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EPB盾构刀盘泥饼成因分析及评价模型构建

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 71-83页

作者：丁小彬杨辉泰施钰华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 华南岩土工程研究院广东广州510640

目前土压平衡(EPB)盾构机刀盘结泥饼的研究大都聚焦在单一因素上,缺少整体的、量化的评价标准,难以满足工程上对刀盘结泥饼的预测需求。针对以上问题,文中从地质条件、盾构选型、施工因素3个层面出发,系统总结了导致土压平衡盾构机刀盘... 详细信息

目前土压平衡(EPB)盾构机刀盘结泥饼的研究大都聚焦在单一因素上,缺少整体的、量化的评价标准,难以满足工程上对刀盘结泥饼的预测需求。针对以上问题,文中从地质条件、盾构选型、施工因素3个层面出发,系统总结了导致土压平衡盾构机刀盘泥饼形成的23个主要因素;将土压平衡盾构机在掘进过程中的刀盘结泥饼风险划分为4个等级:高风险、中风险、低风险和无风险。同时提出了结泥饼的风险因子量化标准,并结合层次分析法构建了土压平衡盾构的刀盘结泥饼风险评价模型;基于广州地铁14号线马创区间右线115-165环盾构隧道工程的掘进数据,计算出盾构机掘进过程中不同环的刀盘结泥饼风险程度,验证了刀盘结泥饼风险评价模型的预测性能。研究结果表明:结泥饼风险评价模型的23个影响因子中,以塑性指数、刀盘扭矩、液性指数、总推力的影响权重最大,启动扭矩的影响权重最小;结泥饼风险评价模型表现出了良好的预测性能,计算得到的结泥饼风险变化曲线与现场施工情况基本吻合;盾构掘进参数的变化能很好地反映掘进过程中泥饼的形成,其中总推力对泥饼产生最敏感,刀盘扭矩、土仓压力、推进速度和螺旋机转速的敏感度依次降低。研究成果可适用于类似工程中的土压平衡盾构机刀盘结泥饼的评价分析。

关键词：土压平衡盾构泥饼量化分析评价模型

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竖向分层土被动土压力的计算与分析

应用基础与工程科学学报 2024年第3期32卷 875-887页

作者：刘光秀党发宁宋靖宇西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 榆林学院建筑工程学院陕西榆林719000

基于极限平衡理论和相关联流动法则,建立了挡土墙后竖向分层土被动土压力关于滑动面夹角的数学模型,根据滑动土楔的静力平衡关系,得出竖向分层土被动土压力的计算表达式及其分布情况.利用Matlab计算软件作出被动土压力随滑动面夹角变化... 详细信息

基于极限平衡理论和相关联流动法则,建立了挡土墙后竖向分层土被动土压力关于滑动面夹角的数学模型,根据滑动土楔的静力平衡关系,得出竖向分层土被动土压力的计算表达式及其分布情况.利用Matlab计算软件作出被动土压力随滑动面夹角变化的函数曲线,根据曲线上极小值点确定被动土压力及其对应的极限破裂角.通过与现有理论计算对比,验证了该方法的合理性与可行性.分析了分层土性质参数及挡土结构几何、物理参数等对被动土压力E_(p)和破裂角θ_(cr)的影响.研究结果表明:经典的朗肯、库仑土压力理论及文献解是该研究方法在单一土层情况下的特例.被动土压力Ep随着墙土摩擦角δ、回填土摩擦角φ_(1)、墙土黏聚力C_(w)、回填土黏聚力C_(1)、回填土重度γ_(1)、填土表面荷载q的增加而增加,随着墙背俯斜角α的增加而降低.破裂角θ_(cr)随着δ、φ_(1)、C_(w)、C_(1)、γ_(1)的增加而降低,随α的增加而增加.回填土范围b对被动土压力Ep和破裂角θ_(cr)的影响受回填层和原土层土的性质共同影响.从工程设计角度,挡土墙背竖直、粗糙更有利于被动土压力的发挥.

关键词：竖向分层土挡土墙被动土压力极限平衡理论破裂角流动法则

软基中多向受荷大直径单桩桩土相互作用试验研究

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浙江大学学报（工学版） 2024年第3期58卷 570-578页

作者：戴朴修刘开富谢新宇徐越栋浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江理工大学建筑工程学院浙江杭州310018 浙江大学温州研究院浙江温州325035

为了研究多向循环受荷大直径单桩的水平变形响应及桩土相互作用机理,开展多向受荷大直径单桩的1g大比尺模型试验,探讨不同竖向和水平循环荷载比下的桩侧受力及变形响应.试验结果表明,施加竖向循环荷载会增大桩身水平位移的发展速率;最... 详细信息

为了研究多向循环受荷大直径单桩的水平变形响应及桩土相互作用机理,开展多向受荷大直径单桩的1g大比尺模型试验,探讨不同竖向和水平循环荷载比下的桩侧受力及变形响应.试验结果表明,施加竖向循环荷载会增大桩身水平位移的发展速率;最大弯矩出现在2.0倍桩径深度处,随着循环次数的增大,桩身弯矩表现出减小的趋势;在循环荷载作用下,最大土抗力所在的位置随着循环次数的增大逐渐从1.5倍桩径深度处向2.0倍桩径深度处移动,循环土体抗力-桩身水平变形(p-y)曲线的退化主要发生在表层土体;施加竖向循环荷载会增大桩土界面的初始刚度,但同时也会加速桩土体系的刚度退化.建议在海上风电大直径单桩的设计中,特别注意竖向循环荷载对长期循环荷载作用下桩身位移及桩土相互作用的不利影响.

关键词： 1g模型试验大直径单桩复杂荷载 p-y曲线桩土相互作用

考虑结构刚度变化的盾构隧道纵向变形计算方法

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工程力学 2024年

作者：甘晓露李文博龚晓南刘念武俞建霖浙江理工大学建筑工程学院浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心

为适应复杂的外部环境，盾构隧道纵向结构刚度有可能会存在突变。以前人研究为基础，提出考虑结构刚度纵向变化的Timoshenko短梁-弹簧盾构隧道模型，并通过Pasternak地基模型和边界弹簧考虑地基土变形连续性和任意隧道边界条件。基于有... 详细信息

为适应复杂的外部环境，盾构隧道纵向结构刚度有可能会存在突变。以前人研究为基础，提出考虑结构刚度纵向变化的Timoshenko短梁-弹簧盾构隧道模型，并通过Pasternak地基模型和边界弹簧考虑地基土变形连续性和任意隧道边界条件。基于有限差分理论推导了外部荷载影响下盾构隧道纵向变形的耦合解答，利用模型退化、数值模型和实际工程案例验证了计算方法的正确性和有效性，并结合参数分析研究了高刚度管片的存在对盾构隧道纵向变形响应的影响。结果表明，局部使用高刚度管片可有效抑制高刚度管片段内的隧道沉降和环缝接头变形，但刚度差异会导致高刚度段两端出现接头变形突增；高刚度管片与常规管片刚度差异越大，高刚度段内的隧道变形越小，但高刚度段两侧接头变形突增的现象更加显著；不同高刚度段长度和结构刚度比组合情况下的隧道变形控制效果存在显著差异，不合理的参数组合甚至会加剧隧道变形。

关键词：盾构隧道结构刚度变化纵向变形环缝接头有限差分法

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毛乌素沙漠南缘风积沙湿陷特性研究

长江科学院院报 2024年

作者：邓亚虹刘岩黎志旭慕焕东侯大勇王治军刘琳西安理工大学岩土工程研究所长庆工程设计有限公司长安大学地质工程与测绘学院

毛乌素沙漠地区部分风积砂土表现出遇水强度降低，竖向沉降变形增大的特性，对该地区风积砂土湿陷特性的研究具有重要的工程实际意义。本文以毛乌素沙漠南缘风积砂土为研究对象，开展了风积砂土原状样和重塑样的室内湿陷特性试验，通过... 详细信息

毛乌素沙漠地区部分风积砂土表现出遇水强度降低，竖向沉降变形增大的特性，对该地区风积砂土湿陷特性的研究具有重要的工程实际意义。本文以毛乌素沙漠南缘风积砂土为研究对象，开展了风积砂土原状样和重塑样的室内湿陷特性试验，通过单因素分析法研究了风积砂土湿陷特性的影响因素和影响规律。结果表明：①毛乌素沙漠南缘风积砂具有一定的湿陷性，湿陷程度为轻微湿陷；②毛乌素沙漠南缘风积砂的湿陷性随干密度的增大迅速减小，随含水率的增大而减小，随黏粒含量的增多而增大，随试验垂直压力的增大呈先增大后减小的趋势；③毛乌素沙漠南缘风积砂是否具有湿陷性的界限指标为干密度取1.5g/cm3、含水率取8%和相对密度取40.5%。

关键词：毛乌素沙漠风积砂土湿陷性影响因素影响规律

热效应作用下P波入射非饱和土自由场地地震响应研究

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岩土工程学报 2024年

作者：马强杨奕琪周凤玺邵生俊青海大学土木工程学院西安理工大学岩土工程研究所兰州理工大学土木工程学院

基于单相热弹性介质和非饱和多孔热弹性介质中波的传播理论，建立了平面P波入射下非饱和土自由场地模型，采用亥姆霍兹矢量分解原理，对热效应作用下非饱和土自由场地中的波场进行分析，获得了热效应作用下平面P波入射非饱和土自由场地... 详细信息

基于单相热弹性介质和非饱和多孔热弹性介质中波的传播理论，建立了平面P波入射下非饱和土自由场地模型，采用亥姆霍兹矢量分解原理，对热效应作用下非饱和土自由场地中的波场进行分析，获得了热效应作用下平面P波入射非饱和土自由场地地震响应的解析解答。通过数值计算，分析了热传导系数、介质温度、热膨胀系数等热物性参数对非饱和土自由场地地震响应所产生的影响规律。研究结果表明：考虑热效应和不考虑热效应两种理论模型下所得到的地表位移放大系数有着明显差异；水平位移放大系数随着热传导系数的增大而逐渐增大，但竖向位移放大系数几乎不发生变化；随着热膨胀系数的增大，水平位移放大系数逐渐增大，竖向位移放大系数逐渐减小；随着介质温度的增大，水平位移放大系数逐渐减小，竖向位移放大系数逐渐增大；此外，随着饱和度的增大，水平位移放大系数逐渐减小，竖向位移放大系数逐渐增大，说明土体中气相的存在对地表位移放大系数有着显著的影响。

关键词：非饱和多孔热弹性介质自由场地地震响应热物性参数平面P波

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基于极限应力状态条件的主动土压力解析

岩石力学与工程学报 2024年

作者：刘光秀党发宁王旭李玉根西安理工大学岩土工程研究所榆林学院建筑工程学院

为探究非光滑的挡土墙主动土压力分布特征及墙后土体处于主动极限平衡状态时的应力状态，以墙后无黏性土为研究对象，建立极限应力状态条件下挡土墙的主动土压力计算方法。首先，假定当滑动土楔处于极限平衡状态时，滑裂面、墙土界面处... 详细信息

为探究非光滑的挡土墙主动土压力分布特征及墙后土体处于主动极限平衡状态时的应力状态，以墙后无黏性土为研究对象，建立极限应力状态条件下挡土墙的主动土压力计算方法。首先，假定当滑动土楔处于极限平衡状态时，滑裂面、墙土界面处的土体单元及楔体内部单元都达到极限应力状态，及土楔中小主应力传递为圆弧形主应力迹线。基于上述假定，将滑动土楔沿最小主应力迹线分层为若干个圆弧形薄层单元，继而利用静力平衡对该薄层单元进行受力分析，推导出极限应力状态下挡土墙的主动土压力。分析墙土摩擦角δ对主动土压力的分布形式、大小、合力作用点及对墙底的倾覆力矩的影响规律，并与Coulomb等土压力理论进行比较。理论分析结果表明：（1）主动土压力σw随深度呈凸形非线性分布，挡土墙背的粗糙度，即墙土摩擦角δ的取值，对非线性分布形式有显著影响。当挡土墙背光滑时（δ=0°），土压力分布退化为Coulomb直线分布；随着墙土摩擦角的增加，土压力分布曲线逐渐左移，曲线的拐点位置升高，非线性效应愈加明显。（2）随着墙土摩擦角的增大，主动土压力的合力逐渐减小，合力作用点的位置受非线性分布的影响而逐渐提升，对墙底的倾覆力矩先减小后增加。（3）极限应力状态条件下挡土墙的主动土压力的合力是Coulomb土压力合力的外包络线，基于Mohr-Coulomb强度理论，推论出滑动土楔体处于极限平衡状态时内部单元的应力状态为：挡土墙背光滑时（δ=0°），滑动土楔体内部单元为极限应力状态，即为经典的Rankine土压力理论；挡土墙背粗糙时（δ>0°），滑动土楔体内部单元已进入塑性–破坏应力状态，并随着挡土墙背粗糙度的增加，塑性状态越显著。（4）极限应力状态条件下的主动土压力为主动土压力的塑性上限解，Coulomb土压力为塑性下限解。最后，通过数值模拟与实例验证本文方法的可行性与合理性。

关键词：土力学主动土压力挡土墙主应力迹线非线性分布极限应力状态

黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁横向自振特性分析

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振动工程学报 2024年第8期37卷 1330-1338页

作者：柳伟汪过兵赵志鹏赵晓军兰州信息科技学院土木工程学院甘肃兰州730300 西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048

基于修正Timoshenko梁理论,建立黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的横向振动控制方程,运用回传射线矩阵法推导出黏弹性Pasternak地基上两端简支修正Timoshenko梁自振频率和衰减系数的解析解,结合二分法和黄金分割法计算了经典边... 详细信息

基于修正Timoshenko梁理论,建立黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的横向振动控制方程,运用回传射线矩阵法推导出黏弹性Pasternak地基上两端简支修正Timoshenko梁自振频率和衰减系数的解析解,结合二分法和黄金分割法计算了经典边界条件下黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的自振特性,对比分析了考虑剪切变形引起的转动惯量、梁长及不同的边界条件对结构自振特性的影响。研究表明:黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的各阶自振频率和衰减系数小于经典Timoshenko梁的各阶自振频率和衰减系数;梁越短,剪切变形引起的转动惯量对结构自振频率和衰减系数的影响越大,且对高阶的影响明显大于低阶;边界约束条件越强,振动能量衰减越明显。

关键词：黏弹性Pasternak地基修正Timoshenko梁回传射线矩阵法解析解边界条件

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说说云南地质找矿“十八怪”（一）

矿物岩石地球化学通报 2024年

作者：韦昌山张艳韩润生王明志刘妍宏中国地质科学院地质力学研究所昆明理工大学国土资源工程学院

慕名来到“七彩云南”的游客，在折服于美丽壮观的山水靓影之余，对各个版本的“云南十八怪”的演绎也乐此不疲，最后又将碧净美景的记忆和千古风情的传说带回，撒向坊间聊谈。仔细品味，云南的每一“怪”都蕴含着这个神秘“王国”的精...

慕名来到“七彩云南”的游客，在折服于美丽壮观的山水靓影之余，对各个版本的“云南十八怪”的演绎也乐此不疲，最后又将碧净美景的记忆和千古风情的传说带回，撒向坊间聊谈。仔细品味，云南的每一“怪”都蕴含着这个神秘“王国”的精髓和故事。地质人生来风趣幽默，在野外观察复杂多变的地质现象时，也不忘概象化地描述诸多控（成）矿构造及矿体形貌特征，一代代地质宗师留下的数百上千条琅琅上口的地质俗语、格（谚）言和成矿规律口决，更是宝贵的非物质文化遗产，值得后人珍藏和感悟。

关键词：