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.     

上海软土地层中运营地铁隧道不均匀沉降的治理方法

针对上海饱和含水软土地层及地铁隧道维修保养的实际工况,提出了革新劈裂注浆的土层微扰动注浆治理方法.利用夜间地铁停运的积累时间,采用适合上海运营地铁隧道实际条件的简易设备和施工操作方法,在地铁隧道内部治理运营隧道的不均匀沉降,选取适合的注浆工艺、材料、设备和参数并通过工程实例,分析注浆设计、施工的过程及其效果.结果表明,所用方法能够减少注浆对地层的扰动,对地层沉降具有良好的补偿效果,可以较好地治理运营地铁隧道的不均匀沉降.     

盾构隧道开挖面对数螺旋破坏模式研究

利用水土压力统一计算理论,将盾构隧道开挖面涉及的水土压力分算参数和合算参数转变为统一参数,该方法可应用于土层为砂土和黏土的情况,特别适用于土层为黏质粉土及粉质黏土的情况.基于上述计算的统一参数和极限分析上限法,推导了考虑水压影响的开挖面对数螺旋破坏模式的极限支护压力解析解公式;并利用土层厚度加权平均法,对多层土体参数和水压力进行了简化分析,从而可将上述解析解公式应用于多层土盾构隧道开挖面稳定性评价中.结合上海长江隧道实例,利用推导的解析解公式对盾构隧道开挖面极限支护压力进行了计算,并将计算结果与前人研究进行了对比分析.结果表明:所建立的开挖面对数螺旋破坏模式可应用于盾构隧道开挖面稳定性评价中.     

局部渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响规律

隧道变形的稳定可控是地铁安全运营的重要保障之一.以上海地铁二号线工程为研究背景,在考虑土体固结与渗流耦合,以及软土流变特性的基础上,通过三维数值模拟重点研究了不同渗漏位置和程度对隧道周围土体孔隙水压力分布、隧道及土层沉降的作用机理.研究发现,隧道局部区域发生渗漏时,随着渗漏程度的增大,隧道渗漏区域周围土体孔压降低的程度不断提高,受孔压降低影响的范围扩大,隧道及地面长期沉降也随之变大;渗漏总环数相同时,与仅隧道中部发生渗漏工况进行对比,隧道三处区域同时发生渗漏时产生的土层沉降槽范围和隧道沉降量较大.     

土-海底沉管隧道体系三维地震响应分析

以港珠澳大桥工程中大型海底沉管隧道为工程背景,根据工程场地土层地质实际分布情况,建立了沉管隧道上方无回淤土和有回淤土两种计算条件下的土-沉管隧道体系的大型三维精细化有限元计算模型.在计算模型中考虑了沉管接头非线性、土与隧道间的接触非线性和土层介质非线性等特征.采取直接从基岩面输入一致地震和地震行波两种激励方式,运用动力显式算法对土-沉管隧道体系进行地震响应分析.数值结果表明,回淤土体减小了模型的自振频率,增大了隧道的地震响应;不同地震波激励形式和激励方向对隧道接头的相对变形和管节内力响应的影响不容忽视.     

软弱土层隧道预支护及其参数优化研究

为了研究隧道穿越软弱土地层时的预支护措施,结合青海东部软弱土层隧道施工的案例,采用三维有限元计算模型模拟了隧道在管棚、小导管预支护及无预支护条件下的围岩稳定性变化规律,表明超前小导管注浆可以满足围岩稳定要求,并进一步对小导管在不同管径、环距、管长、开挖步长等支护参数条件下进行了探讨.研究表明:在不注浆情况下,单纯增大管长、管径、环距不能起到抑制围岩变形的作用;考虑管体注浆的情况下,随着剩余管长的增加,拱顶沉降值呈减小趋势,但存在某一临界长度,当剩余管长超过这一临界长度后,拱顶位移变化趋于稳定;对于软弱土层中修建隧道开挖进尺宜取1.0 m,环向间距宜取0.3 m,小导管长度宜取4.5 m.本结论可为软弱土层隧道设计与施工提供参考.     

基坑卸荷开挖对下卧地铁隧道影响的数值分析

基坑卸荷开挖引起围岩应力场的改变,必然对下卧运营隧道的安全性造成影响。以北京地铁8号线上方基坑卸荷开挖为背景,运用MIDAS/GTS软件、分别针对3种不同工况对施工全过程进行动态模拟。结果表明:基坑按分块、小面积开挖,底部土体注浆加固可以有效控制隧道隆起变形。隧道隆起变形近似呈正态分布,最大值发生在基坑正下方的隧道断面,从基坑正下方沿隧道纵向向左右各30m为开挖主影响区,左右各60m范围为开挖扰动区。     

公路隧道行车及横通道间距的研究

以雪峰山隧道为工程实例,为避免隧道火灾时车辆间的引燃,根据公路隧道火灾特点,利用辐射传热原理,对车辆间的火灾蔓延进行分析,同时为确保隧道火灾时人员安全疏散,利用火灾模拟软件FDS4.0及隧道疏散模拟软件Tunev,分别计算和比较了4种典型火灾场景在不同横通道间距情况下的危险时间及包含人员疏散行为特征的疏散时间,并分析其经济性。结果表明:火区上游客车最小引燃间距为1 m,油灌车最小引燃间距为5 m,隧道内安全行车间距应大于65 m;雪峰山隧道的最佳横通道间距为270 m。该结论可为公路隧道消防系统的设计、紧急疏散方案和引导指挥体系的建立提供理论依据。     

深层承压水降水引起地层沉降的多工况数值模拟

基于上海某地铁换乘枢纽地下综合体工程背景,借助Geo Studio2007岩土工程有限元数值分析软件,针对上海地区第二层承压水降水及其引起的地层沉降进行数值模拟,考虑了两种降压井布置方式,设置了原位无基坑、单个基坑和多个基坑三种工况,并对各工况下降水后的地层沉降作了对比分析.研究表明,在对第二层承压水设定相同的水位降深时,三种工况下地表沉降值的相对大小关系随距离降压中心位置的变化而变化;基坑围护结构对于地表沉降存在隔断作用,有利于地表沉降的收敛;降压井的不同布置形式影响着三种工况的最大地表沉降值;对第二承压含水层实施降压,只会在该土层引起压缩变形,其上覆各土层的地层沉降基本相同.本文的研究成果对于软土地区多基坑遭遇深层承压水降水问题具有一定的指导价值和借鉴意义.     

正盘台隧道洞内空气和围岩温度场分析

基于京张高铁第一长隧道正盘台隧道为研究对象,根据现场实测温度数据,应用ANSYS有限元软件求解计算模型温度场。以热传导方程为理论基础,分析影响隧道温度场的因素,并通过控制变量法计算得出不同工况下正盘台隧道内部温度场的变化规律,为研究隧道内部温度场问题及运营之后的防寒保养工作提供了一定的理论和数据基础。分析结果表明:通过计算值与实测数值的对比可发现,在当地最冷月,隧道内温度呈现"两头低、中间高"的趋势;隧道内围岩的初始温度是影响隧道整体温度场的主要因素,初始温度越高的工况,隧道整体温度越高,冻融圈深度和冻结里程越小,温度每升高5℃,冻结里程减小160 m;环境风速对于隧道进出口1 000 m左右的区间段影响较大,此区域应作为防寒抗冻的重点;冻结时长是影响冻融圈深度的关键因素,冻结时间一个月、两个月、三个月的冻融圈深度为2.1、3、3.6 m。     

软土地层隧道抗震稳定分析

结合上海某地铁隧道工程，研究了隧道结构，周围土体及注浆材料的动剪应力，孔隙水压力及沉降量等的分布特征，评价了该隧道的抗震稳定性，采用了几种典型的地震波输入，对处于粘性土地层和砂性土地层中的隧道分别进行了动力响应分析，计算中，采用有效应力动力分析方法，并考虑了饱和软土的震陷对地下结构物抗震稳定的影响。     

上海广播电视塔桩基承台水平地震反应分析

分析了在桩尖处地震动输入下上海广播电视塔－群桩－土相互作用体系的桩承台水平地震反应问题。对群桩－地基土相互作用分析，采用了较为简便而实用的三维波动方程解的半解析方法的结果。在分析桩－土－承台体系的动力特性时，将承台以上的结构简化成一个动力等效的单自由度体系。最后给出了承台水平地震反应的时程曲线，作为上部结构地震反应分析时的有效地震输入。     

双向地震动下单层偏心体系基于IDA的地震易损性分析

考虑实际地震动的多维性以及偏心引起结构多分量反应的耦合作用,建立了屈服准则符合二维屈服函数三自由度的单层偏心体系模型。选取了24组双向地震动记录作为水平激励进行增量动力分析。以地震峰值加速度为地震强度参数,分别以x分量的延性系数μ和扭转分量的最大扭转角θ为抗震性能参数建立平动能力曲线和扭转能力曲线。分析了偏心率e/r、频率比Ω_θ和场地类别等对两种能力曲线的影响。结果表明:e/r和Ω_θ对单层偏心体系平动反应的影响可忽略不计,但对扭转反应的影响明显。失效指标相同的前提下,场地土越硬,相同地震强度下的单层偏心体系抗震失效的概率越低。     

深厚覆盖软土地层多向地震动力反应分析

在弹塑性边界面模型的基础上 ,通过试验 ,研究了上海地区典型粘土和砂性土的动力特性 ,取得了针对边界面模型的计算参数 ,并采用多向地震作用下的水平地层弹塑性动力反应分析程序 (SUMDES)对以深厚软土覆盖地层为特点的上海地区典型的土层断面 ,以苏南核电站为主的地震输入进行了场地反应分析 ,在加速度特性、孔压特性和动应力特性等方面取得了相应的结果 .针对上海地区厚覆盖土层 ,对不同土层厚度作了对比研究 ,进行了相应的分析比较 ,并得出了有意义的结论 .还采用多向地震作为输入 ,分析了多向地震的反应     

软夹层参数对边坡动力特性的影响分析

采用动力有限元分析了软夹层厚度、倾角、埋深等参数对边坡的位移、加速度等动力反应的影响.研究表明:软夹层对边坡动力特性影响显著,在边坡设计和边坡稳定性分析中不能忽视;软夹层越厚滤波和放大效应越明显;软夹层埋深越大,滤波效应越明显;软夹层倾角对滤波效应影响不显著,但对峰值有影响,而逆边坡角的软夹层可以减小边坡表面位移和加速度峰值.研究结论可应用于边坡设计中.     

上海软土的动力计算模型

将上海饱和软土视为由固相和液相组成的两相饱和多孔介质,根据共振柱试验,动三轴试验,提出一种能够全面考虑应力、应变、振动孔隙水压力,震陷的上海饱和软土等效线性化动力计算模型,并进行了较为详细的参数研究,然后将其与Ｂｉｏｔ动力固结方程相结合,建立了土体有效应力动力计算方法,最后应用该方法对上海土层进行了地震反应分析,并得到一些有益的结论。     

倾斜入射地震下结构-地基的透射边界

为正确反映结构-地基动力相互作用,消除传统固定边界模型将地震能量全部陷入计算模型的不合理现象,该文提出倾斜入射地震下结构-地基动力反应分析的有限元模型及其透射边界.有限元模型由主网格、自由场网格和侧边透射层网格组成,地震以入射平面波形式输入,以入射波运动作为非惯性参考坐标系建立相对运动的动力方程.结构-地基实际反应为相对运动与入射波动之和,算例表明透射边界模型能有效地透射倾斜入射地震下结构-地基动力反应的辐射分量.     

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。     

基于ABAQUS的三维粘弹性边界单元及地震动输入方法研究

基于大型通用有限元软件ABAQUS,利用FORTRAN语言编写了适用于粘弹性人工边界的外源波动输入子程序SDAB.FOR.该子程序包含粘弹性边界和加载两部分,粘弹性边界通过子程序UEL结合隐式积分算法定义粘弹性边界单元对整个系统的雅克比矩阵贡献来实现;人工边界上的总波场分解为无局部场地效应影响的自由场与局部场地效应引起的散射场,地震波作用于人工边界的自由场荷载可由设计地震动位移时程和速度时程统一表达,利用描述法向荷载和切向荷载的加载子程序DSLOAD、UTRACLOAD实现,从而可方便实现地震动的有效输入,避免了单独求解自由场.将考虑粘弹性边界条件的外源波动输入和内源地震动输入方法分别应用于某高拱坝的动力响应分析,并与常规无质量地基模型计算结果进行了对比,结果表明,考虑地基辐射阻尼的两种地震动输入方法均会显著降低结构的动力响应,其中采用外源波动输入方法的降幅更大.     

双向地震激励的标准化弹塑性位移反应谱

针对实际地震动作用的多维性和结构非线性反应的空间耦合特点,建立了双向地震激励的单质点双自由度模型,假定此模型的恢复力关系符合二维屈服面函数。按硬、中、软土场地分类共选择89组双向地震动记录作为系统的激励,建立了统计平均的标准化弹塑性位移反应谱。分析了场地类别、延性系数、两主轴方向周期比对标准化弹塑性位移谱的影响。