含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应的数值模拟研究

在已完成的振动台模型试验基础上,进一步采用数值模拟方法定量研究含软弱夹层锚框支护边坡的地震动态响应规律.坡面与坡内各测点处的水平加速度峰值(PHA)放大系数均随高程增加而非线性增大,表现出明显的鞭梢效应;但软弱夹层的存在改变了其附近测点高程效应表现形式,并在大振幅工况下表现出明显的隔震效应.小振幅工况下,各测点处的正负向水平土压力峰值(PEP)震荡系数都大致相等;随着地震动幅值增大,最小动土压力逐渐趋于为零(几乎脱空);而最大动土压力可高达静止土压力的4～7倍.高频成分丰富的WC波,其卓越频率与边坡自振频率较接近,故其引起加速度与土压力动态响应,均明显大于其他类型地震波.以上数值模拟所反映的含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应规律,与振动台模型试验结果大致吻合.但从量值上看,数值模拟中PHA放大系数(坡顶部位)和PEP震荡系数(正向)均明显大于模型试验结果,认为模型试验中相似材料超强设计、测点布设过少等缺点,应在进一步研究中予以克服.     

单拱大断面偏压隧道衬砌模型试验分析

模型试验方法分析大断面隧道衬砌结构的受力特性是一种比较实用的方法.以单拱四车道隧道为依托,按弹性阶段相似原则进行偏压条件下单孔大断面隧道衬砌破坏的室内模型试验,研究不同围岩条件下,隧道衬砌的破坏机制.试验通过千斤项加载的方式,模拟偏压条件下,不同围岩级别条件下的隧道衬砌的破坏行为,得到隧道模型的围岩及衬砌之间的接触压力...     

基于不同上覆岩层的浅埋隧道动力响应特性研究

利用Midas NX有限元数值模拟软件对浅埋隧道数值模型进行非线性时程分析,研究了在不同上覆岩层的情况下,岩层类型和地震波激振峰值对浅埋隧道加速度动力响应的影响。结果表明:在Ⅰ~Ⅴ类上覆岩层状况下,衬砌上各测点的放大系数大于1;不同上覆岩层对衬砌加速度动力响应均有放大效应;围岩条件越好,隧道抗震性能越强。在Ⅰ~Ⅲ类上覆岩层条件下,地震波激振峰值对隧道动力响应的影响比在Ⅳ及Ⅴ类上覆岩层条件下要大。     

浅埋偏压连拱隧道地震加速度响应特性研究

为了得到浅埋偏压连拱隧道加速度动力响应特性,在MIDAS-GTS/NX软件中建立了隧道三维有限元模型,并进行非线性时程分析。研究结果表明:(1)衬砌拱脚处的加速度放大系数较大,在衬砌仰拱与拱顶处相对较小;(2)加载峰值仅能改变测点的响应峰值,不改变加速度响应的变化规律;(3)处在中隔墙的测点的加速度响应比其他相对应的测点响应要强烈;(4)测点加速度响应规律在不同加载方向上有很大的区别。得到结论可以为该类型隧道的抗震设计提供一定参考。     

地形偏压连拱隧道衬砌内力研究

通过1∶20尺寸比例的模型试验和数值模拟结果表明,左右洞室有被压扁的趋势,左洞最大弯矩分布于左、右拱腰和拱底,右洞最大弯矩分布于左拱腰;连拱隧道整体向浅埋侧移位,浅埋侧和深埋侧的围岩出现被动压力和主动压力作用,浅埋侧隧道的拱顶竖向应力小于深埋侧。物理模型与数值模拟内力图对比分析表明,偏压条件下衬砌结构的内力变化规律基本一致。     

堆积型滑坡地震响应的离心模型试验

基于离心振动台模型试验,采用Taft波激励,不断增大其幅值,研究不同强度地震波作用下堆积型滑坡地震响应特征,对比分析了汶川地震清溪台站基岩波结果的异同.结果表明:坡面水平向和竖直向峰值加速度放大系数均随坡高增加而增大,呈现高程放大效应;坡体内水平向峰值加速度放大系数分布与坡面不同;坡面对输入地震波有反射作用并呈现坡面浅表放大效应;基岩水平向加速度随高程增加存在增大现象,与地震动输入相比,均有缩小现象.同一高程处,坡面水平向与竖直向、坡体内及基岩水平向峰值加速度放大系数随地震波幅值的增大其变化规律不同.     

场地条件对西昌昔格达组三维地基地震动响应

为查明场地结构和填挖分布对西昌昔格达组沉积地层三维地基地震动响应规律的影响,利用有限元软件模拟了地震作用下2个三维计算模型表面的加速度分布情况。从场地平台结构、标高突变和填挖分区3个方面讨论地基地震动响应差异。研究表明：场地平台标高越高,竖直方向加速度放大系数变化越显著;标高突然增大引起竖直方向加速度放大系数骤增,向平台内侧延伸,加速度放大系数有减小的趋势;填方区加速度放大系数大于挖方区;地震动响应的地形放大效应具有方向性,数值分析应该采用三维计算模型。研究结果为西昌昔格达组地层场地地基方案比选和抗震设计提供重要依据。     

竖井面积对高速列车越站瞬变压力影响的试验研究

针对高速列车全速通过地下车站时所引起的瞬变压力问题,采用列车气动性能动模型试验装置,对8编组高速列车以速度300 km/h通过地下车站时的气动效应进行模拟,分析车站内设有竖井时列车表面、站台屏蔽门表面压力分布特性以及竖井面积对瞬变压力的影响。研究结果表明：当高速列车通过设置有竖井的地下车站时,列车表面、屏蔽门表面左右对称测点压力变化趋势基本一致,压力幅值相差不大;屏蔽门表面压力幅值沿纵向逐渐增大,沿高度方向则变化不大;随着竖井面积增大,列车、屏蔽门表面测点压力幅值均不断下降,相较于无竖井工况,列车表面测点压力幅值最大可降低48.87%,屏蔽门表面测点压力幅值最大可降低71.07%,其中,当竖井面积与隧道面积之比超过0.26时,进一步增大竖井面积,竖井对列车表面、屏蔽门表面的压力幅值的影响不明显。     

近断层地震下城市隧道动力响应与衬砌选型

为掌握不同形式隧道结构在近断层地震下动力响应特性,同时给隧道衬砌选型提供依据。以乌鲁木齐轨道交通2号线穿越九家湾近断层为背景,通过建立马蹄形和箱型曲拱隧道结构的三维动力分析模型,施加人工合成的地震波,对比两种结构形式在近断层地震作用下位移、速度、应力响应特性及安全储备,明确其动力响应特性。结果表明：两种衬砌结构在近断层地震作用下均保持完整,但箱型曲拱结构速度峰值及位移幅值略大;地震作用下隧道衬砌结构各部位速度响应基本一致,且主要取决于地震动特性;对于穿越断层破碎带的衬砌结构,其地震作用下的应力响应明显增加,破碎围岩对地震动效应有放大作用;两种衬砌形式在地震作用下的安全性能均满足要求,实际工程中应结合适应性条件合理选用。     

高速列车通过带有套衬结构隧道气动效应分析

采用三维、可压缩、非定常N-S方程的数值计算方法,对8辆编组的高速列车以300 km/h速度通过带有套衬结构隧道时车体表面及隧道壁面的瞬变压力进行分析。研究结果表明:数值计算结果与动模型实验结果较吻合,2种方法得到的压力曲线变化规律一致,幅值误差在5%以内;列车通过隧道时,车体头、尾处测点压力差别较大,中部测点压力差异较小;沿列车车身方向,测点正压幅值逐渐减小,负压幅值逐渐增大;隧道壁面测点压力峰峰值在隧道进、出口附近较小,而在靠近隧道中部时较大;隧道内安装套衬对于高速铁路双线隧道气动效应影响很小,加装套衬前后,测点压力幅值差异在2%以内。因此,建议在对高速铁路隧道病害整治中,考虑使用套衬技术。     

偏压情况下连拱隧道施工顺序的数值分析

采用有限元法数值模拟云南思小高速公路的双连拱隧道中导洞施工法分步开挖过程,研究双连拱隧道在偏压作用下施工过程的力学行为.通过动态数值模拟,得到隧洞在不同开挖顺序下围岩的应力变化和塑性区的发展范围以及中隔墙、衬砌的应力情况;对比分析不同施工方案各关键工序的模拟结果,并从应力转移的角度分析洞室开挖的影响,得到偏压作用下连拱隧道施工顺序的优选方案.     

隧道穿越高烈度地震区断层带围岩地震响应分析

考虑地震荷载特征及隧道特点,运用多点同时激振的动力时程分析方法,采用结构面单元与实体单元组合模拟断层带的方法,研究了某穿越断层破碎带铁路隧道在未支护条件下的动力响应特性。分析了沿隧道横向、纵向和竖向激振地震动工况下与断层破碎带接触部位所产生的位移差、加速度放大倍率和屈服单元等。结果表明：结构面单元与实体单元组合合理模拟了断层破碎带的地震响应特性;地震运动引起断层破碎带接触部位产生明显的位移差,横向输入地震动时位移差值最大,达到51.8 mm,而沿纵向和竖向输入时,位移差值仅为横向输入的44.3%和23.1%;同一高程处断裂带的加速度放大倍率明显大于混合花岗岩;断裂带与混合花岗岩过渡段出现明显的剪切屈服区域,且横向、竖向输入地震动时尤其突出;断层破碎带对隧道在地震动作用下的响应规律影响显著,穿越断裂带隧道的断裂带部位与过渡段为抗震设计控制性区域,应深入加强抗震措施研究。     

偏压连拱隧道围岩稳定性模型试验与数值分析

按弹性阶段相似原则进行偏压条件下连拱隧道的室内模型试验,模拟连拱隧道的施工工况,研究Ⅲ级围岩地质条件下,偏压连拱隧道开挖的可行性.采用压力盒、数码相机、沉降板等仪器量测试验过程中隧道围岩应力和位移分布.应用三维连续介质快速拉格朗日元对偏压条件下连拱隧道的围岩稳定性进行了分析,掌握连拱隧道开挖时围岩的整体力学性质、变形趋势以及稳定性特点.物理模型所得结果与数值模拟所得结果进行对比分析,结果表明偏压条件下连拱隧道施工过程中,隧道左右洞室拱顶存在较大的差异沉降;右洞拱顶及左洞拱脚围岩是隧道最为薄弱的地方;中墙作为连拱隧道的关键结构,承受了较大的外部荷载,除其本身要达到强度及稳定性要求外,墙顶及墙底围岩易发生塑性屈服;偏压对隧道拱顶的影响最明显,侧墙次之,对拱底影响较小以及隧道围岩不稳定区域和围岩的松动范围与对称荷载情况存在明显差异.     

区间暗挖隧道侧穿既有桥桩施工扰动分析

将三维数值计算和现场实测相结合,对区间暗挖隧道侧穿既有桥桩施工扰动进行了分析。分析结果表明:隧道开挖引起的既有桩体的位移响应表现出明显的空间效应,沿桩长的沉降差值主要是由桩基两侧的侧压力差异导致的。既有桩基沿X轴方向的位移呈"S"型,最大位移值位于桩顶;以隧道轴线为界,既有桩基X轴方向的位移模式不同。既有桩基Y轴方向的位移表现为抛物线型,最大值位于隧道轴线位置。弯矩沿桩长变化曲线有2个反弯点,最大值位于隧道轴线位置,桩体两侧地层侧压力不均衡导致桩体产生弯矩。     

越岭浅埋偏压隧道支护系统承载特性分析

从地理、地形及地质等方面,剖析了西南山区浅埋偏压隧道的建造环境,针对该类隧道介质参数、荷载的多变性及其衬砌结构力学传递机制的复杂性,基于衬砌结构稳定的强度和变形控制原理,研究了应力和位移双重等效的隧道介质参数反分析模型及其优化算法,并理顺了其实施操作程序.然后提炼出偏压隧道承载结构承载特性的表征参数及非均衡性刻画指标.最后以有限元数值方法为手段,研究了某隧道浅埋偏压段支护体系的力学响应,从中总结出浅埋偏压隧道支护结构的承载特征,为类似工程设计和施工控制措施提供指导.     

破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学效应研究

以某高速公路连拱隧道为研究对象,采用数值模拟方法研究破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学响应特征,并分析加固措施和开挖顺序对隧道围岩和结构应力与位移的影响规律。研究结果表明,偏压连拱隧道围岩水平和竖向位移均呈非对称分布,斜坡左上方为水平位移敏感区,拱顶和隧底竖向位移分别表现为沉降和隆起;中墙墙脚处出现水平应力集中现象,深埋侧中墙墙身受偏压作用显著,加固围岩可降低中墙墙身应力约16%以上,而先开挖深埋侧隧道会引起中墙墙身竖向应力增加达22%;初期支护结构位移呈非对称曲线分布,拱脚位置水平位移较大,左右两侧位移方向相反;从控制围岩和支护结构位移角度,采取斜坡与隧底破碎围岩注浆加固措施后处治效果显著,且宜优先进行地形偏压浅埋侧隧道施工。研究成果可为类似地质地形条件的偏压隧道设计与施工提供科学参考。     

湘江大道改造工程营盘路节点对既有湘江隧道影响研究

湘江大道快捷化改造工程位于长沙市核心城区湘江东岸.研究营盘路节点对既有湘江隧道的影响对于确保工程顺利进行和今后运营安全十分重要.采用数值模拟的方法,根据基坑与隧道的不同相互位置关系,计算了不同工况下的土体主应力、衬砌位移和衬砌弯矩,分析了既有隧道主线及C、D匝道的结构响应特征.最后结合数值分析结果与工程实践经验,对工程提出了建议性处理措施.     

卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究

本文采用数值模拟的方法,利用UDEC软件,开展了卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究,研究内容涉及卸荷裂隙密度及卸荷裂隙带深度的影响.根据该数值模拟出的结果可以看出,鞋盒裂隙的密度呈现的越大,其地震动就在该卸荷区域内的动力响应就会更加的强烈,而在坡肩上的加速度放大系数也就很大;卸荷带水平深度越大,卸荷岩体的动力响应的加速度放大系数就越小.上述规律对于岩质卸荷裂隙发育边坡地震稳定性分析具有指导意义.     

动力扰动下既有隧道的动态响应及衬砌影响分析

基于现场监测数据,利用FLAC3D研究了拱桥铺隧道在动力扰动下的动态响应及衬砌产生的影响.研究结果表明:底部动载下,相对于无衬砌隧道,有衬砌隧道能改变除拱底外其它测点的运动方向,防止隧道内陷并能够有效减少隧道锚固壁位移;隧道锚固壁4个测点均承受压应力,且无衬砌支护时压应力值远小于有衬砌时,前者围岩表现更为"松散";有衬砌支护隧道拱肩处锚杆轴力出现中性点,而无衬砌支护时锚杆均为受拉,后者锚杆轴力峰值位置更靠近锚固壁,衬砌能有效分担围岩荷载并减小锚杆负载;有衬砌时锚杆轴力相对增速快且振幅大,而无衬砌支护隧道在应力波冲击后,锚杆轴力相对增速慢且振幅小,即衬砌能通过动态调整协助锚杆承担动荷载.     

隧道埋深对地铁运行诱发振动的影响分析

采用FLAC^30建立了三维弹塑性动力有限差分模型,综合考虑衬砌、地层和地表的动力相互效应,就珠三角软土地层隧道埋深对地铁运行诱发相关振动的影响规律进行了分析。结果表明,隧道埋深对地铁运行诱发的衬砌环、周围地层和地表的动力响应产生了明显的影响,埋深越浅则动力响应越强,埋深越大则动力响应越弱。埋深对衬砌环的影响主要表现为使其发生不同的整体下沉响应;埋深不仅影响到地层动力响应强度,还影响到其受振范围;适当增大隧道埋深有助于减小地表噪声和振感。计算值与实测值吻合良好。