交通荷载作用下矩形隧道结构动力响应研究

浅埋矩形隧道受复杂车辆动荷载的作用,其自身稳定性和安全性极易受到影响。为探讨复杂交通荷载组合作用下浅埋矩形隧道结构动力响应特征,以扬子江某新建下穿矩形隧道新建工程为研究对象,通过构建三维有限元模型,研究交通荷载组合作用下隧道结构的瞬态加速度、速度和位移动力响应规律。研究结果表明:地面交通荷载所引起的位移响应值占总响应值的24.4%～40.0%,地面交通荷载引起的振动响应明显;矩形隧道顶板受地面交通荷载影响最大;当地面行车与隧道内行车方向一致时,各自所引起的振动响应传播方向相反,易使隧道侧墙部位发生水平剪切损伤。研究结果对评价交通荷载作用下矩形隧道结构安全性及结构设计提供一定的理论依据。     

埋置高速移动荷载作用下黏弹性半空间地表响应规律研究

分析不同埋深的高速移动荷载作用在黏弹性无限半空间的响应规律. 推导了埋置移动荷载作用下均匀无限黏弹性半空间地表响应的解析解,在柱坐标系下利用时间的拉普拉斯变换和位移的坐标变换得出了埋置移动荷载下黏弹性半空间的动态响应的二维积分解析解,之后用IFFT及坐标变换计算二维积分,提高了运算效率,最后分析了不同埋深、移动荷载速度情况下地表动力响应规律,发现了移动荷载在超Rayleigh波波速时地表位移出现明显的非对称性.      

地面列车动荷载对下穿隧道影响的动力学响应分析

以青岛地铁下穿胶济铁路为研究背景,应用隧道结构的动力有限元数值分析方法,对列车动荷载作用下隧道结构-地层体系的动力响应进行三维数值模拟。分析了单列列车动荷载、两列列车动荷载同向及相向三种工况下,隧道结构-地层体系的应力及位移曲线。研究表明,在列车动荷载作用下,隧道结构-地层体系的动力响应呈现近似简谐波变化;从地表到隧道拱顶的动力响应不断衰减,且衰减速度从地表到隧道拱顶不断减小;两列列车动荷载作用下,隧道结构-地层体系的动力响应值较单列列车动荷载作用下的动力响应值有明显增加,但并未达到单列列车动荷载的两倍。     

崩滑岩体对埋地管线横向冲击作用的数值模拟

采用离散元软件3DEC对高速下落岩体冲击地面、引起埋地管道动力响应的过程进行数值模拟,考察影响管道表面土压力和管道变形的主要因素.结果表明:冲击荷载作用下管道表面土压力分布非常不均匀,靠近管道顶部的区域是主要影响区,冲击作用面积是主要影响区范围的决定性因素;落体质量和冲击速度是影响管道表面最大土压力的主要因素,落体对管道表面土压力沿纵向的影响范围大致为冲击作用半径的2倍;落体速度相同时,落体质量对管道变形的影响比冲击作用面积更显著;增大管道埋深可以减小管道的冲击变形量;与采用较硬的黏土作为管沟填充料相比,无黏性砂填充时冲击荷载更容易引起管道发生较大变形.     

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明：公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。     

浅埋偏压对连拱隧道施工力学效应的影响及处治措施

浅埋偏压赋存条件是诱发连拱隧道大变形灾害的重要因素.以某浅埋偏压公路连拱隧道工程为背景,借助数值模拟方法对比研究不同开挖方案条件下偏压连拱隧道围岩、支护结构及曲中墙力学行为变化规律,并结合现场实测数据分析偏压洞口失稳灾害原因及处治措施.研究结果表明,围岩水平位移和竖向位移呈非对称分布,施工阶段埋深较大侧围岩变形受偏压荷载作用影响更为显著;不同开挖方案条件下中墙水平应力分布差异不明显,而竖向应力分布差异较大,中墙墙脚(拱脚)位置出现水平压应力集中现象;方案Ⅱ条件下隧道初期支护拱顶水平和竖向位移均约为方案I的1.40倍以上,且方案Ⅱ更易引起埋深较大侧隧道中墙墙体因遭受附加偏压荷载作用而发生压裂破坏;针对浅埋偏压洞口大变形诱发原因,给出相应的防治措施,加固处治效果显著.研究成果可为浅埋偏压隧道施工变形控制和灾害防治提供科学参考.     

深埋隧道大超挖围岩力学响应分析

隧道爆破开挖过程中的超欠挖问题是隧道工程中普遍存在的现象,大超挖问题严重影响了隧道工程的造价投资及安全使用。本文以某隧道工程为例,利用数值模拟的方法,研究了隧道埋深和超挖厚度对围岩力学响应的影响规律。研究表明,在不同埋深条件下,围岩最小等效应力出现在拱顶位置,最大等效应力出现在拱脚位置。隧道拱顶位置的变形量最大,拱脚位置的变形量最小。相同超挖厚度对应的等效应力值随隧道埋深的增加而增大;相同位置围岩的变形量随埋深的增加而增大。另外,超挖厚度对围岩的力学响应影响较小,隧道埋深对围岩等效应力的影响较大。本研究成果可为同类工程提供借鉴。     

埋深对岩溶隧道地震动力响应影响分析

基于工程波动理论,应用ABAQUS数值模拟和理论解析方法,研究了溶洞中心与隧道中心处于同一水平时,埋深对岩溶隧道地震动力响应影响规律,并对比分析地震作用下有无溶洞时隧道的反应差异性.分析结果表明:岩溶隧道和非岩溶隧道发生较大位移的部位均为拱肩和拱脚;溶洞对隧道地震动有缓冲作用;岩溶隧道埋深越浅,地震动力响应位移越大;在地震作用下,隧道二次衬砌第一主应力较集中的部位是拱脚.埋深15 m时第一主应力最大,埋深100 m时第一主应力最小;埋深100 m时,岩溶隧道比非岩溶隧道的第一主应力小,说明溶洞对隧道岩体有一定的应力释放作用.     

基于FLAC3D的移动荷载作用下基坑结构响应的分析

文章分析了深基坑支护结构在移动荷载作用下的动力响应问题,建立了相应的有限元实体模型,通过FLAC3D软件进行动力响应分析,并讨论了深基坑结构在不同移动荷载速度作用下的位移和应力变化;计算结果表明,速度大小对深基坑支护结构的动力位移和内力响应有较大影响,并为此类结构的设计提供参考依据.     

机动车辆荷载对空间交叉隧道结构动力影响

为研究机动车辆荷载作用下空间交叉隧道结构动力响应特性,以杭温高铁梧坞隧道与义东高速西甑山公路隧道交叉段为工程背景,建立了交叉隧道三维动力计算模型,利用ABAQUS子程序模拟机动车辆在公路隧道内行驶,得到行车公路隧道、相邻侧公路隧道、上跨高铁隧道在机动车辆荷载作用下的加速度、位移、应力动力响应特性,并通过计算行车过程中监测截面每一时刻的安全系数分析了各隧道衬砌结构安全度变化规律。结果表明：机动车辆荷载对行车隧道自身影响较大,影响主要集中在行车位置下方区域,车辆通过时拱顶处安全度降低最为显著;对于上跨高铁隧道和相邻公路隧道,行车公路隧道内的机动车辆荷载对其影响整体较小,且其影响程度与近接距离密切相关;相邻侧公路隧道响应主要集中在与行车隧道的相邻一侧,右方隧道行车时其仰拱中心的安全度降低最明显;上跨高铁隧道响应主要集中在隧道仰拱位置,下方隧道行车时其左拱脚处的安全度降低最多。研究结果可为空间交叉隧道、城市地铁等地下工程的日常运营监测提供依据,并为类似空间交叉隧道工程的设计优化提供参考。     

地基加固对隧道下穿铁路路基车致动力响应的影响

通过现场测试及数值模拟，研究了地表铁路行车作用下地铁隧道下穿铁路路基系统的动力响应规律，分析了下穿节点地基加固体弹性模量、深度等参数对地表振动及地铁隧道结构的影响。研究结果表明：车致地表振动频率由列车轮对分布、轨枕间距及行车速度共同决定；地基加固增加了下穿系统的车致振动响应，降低了高频振动的衰减速度；提升加固体模量，会增大地表振动加速度；加固深度提升至隧道底部可有效降低隧道的附加动应力。     

大圆筒结构-土-波浪相互作用的动力响应分析

针对新型的大圆筒薄壳结构的复杂动力特性,建立大圆筒结构-土-波浪相互作用的三维非线性有限元模型.通过设定无厚度的接触面单元,来模拟薄壳圆筒-土之间的非线性接触特性;采用土体的非线性本构模型,并同时计入波浪等动荷载的作用对结构进行动力响应分析,得到大圆筒上的x方向及y方向应力分布规律,以及应力随波浪力和埋深的变化规律;最终给出了圆筒结构的应力分布函数式及合理的壁厚尺度.     

不同埋深条件下地铁暗挖区间隧道施工对地层的扰动分析

以北京轨道交通6号线一期暗挖区间隧道为工程背景,运用数值模拟技术研究了不同埋深条件下地铁区间暗挖隧道施工对洞周地层的扰动背景,数值计算结果基本与实验实测数据吻合,计算模型很好地反映了隧道的受力特点,揭示了隧道埋深与隧道拱顶的应力变化规律,同时还发现地表深降与隧道埋深呈负相关性的规律,对同类工程有一定指导意义。     

交通荷载作用下低路堤动力特性试验研究

结合连盐高速低路堤,对路堤进行了动应力、振动响应等现场测试,分析了路基中附加动应力及振动位移的变化规律.并且通过应力控制的室内动三轴试验,采用一定的动应力频率、不同的循环应力比来模拟交通荷载,研究了在循环荷载作用下,连盐高速公路饱和软粘土的轴向累计应变、孔隙水压力和轴向周期应变软化的变化规律.实验结果表明:路堤中动应力和振动位移随行车速度和车重的增加而增加,随深度的增加而降低,有效影响深度达2.5 m;原状土的临界循环应力比远大于重塑土,承受循环应力能力高于重塑土.因此,要加强浅层路基强度,同时要减少对底部下卧层软粘土的扰动.其结果可为在软土地基上设计和施工低路堤高速公路提供有益的参考.     

机坪输油管道荷载附加应力分析

应用ABAQUS有限元软件,考虑管土相互作用,建立并验证了管道结构有限元分析模型.应用该模型,分析了管周附加应力的分布特征,计算了飞机、施工重型车辆和压路机荷载作用下,管道附加应力及其引起的管道结构应力和变形随管道埋深的变化规律.结果表明:不同管道埋深对应的管周附加应力在管顶至管两侧60°的范围内有显著差异,且该范围内附加应力近似呈抛物线分布.即使管道埋深小至1倍管径时,飞机荷载和施工重型车辆荷载引起的管道结构应力和变形仍远小于容许值,而压路机高振幅振动压应力引起的管道结构应力达到管道强度失效的临界标准,是管道承受的最不利外荷载类型,对管道埋深有重要影响.     

富水软弱破碎带大断面隧道施工渗流影响及控制效果分析

依托某大断面隧道工程为背景,通过数值模拟并结合现场实测方法研究了隧道不同埋深条件下拱顶沉降、水平收敛、整体围岩应力和塑性区分布规律,并在此基础上,又对隧道在富水条件下的孔隙水压力进行了探讨。结果表明:拱顶沉降、水平收敛位移与水位高度呈正相关,埋深对水平位移影响较小,但影响范围增大;且随着隧道埋深的增加,拱顶沉降和水平收敛位移将在与破碎带间隔10m左右开始呈“瀑布式”增长;围岩应力随埋深和水位高度呈线性增长,其最大值集中在在拱腰处,最大达到1.34MPa,增长速率受水位高度影响更大;塑性区主要分布在隧道两侧,但随着埋深增加,拱顶也出现少量塑性区,这对拱顶的稳定是十分有利的;隧道周围孔隙水压力与埋深和地下水位高度呈正相关。该项研究可为提升大断面隧道穿越断层破碎带施工提供有益的借鉴和参考。     

基于渐近均匀化理论的加筋土路基在交通荷载作用下的动力响应分析

通过渐近均匀化方法将加筋土路基等效成单一弹性参数的材料,再利用An-sys建立加筋土路基的三维有限元模型.用移动恒载来模拟交通荷载,研究加筋土路基在该荷载作用下的动力响应.具体研究了不同代表测点的等效Mises应力、竖向位移、竖向加速度的时程曲线变化规律,以及随着单轮轮载值、行车速度、距路基表面深度改变而变化的规律.     

重载作用下沥青路面结构动态响应敏感性分析

采用三维有限元动力分析模型,分析了重载移动作用下轴载重量、轴载速度、路面结构参数等因素变化,对沥青路面动态响应的影响.结果表明:路面动态响应随着轴重的增加呈线性显著增加;轴载速度对路面动态响应有一定的影响,路面结构动态响应随轴载速度的增加呈现先增加再降低的趋势,重载车辆以常见速度运行时,对路面结构产生的疲劳破坏影响显著大于静载产生的疲劳破坏;路面结构参数中,面层厚度对路表剪应力、路表竖向压应力影响特别显著,路基模量对路表弯沉、底基层拉应力、路基顶面压应变影响特别显著.