衬砌洞室群在平面SV波多角度入射下动应力集中问题研究

采用波函数展开法给出了半空间中衬砌洞室群在平面SV波入射下动应力集中问题的一个级数解析解.在满足一定的精度要求下,时无穷级数进行截断数值计算.衬砌分为刚性衬砌、无衬砌、柔性衬砌3种.计算结果表明:不同的入射角度对动应力集中系数具有重要的影响;洞室间距对动应力集中系数也有重要影响,当洞室之间距离较近时,洞室之间的相互作用对地下洞室群的动应力集中具有显著的放大作用;衬砌刚度对动应力集中问题也具有显著的影响,其中,刚性衬砌的动应力集中系数最大,无衬砌次之,柔性衬砌最小.     

浅埋偏压隧道地震动力特性及稳定性分析

基于土-结构相互作用模型．利用粘-弹性边界条件,运用时程分析方法研究浅埋偏压隧道在水平地震、垂直地震以及45°方向作用下的全时程动力反应规律。对围岩和衬砌受力、注浆锚固范围等隧道工程特性进行分析研究,以期为浅埋偏压隧道抗减震设计提供一定参考.     

高速铁路隧道结构动力累积损伤模型试验研究

为探讨高速铁路隧道衬砌结构在列车振动荷载长期作用下的动力累积损伤特征,阐述混凝土结构动力相似材料模型试验原理,以武广高速铁路金沙洲隧道为原型,利用微粒混凝土作为相似材料,构建隧道与围岩动力相互作用全断面试验模型,施加高速列车振动荷载对相似材料模型进行动力累积损伤试验;试验过程中同步测试隧道衬砌结构各特征点动应变、超声波速度以及隧道底部围岩接触应力的时程响应数据,分析隧道衬砌结构动力响应特征与累积损伤规律。得出了在设计使用寿命期内,高速列车振动荷载长期作用下,隧道衬砌结构动力累积损伤效应不明显,而隧道底部围岩累积损伤破坏则应引起足够重视等研究结论。     

不同围岩和埋深条件下土-结构接触界面对衬砌结构横向地震响应特性的影响分析

土与地下结构在强震作用下易发生错动滑移,会对地下结构的抗震性能产生较大影响。为确保隧道的长期安全性,运用有限元分析方法研究不同围岩和埋深条件下土-结构接触面对盾构隧道衬砌结构横向地震响应特性的影响。结果表明： 1)随着土质条件的提高,无论土-结构接触界面有无考虑错动滑移情况,隧道衬砌结构的轴力极值均显著增大,而剪力和弯矩极值均显著减小,且由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度显著减小; 随着隧道埋深的增加,由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度逐渐减小。2)考虑土-结构接触界面错动滑移时,随着土质条件的提高和隧道埋深的增加,隧道衬砌各部位水平滑移量均逐渐减小。3)当隧道围岩条件较差或埋深较浅时,隧道衬砌结构的横截面抗震设计应充分考虑土-结构接触界面对隧道抗震性能的影响。     

浅埋偏压隧道衬砌结构开裂机理及损伤失效分析

在浅埋、偏压等不利地质条件下隧道衬砌结构易发生开裂、渗漏水等病害,衬砌开裂及渗漏水的存在降低了结构的耐久性和承载力,影响结构的安全使用性能。为分析浅埋偏压条件下隧道衬砌结构受力变形特征及稳定性情况,基于扩展有限元原理,采用ABAQUS软件对不同的上覆岩层厚度条件下隧道衬砌结构空间受力特征、裂缝扩展情况及混凝土单元损伤失效程度等进行了模拟分析。研究结果表明,在浅埋偏压条件下,当上覆岩层厚度未超过7m时,隧道衬砌结构均出现不同程度的开裂现象,裂缝位置均大致位于A洞右拱脚位置。当上覆岩层厚度分别为3.5m、4m和5m时,隧道初期支护出现了贯通的纵向裂缝,当上覆岩层厚度为7m时,隧道初支沿走向出现了多条轻微不连续的纵向裂缝。随着上覆岩层厚度的增大,隧道衬砌结构损伤程度呈降低趋势,偏压的影响逐渐减小。     

饱和土中圆弧形埋置基础对平面SV波的动力响应

基于Biot动力方程,利用Fourier-Bessel级数展开以及三角函数的正交性,首次给出了在倾斜入射平面SV波下饱和土中圆弧状埋置基础的动力响应。通过若干算例系统分析了入射角度、入射频率、基础埋深、基础刚度等参数对基础动力响应的影响。     

山岭隧道洞门段衬砌结构动力响应及震害机理研究

以汶川地震中遭遇严重破坏的烧火坪隧道为背景,建立三维有限元数值模型研究洞门浅埋隧道结构在地震作用下的动力响应特性。同时,为真实反映岩土体及混凝土衬砌结构在强震作用下的屈服变形及损伤破坏过程,在数值计算中引入Drucker-Prager屈服准则及混凝土损伤本构模型。根据数值计算结果对衬砌应力响应及结构损伤破坏分布特征等进行分析,并与现场震害模式进行对比讨论。研究结果表明:隧道洞门浅埋区域主要以拱腰及拱肩区域的受拉破坏为主,结构稳定性及破坏主要受第一个地震动峰值段控制;破坏程度随着隧道纵深的增大而逐渐降低,并在距离洞口约40 m处趋于稳定;隧道拱腰两侧围岩屈服破坏导致刚度降低是造成衬砌拱腰应力增大及破坏的主要原因。     

长江隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

以武汉长江隧道为工程依托,运用Ansys软件对盾构隧道在水平、竖向双向耦合地震作用下采用3种不同衬砌材料的地震响应进行三维数值模拟,分析这3种工况下隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况,探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律,找出了衬砌结构的受力最薄弱部位,研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考.     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

浅埋大直径盾构隧道衬砌的抗震计算方法适用性研究

浅埋大直径盾构隧道衬砌抗震性能攸关其自身及毗邻和交叉建筑物的安全性,抗震设计需要采取合理的抗震计算方法。文中建立了某外径12.4 m盾构隧道工程的平面应变有限元模型,采用动力时程分析法、反应位移法、反应加速度法和整体式反应位移法等抗震计算方法,对比分析砂土、粉质黏土等不同土层条件、90%～320%的隧道直径埋深时隧道衬砌结构的弯矩、剪力和轴力变化规律。结果表明,反应位移法和动力时程分析法的内力变化规律相似、计算值最接近,反应加速度法和整体式反应位移法的计算结果偏差较大。在隧道埋深浅、土层均匀的情况下,可采用反应位移法进行盾构隧道衬砌抗震设计。     

圆形隧道洞身衬砌结构内力地震动力响应分析

隧道结构内力是衬砌结构检算的依据。论文采用ABAQUS软件对隧道洞身在纵向正弦地震波作用下,对结构内力的效应情况进行了分析。结果表明:结构内力在静态时的正负情况,影响其在动力状态下的响应规律。同时,静力分析的主控检算断面仍然是动力分析的检算断面,设计应结合动力分析内力时程曲线的内力极值,开展结构检算。     

黄土隧道结构的振动台模型试验研究

为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。     

TBM圆形铁路隧道衬砌类型力学性态模型试验研究

依托大瑞铁路高黎贡山隧道全断面隧道掘进机（TBM）段圆形模筑混凝土衬砌工程,开展了不同衬砌结构的模型试验研究。采用卧式加载试验装置,对圆形模筑混凝土、单层管片和管片双层三种衬砌类型进行试验,得到三种衬砌管片的弯矩、轴力和位移。研究结果表明:在相同荷载条件下,模筑混凝土衬砌破坏时能承受更大的弯矩;在试件破坏前,单层管片衬砌和管片双层衬砌在拱脚处轴力有突变,产生应力集中现象;分块对管片刚度有一定的削弱作用;等厚度的圆形模筑混凝土和管片双层衬砌,前者刚度大,力学性态好。     

重载列车对隧道裂损衬砌承载性能的影响研究

为定量分析重载列车动载作用下隧道裂损衬砌裂缝的演化机制和承载性能的变化规律，采用扩展有限元与直接循环法相结合的方法模拟裂缝在列车荷载作用下的扩展路径，并通过模型试验对方法的有效性和准确性进行验证。模型试验与数值模拟的误差仅为3.7%，表明该数值模拟方法较为精确。研究发现： 1）在重载列车动载作用下，裂损衬砌仰拱处的动力响应相较于衬砌其他位置会更为剧烈，裂损衬砌仰拱处的安全系数与衬砌其他位置相比则更小，因此裂损衬砌仰拱位置为重载列车动载下的危险部位； 2）重载列车轴重对裂损隧道衬砌的动力响应影响比初始裂缝深度及车速对裂损隧道衬砌的动力响应影响更为明显，而裂损衬砌的安全性能受初始裂缝深度影响比受轴重及车速影响更为显著。     

公路隧道衬砌背后空洞积水冻胀的力学简化模型研究及误差分析

为解决高寒地区公路隧道衬砌背后积水冻胀问题,针对特定的环向长条形空洞,建立了2种不同的简化计算模型,即将衬砌结构简化为拱脚为铰支座约束和弹性固定端约束的半圆拱模型。采用荷载-结构法,推导衬砌结构在冻胀力作用下的内力公式,利用MATLAB计算不同参数下的理论值,并绘制内力变化曲线,确定整个衬砌结构在空洞不同大小时的内力分布规律。计算结果表明： 冻胀力引起的衬砌弯矩和轴力极值位于不同的衬砌位置,仅仅考虑弯矩或轴力对衬砌的影响具有一定的误差。对衬砌背后冻胀力的内力影响规律以及2种简化模型的误差进行定量分析,为公路隧道施工和运营维护提供了一定的参考价值。     

瓦斯爆炸隧道内冲击波特征及衬砌损伤机制数值研究

为探究隧道瓦斯爆炸致灾机制,以成都洛带古镇隧道瓦斯爆炸为工程背景,基于等效爆能理论对隧道内积聚瓦斯进行量化研究,采用LS-DYNA中ALE技术建立与隧道几何结构一致的流固耦合数值模型,以RHT模型模拟衬砌并修正关键参数,研究隧道内冲击波特征并与经验解析式计算结果对比,同时将衬砌损伤特征的数值模拟结果与现场调研情况进行对比。结果表明： 1)流固耦合模型可以再现隧道内的爆炸过程; 2)受衬砌约束,爆炸冲击波在隧道内发生反复、无规则反射,致使其强度剧增、衰减缓慢且流场复杂,曲边墙脚处的反射效应最强; 3)爆心距5 m范围内的衬砌在冲击波剧烈冲压作用下完全破坏,5~10 m的衬砌在较高压、拉应力共同作用下严重受损,10 m外的衬砌主要在较高拉应力下形成损伤裂缝。经对比,衬砌损伤的数值模拟结果与现场情况基本一致。     

在动载作用下山岭隧道锚杆的动态响应分析

基于现场监测数据,采用数值分析方法研究了拱桥铺山岭隧道在底部动载作用下隧道锚杆的轴力和锚固水泥浆应力的动态响应规律。随着爆炸应力波传播,无衬砌影响的锚杆轴向拉应力在极短的时间里增加至峰值,最后趋于稳定,有衬砌锚杆轴力一开始都是向受压方向达到峰值,然后逐渐向反方向振动。每根锚杆从锚头到锚尾锚杆单元轴力都是先增加后减小,中间锚杆单元受拉较大。随着动载作用时间推移,无衬砌影响锚杆在动载作用下,锚杆锚固水泥浆应力逐渐上升到峰值并逐渐趋于稳定,每根锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由负向正方向转变,正负方向水泥浆应力峰值都是由中间向两端逐渐增大。受衬砌影响锚杆锚固水泥浆应力在动载作用后,锚杆锚固水泥浆应力发生多次振动,除了拱腰附近锚杆受到锚固水泥浆应力较小外,其他锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由正向负转变,峰值大小是先减小再增加。