摘要：隧道地下工程采用冻结法施工时经常遇到地连墙等构筑物影响冻土帷幕发展的问题,给冻结方案设计和封水效果评估带来困难,危及后续开挖作业安全。为探明地连墙等绝热边界作用下冻结温度场的分布状态,掌握冻结壁局部受限时的发展规律,建立了半无限平面内包含直线绝热边界的温度场数学模型。通过热势函数叠加结合镜像法求解了单根、2根以及3根冻结管的温度场解析解,并采用数值模拟验证了其准确性和适用性。结果表明:解析解与稳态数值解吻合较好,与瞬态数值解的误差随冻结时间延长而减小,冻结第50天3种模型的误差分别为0.39℃、0.17℃和0.06℃,均能控制在0.5℃以内;等温线在绝热边界处与边界垂直,只存在平行于边界的热流而没有法向热流,绝热边界对于其与冻结管之间区域的温度降低更加有利;随着绝热边界与冻结管距离d的增加,对冷量传递的阻断作用降低,冻结模型逐渐向无限大平面模型转化,实际工程应根据冻结壁设计厚度,合理匹配管间距l和边界距离d的取值。

摘要：高烈度地震区断层的存在对工程结构产生严重影响,穿越断层隧道纵向响应有待深入研究。本文采用切向地基弹簧分析围岩–衬砌切向接触效应及隧道结构的轴向变形特征,建立断层错动作用下隧道纵向响应理论模型。首先,隧道被简化成有限长梁,采用切向地基弹簧和法向地基弹簧来体现围岩–衬砌的相互作用,在法向地基弹簧端部施加自由场位移来模拟断层错动,得到隧道结构纵向响应微分方程;通过格林函数法求解获得结构响应解析解;接着采用三维有限差分法对本文解析模型的有效性进行验证。结果表明:围岩–衬砌的切向接触效应对隧道结构的纵向响应存在显著影响,忽略导致得到的结构弯矩峰值误差达到35.33%。最后,探究断层宽度、断层弹性模量和衬砌混凝土等级对隧道纵向响应的影响;随着断层宽度增加,隧道结构内力减小;提高衬砌混凝土等级导致结构内力增大;断层区域围岩弹性模量的增加使得结构的弯矩、剪力减小,轴力增大。研究成果可为穿越断层隧道抗错断设计提供理论依据。

摘要：负温环境是隧道冻害发生的必要条件,因此隧道内气温、衬砌和围岩体温度的空间分布与时间变化过程是寒区隧道冻害机理和防治研究的关键。目前,已有研究多采用月平均值来描述隧道内的温度环境及其影响因素,忽略了其日变化过程,可能低估隧道内负温段长度和冻结深度以及衬砌结构经历的冻融作用,由此造成保温设防设计的不足。以青藏高原东北缘的一高海拔寒区公路特长隧道为例,通过对洞内气温的自动连续观测,统计分析了隧道内气温的日变化特征。运用叠加原理将寒区隧道径向温度场分为稳态和瞬态,在求解瞬态温度场过程中采用Laplace变换,同时考虑隧道内气温的日变化和年变化过程,构建了包括保温层、衬砌和围岩体等多层介质的寒区隧道径向温度场解析解,对比分析了考虑与不考虑气温日变化过程隧道衬砌结构温度的变化规律。结果表明,隧道内气温的日变化幅度在进、出口段较为显著,日振幅可达11℃以上,随着进深增加逐渐减小,至隧道中部气温日振幅降至2℃以内。同时,隧道内气温日振幅表现出明显的季节性,冷季明显大于暖季。考虑气温的日变化过程的解析解能够更准确地反映隧道结构所经历的冻结时长和冻融循环次数,与隧道结构层内实测温度的波动范围更加接近。现场监测结果和理论解析方法对于寒区隧道衬砌混凝土抗冻等级选择和冻融损伤预测以及衬砌挂冰和路面结冰预警等具有积极意义。

摘要：上方开挖卸载导致既有盾构隧道结构产生上浮,易引发结构渗漏水、开裂等病害。竖井开挖联合门式框架技术是限制上方开挖引起既有隧道上浮的一种有效控制措施,但是目前仍缺少相应的理论方法用于指导门式抗浮框架的设计。为此,提出了既有隧道结构响应的解析解,可以实现竖井和基坑开挖阶段既有隧道结构纵向和横截面变形计算,并给出了相关的计算流程。通过与工程实例和三维数值模拟结果进行对比,验证了解析解的可靠性。通过典型算例计算和参数敏感性分析讨论了门式抗浮框架的作用机理以及既有隧道埋深和竖井开挖尺寸等因素的影响规律。结果表明:门式抗浮框架在基坑开挖阶段可以有效控制上方开挖引起的既有隧道变形,控制效果与既有隧道上方剩余覆土厚度密切相关,剩余覆土越小控制效果越明显;门式抗浮框架的作用效果主要取决于抗浮板与土体之间的作用力,抗拔桩与土体的作用力对既有隧道变形影响较小。

摘要：高地温隧道相对于常规隧道在径向有着更复杂的结构,研究隧道断面温度场对解决隧道高地温相关问题有着重要意义。采用极坐标形式建立圆形高地温隧道断面温度场的数学模型,并采用Laplace公式对热传导问题进行求解,得到了衬砌-隔热层-围岩3层结构下温度场的解析公式;经过MATLAB编程求解计算,得到了温度场的时空演变规律,并建立了对应的数值模型验证其结果的可靠性。结果表明:隧道内部大气温度波动时衬砌与隔热层的温度呈周期性变化,且随着距隧道中心距离增大温度场振幅逐渐减小;温度场呈环状分布,隔热层处的温度梯度最大,衬砌和围岩的温度梯度较小;衬砌内侧温度与隔热层内部温度同步,而隔热层外侧温度波动滞后于衬砌内侧温度;数值模型解析解结果与隔热层外侧温度变化规律一致。

摘要：矩形截面扩大基础的基底最大应力与基底受力状态相关。目前我国规范对基岩上的矩形截面扩大基础承受双向偏心受压的基底应力计算是依靠查表结合公式进行求解,其过程对于批量计算来说不甚方便且易出错。针对上述情况,首先对我国规范基底应力计算进行简要介绍,然后基于弹性理论对矩形截面扩大基础的基底应力计算的解析解进行分析,得到各种受力状态下的解析解公式,并通过计算实例与规范计算结果进行对比。结果表明,研究所得到的解析解结果与规范计算结果高度吻合,可以在今后的工程设计中加以推广。

摘要：将环梁和支护结构分别视为弹性圆环和弹性圆柱薄壳,基于环梁和圆柱壳的变形协调,得到了具有任意数目弹性环梁支撑圆形深基坑支护结构变形的解析解.在验证解析解合理性和可靠性的基础上,针对某一实际圆形基坑工程,比较了在刚性和弹性环梁支撑下支护结构变形和内力的差异,并分析了支护结构底部边界条件、环梁弹性模量、尺寸和数量以及位置等参数对支护结构变形和内力分布的影响.研究结果表明:相对于刚性环梁支撑,弹性环梁支撑处内力变化较小,环梁弹性模量和尺寸的改变只对基坑挖掘面以上支护结构变形和内力影响显著,而对挖掘面以下的支护结构变形和内力几乎没有影响.该研究成果为圆形基坑支护结构设计提供了理论依据和指导.

摘要：类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。

摘要：为对灌注桩卸荷缩孔过程进行定量预测,采用统一强度屈服准则并结合非相关联流动法则,推导了桩侧卸荷缩孔大应变和小应变弹塑性解析解,并分析土体中主应力系数、土体剪胀角、土性参数等对桩侧卸荷缩孔解析值的影响,结果表明:中主应力系数b、土体内摩擦角φ值越大,土体剪胀角ψ值越小,越有利于灌注桩孔壁稳定性;采用Mohr-Coulomb屈服准则以及当孔壁土体进入塑性状态后采用小应变解所得结果均偏向于保守;中主应力系数b越大,对应的圆柱孔孔壁沿径向同一位置处的径向应力和孔壁最大环向应力值越大,而同一位置处的孔周位移越小;孔壁最大环向应力出现位置随着b值的增大而逐渐靠近圆柱孔孔壁,而孔壁最大环向应力增长幅度随着b值的增大而减小;采用大应变解和小应变解分析圆柱孔卸荷缩孔孔周应力场和位移场分布规律皆可满足要求。研究成果可应用于灌注桩成孔开挖过程中孔壁土体稳定性以及灌注桩承载特性的定量分析。

摘要：常见的单层正交索网结构由马鞍面和椭圆柱面相切而成,该类型结构在国内外的大型场馆、公共建筑中得到广泛应用。该文提出一种连续化解析计算方法,以求解椭圆鞍形单层正交索网结构的变形、内力和最优形态,求解过程中仅需解一元方程。计算方法利用平衡方程、变形协调方程,以竖向位移为未知量,推导了正交单层索网连续化计算公式,采用伽辽金法求得近似解。在此基础上,以外环梁平面内弯矩最小为优化目标,以中央承重索垂度为优化变量,以索力、竖向位移和矢跨比为约束条件,利用外环梁弯矩计算公式,通过求解方程得到结构的最优形态并给出优化流程。最后对一个简单算例分别采用有限元法与解析法计算,验证了解析法所得位移、索力、外环弯矩和形态优化结果的准确性。在结构初步设计阶段,利用该解析计算方法,可快速得到荷载态下结构的位移、受力情况和最优形态,避免了有限元法编程、反复试算的繁杂过程。