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泥水盾构排浆系统输送大粒径卵石管道的压力损失

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 135-144页

作者：李兴高郭易东孙宇刘泓志北京交通大学土木建筑工程学院/城市地下工程教育部重点实验室北京100044 中交隧道工程局有限公司北京100088

泥水盾构在砂卵石地层掘进时,排浆管道将输送大量大粒径卵石,导致浆体产生不稳定湍流,这给管道压力损失的确定带来了挑战。该研究设计了环流试验装置,以CMC透明黏性浆液为实验用泥浆,建立了基于计算流体动力学与离散单元法(CFDDEM)耦合... 详细信息

泥水盾构在砂卵石地层掘进时,排浆管道将输送大量大粒径卵石,导致浆体产生不稳定湍流,这给管道压力损失的确定带来了挑战。该研究设计了环流试验装置,以CMC透明黏性浆液为实验用泥浆,建立了基于计算流体动力学与离散单元法(CFDDEM)耦合的三维数值模型;以粒径为5~80 mm的卵石为对象,分析了卵石粒径级配、浆液流速、卵石体积分数以及管道倾角对管道沿程压力损失的影响规律。研究结果表明:同一卵石粒径级配、卵石体积分数与管道倾角下,管道沿程压力损失随浆液流速的增加大致呈指数函数规律增加;对于水平管道,不同卵石粒径级配下的管道沿程压力损失差别较小;在低浆液流速(v 处压力存在明显的分层现象。

关键词：泥水盾构大粒径卵石排浆管道压力损失模型试验 CFD-DEM耦合

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预制装配式仰拱与衬砌接头直剪试验研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第6期57卷 654-667页

作者：陈宗平梁延叶培欢张士前广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室南宁530004 中国建筑第八工程局有限公司上海200122

装配式结构具有成本低、工期短和绿色施工等优点,因此中国正在大力推动装配式技术的应用.装配式技术应用于高速公路隧道建设中时,预制装配式仰拱与现浇衬砌接头处存在较大的安全隐患,容易发生剪切破坏.为了探究该类装配式结构接头处直... 详细信息

装配式结构具有成本低、工期短和绿色施工等优点,因此中国正在大力推动装配式技术的应用.装配式技术应用于高速公路隧道建设中时,预制装配式仰拱与现浇衬砌接头处存在较大的安全隐患,容易发生剪切破坏.为了探究该类装配式结构接头处直剪受力状态下的抗剪力学性能,以接头的界面植筋率、界面尺寸和界面处理方式作为变化参数,设计并制作了21个“Z”字形试件开展直剪试验,观测了试件失效的全部过程以及破坏形态,获取了试件的剪切-滑移曲线,系统地分析了接头直剪力学性能的变化规律.结果表明:试件破坏分为植筋剪断和混凝土失效两种破坏形态;随着界面植筋率增加,试件极限抗剪承载力、延性和抵抗界面损伤演化的能力均随之提升;界面植筋率由0.7%增至1.1%时,极限抗剪承载力提升最大为66.4%;界面凿毛处理后试件的抗剪性能更优,其延性提升最大为41.5%;界面植筋率相同时,随着界面尺寸的增大,抗剪承载力随之提升,最大提升64.8%;试件抗剪性能存在一定的尺寸效应,界面尺寸较小试件的抗剪承载力随界面植筋率增加而提升的效果不显著.最后根据相关规范计算方法,基于试验结果和拓展的剪切-摩擦理论,提出了改进的预制装配式仰拱与现浇衬砌接头的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合度良好.

关键词：预制装配式仰拱衬砌接头抗剪性能抗剪承载力

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绕墙底转动模式下装配式挡土墙土压力研究

长江科学院院报 2024年第8期41卷 1-7页

作者：傅旭东张逸博武汉大学土木建筑工程学院武汉430072

墙背土压力分布及大小是装配式挡土墙设计的关键依据。设计并开展新型装配式混凝土挡土墙现场试验,研究挡土墙在加载条件下的位移模式和土压力分布规律。以现场试验为原型,建立无黏性填土、墙背倾斜且粗糙的挡土墙理论计算模型,同时考... 详细信息

墙背土压力分布及大小是装配式挡土墙设计的关键依据。设计并开展新型装配式混凝土挡土墙现场试验,研究挡土墙在加载条件下的位移模式和土压力分布规律。以现场试验为原型,建立无黏性填土、墙背倾斜且粗糙的挡土墙理论计算模型,同时考虑挡土墙位移模式与大小、土拱效应和土层间剪应力的影响,采用水平层分析法推导了绕墙底转动(RB)模式下挡土墙的土压力计算公式。结果表明:①该装配式挡土墙整体性能良好,绕墙底刚性转动。在RB模式下,墙顶处土体最先达到主动极限状态,土体从上至下逐渐达到极限状态;任意深度处的土体位移S_(c)达到7 mm时将达到极限状态,即S_(c)=0.16%H(H为墙高)。②本文理论解与试验值吻合较好,计算公式可用于求解挡土墙绕墙底转动过程中的土压力分布及大小。③随着挡土墙转动幅度的增大,土压力分布曲线凹向逐渐明显,土压力合力作用点高度呈现先降低后回升的现象;挡土墙转动角度η=0.007 rad为挡土墙达到主动状态的临界值。

关键词：装配式挡土墙现场试验绕墙底转动(RB)模式非极限主动土压力水平层分析法

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薄壁墙式墩结构装配式方案及其抗震性能分析

东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 911-920页

作者：张琰江辉文霁李辰高学奎赵星燕滕启杰北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 民航机场规划设计研究总院有限公司北京100101

针对既有柱式墩预制拼装技术难以应用于截面横纵比大的薄壁墙式墩的问题,提出了一种节段水平并联的新型装配式桥墩结构方案,预制节段采用双向无黏结预应力筋、灌浆套筒及混凝土剪力榫混合连接.依托某国际机场飞机荷载宽幅桥梁工程实例,... 详细信息

针对既有柱式墩预制拼装技术难以应用于截面横纵比大的薄壁墙式墩的问题,提出了一种节段水平并联的新型装配式桥墩结构方案,预制节段采用双向无黏结预应力筋、灌浆套筒及混凝土剪力榫混合连接.依托某国际机场飞机荷载宽幅桥梁工程实例,基于ABAQUS平台分别建立了新型装配式桥墩和现浇桥墩的精细化有限元模型,通过拟静力分析对比研究了2种桥墩抗震性能的差异,并讨论了预应力筋配筋率以及剪力榫埋深对新型装配式桥墩抗震性能的影响规律.结果表明:新型装配式桥墩与现浇桥墩在纵向水平荷载作用下呈现墩底塑性铰充分发展的弯曲破坏形态,而在横向水平荷载作用下则呈现弯剪破坏形态;相较于现浇桥墩,装配式桥墩纵桥向与横桥向水平承载力分别提高68.5%和43.0%,但残余位移分别降低49.2%和67.8%;增大竖向预应力筋配筋率可显著提升装配式桥墩的水平承载力,而增加水平向预应力筋配筋率和剪力榫埋深则对限制节段接缝处的相对变形作用明显.

关键词：薄壁墙式墩节段水平并联装配式桥墩双向无黏结预应力筋混凝土剪力榫抗震性能

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带钢底板UHPC梁抗剪承载力计算方法

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 82-93页

作者：晏班夫刘千王凯涂兵柯璐湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

为研究带钢底板的超高性能混凝土(UHPC)梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,采用试验研究与理论分析的方法,设计制作了7片试验梁开展抗剪试验,试验参数包括接缝配置、纵向腹筋设置和剪跨比;结合极限平衡理论和分项线性叠加思想,建立了考... 详细信息

为研究带钢底板的超高性能混凝土(UHPC)梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,采用试验研究与理论分析的方法,设计制作了7片试验梁开展抗剪试验,试验参数包括接缝配置、纵向腹筋设置和剪跨比;结合极限平衡理论和分项线性叠加思想,建立了考虑箍筋、钢纤维、UHPC基体及钢板抗剪贡献的带钢底板UHPC梁抗剪承载力计算建议公式,并与法国规范计算公式进行比较。试验结果表明:接缝梁的破坏形态均为接缝处错位的剪切破坏,主裂缝沿靠近跨中的接缝一侧斜向发展,而完整梁的破坏形态与剪跨比有关,随着剪跨比的增加从剪压破坏向弯剪破坏转变;接缝的存在会降低带钢底板UHPC梁的抗剪承载力,且随剪跨比的增大而减小,设置纵向腹筋则可有效提高其抗剪承载力与变形能力;采用本文提出的计算方法的抗剪承载力计算值与试验值的平均比值为0.91,变异系数为0.16,采用法国规范抗剪承载力计算方法的抗剪承载力计算值与试验值的平均比值为1.08,变异系数为0.29,因此本文提出的计算方法离散性较小,可适用于带钢底板UHPC梁的抗剪承载力计算。

关键词：桥梁工程 UHPC梁抗剪承载力理论分析钢底板湿接缝

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全螺栓装配式钢框架外挂轻质墙板有限元分析

计算力学学报 2024年第3期41卷 474-482页

作者：樊敏郭宏超李慎王振山王华强西安理工大学土木建筑工程学院西安710048

基于一体化轻质保温装饰墙板全螺栓装配式钢框架的抗震性能试验研究,本文采用商业有限元软件ABAQUS对结构进行了精细化非线性有限元分析。研究了结构的滞回性能、结构能力、应力分布以及失效模式等,提出了在柱脚和龙骨间设置加劲肋的改... 详细信息

基于一体化轻质保温装饰墙板全螺栓装配式钢框架的抗震性能试验研究,本文采用商业有限元软件ABAQUS对结构进行了精细化非线性有限元分析。研究了结构的滞回性能、结构能力、应力分布以及失效模式等,提出了在柱脚和龙骨间设置加劲肋的改进设计方案,并对诸如顶底L型件水平板和竖向板螺栓数量、加劲肋形式、结构高跨比以及轴压比等关键设计参数进行了拓展分析。结果表明,采用本文有限元建模方法能够精准地模拟试验的滞回性能,极限承载力与试验最大差值为8.86%,模型失效模式及应力分布与试验现象高度吻合;柱脚和龙骨间加劲肋使柱脚内外翼缘协同变形,减小翼缘局部屈曲,避免龙骨连接处焊缝的应力集中,显著提升了结构承载力;通过优化顶底L型件的螺栓数量和加劲肋形式等设计参数,可进一步提升结构能力;实际工程中应合理控制结构高跨比和轴压比,以满足抗震设防要求。

关键词：钢框架全螺栓装配轻质墙板滞回性能有限元分析

砂卵石地层泥水盾构排浆管路渣石起动特性模型试验与仿真分析

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岩土工程学报 2024年第9期46卷 1945-1955页

作者：孙宇李兴高郭易东刘泓志北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 中交隧道工程局有限公司北京100088

泥水盾构在砂卵石地层掘进的过程中,由于排浆管路中存在大量不规则卵石,排浆管路输送尤为复杂。设计了环流试验装置,并基于计算流体动力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合方法建立了三维瞬态数值模型,对不同形状、粒径、管路倾角、弯头及管... 详细信息

泥水盾构在砂卵石地层掘进的过程中,由于排浆管路中存在大量不规则卵石,排浆管路输送尤为复杂。设计了环流试验装置,并基于计算流体动力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合方法建立了三维瞬态数值模型,对不同形状、粒径、管路倾角、弯头及管径下的卵石起动特性进行了探究。在模型试验中,羧甲基纤维素钠(CMC)浆液被选为载液,透明亚克力管被选为载体;在CFD-DEM耦合模型中,分别通过流变测试和三维扫描技术考虑了浆液的流变性和不规则卵石的形状。结果表明:(1)当异形卵石粒径和管路倾角相同时,卵石的起动速度大小顺序呈现椭球状>扁平状>近球状;(2)当异形卵石形状和管路倾角时,卵石的起动速度随等容粒径的增大先增大后减小再增大;(3)对于球形卵石,在水平管路中,卵石的起动速度随粒径的增大先增大后减小再增大,在倾斜和竖直管路中,卵石的起动速度随粒径的增大而减小;(4)卵石的起动速度随管径的增大而增大;(5)卵石起动速度较大的位置主要出现在较大角度(如60°,90°)的弯头位置处,这是因为当管路倾角≥60°时,在弯头位置处将会出现漩涡区,漩涡区流速与主流区流速相反,阻碍卵石运动,因此在铺设管路时,应尽量减少倾斜角度较大(≥60°)管路的铺设,多采用水平管路或倾斜角度较小(≤45°)的管路。

关键词：泥水盾构大粒径异形卵石起动速度模型试验 CFD-DEM耦合

考虑土体有限宽度的邻近建筑基坑土压力计算方法

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第11期52卷 1711-1719页

作者：梁发云华建李林李明广徐中华同济大学土木工程学院上海200092 长安大学公路学院西安710064 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院上海200002

基于极限平衡法建立土体受力平衡方程,得到有限宽度土体土压力理论解答,然后研究了土体宽高比、土体黏聚力、土体内摩擦角、墙土摩擦角等因素对土压力的影响规律,最后通过分析影响土体破坏夹角的关键因素得到墙后土压力简化计算公式。... 详细信息

基于极限平衡法建立土体受力平衡方程,得到有限宽度土体土压力理论解答,然后研究了土体宽高比、土体黏聚力、土体内摩擦角、墙土摩擦角等因素对土压力的影响规律,最后通过分析影响土体破坏夹角的关键因素得到墙后土压力简化计算公式。结果表明,在土体有限宽度条件下,同等高度处土楔体前后受力基本相同,土体内摩擦角对土压力的影响较大,土体黏聚力和墙土摩擦角对土压力的影响不大。土体破坏夹角大致在朗肯与库伦计算角度之间变化,墙土摩擦角、土体内摩擦角对滑裂面夹角及有限土压力计算范围均有显著影响。

关键词：基坑工程邻近建筑基础有限土体土压力土体破坏夹角

煤–过渡层–岩组合体物理力学特征试验及数值模拟研究

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岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 184-205页

作者：姚文杰刘学伟刘滨范瑛朱磊郑志湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 广西大学土木建筑工程学院广西南宁310030

深部煤系地层中,漫长成岩过程使得部分煤层与岩层之间存在一个岩性过渡区,过渡区与上下岩层、煤层共同组成了一个组合结构。为研究过渡层高度对煤岩组合体变坏特征的影响,首先提出煤、岩石及过渡层3种人工材料的配比设计及煤–过渡层–... 详细信息

深部煤系地层中,漫长成岩过程使得部分煤层与岩层之间存在一个岩性过渡区,过渡区与上下岩层、煤层共同组成了一个组合结构。为研究过渡层高度对煤岩组合体变坏特征的影响,首先提出煤、岩石及过渡层3种人工材料的配比设计及煤–过渡层–岩(CFR)组合体试样的制作方案。在此基础上,开展不同过渡层高度的人工CFR组合试样的单轴压缩试验。基于离散元数值模拟软件PFC,采用刚性簇和球颗粒分别表示过渡层中的煤和岩石颗粒,通过其比例变化构建一种过渡层和CFR组合结构PFC表征模型。结合试验结果,对模型参数进行标定并验证算法的有效性。试验与数值模拟结果表明:随着过渡层高度增加,试样强度、峰前耗散能和声发射b值呈现先降低后增加的趋势,弹性应变能呈现逐渐增加的趋势。数值模拟的微裂隙角度分布范围也随着高度增加先缩小后增大,微裂纹萌生区域逐渐由煤层转移到过渡层,声发射定位则逐渐集中至煤与过渡层界面处。研究结果表明过渡层的存在显著改变了煤岩组合结构的物理力学特性。

关键词：岩石力学煤–过渡层–岩组合强度特征数值模拟破坏机制