軟弱破碎隧道圍巖漸進(jìn)性破壞分析與松動(dòng)荷載預(yù)測研究

圍繞軟弱破碎圍巖隧道常出現(xiàn)的塌方現(xiàn)象，采用巖石卸荷漸進(jìn)性破壞試驗(yàn)，深入分析研究隧道開挖卸荷材料依存性漸進(jìn)性破壞機(jī)理和變尺度變形破壞準(zhǔn)則；借助隧道塌方的物理模型試驗(yàn)和無網(wǎng)格數(shù)值模擬方法以及無標(biāo)點(diǎn)數(shù)字照相技術(shù)，對(duì)隧道塌方的全過程進(jìn)行跟蹤分析，提出隧道松動(dòng)荷載的預(yù)測方法；在上述研究工作的基礎(chǔ)上，建立隧道位移與松動(dòng)荷載之間的關(guān)系，最終給出松動(dòng)荷載出現(xiàn)的時(shí)間和空間位置，從而為隧道開挖面的超前支護(hù)、初期襯砌、二次襯砌參數(shù)優(yōu)化和設(shè)置時(shí)間的確定提供依據(jù)，以求將地層-結(jié)構(gòu)法和荷載-結(jié)構(gòu)法有機(jī)地聯(lián)系起來，最終提出一種隧道圍巖地層-松動(dòng)荷載-結(jié)構(gòu)體系的新設(shè)計(jì)計(jì)算方法。本課題還擬將基于漸進(jìn)性破壞的變形和變形速率值，以及現(xiàn)場監(jiān)測變形，采用現(xiàn)場施工反分析的方法來確定松動(dòng)荷載位置與大小，以進(jìn)一步滿足工程應(yīng)用的需要。 2100433B

《土木工程名詞》 2100433B

利用有限元分析軟件ANSYS，桿件采用梁單元(Pipe20單元)，綜合宏觀和微觀兩個(gè)方面、多項(xiàng)特征響應(yīng)指標(biāo)分析了階躍荷載下結(jié)構(gòu)的破壞特點(diǎn)、破壞荷載的定義，研究了荷載方向、屋面重量、矢跨比、初始缺陷以及跨度對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力破壞的影響，為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的動(dòng)力破壞研究提供必要的理論支持。

單層球面網(wǎng)殼考慮沿球殼曲面均布的滿跨靜荷載分別為100、200、300、400kg /m²，以集中質(zhì)量的形式作用于節(jié)點(diǎn)；阻尼假定為Reileigh阻尼，阻尼比0.02；網(wǎng)殼的節(jié)點(diǎn)均為剛性連接，周邊支承形式為三向固定鉸支；模型按1/300一致缺陷下2倍重力安全度選取桿件截面，滿足實(shí)際工程要求；初始缺陷采用一致缺陷模態(tài)。

階躍荷載階躍荷載下網(wǎng)殼動(dòng)力響應(yīng)的特點(diǎn)

取40m跨度理想無缺陷K8型單層球面網(wǎng)殼、矢跨比1/3在水平階躍荷載下為例。

由圖1a和圖1b，結(jié)構(gòu)在較小的荷載幅值下保持彈性工作，位移也基本按比例遞增；荷載幅值達(dá)到375gal 時(shí)結(jié)構(gòu)材料開始出現(xiàn)塑性，有兩根1P(在單元截面8個(gè)積分點(diǎn)中至少一個(gè)進(jìn)入塑性，其余類推)桿件出現(xiàn)；隨后，塑性隨荷載遞增不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)位移持續(xù)增大，在700gal 時(shí)位移曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，說明結(jié)構(gòu)剛度此時(shí)由于材料塑性發(fā)展已經(jīng)明顯弱化，達(dá)到825gal 后節(jié)點(diǎn)最大位移、塑性發(fā)展程度、結(jié)構(gòu)總變形能等特征響應(yīng)指標(biāo)發(fā)生突變，結(jié)構(gòu)倒塌破壞?？v觀各響應(yīng)指標(biāo)表明，荷載幅值825gal 是明顯的結(jié)構(gòu)弱化點(diǎn)，定義其為結(jié)構(gòu)動(dòng)力破壞臨界荷載是合理的；在臨界荷載下，1P桿件比例28.1% ，8P桿件比例10.3% ，位移0.15m，位移延性系數(shù)(結(jié)構(gòu)中最大節(jié)點(diǎn)位移與進(jìn)入塑性時(shí)刻最大節(jié)點(diǎn)位移之比)4.0。

階躍荷載在頻域上是一個(gè)超低頻動(dòng)力作用，其動(dòng)力破壞特點(diǎn)應(yīng)當(dāng)與低頻簡諧荷載規(guī)律類似，更進(jìn)一步說，應(yīng)該與靜力作用也近似。取本例與同一網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在1.0Hz水平簡諧荷載結(jié)果比較，兩者破壞荷載接近，簡諧荷載680gal 略小于階躍荷載的825gal，塑性發(fā)展范圍相當(dāng)(如圖2)，對(duì)比其它算例基本體現(xiàn)了這一特點(diǎn)；對(duì)比荷載幅值-節(jié)點(diǎn)最大位移曲線(圖1c)，簡諧荷載動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象更加明顯，而階躍荷載塑性發(fā)展稍好，在位移曲線上表現(xiàn)為較簡諧荷載有一明顯的偏轉(zhuǎn)，在一定程度上體現(xiàn)了動(dòng)力強(qiáng)度破壞的特征，但是這一過程較短即達(dá)到破壞臨界荷載，所以將此算例歸結(jié)為動(dòng)力失穩(wěn)或動(dòng)力強(qiáng)度破壞都不合適，其擁有了兩者的響應(yīng)特點(diǎn)，破壞特征介于兩者之間。

表1給出了主要參與振型的對(duì)比，結(jié)構(gòu)主要參與振型相對(duì)比較集中，階數(shù)分散，均以第一階(1、2階為變形軸向垂直的同一振型)反對(duì)稱振型為主，第4階反對(duì)稱振型也有較大參與，其余均以對(duì)稱振型運(yùn)動(dòng)為主。

階躍荷載結(jié)論

K8型單層球面網(wǎng)殼在階躍荷載下的響應(yīng)接近于低頻簡諧荷載，但尚有區(qū)別，動(dòng)力強(qiáng)度破壞與動(dòng)力失穩(wěn)沒有明顯界限。理想結(jié)構(gòu)達(dá)到破壞臨界荷載時(shí)，8P比例一般在10%左右，表明結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展不深；荷載幅值-位移曲線在破壞前大部近似于彈性，破壞較突然；結(jié)構(gòu)位移延性系數(shù)均達(dá)到2.0以上；缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)宏、微觀響應(yīng)的影響較大。 2100433B

《斜坡軟弱地基填方工程技術(shù)研究與實(shí)踐》針對(duì)斜坡軟弱地基填方工程問題，應(yīng)用有限元計(jì)算與穩(wěn)定分析、土工離心模型試驗(yàn)、現(xiàn)場原型測試等研究方法，以斜坡軟弱地基在填方荷載作用下的變形特征為主線，系統(tǒng)分析了斜坡軟弱地基填方工程的變形特性、破壞模式和加固機(jī)理，提出了斜坡軟弱地基填方工程穩(wěn)定分析方法和以限制地基側(cè)向變形為核心的斜坡軟弱地基填方工程技術(shù)，完善了斜坡軟弱地基填方工程分析理論和設(shè)計(jì)方法。

《斜坡軟弱地基填方工程技術(shù)研究與實(shí)踐》可供鐵路、公路、機(jī)場及城鎮(zhèn)建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工、管理技術(shù)人員參考，也可供高等學(xué)校、科研院所的教學(xué)、研究人員參考。