石膏围岩隧道衬砌结构腐蚀模型研究

为研究石膏岩对隧道衬砌结构的腐蚀性,对硫酸盐侵蚀混凝土的机理及影响因素进行了深入分析.设计正交试验,研究硫酸盐对混凝土腐蚀系数的变化规律,结果表明:抗渗等级、C_3A质量分数与腐蚀系数呈二次函数关系,硫酸根质量浓度和时间与腐蚀系数呈对数函数关系,溶液压力与腐蚀系数近似呈线性关系;采用极差与层次分析法对各个因素的影响权重进行解算,各因素按权重大小依次为:C_3A质量分数、硫酸根质量浓度、时间、抗渗等级、溶液压力;综合考虑各个因素,基于BP神经网络建立了混凝土腐蚀后强度变化量的预测模型,并将该模型成功应用在礼让隧道的衬砌设计中.     

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,...     

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.     

基于损伤塑性理论的隧道衬砌结构开裂破坏的数值分析

基于混凝土材料的损伤塑性理论,建立了公路隧道结构的非线性模型,并利用大型工程模拟的有限元软件ABAQUS对所建立的模型进行计算分析,较真实地揭示了运营公路隧道衬砌结构开裂破坏的机理,得到了在山体塌陷、围岩偏压作用下隧道衬砌结构损伤值、应力的分布特性和规律.     

铁路隧道复合式衬砌可靠度的分布规律研究

研究了铁路隧道复合式衬砌可靠度计算方法.通过素混凝土和钢筋混凝土极限状态方程,确定了各随机变量,由误差传递函数计算荷载统计特征,进而确定了内力特征,最后通过H-L法计算隧道衬砌可靠指标.由上述隧道可靠度计算方法,对铁路隧道复合式衬砌标准参考图进行校核,研究了不同时速,不同围岩级别和类型的隧道可靠指标分布规律.结果表明:二次衬砌结构的可靠指标数值较大,一般在3.0以上,拱顶位置的可靠指标较小,为衬砌结构的薄弱环节,边墙和拱脚位置的可靠指标较大.对不同时速和不同类型隧道,随着围岩级别的增加,可靠指标越来越小.同等条件下,时速250km隧道复合衬砌可靠指标较大,安全储备较高,时速200km和350km隧道可靠指标相对较小.在时速和围岩级别相同情况下,浅埋隧道可靠指标普遍小于深埋隧道.     

基于响应面和重要抽样法的隧道衬砌结构时变可靠度

由于隧道衬砌结构极限状态方程高度非线性,直接采用一般的可靠度计算方法得到的是几何可靠度,存在较大误差,需进行改进.结合响应面法和重要抽样两种方法,利用响应面法得到的验算点作为重要抽样法的抽样中心,进而求解结构的可靠度指标.在该理论的基础上,考虑结构抗力随时间衰减的因素,利用Matlab软件编制了隧道在服务寿命期限内的时变可靠度指标的计算程序,并通过回归分析,得到了时变可靠度指标随着时间呈指数递减的规律.通过耐久性系数与时变可靠度指标的对应关系,可得到衬砌结构任意时刻的耐久性系数,该系数则是衬砌结构耐久性设计的关键.该方法对功能函数高度非线性的工程较适用,并且为结构耐久性设计提供了基础.     

盾构隧道衬砌结构小角度斜穿地裂缝的破坏机理

从西安地铁1 #线工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的物理模型试验管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明:盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的变形破坏模式为剪切变形为主,局部有扭转变形;结构破坏范围为上盘1.25D,下盘0.75D(D为管片环外径);管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱底位错量大于拱顶和拱腰,拱底最大位错量达40 mm(0.033D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.1667 D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境     

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     

碎裂结构围岩破坏模式的模糊数学分析

引用了３０例模型试验资料，对碎裂结构围岩的破坏模式进行模糊聚类分析。同 时利用所得出的标准模型，对８个试验样本进行了破坏模式预报。证明模糊聚类分析 在碎裂结构岩体峒室围岩破坏的模式识别中有一定的实用价值，可以在围岩稳定性和 综合分析判断中应用。     

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。     

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.     

酸性气体作用下服役结构的时变可靠度

鉴于现阶段酸性气体作用对受力混凝土工作性能影响研究的匮乏,采用数值计算与实例相结合的方法分析了酸性侵蚀气体对服役钢筋混凝土结构可靠度的影响,给出了混凝土中和高度、混凝土损伤高度和截面尺寸的时变规律及其与时变可靠度指标的关系。并与一般大气环境条件对比,得到了酸性侵蚀介质对受力混凝土结构产生加剧腐蚀的定量结论。对侵蚀介质环境下的建筑结构可靠性设计提供了建设性理论指导。     

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.     

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.     

超高层巨型钢框架结构失效模式分析

采用有限元软件对某超高层巨型钢框架结构进行Pushover非线性弹塑性分析,分别改变巨型框架梁布置或巨型框架梁高,得到各自失效模式.比较不同结构失效模式下的最大侧移,找出具有最优结构构造形式的巨型钢框架结构.将最优巨型钢框架结构中的失效支撑替换为防屈曲支撑,重新通过Pushover分析其失效模式,与原最优巨型钢框架结构的失效模式进行比较.分析结果表明:部分采用防屈曲支撑改变了巨型钢框架的最弱失效模式,使其抗震性能得到明显提高.通过逐步将失效支撑替换为防屈曲支撑,得到具有最优经济性能和抗震性能的超高层巨型钢框架结构.     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。