为解决传统拱盖法依赖下部较硬基岩支撑,在软弱破碎地层中难以发挥作用的问题,依托贵阳市轨道交通S1线锦江路站项目,提出在软弱破碎地层中能有效发挥拱盖法功效的钢管桩柱拱盖法,并对其施工力学特性进行研究。研究结果表明:钢管桩柱拱盖法在拱盖基础下方增设了钢管桩,一方面钢管桩作为拱盖的基础提高其承载能力,另一方面车站下半断面开挖时,起到“超前支护”的作用,约束侧墙岩体的变形,确保主体结构的整体稳定;与传统拱盖法相比,钢管桩柱拱盖法可有效减小地层沉降,钢管桩分担围岩压力从而降低初期支护结构体系的最大、最小主应力;钢管桩柱拱盖法施工过程中,拱盖部分的施作是工法的关键,拱盖及车站初期支护施工完成后,结构应力最大值位于边墙与仰拱交界区域,是施工过程中关注的重点。钢管桩柱拱盖法运用四导洞双侧壁导坑开挖、型钢混凝土拱盖与钢管桩柱相结合的支护体系,在贵阳市轨道交通S1线锦江路站得到成功应用,依托分导洞施工模式、专用台车模注及同步浇筑工艺的高效协同,较传统拱盖法缩短工期约10个月,显著提升作业效率,并降低了对城市交通的影响。

从直流电阻率法正演模拟角度,深入探究电阻率层析成像技术用于监测旋喷桩加固的可行性。借助COMSOL Multiphysics软件构建旋喷桩加固三维实体模型,对不同激励模式、电极参数、含水层参数及施工过程开展正演仿真分析。结果显示,对侧激励模式的正演响应峰值更强;电极到桩身间距和含水层深度对电信号影响显著;施工过程中,无论是钻孔还是注浆阶段,电压信号变化都十分敏感,且旋喷注浆过程对信号影响更突出。上述结论不仅验证了直流电阻率法实时监测旋喷注浆过程的可行性,还系统分析了多种因素对旋喷桩加固正演响应的影响,为旋喷桩施工监测提供了坚实的理论支撑,有助于推动相关监测技术在实际工程中的应用。

为研究盾构法切削混凝土桩基的相互作用机理,以广州海珠湾公路隧道东线切除中核大厦群桩工程为研究背景,结合现场勘探资料,采用有限元软件对盾构单根辐条刀具切削桩基的过程进行数值模拟。研究重点分析了切桩过程中滚刀的受力情况以及土体和桩身的动态响应。仿真结果表明,桩身的位移响应在贯入阶段明显大于切削阶段,且贯入阶段的桩身响应主要集中在y和z方向。此外,滚刀的法向力均值在贯入阶段高于切削阶段,尤其在切削介质强度差异较大的情况下,刀具的受力变化在切削介质交界处表现为明显突变,这种变化增加了刀具疲劳损伤的概率。该研究对盾构机在切桩过程中桩身、土体及刀具的响应进行了分析,所获得的结果可为后续类似工程施工过程中降低安全风险提供参考。

为解决地铁隧道传统补风方式风量大、针对性不足的问题,提出基于人员疏散行为的呼吸区侧送与底部送风结合的补风方式,探究其对疏散通道烟气的控制效果。采用数值模拟的方法构建地铁区间隧道物理模型,对比分析自然补风、呼吸区侧送补风、底部补风及组合补风下疏散通道内CO质量浓度、温度、能见度的分布规律。研究发现,自然补风对疏散通道火灾烟气的控制效果最差,能见度、CO质量浓度、温度均不符合人员疏散要求;呼吸区侧送补风可以将疏散通道内的CO质量浓度控制在62 mg/m³以下,但补风与烟气产生了掺混,使疏散通道内的平均温度达到了227 ℃,不满足人员安全疏散的要求;下送补风疏散通道内平均温度高于300 ℃,CO的平均质量浓度为100 mg/m³,均高于人员安全疏散参数的要求。呼吸区侧送与底部送风相结合补风时,当呼吸区侧送与底部送风量比例为6∶1,侧送风速和下送风风速分别为1.8 m/s和0.3 m/s时,疏散通道CO质量浓度为34.6 mg/m³、温度为59.2 ℃、能见度为18.6 m,均达到了人员安全疏散的标准。呼吸区侧送与底部送风的组合补风方式可有效控制地铁隧道疏散通道内的火灾烟气,为以保障人员安全为目的的地下空间精准补风设计提供理论依据。

为探究围岩松动圈的劈裂机理对于硐室变形控制的影响,选用弹-脆-塑性本构模型建立松动圈内应力场与变形场表达式,得到松动圈范围公式,并基于岩体缺陷处的局部应力松弛模型探究松动圈内岩体的变形与劈裂机制,厘清松动圈内剪切破坏与劈裂破坏的发生逻辑,建立围岩松动圈劈裂破坏的应力判据,给出剪切破坏、剪切破碎、板裂以及最大支撑压力区劈裂4种典型破坏模式发生的临界外部荷载条件。结果表明:径向卸载会导致围岩产生局部拉应力场;塑性剪切变形是内部岩体发生劈裂破坏的前置条件;加卸载模量相差越大岩体越容易发生劈裂;剪切破碎的发生条件远高于劈裂破坏,在实际工程中难以发生。

会泽铅锌矿区内围岩以弱岩溶化碳酸盐岩为主,矿区内断层破碎带、节理、裂隙及岩溶等构造较为发育,为地下水的富集和运移提供了充足的空间和通道,掘进和开采过程中的突涌水呈现出高水压、大流量的显著特点,因此对含水构造的超前探测刻不容缓。针对上述问题,选取等值反磁通瞬变电磁法并结合地质与钻探资料在矿山厂1 104 m和924 m两个中段开展了超前探测工作。在获取电阻率剖面的基础上,提出一种自适应波场反变换方法,将等值反磁通瞬变电磁数据转化为对电性界面敏感的虚拟波场,进而对地层电性结构进行定性刻画。在井下探测之前,针对最大探测深度与信号在空气中的衰减问题,还开展测深对比试验和空气衰减试验。采用2.5 Hz的发射基频在矿山场段取得了理想的探测成果,证明等值反磁通瞬变电磁法和波场反变换的有效性与可靠性。

为探究聚氨酯基体与水泥砂组成的复合材料(polyurethane cement mortar, PCM)的力学性能,通过试验方法研究了PCM的压缩强度、拉伸强度、弹性模量和滞回特性等力学性能。研究结果表明,聚灰比为1∶2,水泥质量分数为40%的PCM具有较高的压缩强度、拉伸强度和弹性模量,但其断裂伸长率有所降低。同时,为了验证其弹性恢复性能,将其置于0.55应变幅值下加卸载和再加载。试验结果显示,PCM表现出良好的滞回特性。最后,结合微观测试分析了PCM破坏机理。

为系统分析浆液时效性对隧道管片上浮的影响规律,采用FLAC^3D数值软件建立考虑浆液凝固时效性、管片环间摩擦的数值模型,与现场实测数据进行对比分析,共同揭示隧道掘进过程中管片上浮的动态演化规律及其影响机制。数值模拟结果与现场实测数据对比表明,模型能够准确反映管片上浮量在盾尾后10 m附近达到最大值并逐渐稳定的特征,其变化曲线可分为快速增长段、平缓增长段和稳定段。参数分析和敏感性分析表明平均注浆压力对累计上浮量影响最为显著,当平均注浆压力由0.3 MPa增至0.6 MPa时上浮量增加42%,敏感性系数最高;深径比由1.0增大至4.0可使上浮量降低35%,敏感性系数次之;而等代层体积模量由1.8 MPa增大至3.6 MPa可使上浮量提升仅减少11%,敏感性系数较低。研究成果为隧道施工中管片上浮的精细化预测与控制提供了数据支撑。

本研究通过开展20~150 ℃及5~35 MPa围压下的砂岩三轴压缩试验,系统揭示了温度与围压耦合作用对砂岩加荷特性、剪切变形及破坏模式的影响机制。结果表明:低温区间(20~60 ℃)砂岩以脆性破坏为主,剪切变形带角度随围压增大显著减小(64.7°到58.3°);高温区间(温度≥120 ℃)塑性屈服特征增强,150 ℃时围压增加(5~35 MPa)导致剪切角度降幅达15.3°。破坏模式由低围压张拉破坏向高围压剪切破坏过渡,温度升高促使破坏面粗糙度增加。对比Mogi-Coulomb、Drucker-Prager及Tresca准则,修正Lade准则因引入偏应力不变量与Lode角参数,拟合效果最优(R²≥0.97)。基于该准则构建剪切变形带角度预测模型,结合PyCharm与Gradio开发多温度离散化预测软件,实现0.8 s内高精度预测(绝对误差2.5°, R²=0.92),输出参数可集成至有限元平台,为高地应力隧道及深部岩体工程稳定性评估提供理论支持与工具保障。

为评估南方某地下水封洞库的稳定性,将黏聚力、内摩擦角和弹性模量视为随机变量,进行围岩位移失效模式下的可靠性分析。考虑到地下水封洞库整体结构较为复杂,利用FLAC^3D进行多次数值模拟,采用响应面法拟合得到功能函数。利用FORM(first-order reliability method)方法计算了可靠度指标和失效概率,并分析了参数之间的相关性对可靠性分析结果的影响。研究结果表明:各洞室与P2破碎带交汇处、施工巷道与主洞室交汇处以及竖井与操作巷道交汇处围岩位移较大;尽管洞室围岩完整性良好,开挖后洞室可靠度指标为1.096,失效概率为13.66%,可靠性不满足一般工程要求,仍然需要对洞室进行及时的支护;黏聚力与内摩擦角之间的相关性对该洞库基于位移失效模式的可靠性分析结果影响不显著。