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隧道新型组合式逃生系统抗冲击作用研究

铁道标准设计 2024年

作者：马义安陈浩刘维正黄轩嘉西成铁路客运专线陕西有限责任公司中铁隧道集团二处有限公司中南大学土木工程学院

为研究大断面隧道塌方落石对逃生系统产生冲击变形的影响，通过现场冲击试验对比新型高分子材料和钢管抗冲击性能，利用ABAQUS模拟不同落石形状（球体、立方体和不规则体）、落石高度（5，7，9m）、落石质量（100，300，500kg）对逃生... 详细信息

为研究大断面隧道塌方落石对逃生系统产生冲击变形的影响，通过现场冲击试验对比新型高分子材料和钢管抗冲击性能，利用ABAQUS模拟不同落石形状（球体、立方体和不规则体）、落石高度（5，7，9m）、落石质量（100，300，500kg）对逃生舱和逃生管道的抗冲击效果，分析逃生舱和逃生管道冲击变形规律，提出逃生舱和逃生管道优化方案，并通过现场应用验证隧道新型逃生系统的有效性。结果表明，在较大冲击荷载下钢制材料的逃生通道抗冲击性能比高分子材料管体高。相同工况下，球体、不规则体、立方体落石对逃生舱和逃生管道产生的冲击变形依次增加。球体和不规则体落石对逃生舱顶部产生的冲击变形分别为立方体落石的1.27倍和1.25倍。落石质量和高度的增加会增大逃生舱和逃生管道顶部的冲击变形，落石高度对逃生舱和逃生管道变形影响相对较大。落石高度为9m时逃生舱顶部所产生的位移分别比5m和7m时高1.198m和0.543m。距逃生管道端部3m处为抗冲击最不利位置，落石冲击距逃生管道端部3m处产生的最大位移可达0.572m。20mm壁厚的新型逃生系统抗冲击效果满足隧道逃生要求，系统整体装拆时间不超过30min，仅需1～2人配合即可完成新型逃生系统前移工作。

关键词：铁路隧道高速铁路逃生系统冲击试验有限元模拟

多雨地区路基湿度变化对路面力学响应影响研究

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防灾减灾工程学报 2024年

作者：何亮李慧丽刘维正粟双全黄轩嘉湖南省衡永高速公路建设开发有限公司湖南省交通规划勘察设计院中南大学土木工程学院

为了分析多雨地区环境作用下路基湿度变化对路面结构力学响应的影响，通过建立考虑应力水平和基质吸力的动态回弹模量MR预估模型，采用COMSOL软件建立路基路面结构数值模型，运用系数型偏微分方程将MR嵌入数值模型的本构关系中，结合实... 详细信息

为了分析多雨地区环境作用下路基湿度变化对路面结构力学响应的影响，通过建立考虑应力水平和基质吸力的动态回弹模量MR预估模型，采用COMSOL软件建立路基路面结构数值模型，运用系数型偏微分方程将MR嵌入数值模型的本构关系中，结合实测数据与规范法计算结果对比，验证了模型的适用性，并对不同降雨和地下水位条件下路面弯沉和疲劳寿命的历时变化规律进行分析。结果表明：回弹模量随含水率增加而减小，弯沉值随含水率增加而增大；当路基土的饱和度由79%增至90%时，路面最大弯沉值增加了126 μm。当地下水位由-5 m升至0 m时，路表最大弯沉值增加62%。采用我国和美国路面设计规范中的疲劳寿命计算方法得到的沥青路面层疲劳寿命结果均有较高的准确度，最大误差只有2%。随着地下水位的升高，面层底最大拉应力呈线性增大而疲劳寿命减小；当地下水位升高5 m，面层底拉应变提升28.35%，沥青路面层疲劳寿命降低62.8%。研究结果为多雨地区道路结构设计和长期性能保障提供理论依据。

关键词：道路工程力学响应数值模拟路基土弯沉值疲劳寿命

动力湿化作用下压实红黏土累积变形规律与控制研究

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岩土工程学报 2024年

作者：刘维正黄轩嘉徐阳李慧丽万家乐中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南省交通规划勘察设计院有限公司

针对南方多雨地区在役红黏土路基易发生湿化，并在交通荷载联合作用下产生过大附加变形问题，开展了不同含水率的静三轴试验以及不同湿化次数、幅度和动应力的动三轴试验，分析含水率变化对黏聚力和内摩擦角的影响，探究动应力幅值、湿... 详细信息

针对南方多雨地区在役红黏土路基易发生湿化，并在交通荷载联合作用下产生过大附加变形问题，开展了不同含水率的静三轴试验以及不同湿化次数、幅度和动应力的动三轴试验，分析含水率变化对黏聚力和内摩擦角的影响，探究动应力幅值、湿化次数和幅度对累积变形以及动回弹模量的影响规律，并建立了考虑动应力幅值、湿化次数和幅度、黏聚力和内摩擦角的累积变形预测模型；基于谱元法建立了移动荷载下红黏土路基横观各向同性动力响应计算模型，通过与现场行车试验结果对比验证了解析模型的有效性，并分析了湿化与动荷载作用下路基顶面竖向压应变规律。结果表明：累积塑性应变随动应力幅值、湿化次数和幅度的增加呈非线性增大；动回弹模量随初始含水率和湿化次数的增加而减小；湿化3次后的路基顶面竖向压应变增长约一倍。进而建立了路基顶面竖向压应变与累积应变的经验关系，结合现有规范给出了红黏土路基累积应变控制值，提出了红黏土路基变形控制方法，并在某高速公路试验段通过水泥改良强化路床和动回弹模量试验验证了所提方法的可行性。研究结果可为红黏土地区耐久性路基的设计和服役性能评价提供参考。

关键词：红黏土动力湿化抗剪强度累积变形动回弹模量预测模型变形控制

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高海拔铁路隧道斜井机械化配套与快速施工

隧道建设（中英文） 2024年第3期44卷 576-585页

作者：李志军于京波王金刚刘维正陈桥李增西南交通大学隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁隧道局集团有限公司广东广州511458 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

为解决高海拔高寒地区斜井施工存在气压低、含氧量低、温差大、严寒干燥等问题,以某高海拔铁路隧道斜井工程为背景,结合围岩等级、断面大小、海拔高度,根据斜井施工机械化配套原则,提出高海拔陡坡长斜井机械化安全快速进洞施工工法,并... 详细信息

为解决高海拔高寒地区斜井施工存在气压低、含氧量低、温差大、严寒干燥等问题,以某高海拔铁路隧道斜井工程为背景,结合围岩等级、断面大小、海拔高度,根据斜井施工机械化配套原则,提出高海拔陡坡长斜井机械化安全快速进洞施工工法,并选配超前支护、钻爆、装运、喷锚支护、衬砌等机械化作业线的成套设备。基于高度机械化的设备配套,提出“快挖、快运、快支”的高效施工技术以及各工序快速衔接工艺。以控制围岩变形为核心,构建一套积极干预加固围岩、注重早期支护并快速闭合的主动支护体系。结果表明:与普通钻爆法施工相比,采用三臂凿岩台车高度机械化配套施工效率高,月最快进尺为180 m,较人工钻爆法施工月进尺为130 m相比提高了近30%,施工质量稳定,作业人员投入少,且拱顶沉降和周边收敛均小于规范要求值,衬砌强度可靠,可实现高海拔小断面隧道“快挖、快支、主动支、快封闭”。

关键词：高海拔铁路隧道陡坡斜井钻爆法机械化施工设备配套

湿化作用下高速公路红黏土路基动力特性现场试验

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中国公路学报 2024年第6期37卷 169-180页

作者：冯学茂黄轩嘉刘维正滕继东谢治中南大学土木工程学院湖南长沙410075 广西新发展交通集团有限公司广西南宁530029 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

为研究湿度变化下高速公路红黏土路基的动力响应和累积变形特性,依托南湛高速公路试验段开展了不同轴重、车速和路基湿度条件下的行车试验以及不同激振力、振动次数和路基湿化条件下的激振试验,分析路基动应力、动加速度、动位移的变化... 详细信息

为研究湿度变化下高速公路红黏土路基的动力响应和累积变形特性,依托南湛高速公路试验段开展了不同轴重、车速和路基湿度条件下的行车试验以及不同激振力、振动次数和路基湿化条件下的激振试验,分析路基动应力、动加速度、动位移的变化规律,揭示了动力特性沿路基深度和横向的衰减特征以及路基的累积变形规律。研究结果表明:路基浸水显著减弱路基对动应力、动加速度和动位移的衰减能力,导致动力响应和累积变形增加,含水率增加2.8%和4.2%时,动力响应分别增加7%和13%,累积变形分别增加28%和54%;动应力、动加速度和动位移的增长趋势与轴重、车速和激振力呈正相关,而路基动力响应影响距离沿远离荷载中心的方向呈现指数型衰减,在距离路床顶1.3 m处,动力响应衰减率可达80%;车辆有效影响深度随路基湿度、轴重和车速增加而增大,且轴重对路基的影响明显高于路基湿度和车速的影响程度,轴重分别为10、20和30 t时,有效影响深度分别为1.3、2.3、3.3 m;路基累积变形量随着路基湿度和振动次数的增加呈现快速增加后逐渐稳定的趋势,湿化1次和湿化2次后路基的累积变形量分别为湿化前路基的1.46和1.86倍,相同湿度条件下,前100万次累积变形占比达60%。研究成果可为高速公路改良红黏土路基的服役性能评价提供参考。

关键词：路基工程动力特性行车试验激振试验红黏土浸水湿化累积变形

海相淤泥水泥土强度与变形特性试验及相互关系研究

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中外公路 2024年第2期44卷 91-102页

作者：邓武刘维正陈铁葛孟源长沙市轨道交通集团有限公司湖南长沙410019 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中建五局土木工程有限公司湖南长沙410004

为研究海相淤泥水泥土抗压抗折抗剪强度与变形特性,通过开展水泥土系列室内配合比试验,测试不同固化剂掺量、龄期和水灰比下水泥土无侧限抗压强度fcu、抗折强度f_(f)、归一化抗剪强度τ_(qg)、归一化主应力差(σ_(1)-σ_(3))/σ_(3)及... 详细信息

为研究海相淤泥水泥土抗压抗折抗剪强度与变形特性,通过开展水泥土系列室内配合比试验,测试不同固化剂掺量、龄期和水灰比下水泥土无侧限抗压强度fcu、抗折强度f_(f)、归一化抗剪强度τ_(qg)、归一化主应力差(σ_(1)-σ_(3))/σ_(3)及压缩模量Es等参数的变化规律,并对不同参数之间的相互关系进行了研究。结果表明:相同掺量下,水泥与石灰组合改良试样的性能比单掺水泥高2%~17%;水泥土强度与固化剂掺量和龄期成正比,与水灰比成反比,强度主要形成于成型早期阶段,且水灰比越小,早期的强度增长越快,大部分参数14 d龄期的结果已超过90 d的50%,28 d的强度则已达到70%;水灰比为0.5时,各项指标最优;此外,不同参数之间存在明显的线性关系,其中f_(f)、τ_(qg)、(σ_(1)-σ_(3))/σ_(3)、E_(s)分别为f_(cu)的0.33~0.35、0.35~0.37、9.58~10.31、17.27~17.66倍。

关键词：道路工程水泥土抗压强度抗剪强度抗折强度压缩模量相关性

干湿循环对压实红黏土动强度与动模量影响研究

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路基工程 2024年

作者：刘峥嵘李慧丽刘维正罗元军黄轩嘉湖南省衡永高速公路建设开发有限公司湖南省交通规划勘察设计院有限公司中南大学土木工程学院

采用自制一次成型模具制备压实度分别为90%、93%和96%的三轴试样，自制干湿循环试验装置对试样进行喷雾加湿和暖风干燥，定量模拟现场路基土含水率变化过程获得不同湿度和不同干湿循环次数的试样，通过常含水率动三轴试验测试其动强度... 详细信息

采用自制一次成型模具制备压实度分别为90%、93%和96%的三轴试样，自制干湿循环试验装置对试样进行喷雾加湿和暖风干燥，定量模拟现场路基土含水率变化过程获得不同湿度和不同干湿循环次数的试样，通过常含水率动三轴试验测试其动强度与动变形变化规律。结果表明：累积应变随振次的变化分为塑性安定型、临界型和破坏型；临界动应力和最大动弹模随压实度的降低而减小，且减小幅度逐渐增大，随含水率的增大压实度的影响减弱；临界动应力和最大动弹模随含水率的增大而减小，临界动应力在含水率大于最优含水率时减小幅度相对较大；临界动应力和最大动弹模随循环次数的增多而降低，且降低幅度逐渐减小。

关键词：红黏土湿度变化干湿循环交通荷载常含水率动三轴试验临界动应力动弹性模量

多舱顶管端头工作井MJS加固技术及其应用效果分析

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市政技术 2024年第7期42卷 14-21页

作者：陈志勇彭焱锋刘维正吕伟华中铁隧道集团二处有限公司河北三河065201 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

顶管工程中对端头工作井局部土体的有效加固是成功实现顶管穿越的重要保障。因此,以紧邻南昌市丹霞路道路的地下综合管廊顶管端头工作井采用MJS工法加固工程为依托,通过现场工况分析、钻孔取芯检测以及数值模拟计算,分析了采用MJS工法... 详细信息

顶管工程中对端头工作井局部土体的有效加固是成功实现顶管穿越的重要保障。因此,以紧邻南昌市丹霞路道路的地下综合管廊顶管端头工作井采用MJS工法加固工程为依托,通过现场工况分析、钻孔取芯检测以及数值模拟计算,分析了采用MJS工法对多舱顶管大断面端头工作井的加固作用效果。分析结果表明:大断面多舱顶管端头工作井采用MJS工法桩区分强弱加固区和局部楔形体加固方案完全满足工程安全质量要求,顶管结构下卧既有运营地铁隧道结构工况对周围土体施工扰动控制要求很高,采用该加固方案对控制周边地层位移有显著效果,而且对类似工程的设计施工具有指导性意义。

关键词：综合管廊多舱顶管端头井 MJS加固数值模拟

机场高填方红黏土地基GC-CFG组合桩处理试验研究

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铁道科学与工程学报 2023年第1期20卷 156-168页

作者：刘维正吴民晖冯瑜徐阳中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 民航机场规划设计研究总院有限公司北京100002

针对在厚层红黏土区域进行高填方机场建设,单一桩型复合地基不能满足工后沉降与稳定性的问题,基于贵阳机场三期扩建项目试验段,采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)联合碎石桩(GC桩)法对红黏土地基加固处理。通过重型动力触探、静力触探、标准... 详细信息

针对在厚层红黏土区域进行高填方机场建设,单一桩型复合地基不能满足工后沉降与稳定性的问题,基于贵阳机场三期扩建项目试验段,采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)联合碎石桩(GC桩)法对红黏土地基加固处理。通过重型动力触探、静力触探、标准贯入、静载等现场试验对地基处理的效果进行分析,并监测得到在加荷过程中复合地基桩-土应力比,以及填筑过程中桩土压力、孔隙水压力的变化和地基沉降规律。研究结果表明:1)高填方红黏土地基经过GC-CFG组合桩处理后,承载力约提升2.46倍;2)桩间距为1.0,1.2和1.4 m的复合地基能有效提高红黏土的全深度内标贯击数,最大分别提高59.3%,69.5%和74.2%,优化设计方案的桩间距选为1.4 m;3)复合地基载荷试验中CFG桩、碎石桩与桩间土的应力随着荷载的增大和置换率的提高而增大,桩体刚度越大,应力增加速率越快;加载过程中CFG和碎石桩的桩土应力分别稳定在5.0和2.0左右,相对于载荷试验的结果偏小;4)地基孔隙水压力在道基填筑预压过程中快速消散,沉降和变形速率逐渐收敛,桩间距1.4 m的GC-CFG组合桩能有效减小深厚红黏土地基的工后沉降。研究结果可为高填方红黏土地基处理设计提供参考。

关键词：红黏土高填方 GC-CFG组合桩现场试验承载特性