软弱破碎隧道围岩渐进性破坏分析与松动荷载预测研究基本信息

围绕软弱破碎围岩隧道常出现的塌方现象，采用岩石卸荷渐进性破坏试验，深入分析研究隧道开挖卸荷材料依存性渐进性破坏机理和变尺度变形破坏准则；借助隧道塌方的物理模型试验和无网格数值模拟方法以及无标点数字照相技术，对隧道塌方的全过程进行跟踪分析，提出隧道松动荷载的预测方法；在上述研究工作的基础上，建立隧道位移与松动荷载之间的关系，最终给出松动荷载出现的时间和空间位置，从而为隧道开挖面的超前支护、初期衬砌、二次衬砌参数优化和设置时间的确定提供依据，以求将地层-结构法和荷载-结构法有机地联系起来，最终提出一种隧道围岩地层-松动荷载-结构体系的新设计计算方法。本课题还拟将基于渐进性破坏的变形和变形速率值，以及现场监测变形，采用现场施工反分析的方法来确定松动荷载位置与大小，以进一步满足工程应用的需要。 2100433B

《土木工程名词》 2100433B

利用有限元分析软件ANSYS，杆件采用梁单元(Pipe20单元)，综合宏观和微观两个方面、多项特征响应指标分析了阶跃荷载下结构的破坏特点、破坏荷载的定义，研究了荷载方向、屋面重量、矢跨比、初始缺陷以及跨度对结构动力破坏的影响，为网壳结构在强震下的动力破坏研究提供必要的理论支持。

单层球面网壳考虑沿球壳曲面均布的满跨静荷载分别为100、200、300、400kg /m²，以集中质量的形式作用于节点；阻尼假定为Reileigh阻尼，阻尼比0.02；网壳的节点均为刚性连接，周边支承形式为三向固定铰支；模型按1/300一致缺陷下2倍重力安全度选取杆件截面，满足实际工程要求；初始缺陷采用一致缺陷模态。

阶跃荷载阶跃荷载下网壳动力响应的特点

取40m跨度理想无缺陷K8型单层球面网壳、矢跨比1/3在水平阶跃荷载下为例。

由图1a和图1b，结构在较小的荷载幅值下保持弹性工作，位移也基本按比例递增；荷载幅值达到375gal 时结构材料开始出现塑性，有两根1P(在单元截面8个积分点中至少一个进入塑性，其余类推)杆件出现；随后，塑性随荷载递增不断发展，结构位移持续增大，在700gal 时位移曲线发生明显转折，说明结构刚度此时由于材料塑性发展已经明显弱化，达到825gal 后节点最大位移、塑性发展程度、结构总变形能等特征响应指标发生突变，结构倒塌破坏。纵观各响应指标表明，荷载幅值825gal 是明显的结构弱化点，定义其为结构动力破坏临界荷载是合理的；在临界荷载下，1P杆件比例28.1% ，8P杆件比例10.3% ，位移0.15m，位移延性系数(结构中最大节点位移与进入塑性时刻最大节点位移之比)4.0。

阶跃荷载在频域上是一个超低频动力作用，其动力破坏特点应当与低频简谐荷载规律类似，更进一步说，应该与静力作用也近似。取本例与同一网壳结构在1.0Hz水平简谐荷载结果比较，两者破坏荷载接近，简谐荷载680gal 略小于阶跃荷载的825gal，塑性发展范围相当(如图2)，对比其它算例基本体现了这一特点；对比荷载幅值-节点最大位移曲线(图1c)，简谐荷载动力失稳现象更加明显，而阶跃荷载塑性发展稍好，在位移曲线上表现为较简谐荷载有一明显的偏转，在一定程度上体现了动力强度破坏的特征，但是这一过程较短即达到破坏临界荷载，所以将此算例归结为动力失稳或动力强度破坏都不合适，其拥有了两者的响应特点，破坏特征介于两者之间。

表1给出了主要参与振型的对比，结构主要参与振型相对比较集中，阶数分散，均以第一阶(1、2阶为变形轴向垂直的同一振型)反对称振型为主，第4阶反对称振型也有较大参与，其余均以对称振型运动为主。

阶跃荷载结论

K8型单层球面网壳在阶跃荷载下的响应接近于低频简谐荷载，但尚有区别，动力强度破坏与动力失稳没有明显界限。理想结构达到破坏临界荷载时，8P比例一般在10%左右，表明结构塑性发展不深；荷载幅值-位移曲线在破坏前大部近似于弹性，破坏较突然；结构位移延性系数均达到2.0以上；缺陷对结构宏、微观响应的影响较大。 2100433B

《斜坡软弱地基填方工程技术研究与实践》针对斜坡软弱地基填方工程问题，应用有限元计算与稳定分析、土工离心模型试验、现场原型测试等研究方法，以斜坡软弱地基在填方荷载作用下的变形特征为主线，系统分析了斜坡软弱地基填方工程的变形特性、破坏模式和加固机理，提出了斜坡软弱地基填方工程稳定分析方法和以限制地基侧向变形为核心的斜坡软弱地基填方工程技术，完善了斜坡软弱地基填方工程分析理论和设计方法。

《斜坡软弱地基填方工程技术研究与实践》可供铁路、公路、机场及城镇建设的设计、施工、管理技术人员参考，也可供高等学校、科研院所的教学、研究人员参考。