列车动载-水力耦合作用下铁路隧道道床隆起机理多尺度模拟与整治对策研究

1

作者 阳军生 陈建伟 +2 位作者 谢亦朋 张聪 林梦君 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期110-122,共13页

某高原铁路隧道穿越富水燕山期闪长岩断层带段引发道床出现隆起,对轨道平顺性影响极大。为揭示列车动载-水力耦合作用下铁路隧道道床隆起的宏-细观驱动机制,在考虑隧底结构可能面临的列车动载-水力耦合条件下,提出1种多尺度数值分析方... 某高原铁路隧道穿越富水燕山期闪长岩断层带段引发道床出现隆起,对轨道平顺性影响极大。为揭示列车动载-水力耦合作用下铁路隧道道床隆起的宏-细观驱动机制,在考虑隧底结构可能面临的列车动载-水力耦合条件下,提出1种多尺度数值分析方法。结果表明:在6 s的列车动载和地下水耦合作用下,隧底虚渣孔隙率由0.4逐渐增大至0.7,地下水水头高度由50 m升高至100 m,隧底孔隙水压力增加141%,隆起位移增加212%;虚渣孔隙率保持不变时,隧底孔隙水压力增长率与水头高度的增长率保持相同,但虚渣孔隙率增大也会导致隧底孔隙水压力升高,加剧隆起病害;采取“钻孔泄压、注浆固结”整治措施后,隧底孔隙水压力峰值降低79.7%,隆起位移峰值降低至0.08 mm,隆起病害得到显著改善。多尺度数值分析方法可为类似病害整治研究提供参考。 展开更多

关键词 铁路隧道 列车动载 地下水 流固耦合 道床隆起病害 多尺度模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

倾斜薄层炭质板岩隧道围岩大变形特征及其卸荷破坏防控对策研究

2

作者 阳军生 杨喜锋 +3 位作者 方星桦 谢亦朋 刘伟龙 ILYAS Ahbanouch 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3728-3737,共10页

针对云南香丽高速公路11座典型倾斜薄层炭质板岩隧道,通过围岩变形监测、离散-连续耦合数值分析手段,研究了围岩大变形特征和卸荷变形破坏机制,并提出了相应防控对策。结果表明:(1)倾斜薄层炭质板岩隧道围岩变形受开挖卸荷和施工扰动影... 针对云南香丽高速公路11座典型倾斜薄层炭质板岩隧道,通过围岩变形监测、离散-连续耦合数值分析手段,研究了围岩大变形特征和卸荷变形破坏机制,并提出了相应防控对策。结果表明:(1)倾斜薄层炭质板岩隧道围岩变形受开挖卸荷和施工扰动影响大,围岩变形具有量值大、速率快、持续时间长的特点,拱部沉降大于水平收敛,为围岩卸荷大变形,整体呈现出非对称的空间分布特征;(2)围岩变形破坏随台阶施工进一步发展,上台阶开挖后,洞身左拱肩围岩出现弯折破坏,形成初始卸荷区域,具有显著的非对称特点,随着中、下台阶施工步序推进,左拱肩围岩的弯折破坏进一步发展,隧道拱部与右拱肩的围岩也逐渐产生朝向左侧的剪切滑移破坏,最终导致拱部卸荷破坏区域的整体扩张;(3)地层预加固是控制倾斜薄层炭质板岩隧道围岩变形的主要有效手段,同时可结合降低施工扰动、优化支护时机与参数等方面对围岩变形进行综合处置。 展开更多

关键词 隧道 倾斜薄层炭质板岩 离散-连续耦合分析 卸荷大变形 防控对策

在线阅读 下载PDF 职称材料

不等跨十车道四连拱隧道施工全过程支护结构受力特征现场测试研究

3

作者 阳军生 汤冲 +3 位作者 柏署 谢亦朋 李雨哲 杨磊 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2030-2040,共11页

多连拱隧道开挖洞室多、跨度大,施工过程中荷载转换频繁,支护结构受力特征复杂,对多连拱隧道支护结构受力开展现场测试研究具有重要意义。依托长沙观音岩不等跨四连拱隧道工程,选取典型断面对各洞室初支钢拱架、二次衬砌结构进行施工全... 多连拱隧道开挖洞室多、跨度大,施工过程中荷载转换频繁,支护结构受力特征复杂,对多连拱隧道支护结构受力开展现场测试研究具有重要意义。依托长沙观音岩不等跨四连拱隧道工程,选取典型断面对各洞室初支钢拱架、二次衬砌结构进行施工全过程应力监测,以获得复杂施工步序下支护结构受力特征。测试结果表明:观音岩隧道施工中,先行主洞较后行洞室承担的围岩压力更大,右主洞、左右辅洞开挖顺序居后,施工扰动次数较少,支护结构内力较小;各洞室中,初支钢拱架内力整体均呈“左小右大”的非对称分布特征,其最大轴向压力402.71 kN、最大弯矩7.97kN·m出现在左主洞的右拱脚处,二衬内力整体非对称程度较低,只以左主洞呈显著非对称分布,其余洞室呈整体对称分布;先行左主洞支护结构的内力扰动主要由受后行邻洞的开挖影响所产生,后行右主洞、左辅洞开挖支护阶段,左主洞初支钢拱架、二衬结构绝大部分位置其内力增量超过总增量的一半;采用“先主后辅,左主先行”施工方案,施工全过程支护结构的安全性均满足规范要求,支护结构设计和施工措施合理。研究成果可为复杂条件下多连拱隧道的设计与施工提供借鉴。 展开更多

关键词 四连拱隧道 支护结构 现场测试 受力特征 安全性评价

在线阅读 下载PDF 职称材料

水-岩软化作用下巴东组泥岩隧道大断面开挖掌子面稳定性研究

4

作者 谢亦朋 梁雄 +2 位作者 阳军生 彭学军 刘德安 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第S01期274-285,共12页

为明确软弱围岩条件下高速铁路隧道大断面机械化施工过程中的掌子面稳定性特征,以郑万铁路巴东隧道穿越巴东组紫红泥岩段为工程背景,对隧道揭露的巴东组紫红泥岩开展不同含水率下的三轴试验,揭示巴东隧道紫红泥岩的水-岩软化特征;在考虑... 为明确软弱围岩条件下高速铁路隧道大断面机械化施工过程中的掌子面稳定性特征,以郑万铁路巴东隧道穿越巴东组紫红泥岩段为工程背景,对隧道揭露的巴东组紫红泥岩开展不同含水率下的三轴试验,揭示巴东隧道紫红泥岩的水-岩软化特征;在考虑水-岩软化特征的Hoek-Brown强度准则下,构建考虑水-岩软化作用的隧道穿越巴东紫红泥岩地层流-固耦合数值模型,揭示不同地层水位下巴东组紫红泥岩隧道大断面施工掌子面稳定性特征;最终提出“掌子面喷混凝土+掌子面超前锚杆+超前管棚”的组合式超前加固方案。经过试验和模拟计算,结果表明:1)随含水量的增加,巴东隧道紫红泥岩的刚度与抗剪强度显著降低,与既有研究揭示的浅表地层紫红泥岩相比,巴东隧道紫红泥岩具有更高的抗剪强度;2)掌子面后方拱顶沉降、掌子面前方拱顶预收敛、掌子面挤出变形的最大值均随历史水位的升高而增大;3)根据不同地层历史水位条件下开挖面支护力与挤出变形之间的关系,巴东隧道紫红泥岩掌子面稳定性可以分为A(稳定)、B(短期稳定)以及C(不稳定)3类,对于C类掌子面,采用“掌子面喷混凝土+掌子面超前锚杆+超前管棚”的组合式超前加固措施后,掌子面前后方各项变形最大值可以减小60%~90%。 展开更多

关键词 巴东组泥岩 水-岩作用 铁路隧道 大断面开挖 掌子面稳定性 超前加固

在线阅读 下载PDF 职称材料

巴东组泥岩大断面隧道开挖面大变形滑塌失稳机制与防治措施研究 被引量：2

5

作者 吕敬康 阳军生 +3 位作者 郑响凑 汤宇 谢亦朋 梁雄 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1418-1432,共15页

隧道穿越富水软弱地层时易发生开挖面滑塌失稳破坏,为此,本文以郑万高铁巴东隧道为工程依托、以巴东组紫红泥岩为研究对象,开展系列室内试验,揭示泥岩遇水软化的力学特征。综合考虑围岩节理发育及施工扰动等因素的影响,基于Hoek-Brown... 隧道穿越富水软弱地层时易发生开挖面滑塌失稳破坏,为此,本文以郑万高铁巴东隧道为工程依托、以巴东组紫红泥岩为研究对象,开展系列室内试验,揭示泥岩遇水软化的力学特征。综合考虑围岩节理发育及施工扰动等因素的影响,基于Hoek-Brown强度准则将室内试验获取的完整岩体的强度参数转化为现场岩体参数,并采用两相单质点流固耦合物质点法(MPM)对隧道开挖面滑塌失稳大变形全过程进行模拟,并结合现场评价超前帷幕注浆预加固措施的有效性。研究结果表明:开挖面滑塌失稳过程可大致分为开挖面隆起变形、开挖面局部失稳及滑塌体加速运动、滑塌体稳定这3个主要阶段。随着开挖面前方滑塌体的加速运动,围岩的渗流场发生明显的变化,渗水形态呈“漏斗状”,水流向开挖面“缺口”汇集;滑塌体稳定后呈锥体状堆积,滑塌体坡脚与开挖面的距离约25 m,与现场滑塌体最终形态较吻合。采取超前帷幕注浆预加固措施后围岩稳定性较好,确保了隧道施工安全顺利推进。流固耦合物质点法可动态再现地下水渗流作用下软弱地层隧道滑塌失稳破坏全过程,可为类似工程研究提供参考。 展开更多

关键词 巴东组泥岩 大变形失稳 流固耦合物质点法 帷幕注浆

在线阅读 下载PDF 职称材料

隧道穿越巨型岩溶弃渣回填体结构沉降监测分析与防控 被引量：1

6

作者 黄泽 谢亦朋 《水利水电技术（中英文）》 北大核心 2024年第S01期170-175,共6页

针对成贵铁路玉京山隧道穿越巨型溶洞与深厚弃渣回填体系统,分析了弃渣回填体中隧道结构的沉降风险,提出了弃渣回填体中隧道基底处理的方案以及线路跨越的优化结构形式,并通过施工期与长期沉降监测分析了相关方案的可靠性。结果表明,在... 针对成贵铁路玉京山隧道穿越巨型溶洞与深厚弃渣回填体系统,分析了弃渣回填体中隧道结构的沉降风险,提出了弃渣回填体中隧道基底处理的方案以及线路跨越的优化结构形式,并通过施工期与长期沉降监测分析了相关方案的可靠性。结果表明,在未经加固的情况下,隧道结构在大规模弃渣回填体中可能会发生高达98 mm的工后沉降,难以满足结构安全以及线路长期运营安全的相关标准。为此,提出了隧道开挖范围及两侧的回填体注浆预加固,以及隧道基底回填体钢管桩注浆加固的基底处理方案,并优化设计了“回填体暗挖隧道衬砌结构防护+洞内连续梁跨越”的组合结构形式。施工期以及长期沉降监测表明,回填体与基底的注浆加固处理能够有效填充空隙并黏结弃渣颗粒,控制回填体的分层沉降。隧道基底沉降变化基本在240 d之后趋于稳定,所有测点的沉降值均能够控制在10 mm之内。然而,各断面左、右测点呈现出较为明显的差异沉降,这说明将轨道设置在洞内连续梁桥上的结构方式在本案例中是合理、必要的。 展开更多

关键词 岩溶隧道 回填体 结构沉降 隧道基底 注浆加固 长期监测

在线阅读 下载PDF 职称材料

堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究 被引量：11

7

作者 张聪 梁经纬 +3 位作者 阳军生 曹磊 谢亦朋 张贵金 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1507-1514,共8页

基于脉动注浆泵可输出低频周期性脉冲压力的特点,结合可控性黏土固化浆液,提出了一种可用于堤坝防渗加固的新方法。通过进行原型试验验证了该方法的可行性,考虑钻孔扰动和脉动低频重复压力对地层渗透特性的影响,推导了黏土固化浆液脉动... 基于脉动注浆泵可输出低频周期性脉冲压力的特点,结合可控性黏土固化浆液,提出了一种可用于堤坝防渗加固的新方法。通过进行原型试验验证了该方法的可行性,考虑钻孔扰动和脉动低频重复压力对地层渗透特性的影响,推导了黏土固化浆液脉动扩散方程,运用多场耦合软件COMSOL探讨了脉动压力下黏土固化浆液扩散的机制,最后将研究成果成功应用于南水北调中线鹤壁段引水渠道边坡帷幕注浆工程。研究结果表明:黏土固化浆液脉动控制注浆技术可显著提高地层连续性和整体性,结石体28 d强度大于2 MPa,渗透系数可降至10^(-5)cm/s左右,浆液在注浆孔附近与土体胶结成块,邻近注浆孔浆脉交错搭接,整体表现为空间立体网状包裹结构的防渗墙体;对数值模拟和现场试验结果进行综合分析,堤坝脉动注浆时间应控制在1 800～2 400 s之间,合理的脉动注浆压力在0.2～2 MPa之间,脉动持续时间宜调至4～8 s,脉动间隔时间宜调至2～6 s,这样有利于保证堤坝脉动注浆工程达到最优的防渗加固效果;工程实践的渠道边坡连续性、整体性得到了改善,注浆止水加固效果显著,检查孔渗透系数降至10^(-5 )cm/s,所取芯样完整,芯样最长可达40 cm。 展开更多

关键词 堤坝 脉动注浆 黏土固化浆液 原型试验 数值模拟 南水北调工程

在线阅读 下载PDF 职称材料

盾构隧道渣土资源化再利用技术研究及展望 被引量：47

8

作者 谢亦朋 张聪 +3 位作者 阳军生 傅金阳 肖超 占永杰 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2022年第2期188-207,I0003-I0022,共40页

为形成对盾构渣土资源化再利用技术进展、挑战与创新的系统认识,介绍了国内外盾构隧道渣土的分类再利用标准,详细总结了盾构渣土作为盾构施工辅助材料、再生建筑材料、植被复垦材料与工程填筑材料的再利用技术。阐明分析了盾构渣土资源... 为形成对盾构渣土资源化再利用技术进展、挑战与创新的系统认识,介绍了国内外盾构隧道渣土的分类再利用标准,详细总结了盾构渣土作为盾构施工辅助材料、再生建筑材料、植被复垦材料与工程填筑材料的再利用技术。阐明分析了盾构渣土资源化再利用技术在标准、方法、设备、市场效益等方面仍存在细化、优化、规模化、产业化的挑战,构建了"再利用方式初判—盾构渣土分级处理—渣土再利用可行性评价—再生产品性能与市场效益评估"的盾构渣土资源化再利用的标准化技术流程。重点阐述了盾构渣土在壁后注浆材料、植被复垦基质和免烧建筑材料等方面的再利用新技术,提出了盾构渣土在壁后注浆材料中的分级再利用标准、渣土再生产品性能优化的多目标规划技术、盾构渣土作为植被复垦基质的再利用可行性试验方法、盾构渣土制备免烧空心砖的工艺流程与参数优化等新思路。最后,对我国盾构渣土资源化再利用技术与产业发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 盾构隧道 渣土 资源化再利用技术 壁后注浆材料 植被复垦 免烧空心砖

在线阅读 下载PDF 职称材料

松散堆积体隧道围岩变形破坏细观特征研究 被引量：28

9

作者 谢亦朋 杨秀竹 +4 位作者 阳军生 张聪 戴勇 梁雄 龚方浩 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期4925-4934,共10页

隧道穿越复杂松散堆积体地层时,如何确保隧道施工过程的安全是工程人员普遍关心的课题。依托云南省罗打拉隧道,基于Monte Carlo随机原理,结合数字图像处理技术,建立了考虑接触面单元及抗拉强度的堆积体地层隧道开挖细观结构模型,并探讨... 隧道穿越复杂松散堆积体地层时,如何确保隧道施工过程的安全是工程人员普遍关心的课题。依托云南省罗打拉隧道,基于Monte Carlo随机原理,结合数字图像处理技术,建立了考虑接触面单元及抗拉强度的堆积体地层隧道开挖细观结构模型,并探讨了隧道开挖引起的堆积体围岩变形、破坏过程以及失稳机制,并在现场进行应用验证。研究结果表明,构建的堆积体地层隧道开挖细观结构模型可有效反映隧道开挖过程中围岩的破坏过程,围岩位移等值线呈波动性与非对称性分布;围岩破坏以剪切破坏为主,局部存在拉裂-剪切复合破坏,且破坏区由边缘块石尖端向深层逐步扩展,形成包裹块石的剪切楔形区及拉剪松动圈,在施工扰动下易发生局部失稳。针对堆积体地层破坏特征,提出了围岩注浆加固措施,地层加固后土石颗粒间胶结良好,开挖轮廓周边形成有效的注浆加固圈,开挖支护过程围岩变形可控,支护结构稳定,效果良好,可为后续类似松散堆积体地层隧道的设计、施工提供新思路。 展开更多

关键词 松散堆积体 隧道 数字图像技术 随机模拟 细观结构 注浆加固

在线阅读 下载PDF 职称材料

考虑区间分布的幂律流体脉动渗透注浆扩散机制研究 被引量：14

10

作者 张聪 梁经纬 +3 位作者 阳军生 张贵金 谢亦朋 叶新田 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2120-2128,共9页

脉动注浆技术虽已得到了一定应用,但脉动压力下浆液的扩散机制研究则远滞后于工程实践。为了进一步推广和完善脉动注浆技术,基于注浆过程中脉动压力持续段流量恒定、压力间隔段流量为零的特点,考虑地层参数的不确定性,建立了脉动压力下... 脉动注浆技术虽已得到了一定应用,但脉动压力下浆液的扩散机制研究则远滞后于工程实践。为了进一步推广和完善脉动注浆技术,基于注浆过程中脉动压力持续段流量恒定、压力间隔段流量为零的特点,考虑地层参数的不确定性,建立了脉动压力下幂律流体的渗透扩散模型,得到了脉动压力下幂律流体扩散半径的区间分布方程;设计了一套脉动渗透注浆模拟试验装置,得到了不同施工参数下幂律流体在地层内的分布形态;通过在数值模拟中构造脉动压力周期变化模型与孔隙率随机分布模型,实现了脉动压力下幂律流体渗透注浆浆液扩散过程的模拟。研究结果表明：脉动压力作用下幂律流体在地层内扩散范围并非是一个确定的量值,但基本集中在一定范围内,存在明显的扩散半径上下限;浆液扩散半径上下限受脉动注浆压力、脉动频率等影响明显,且上限差值随脉动注浆压力的增大而增大,浆液离散程度表现的更显著;理论计算、数值模拟与模型试验所得的浆液扩散半径随注浆压力的变化趋势一致,理论与数值计算得到的浆液扩散半径上下限数值误差均在可接受范围内,推导的理论公式和建立的数值模型均能较好的描述幂律流体在脉动压力下的扩散过程及区间分布。研究成果可为脉动渗透注浆理论、数值模拟以及实践工程提供一定的指导意义。 展开更多

关键词 脉动注浆 幂律流体 渗透扩散 区间理论 模型试验 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

考虑封孔浆体黏度时空变化的止浆机制研究

11

作者 张聪 梁经纬 +3 位作者 阳军生 张贵金 谢亦朋 叶新田 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期974-980,共7页

封孔止浆技术是松软地层注浆防渗加固的重要手段,而封孔浆体自下而上的注入方式及其黏度时变特性导致浆体在止浆段长内黏度呈现出空间分布不均匀。通过流变试验获取封孔浆体流变参数与流型,建立考虑黏度时空变化的宾汉流体同心环状劈裂... 封孔止浆技术是松软地层注浆防渗加固的重要手段,而封孔浆体自下而上的注入方式及其黏度时变特性导致浆体在止浆段长内黏度呈现出空间分布不均匀。通过流变试验获取封孔浆体流变参数与流型,建立考虑黏度时空变化的宾汉流体同心环状劈裂封孔浆体止浆模型,推导出黏度时空变化的封孔浆体止浆的控制方程,并定量分析封孔浆体的止浆能力,最后将研究成果成功应用于河堤防渗加固注浆工程。研究结果表明,封孔浆体黏度时空变化对浆体封孔止浆能力影响较大,其止浆能力与浆体流变参数、浆体塑性强度、封孔高度等有关;封孔浆体所能承受的极限注浆压力随封孔浆体固化剂掺量的增加或封孔浆体塑性强度的增大而增大,且这种变化随封孔高度的增高而表现的越明显,综合考虑注浆堵管、后续拔管等问题,封孔浆体水固比宜控制在1∶1左右,且黏土含量不宜超过50%,固化剂掺量宜控制在1.2%～1.8%;现场钻孔取样、压水试验均反映注浆后地层连续性和整体性得到了显著提高,已达到设计防渗加固标准,理论计算推导虽与实测结果存在一定误差,但可满足实际工程要求。研究结果有利于封孔浆体止浆技术的进一步推广应用,可为工程实践提供理论指导。 展开更多

关键词 封孔浆体 注浆 黏度 时空变化 理论推导

在线阅读 下载PDF 职称材料

土石堆积体精细化模型构建及力学特性数值试验 被引量：2

12

作者 梁雄 阳军生 +2 位作者 谢亦朋 张聪 戴勇 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期710-719,共10页

土石堆积体具有较强的非均质性,其力学破坏特性受内部块石的细部特征影响较大。依托罗打拉堆积体隧道,借助数字图像处理与块石随机投放技术实现了对土石堆积体精细化数值模型的构建,采用大型三轴试验验证模型的正确性,并深入探讨土石堆... 土石堆积体具有较强的非均质性,其力学破坏特性受内部块石的细部特征影响较大。依托罗打拉堆积体隧道,借助数字图像处理与块石随机投放技术实现了对土石堆积体精细化数值模型的构建,采用大型三轴试验验证模型的正确性,并深入探讨土石堆积体力学破坏的特征及规律。研究结果表明:该方法获得的力学参数及应力应变曲线与三轴试验结果差异不大;在加载过程中,剪切破裂面由试样中部及顶部两端块石尖端与土体的交界面沿土石路径向四周发育,直至形成X形或人字形带状分布的剪切塑性区,并趋于贯通至发生剪切破坏。该方法的提出为土石堆积体力学参数的选取提供了一种新思路,可为土石堆积体隧道工程设计、施工等提供有益指导。 展开更多

关键词 土石堆积体隧道 精细化模型 数值试验 三轴试验 力学破坏特性

在线阅读 下载PDF 职称材料