考虑细部构造的有压隧洞衬砌管片纵向接头抗弯性能研究
研究构建了有压隧洞衬砌管片纵向接头抗弯力学模型,基于张开过程推导接头力学平衡方程,并与足尺试验验证,重点分析边缘间隙、螺栓与止水槽布置的影响。结果表明接头弯矩-转角曲线呈S型,抗弯刚度随张开非线性衰减;边缘间隙降低初始抗弯刚度,其闭合使抗弯性能再次提升,极限承载力在一定边缘间隙条件下最优。
推荐理由:模型与足尺试验对照,量化了边缘间隙和双排螺栓布置对接头抗弯刚度与极限弯矩的影响,可供管片接头设计参考。
研究构建了有压隧洞衬砌管片纵向接头抗弯力学模型,基于张开过程推导接头力学平衡方程,并与足尺试验验证,重点分析边缘间隙、螺栓与止水槽布置的影响。结果表明接头弯矩-转角曲线呈S型,抗弯刚度随张开非线性衰减;边缘间隙降低初始抗弯刚度,其闭合使抗弯性能再次提升,极限承载力在一定边缘间隙条件下最优。
推荐理由:模型与足尺试验对照,量化了边缘间隙和双排螺栓布置对接头抗弯刚度与极限弯矩的影响,可供管片接头设计参考。
研究提出随机种子约束法(CSM),通过引入观测数据对独立随机种子施加空间约束,构建土体参数条件随机场。该方法保证测点处模拟值与实测值严格一致,未观测区域模拟结果与实测值在95%置信区间内统计一致。两个边坡案例验证显示,融入钻孔数据后安全系数概率密度函数明显收敛、方差显著减小,失效概率与风险估计较仅用先验信息更接近实际工况,且随钻孔数量增加逐步收敛。
推荐理由:提出随机种子约束法生成条件随机场,让钻孔数据直接校正边坡失效概率与风险估计。
基于格子Boltzmann方法建立三维粗糙岩石裂隙渗流-传热-传质耦合数值模型,用3个分布函数分别表征速度场、温度场和浓度场,并经两个经典算例验证。岩石温度从20℃升至70℃时,流体运动黏度降至初始值的48%,溶质扩散系数增至5.17倍,溶质运移显著加快;裂隙粗糙度增大会降低流速,其对溶质运移的抑制作用强于温升带来的扩散增强。参数敏感性综合评价显示,裂隙开度最敏感,溶质初始扩散系数敏感性最低。
依托中国某超大直径JPCCP顶管工程,研究团队对顶进全过程开展现场监测,发现管周接触压力与泥浆压力基本同步,并可按注浆工序分为高压与低压两个阶段。实测显示管道长期处于上浮状态,管节轴向变形受顶停循环影响呈周期性波动,中层混凝土环向变形呈上下受压、左右受拉的非对称分布。研究据此提出JPCCP推进过程体现管-土-浆-结构四元耦合的三维受力机制。
推荐理由:依托超大直径JPCCP顶管工程的全过程现场监测,给出管周压力与结构变形规律,可供类似顶管工程设计与监测参考。
研究提出基于液态CO2的地层冻结技术,通过三大闭环循环系统实现高效热量转移与快速冻结,并结合原位试验与数值模拟研究温度场演化与加固效能。试验显示该技术降温速率较传统盐水冻结提升3倍,冻结1 d地温降至-30℃,36 d后冻结壁厚度达3.06 m、平均温度-23.9℃、扩展速率33.6 mm/d。水热耦合模型揭示冻结壁扩展与交圈机制,模拟结果显示冻结5 d即实现交圈。
推荐理由:液态CO2冻结的原位试验与数值模拟给出冻结壁扩展速率与交圈时间,可供冻结法施工方案比选参考。
研究将盾构施工地表沉降分解为盾构推力、盾壳摩阻、地层损失和同步注浆四个分量,基于Mindlin解和Sagaseta解推导各分量计算公式并叠加建立整体坐标系下的理论计算模型。参数分析显示地层损失与同步注浆合计约占总沉降的80%~90%,推力与摩阻分别约占3%~6%和5%~7%;埋深由18 m减至6 m时总沉降增幅达76.5%,开挖半径由3.2 m增至3.5 m时总沉降增加156%。
推荐理由:把盾构地表沉降拆成推力、摩阻、地层损失与注浆四项并给出解析解,可对照各分量占比判断控制重点。
研究依据洞库设计标准,将每条储油洞室每百米补水量小于12.5 m³·d⁻¹的区域定义为低渗透区,大于或等于该值的定义为高渗透区,并对两区水幕补水量与孔隙水压进行现场监测。
推荐理由:现场监测揭示水幕补水量与孔隙水压在不同渗透区的反向联动,为水幕孔间距优化提供依据。
研究依托滇中引水工程玉溪段,构建了长距离TSP宏观控制、中距离TEM重点探水、短距离GPR精细刻画的综合超前地质预报体系。结合扯那苴、小扑等工点实测与开挖揭露数据,建立了以正常围岩背景场为基准的波速比、电阻率、介电常数多参数协同判识准则,分别对应富水涌泥涌砂带、围岩破碎塌方与隐伏岩溶空腔。工程实践表明该体系可弥补单一方法探测盲区并降低多解性,实现对掌子面前方不良地质体的定性判识与空间定位。
推荐理由:依托滇中引水玉溪段实测数据,给出波速比、电阻率与介电常数联合判识涌泥涌砂、塌方和隐伏岩溶的准则。
研究提出一种按桩体破坏模式分区计算刚性桩复合地基路堤稳定性的新方法,通过室内模型试验与三维数值模拟引入最大轴力与最大弯矩比值权重因子β,将路堤下桩体划分为承压区、压弯区、弯剪区和拉弯区4类破坏区域。
推荐理由:提出按桩体破坏模式分区计算刚性桩复合地基路堤稳定性的方法,并与BS8006法、等效抗剪强度法对比验证。
研究提出一种基于滑坡点安全系数解析结果的抗滑桩桩位选择方法,以抗滑段点安全系数为1.0且剪出口条块所需支持力为0作为收敛标准计算滑坡稳定性系数,并融合点安全系数空间分布与后缘裂缝允许宽度构建双控指标体系确定最优桩位。
推荐理由:该方法把抗滑桩桩位选择与滑坡推力计算纳入同一力学框架,并用 ACADS 考题与丹巴滑坡案例做了对照验证。
浙江蛇蟠岛国家矿山公园鲨鱼湾景区一处廊式边坡存在落石、崩塌隐患,研究通过地质调查与结构分类评定,结合三维激光扫描点云数据,用Geomagic和Hypermesh建模网格划分,并以Flac3D有限差分模拟获取应力场、位移场与塑性区,评价边坡整体稳定性。据此提出原游路整改意见与防治措施,为山区景点地质灾害防治提供参考。
研究以阿勒泰将军沟为对象,通过现场调查、数据解析和机器学习分析其形成机制,并用 MassFlow 模拟防治前、防治后及工程失效三种工况,对比冲淤范围评价防治效果。
推荐理由:以阿勒泰将军沟为例梳理沟谷型泥石流链式成灾过程,并用 MassFlow 对比防治前后与工程失效工况。
信息量-逻辑回归耦合模型对新疆S101公路山区路段滑坡危险性评价的AUC达0.885,高与极高危险区滑坡点占比83.62%,均优于单独使用的信息量模型(0.741、79.51%)和逻辑回归模型(0.875、78.69%)。
研究提出基于机器学习预测算法的触变泥浆配合比多目标优化方案,用于大断面矩形顶管施工减阻。通过控制变量法结合正交试验获得膨润土、CMC-Na、纯碱及水等组分对应的失水量、表观黏度与泥皮厚度数据,对比SVR与XGBoost后表明SVR精度效率更高。
推荐理由:研究用SVR与NSGA-Ⅱ替代传统正交试验寻优,给出可复验的触变泥浆配比与42.9%减阻率。
研究提出一种基于复变函数与Maxwell-Betti功互等定理的矩形隧道施工地表沉降预测方法,先构建两种受力状态下的二维计算模型,再用保角变换将矩形隧道映射为圆形推导洞身位移,并改进Sagaseta法以适用于矩形隧道,结合功互等定理推导地层损失计算式。
推荐理由:针对矩形隧道地表沉降预测精度不足,提出复变函数与功互等定理结合的方法,并用数值模拟与实测数据验证。
研究收集全国煤矿50组导水裂缝带高度实测数据,选取煤层开采厚度、硬岩岩性比例系数、工作面斜长和开采深度为影响因素,建立模糊聚类分析方法,以隶属度阈值0.94将所选煤矿划分为22个类别,再结合BP神经网络对三家煤矿实测数据训练并预测。三家煤矿预测值与实测值相对误差为4.1%~6.6%,精度高于多参数拟合回归公式和规范推荐计算方法所得导高值。
推荐理由:用50组实测数据把导水裂缝带高度先聚类再经BP神经网络预测,误差4.1%~6.6%,可与回归公式和规范方法对照。
工程地质学报刊文提出面向高陡岩质边坡的无人机多视角3D航线规划作业方法,以提升凹腔、裂隙等坡面结构的实景三维建模精细度。研究据此建立由悬空面、表面粗糙度与裂隙化指数构成的判识指标体系,并给出相应特征提取方法与快速判识规则。应用实践表明该方法可快速、简单、高效地识别崩塌落石源。
推荐理由:针对凹腔、裂隙建模不精细的问题,提出多视角3D航线与三项判识指标,可供高陡岩质边坡落石源调查参考。
研究以乐纪镇某矿区两处缓慢变形斜坡为对象,结合野外调查、无人机摄影测量、SBAS-InSAR与二维位移分解模型,揭示滑坡二维位移特征并确定沉陷盆地、边界角等开采沉陷参数。
推荐理由:以乐纪矿区两处缓变斜坡为例,给出InSAR二维分解识别采矿沉陷参数与滑坡变形机制的可迁移做法。
以巴东县主城区50处历史滑坡和14个滑坡因子为基础,采用贝叶斯优化构建混合机器学习模型,BO-XGBoost的AUC达0.980,高于BO-LR、BO-DT、BO-SVM、BO-RF和BO-LGBM。易发性图显示高易发区集中在河流沿岸和道路密集区域,低易发区位于高海拔植被茂密区。SHAP解释表明距水系距离、年降雨量、土地利用类型和距断层距离是主要影响因素。
针对隧道工程现场地质图像数据集缺失与类别不平衡问题,构建了工程现场环境下的专业地质图像数据集,并提出基于残差神经网络、采用Weighted Softmax Loss按类别样本数量重加权的方法。实验总体精度达95%,注意力热力图显示模型关注区域与人类判断一致,验证了技术有效性与工程可解释性。
研究基于现场调查和三维激光扫描数据建立牛场1号洞高精度FLAC三维数值模型,模拟洞室应力场,发现顶板拉应力集中区与主要裂缝分布高度一致,应力集中是裂缝启动与扩展的驱动因素。
推荐理由:研究用三维激光扫描建模反演龙游古洞室顶板长期抗拉强度,给出0.35 MPa这一百年尺度参考值,可供同类石窟稳定性评价借鉴。
采用COMSOL有限元模拟Berkovich压头压入1.7 g·cm⁻³压实膨润土集合体的过程,反演得到钠化、钙化集合体微观弹性模量分别为2.0 GPa和2.3 GPa,与解析结果基本吻合。集合体泊松比约0.35,微观屈服强度分别为167 MPa和218 MPa,压头切向摩擦对微观模量测试结果影响不大。
研究以赵楼煤矿西部露头薄基岩区为对象,构建6种不连续不等厚底黏和1种连续不等厚底黏模型,用三维数值模拟分析底黏对山西组3号煤层覆岩破坏的控制作用。结果显示,只要存在一定厚度底黏,垮落带最大高度、最大竖直应力及最大竖直位移均显著降低,并在底黏厚度8 m处出现拐点。作者指出,一定厚度底黏能扩散采动应力集中、耗散变形能,从而抑制垮落带发育,无底黏时溃水溃砂风险显著增加。
推荐理由:通过7种概化模型的数值模拟,量化了底黏厚度对垮落带高度的抑制规律及8 m拐点,可供薄基岩区开采设计参考。
泸定县大渡河某高陡岩质边坡采用3DEC与DFN模型分析表明,裂隙切割深度达56~66 m时坡面最大位移可达20 cm,位移集中区与张拉塑性区重叠,存在局部滑坡风险。黏聚力与内摩擦角折减系数每增加0.1,坡面位移线性增长、塑性区扩展速率指数递增。DFN模型较无裂隙或仅优势结构面模型位移量级提升约2倍,失稳呈宏观界面剪切滑移与微观裂隙张拉破坏的双重控制机制。
基于天山地区实地调查、模型试验与离散元数值模拟,研究了持续补给条件下散粒体斜坡的堆积破坏演化规律。相同补给量下坡顶角与补给坡度正相关,坡长和堆积面积增长率与堆积坡度负相关,坡面角度增长率与大颗粒含量正相关;不同条件下初次破坏失稳面积均超50%,补给坡度影响较大。斜坡失稳由少量颗粒扰动触发,带动坡体大面积失稳破坏。
基于离散元方法模拟滑坡碎屑流冲击导引结构,发现导引角度对死区形态影响显著,颗粒级配和导引宽度影响较小。导引角度增大时中粗颗粒含量增加会增大绕流颗粒抛射角与扩散角,并使下部死区出现强力链集中;流动层颗粒占比控制动态冲击阶段上部冲击力峰值,死区颗粒占比控制整个冲击过程下部冲击力峰值。绕流颗粒抛射角越大,堆积体堆积长度、面积和最大厚度越大而堆积宽度越小。
以龙游石窟泥质粉砂岩为例构建多场多相耦合化学损伤模型,用有限元模拟还原干湿循环中毛细水侵入、重力释水与方解石胶结物溶蚀过程。吸水快且湿润锋平行浸水边界,释水慢且孔隙水无法完全疏干;内部孔隙水浓度高于表层,差异溶蚀使表层化学损伤更显著。循环周期降低会提高整体损伤速率并增强损伤非均质性。
针对土体剪切时应变增量矢量不垂直于屈服面的非正交变形特性,采用分数阶微分方法建立了非正交塑性模型,并通过定义新的塑性流动方向和加载方向、引入带误差控制的应力积分算法,构建了具有普遍适用性的归一化求解格式。
研究提出基于逐级静力平衡的多排抗滑桩支护滑坡稳定性分析模型,并建立综合考虑桩身刚度、嵌固段地基反力与桩顶位移的桩-土协同变形抗力计算模型。典型工程案例计算得整体稳定系数1.005、关键桩排抗力2547.2 kN/m,介于理正软件(0.987、1175.0 kN/m)与GEO5软件(1.09、3186.8 kN/m)之间。作者认为以确定性抗力为核心的框架可规避复杂推力分配难题。
推荐理由:针对多排抗滑桩推力分配难题,提出逐级静力平衡与桩土协同变形模型,给出介于两款软件之间的算例结果。
研究以上海某盾构隧道软土地层为背景,分析盾构对接解体段未加固与注浆加固两种工况下的土拱效应,并构建土拱力学模型推导隧道上覆土压力计算公式,理论修正解与数值模拟结果对比验证了模型合理性。结果表明未注浆时滑移面斜向上贯通至地表、横纵断面均呈盆形且横向范围更大,注浆后横断面呈“上下双盆”或“上盆下塔”、纵断面仅在隧道上方一定范围内形成塔状结构;注浆加固后土体应力重分布,土拱效应显著减弱。
推荐理由:针对盾构对接解体工况,给出未加固与注浆加固两种滑移面形态及上覆土压力计算式,可供类似软土隧道解体设计参考。
采用光滑粒子法(SPH)融合Drucker-Prager屈服准则与Grady-Kipp模型,构建了可同步表征剪切与拉伸失效的混合失效模型并开发Fortran求解程序,通过人工应力、应力光滑与黏性边界抑制应力振荡与边界反射噪声。模型复现了预裂缝岩样压缩及单截齿贯入试验的裂纹扩展路径与破坏模式,并模拟单截齿切割含坚硬结核煤体,识别出不同切入深度下以剪切和张拉为主导的两种结核剥落模式。
针对数据稀疏与测试噪声导致的参数不可辨识问题,构建了基于层级贝叶斯推断的分析框架,通过块金效应分解信号与噪声并引入信息性先验增强可识别性。5参数模型在MCMC后验推断中收敛稳健,条件随机场模拟传播后验不确定性并生成空间失效概率图,识别出最高失效概率达32.9%的潜在风险区,与现场破坏现象高度一致。
研究提出铰接式多联矩形掘进机配合刀盘超挖的造曲方法,并建立前后盾体与地层相互作用的力学模型,可动态计算偏转角、地层反力与方向控制千斤顶顶力。案例试算显示,增大土体内摩擦角或减小覆土深度可显著降低顶力峰值,增大地层抗力系数或减小曲线半径则显著增大外侧顶力;曲线半径小至一定阈值时内侧顶力由正转负,掘进机转为外侧顶推、内侧牵拉模式。
推荐理由:模型给出曲线矩形顶管偏转角与顶力分配的动态算法,可供曲线顶进方案选型与千斤顶配置参考。
中南大学等采用宏细观相结合的方法,研究动载作用对砂卵石渗流侵蚀特性的影响规律。
针对锚索影响下的围岩板裂化破坏过程,开展了声发射横波与纵波特征的试验研究。试验由华北理工大学矿业工程学院等单位完成,聚焦锚索作用下围岩板裂化破坏全过程中的声发射横、纵波响应特征。
四川大学与中国矿业大学(北京)采用数值模拟探索流态化迴行开采模式下的采动应力演化。研究聚焦该开采模式下采动应力的分布与变化特征,为流态化开采的应力控制提供依据。
太原科技大学与河南理工大学团队采用三维手段研究CO2相变致裂煤的裂隙演化特征与改造效应。研究揭示致裂后煤体三维裂隙的扩展规律,并评价该技术对煤储层的改造效果。
绍兴大学等提出基于SPH的花岗岩高精度建模方法,用于研究矿物尺度裂纹扩展规律。该方法在矿物尺度再现花岗岩裂纹扩展过程,为岩石力学分析提供数值手段。
针对压气储能地下硐室,开展不同衬砌厚度条件下的真三轴试验,考察其力学特性与裂缝演化规律。试验由安徽理工大学与合肥工业大学团队完成,聚焦衬砌厚度变化对硐室受力与开裂行为的影响。
武汉理工大学与武汉工程大学团队研究了注浆加固裂隙砂岩的破坏机制、动力特性,并建立断裂损伤模型。成果可为裂隙岩体注浆加固设计与动力灾害评估提供理论依据。