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基于分数阶微积分的改进西原模型及其参数智能辨识

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岩土力学 2015年第S2期36卷 132-138 147,147页

作者：徐国文何川胡雄玉王士民西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

传统西原模型难以描述岩石的非线性加速流变特性,根据Riemann-Liouville分数阶微积分理论,采用分数阶黏壶及非线性黏塑性体NVPB(nonlinear viscoplastic body)模型,分别取代传统西原模型黏弹性体中的牛顿黏壶及黏塑性体,提出改进的西原... 详细信息

传统西原模型难以描述岩石的非线性加速流变特性,根据Riemann-Liouville分数阶微积分理论,采用分数阶黏壶及非线性黏塑性体NVPB(nonlinear viscoplastic body)模型,分别取代传统西原模型黏弹性体中的牛顿黏壶及黏塑性体,提出改进的西原模型,并推导出岩石在恒应力情况下的三维蠕变本构方程。模型采用基于流变阶段分解-粒子群-模拟退火算法相结合的智能算法对已有的试验数据进行反演,结果表明该模型能有效地反映岩石3个阶段的蠕变特征。通过对模型的敏感性分析发现,岩石的非线性渐变过程及加速蠕变阶段的快慢程度分别由分数阶导数的阶次及流变指数控制,传统西原模型是改进西原模型的一种特例。

关键词：分数阶微积分西原模型智能辨识非线性蠕变

砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究

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岩石力学与工程学报 2013年第12期32卷 2550-2559页

作者：江英超何川胡雄玉方勇西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室西南交通大学土木工程学院

土压平衡式盾构机在穿越流塑性差、渗透系数大的砂土地层时容易对隧道周围土体产生扰动,导致地表沉降不易控制和作用在衬砌结构上的土压力发生改变。针对地铁盾构隧道穿越砂土地层引起的地层扰动,采用一种能完全反映盾构隧道动态施工全... 详细信息

土压平衡式盾构机在穿越流塑性差、渗透系数大的砂土地层时容易对隧道周围土体产生扰动,导致地表沉降不易控制和作用在衬砌结构上的土压力发生改变。针对地铁盾构隧道穿越砂土地层引起的地层扰动,采用一种能完全反映盾构隧道动态施工全过程的分析方法尤为重要。以城市地铁盾构区间隧道施工采用的土压平衡式盾构机为原型,研制?800 mm土压平衡式模型盾构机,该机主要包括推进机构、掘削机构和出土机构,能实现盾构始发、刀盘切削、螺旋出土、管片拼装等主要功能,以此开展砂土地层中盾构施工的室内掘进试验。试验过程中对盾构掘进引起的地层沉降及衬砌结构上的土压力进行量测,分析地层沉降形态和衬砌结构上土压力的分布形态,同时将试验结果同理论计算、数值分析及现场资料进行对比。研究结果表明,土体性状和盾尾注浆对地层沉降具有重要影响,地层损失是地层发生沉降的主要原因。未注浆情况下盾尾脱环引起的地表沉降值占总沉降值的60%以上,且由于未注浆而增大的地表沉降所占比例为20%~30%,沉降时程曲线具有阶段性和时效性。地表沉降槽宽度系数i与现场测试数据具有一致性。衬砌结构上的土压力分布类似于上下端为长半轴、左右端为短半轴的椭圆形,数值上试验实测值较理论计算值要小。

关键词：隧道工程盾构隧道砂土地层室内试验土体扰动土压力

土压平衡盾构掘进对散粒体地层扰动和开挖面破坏特性研究

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岩石力学与工程学报 2016年第8期35卷 1618-1627页

作者：胡雄玉晏启祥何川杨醒宇西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室

采用自主研制的Φ800 mm土压平衡盾构掘进试验系统,对砂卵石与砂土地层开展室内缩尺掘进试验研究,以分析土压平衡盾构掘进对地层的扰动特征;同时,针对室内缩尺掘进试验,开展离散元数值模拟以分析盾构掘进开挖面的变形与破坏形态。研究表... 详细信息

采用自主研制的Φ800 mm土压平衡盾构掘进试验系统,对砂卵石与砂土地层开展室内缩尺掘进试验研究,以分析土压平衡盾构掘进对地层的扰动特征;同时,针对室内缩尺掘进试验,开展离散元数值模拟以分析盾构掘进开挖面的变形与破坏形态。研究表明:砂土地层地表沉降曲面自上而下呈现逐渐收缩的"圆形漏斗"状,砂卵石地层地表沉降曲面自上而下呈现逐渐收缩的"V型河谷"状;砂卵石地层地表横断面沉降槽宽度系数相比砂土地层要小;2种地层地中沉降槽宽度参数都随地中深度比的增加而呈线性增大,相同深度比条件下砂卵石地层地中沉降槽宽度参数要小于砂土地层;砂土地层沉降时间效应曲线较为渐进和连续,而砂卵石地层则呈现突变性;2种地层开挖面破坏形态均为烟囱状,但砂卵石地层的开挖影响范围无论在横向还是纵向上都要小于砂土地层。

关键词：隧道工程土压平衡盾构散粒体地层缩尺试验离散元模拟扰动特性

不同加固方式下盾构施工对桥梁桩基影响的研究

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铁道建筑 2013年第3期53卷 75-77页

作者：胡雄玉西南交通大学地下工程系四川成都610031

某城市地铁盾构隧道近距离穿越城市立交桥桩基,最小净距仅1.56 m。应用ANSYS建立三维非线性有限元模型分析盾构隧道施工对桥梁桩基的影响。采用接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,分析不同加固方式下盾构隧道掘进对近接桩基位移和内... 详细信息

某城市地铁盾构隧道近距离穿越城市立交桥桩基,最小净距仅1.56 m。应用ANSYS建立三维非线性有限元模型分析盾构隧道施工对桥梁桩基的影响。采用接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,分析不同加固方式下盾构隧道掘进对近接桩基位移和内力的影响。计算结果表明:盾构隧道近接施工时,既有桩基会产生侧移和附加内力;对距离隧道较近且靠近隧道侧的桩基进行花管注浆加固效果不明显;对盾构隧道穿越地层进行加固能有效降低桩基的侧移和附加内力。

关键词：盾构隧道桩基加固方式数值分析

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盾构隧道穿越河道施工对桥梁基础的影响分析

铁道建筑 2013年第1期53卷 49-51页

作者：胡雄玉西南交通大学地下工程系四川成都610031

某市地铁1号线盾构隧道近距离穿越一座跨河桥梁,隧道近距离施工可能引起地层发生变形,导致既有桥梁桩基产生附加内力和变形,影响既有桥梁结构的正常使用。采用ANSYS有限元方法建立三维非线性模型对盾构穿越河道施工进行动态模拟,并从地... 详细信息

某市地铁1号线盾构隧道近距离穿越一座跨河桥梁,隧道近距离施工可能引起地层发生变形,导致既有桥梁桩基产生附加内力和变形,影响既有桥梁结构的正常使用。采用ANSYS有限元方法建立三维非线性模型对盾构穿越河道施工进行动态模拟,并从地表沉降形态、桥梁桩基的位移和倾斜变化等方面进行了分析。计算结果表明,地铁一号线过河段施工会导致地表和桩基产生一定沉降,桩基还会产生倾斜,但管片的轴力和弯矩均在合理的范围内,能确保桥梁整体安全性。

关键词：盾构隧道桥梁桩基数值分析

层状围岩管片衬砌配合陶粒与锚杆的联合支护技术研究

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岩土工程学报 2018年第6期40卷 1093-1102页

作者：胡雄玉何川吴迪杨清浩西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室

深部层状围岩中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。提出一种管片衬砌配合陶粒可压缩层与锚杆的联合支护技术,采用大比例尺相似模型试验针对联合支护技术的支护效果进行研究,进行了可压缩层配合不同长度和间距的锚... 详细信息

深部层状围岩中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。提出一种管片衬砌配合陶粒可压缩层与锚杆的联合支护技术,采用大比例尺相似模型试验针对联合支护技术的支护效果进行研究,进行了可压缩层配合不同长度和间距的锚杆支护效果对比研究,从管片衬砌内力、变形角度分析了联合支护效果,从可压缩层的压缩变形路径和移动特征角度分析了联合支护机理。研究结构表明：联合支护技术一定程度上改变了管片的内力分布形式,降低了围岩偏压作用,削减管片衬砌内力和形变量;锚杆的施作可以有效减小层状围岩变形,陶粒压缩层可以有效吸收围岩变形;联合支护中锚杆的长度和间距存在一个最优值,超过该最优值,锚杆的加固效果不再明显增加;联合支护的作用机理由两部分构成：陶粒压缩层的让压作用与锚杆加固作用。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。

关键词：层状围岩盾构隧道模型试验管片衬砌锚杆陶粒可压缩层

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土压平衡式盾构掘进对砂土地层的扰动研究

土压平衡式盾构掘进对砂土地层的扰动研究

作者：胡雄玉西南交通大学

学位级别：硕士

以我国城市地铁区间盾构隧道为背景,探讨了土压平衡式盾构施工对地层的扰动机理,采用Φ800mm 土压平衡式模型盾构掘进系统,对土压平衡盾构的动态掘进过程进行全程模拟,主要分析了盾构掘进对砂土地层位移的影响。同时,采用颗粒离散元数... 详细信息

以我国城市地铁区间盾构隧道为背景,探讨了土压平衡式盾构施工对地层的扰动机理,采用Φ800mm 土压平衡式模型盾构掘进系统,对土压平衡盾构的动态掘进过程进行全程模拟,主要分析了盾构掘进对砂土地层位移的影响。同时,采用颗粒离散元数值方法分别从地层损失对地层位移的影响及掌子面稳定性两个方面进行了研究,主要工作与研究成果如下:1.采用Φ800m 土压平衡式模型盾构掘进系统对砂土地层进行了掘削面开挖、出土、盾构机推进、管片拼装全过程的室内掘进试验,对地表及地中位移进行量测,得到了地表和地中横纵向沉降规律。2.采用颗粒离散元数值方法建立双轴试验模型,对砂土宏观参数和模型细观参数的关系进行标定,针对不同的地层损失建立颗粒离散元模型,得到了不同的地层损失对砂土地层的位移及应力的影响规律。在此基础上根据模型试验的地层最终沉降量,采用Peck公式进行反演得到地表沉降槽宽度系数及地层损失量,并根据模型试验中四个断面的地层损失量等效为盾尾间隙,最后针对盾尾间隙建立离散元模型得到地表沉降槽并与模型试验地表沉降曲线进行对比。3.采用伺服控制机制针对不同的地应力条件下盾构掌子面稳定性进行了分析,通过设定不同的掌子面支护应力比,分析了不同的盾构掌子面支护应力对开挖面变形及地表沉隆的影响,在此基础上提出了维持盾构掌子面稳定的合理支护应力比。

关键词：土压平衡式盾构砂土地层颗粒离散元地层位移掌子面稳定性支护应力比

管片衬砌配合陶粒可压缩层的支护结构与围岩相互作用模型

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工程力学 2018年第3期35卷 86-95页

作者：胡雄玉何川杨清浩吴迪西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室土木工程学院四川成都610031

提出了一种适用于深部蠕变地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术。通过模型试验研究了陶粒可压缩层的让压效果,在此基础上针对围岩蠕变特性和陶粒可压缩性建立了围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用的理论... 详细信息

提出了一种适用于深部蠕变地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术。通过模型试验研究了陶粒可压缩层的让压效果,在此基础上针对围岩蠕变特性和陶粒可压缩性建立了围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用的理论模型,得到了不同隧道埋深和不同厚度的陶粒填充层时围岩变形和管片衬砌支护应力随时间的变化规律,确定了深部蠕变地层确保管片衬砌长期安全的陶粒可压缩层最小填充厚度的计算方法。研究结果表明:陶粒内部蜂窝状孔隙构造使其具有高可压缩层性,可以有效地吸收围岩蠕变变形,消减管片衬砌支护压力,改善其受力特性;理论模型可以有效地分析围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用关系,对于管片衬砌壁后填充陶粒可压缩层的厚度设计具有指导作用。研究结果对未来TBM工法在深部蠕变地层修建隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。

关键词：蠕变地层管片衬砌长期安全性陶粒可压缩层让压效应理论模型

管片衬砌配合陶粒可压缩层支护结构型式的模型试验研究

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土木工程学报 2017年第12期50卷 111-121页

作者：胡雄玉何川杨清浩曹凇宇西南交通大学交通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

提出一种适用于深部地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术,结合台格庙矿区TBM施工的长距离斜井工程,采用模型试验方法,从管片衬砌弯矩、轴力、变形、破坏特征对比分析陶粒和碎石可压缩层的让压效果,从可压缩层的压... 详细信息

提出一种适用于深部地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术,结合台格庙矿区TBM施工的长距离斜井工程,采用模型试验方法,从管片衬砌弯矩、轴力、变形、破坏特征对比分析陶粒和碎石可压缩层的让压效果,从可压缩层的压缩变形路径和颗粒移动特征角度揭示各自的让压机制。研究结果表明:陶粒内部蜂窝状构造使其具备高压缩性,压缩率是碎石的10倍;陶粒可压缩层的让压效果要优于碎石可压缩层;不等压地应力条件下,碎石可压缩层会在一定程度上减小管片衬砌负弯区的抗力系数,导致负弯矩偏大,负弯区裂纹数量和宽度增加。陶粒和碎石的形状和内部构造差异导致两者让压效果和机制不同,最终导致管片衬砌的内力和变形、破坏特征差异。陶粒可压缩层让压机制由相互嵌挤、错动移位和挤压破碎作用三部分组成;碎石可压缩层的让压机制由前两部分组成;不等压地应力件下,由于陶粒的圆形形状特征,其向地应力较小侧自由移位和挤压作用发挥程度要高于菱角状外形的碎石,这一特征不仅增加了陶粒的让压效果还会在一定程度上增大了地应力较小侧的地层抗力系数,改善了管片衬砌受力特性。研究结果对未来TBM工法修建深部斜井的支护结构型式设计具有一定参考价值。

关键词：深部围岩 TBM施工管片衬砌让压技术陶粒可压缩层模型试验