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循环荷载下硬质层理砂岩疲劳损伤机制试验研究
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作者 宋战平 程昀 +2 位作者 杨腾添 杨鹏涛 潘红伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期490-499,共10页
列车动载扰动作用下隧道基底围岩的变形开裂蕴含着复杂的力学损伤问题。为探究循环荷载下硬质层理砂岩的疲劳损伤演化机制,对层理砂岩进行了疲劳力学试验及电镜扫描试验。结果表明:层理砂岩的宏观裂隙与动态应力-应变曲线存在时效对应关... 列车动载扰动作用下隧道基底围岩的变形开裂蕴含着复杂的力学损伤问题。为探究循环荷载下硬质层理砂岩的疲劳损伤演化机制,对层理砂岩进行了疲劳力学试验及电镜扫描试验。结果表明:层理砂岩的宏观裂隙与动态应力-应变曲线存在时效对应关系,层理效应越明显,滞回环跃迁越显著。层理砂岩力学参数具有明显的层理劣化效应。随层理倾角增大,峰值强度呈缓慢衰减—快速降低—急剧增大的趋势,疲劳寿命与峰值强度呈正相关。弹性模量呈急剧增大—缓慢增大—趋于平缓或降低的趋势,周期比分界点为28.57%和81.81%。砂岩破裂模式与层理效应密切相关,包括张拉破裂(Ⅰ型和Ⅱ型)、斜剪破裂及复合破裂;张拉破裂Ⅱ型具有压杆效应,破裂面粗糙度略小;斜剪破裂面粗糙度显著降低,压—剪作用导致复合破裂断面出现破碎带和光滑断口。循环加卸载效应导致层理砂岩的临界损伤呈非线性快速增大—近似线性增长—非线性急剧增大演变,Logistic反函数损伤模型可很好描述临界损伤规律,疲劳敏感性顺序依次为斜剪破裂型>复合破裂型>张拉破裂型。 展开更多
关键词 岩石力学 循环荷载 层理砂岩 疲劳损伤 破裂机制
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基于矿物溶解理论的砂岩化学损伤动态模型
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作者 梁艳玲 霍润科 +3 位作者 宋战平 穆彦虎 秋添 宋子羿 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期159-165,共7页
酸腐蚀环境下岩石物理力学性质的劣化本质上由岩石矿物的溶解引发的孔隙微裂隙的扩展贯通所致。为研究酸性环境下砂岩矿物的溶解特性,选择pH=1、3的盐酸溶液为腐蚀环境,借助X射线衍射试验鉴定砂岩矿物成分及含量,测试不同浸泡周期下溶液... 酸腐蚀环境下岩石物理力学性质的劣化本质上由岩石矿物的溶解引发的孔隙微裂隙的扩展贯通所致。为研究酸性环境下砂岩矿物的溶解特性,选择pH=1、3的盐酸溶液为腐蚀环境,借助X射线衍射试验鉴定砂岩矿物成分及含量,测试不同浸泡周期下溶液的pH值、阳离子浓度、岩样的质量及其纵波波速,并通过矿物溶解理论与化学动力学原理,建立反映整个腐蚀过程的砂岩化学损伤动态模型。研究结果表明:酸性环境下砂岩的损伤主要由长石和方解石的溶解所致,矿物溶解反应分为界面吸附、界面交换、解吸附三个步骤,且步骤最慢者对整个反应起控制作用。矿物溶解速率与H+浓度的n次幂成正比,且0<n≤1,其数值与矿物自身特性和溶液pH值有关。酸-岩反应具有较强的时间依赖性,其速率随腐蚀时间的延长逐渐减小而后趋于稳定,且溶液pH值越小,腐蚀时间越长,砂岩劣化越严重。pH=1、3的盐酸溶液作用下,通过化学损伤模型得到的砂岩孔隙度与通过纵波波速得到的孔隙度随腐蚀时间的变化规律具有较好的一致性,验证了模型的有效性与合理性。研究结果可为酸化学环境下岩体工程的安全性评估与灾害防治提供理论参考。 展开更多
关键词 砂岩 矿物溶解 化学损伤模型 孔隙度 纵波波速
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倾斜煤系地层大断面客专隧道大变形原因分析及处置
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作者 康宝祥 宋战平 +3 位作者 张庆贺 许晓静 周冠南 潘红伟 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第2期89-99,共11页
针对沪昆铁路刘家庄隧道穿越煤系地层施工中发生的大变形现象,基于理论分析、数值模拟和现场监测方法,分析隧道发生大变形的原因,推导并验证了产生大变形的起始位置,得到了掌子面上方煤层单元体沿倾斜面方向的应力状态与隧道进入含倾斜... 针对沪昆铁路刘家庄隧道穿越煤系地层施工中发生的大变形现象,基于理论分析、数值模拟和现场监测方法,分析隧道发生大变形的原因,推导并验证了产生大变形的起始位置,得到了掌子面上方煤层单元体沿倾斜面方向的应力状态与隧道进入含倾斜煤系地层水平距离之间的变化规律,对倾斜煤层单元体与初期支护结构的应力与变形进行了分析。结果表明:掌子面上方煤体单元应力状态变化随掌子面进入倾斜煤层下方水平距离的增加,围岩经历挤压、压剪和剪切滑移3个变形阶段。围岩大变形与初期支护结构破坏均发生在剪切滑移阶段的初期,应在压剪变形阶段结合现场监测数据对掌子面进行喷射混凝土封闭、注浆加固掌子面上方松散煤层和加强初期支护结构刚度等措施以预防隧道产生大变形。 展开更多
关键词 隧道工程 煤系地层 围岩大变形 破坏机理 数值模拟
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Failure mechanism and infrared radiation characteristic of hard siltstone induced by stratification effect
4
作者 CHENG Yun song zhanping +2 位作者 XU Zhiwei YANG Tengtian TIAN Xiaoxu 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2024年第3期1058-1074,共17页
The deformation in sedimentary rock induced by train loads has potential threat to the safe operation of tunnels. This study investigated the influence of stratification structure on the infrared radiation and tempora... The deformation in sedimentary rock induced by train loads has potential threat to the safe operation of tunnels. This study investigated the influence of stratification structure on the infrared radiation and temporal damage mechanism of hard siltstone. The uniaxial compression tests, coupled with acoustic emission(AE) and infrared radiation temperature(IRT) were conducted on siltstones with different stratification effects. The results revealed that the stratigraphic structure significantly affects the stress-strain response and strength degradation characteristics. The mechanical parameters exhibit anisotropy characteristics, and the stratification effect exhibits a negative correlation with the cracking stress and peak stress. The failure modes caused by the stratification effect show remarkable anisotropic features, including splitting failure(Ⅰ: 0°-22.50°, Ⅱ: 90°), composite failure(45°), and shearing failure(67.50°). The AE temporal sequences demonstrate a stepwise response characteristic to the loading stress level. The AE intensity indicates that the stress sensitivity of shearing failure and composite failure is generally greater than that of splitting failure. The IRT field has spatiotemporal migration and progressive dissimilation with stress loading and its dissimilation degree increases under higher stress levels. The stronger the stratification effect, the greater the dissimilation degree of the IRT field. The abnormal characteristic points of average infrared radiation temperature(AIRT) variance at local stress drop and peak stress can be used as early and late precursors to identify fracture instability. Theoretical analysis shows that the competitive relationship between compaction strengthening and fracturing damage intensifies the dissimilation of the infrared thermal field for an increasing stress level. The present study provides a theoretical reference for disaster warnings in hard sedimentary rock mass. 展开更多
关键词 Hard siltstone Failure mechanism Stratification effect Infrared radiation characteristic Temporal-damage mechanism DISSIMILATION
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邻近既有建(构)筑物隧道爆破方案评价及优化方法 被引量:3
5
作者 宋战平 张艺多 +2 位作者 郭德赛 张玉伟 金琪 《土木与环境工程学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第1期14-24,共11页
为降低隧道爆破对邻近结构的振动影响,提高隧道爆破质量,基于数值模拟和非线性模糊层次分析法(FAHP)提出邻近既有建(构)筑物隧道爆破方案评价及优化的新方法。借助Midas/GTS NX软件将爆破方案的等效爆破时程荷载作用于隧道的开挖轮廓并... 为降低隧道爆破对邻近结构的振动影响,提高隧道爆破质量,基于数值模拟和非线性模糊层次分析法(FAHP)提出邻近既有建(构)筑物隧道爆破方案评价及优化的新方法。借助Midas/GTS NX软件将爆破方案的等效爆破时程荷载作用于隧道的开挖轮廓并进行动力响应分析,结合建(构)筑物爆破振动安全判据对模拟监测点的振动影响进行评价和振动控制参数优化;运用非线性FAHP对满足振速控制标准的爆破参数进行合理性综合评价,并对影响评价结果的主要指标参数进行优化;根据符合各阶段合理性判据的爆破参数确定爆破方案。在工程应用中,经该方法优化后的方案较原方案单段最大药量减少了25%,测点峰值振速(PPV)降低了41.2%;方案实施后,现场监测结果与模拟结果的衰减趋势和峰值大小基本一致,且爆破效果符合光面爆破的相关技术要求,从而验证了该方法各阶段评定判据设立的合理性及方案评价和优化的可行性。 展开更多
关键词 隧道工程 数值模拟 模糊层次分析法 爆破方案 爆破参数
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考虑渗透压力作用的岩石单轴压缩损伤模型构建及试验验证 被引量:1
6
作者 宋战平 王加辉 +3 位作者 潘红伟 杨棚涛 杨腾添 田松 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期78-87,共10页
在富水环境下隧道与地下工程建设中,因地下水渗透引起的围岩失稳导致施工安全事故频发的问题日益突出,建立考虑渗透水压力作用的岩石单轴压缩损伤本构模型对指导现场施工具有重要意义。为描述岩石在单轴压缩破坏过程中的应力−应变关系,... 在富水环境下隧道与地下工程建设中,因地下水渗透引起的围岩失稳导致施工安全事故频发的问题日益突出,建立考虑渗透水压力作用的岩石单轴压缩损伤本构模型对指导现场施工具有重要意义。为描述岩石在单轴压缩破坏过程中的应力−应变关系,在原有的岩石本构模型基础上,引入孔隙岩石变形模型、孔隙纵横比、自洽模型等概念和水化学损伤、Weibull统计损伤等理论,同时考虑渗透压力对岩石弹性模量的影响,确定岩石不同阶段的损伤模型,阐述岩石闭合应力和损伤阈值的确定方法,进而建立适用于不同渗透压力作用下的岩石单轴压缩全过程的本构方程。最后,将构建的本构模型得出的理论曲线与灰岩单轴压缩试验所得实际曲线和文献获得的理论曲线进行对比,该模型很好地体现了岩石压缩全过程的应力−应变曲线,充分证明了此模型的合理性与适用性。 展开更多
关键词 损伤阈值 岩石 本构模型 渗透压力 弹性模量
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考虑层理倾角的硬质砂岩力学行为及破裂响应特征
7
作者 宋战平 刘洪珂 +3 位作者 郑方 程昀 孙引浩 宋婉雪 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期167-175,共9页
针对考虑层理倾角的硬质砂岩力学行为及破裂响应特征问题,对不同层理倾角的硬质砂岩进行单轴压缩试验,深入探究层理倾角对硬质砂岩力学行为的影响以及层理倾角与碎块分形特征之间的关系。试验结果表明:(1)层理倾角对硬质砂岩应力−应变... 针对考虑层理倾角的硬质砂岩力学行为及破裂响应特征问题,对不同层理倾角的硬质砂岩进行单轴压缩试验,深入探究层理倾角对硬质砂岩力学行为的影响以及层理倾角与碎块分形特征之间的关系。试验结果表明:(1)层理倾角对硬质砂岩应力−应变曲线的类型特征无显著影响,但倾角较小时(0°、22.5°、45.0°),曲线表现为单峰变化规律,倾角较大时(67.5°、90.0°),曲线表现为多峰变化规律,且曲线波动位置主要位于峰值附近。(2)峰值应力σd和峰值应变εd均在倾角为67.5°(最不利层理结构面)时达到最小值46.25 MPa和9.80×10^(−3),层理倾角对硬质砂岩应力的影响明显大于应变,受层理倾角的影响,硬质砂岩的各向异性度为1.32~1.64,表现出低各向异性特征。(3)硬质砂岩随着层理倾角的增大呈现出剪切破坏−剪切张拉复合破坏−层理结构面剪切破坏−劈裂破坏的损伤破坏演化规律;单轴压缩下硬质砂岩的碎块质量特征和分形特征明显,硬质砂岩碎块以中块分布为主,层理倾角对细粒碎块的质量分布影响较小,其分形维数值位于1~2,碎块较大比例分布在大尺寸分布区间。研究结果可为含层理结构面岩石的稳定性及地下空间工程灾害防治提供理论参考。 展开更多
关键词 硬质砂岩 单轴压缩 层理倾角 破裂响应 分形维数 变形特征
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复杂地质隧道洞口段穿越既有抗滑桩施工方案研究 被引量:1
8
作者 张立军 王怀正 +2 位作者 宋战平 王盼 何芹 《市政技术》 2023年第10期181-188,共8页
复杂地质条件下隧道洞口段施工对围岩扰动较大,容易发生滑塌现象,以四川省攀枝花市阳光隧道工程为例,采用Midas GTS NX软件建立隧道洞口段三维模型,探讨了在扶壁式挡墙+置换桩的综合治理措施下,隧道和置换桩结构以及边坡位移场和应力场... 复杂地质条件下隧道洞口段施工对围岩扰动较大,容易发生滑塌现象,以四川省攀枝花市阳光隧道工程为例,采用Midas GTS NX软件建立隧道洞口段三维模型,探讨了在扶壁式挡墙+置换桩的综合治理措施下,隧道和置换桩结构以及边坡位移场和应力场的变化特征,分析了该施工方案的合理性,并预测了边坡潜在滑动面以及隧道开挖薄弱部位。通过研究可知,隧道边墙以及破桩区上部既有抗滑桩处为施工薄弱环节;隧道拱顶的最大沉降值为-25.07 mm,置换桩结构X、Y向最大位移分别为2.87、-4.47 mm,边坡安全系数为1.70,均满足施工规范要求;典型断面拱顶沉降以及净空收敛均满足施工设计控制值要求。该施工方案对后续复杂地质条件下隧道开挖具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 隧道 洞口段 昔格达地质 抗滑桩 数值模拟 置换桩结构
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面容比对酸蚀砂岩溶解特性与力学性能的影响
9
作者 梁艳玲 霍润科 +3 位作者 宋战平 穆彦虎 熊爱华 宋子羿 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1527-1537,共11页
为研究静态酸−岩反应体系中,面容比对砂岩溶蚀及劣化特性的影响,选择pH=2、5的盐酸与硫酸溶液为腐蚀环境,通过改变砂岩表面积以设置不同面容比,研究其对砂岩物理化学及力学性质的影响规律,并通过酸岩反应理论,分析面容比对砂岩腐蚀过程... 为研究静态酸−岩反应体系中,面容比对砂岩溶蚀及劣化特性的影响,选择pH=2、5的盐酸与硫酸溶液为腐蚀环境,通过改变砂岩表面积以设置不同面容比,研究其对砂岩物理化学及力学性质的影响规律,并通过酸岩反应理论,分析面容比对砂岩腐蚀过程中扩散−溶解机制的影响。研究结果表明:在不同面容比条件下,砂岩质量损失率、总阳离子析出量与腐蚀时间均呈幂函数关系,且面容比与溶解速率常数呈正相关,对反应级数影响较小。不同环境下反应级数均小于1,砂岩腐蚀速率随时间逐渐减小。在pH=2、5的盐酸和pH=2硫酸溶液中,不同阳离子析出量N呈现N(Ca^(2+))>N(Na^(+))>N(Mg^(2+))>N(K^(+)),在pH=5硫酸溶液中,则N(Na^(+))>N(Ca^(2+))>N(Mg^(2+))≈N(K^(+))。酸岩反应可概括为扩散控制和化学反应控制2种机制,控制参数均与面容比呈负相关,与溶液pH呈正相关,硫酸溶液中各参数稍大于盐酸溶液中相对应的数值。不同环境下酸岩作用过程均由化学反应主导,且面容比对扩散作用的影响强于化学反应。酸蚀砂岩的力学性能发生劣化,单轴压缩下其破坏过程分为压密、弹性变形、塑性屈服、峰后4个阶段,砂岩峰值强度、弹性模量降低,峰值应变增加,脆性减弱,延性增强,面容比越大,其劣化越严重。整体上,溶液pH越小,面容比对砂岩溶解特性与力学性能的影响越显著,且盐酸溶液对面容比的敏感程度稍强于硫酸溶液。研究结果可为酸化学环境下岩体工程的安全性评估与灾害防治提供理论参考。 展开更多
关键词 砂岩 酸腐蚀 面容比 扩散−溶解机制 力学特性
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基于非线性模糊层次分析法的盾构施工风险评价研究
10
作者 郭宏斌 宋战平 +3 位作者 孟晨 王军保 刘乃飞 郭德赛 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第11期1862-1871,共10页
为解决突出影响因素对盾构施工风险评价结果造成影响的问题,构建基于组合赋权-非线性FAHP的盾构施工风险评价模型。基于工作分解结构法和风险分解结构法依次对盾构施工过程和风险来源分解,进而将二者结合构建盾构施工风险评价指标体系... 为解决突出影响因素对盾构施工风险评价结果造成影响的问题,构建基于组合赋权-非线性FAHP的盾构施工风险评价模型。基于工作分解结构法和风险分解结构法依次对盾构施工过程和风险来源分解,进而将二者结合构建盾构施工风险评价指标体系。通过乘法集成法将主、客观权重结合计算得到组合权重;结合专家打分法得到隶属度向量构造模糊关系矩阵;引入非线性算子综合计算分析组合权重和模糊关系矩阵;根据最大隶属度原则,确定盾构施工的最终风险等级。将构建的新模型应用到贵阳市轨道交通3号线1期工程桐木岭站—桃花寨站盾构施工进行风险实例分析,得出风险评价等级为“中度风险”,与现场实际得出的风险等级相符合,讨论了新模型与传统模糊层次分析法的区别,进一步验证了新模型的科学性、可靠性。 展开更多
关键词 隧道工程 盾构施工 风险评价 非线性 模糊层次分析法
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黄土地区既有多股道运营铁路架空体系动力特性研究
11
作者 张玉伟 周鹏远 +2 位作者 宋战平 王剑 刘奇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第18期206-216,275,共12页
新建线路下穿既有运营铁路的架空体系受运营列车动荷载的影响明显。为评价列车动荷载作用下既有运营铁路架空体系的安全性,依托经九路下穿陇海铁路立交工程,采用数值模拟和现场监测方法对既有运营铁路架空结构体系的动力响应进行研究。... 新建线路下穿既有运营铁路的架空体系受运营列车动荷载的影响明显。为评价列车动荷载作用下既有运营铁路架空体系的安全性,依托经九路下穿陇海铁路立交工程,采用数值模拟和现场监测方法对既有运营铁路架空结构体系的动力响应进行研究。分别考虑了不同行车速度和不同轴重列车荷载的影响,从振动加速度、竖向位移和动应力3个方面分析了轨枕、横抬梁和架空桩的动力特性,并结合数值模拟和现场监测结果对既有线架空体系的稳定性进行了评价。结果表明:既有线架空体系对列车车速和列车轴重均有明显响应,架空体系对于列车速度变化的敏感性要比对列车荷载敏感性强;架空体系中的架空桩对列车速度和列车荷载变化的敏感性要比钢枕强;数值结果和监测数据均表明,架空体系的动力响应值均在允许范围之内。 展开更多
关键词 黄土 架空体系 动力特性 数值模拟 现场测试
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基于SGD算法优化的BP神经网络围岩参数反演模型研究
12
作者 孙泽 宋战平 +1 位作者 岳波 杨子凡 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2023年第12期2066-2076,共11页
为充分利用现场监测数据所反馈的围岩变形信息,对岩体力学参数进行反演,以贵州省剑河至黎平高速公路TJ-1标段牛练塘隧道为工程背景,选择围岩弹性模量、黏聚力、泊松比及内摩擦角为影响因素,通过设计正交试验及有限元模拟,获取25组围岩... 为充分利用现场监测数据所反馈的围岩变形信息,对岩体力学参数进行反演,以贵州省剑河至黎平高速公路TJ-1标段牛练塘隧道为工程背景,选择围岩弹性模量、黏聚力、泊松比及内摩擦角为影响因素,通过设计正交试验及有限元模拟,获取25组围岩物理力学参数组合及其对应的拱顶沉降值和拱腰收敛模拟值。基于随机梯度下降算法(stochastic gradient descent algorithm,简称SGD算法)对传统BP神经网络模型进行改进,建立以拱顶沉降值和拱腰收敛值为输入参数,以围岩弹性模量、黏聚力、泊松比及内摩擦角为输出值的基于SGD算法优化的BP神经网络模型,实现围岩参数的反演分析。将反演所得的围岩参数代入有限元模型,验证优化BP神经网络模型的可行性和准确性。最后,分析围岩变形及初期支护受力特性并给出施工建议。结果表明:1)基于SGD算法优化的BP神经网络模型计算得出的拱顶沉降值、拱腰收敛值、拱肩收敛值与现场实测值的相对误差率在2.50%~24.01%,均低于传统BP神经网络模型计算得出的误差率(11.51%~93.71%),验证优化BP神经网络模型的可行性和优越性;2)上、下台阶拱脚处的喷层和锚杆有应力集中现象,有破坏风险,建议施工中加强拱脚支护,防止发生工程事故。 展开更多
关键词 隧道工程 围岩参数反演 随机梯度下降算法 神经网络 正交试验法 数值模拟
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冻融循环作用下钢纤维煤矸石混凝土抗冻性能研究
13
作者 石建文 宋战平 +2 位作者 崔国静 程昀 严冰 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2023年第1期52-59,共8页
寒区冻害是影响混凝土结构耐久性的重要因素.为揭示冻融循环作用下钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能及微观冻融机理,对棱柱体钢纤维煤矸石混凝土试样进行了冻融循环及SEM试验.结果表明:冻融导致素混凝土裂隙贯通且结构呈松散状,抗冻能力偏... 寒区冻害是影响混凝土结构耐久性的重要因素.为揭示冻融循环作用下钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能及微观冻融机理,对棱柱体钢纤维煤矸石混凝土试样进行了冻融循环及SEM试验.结果表明:冻融导致素混凝土裂隙贯通且结构呈松散状,抗冻能力偏差.掺入钢纤维起到增强阻裂作用,抗冻能力明显提高.钢纤维煤矸石混凝土的质量损失率与冻融循环次数呈线性-指数函数增长.冻融效应对动弹模量的变化率具有劣化作用,动弹模量损失率呈线性衰减.劈拉强度随钢纤维体积率提高呈先增大后衰减变化,钢纤维体积率为2.00%的混凝土的强化作用明显低于0.50%~1.50%,钢纤维明显降低了混凝土的冻融损伤.随着冻融次数增大,素混凝土表层剥落显著,钢纤维混凝土未出现结构疏松现象.钢纤维限制了裂隙贯通,具有明显的增强阻裂作用.研究成果可为钢纤维煤矸石混凝土在寒区建筑工程中的应用提供参考. 展开更多
关键词 冻融循环作用 钢纤维 煤矸石混凝土 抗冻性能 微观冻融机理
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山岭浅埋隧道进洞方案优化与洞口段稳定性分析
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作者 陈兴 王怀正 +2 位作者 宋战平 曾涛 田小旭 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2023年第3期359-367,共9页
若隧道洞口开挖时未采取合理的边坡加固措施,易导致边坡产生开裂、滑坡甚至崩塌等危害.以格鲁吉亚F3标5号公路隧道为背景,探讨了隧道洞口在微型桩墙支护和锚网喷支护两种加固方案下,隧道开挖引起的围岩位移场及应力场变化特征.利用有限... 若隧道洞口开挖时未采取合理的边坡加固措施,易导致边坡产生开裂、滑坡甚至崩塌等危害.以格鲁吉亚F3标5号公路隧道为背景,探讨了隧道洞口在微型桩墙支护和锚网喷支护两种加固方案下,隧道开挖引起的围岩位移场及应力场变化特征.利用有限元分析软件MIDAS-GTS建立三维模型,模拟隧道施工过程,并结合实际工程监测数据,对比研究了两种支护方案优劣性.结果表明:锚网喷支护方案围岩最大横纵向位移分别为3.55 mm和8.73 mm,最大拉应力为1.91 MPa;衬砌沿隧道开挖方向的最大弯矩为33.71 kN·m,最大横向位移为3.55 mm.锚网喷支护方案较微型桩墙支护方案更为有效,显著提高了洞口边坡稳定性.因此,锚网喷支护方案在该地形中更具合理性.其结论对山岭地区公路隧道的建设提供一定的指导作用. 展开更多
关键词 隧道洞口 对比分析 数值模拟 稳定性
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适用于软岩大变形隧道的新型吸能锚杆及其参数优化研究
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作者 孙景超 宋战平 +2 位作者 刘伟 李凌峰 张玉伟 《中国矿业》 2023年第11期126-136,共11页
锚杆支护是解决高地应力软岩隧道、巷道等地下工程中围岩大变形问题的有效措施之一。针对传统砂浆锚杆存在的变形适应性差问题,提出了一种由锥块、光滑锚杆体、套筒、限位环、锚杆托盘及紧固螺母等组成的新型恒阻力吸能锚杆。当围岩变形... 锚杆支护是解决高地应力软岩隧道、巷道等地下工程中围岩大变形问题的有效措施之一。针对传统砂浆锚杆存在的变形适应性差问题,提出了一种由锥块、光滑锚杆体、套筒、限位环、锚杆托盘及紧固螺母等组成的新型恒阻力吸能锚杆。当围岩变形时,锥块在套筒中滑动以适应围岩的大变形,并提供恒定阻力;当围岩变形量达到容许值时,锚杆转化为传统锚杆的刚性支护,依靠杆体材料提供承载力。采用数值试验的方法和室内拉伸试验的方法对新型锚杆在不同锥角、套筒壁厚和不同摩擦系数下的工作性能进行了数值试验研究,优化了新型锚杆的几何参数,对优化锚杆的性能进行了室内验证试验。数值分析和室内试验结果表明:新型锚杆在锥块锥角较小时,锚杆的载荷-位移曲线可区分为线弹性、短暂下降和恒定阻力三个阶段;在锥角较大时,曲线短暂下降段消失。新型锚杆的平均恒定阻力和吸能能力随着锚杆锥角和套筒壁厚的增加呈线性增加,在锥角角度α=15°、套筒壁厚t=5 mm、摩擦系数μ=0.20时,锚杆工作性能最佳,其平均恒定阻力可达186.32 kN,吸收能达33.4 kJ,室内试验验证了新型吸能锚杆优越的工作性能。 展开更多
关键词 地下工程 围岩大变形 吸能锚杆 恒定阻力 数值模拟
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基于修正Peck法的隧道施工全地层变形规律研究 被引量:8
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作者 宋战平 李世豪 +2 位作者 张学钢 王军保 王涛 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2018年第2期190-195,共6页
研究隧道施工引起上覆不同深度处的地层沉降变形对分析城市地铁隧道施工对邻近建(构)物的影响意义重大.考虑隧道施工地层扰动变形由下向上逐渐变形的特点,基于Peck法的沉降槽宽度与随机介质理论中地表影响半径关系,由下向上逐步分析隧... 研究隧道施工引起上覆不同深度处的地层沉降变形对分析城市地铁隧道施工对邻近建(构)物的影响意义重大.考虑隧道施工地层扰动变形由下向上逐渐变形的特点,基于Peck法的沉降槽宽度与随机介质理论中地表影响半径关系,由下向上逐步分析隧道上覆各埋深地层的沉降变形;考虑各地层土性质、厚度和隧道半径对沉降槽宽度造成的影响,求得沉降槽宽度在地层各深度处的表达式;讨论了隧道上覆地层土性参数、成层土厚度和隧道开挖半径对地层沉降变形的影响,分析表明:地层的沉降槽宽度主要取决于该地层与隧道开挖面之间的覆土性质和厚度,与隧道半径也有很大关系;地层土的性质、厚度和隧道半径决定了地层的沉降范围,而地层损失决定了地层沉降量大小.隧道半径越大,沉降槽宽度越大;覆土的内摩擦角越小,沉降槽的宽度越小,地层沉降曲线越窄. 展开更多
关键词 隧道工程 全地层沉降 Peck法 沉降槽 内摩擦角
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渗透-应力耦合作用下灰岩压缩破坏及声发射特性分析 被引量:11
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作者 宋战平 程昀 +4 位作者 杨腾添 霍润科 王军保 刘新荣 周冠南 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2751-2759,共9页
富水隧道围岩体挖掘过程中,复杂的渗透-应力耦合作用经常导致岩体内部结构演化具有不稳定性,进而诱发围岩体的劣化与失稳,这对地下渗流岩体稳定性的研究提出了更高的要求。为研究贵阳下麦西隧道进口区灰岩的宏观力学和声发射特性,利用... 富水隧道围岩体挖掘过程中,复杂的渗透-应力耦合作用经常导致岩体内部结构演化具有不稳定性,进而诱发围岩体的劣化与失稳,这对地下渗流岩体稳定性的研究提出了更高的要求。为研究贵阳下麦西隧道进口区灰岩的宏观力学和声发射特性,利用自主研发的渗透-应力耦合试验装置进行了不同渗透水压下的单轴压缩破坏、声发射和压汞试验,分析了灰岩的应力-应变、峰值强度、特征应力、破裂和声发射特性以及劣化机制等。研究结果表明:随渗透水压力增大,灰岩压密阶段延长而弹性阶段相对缩短,峰值应力为指数衰减;闭合应力和损伤应力均随渗透水压力增加呈线性减小,而随峰值应力增大而增加,表明溶蚀作用增加了灰岩损伤敏感程度;渗透水压力对灰岩破裂形式未造成较大影响,以劈裂破坏为主,且碎块均匀度与渗透水压力、峰值应力均为指数关系;不同渗透水压力下,灰岩声发射振铃计数大致经历了“平静-发展-突增-跌落”过程,水岩作用弱化了灰岩结构稳定性,导致应变能提前释放;渗透水对灰岩具有溶蚀和引裂作用,随渗透水压力增加,单位质量孔隙体积呈指数增加,起裂应力呈线性衰减。研究结果可为地下富水岩体的开挖的稳定性及减防灾分析提供理论基础。 展开更多
关键词 渗透-应力耦合 灰岩 压缩破坏 声发射特性
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基于现场监测及数值分析的隧道双导洞超前施工优化研究 被引量:9
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作者 宋战平 张强 +3 位作者 赵克明 张学钢 张学文 王娟娟 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2018年第5期654-661,共8页
依托新建兰渝高铁桃树坪富水弱胶结粉细砂隧道工程,基于现场监测和数值模拟分析相结合的方法,对大断面富水砂地层条件下的隧道施工方案进行了优化和分析,研究了大断面隧道CRD法、双侧壁导坑法和三台阶七步法三种施工方案的优缺点,改进... 依托新建兰渝高铁桃树坪富水弱胶结粉细砂隧道工程,基于现场监测和数值模拟分析相结合的方法,对大断面富水砂地层条件下的隧道施工方案进行了优化和分析,研究了大断面隧道CRD法、双侧壁导坑法和三台阶七步法三种施工方案的优缺点,改进了大断面隧道双侧壁导坑法施工技术,提出了"底部双导洞超前施工"的新工法.跟踪桃树坪隧道3#斜井施工工区底部双导洞超前工法试验段进行的现场围岩压力、拱顶沉降和水平位移的现场监测,验证了工法的安全、可行性;基于数值模拟分析,确定了施工中上半断面的最佳开挖高度5.4m,超前导洞1部与上半断面5部间合理步距25m,优化了底部双导洞超前施工工法的技术参数,为富水弱胶结粉细砂地层隧道的施工提供了技术保障. 展开更多
关键词 隧道工程 弱胶结粉细砂 底部双导洞超前法 现场监测 数值模拟
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浅埋地铁隧道下穿高速公路施工方法比选 被引量:18
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作者 宋战平 王凯蒙 +2 位作者 王涛 王军保 唐坤尧 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2019年第4期503-510,596,共9页
以贵阳地铁1号线下麦西隧道YD1K1+395^+505段下穿既有环城高速公路及高速公路交通涵洞施工为工程背景,采用Midas GTS/NX软件对该段浅埋隧道下穿高速公路及高速公路涵洞施工方案进行优化研究,分析了台阶法、CD法、CRD法和双侧壁导坑法四... 以贵阳地铁1号线下麦西隧道YD1K1+395^+505段下穿既有环城高速公路及高速公路交通涵洞施工为工程背景,采用Midas GTS/NX软件对该段浅埋隧道下穿高速公路及高速公路涵洞施工方案进行优化研究,分析了台阶法、CD法、CRD法和双侧壁导坑法四种施工开挖工法施工时隧道围岩的变形及运营高速公路路面的沉降变形特性;对比研究了不同施工方案引起的围岩塑性区及支护结构受力特性的变化。基于数值模拟分析的研究结果表明,下麦西隧道近距离穿越既有运营高速公路施工时,选用CRD法开挖对路面及隧道拱顶的沉降均可起到很好的控制作用,隧道支护结构的受力特性良好,施工中既有高速公路及隧道本身的稳定性良好。基于数值模拟分析确定了经济、合理的施工开挖方案及施工参数,跟踪施工进行的现场监测及与数值分析结果的对比分析表明了推荐方案的合理、可行性。贵阳地铁1号线下麦西隧道下穿既有运营高速公路及公路涵洞的工程实例为同类工程的建设提供了有意义的参考和借鉴。 展开更多
关键词 浅埋隧道 施工方法 数值模拟 隧道开挖 路面沉降
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基于谢家杰公式的浅埋隧道开挖进尺计算方法研究 被引量:8
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作者 李辉 田小旭 +2 位作者 宋战平 王娟娟 周冠南 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2018年第5期662-667,共6页
选择合理的开挖进尺是实现隧道安全施工的重要环节,当开挖进尺选择不当时,在软质地层中修建隧道常常会导致掌子面失稳和拱顶塌落.从保证掌子面不失稳和拱顶不塌落的角度,基于谢家杰浅埋隧道围岩压力推导了软岩浅埋隧道开挖进尺的计算公... 选择合理的开挖进尺是实现隧道安全施工的重要环节,当开挖进尺选择不当时,在软质地层中修建隧道常常会导致掌子面失稳和拱顶塌落.从保证掌子面不失稳和拱顶不塌落的角度,基于谢家杰浅埋隧道围岩压力推导了软岩浅埋隧道开挖进尺的计算公式.并利用该公式计算了天恒山隧道台阶法和CRD法两种工法的开挖进尺,结果表明当采用台阶法施工时,隧道的开挖进尺由掌子面的稳定性控制,而当采用CRD法施工时,隧道的开挖进尺由拱顶的稳定性控制,这说明隧道的开挖进尺不能单独由拱顶稳定性或者掌子面稳定性确定,而是由二者共同确定,从而验证了该公式计算隧道开挖进尺的合理性. 展开更多
关键词 浅埋隧道 开挖进尺 计算方法 掌子面稳定 拱顶稳定
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