基于总安全系数法的喷射混凝土支护承载能力的试验研究

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作者 肖明清 徐晨 +4 位作者 崔岚 盛谦 陈健 谢壁婷 吴鹏 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第3期464-474,共11页

为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力... 为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏全过程,依据破坏状态明确喷层与二次衬砌的设计承载能力,试验中监测围岩应力应变、喷层内外侧应变和喷层位移,结合监测结果分析喷层与二次衬砌在承载过程中的变形特征与受力特征,明晰喷层与二次衬砌的承载机制,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。结果表明:1)在试验断面条件下喷层受力状态为小偏心受压,喷层与围岩之间的粘结能有效传递剪力,从而减少了喷层的弯矩,有利于充分发挥喷层的抗压强度,同厚度情况下喷层的设计承载力要高于二次衬砌;2)试验得到的厚度为2 cm和4 cm喷层的设计承载力比总安全系数法理论计算结果分别大27.0%和22.9%,表明总安全系数法的喷层承载力计算模型是合理的,并具有合适的安全性。 展开更多

关键词 隧道 支护结构设计 喷射混凝土支护 模型试验 总安全系数法 破坏试验 承载能力

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基于总安全系数法的系统锚杆支护承载能力试验研究

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作者 肖明清 徐晨 +4 位作者 崔岚 盛谦 陈健 谢壁婷 晏庆明 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1743-1754,共12页

鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛... 鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞与不同间距系统锚杆支护下的锚−岩承载拱结构承载试验。通过监测围岩内部应力−应变、隧道位移与锚杆应变,分析了围岩与锚杆材料的破坏状态与破坏荷载,研究了锚−岩承载拱变形与受力特征、锚杆轴力分布。对比分析了模型试验的结构承载力与总安全系数法理论下锚−岩承载拱的计算承载力。研究结果表明:锚杆能有效地与围岩协同承载,显著增加围岩的侧限力,提高围岩抗压强度与承载能力;试验得到的锚−岩承载拱承载能力与理论计算结果较为吻合,表明了总安全系数法的锚−岩承载拱计算模型是合理的,并具有合适的安全性。 展开更多

关键词 锚?岩承载拱 模型试验 承载能力 总安全系数法

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基于总安全系数法的隧道支护“强度-变形-时机”一体化设计方法研究

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作者 肖明清 徐晨 +2 位作者 谢壁婷 邓朝辉 王克金 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第12期2480-2499,I0071-I0090,共40页

为解决宜兴高铁兴山东隧道含炭质页岩段大变形问题,基于总安全系数法理论体系,以围岩变形和多层结构协同承载控制为目标,建立适用于主动和被动支护体系的支护“强度-变形-时机”一体化设计方法。在强度满足承载要求的前提下,通过调整支... 为解决宜兴高铁兴山东隧道含炭质页岩段大变形问题,基于总安全系数法理论体系,以围岩变形和多层结构协同承载控制为目标,建立适用于主动和被动支护体系的支护“强度-变形-时机”一体化设计方法。在强度满足承载要求的前提下,通过调整支护构件本身的变形能力和支护时机,使支护可变形能力大于设计支护力下围岩必需的变形量(防止支护刚度过大),并小于最小支护力下围岩必需的变形量(防止支护刚度过小),从而使整体支护结构按设计意图以最经济的方式“工作”。采用该设计理论,设计“双层初期支护+可缩钢架方案”和“预应力锚索主动支护方案”2种支护体系,提出各分项支护构件的施作时机和安全控制要求,并在现场开展试验。试验结果表明:1)2种支护方案均有效实现了设计意图,解决了隧道含炭质页岩段大变形问题。2)采用双层初期支护+可缩钢架方案时初期支护安全系数最小值为1.83,隧道最大水平收敛为588 mm,满足设计要求;采用预应力锚索主动支护方案时围岩最大水平收敛为372 mm,锚索最大轴力为310 kN,满足设计要求。 展开更多

关键词 隧道 总安全系数法 软岩大变形 支护刚度 支护时机 可缩接头 预应力锚索

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基于总安全系数法的宜兴高速铁路隧道支护参数优化与试验 被引量：1

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作者 谢壁婷 肖明清 +2 位作者 徐晨 陈文鹏 王克金 《铁道建筑》 北大核心 2024年第1期86-89,共4页

隧道支护结构设计总安全系数法的应用,可实现隧道支护结构设计由类比设计向量化设计转变。依托宜兴高速铁路(宜昌—兴山)优化试验段,基于总安全系数法对隧道支护参数进行优化,结合现场测试将优化后支护参数的设计值和实测值进行对比。... 隧道支护结构设计总安全系数法的应用,可实现隧道支护结构设计由类比设计向量化设计转变。依托宜兴高速铁路(宜昌—兴山)优化试验段,基于总安全系数法对隧道支护参数进行优化,结合现场测试将优化后支护参数的设计值和实测值进行对比。结果表明:与原设计方案相比,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下,优化后支护参数的经济性指标最多可降低5.24%、23.85%、22.61%;Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下,隧道施工进度指标最多可提高29.6%、40.0%。通过现场测试,围岩压力设计值均大于实测值,喷射混凝土层安全系数设计值均小于实测值。优化后支护参数均满足安全要求,总安全系数法可靠。 展开更多

关键词 总安全系数法 支护参数优化 安全系数 现场测试 围岩压力 经济性指标 施工进度指标

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基于总安全系数法的甬舟铁路支护参数优化与试验研究

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作者 邓立群 牛野 《建筑技术开发》 2024年第3期128-130,共3页

为解决传统复合式衬砌设计方法难以统一评价整体支护结构安全性的问题,结合支护参数优化理论和甬舟铁路实际工况,选取一个典型计算断面,采用数值模拟和总安全系数法对在不同围岩级别工况下优化后的支护参数进行安全性分析。结果表明,优... 为解决传统复合式衬砌设计方法难以统一评价整体支护结构安全性的问题,结合支护参数优化理论和甬舟铁路实际工况,选取一个典型计算断面,采用数值模拟和总安全系数法对在不同围岩级别工况下优化后的支护参数进行安全性分析。结果表明,优化后的支护参数均满足安全性要求,说明总安全系数法用于支护参数的精细优化是可行的。 展开更多

关键词 铁路隧道 复合式衬砌 总安全系数法 支护参数优化

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基于总安全系数法的铁路隧道支护结构设计 被引量：7

6

作者 肖明清 《中国铁路》 2020年第12期82-88,共7页

为进一步优化铁路隧道支护参数,推进支护参数的量化设计,基于隧道支护结构设计总安全系数法,对我国时速350 km高速铁路双线隧道现行支护参数的安全性进行计算,研究其合理的支护方案,并提出铁路隧道支护参数优化的思路与方法。主要结论如... 为进一步优化铁路隧道支护参数,推进支护参数的量化设计,基于隧道支护结构设计总安全系数法,对我国时速350 km高速铁路双线隧道现行支护参数的安全性进行计算,研究其合理的支护方案,并提出铁路隧道支护参数优化的思路与方法。主要结论如下:(1)在仅考虑围岩压力的情况下,我国时速350 km高速铁路双线隧道现行支护参数的安全系数偏高,具有一定优化余地;(2)提出我国时速350 km高速铁路双线隧道合理的支护方案;(3)建议按照不同埋深(地应力)和地下水条件进行支护类型优化;(4)隧道跨度和应力强度比不同,其合理的支护形式也不同,且随着隧道跨度的加大、地应力的增加或应力强度比的增加,采用锚杆支护的必要性和需要的支护强度也越来越大。 展开更多

关键词 铁路隧道 总安全系数法 支护结构设计 支护参数优化

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复合式衬砌隧道的总安全系数设计方法探讨 被引量：26

7

作者 肖明清 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2018年第1期84-88,共5页

研究目的:铁路、公路等交通隧道常采用复合式衬砌,其中初期支护一般采用地层-结构法或工程类比法进行设计,二次衬砌采用荷载-结构法进行设计,由于二者采用的分析方法不同,难以统一评价整体结构的安全性。现有隧道设计规范仅提出了二次... 研究目的:铁路、公路等交通隧道常采用复合式衬砌,其中初期支护一般采用地层-结构法或工程类比法进行设计,二次衬砌采用荷载-结构法进行设计,由于二者采用的分析方法不同,难以统一评价整体结构的安全性。现有隧道设计规范仅提出了二次衬砌的安全系数要求,但复合式衬砌并非单一结构,有必要研究初期支护和二次衬砌的总安全系数。同时为建立总安全系数设计法,有必要研究初期支护的荷载-结构模型。研究结论:(1)对于采用喷锚支护的复合式衬砌隧道结构,围岩压力随埋深的增加而增加,隧道支护参数应根据埋深进行相应调整;(2)采用荷载-结构模型可以建立复合式衬砌初期支护和二次衬砌的统一设计方法;(3)复合式衬砌隧道的总安全系数应包含初期支护和二次衬砌各自的贡献,当二次衬砌为钢筋混凝土时,总安全系数建议不低于3.0,否则不低于3.6;(4)不同设计方法所建议的初期支护和二次衬砌的安全系数分配可按表2采用;(5)采用本文设计方法对现有高速铁路隧道结构安全性进行再分析,结果表明,在埋深为300 m左右时,Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数有进一步优化的空间;(6)本研究结果可为复合式衬砌隧道结构设计提供思路和方法。 展开更多

关键词 复合式衬砌 总安全系数法 设计方法 荷载-结构模型

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复合式衬砌隧道总安全系数设计法修正与应用研究 被引量：18

8

作者 肖明清 徐晨 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第3期421-429,共9页

为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性,对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正,并再次分析不同铁路隧道的安全性,同时与挪威Q法支护参数进行对比,最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表... 为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性,对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正,并再次分析不同铁路隧道的安全性,同时与挪威Q法支护参数进行对比,最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表明:1)所建立的总安全系数设计法可以为初期支护和复合式衬砌的支护构件选择、量化设计和整体优化设计提供一定的理论基础。2)采用总安全系数设计法对不同铁路隧道安全系数计算的结果与现场实际施工情况、既有隧道病害情况基本相符。3)挪威Q法提出的支护参数如果用于我国时速350 km的高速铁路双线隧道,Ⅲ、Ⅳ级围岩总安全系数满足要求且较为经济,但Ⅴ级围岩安全系数偏低;采用耐久性锚杆有利于充分发挥锚杆-围岩承载拱的支护作用,从而可以减少喷层和二次衬砌的强度,提高经济性。4)总安全系数设计法可以用于隧道断面形式与支护参数的精细比选。 展开更多

关键词 复合式衬砌 总安全系数法 设计方法 Q法 荷载结构模型 隧道断面比选

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基于总安全系数设计法的隧道允许变形值研究 被引量：5

9

作者 肖明清 徐晨 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2019年第12期48-52,70,共6页

研究目的:隧道变形监控量测是判断施工和支护安全性的重要手段,因而允许变形值的取值是隧道设计和施工中的一个关键技术参数。但目前支护参数设计以工程类比法为主,设计中难以针对某一具体支护参数给出对应的变形监测控制值,即使在现场... 研究目的:隧道变形监控量测是判断施工和支护安全性的重要手段,因而允许变形值的取值是隧道设计和施工中的一个关键技术参数。但目前支护参数设计以工程类比法为主,设计中难以针对某一具体支护参数给出对应的变形监测控制值,即使在现场根据监测值对支护参数进行动态调整,也无法直观地评价支护参数的合理性。本文基于总安全系数设计法提出现场监控量测控制值的计算方法与调整方法。研究结论:(1)施工中所监测的变形值实际上是支护结构的变形值,因此可以将支护结构的允许变形值作为现场监测的控制值;(2)提出了基于总安全系数设计法的支护结构允许变形值和极限变形值的计算方法,可以得出与设计安全系数相对应的变形监测控制值;(3)提出了现场变形监测值安全性的判别方法及支护参数与支护时机的现场调整方法;(4)本研究可以为隧道动态设计提供思路和方法。 展开更多

关键词 隧道允许变形值 总安全系数设计法 监控量测 极限变形值 动态设计

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不同计算方法对挡土墙设计的影响分析 被引量：1

10

作者 甘善杰 彭炳芬 《高速铁路技术》 2012年第5期46-49,共4页

以一般地区衡重式路肩挡土墙为例,文章按照荷载分项系数法和总安全系数法对不同墙高、不同填料和基底岩土参数的挡土墙进行了大量计算,分析了不同计算方法和不同挡墙设计参数对墙身截面积的影响,所得结论及大量计算结果,为今后《公路路... 以一般地区衡重式路肩挡土墙为例,文章按照荷载分项系数法和总安全系数法对不同墙高、不同填料和基底岩土参数的挡土墙进行了大量计算,分析了不同计算方法和不同挡墙设计参数对墙身截面积的影响,所得结论及大量计算结果,为今后《公路路基设计规范》的修订提供一些基础资料,同时,也可为铁路路基挡土墙采用极限状态法设计提供借鉴。 展开更多

关键词 挡土墙 极限状态设计 分项系数法 总安全系数法

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关于公路路基设计规范中挡土墙倾覆稳定方程表达式的商榷 被引量：2

11

作者 甘善杰 彭炳芬 《路基工程》 2012年第1期31-33,37,共4页

《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)对挡土墙的设计首次提出了以荷载分项系数法为主的设计方法,即滑移和倾覆稳定采用分项系数法设计、地基承载力采用容许应力法设计。根据荷载分项系数法,相同的分项系数因荷载对挡土墙结构的不同作... 《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)对挡土墙的设计首次提出了以荷载分项系数法为主的设计方法,即滑移和倾覆稳定采用分项系数法设计、地基承载力采用容许应力法设计。根据荷载分项系数法,相同的分项系数因荷载对挡土墙结构的不同作用效果必须取用不同的数值。但是,规范对倾覆稳定方程表达式表述含混,容易出错。根据分项系数的不同取值,对挡土墙倾覆稳定进行了大量计算,并与总安全系数法的计算结果进行比较,提出了倾覆稳定方程的修正表达式,供大家商榷。 展开更多

关键词 挡土墙 分项系数法 总安全系数法 倾覆稳定方程

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