岩溶隧道在SH波激励下动力响应位移解析解

基于工程波动理论,利用波函数展开法和Fourier-Bessel级数变换,推导了岩溶隧道在平面SH波激励下动力响应位移解析解的计算公式,并提出实用的简化解.通过数值模拟解验证了该动力响应位移解析解的合理性,两种解法在入射角度为0°和90°时溶洞与隧道的位移幅值峰值均相差10%左右.研究了溶洞半径、平面SH波入射角度以及溶洞与隧道间的中心距等3个影响因素对溶洞和隧道的动力响应作用,结果表明:溶洞和隧道位移幅值与溶洞半径成正比,与两者间的中心距成反比,与平面SH波入射角度成正比.     

某岩溶隧道支护结构的处治效果分析

结合某岩溶隧道工程,分析其岩溶发育的特征和机理,利用有限差分软件FLAC~(3D)对侧部溶洞和底部溶洞处治前后的隧道施工过程进行数值模拟,评价其处治效果。结果表明:出露的溶洞在处治后,侧部溶洞拱顶位移减小了8.9%,拱底位移减小了4.9%,锚杆轴力减小7.7%,而拱脚压应力增大39.7%,拱腰压应力增大10.7%,隧道底部和顶部出现塑性区;底部溶洞处治后拱底位移减小了18.2%,锚杆轴力和最大主应力变化不大,而拱顶位移增大1.03%,底部塑性区范围增大。     

浅埋大跨度连拱隧道地震反应分析

在动态有限元理论的基础上,对浅埋大跨度连拱隧道进行地震反应分析.通过工程分析,求解浅埋大跨度连拱隧道地震反应的结构内力,与单拱隧道内力进行对比分析.研究结果表明：连拱隧道中隔墙上部在地震力作用下最大位移、速度、加速度响应值分别为0.107 m,0.580 m/s和4.297 m/s^2,比同烈度下单拱隧道的地震反应值大得多;浅埋连拱隧道洞顶以及中隔墙上部是抗震的薄弱环节,也是拉应力集中区;隧道边墙是压应力集中区;与单拱隧道相比,连拱隧道的抗震能力较弱.     

岩溶区铁路列车荷载对新建下穿隧道动力响应规律

在岩溶地区，列车振动荷载已成为引起铁路周边地表岩溶塌陷的重要影响因素。为研究新建地铁隧道在岩溶地层中开挖时，列车荷载对隧道、地表及地层的动位移和动应力响应，以贵阳地铁3号线下穿川黔铁路为背景，通过有限元软件建模计算了在最不利围岩和列车动载条件下，隧道拱顶无溶洞、有溶洞和溶洞注浆三种工况的动力响应规律进行对比分析。结果表明：在列车动荷载作用下，溶洞存在及对其注浆加固对地表位移动力响应的影响范围大致为3.3倍洞径以内，有溶洞时地表最大瞬时沉降发生在路基中线与隧道中线交叉处，为2.74 mm，而对其注浆加固后此处的沉降为2.16 mm，减小了21.2%；对溶洞进行注浆加固后隧道支护结构产生了相对更大动力响应，最大瞬时位移和主应力均发生在隧道拱顶，分别为-1.41 mm和-0.36 MPa；地层竖向应力从地表到隧道拱顶衰减最明显的是有溶洞的情况，从-0.0766 MPa 衰减到-0.0084 MPa，衰减率为89.03%。可见，对铁路与隧道之间的地层溶洞注浆加固后，在保证新建隧道安全的情况下，明显改善降低了列车动载引起的地表瞬时沉降。     

无锡浅埋岩溶发育特征及其与隧道安全距离研究

在江苏无锡惠山附近修建地铁过程中发现了较多的浅埋岩溶，通过钻孔资料和跨孔地震CT试验对该地的岩溶发育特征进行了详细分析.同时，根据溶洞的大小、位置和填充等情况，将其分为四种类型.为了探讨该场区地铁隧道开挖后的稳定性问题，采用有限差分的方法，研究了隧道与溶洞之间的距离及溶洞填充物对隧道整体稳定性的影响.最后，根据设计规范，确定了隧道与溶洞之间的安全距离.结果表明，场区内大部分溶洞呈扁球形或椭球形，并由含砾石的粉质黏土或淤泥质粉质黏土充填，最发育的溶洞埋深在26～30 m和32～36 m，溶洞直径为1～10 m；综合来看场区内Ⅰ型溶洞对隧道安全施工的威胁最小；四种岩溶类型与隧道之间的安全距离为5 m或≥11 m.本研究成果可为江苏省浅埋岩溶地区其他拟建隧道的设计和施工提供技术参考.     

山岭隧道洞口段衬砌结构地震响应数值分析

隧道洞口段由于所处地质环境较差,是山岭隧道最容易失稳的部位之一。特别地,地质条件对隧道稳定性的不利影响会在地震过程被进一步放大。基于混凝土塑性损伤模型,建立隧道-围岩系统三维非线性有限元模型,采用该模型对横琴长湾隧道洞口段结构进行地震响应过程分析。结果显示:距离洞口越近,衬砌结构的位移响应越大;衬砌拱肩和拱腰的最大主应力峰值明显大于其他部位,并且拉裂破坏是衬砌结构主要破坏模式;损伤区主要分布在距离洞口70 m范围内,并且距离洞口越近,衬砌结构的损伤系数越大;衬砌结构的拱肩和拱腰是其抗震的薄弱部位。     

岩溶区盾构隧道开挖的稳定性分析

盾构隧道穿越溶洞密布的复杂环境时,不可避免的引起岩溶开挖区应力场突变,严重时造成溶洞坍塌、隧道突水突泥等工程灾害.采用有限元模拟方法,基于岩层破坏机理,分别针对溶洞数量不同及排列方式不同这两种重要因素,从隧道开挖引起的位移场、应力场和塑性区域三个方面分析岩溶隧道开挖所引起的围岩变化规律.结果表明:溶洞的存在使得隧道围岩最大主应力显著提高,围岩竖向位移随溶洞个数增加而增大,围岩周围土体的应力场、位移场、塑性区域均随着洞-隧之间不同的排列方式而呈现不同的变化规律.分析结果可为岩溶地区盾构隧道设计、施工以及运营提供理论及工程指导.     

隐伏岩溶区小净距隧道爆破振动规律

为研究隐伏岩溶区小净距隧道开挖及爆破振动对施工安全的影响规律,以贵州省里平II号隧道工程为依托,以隐伏岩溶区小净距隧道为研究对象,通过LS-DYNA对不同工况进行数值模拟及分析,得到了爆破振动效应下围岩的应力分布和位移变化情况,总结了隧道爆破地震波沿隧道轴向及衬砌环向的速度衰减规律,分析了振动速度峰值随溶洞直径大小及溶洞隧道距离大小的变化规律。研究结果表明：当溶洞直径一定时,围岩竖向位移、隧道拱顶监测点振动速度峰值随着溶洞与隧道之间距离的增大而减小;当溶洞与隧道之间的距离一定时,围岩竖向位移、隧道拱顶监测点振动速度峰值随溶洞直径的增大而减小;里平II号隧道中溶洞直径为2m且溶洞与隧道之间的距离为3m时,先行洞初衬最大主应力超出了混凝土抗拉强度,故爆破开挖前应对该位置进行加固处理,确保施工安全。可见,其分析结果可为指导隐伏岩溶区小净距隧道爆破施工提供可靠依据。     

隐伏溶洞位置组合效应对隧道施工影响的数值分析

岩溶隧道施工安全和支护结构稳定性与隐伏溶洞位置分布有关.本文通过Midas/gts进行数值模拟分析,研究隐伏溶洞不同位置组合下,隧道施工过程中的围岩变形与支护结构受力特性.数值模拟结果表明:隐伏溶洞群分布在隧道上部时,对隧道围岩变形及支护结构稳定性影响较小;当隐伏溶洞群分布在隧道下部时,若拱脚位置同时存在溶洞,则会对隧道支护结构稳定性与围岩变形产生较大影响,若拱脚位置无溶洞则对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响不大;隐伏溶洞群分布在侧部对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响最大.     

富水岩溶隧道掌子面安全岩柱厚度研究

富水岩溶隧道施工时掌子面前方的安全岩柱对保障隧道的安全施工至关重要。为了计算出较为合理的隧道掌子面安全岩柱厚度,以华丽高速营盘山隧道为依托,基于塑性区贯通准则及位移突变准则,建立三维流固耦合数值模型,分别对不同埋深、溶洞内水压力及开挖方法下的掌子面安全岩柱厚度进行了研究,并给出掌子面安全岩柱厚度的区间。结果表明：隧道安全岩柱厚度随隧道埋深及掌子面前方溶洞内水压增加而增大;隧道一次开挖洞径越小,支护越及时,安全岩柱厚度越小;最小安全岩柱厚度区间随隧道埋深增加而增大,但随掌子面前方溶洞内水压增大而减小。采用CRD法开挖时,掌子面安全岩柱厚度及安全岩柱厚度区间均最小,对岩溶隧道掌子面的稳定性也最好。     

不同方位溶洞对盾构施工隧道位移影响研究

为探究溶洞方位及尺寸对隧道围岩稳定性的影响,以昆明地铁4号线岩溶区段为依托,通过Midas软件进行数值模拟,对盾构掘进工程中围岩位移及应力响应进行分析,并以实际监测进行验证.结果表明,盾构开挖时,隧道拱顶沉降3.31 mm,拱底隆起3.58 mm,拱腰收敛1.62 mm;溶洞对溶隧形心方向上位移起屏蔽作用,位移随尺寸增大显著减少,与溶隧方向正交的位移则因围岩刚度的削弱而增加;侧部溶洞对施工过程中围岩稳定性影响最大,下部次之,上部最小,工程中应优先对侧部、底部溶洞进行处置.     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

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.     

不同间距对两相邻黄土公路隧道地震反应的影响

为认识两相邻黄土公路隧道的抗拒震性能,利用ANSYS有限元分析软件进行动力分析,研究了不同间距对两相邻黄土公路隧道地震反应的影响规律。对3种不同间距隧道模型的分析结果表明,随着两相邻隧道之间间距的逐渐增大,隧道的整体地震反应(位移、应力)逐渐减小,且地震荷载作用下薄弱部位多发生在衬砌的拱脚部位,此结果可作为两相邻黄土公路隧道抗震设计的参考依据。     

埋深对地下结构地震液化响应的影响

应用非线性液固两相体动力有限元方法研究饱和可液化土中地下结构在水平地震作用下埋深的响应。分析了地震液化情况下地下结构埋深对于结构上浮、加速度、水平位移以及响应结构内力的影响,讨论了非液化土中地铁地下结构地震响应随埋深的影响。结果表明,埋深的增加可以减少地铁地下结构由于土体液化所导致的结构上浮;同时,虽然地下结构地震作用所导致的内力随着埋深的增加有小幅度的上升,但由于深埋地铁地下结构的强度往往比浅埋的为高,因此在相同水平地震的作用下,浅埋地铁结构可能更加危险。     

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。     

基于隧道刚度折减法的土体开挖对临近既有地铁隧道影响的数值研究

城市地下空间的开发,常出现在既有隧道附近开挖土体.通过三轴试验得出土体南水双屈服面模型参数,根据刚度折减法建立数值模型,分析隧道埋深和基坑偏移对隧道结构的影响.研究表明:开挖后基坑附近的隧道产生向上的位移,基坑中部位移较大,边缘位移较小.隧道埋深越大,上升位移量越小;埋深30 m时,基坑中心和边缘处隧道的竖向位移差最大,弯曲变形和弯曲拉应力也最大.基坑向右偏移12 m时,左侧隧道的上升位移较大,且基坑中心和边缘处的竖向位移差较大,产生较大的弯曲变形和弯曲应力;基坑位于右侧隧道正上方时,上升位移量和差异变形量均较大,其中拉应力和应力的变化最大.     

地震波斜入射下浅埋偏压隧道动力响应数值分析

基于粘弹性边界的时域波动理论,建立了二维平面SV波斜入射的输入方法.以成兰铁路某山岭隧道浅埋偏压段为研究对象,采用ANSYS研究了地震波入射角度对浅埋偏压隧道地震反应的影响.结果表明:地震波斜入射时,隧道结构的地震响应与垂直入射有明显差异,结构反应随着入射角度的增加而增大,斜入射对隧道竖向地震响应影响更为显著.入射角度对衬砌弯矩峰值包络图影响较大,对轴力峰值包络图影响很小.斜入射时,拱顶、仰拱和拱腰的弯矩增加较多,是隧道衬砌抗震的薄弱部位.     

行波激励下大跨度拱桥随机地震响应分析

基于随机振动理论,研究了大跨度拱桥在行波激励作用下的平稳随机地震响应特性,揭示了地震视波速及场地条件对大跨度拱桥的地震响应影响规律.研究结果表明:行波效应和地震场地条件对大跨度拱桥地震响应影响很大,随着地震视波速减小主拱圈内力表现为递增趋势,当视波速为50m·s-1时拱脚弯矩较一致激励增大了84%;随着场地刚度减小主拱...     

双层黄土公路隧道地震反应的分析

本文以兰州市伏龙坪双层黄土公路隧道为研究对象,研究其在8度地震荷载作用下的动力时程反应。计算结果表明:在地震荷载作用下衬砌上应力值较大的部位主要集中在拱腰、拱脚和行车道板等部位,塑性区主要分布在拱顶、拱腰二侧,以及边墙与仰拱相接的拱脚等靠近衬砌的小范围土体上,塑性区开展最大深度接近2.0m,说明在此地震动作用下,塑性区范围内的部分土体会产生松动、变形,在一定程度上影响隧道的整体稳定性。上述结果可作为双层黄土公路隧道抗震设计的参考依据。