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高海拔特长隧洞设计施工若干关键技术研究与应用

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治黄科技信息 2024年第3期 6-8,11页

作者：赵大洲黄河勘测规划设计研究院有限公司

主要完成人:景来红、王学潮、李海波、罗占夫、冯夏庭、徐卫亚、王媛、刘绍宝、赵大洲、杨立新、孙国伟、周辉、薛云峰、刘振红、杨维九。主要完成单位:黄河勘测规划设计研究院有限公司、中铁隧道勘察设计研究院有限公司、中国科学院武... 详细信息

主要完成人:景来红、王学潮、李海波、罗占夫、冯夏庭、徐卫亚、王媛、刘绍宝、赵大洲、杨立新、孙国伟、周辉、薛云峰、刘振红、杨维九。主要完成单位:黄河勘测规划设计研究院有限公司、中铁隧道勘察设计研究院有限公司、中国科学院武汉岩土力学研究所、河海大学、中电建振冲建设工程股份有限公司。获奖情况:《高应力强富水超埋深大断面引水隧洞施工关键技术研究》获2012年天津市滨海新区科学技术进步奖一等奖;《全断面岩石掘进机高效应用技术》获2014年水利部综合事业局昆仑科技奖一等奖;《高海拔超长隧洞TBM施工若干关键技术研究与应用》获2015年黄河水利委员会科学技术进步奖一等奖;《高海拔特长隧洞设计施工若干关键技术研究与应用》获2022年大禹水利科学技术奖科技进步奖二等奖。

关键词：科技进步奖科学技术进步奖勘察设计研究院黄河水利委员会水利科学技术主要完成人获奖情况勘测规划设计

济南济泺路穿黄隧道典型粉质黏土HSS模型参数获取及适用性

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科学技术与工程 2024年第17期24卷 7260-7268页

作者：杨州孙文昊张亮亮李亚楠傅金阳孙前辉中南大学土木工程学院长沙410075 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 黄河勘测规划设计研究院有限公司郑州450003

盾构施工过程中土体大部分区域处于小应变状态,与常用的本构模型的土体性质有所不同。因此,为研究济南济泺路穿黄隧道区域内典型粉质黏土的的静动力行为特性及工程适用性,通过室内基础土工试验、侧限固结试验、标准三轴固结试验以及动... 详细信息

盾构施工过程中土体大部分区域处于小应变状态,与常用的本构模型的土体性质有所不同。因此,为研究济南济泺路穿黄隧道区域内典型粉质黏土的的静动力行为特性及工程适用性,通过室内基础土工试验、侧限固结试验、标准三轴固结试验以及动三轴试验,确定了粉质黏土基本物理性质参数以及切线刚度E_(oed)^(ref)、割线模量E_(50)^(ref)、卸载/重加载参考刚度E_(ur)^(ref),并将所得参数应用于济南济泺路穿黄隧道工程下穿北岸大堤沉降分析中,同时通过对比应用硬化土小应变硬化(hardening soil model with small strain stiffness,HSS)本构模型、摩尔库伦(M-C)本构模型的模拟结果与现场实测结果,验证了HSS本构模型在该地区变形分析中的准确性。结果表明:围压一定时,该地区粉质黏土试样竖向应变以塑性应变为主,且随动应力的增加,土体达到稳定所需时间越长;循环荷载一定时,增大土体围压可提高土体的稳定性;基于室内试验获取的HSS本构模型参数模拟的济南济泺路穿黄隧道下穿大堤工程地层变形结果与现场实测值吻合良好,验证了基于所提出的室内试验获取岩土小应变相关参数方法的适用性。研究成果可以丰富济南黄河地区粉质黏土地层参数研究,并为该地区岩土工程数值模拟分析的本构模型与地层参数选取提供参考。

关键词：粉质黏土 HSS模型室内试验适用性

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粒状土孔隙率与其颗粒级配的分形关系

科技和产业 2024年第7期24卷 130-134页

作者：朱永和刘颜珲尚柯孙红义方旭东江河安澜工程咨询有限公司郑州450000 黄河勘测规划设计研究院有限公司郑州450000 南京水利科学研究院南京210000

粒状土是填(构)筑地基、路基和土石坝等构筑物最常用的工程材料之一。对粒状土孔隙空间的研究有助于揭示其粒状结构承受和传递外力的机理。以仿真颗粒的相互作用为基础的颗粒离散元法是研究粒状土力学行为的有力有效工具。然而,仿真计... 详细信息

粒状土是填(构)筑地基、路基和土石坝等构筑物最常用的工程材料之一。对粒状土孔隙空间的研究有助于揭示其粒状结构承受和传递外力的机理。以仿真颗粒的相互作用为基础的颗粒离散元法是研究粒状土力学行为的有力有效工具。然而,仿真计算所耗时间与颗粒数量成正比,在计算颗粒数量较多的大模型时会受计算机计算性能的制约,阻碍了颗粒离散元法在工程中的普及。为了减小颗粒数量,常常忽略粒状土中细小的颗粒,带来的问题是,颗粒体的孔隙率被低估,同时影响粒状土中力的传递。借助颗粒流离散元法开展一系列仿真试验。结果表明,模型孔隙率随着最小颗粒粒径的变小而变小且两者呈分形关系。基于分形理论建立粒状堆积体孔隙率与最小粒径的数学关系。研究结果可用于提高颗粒流(或计算流体动力学-离散元法耦合)模型计算的准确性和效率。

关键词：粒状土分形维数颗粒级配孔隙率

TBM豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响

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人民黄河 2024年第1期46卷 139-145页

作者：杨风威金俊超杨凡杰黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 河南郑州450003 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

双护盾TBM采用预制管片、回填豆砾石和灌浆的方式进行支护施工,豆砾石回填灌浆层的性能和密实度是影响TBM隧洞工作性能的重要指标。以西北某双护盾TBM施工的引水隧洞为工程依托,基于室内试验研究了不同部位豆砾石回填灌浆层的力学性能,... 详细信息

双护盾TBM采用预制管片、回填豆砾石和灌浆的方式进行支护施工,豆砾石回填灌浆层的性能和密实度是影响TBM隧洞工作性能的重要指标。以西北某双护盾TBM施工的引水隧洞为工程依托,基于室内试验研究了不同部位豆砾石回填灌浆层的力学性能,并通过数值模拟分析了豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响。结果表明:受灌浆密实度不均匀的影响,豆砾石灌浆体的弹性模量和单轴抗压强度存在较大差异;在衬砌与豆砾石不存在脱空状态的条件下,豆砾石回填灌浆层参数取值不同对衬砌受力分布规律影响不大,但衬砌各个部位的应力有所变化;衬砌与豆砾石脱空部位受力状态与不脱空时存在显著差异,在脱空部位管片出现了较为明显的受力情况,部分区域应力超过衬砌混凝土的抗拉强度设计值,衬砌混凝土可能出现裂缝。在隧洞施工中应重点关注衬砌与豆砾石之间结合是否紧密,加强豆砾石回填、灌浆的质量监督。

关键词：双护盾TBM 隧洞施工豆砾石回填灌浆管片衬砌灌浆层密实度支护效果

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包裹式加筋土桥台结构性能现场试验研究

长江科学院院报 2024年第7期41卷 126-131,157页

作者：王清明徐超李昊煜赵崇熙孟亚沈盼盼同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司合肥230088 上海勘测设计研究院有限公司上海200434

为探究包裹式加筋土桥台结构性能,依托安徽省明(光)巢(湖)高速公路包裹式加筋土桥台项目,进行现场原位监测。通过工后330 d的现场监测,研究了包裹式加筋土桥台面板后水平土压力、桩侧水平土压力、面板水平位移、面板沉降,以及土工格栅... 详细信息

为探究包裹式加筋土桥台结构性能,依托安徽省明(光)巢(湖)高速公路包裹式加筋土桥台项目,进行现场原位监测。通过工后330 d的现场监测,研究了包裹式加筋土桥台面板后水平土压力、桩侧水平土压力、面板水平位移、面板沉降,以及土工格栅应变等分布和变化规律,同时探讨了绕桩格栅截断对面板后水平土压力分布的影响。结果表明:面板后水平土压力沿墙高呈非线性分布,面板中部水平土压力大于其他位置,同时墙趾约束会使底部水平土压力逐渐增大,格栅绕桩截断对面板后水平土压力未造成显著影响;桩侧水平土压力沿高度呈近线性分布,盖梁的存在会使桩侧上部水平土压力偏小;面板水平位移和沉降在工后150~180 d内达到稳定状态,最大变形值均出现在道路中线附近;墙背土工格栅应变随墙高呈非线性分布,随桥台运营时间出现收缩现象。总体上,包裹式加筋土桥台在工后较为稳定,服役期间的监测数据可为今后类似工程设计施工提供参考。

关键词：土工合成材料加筋土桥台格栅截断现场监测结构性能

基于黏弹-塑性模型的地下结构动力响应影响因素研究

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河南理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：翟亚飞宋志宇田志锋金俊超刘光昆水利部黄河流域水治理和水安全重点实验室(筹) 黄河勘测规划设计研究院有限公司大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室

目的在强震作用下，土体往往表现出较强的非线性动力特性，导致土中结构物损伤加剧。为探讨考虑分层土体非线性的地动输入方法及地下结构动力响应影响因素，方法在地震动输入方面，结合前人的研究成果，提出了能够合理模拟层状地基地... 详细信息

目的在强震作用下，土体往往表现出较强的非线性动力特性，导致土中结构物损伤加剧。为探讨考虑分层土体非线性的地动输入方法及地下结构动力响应影响因素，方法在地震动输入方面，结合前人的研究成果，提出了能够合理模拟层状地基地震动输入方法，实现了对土体各深度位置材料参数的迭代更新，能够反映实际土体参数的空间分布特征。在土体结构动力分析上，将土体等效线性模型嵌套至Mohr-coulomb模型，建立黏弹-塑性模型，给出了考虑土体非线性特性的分层土体-结构整体模型地震响应分析流程。以某工程为例，进行土体-结构非线性地震响应分析，研究埋深和土层参数对地下结构抗震性能的影响。结果结果表明：在静动荷载作用下，随着结构埋深增加，结构顶底相对位移差值逐渐减小。在相同的埋深工况下，与剪力响应相比，地震作用引起的动弯矩占比较大；保持地表加速度时程不变，结构内力响应随土层剪切模量的增大而逐渐减小。结论对于双层地下结构，地震作用引起的上层中柱剪力和弯矩响应较大，在结构抗震设计时应对此有所考虑。此外，在软土质环境下的地下结构设计中，应特别关注结构的动弯矩响应，并采取有效的加固措施。

关键词：层状地基地震动输入非线性地下结构埋深土层参数

母冲水库高自密实性能混凝土质量控制及工作性能试验

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人民黄河 2024年

作者：宋思成刘颜珲何超田成张戈青岛理工大学土木学院黄河勘测规划设计研究院有限公司南京水利科学研究院北京华石纳固科技有限公司贵州和润恒通建设有限公司黄河水利委员会黄河水利科学研究院

高自密实性能混凝土的工作性能非常敏感，受工作环境、原材料质量、配合比、施工工艺等因素的影响较大，其性能的变化会直接影响堆石混凝土的强度、耐久性及长期稳定性，进而影响大坝的工程质量。以母冲水库为例，对高自密实混凝土从原... 详细信息

高自密实性能混凝土的工作性能非常敏感，受工作环境、原材料质量、配合比、施工工艺等因素的影响较大，其性能的变化会直接影响堆石混凝土的强度、耐久性及长期稳定性，进而影响大坝的工程质量。以母冲水库为例，对高自密实混凝土从原材料、配合比及工作性能等方面进行质量控制及试验研究，结果表明：细骨料含粉率小于7%或者大于18%均会明显增大V形漏斗通过时间，单位用水率高于170 kg时，V形漏斗通过时间随着粉煤灰掺量的降低而显著下降，减水剂掺量对于坍落扩展度、V形漏斗通过时间及自密实性能稳定性均产生显著影响。建议在实际施工中，可采取原材料性能参数检测、投料误差控制、施工作业温湿度监测等方面措施实施质量控制，针对骨料的含粉率、含水率、超逊径含量等性能参数的变化，可从单位用水量、辅助性胶凝材料种类及用量、减水剂掺量等方面进行针对性调整，以保证高密实性能混凝土的工作性能及成型质量稳定。

关键词：高自密实性能混凝土堆石混凝土原材料控制配合比设计工作性能

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非均质斜坡降雨入渗失稳机理及可靠度分析

武汉大学学报（工学版） 2024年第7期57卷 881-890页

作者：揭鸿鹄张浮平蒋水华李嵩黄河陈永清李彧玮南昌大学工程建设学院江西南昌330031 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 江西省天然气管道有限公司江西南昌330096 中铁水利水电规划设计集团有限公司江西南昌330029

目前降雨诱发斜坡可靠度分析常忽略了现场观测信息的影响,不能真实反映降雨入渗下潜在不稳定区域分布及实际可靠度水平。为此,以非饱和二维边坡为例,首先利用贝叶斯更新方法融合“天然工况下斜坡保持稳定”这一观测信息,对空间变异土体... 详细信息

目前降雨诱发斜坡可靠度分析常忽略了现场观测信息的影响,不能真实反映降雨入渗下潜在不稳定区域分布及实际可靠度水平。为此,以非饱和二维边坡为例,首先利用贝叶斯更新方法融合“天然工况下斜坡保持稳定”这一观测信息,对空间变异土体抗剪强度参数进行概率反分析,再采用局部安全系数法考虑水力和抗剪强度参数空间变异性并进行非均质斜坡稳定性分析,最后基于蒙特卡洛模拟方法计算斜坡失效概率随降雨历时的变化规律。同时,开发了HYDRUS-2D软件接口程序,给出了详细的HYDRUS-2D软件内核计算流程,并且对比分析了忽略现场观测信息对斜坡失效概率的影响。结果表明:融合观测信息可以有效缩减斜坡土体参数不确定性,排除斜坡沿因抗剪强度参数空间变异性引起的材料强度软弱区发生失稳的可能性,揭示了降雨这一单一因素诱发斜坡失稳机理。此外,采用局部安全系数方法进行斜坡概率分析能够获得降雨入渗下斜坡失效概率和潜在不稳定区域分布。

关键词：斜坡失稳机理降雨入渗空间变异性概率反分析可靠度分析

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UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第11期49卷 33-44页

作者：邵旭东邵宗暄怀臣子曹君辉李冲湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案(平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm).首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行... 详细信息

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案(平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm).首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.

关键词： UHPC 桥面板抗弯试验抗弯承载力参数分析

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