环境改变特征,考虑隧道排水路径和加压渗透作用,研制隧道初期支护喷射混凝土钙析出与水环境变化试验装置,开展隧道初期支护喷射混凝土加压渗透试验,分析围岩水渗流作用下喷射混凝土渗透断面酸碱度分布特征,明确初期支护水钙离子体积质量与水质参数的时间历程变化规律,并与文献对比验证了装置的可靠性与试验结果的正确性。研究表明:1)该试验装置由围岩水密封加压仓、初期支护喷射混凝土试件仓和排水管回液仓组成,可实现200 kPa加压渗透下初期支护喷射混凝土钙析出与水环境变化的模拟。2)渗流断面内喷射混凝土pH值降低,钙流失明显,钙析出流失引起的喷射混凝土劣化呈不均匀性。3)喷射混凝土渗透作用下初期支护水呈现高钙离子体积质量(大于100 mg/L)、高碱性(大于3000 mg/L)、高pH值(大于11.5)和高可溶解性固体总量(大于8×10^(-6) mg/L)特征;其钙离子体积质量与水质参数均经历1~4 h极速增大、4~18 h短暂稳定、18~68 h波动下降及68 h后基本稳定4个发展阶段,各阶段变化特征与试验开始时间、渗透水量与钙离子结晶沉淀相关。 展开更多
关键词 隧道工程 试验装置 喷射混凝土 加压渗透 钙析出 水环境变化
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隧道初期支护喷射混凝土阻钙析出配合比试验研究 被引量:2
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作者 尹鹏 汤九科 +2 位作者 刘禹阳 李志强 张艺潇 《铁道建筑》 北大核心 2023年第12期117-121,共5页
考虑影响混凝土抗溶蚀性能的四种因素(水灰比、矿物掺和料、减水剂和速凝剂),设计正交试验,利用自制混凝土溶蚀装置模拟了不同配合比下初期支护喷射混凝土溶蚀析钙过程,分析不同配合比对初期支护喷射混凝土抗溶蚀性能、工作性能和力学... 考虑影响混凝土抗溶蚀性能的四种因素(水灰比、矿物掺和料、减水剂和速凝剂),设计正交试验,利用自制混凝土溶蚀装置模拟了不同配合比下初期支护喷射混凝土溶蚀析钙过程,分析不同配合比对初期支护喷射混凝土抗溶蚀性能、工作性能和力学性能的影响规律。研究结果表明:复掺硅灰、矿渣、速凝剂和减水剂后抗溶蚀性能提升显著,与基准组相比,钙离子质量浓度最大下降45.9%;坍落度过大或过小会使钙离子质量浓度变大,初期支护混凝土坍落度建议控制在10~17 cm;各工况孔隙率变化规律基本相似,掺入硅灰、矿渣、速凝剂和减水剂能有效降低初始孔隙率,提高混凝土初始密实度,但溶蚀作用对混凝土孔隙率没有明显影响;掺入硅灰或矿渣与速凝剂、减水剂的9种工况,初期支护混凝土28 d龄期抗压强度均高于基准组和单掺组,且抗压强度均在30 MPa以上。综合考虑抗溶蚀性能、工作性能和力学性能,建议阻钙析出喷射混凝土水灰比取0.45,矿物掺和料、减水剂和速凝剂的质量比取0.25∶0.011∶0.05。其中矿物掺和料为10%硅灰和15%矿渣。 展开更多
关键词 初期支护 阻钙析出 配合比 喷射混凝土 钙离子质量浓度 孔隙率 坍落度 抗压强度
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白云岩隧道排水路径结晶趋势变化及影响分析 被引量:1
9
作者 庄潮辉 刘禹阳 +2 位作者 席龙龙 周旋 汤九科 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第4期618-624,共7页
为明确公路隧道排水路径中结晶物与水环境变化特征,分析结晶趋势路径变化及趋势计算方法的适用性,以白云岩隧道排水结晶病害为背景,以排水路径“围岩水—初期支护水—排水管水”为分析脉络,对比分析排水路径中结晶矿物含量、8大离子质... 为明确公路隧道排水路径中结晶物与水环境变化特征,分析结晶趋势路径变化及趋势计算方法的适用性,以白云岩隧道排水结晶病害为背景,以排水路径“围岩水—初期支护水—排水管水”为分析脉络,对比分析排水路径中结晶矿物含量、8大离子质量浓度及水质参数的变化特征,利用Davis-Stiff饱和指数法和方解石饱和指数法,计算并阐明排水路径中结晶趋势的变化规律,并对上述方法的适用性与主要水环境参数对结晶趋势的影响进行分析。研究结果表明:1)白云岩隧道排水结晶矿物为方解石,排水路径中方解石含量(质量分数)急剧增长,在围岩内仅占0.6%,在初期支护喷射混凝内占比增至15%,在排水管结晶物中剧增至100%。2)排水路径中初期支护喷射混凝土对水离子质量浓度影响最为显著,围岩水经过喷射混凝土后,Ca^(2+)质量浓度大幅增高,pH值显著增大,HCO_(3)^(-)质量浓度大幅降低,CO_(3)^(2-)质量浓度显著增大,盐度SAL、溶解性总固体TDS和电导率Cond始终呈线性增长趋势。3)排水路径中结晶趋势呈先增大后稳定的变化规律,Ca^(2+)和CO_(3)^(2-)质量浓度对结晶趋势的影响大于温度t与pH值。4)方解石饱和指数法计算的结晶趋势结果与实际情况一致,其适用于白云岩隧道水环境结晶趋势分析。 展开更多
关键词 白云岩隧道 排水结晶 排水路径 结晶趋势 饱和指数
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密实细砂层地铁暗挖隧道新型超前加固材料性能及注浆参数研究
10
作者 陈铖 来弘鹏 +1 位作者 刘禹阳 朱新健 《岩土工程学报》 2025年第7期1432-1442,共11页
为降低超前注浆加固对地铁暗挖隧道地层环境影响,注浆要求低压缓注。密实细砂层结构紧密、黏粒含量高,导致现有注浆材料在低注浆压力下扩散半径小,无法有效加固隧道掌子面。基于组分活性激发及颗粒尺寸优化理念,以矿渣微粉、超细粉煤灰... 为降低超前注浆加固对地铁暗挖隧道地层环境影响,注浆要求低压缓注。密实细砂层结构紧密、黏粒含量高,导致现有注浆材料在低注浆压力下扩散半径小,无法有效加固隧道掌子面。基于组分活性激发及颗粒尺寸优化理念,以矿渣微粉、超细粉煤灰为主体,掺入适量超细水泥及复合激活凝聚剂,制备了新型注浆材料。通过室内试验,探究了不同配合比、复合激活凝聚剂掺量影响下新型注浆材料浆液流动度、凝结时间及结石体强度变化特性。采用自主研制的小导管注浆足尺试验装置,对比分析了普通水泥、超细水泥及新型注浆材料加固效果,揭示了上覆荷载与含水率影响下新型材料浆液扩散特性及注浆终压变化规律。研究结果表明:水固比为1∶1、矿渣微粉、超细粉煤灰及超细水泥质量比为4∶2∶4,复合激活凝聚剂掺量4%时,新型注浆材料浆液流动性最优、凝结时间可控、结石体强度较高;采用小导管注浆加固时,普通水泥浆液在密实细砂层以压密扩散为主、超细水泥浆液以压密-劈裂为主,新型材料则以渗透-劈裂方式进行扩散。新型注浆材料扩散性能及加固效果最优,超细水泥次之,普通水泥最差;注浆前期,新型材料应保持低压注浆,防止注浆量过大,引起砂土局部劈裂,造成加固失效的问题;新型材料注浆终压随上覆荷载及含水率的增加呈线性增长,上覆荷载增加50 kPa,注浆压力增大50 kPa左右。含水率增加2%,注浆压力增加量约为40 kPa。研究结果对注浆加固工程理论研究及工程应用有一定指导意义。 展开更多
关键词 地铁隧道 浅埋暗挖法 密实细砂层 小导管注浆加固 浆液扩散特性 注浆参数
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