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基于双层Winkler地基的盾构穿越管线挠曲与脱空分析

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岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1270-1281页

作者：林存刚王忠杰郭成超王复明陈瑜赵辰洋丁智中山大学土木工程学院广东省地下空间开发工程技术研究中心广东广州510275 隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 广东省海洋土木工程重点实验室广东广州510275 浙江省城市盾构隧道安全建造与智能养护重点实验室浙江杭州310015

盾构掘进诱发上覆管线的挠曲和脱空分析对其结构保护至关重要。基于双层Winkler地基并考虑管线上覆与下卧地基刚度差异,对盾构隧道开挖上覆管线挠曲和脱空进行理论与模型试验证实分析。基于荷载板试验对传统管线砂土地基承载理论加以修... 详细信息

盾构掘进诱发上覆管线的挠曲和脱空分析对其结构保护至关重要。基于双层Winkler地基并考虑管线上覆与下卧地基刚度差异,对盾构隧道开挖上覆管线挠曲和脱空进行理论与模型试验证实分析。基于荷载板试验对传统管线砂土地基承载理论加以修正,提出适用于盾构穿越管土相互作用分析的砂土地基刚度和极限承载力取值建议。参数分析发现,管线脱空宽度随管线抗弯刚度和隧道开挖地层损失增大而变大,但变化速率递减;当地层损失或管线抗弯刚度较大时,管土线弹性相互作用理论和考虑界面脱空的单层地基计算方法均高估了管线挠曲和弯矩,而考虑界面脱空的双层Winkler地基计算方法可更准确地预估管线挠曲。

关键词：隧道工程双层Winkler地基盾构掘进管土相互作用界面脱空模型试验地基承载理论

珊瑚钙质砂-聚氨酯高聚物复合体蠕变村山流变模型改进

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工程地质学报 2024年第1期32卷 295-302页

作者：黄锐郭成超曹鼎峰刘志遐中山大学土木工程学院珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 广东省海洋土木工程重点实验室珠海519082 广东省地下空间开发工程技术研究中心广州510275

聚氨酯高聚物注浆可显著提高珊瑚钙质砂地基承载力,但目前缺乏模型准确描述注高聚物浆液加固后珊瑚钙质砂地基的蠕变。本文中推导了改进村山流变模型的理论公式,对复合体蠕变进行分段描述,采用一个与应力大小及时间有关的反比例函数代... 详细信息

聚氨酯高聚物注浆可显著提高珊瑚钙质砂地基承载力,但目前缺乏模型准确描述注高聚物浆液加固后珊瑚钙质砂地基的蠕变。本文中推导了改进村山流变模型的理论公式,对复合体蠕变进行分段描述,采用一个与应力大小及时间有关的反比例函数代替传统村山流变模型中的黏滞系数。设计了室内蠕变单轴压缩试验,分别在100 kPa,200 kPa和400 kPa轴向应力下测定并建立了珊瑚钙质砂-高聚物复合体的蠕变量与蠕变时间的关系。试验结果表明:改进村山流变模型可有效描述珊瑚钙质砂-高聚物复合体蠕变全过程,当蠕变时间小于临界时间时,传统村山流变模型有效;当蠕变时间大于临界蠕变时间后,传统村山流变模型偏差随着时间增长而增大,而改进村山流变模型预测值与实测值具有很好一致性;复合体所处的应力水平越高,蠕变量越大,发生加速蠕变的时间也越早。

关键词：蠕变珊瑚钙质砂高聚物村山流变模型

极端落石冲击荷载下隧-桥一体化防护体系研究

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铁道标准设计 2024年

作者：蔡直言郭成超胡凯王天经张文佳中山大学土木工程学院&隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室(中山大学) 广东省海洋土木工程重点实验室中建三局第三建设工程有限责任公司广东省地下空间开发工程技术研究中心

为消除高铁长大隧道穿越巨型溶腔时危岩落石给隧道施工和运营带来的巨大安全隐患，从工程设计视角出发，通过综合勘察、理论分析、数值模拟、精细化设计等方法对落石冲击荷载以及隧-桥一体化防护体系进行研究。分析各种落石冲击力计算... 详细信息

为消除高铁长大隧道穿越巨型溶腔时危岩落石给隧道施工和运营带来的巨大安全隐患，从工程设计视角出发，通过综合勘察、理论分析、数值模拟、精细化设计等方法对落石冲击荷载以及隧-桥一体化防护体系进行研究。分析各种落石冲击力计算方法的原理和局限性，并采用《铁路工程设计技术手册·隧道》推荐的方法进行落石冲击力计算，结果表明：(1)针对推测体积为3m3的最大落石，计算得到落石冲击荷载高达5219.09kN；(2)计算分析了拱桥、衬砌、护拱、回填混凝土和缓冲层组成的防护体系在冲击荷载作用下的受力情况，该体系协同受力可抵抗7.5t落石从105m高度自由下落时的极端冲击荷载；(3)护拱和二次衬砌、二次衬砌和拱桥为分离叠合关系，外力荷载下可考虑结构之间的变形协调作用，结合基岩承载力分别进行结构安全性检算，计算结果满足规范要求。

关键词：铁路隧道巨型溶腔落石冲击协同受力工程设计隧-桥一体化结构

沿海地面沉降对风暴潮作用下洪水淹没影响的析因试验

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水利水运工程学报 2024年第3期 42-51页

作者：黄光玮郭成超蔡华阳田雨赵铜铁钢中山大学南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况,引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明:珠海市地面沉降... 详细信息

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况,引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明:珠海市地面沉降在平沙镇东北至白蕉镇西南呈条带状分布,对洪水淹没存在空间“放大效应”。地面沉降和风暴潮交互作用会加剧鸡啼门水道和泥湾门水道两侧洪水向内陆演进的趋势;与内陆相比,沿岸农田和水产养殖区的淹没对地面沉降更为敏感。交互作用时两个因素的单独效应均增强,二者对洪水淹没存在正向协同交互作用。未来100年地面沉降情景下,地面沉降主效应约为风暴潮主效应的1.11~29.49倍,这表明地面沉降在淹没效应中占主导地位,在预测未来风暴淹没时须考虑地面沉降的影响。

关键词：地面沉降风暴潮洪水淹没析因试验 MIKE 21

我国各大流域复合高温干旱事件变化趋势与归因分析

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 83-96页

作者：熊少堂赵铜铁钢郭成超田雨杨芳陈文龙陈晓宏中山大学水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室/南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广州510275 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038 珠江水利科学研究院广州510611

受全球气候变化影响,复合高温干旱事件呈现增加趋势.通过构建表征复合高温干旱重现期变化的全微分方程,提出了一种复合高温干旱变化的归因方法,并利用1921~2020年月气温和月降水观测资料,分析中国夏季复合高温干旱事件时空分布特征及变... 详细信息

受全球气候变化影响,复合高温干旱事件呈现增加趋势.通过构建表征复合高温干旱重现期变化的全微分方程,提出了一种复合高温干旱变化的归因方法,并利用1921~2020年月气温和月降水观测资料,分析中国夏季复合高温干旱事件时空分布特征及变化趋势,量化降水变化、气温变化和降水-气温相关关系变化这三种驱动因子在中国夏季复合高温干旱事件变化中的贡献.结果表明:近年来中国大部分地区夏季复合高温干旱事件呈现出明显的增加趋势,气温变化、降水变化、降水-气温相关关系变化对干旱高温复合事件变化的贡献依次递减.气温变化幅度最大、影响范围最广,在长江中上游地区以外的区域均导致复合事件增加,是最主要的驱动因子之一;降水变化是中国西部特别是新疆北部、青海和甘肃地区复合事件减少的重要原因;降水-气温关系则与其他驱动因子一起导致了在华南地区复合事件重现期的缩短和华东、西北部分地区复合事件重现期的增加.与此同时,降水和气温的均值趋势与离散程度的变化均可能导致复合高温干旱事件重现期的变化.

关键词：高温干旱复合事件归因分析气候变化

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不同季节影响下复合道面力学响应分析

城市道桥与防洪 2024年第1期 205-208,M0017页

作者：郭成超张顺杰杨晓东闫卫红郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001 中国市政工程华北设计研究总院有限公司天津市300074 中山大学土木工程学院广东广州510275 河南省机场集团有限公司河南郑州451163

为了研究复合道面在不同季节时的力学响应,以中原地区某机场改造项目为项目背景,借助三维有限元软件,建立了道面有限元模型,分析了复合道面在温度影响下的力学响应,并与机场监测数据进行对比,验证了模型的准确性。研究发现:大气温度所... 详细信息

为了研究复合道面在不同季节时的力学响应,以中原地区某机场改造项目为项目背景,借助三维有限元软件,建立了道面有限元模型,分析了复合道面在温度影响下的力学响应,并与机场监测数据进行对比,验证了模型的准确性。研究发现:大气温度所能影响的道面深度范围在0.56 m以内,和大气温度相比,道面面层温度峰值远大于气温峰值;道面内部不同结构层之间温度变化趋势相同,随着道面深度的加深,温度峰值逐渐递减,并且出现时间具有延迟现象;在不同季节,道面在相同机型作用下所产生的变形不同,说明温度对于道面的受力是有影响的,其中混凝土层在冬季时所产生的应变值比夏季所产生的减少约74%,变化比较明显。

关键词：道路工程有限元模型温度场热力耦合机场监测

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隧道防水减震隔热一体化关键技术研究

铁道标准设计 2024年第1期68卷 1-10页

作者：王复明郭成超孙博王浩然关欢刘建友霍建勋答子虔中山大学土木工程学院广州510275 西南交通大学土木工程学院成都610031 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 中国铁路经济规划研究院有限公司北京100038

西部地区交通隧道建设面临全球最为复杂的工程地质条件。受高烈度地震带、富水环境与高低温带等不良地质影响,隧道震害、水害与冻热害问题突出,隧道防水减震隔热一体化技术研究需求迫切。为此,针对多致灾因素下的交通隧道安全建养问题... 详细信息

西部地区交通隧道建设面临全球最为复杂的工程地质条件。受高烈度地震带、富水环境与高低温带等不良地质影响,隧道震害、水害与冻热害问题突出,隧道防水减震隔热一体化技术研究需求迫切。为此,针对多致灾因素下的交通隧道安全建养问题开展系统研究。首先,在前期研发的新型韧性非水反应高聚物材料基础上,进行隧道防水阻渗、减震隔震与保温隔热相关技术研究,开展抗渗试验、减震试验和导热系数测定试验及仿真分析。研究表明,0.6 g/cm^(3)的高聚物材料抗渗等级达到10级,具有良好的防水性能;采用外包高聚物隔震层的隧道复合衬砌结构可减少36%地震波作用下的隧道变形;温度较低时,高聚物导热系数随密度增大而呈现增大趋势,密度每增加1 g/cm^(3),导热系数增大0.1709 W/(m·K),温度较高时,高聚物导热系数随密度增大而呈现先增大后减小趋势;进一步提出隧道“围岩-初衬-高聚物-二衬”复合式衬砌支护体系。最后,开展隧道高聚物防水减震隔热层喷涂施工物理模型试验与现场技术示范,给出最佳喷涂工艺参数,实现隧道防水-减震-隔热功能的一体化应用。相关研究成果可为高烈度、富水环境及高低温带交通隧道安全设计与施工提供借鉴。

关键词：隧道工程高聚物材料防水减震隔热复合式衬砌一体化技术技术示范

一种采用U型配筋新型复合保温墙板节点地震损伤模型研究

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振动与冲击 2023年第12期42卷 290-298页

作者：马少春谷宇鲍鹏郭成超河南大学土木建筑学院开封市工程修复与材料循环工程技术研究中心河南开封475004 郑州大学黄河实验室郑州450001

为了探究结构与保温一体化新型复合墙板节点的抗震性能及地震损伤模型,提出了一种采用U型节点配筋形式的新型复合保温墙板节点。设计并制作了6个试验样本。通过工作性能力学试验,研究了该类墙板节点试件的破坏机理、滞回性能、承载能力... 详细信息

为了探究结构与保温一体化新型复合墙板节点的抗震性能及地震损伤模型,提出了一种采用U型节点配筋形式的新型复合保温墙板节点。设计并制作了6个试验样本。通过工作性能力学试验,研究了该类墙板节点试件的破坏机理、滞回性能、承载能力以及延性系数等指标。另外,通过研究发现,常用的Park损伤模型并不能较好地反映试件损伤发展情况。因此,为了能准确描述新型复合保温墙板节点的地震损伤发展,该文章在试验的基础上提出了一类适用于该类试件的改进地震损伤模型。通过实例验证发现,反映出可以利用较多指标对损伤的合理评价,应用前景具有广泛性。

关键词：损伤模型墙板节点陶粒混凝土抗震试验滞回及骨架曲线

装配式L形截面夹芯组合剪力墙节点抗震性能试验

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土木工程学报 2022年第S1期55卷 49-55页

作者：马少春赵亚坤郭成超鲍鹏河南大学开封市工程修复与材料循环工程技术研究中心河南开封475004 郑州大学河南郑州450001

为研究装配式L形截面夹芯组合剪力墙节点的整体工作性能,设计了由环形水平钢筋连接试件及水平贯通钢筋连接试件共两类。详细考察了试件的工作状态、破坏机理、滞回性能、刚度退化及耗能等变化规律,并对其延性性能进行了评价。结果表明:... 详细信息

为研究装配式L形截面夹芯组合剪力墙节点的整体工作性能,设计了由环形水平钢筋连接试件及水平贯通钢筋连接试件共两类。详细考察了试件的工作状态、破坏机理、滞回性能、刚度退化及耗能等变化规律,并对其延性性能进行了评价。结果表明:试件发生了典型的弯剪破坏,主要集中在腹板脚部混凝土被拉裂或压碎、钢筋拉长或压弯。通过对比分析发现,环形水平钢筋连接试件的开裂、屈服、峰值荷载及相应的变形均得到大幅度的提高;通过对耗能性能进行评估,得出的结论一致等。说明环形钢筋可以有效增强腹板与暗柱、翼缘与暗柱之间的连接,有助于综合提高试件的抗震能力。

关键词：夹芯剪力墙节点抗震试验装配式滞回及骨架曲线刚度