铁路隧道基底状况对底部结构受力状态的影响

通过引入列车振动荷载函数和混凝土损伤模型,建立考虑隧道底部结构和基岩相互作用的振动响应计算模型,研究列车振动荷载作用下基底状况对铁路隧道底部结构受力状态的影响.研究结果表明:当隧道底部结构与基岩接触良好,没有空洞出现时,底部结构受力较小,列车振动不会引起结构新的损伤;随着隧道底部结构与基岩之间淘空距离的增加,底部结构的动力响应和损伤明显增大,淘空超过一定程度后变化加剧,直至振动破坏,不同淘空方式对应不同的极限条件和破坏形态;同时,基底围岩条件越差,隧道基底变形越大,引起底部结构的受力和损伤程度也越大.     

隧道衬砌结构裂损机理及定量评估

隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,并易引起渗漏水病害、基床病害和复合型病害等隧道病害,降低衬砌结构的耐久性和安全性.基于衬砌裂损的力学机理分析,将隧道衬砌混凝土裂缝发展过程分为6个阶段,给出每个阶段的状态描述,并针对引起衬砌裂损的隧道衬砌厚度不足及衬砌背后空洞两个影响因素进行深入研究,分别利用隧道衬砌的拉、剪应力集中系数进行计算,明确不同围岩条件下隧道衬砌厚度不足或衬砌背后空洞等因素与衬砌内部应力集中程度之间的内在联系,为进一步建立依据隧道衬砌检测结果进行隧道衬砌状态评估的评估体系提供了量化基础.     

隧道结构病害机理及理论量化方法

以辽宁省内高速公路隧道定期检测资料为基础,对隧道衬砌既有结构病害的分布特征与规律进行归纳.在深入研究隧道主要结构病害的基础上,采用可拓学理论,提取数个能准确反映结构健康状态的指标,进行量化分级并建立相应的物元模型,从而确定各指标所占权重以及隧道结构病害等级,将衬砌结构病害定性评价与定量研究相结合,构建隧道衬砌结构健康状态评价体系,方便管理者做出合理决策.同时结合隧道工程实际检测数据进行可拓模型的计算分析,验证模型的工程适用性.     

溶槽地段双跨连拱隧道的结构计算与分析

双跨连拱隧道以设置地基梁的方式穿过大型溶槽地段.根据地基梁与隧道结构的关系并结合施工的实际情况,确定计算模式与作用荷载;讨论连续跨越不同地基弹性地基梁的受力状态,同时对仰拱的作用及中墙在隧道结构中的重要性进行分析.研究结果表明:2种不同地基介质的交界处是地基梁的最危险点,容易发生剪切与拉裂破坏;溶槽充填物的物理性质对地基梁具有显著的影响,充分考虑充填物的承载能力是合理的;仰拱能明显改善衬砌鲻结构的受力状态,但对分散地基梁的荷载作用不大;中墙是隧道结构的关键部位,对其在施工过程中的偏压状态,应该采取工程措施予以改善.     

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...     

桥隧相连结构静动力特性影响因素分析

采用三维静动力有限元计算方法,对隧道洞口段桥隧相连复杂结构静动力特性的影响因素进行分析.考虑围岩、隧道衬砌以及桥台的相互作用,根据动力有限元的特点建立简化计算模型并验证其可靠性,分析列车速度、高跨比、桥台伸入隧道长度等,对隧道结构的静动力响应的影响.计算结果表明:列车速度、列车制动荷载及隧道高跨比对隧道结构的静动力受力特性影响较小,除竖向位移外,隧道其余应力及位移的变化在10%以内:对于单线桥隧相连结构,桥台伸入隧道长度应达到4 m以上,以保证桥隧相连结构处于相对较佳的受力状态.     

大断面黄土隧道初期支护合理施作时机

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节,结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为的变化情况.以控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中,初支施作时机的选择给出了合理的建议.通过现场监测手段,得到了黄土隧道初期支护受力规律:黄土具有明显的流变特性,支护结构的受力很大一部分来自围岩流变产生的附加荷载;支护结构受力在空间分布上并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑.     

铁路钢筋混凝土桥梁结构混凝土氯盐病害

基于严重病害的既有铁路钢筋混凝土桥梁的检测实践,通过对典型病害构件(桥面板、盖梁、梁体、墩等)混凝土的试验测试分析,研究了实际服役环境条件下铁路钢筋混凝土桥梁氯盐侵蚀破坏特征,调查了混凝土中氯离子迁移特性和分布,以及相应混凝土中的碱含量、pH值的变化规律.结合微观结构分析,进一步对铁路钢筋混凝土桥梁的氯盐破坏机理及其微观结构特征进行了深入探讨.研究结果表明:氯化钠盐溶液在该结构混凝土中的迁移速度非常快且发生了物理结晶作用;氯化钠盐溶液的侵入引起了混凝土中碱含量的明显增加和pH值的降低.混凝土内部孔结构发生了明显粗化.研究结果可为既有铁路钢筋混凝土桥梁氯盐病害的整治与修复提供科学依据和技术支持.     

预应力钢骨混凝土受弯构件承载力计算

针对预应力钢骨混凝土结构的试验和理论研究还存在差异的问题,研究了预应力钢骨混凝土受弯构件的受力性能,介绍了现有技术条件下预应力钢骨混凝土构件的施工方法,根据其截面形式和受力特点,分析构件在极限状态下的主要破坏模式及受压区混凝土高度范围.针对不同的破坏模式建立中和轴经过钢骨腹板的预应力钢骨混凝土梁的极限抗弯承载力计算公式,并将计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好.     

立体交叉燧道结构内力分析

在山岭地区修建隧道由于受特殊地形、地质条件以及路线平、纵、横指标等组合因素的制约，不可避免要发生隧道近接和立体交叉的情况，本位以内昆铁路疏解线新梅花山隧道和六沾线乌蒙山隧道近距离立体交叉隧道为依托，利用ANSYS建立围岩一隧道结构有限元三维模型，对上跨隧道结构受力进行分析。     

斜风作用下季冻区隧道冻胀力分布规律及结构安全性评价

为分析不均匀冻胀荷载对季冻区隧道结构受力及安全性的影响,本文依托某新建铁路隧道工程,在凝练工程区气象特征的基础上,利用数值模拟手段分析了斜风作用下隧道温度场的分布特征,解析得到了支护结构的冻胀力荷载,在此基础上分析了支护结构的受力特征并开展了安全性评价。研究结果表明：斜风作用下隧道较小进深范围内迎风侧与背风侧温度场存在差异,进深10m处差异最为显著;未铺设保温层条件下迎风侧围岩冻结深度约为背风侧的1.8倍,铺设保温层后迎风侧围岩冻结深度减小了约80%,背风侧围岩冻结区基本消失;围岩冻结深度不一致导致冻胀力荷载不均匀分布,冻胀力荷载作用下支护结构迎风侧的应力、轴力、弯矩均明显高于背风侧;未铺设保温层条件下仅仰拱区域符合安全性要求,铺设保温层后各区域均满足要求,但迎风侧安全性明显低于背风侧。     

既有铁路路基下软岩隧道的CRD法施工技术

在具有不均匀动荷载的软弱围岩中修建浅埋大跨度隧道,保证其上部设备及结构的安全,是隧道施工中的一大难题。在新曲儿岔隧道中采用CRD法施工,成功穿越了既有铁路路基。为确保安全,施工前利用有限元软件进行了模拟分析,表明采用CRD法施工是可行的。施工过程中,采用了变形监测手段,监测结果表明,及时的初次支护是控制拱顶下沉的有效措施。     

硬质围岩铁路隧道初始地应力数值反演分析

在宝(鸡)-兰(州)复线东巨寺沟硬岩铁路隧道拱顶位移和位移收敛测试数据的基础上,采用有限元法对该隧道围岩的构造应力进行数值反演,利用地应力反演结果对隧道围岩稳定性进行了分析和评价.采用反演的地应力分析结果表明,拱顶下沉、水平位移收敛值与实测值接近,支护结构围岩处于稳定状态.     

深埋隧道围岩滑移面验证及稳定性分析

为了采用安全系数分析深埋圆形盾构隧道稳定性,以隧道围岩弹塑性区域的应力分布为基础,采用变分方法验证围岩滑移面的分布形态.将围岩简化为理想弹塑性材料,结合弹塑性区域应变分布获得围岩极限塑性半径.基于Mohr-Coulomb准则,选取隧道安全系数为极限塑性半径内沿隧道滑移面围岩的抗剪强度与剪切力之比,获得以安全系数为隧道稳定性指标的分析方法.通过算例分析得出极限应变与屈服应变比值、围岩力学参数和支护参数与隧道相对塑性半径和安全系数的关系.研究结果表明:增加围岩内聚力、内摩擦角及支护压力能有效抑制隧道塑性区半径发展与提高隧道安全系数;围岩变形协调能力越好,整体越稳定.     

高铁隧道穿越采空区段围岩变形受力规律分析

为研究高铁隧道过采空区段的围岩变形规律,本文以太焦高铁皇后岭隧道典型过采空区段工程为背景,通过对典型断面进行隧道围岩变形和拱架内力的持续监测,对比分析不同施工阶段下高铁隧道围岩变形受力规律。分析结果表明：上台阶开挖时是围岩变形发生的主要阶段,隧道最大沉降变形发生于拱顶,占总变形比值的50%以上,且隧道距离采空区底板距离越近,围岩受开挖和采空区扰动影响越大;钢拱架受力为全环压应力,整体分布呈现“上大下小”、“不均匀对称”的特点,受力最大位置出现在拱顶和右拱肩位置,并且拱架受力随着掌子面的远离,其轴力变化速率呈现出逐步减少的趋势。结合位移和应力监测数据分析结果,采空区对隧道的影响高度约为25.7m。研究成果可为类似隧道过采空区工程的设计、施工提供借鉴和参考。     

大岗山深埋硬岩公路隧道岩爆预测

位于川西和青藏高原接触带的长大深埋硬岩公路隧道建设面临极大的岩爆危害，对其岩爆倾向性的准确预测是解决这一瓶颈问题的关键手段。以泸石高速大岗山隧道为工程背景，基于地勘中地形地貌、地质构造、岩石力学参数和地应力实测数据资料，采用数值模拟和数理统计相结合的方法，反演分析隧址区全线初始地应力场，系统分析了大岗山隧道各断面开挖洞周围岩二次应力，基于应力判据法对其岩爆发生情况进行了综合预测。结果表明：隧道全线地应力场分布规律以竖向应力为主，竖向应力量值最大达33.25 MPa，且局部地应力复杂，水平构造作用明显，以NWW-SEE向挤压作用为主，具备发生岩爆条件；隧道埋深大于408 m时有中等、强烈岩爆活动，中等岩爆段长度占隧道全长的13.8 %，强烈岩爆段长度占隧道全长的39.7%，且埋深大于450 m时岩爆在边墙部位发生；岩爆发生受地形地貌、地质构造影响显著，由于地应力在软弱岩体中得到释放，断裂带、辉绿岩脉内部无岩爆活动，而断裂带和沟谷地形会使其附近完整花岗岩段内出现地应力集中现象，从而加剧其岩爆烈度。     

不同加固方式下的软硬过渡段隧道基底受列车动载影响规律

在高速铁路列车动载作用下,隧道穿越软硬岩过渡段时易使隧道结构发生损害,而对于此类工程的动力研究及相关减隔振措施还鲜有涉及。鉴于此,依托广湛铁路相思山隧道工程实例,采用数值计算方法,对比分析无加固以及不同桩板结构加固下隧道穿越软硬岩过渡段时结构的动力响应特性。研究结果表明：在列车荷载作用下,位于交界面软岩侧隧道结构的加速度、动位移和动应力响应与硬岩侧隧道结构的动力响应差异很大,导致隧道交界面附近过渡效果较差,不利于结构的稳定。经三种不同桩板结构加固后,软岩段的隧道结构的动力响应有所减小,且与硬岩段隧道结构的动力响应更接近,过渡效果十分显著。在对比之下,桩板结构1(即承载板+托板+钻孔桩)的减振作用与过渡效果最佳。     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

膨胀性土层盾构隧道衬砌管环计算模型

针对膨胀性岩土地层围压改变对盾构隧道衬砌管环内力和位移的影响,分析不同膨胀地层分布下隧道膨胀接触压力分布特征,建立考虑膨胀荷载的盾构隧道荷载-结构力学模型,运用力法推导不同膨胀荷载模式作用下衬砌管环内力解析解,并结合工程实例进行计算分析。研究结果表明,膨胀荷载对衬砌管环内力影响显著,不同膨胀荷载分布模式作用下衬砌管环内力分布规律存在较大差异,建议在工程设计中应予以重视。研究成果可为膨胀性岩土地层盾构隧道设计与计算分析提供参考。     

上海越江隧道核爆破坏效应的研究

以上海市翔殷路越江隧道工程为背景,对隧道周围土体进行动三轴试验,建立了隧道的荷载结构模型,分析了不同工况下的荷载变化情况,并基于试验得出的抗力系数,计算出各种工况下隧道主体结构的内力.结果表明：在核爆荷载作用下,土体的弹性模量和抗力系数得到显著提高;通过设置防护门,可以显著提高结构的抗核爆性能;在6级人防荷载作用下,隧道主体结构能够满足承载力要求.