隧道衬砌可靠度分析的有限单元法

采用荷载－结构模式的隧道衬砌受力分析,推导出利用有限单元法求解结构可靠指标的算法,并设计了通用、实用的微机程序,最后给出实际算例。     

隧道初期衬砌支护系统的可靠度分析

针对隧道初期衬砌结构,构建考虑综合安全系数的功能函数,将隧道初期喷射混凝土支护结构作为串联体系,采用区间估计的“宽界限法”对隧道衬砌结构的体系进行分析,在此基础上确定体系的失效模式.将极限位移条件下轴力和弯矩所对应的位移与施工监测中的位移进行对比;考虑材料性能参数、几何尺寸等的随机性影响,分析中采用蒙特卡罗有限元方法,...     

火灾时隧道衬砌结构内温度场分布规律试验

借助火灾试验,对衬砌结构内温度场随时间的变化规律、温度场沿厚度的分布规律以及不同边界条件对温度场的影响进行了研究.试验中,衬砌结构混凝土等级为C50,升温曲线采用HC曲线,升温及恒温持续时间约60min.试验结果表明衬砌结构内各点的升温曲线在100～115℃附近会出现一个明显的恒温平台,且距受火面越远,温度平台出现的时间越晚,持续的时间越长,这反映了混凝土内水分的蒸发吸热过程.在试验升温、恒温及降温全过程中,衬砌结构内温度场沿厚度方向的分布满足指数衰减规律.同时,相对裸露于大气中的结构,由于周围岩土体的吸热,衬砌结构中各点的温度要偏低,且越靠近边界,偏低量越大.     

浅谈新建铁路隧道衬砌质量检测技术

本文介绍了探地雷达这一无损检测技术的基本理论、特点与应用,结合具体工程实际简要从无损检测的前提准备工作、检测仪器设备、观测方式和技术条件的确定、雷达测线布置、探测数据资料处理、检测结果分析2个方面做了具体论述。     

复合式曲中墙连拱隧道衬砌结构受力特征分析

以土江冲隧道为背景,采用FLAC3D软件对复合式曲中强连拱隧道施工过程进行了数值模拟,得到了隧道初期支护的变形特征、锚杆的轴力、初期支护及二次衬砌的应力状态,分析了复合式曲中墙连拱隧道衬砌结构的力学特征,对该隧道二次衬砌的安全性进行了评价.     

粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解

本文基于粘弹性理论和环形条元法给出了粘弹性围岩复合式隧道衬砌解析解,并利用该解对复合式隧道衬砌的力学机理及二次衬砌最佳支护时机进行了分析.     

基于最大熵原理与最优化方法的隧道衬砌结构可靠度分析

针对隧道衬砌结构参数的随机性、分布的多样性与极限状态功能函数高度非线性的特征,运用最大熵原理对隧道衬砌结构参数进行估计,得到符合实际的参数估计值;然后,根据隧道衬砌结构稳定的极限状态方程,从结构可靠度指标的几何涵义出发,建立其可靠度指标计算的优化数学模型,并运用Microsoft Excel工作表中的规划求解功能得到其可靠度指标.结合工程实际,给出具体算例,且指出提高隧道衬砌结构可靠度的途径.研究结果表明:该方法用于计算工程结构可靠度指标无需将状态函数线性化,不受基本变量维数限制,收敛速度快,计算效率高,且与蒙特卡罗100万次直接抽样法计算结果相比,具有很高的精度,能广泛适用于隧道及地下工程领域的可靠度计算和分析.     

既有线隧道衬砌的爆破拆除技术

采用预裂爆破、光面爆破的方法，分部、分层拆除既有铁路隧道衬砌，在未影响行车的条件下安全完成，说明爆破方法和参数合理，防护措施得当。     

铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据

根据应力波理论,依照极限拉应力准则、极限剪应力准则及莫尔判据,对爆炸应力波体波对隧道衬砌结构的影响进行研究,确定基于隧道衬砌结构安全的爆破振动速度判据模型。结合紧邻隧道上方的土石方开挖爆破工程实际,对爆破振动速度判据进行求解。研究结果表明:爆破应力波体波对隧道混凝土衬砌结构破坏效应中P波占主导地位,爆破振动作用下隧道结构首先产生拉伸破坏,隧道衬砌爆破振动速度安全判据为14.51 cm/s。研究结果与爆破安全规程一致,为隧道结构安全标准的确定提供了科学依据。     

软弱岩层中隧道结构体系的可靠度

探讨了软弱岩层中钢筋混凝土隧道结构的单截面失效模式和整体失效模式 ,对受拉和受压这 2类失效模式分别给出了极限状态方程 ,进而以条件概率和数值分析方法为基础 ,建立了体系可靠度计算的点估计法 ;结合隧道结构的设计计算 ,给出了相应的算例     

高速铁路隧道衬砌结构损伤累积与裂纹演化机理

高速铁路隧道混凝土衬砌结构含有初始孔隙或微裂纹等初始损伤。高速列车通过隧道所产生的气动疲劳载荷作用,使这种初始损伤会逐步扩展。选用混凝土的弹性模量衰减规律来反映气动疲劳载荷对隧道衬砌细观混凝土的作用效应,以弹性模量衰减的第二阶段为主要研究阶段,模拟了在循环气动载荷作用下,高速铁路隧道衬砌混凝土细观损伤机理及疲劳损伤裂纹的发展变化规律。研究表明:高速铁路隧道服役的中后期,气动疲劳载荷对隧道耐久性的危害作用更大。     

Prototype test study on mechanical characteristics of segmental lining structure of underwater railway shield tunnel

Based on the first unde rwater railway shield tunnel, the Shiziyang shield tunnel of Guangzhou Zhu- jiang River, the prototype test was carried out against its segmental lining structure by using ＂multi-function shield tunnel structure test system＂. And the mechanical characteristics of segmental lining structure using straight assembling and staggered assembling were studied deeply. The results showed that, the mechanical characteristics of segmental lining structure varied with the water pressures; especially after cracking, the high water pressure played a significant role in slowing down the growing inner force and deformation. It also testi- fied that the failure characteristics varied with straight assembling structure and staggered assembling structure. Shear thilurc often occurred near longitudinal seam when using straight assembling.     

可考虑任意围岩压力分布形式的隧道衬砌计算分析

以大型通用软件ANSYS为平台,采用静力等效原则,把压力转化为相应的节点荷载,解决了隧道围岩压力与节点位置相关又不与衬砌结构垂直的输入问题.利用ANSYS的参数化高级设计语言,编制了适合任意三心圆拱衬砌断面和不同围岩压力分布形式的隧道衬砌内力和偏心距的通用计算程序.这为隧道设计提供了很大的方便.以武广客运专线双线浅埋隧道为例进行了计算分析.结果表明:对于埋深较浅的隧道,如果拱顶围岩压力按均布进行计算,结果会产生较大误差.围岩压力仅按均布设计的隧道,拱腰易出现开裂;围岩压力仅按马鞍型设计的隧道,拱顶易出现开裂;最好采用多种围岩分布形式进行隧道设计与验算.     

矿山法地铁隧道二衬结构安全系数及可靠度计算方法研究

以北京地铁四号线某大断面矿山法隧道为背景,分别应用初期支护与二次衬砌共同承受全部荷载的计算模式与不考虑初期支护承载而由二次衬砌单独承受全部荷载的计算模式进行隧道截面安全系数和可靠度指标的计算,结果表明:两种承载模式得到的结构最不利截面安全系数均能满足要求,但二衬结构单独承载模式得到的最不利截面结构可靠度指标偏低.为确保根据不同承载模式得到的计算结果基本相同,在应用响应面法分析隧道衬砌结构荷载效应的基础上,采用了等效地层弹性抗力系数来表征初期支护对结构承载的贡献,为解决地铁隧道结构设计中由于结构承载模式不同而造成的计算结果差异提供了一个途径.     

石膏围岩隧道衬砌结构破坏模式及时变可靠度模型

石膏围岩具有很强的膨胀性和腐蚀性,在隧道全寿命周期内均会引起衬砌结构自身强度劣化及受力增加,严重影响隧道二次衬砌结构可靠性.针对石膏围岩膨胀特性和腐蚀性对隧道二次衬砌结构的影响分别建立了二次衬砌结构膨胀破坏模式和腐蚀破坏模式;考虑石膏围岩膨胀性和腐蚀性对隧道衬砌结构的综合影响,建立了石膏围岩隧道二次衬砌结构综合破坏模式;基于结构体功能函数,推导出能够初步考虑围岩膨胀性和腐蚀性的隧道衬砌结构可靠度指标计算公式;并分别建立了三种破坏模式下的时变可靠度分析模型.采用石膏围岩隧道衬砌结构综合破坏模式下的时变可靠度模型对礼让隧道进行了分析,得到其在使用寿命100 a内的可靠度指标变化规律.根据计算结果可以优化石膏围岩隧道衬砌结构的抗腐蚀、抗膨胀和支护结构设计参数,并对石膏围岩隧道使用寿命周期内的合理维护及维修提供依据.研究成果可推广应用于隧道衬砌结构的可靠度研究中.     

铁路隧道铺底结构破坏的力学分析

针对我国既有铁路隧道铺底病害严重的现状, 采用弹性支承法, 对铁路隧道铺底结构的受力状态进行分析. 计算中对不同的隧道铺底结构、不同的围岩抗力条件以及铺底与基岩之间不同接触条件下隧道铺底结构的受力状态进行讨论, 对作用于隧道铺底结构顶面的荷载分别考虑均匀分布和实测条件2种工况. 计算结果验证了现场铁路隧道铺底结构的实际破坏形态. 根据计算结果, 对隧道铺底结构的内力分布规律以及铺底结构破坏的原因等进行分析, 并提出在进行隧道铺底病害整治时, 应大力提高铺底结构的抗弯能力.     

黄土公路隧道衬砌开裂分析

衬砌开裂是黄土公路隧道普遍存在的病害。为了预防和处治衬砌开裂,保证黄土隧道结构的长期稳定性,针对甘肃省榆中县新庄岭黄土公路隧道衬砌开裂的病害特征,运用数值仿真、实测等手段分析了病害产生的机理和原因。结果表明,黄土浸水导致土体强度降低、变形增大,从而增大了围岩塑性区范围和变形压力,恶化了衬砌结构受力状况,使衬砌结构拱顶内侧及拱脚外侧被拉裂,进而使拱脚内侧被压裂。根据隧道病害状况,提出了采用环氧树脂嵌补及凿槽嵌入钢拱架法处治衬砌开裂的建议,为分析和处治黄土公路隧道衬砌开裂提供了依据。     

围岩流变特性对隧道二衬支护时机的影响

为了研究岩体流变特性情况下隧道二衬的支护时机,首先推导了在考虑围岩流变特性时,衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式;然后以广梧高速公路茶林顶隧道岩体为工程背景,探讨了考虑岩体流变情况下,隧道二衬支护时机的确定方法,并对比了围岩拱顶下沉实测值和理论计算值。结果表明：(1) 理论分析所建立的衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式中均包含了时间参数,可确定达到不同衬砌抗力、位移及围岩位移所需要的时间;(2) 围岩拱顶下沉实测值和理论计算值表现出相同的发展规律,验证了所建立方法的正确性。