“管幕-冻土”复合结构隧道预支护的力学机理

基本信息
批准号:51478340
项目类别:面上项目
资助金额:85.00
负责人:胡向东
学科分类:
依托单位:同济大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:白云,严长征,王寿春,孙九春,贺龙鹏,邓声君,方涛,张雨,张伟超
关键词:
隧道施工接触面本构管幕复合结构冻结温度场
结项摘要

Freeze-sealing Pipe Roof Method employed in the construction of Gongbei tunnel in Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge Project is national initiative. The "Pipe roof - frozen soil" composite structure is innovative in structure as pre-support system in tunnel construction by mining method. Research on the mechanical mechanism of this composite structure is necessary before the construction. The strength, deformation and failure modes of the "Pipe roof - frozen soil" composite structure is extremely complex because there are significant stiffness difference between solid steel pipe and hollow steel pipe and high-gradient anisotropy in frozen soil between pipes. The temperature field distribution of the Freeze-sealing Pipe Roof Method is obtained by numerical simulation considering phase change; the mechanical numerical model of anisotropic frozen soil is obtained by theoretical analysis; the nonlinear elasto-perfectly plastic model for contact surface of composite structure is developed through shear tests at the contact surface; deformation and failure modes of the composite structure are studied through laboratory model tests; possible failure modes of the composite structure under different conditions are analysed based on numerical simulation for anisotropic frozen soil. The subject is expected to light on the basic mechanical mechanisms of the "Pipe roof - frozen soil" composite structure and develop corresponding numerical models and calculating methods, providing scientific basis for design and construction of the Freeze-sealing Pipe Roof Method in the future.

港珠澳大桥连接线拱北隧道施工所采用的管幕冻结法为国内首创,作为隧道矿山法施工的预支护体系的"管幕-冻土"复合结构,形式新颖、构造特殊。在项目建设之际,迫切需要对其力学机理开展研究。"管幕-冻土"复合结构具有实心钢管与空心钢管的显著刚度差异性和管间冻土帷幕的高梯度非均质性,其强度、变形和破坏的力学机理极为复杂。课题借助非稳态共轭传热计算理论,通过数值模拟求解伴有相变的管幕冻结温度场分布规律,并通过理论分析得到非均质冻土帷幕数值计算模型;借助"钢管-冻土"接触面剪切试验,建立"管幕-冻土"复合结构接触面的非线性弹性-理想塑性模型;再借助"管幕-冻土"复合结构室内模型试验,研究其变形和破坏规律,并进行基于非均质冻土帷幕的数值模拟,分析不同条件下复合结构可能出现的破坏模式。研究期待探明"管幕-冻土"复合结构的基本力学机理,建立相应的力学模型和计算方法,为今后管幕冻结法的设计与施工提供科学依据。

项目摘要

港珠澳大桥连接线拱北隧道施工所采用的管幕冻结法为国内首创,作为隧道矿山法施工的预支护体系的"管幕-冻土"复合结构,形式新颖、构造特殊。本项目主要完成了三方面的工作,一是结合提出的“冻起来、抗弱化、控冻胀”理念,通过原型试验研究验证管幕冻结法的可行性与可操作性。二是基于保角变换将单圈冻结管不等距模型转化为特殊的单排冻结管模型,结合Laplace方程边界可分离特性,推导了该特殊排管的温度场解析解,进而求出单圈冻结管不等距布置的温度场解析解,考虑到现场实际布管中圆形冻结管和异形冻结管存在一定的径向错位距离,在单圈冻结管不等距基础模型上进行改进,推导了考虑错位的双圈冻结管温度场解析解。三是通过复合结构试验探明"管幕-冻土"复合结构的基本力学机理,建立相应的力学模型和计算方法,为今后管幕冻结法的设计与施工提供科学依据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
5

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

DOI:10.19596/j.cnki.1001-246x.8419
发表时间:2022

胡向东的其他基金

批准号:71203012
批准年份:2012
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81401425
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61170219
批准年份:2011
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:21002078
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50578120
批准年份:2005
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:51178336
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21372184
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:21772153
批准年份:2017
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:60273096
批准年份:2002
资助金额:22.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

管幕预支护结构纵横向性能相互影响及其机理研究

批准号:51208395
批准年份:2012
负责人:龚建伍
学科分类:E0806
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

软弱围岩隧道锁脚锚杆(管)支护机理与力学特性研究

批准号:51278063
批准年份:2012
负责人:陈建勋
学科分类:E0806
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

复杂条件下盾构隧道用复合管环结构的力学机理研究

批准号:51378342
批准年份:2013
负责人:张稳军
学科分类:E0806
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
4

深埋隧道围岩衬砌径筋共体抗渗支护结构的力学机理研究与应用

批准号:51678048
批准年份:2016
负责人:周晓敏
学科分类:E0806
资助金额:62.00
项目类别:面上项目