軟弱破碎隧道圍巖漸進性破壞分析與松動荷載預(yù)測研究中文摘要

圍繞軟弱破碎圍巖隧道常出現(xiàn)的塌方現(xiàn)象，采用巖石卸荷漸進性破壞試驗，深入分析研究隧道開挖卸荷材料依存性漸進性破壞機理和變尺度變形破壞準則；借助隧道塌方的物理模型試驗和無網(wǎng)格數(shù)值模擬方法以及無標點數(shù)字照相技術(shù)，對隧道塌方的全過程進行跟蹤分析，提出隧道松動荷載的預(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荷載之間的關(guān)系，最終給出松動荷載出現(xiàn)的時間和空間位置，從而為隧道開挖面的超前支護、初期襯砌、二次襯砌參數(shù)優(yōu)化和設(shè)置時間的確定提供依據(jù)，以求將地層-結(jié)構(gòu)法和荷載-結(jié)構(gòu)法有機地聯(lián)系起來，最終提出一種隧道圍巖地層-松動荷載-結(jié)構(gòu)體系的新設(shè)計計算方法。本課題還擬將基于漸進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荷載位置與大小，以進一步滿足工程應(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方面、多項特征響應(yīng)指標分析了階躍荷載下結(jié)構(gòu)的破壞特點、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結(jié)構(gòu)動力破壞的影響，為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在強震下的動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；阻尼假定為Reileigh阻尼，阻尼比0.02；網(wǎng)殼的節(jié)點均為剛性連接，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)殼動力響應(yīng)的特點

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；荷載幅值達到375gal 時結(jié)構(gòu)材料開始出現(xiàn)塑性，有兩根1P(在單元截面8個積分點中至少一個進入塑性，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 時位移曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，說明結(jié)構(gòu)剛度此時由于材料塑性發(fā)展已經(jīng)明顯弱化，達到825gal 后節(jié)點最大位移、塑性發(fā)展程度、結(jié)構(gòu)總變形能等特征響應(yīng)指標發(fā)生突變，結(jié)構(gòu)倒塌破壞?？v觀各響應(yīng)指標表明，荷載幅值825gal 是明顯的結(jié)構(gòu)弱化點，定義其為結(jié)構(gòu)動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)點位移與進入塑性時刻最大節(jié)點位移之比)4.0。

階躍荷載在頻域上是一個超低頻動力作用，其動力破壞特點應(yīng)當與低頻簡諧荷載規(guī)律類似，更進一步說，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(如圖2)，對比其它算例基本體現(xiàn)了這一特點；對比荷載幅值-節(jié)點最大位移曲線(圖1c)，簡諧荷載動力失穩(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)了動力強度破壞的特征，但是這一過程較短即達到破壞臨界荷載，所以將此算例歸結(jié)為動力失穩(wěn)或動力強度破壞都不合適，其擁有了兩者的響應(yīng)特點，破壞特征介于兩者之間。

表1給出了主要參與振型的對比，結(jié)構(gòu)主要參與振型相對比較集中，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)反對稱振型為主，第4階反對稱振型也有較大參與，其余均以對稱振型運動為主。

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，動力強度破壞與動力失穩(wěn)沒有明顯界限。理想結(jié)構(gòu)達到破壞臨界荷載時，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)均達到2.0以上；缺陷對結(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)研究與實踐》針對斜坡軟弱地基填方工程問題，應(yīng)用有限元計算與穩(wěn)定分析、土工離心模型試驗、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)計方法。

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