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节段预制拼装综合管廊承插式接头抗弯性能研究

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中国公路学报 2024年

作者：凌同华余彬谷淡平谭嘉诺肖健长沙理工大学土木工程学院湖南工学院土木与建筑工程学院

抗弯刚度是表征接头抗弯性能的重要力学参数，为给预制拼装综合管廊承插式接头抗弯设计提供理论依据，开展了等尺寸承插式接头抗弯力学性能试验，研究了弯矩作用下接头应变、挠度、张开高度、底部张开量、转角等参数变化规律及破坏特征... 详细信息

抗弯刚度是表征接头抗弯性能的重要力学参数，为给预制拼装综合管廊承插式接头抗弯设计提供理论依据，开展了等尺寸承插式接头抗弯力学性能试验，研究了弯矩作用下接头应变、挠度、张开高度、底部张开量、转角等参数变化规律及破坏特征，并计算接头抗弯刚度。建立了预制拼装综合管廊承插式接头抗弯力学模型，推导了接头抗弯刚度计算解析表达式，并采用有限元软件ABAQUS建立了接头抗弯数值模型，对比分析了三种方法计算得到接头张开距离、张开高度和转角随弯矩变化规律，以验证接头力学模型与数值模型的正确性。结果表明：接头抗弯刚度计算解析公式及有限元数值模型计算得到的接头张开高度、接头转角和底部张开距离随弯矩变化规律均与试验结果基本相同，三者结果吻合良好，验证了接头力学模型与数值模型的正确性；预制拼装综合管廊承插式接头受弯接头变形可分为3个阶段：全截面受压阶段、弹性阶段及极限承载阶段；接头屈服弯矩约为极限弯矩的83%，接头屈服张开距离与转角约为极限状态的1/3；弹性阶段抗弯刚度为40000kN·m/rad，极限承载阶段抗弯刚度为5461kN·m/rad；弯矩作用下承插式接头顶部外侧和承口端底部受压开裂破坏，插口端顶角出现混凝土剥落导致接头破坏。研究结果可为预制拼装综合管廊承插式接头抗弯性能安全评价与设计提供科学依据。

关键词：隧道工程预制拼装管廊抗弯试验承插式接头抗弯刚度计算模型

考虑残余强度阶段裂隙演化影响的岩石统计损伤本构模型

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西安建筑科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：肖南刘启明邱祥黄阜凌同华长沙理工大学交通基础设施安全风险管理行业重点实验室长沙理工大学土木工程学院

岩石本构模型一直是岩土工程领域的研究热点,合理的本构模型对实际工程的安全稳定分析具有重要的指导意义.首先,从损伤力学的基本原理出发,考虑岩石残余强度阶段的特点,提出了裂隙演化修正系数.随后,将Drucker-Prager强度准则作为判断... 详细信息

岩石本构模型一直是岩土工程领域的研究热点,合理的本构模型对实际工程的安全稳定分析具有重要的指导意义.首先,从损伤力学的基本原理出发,考虑岩石残余强度阶段的特点,提出了裂隙演化修正系数.随后,将Drucker-Prager强度准则作为判断微元破坏的依据,建立了一个全面描述岩石变形全过程的统计损伤本构模型,并给出了模型参数的确定方法.最后,通过砂岩、花岗岩的三轴试验数据验证了所提出的统计损伤本构模型,并探讨了岩石损伤累积和裂隙扩展过程.结果表明:理论曲线与试验曲线吻合程度均较好,提出的统计损伤本构模型能够较好的描述岩石应力-应变演化过程和残余强度特性,且该模型参数简单且易于获取,便于在实际工程中应用.

关键词：本构模型岩石损伤残余强度统计分布三轴压缩

新建地铁车站增层开挖对既有桩基侧摩阻力的影响

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土木与环境工程学报(中英文) 2024年

作者：袁传旭甄雪东陈坤黄阜肖健凌同华深圳地铁建设集团有限公司长沙理工大学土木工程学院中建五局华南建设有限公司

新建地铁车站零距离下穿既有地铁区间隧道施工过程中，基坑的增层开挖导致既有桩基侧摩阻力下降，从而对桩基的承载力产生不利影响。目前，新建地铁车站增层开挖施工作用下既有桩基侧摩阻力的计算理论尚不成熟。以深圳地铁13号线公明广... 详细信息

新建地铁车站零距离下穿既有地铁区间隧道施工过程中，基坑的增层开挖导致既有桩基侧摩阻力下降，从而对桩基的承载力产生不利影响。目前，新建地铁车站增层开挖施工作用下既有桩基侧摩阻力的计算理论尚不成熟。以深圳地铁13号线公明广场站零距离下穿既有六号线项目为背景，采用Mindlin应力解推导增层开挖卸荷作用下既有桩基桩侧摩阻力的计算公式，研究新建地铁车站增层开挖过程中既有桩基侧摩阻力的变化规律。通过与数值模拟结果进行对比，验证了理论计算方法的正确性，在此基础上获得了参数变化对桩侧摩阻力和卸荷应力的影响规律。结果表明：既有桩侧摩阻力随增层开挖深度的增大而减小，侧壁卸荷应力与总卸荷应力比值随增层开挖深度的增大而增大；桩侧摩阻力随增层开挖面积的增大而增大，侧壁卸荷应力与总卸荷应力比值随增层开挖面积的增大而减小。在开挖深度较深，开挖面积较小或考虑边桩侧摩阻力时，需考虑侧壁卸荷应力的影响。

关键词：地铁车站增层开挖桩侧摩阻力卸荷应力 Mindlin应力解

风热水力耦合作用下风流对隧道冻胀力的影响研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：刘文俊凌同华谭嘉诺江永志刘贤俊长沙理工大学土木工程学院怀化学院后勤基建处

寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载，危害着衬砌结构的安全性、耐久性，冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确，研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论，建立考虑风流与衬砌的换热特性... 详细信息

寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载，危害着衬砌结构的安全性、耐久性，冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确，研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论，建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-水-力的相互作用与冻胀变形的正交各向异性的多场耦合模型。结合青山沙隧道现场实测冻结深度与冻胀力值，利用COMSOL Multiphysics有限元软件验证了该模型的可靠性。采用单因素分析法，讨论了风流持续时间、风流湿度、风流速度、风流温度对青山沙隧道冻胀力的影响规律，且对该4个因素进行了敏感性评价。研究结果表明：不均匀传热导致冻结深度不一，冻胀力分布不均；冻结深度计算结果中，仰拱最大，拱顶其次，拱脚最小；冻胀力计算结果中，拱脚冻胀力最大，拱顶其次，仰拱最小。随着风流持续时间、湿度、速度的增大与温度的降低，拱脚、拱顶冻胀力均随之变大，仰拱冻胀力增减情况受变形释放的应力影响较大，但三者冻胀力增大率呈现拱脚最大，拱顶次之，仰拱最小的趋势；控制风流持续时间，保持风流干燥、低速、非负温，可以有效减少冻胀力。冻胀力影响因素敏感性呈现“风流持续时间>风流温度>风流速度>风流湿度”的结果。研究结果可为寒区隧道的保温防冻措施设置提供理论依据。

关键词：隧道工程风热水力耦合风流冻胀力正交各向异性冻胀

考虑土体非均质性和孔隙水压力耦合作用的地下连续墙槽壁稳定性研究

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岩土工程学报 2024年第3期46卷 539-548页

作者：黄阜纪恒博王子钦潘秋景凌同华长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

针对非均质和富水地层中地下连续墙成槽施工诱发槽壁坍塌失稳的发生机理和破坏模式研究尚不透彻这一现状,利用空间离散技术构建了地下连续墙槽壁极限状态下的三维离散型破坏机制。基于该破坏机制和极限分析上限定理,通过将土体非均质特... 详细信息

针对非均质和富水地层中地下连续墙成槽施工诱发槽壁坍塌失稳的发生机理和破坏模式研究尚不透彻这一现状,利用空间离散技术构建了地下连续墙槽壁极限状态下的三维离散型破坏机制。基于该破坏机制和极限分析上限定理,通过将土体非均质特性和孔隙水压力引入内外能耗功率计算获得了极限状态下槽壁的安全系数目标函数。利用非线性规划算法对该目标函数进行优化计算,得到了地下连续墙槽壁安全系数的最优上限解。为了验证该方法的有效性,将计算得到的槽壁安全系数分别与已有计算结果以及数值模拟结果进行了对比分析,对比结果表明:该方法计算的安全系数与已有计算结果和数值模拟结果基本一致。在此基础上,考虑土体非均质特性和孔隙水压力的耦合作用对地下连续墙槽壁的安全系数进行了参数分析,分析结果表明:孔隙水压力和土体非均质性对地下连续墙槽壁安全系数有较大影响,地下连续墙槽壁安全系数随地下水位高度Hw的升高和黏聚力非均质系数kc的增大而减小,随重度非均质系数kg的增大而增大。

关键词：地下连续墙非均质特性孔隙水压力上限分析安全系数

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隧道衬砌结构不规则空洞正演模拟与时频分析

交通科学与工程 2024年第3期40卷 35-47页

作者：文梦芝凌同华张亮姚旭炜长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南城市学院土木工程学院湖南益阳413000

为有效识别隧道衬砌结构各种形状的空洞,采用时域有限差分法进行正演模拟,分别分析空洞形状、充填介质和埋深对探地雷达电磁反射波成像效果和时频特征的影响,并通过室内模型试验进行验证。研究结果表明:空洞反射波的响应特征均表现为开... 详细信息

为有效识别隧道衬砌结构各种形状的空洞,采用时域有限差分法进行正演模拟,分别分析空洞形状、充填介质和埋深对探地雷达电磁反射波成像效果和时频特征的影响,并通过室内模型试验进行验证。研究结果表明:空洞反射波的响应特征均表现为开口向下的抛物线。随着空洞上部边界由直线逐渐过渡至圆弧形或尖角形,正演模拟图中反射波的次数减少,反射信号减弱,且连续小波变换时频图中的能量值也越来越小。空洞埋深越浅,空洞充填介质的介电常数越大,则所得模拟图像的信号越强。该研究成果可为隧道衬砌结构内空洞周围的病害发育预测和判断提供参考。

关键词：探地雷达衬砌结构不规则空洞 GPRMax正演模拟时频分析

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衬砌结构异形富水微裂缝模型试验与量化识别

交通科学与工程 2024年第3期40卷 74-81页

作者：娄玉鹏凌同华何文超潘雪纯长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为探讨准确识别隧道衬砌结构中异形富水微裂缝的方法,用探地雷达和F-K偏移法针对4种异形富水微裂缝模型进行检测试验及对雷达检测的特征信号进行偏移归位,再用波形分析法和小波变换模极大值法对裂缝模型的位置和形态进行识别。研究结果... 详细信息

为探讨准确识别隧道衬砌结构中异形富水微裂缝的方法,用探地雷达和F-K偏移法针对4种异形富水微裂缝模型进行检测试验及对雷达检测的特征信号进行偏移归位,再用波形分析法和小波变换模极大值法对裂缝模型的位置和形态进行识别。研究结果表明:异形富水微裂缝模型的雷达响应图像很难被直接识别,通过F-K偏移归位处理后,可识别裂缝模型的形态。小波变换模极大值法比波形分析法能更精确地实现异形富水微裂缝模型的量化识别;微裂缝模型的二维轮廓重构图能够较好地拟合实体模型的形状。该结果可为隧道衬砌结构异形富水微裂缝的识别提供借鉴。

关键词：探地雷达盾构隧道异形富水微裂缝小波变换模极大值法定位识别

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预制拼装综合管廊承插式接头抗剪性能研究

应用基础与工程科学学报 2023年第3期31卷 741-751页

作者：凌同华余彬肖南刘贤俊长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410076 长沙理工大学桥梁工程湖南省高校重点实验室湖南长沙410076

地下综合管廊承插式接头抗剪性能直接影响管廊整体结构的安全运营,为研究预制拼装综合管廊承插式接头剪切变形规律,采用有限元软件ABAQUS建立了预制拼装综合管廊承插式接头顺剪与逆剪数值模型,得到接头顺剪与逆剪的极限荷载和极限错台量... 详细信息

地下综合管廊承插式接头抗剪性能直接影响管廊整体结构的安全运营,为研究预制拼装综合管廊承插式接头剪切变形规律,采用有限元软件ABAQUS建立了预制拼装综合管廊承插式接头顺剪与逆剪数值模型,得到接头顺剪与逆剪的极限荷载和极限错台量,并进一步分析接头顺剪与逆剪的抗剪刚度,最后分析了轴力对接头抗剪性能的影响.研究表明:不同剪切工况下承插式接头变形规律与破坏类型均不同,顺剪工况下接头变形分为4个阶段,接头为延性破坏;逆剪工况下承插式接头变形分为3个阶段,接头呈脆性破坏,增大轴力可以提高承插式接头的极限剪切承载力.研究结果为地下综合管廊设计与安全运营提供科学依据.

关键词：预制拼装管廊承插式接头抗剪性能剪切刚度极限承载力抗剪阶段数值模拟

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预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能

应用力学学报 2022年

作者：凌同华余彬黄阜肖南长沙理工大学桥梁工程湖南省高校重点实验室长沙理工大学岩土与隧道工程系

为研究节段预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能，利用ABAQUS有限元软件建立预制拼装管廊节段与土体纵向三维模型对管廊正向扭转与反向扭转进行模拟，分析管廊扭转承插式接头应力分布规律，得到管廊承插式接头扭矩随横向差异沉降变... 详细信息

为研究节段预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能，利用ABAQUS有限元软件建立预制拼装管廊节段与土体纵向三维模型对管廊正向扭转与反向扭转进行模拟，分析管廊扭转承插式接头应力分布规律，得到管廊承插式接头扭矩随横向差异沉降变化规律及管廊横向极限差异沉降量。研究结果表明：管廊节段正向扭转与反向扭转沉降量相同时，承插式接头应力、最大主应力与切应力分布规律基本相同。管廊扭转接头插口端侧壁应力较大，接头顶底板中间与腋角处应力较小，接头最大主应力集中在承口端侧壁距顶板外侧1m处与插口端顶底板，接头切应力在顶底板中间与侧壁中间最小，向两侧逐渐增大至腋角处切应力最大。管廊承插式接头横向极限差异沉降为1.2mm，管廊插口端极限扭矩与采用箱型截面计算的结果相差不大，工程实际中可采用箱型截面对管廊插口端抗扭设计。研究结果为预制拼装管廊安全运营提供科学依据。

关键词：预制拼装综合管廊承插式接头扭转变形接头力学性能极限沉降