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第1章 海底隧道衬砌结构设计若干技术关键研究1

1.1 引言1

1.2 抗外水压力海底隧道围岩最小覆盖层厚度研究1

1.2.1 研究内容和目的1

1.2.2 最小覆盖层厚度和围岩压力计算2

1.2.3 海底隧道的最小覆盖层厚度3

1.2.4 海底隧道围岩压力12

1.2.5 对海底隧道渗水围岩承载圈的论证28

1.2.6 本节小结30

1.3 海底隧道围岩抗力系数的理论分析及其设计应用31

1.3.1 研究意义和内容31

1.3.2 围岩抗力系数的理论与方法33

1.3.3 利用有限环理论的围岩抗力系数计算34

1.3.4 海底隧道各区段围岩抗力系数计算39

1.3.5 本节小结51

1.4 海底隧道钢筋混凝土衬砌结构的限裂设计与分析52

1.4.1 概述52

1.4.2 海底隧道钢筋混凝土衬砌结构的限裂设计55

1.4.3 海底隧道钢筋混凝土衬砌裂缝控制69

1.4.4 本节小结78

1.5 海底隧道衬砌结构运营期可靠性研究80

1.5.1 概述80

1.5.2 海底隧道运营期可靠性分析93

1.5.3 对研究方法变更的说明及运营期隧道可靠性监测111

1.5.4 本节小结112

1.6 海床下岩体风化囊区段考虑围岩流变时效特性的数值分析117

1.6.1 概述117

1.6.2 海底隧道穿越风化囊区段围岩的流变属性118

1.6.3 海底隧道围岩-衬护系统相互作用的流变时效数值分析121

1.6.4 本节小结137

参考文献138

第2章 越江软基盾构法隧道管片衬砌结构纵向三维数值分析141

2.1 引言141

2.1.1 问题的提出141

2.1.2 研究内容与预期成果142

2.2 盾构法隧道管片衬砌结构纵向分析计算的理论和方法142

2.3 越江软基盾构法隧道管片衬砌结构的纵向数值分析计算144

2.3.1 基于双面弹性地基梁法分析的管片结构纵向沉降缝设置计算144

2.3.2 计入结构与土体相互作用管片衬砌纵向沉降三维数值计算分析170

2.4 本章主要结论197

参考文献202

第3章 过江盾构法输水隧洞预应力混凝土复合衬砌的相互作用分析204

3.1 引言204

3.1.1 问题的提出204

3.1.2 结构受力特征与复合衬砌力学机理205

3.1.3 主要研究内容206

3.2 研究工作的总体考虑和要求207

3.2.1 管片接头模型的考虑207

3.2.2 关于管片接头刚度的认识207

3.2.3 对方案1（不设防水膜），内外衬上下层间的接触单元208

3.2.4 对加设防水膜方案，考虑内外衬“单独”受力情况209

3.2.5 按折线多边形双层叠合框架梁模拟计算209

3.2.6 二次内衬施加预应力的计算210

3.2.7 温度应力计算时的各项基础资料210

3.2.8 复合衬砌接触界面的数值模拟210

3.2.9 其他相关方面的问题210

3.2.10 内衬施加预应力阶段，内衬与外衬管片的联合受力问题211

3.2.11 对几处尚待商榷问题的进一步认识212

3.3 工况1：单层管片圆环独自受力工况213

3.3.1 计算条件213

3.3.2 荷载及土层参数213

3.3.3 管片接头力学性能214

3.3.4 计算结果分析214

3.4 工况2：预应力钢绞线有效应力计算217

3.4.1 概述217

3.4.2 内衬预应力张拉阶段工况计算217

3.5 工况3：单层管片的初始状态计算223

3.5.1 计算条件223

3.5.2 计算结果分析223

3.6 工况4：复合衬砌隧洞内全压通水运营工况，结构选型方案1，第一种工作条件225

3.6.1 计算条件225

3.6.2 计算结果分析226

3.7 工况4：结构选型方案1，第二种工作条件231

3.7.1 计算条件231

3.7.2 管片接头刚度性能参数和层间界面处理231

3.7.3 计算结果分析231

3.8 工况4：结构选型方案1，第三种工作条件237

3.8.1 计算条件237

3.8.2 计算结果分析237

3.9 工况4：结构选型方案1，第四种工作条件242

3.9.1 计算条件242

3.9.2 计算结果分析243

3.10 工况4：结构选型方案2，第一种工作条件246

3.10.1 计算条件246

3.10.2 计算结果分析247

3.11 工况4：结构选型方案2，第二种工作条件251

3.11.1 计算条件251

3.11.2 管片接头刚度性能参数和层间界面处理252

3.11.3 计算结果分析252

3.12 隧洞复合衬砌结构温度应力分析计算257

3.12.1 概述257

3.12.2 输水隧洞温度场与热传导问题影响隧洞温度场变化的基本因素257

3.12.3 隧洞温度场和衬砌结构温度应力计算258

3.13 本章主要结论269

附录：对设计方所提问题的回复意见271

参考文献273

第4章 过江输水隧道盾构始发深大竖井结构静动力分析275

4.1 引言275

4.2 竖井施工期及充水期三维静力分析275

4.2.1 工程概况及研究方法275

4.2.2 三维有限元计算模型279

4.2.3 三维有限元计算成果及分析283

4.2.4 计算结果和建议289

4.3 竖井内弯管结构三维静力分析291

4.3.1 内水压力作用下弯管应力计算292

4.3.2 弯管温度应力计算295

4.3.3 不利荷载组合工况的弯管应力计算296

4.3.4 弯管结构应力计算成果汇总298

4.3.5 上弯头截面弯矩计算301

4.3.6 弯管结构计算分析结果评价303

4.4 竖井内弯管结构三维抗震动力计算304

4.4.1 概述304

4.4.2 竖井内弯管结构的抗震拟静力计算分析306

4.4.3 竖井内弯管结构的抗震动力计算分析311

4.5 本章主要结论315

参考文献315

第5章 大型地下水封储油洞库硬岩块体稳定分析与渗流控制316

5.1 引言316

5.2 水封岩洞储油库工程概述318

5.2.1 地质构造318

5.2.2 水文地质条件318

5.2.3 场区初始地下水渗流场分析318

5.3 水封岩洞储油库洞室围岩块体稳定性分析321

5.3.1 概述321

5.3.2 赤平投影解析法略述322

5.3.3 硬岩可动块体的稳定性判别324

5.3.4 隧道围岩稳定性块体分析329

5.3.5 计算成果345

5.4 水封岩洞储油库地下水渗流控制研究345

5.4.1 水封岩洞储油库渗流控制的理论和方法346

5.4.2 水封岩洞储油库围岩地下水渗流量计算350

5.4.3 三维洞室围岩渗流场分析354

5.4.4 水幕系统评价360

5.4.5 储油洞库水封效果评价382

5.5 本章主要结论382

第6章 桥梁桩基群桩效应及其承载力与沉降研究385

6.1 引言385

6.2 竖向荷载下桩基工作性状及其影响因素386

6.2.1 竖向荷载下单桩的荷载传递性状386

6.2.2 竖向荷载下群桩的工作性状388

6.2.3 桩基沉降计算理论与方法389

6.3 考虑群桩效应的桩基竖向承载力研究398

6.3.1 确定群桩效应系数η的方法398

6.3.2 某大桥群桩基础受力分析400

6.4 考虑群桩效应的桩基沉降研究409

6.4.1 竖向荷载作用下桩基沉降随时间的发展410

6.4.2 考虑加筋效应的群桩沉降计算417

6.5 某大桥桩基工程实例分析420

6.5.1 工程概况420

6.5.2 桩顶竖向荷载水平及土体参数选取422

6.5.3 群桩沉降计算结果与分析423

6.6 本章主要结论426

第7章 桥梁桩基三维非线性抗震动力分析与试验429

7.1 引言429

7.1.1 问题的提出429

7.1.2 土体与结构动力相互作用的研究方法430

7.2 地基土的无限域模拟研究435

7.2.1 概述435

7.2.2 映射无限单元437

7.2.3 改进的ABAQUS动力无限元人工边界441

7.2.4 算例分析444

7.3 大桥塔墩地基场域地震安全性分析446

7.3.1 场地工程地质条件447

7.3.2 主塔基岩地震动加速度时程分析448

7.3.3 场地地震动效应451

7.3.4 砂土地震液化判别454

7.4 桩基振动台试验研究457

7.4.1 试验设备简介457

7.4.2 振动台试验模型457

7.4.3 简谐波激励工况分析459

7.4.4 某大桥工程场域地震波激励工况分析实例463

7.5 “地基土-群桩-悬索桥”体系抗震动力相互作用分析466

7.5.1 概述466

7.5.2 ABAQUS有限元程序软件简介466

7.5.3 各部分计算参数的确定472

7.5.4 各部分计算模型的确定479

7.5.5 桩、土接触界面分析方法481

7.5.6 输入地震波特征481

7.5.7 模型加载情况483

7.5.8 计算范围及网格划分483

7.5.9 地基土自重应力平衡分析484

7.5.10 “地基土-群桩-悬索桥”体系动力特性分析485

7.5.11 “地基土-群桩-悬索桥”体系静、动力共同作用487

7.6 本章主要结论542

第8章 中等烈度地震江床浅层砂土局部液化及对桩基工程的影响研究549

8.1 引言549

8.2 饱和砂土动力特性试验550

8.2.1 土体不同有效固结压力试验550

8.2.2 土体不同细粒含量试验554

8.2.3 细粒含量对砂土动力特性影响的机理556

8.3 饱和砂土动孔压演化特性试验559

8.4 饱和砂土局部液化后大变形试验566

8.4.1 饱和砂土局部液化后其强度与变形特性试验566

8.4.2 饱和砂土局部液化后其强度与变形特性分析572

8.4.3 模型验证574

8.5 考虑砂土局部液化影响的桩土动力相互作用分析577

8.5.1 基于FLAC 3D软件的砂土液化非线性动力分析方法577

8.5.2 考虑砂土局部液化影响的桩土动力相互作用算例578

8.6 砂土局部液化后大桥地基侧向大变形对桩基的影响587

8.6.1 水平荷载作用下大桥群桩的受力性状与计算587

8.6.2 砂土局部液化后地基侧向大变形对桩基的影响589

8.6.3 砂土局部液化后大桥桩基侧向大变形作用算例592

8.7 工程实例分析597

8.7.1 工程概况598

8.7.2 地震砂土液化期间桩土体系动力相互作用分析599

8.7.3 砂土局部液化后地基侧向大变形对大桥桩基的影响604

8.8 本章主要结论606

第9章 地下工程施工变形的智能预测与控制608

9.1 引言608

9.2 人工智能化方法基本理论简介610

9.2.1 人工神经网络（ANN）610

9.2.2 遗传算法615

9.2.3 模糊逻辑控制617

9.3 岩土工程施工变形预测与控制的智能方法618

9.4 地铁隧道盾构掘进施工变形的智能预测与控制研究621

9.4.1 地铁盾构市区施工的环境土工问题621

9.4.2 地铁盾构隧道施工变形的智能预测与控制623

9.4.3 盾构隧道施工多媒体视频监控技术及其实施626

9.5 悬索大桥锚碇深基坑施工变形的智能预测与控制研究630

9.5.1 某悬索大桥锚碇深基坑工程概况630

9.5.2 工程地质条件631

9.5.3 神经网络预测模型的建立及其应用635

9.5.4 锚碇基坑变形的智能预测637

9.5.5 锚碇基坑变形的控制研究642

9.6 城市地道工程管幕-箱涵顶进施工变形的智能预测研究646

9.6.1 工程概况646

9.6.2 人工神经网络预测模型建立652

9.6.3 预测成果分析654

9.7 本章主要结论659

第10章 悬索大桥锚碇结构数值计算与土工参数流变试验662

10.1 引言662

10.2 某悬索大桥圆形深大基坑工程的动态施工反演与变形预测662

10.2.1 概述662

10.2.2 参数敏感性分析及反演参数的确定663

10.2.3 基于进化智能的动态施工反演分析及变形预测670

10.3 某悬索大桥圆形深大基坑围护结构（地下连续墙和内衬）内力反演分析676

10.3.1 钢筋应力计监测点布置676

10.3.2 围护结构的内力反演公式676

10.3.3 内力反演结果677

10.3.4 内衬内力变化的特点678

10.3.5 地下连续墙内力变化的特点680

10.3.6 施工因素与非施工因素对内力影响规律性的认识681

10.3.7 不同工况水土压力与变形变化的对比分析683

10.3.8 三维变形计算结果分析689

10.4 某悬索大桥矩形锚碇深基坑岩土介质室内流变试验690

10.4.1 工程概况690

10.4.2 锚碇基坑土体流变室内试验691

10.4.3 锚碇基坑岩石流变室内试验698

10.5 某悬索大桥矩形锚碇地下连续墙围护-支撑结构考虑岩土流变特性的黏弹性数值分析703

10.5.1 概述703

10.5.2 考虑土体流变特性有限元法的计算原理和方法703

10.5.3 计算结果分析705

10.5.4 考虑土体流变计算值与按规范设计值及与施工监测值的对比分析707

10.5.5 深大基坑施工期间支撑内力与墙体位移的影响因素分析710

10.6 某悬索大桥矩形锚碇深基坑支护监测711

10.6.1 深大基坑的监测内容711

10.6.2 深大基坑监测实施711

10.6.3 监测结果分析715

10.7 本章主要结论716

第11章 悬索大桥选用多个根键式小沉井的组合式锚碇方案初探719

11.1 引言719

11.2 根键式沉井基础构造719

11.3 对锚碇沉井基底和侧周土体流变属性的考虑722

11.3.1 对群井式锚碇受力性态的评价722

11.3.2 对采用根键式小沉井方案的基本构想722

11.4 带根键沉井群锚碇基础力学性态的三维数值分析723

11.4.1 概述723

11.4.2 基本数据资料723

11.4.3 计算荷载724

11.4.4 按线弹性土体的井群三维最大、最小主应力计算725

11.4.5 沉井沿主桥一侧井壁前方土体流变的初步判识730

11.4.6 承台顶中心点和锚座散索鞍处的水平位移730

11.4.7 考虑土体蠕变井群式锚碇基础结构的黏弹性分析计算733

11.5 根键式沉井群的受力性态框算739

11.5.1 根键式群井的受力特性739

11.5.2 考虑根键作用的沉井竖向计算740

11.5.3 沉井基底平面土层竖向应力框算742

11.5.4 考虑根键作用的沉井水平向应力框算746

11.6 本章主要结论749

第12章 飞机跑道软基土沉降的固结与流变耦合三维黏弹塑性分析751

12.1 引言751

12.1.1 问题的提出751

12.1.2 工程概况752

12.1.3 主要研究内容753

12.2 饱和软土的固结流变理论及其有限元法解析754

12.2.1 饱和软土的Biot固结理论754

12.2.2 饱和软土流变模型理论757

12.2.3 饱和土体线性流变的组成及其增量表示759

12.2.4 饱和软土黏弹塑性Biot固结有限元法方程761

12.2.5 地下水渗流场与应力场耦合问题的有限元法解析766

12.2.6 饱和软土固结——流变耦合有限元法程序设计772

12.3 饱和软土地基变形数值模拟776

12.3.1 机场跑道工程实例概况776

12.3.2 地基堆载预压有限元法分析776

12.3.3 有限元法计算结果分析779

12.4 机场跑道结构层地基梁／板数值分析实例789

12.4.1 不考虑固结-流变耦合效应的弹性地基梁法789

12.4.2 考虑流变作用的黏弹性地基板法数值分析791

12.5 本章主要结论795

附录 作者近年来在各地重大桥、隧工程评审会议上的书面意见等摘引798

附1 港珠澳大桥岛隧工程798

1.1 第一次会议798

1.2 第二次会议803

1.3 第三次会议805

1.4 第四次会议806

1.5 第五次会议810

1.6 第五次会议个人意见（会后补写）812

1.7 第六次会议816

附2 青岛胶州湾海底隧道工程821

2.1 悠悠岛湾水，依依忆念情821

2.2 个人书面意见824

附3 琼州海峡跨海工程829

3.1 工程建设的风险、主客观不利因素和成功实施的可行性829

3.2 地质条件830

3.3 海床桥基和隧洞设计施工的技术特色和若干关键方面的认识831

3.4 工程实施的可行性和方案取舍831

3.5 多种桥、隧方案和铁、公路单建／合建方案的比选832

3.6 铁、公路跨海峡通道的建设时机问题833

3.7 隧道内交通运输工具的选择834

3.8 特长隧道通风系统结构布置措施834

3.9 海峡隧道工程的安全设计与安全作业834

3.10 工程风险评估835

附4 深圳—中山市珠江通道工程835

4.1 方案研究835

4.2 工程可行性研究837

附5 南京纬三路过江隧道工程840

5.1 北京研讨会议840

5.2 隧道盾构穿越复合地层和粉砂岩将遇到的问题和困难及其应对措施844

附6 长沙市劳动西路湘江隧道工程848

6.1 基本意见848

6.2 对几个重点技术关节的说明849

6.3 结合湘江隧道情况，再谈一点具体意见851

附7 浙江省诸永高速公路两座长隧道运营期防火、排烟方案852

7.1 对大比尺火灾排烟模型试验的看法852

7.2 不建议改用设置顶隔板排烟方案的理由分析853

7.3 不赞同进行火灾排烟方案试验的理由分析855

7.4 对建议仍沿用长隧道自身作为火灾排烟方案的再认识856

附8 临汾至吉县高速公路隧道穿越下伏煤矿采空区的工程处治858

8.1 A线隧道方案优于E线隧道方案858

8.2 关于对隧道下伏煤层采空区的加固整治859

8.3 关于探明采空区范围及剩余煤层范围的多种手段和方法859

8.4 关于采空区稳定性分析和“三带”问题860

8.5 关于对采空区的合理加固宽度和巷道加固措施861

8.6 关于围岩加固处治方法862

8.7 提请注意的其他方面问题862

附9 青岛市地下铁道工程863

9.1 地面沉降过大原因863

9.2 在当前初支施工方面存在的问题与不足863

9.3 沉降控制的应对措施863

附10 风化岩含水地层某浅埋暗挖隧道掘进的地面沉降864

10.1 沉降过大问题864

10.2 施工降水引起的沉降865

10.3 以青岛地铁为例，对其沉降分析及工程处治的建议865

10.4 “微扰动”注浆工艺867

附11 浙江省海宁钱江隧道建设技术访谈录868

11.1 建设钱江隧道缘起868

11.2 强涌潮条件下的盾构施工：作业面的稳定是工程成败的关键869

11.3 大盾构在井内整体“华丽转身”：充分利用旧盾构机.顺利平移、调头870

11.4 多个施工亮点终成“地下巨龙”870

11.5 地下空间的有效开发和利用，让生活更美好872

附12 厦门第二西通道工程可行性研究872

附13 汕头市苏埃“大直径盾构海底隧道管片衬砌结构抗震性能”专家评审个人意见874

附14 对拟建舟山海底隧道的一点浅见876

附15 苏通大桥工程评审意见877

15.1 第一次会议877

15.2 第二次会议879

15.3 第三次会议882

15.4 苏通大桥施工图审查会议884

附16 沪通大桥工程方案评审887

16.1 关于“主航道桥桥型方案”研究887

16.2 关于“大桥主梁”研究889

16.3 关于“斜拉桥的极限跨度”研究890

附17 广西龙门大桥初部设计评审891

17.1 大桥设计特点和需关注的问题891

17.2 关于斜拉桥方案892

17.3 台风期内架设钢箱梁问题892

17.4 大跨主缆和跨缆吊机施工时的抗风稳定性893

17.5 关于主缆和吊索（高强钢丝材质）的应力水平和截面设计问题893

17.6 关于改善大跨悬索大桥的行车条件893

17.7 关于索塔顶端钢锚箱锚固区的设计与试验894

17.8 钢桥面铺装结构的设计研究894

17.9 大直径钻孔水下灌注桩894

17.10 重力式锚碇基础895

附18 福州市平潭进岛通道工程方案评审意见895

18.1 关于线位优选问题895

18.2 关于桥、隧方案比选问题895

18.3 桥隧结合方案896

18.4 全隧道方案896

18.5 公路和铁路同建问题896

附19 上海国际隧道峰会桥梁／隧道跨越江河湖海的方案比选意见896

19.1 基本情况896

19.2 几个可供商榷的问题897

19.3 结语899

附20 城市地下空间开发利用的环境岩土问题及其防治899