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。     

大跨公轨合建斜拉桥主‒引桥地震相对位移响应与控制

基于巴拿马运河四桥研究了公轨合建斜拉桥在地震下的主-引桥相对位移响应与控制问题,分别建立了漂浮抗震设计方案、仅塔梁固结方案和固结方案有限元分析模型,分析了三种约束方案的相对位移响应。基于单自由度振子研究了相邻结构周期比和阻尼特性对结构相邻位移的影响。结合理论与参数分析,研究了主-引桥相对位移的控制方法。结果显示:主、引桥纵向首阶振型周期比、等效阻尼比之比以及阻尼机制对相邻结构的相对位移影响显著,其中周期比对相对位移的影响最为显著。不同粘滞阻尼器布置方案对主-引桥梁端相对位移的减震效果不同,直接在主、引桥梁-梁之间设置粘滞阻尼器有助于改善主桥与引桥梁端位移的同步性,控制效果最好;同时在主桥各墩位处和主、引桥梁-梁之间设置阻尼器的减震效果次之,但易于设计和安装,适应性好。     

基于混凝土损伤模型的卸载作用下盾构隧道损伤机理

在密集的地铁交通网附近区域进行工程活动会引起下卧盾构隧道产生较大纵向差异变形,对隧道结构服役性能及行车安全造成不利影响.既有研究大多基于弹性、弹塑性理论框架,忽视盾构隧道纵向变形带来的结构损伤的影响.考虑混凝土材料非线性损伤力学特性,首先引入一种基于能量的拉应力和压应力分解,考虑混凝土拉/压力学特性的差异;其次,建立双...     

循环荷载作用下泥岩动力特性

利用微机伺服岩石三轴试验机TAW-2000,对泥岩进行了不同围压(σ₃=0.5 MPa、2 MPa)和加载频率(f=0.2 Hz~2 Hz)下的变幅循环荷载试验,研究了围压、加载频率及加载幅值对泥岩的破坏形式、动抗压强度、滞回曲线面积及动弹性模量(E_d)的影响。试验结果表明:在0.2 Hz~2 Hz的加载频率下,岩石破坏形式受围压影响较大,以剪切破坏为主,部分岩样出现劈裂破坏;在0.2 Hz~1 Hz的加载频率和0.5 MPa~1 MPa的围压下,动抗压强度主要呈现减小趋势,仅在2 Hz的加载频率下,岩石抗压强度有较大提高;滞回曲线面积随加载幅值增加逐渐增加,同一幅值作用下,滞回曲线面积随循环次数的增加呈现减小趋势;E_d随加载幅值增加而减小后趋于稳定。     

循环荷载下岩石塑性应变演化模型

为了准确评估岩石工程在周期性荷载作用下的长期稳定性和安全性,对岩石的循环疲劳塑性应变理论进行了研究。将岩石在循环荷载下的疲劳损伤变量方程,引入累积塑性应变方程中,通过积分变换,推导出高周和低周疲劳循环条件下岩石轴向塑性应变的演化方程;将塑性应变发展理论模型与前人疲劳试验结果进行了比较。结果表明,该模型较好地反映了岩石的轴向塑性应变演化规律,可直接用于疲劳荷载作用下岩石工程作用机理数值分析中。     

循环荷载作用下沥青混合料的黏弹塑性损伤本构模型

为较好描述损伤状态下沥青混合料的黏弹塑性应力-应变关系、明确动态循环荷载对其损伤本构关系的影响,利用经典黏弹塑性流变理论,在Burgers黏弹性模型上串联一个黏塑性元件,并根据损伤力学应变等效原理,建立了一个能体现动态循环荷载作用特点及能考虑加载频率影响的沥青混合料黏弹塑性损伤本构模型.同时进行间接拉伸疲劳试验,研究加载频率、环境温度、应力水平、沥青用量及沥青种类对混合料应力-应变关系的影响,并标定模型参数、验证模型的有效性.结果表明:所建模型不仅能较好描述沥青混合料在动态循环荷载作用下的损伤本构关系,还能体现加载频率、环境温度及荷载水平等因素对应力-应变关系的影响;模型参数意义明确、规律性强,值得进一步研究和推广.     

钢筋锈蚀作用下盾构隧道结构损伤劣化性能

在长期的水土荷载和侵蚀性物质联合作用下,盾构隧道钢筋混凝土衬砌结构会经历腐蚀-损伤-劣化过程而逐渐失效,导致服役性能大幅降低。本文引入内聚力模型（CZM）及混凝土塑性损伤模型（CDP）,建立考虑钢筋混凝土间粘结滑移的盾构隧道衬砌锈蚀三维数值模型。综合考虑钢筋锈蚀引起的自身力学劣化、混凝土有效截面损失及钢筋混凝土粘结性能退化等因素,分析了围岩水土荷载和钢筋锈蚀耦合作用下衬砌结构形变、损伤演变规律和整体结构劣化特征。研究表明：1）锈蚀作用导致衬砌结构刚度降低,大大加深了衬砌结构的变形程度。锈蚀造成衬砌结构不同部位的刚度损失不同,反映了锈蚀作用下衬砌结构损伤的差异性。2）衬砌结构的围岩侧与临空侧损伤差异较大。相同锈蚀率下,衬砌受压侧受到挤压作用,限制裂缝的发展,导致受压侧损伤很小。3）在锈蚀过程中隧道衬砌结构拱顶弯矩不断减小,拱顶损伤不断加深,损伤区域逐渐扩展,截面刚度损伤最显著。4）衬砌结构自身性能不断劣化,出现内力重分布。衬砌结构的裂缝多出现在围岩侧。研究成果可为隧道衬砌结构服役性能的评估提供参考。     

长期循环荷载下粉细砂的累积变形特性

在分析循环荷载下粉细砂轴向塑性累积变形受初始孔隙比、有效固结压力及动应力比等因素影响规律基础上,考虑动偏应力水平及初始固结压力影响,建立了一种参数具有明确物理意义的计算粉细砂在循环荷载作用下轴向塑性累积变形的显式模型.通过对上海地区粉细砂非等向固结排水循环三轴试验结果进行模拟,得到了相关参数,验证了模型的有效性和合理性.     

爆炸荷载下地铁盾构隧道动力响应研究

近年来,中国城市地下轨道交通取得了迅猛的发展,但地铁在运营中存在诸多风险,其中外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构动力响应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸源荷载作用下应力波的传播规律,选取地面侧爆角度和炸药当量为变量,研究外爆炸荷载下对隧道衬砌结构的动力响应及损伤进行分析,为地铁隧道结构抗爆防护设计提供理论依据,具有较高的技术、经济和社会效益。     

交通荷载下双线地铁隧道间距对上部公路隧道的影响

以南昌艾溪湖隧道为研究对象,利用PLAXIS 2D有限元软件设计了几何相似比为1:30的室内缩尺模型,研究了交通荷载下双线地铁隧道间距对上部公路隧道受力变形的影响.通过改变双线地铁隧道间距,对上层公路隧道模型底部板单元的变形、剪力、弯矩进行了详细地分析.结果表明：在改变双线地铁隧道的间距时,存在一个最佳间距使得上部公路隧道的变形、平均剪力以及最大正负弯矩的差值最小;并且从零间距到有间距过渡时,公路隧道底板的变形和受力情况会发生突变.     

基于间接测量法的盾构隧道损伤识别

为准确识别盾构隧道的损伤位置和损伤程度,将桥梁健康监测领域的研究热点间接测量法应用到盾构隧道结构中,提出一种基于双车加速度响应差灵敏度分析的盾构隧道损伤识别方法．首先,建立移动车辆和盾构隧道耦合振动模型,通过理论推导分析了采用间接测量法中的双车系统消除轨道粗糙度对车辆加速度响应不利影响的可行性;然后,推导了双车加速度响应差对损伤系数的灵敏度矩阵,构建双车加速度响应差灵敏度方程,采用稀疏正则化优化算法求解灵敏度方程识别损伤系数实现损伤识别．数值算例结果表明：本文方法可实现盾构隧道损伤的定位和定量,具有较好的噪声鲁棒性,采用较低的车速可以获得更好的损伤识别效果．     

循环荷载作用下海洋软土动力特性数值模拟研究

在海浪长期循环冲击的作用下,海洋土体材料的力学特性和变形机制往往与静荷载作用下的不同.基于典型海洋土物理及力学特性试验,运用离散元方法建立数值模型,标定土体细观参数,进行直接剪切数值试验和双轴压缩循环加卸载数值试验.研究结果表明:循环加载初期,试样的主要位移形式呈中心对称形态,最大位移发生在试样的4个棱角处,随着循环加...     

循环荷载作用下软土计算模型初探

根据循环三轴试验，得到了上海某地区粘土永久应变－有效应力－加荷周数的关系，对上海某地区三类软土的共振柱试验进行了分析研究。结果表明，三种土类的动剪切模量－剪应变，阻尼比－剪应变关系具有一定规律性。文章最后给出了上海某地区三类软土的动剪切模量比－剪应变，阻尼比－剪应变的数学表达式，并与实测值进行了对比，得到了满意的验证。     

盾构下穿及列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应分析

为研究盾构下穿时,列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应。以盾构下穿某高速铁路简支梁桥为工程背景,运用有限元软件Midas/GTS建立盾构隧道先后下穿高铁桥梁模型,分析盾构下穿时列车荷载作用下高速铁路简支桥梁动力响应。首先分析了当盾构开挖至桥梁近侧,列车以不同速度200～350 km/h、不同轴重110～220 kN运行时对高速铁路简支梁桥墩顶沉降的影响。接着探讨在不同开挖阶段,速度200 km/h、轴重110 kN的列车动荷载冲击下高铁桥梁墩台顶变形规律。结果表明：盾构开挖至桥梁近侧时,不同速度、轴重列车荷载冲击下,高铁桥梁墩台顶的变形规律基本一致,其沉降在一定时间达到峰值,其后逐渐回升并稳定在某一波动范围内;随着列车速度与轴重的增加,墩台顶沉降峰值越大;盾构开挖时,列车时速低于200 km/h、轴重小于110 kN时其墩台顶沉降峰值当满足高铁桥梁单墩顶竖向沉降控制标准,与列车速度相比,列车轴重对桥梁的动力响应影响更大;列车动荷载作用下,盾构隧道开挖对高铁桥梁墩顶变形的影响主要为盾构开挖至桥梁近侧的初开挖阶段,盾构开挖远离桥侧后墩顶变形基本处于稳定状态。     

循环荷载作用下心墙掺砾土动应力应变孔压模型

动力荷载作用下,心墙掺砾土的累积塑性变形和孔隙水压力的发展对心墙防渗体的安全至关重要.基于Bouc-Wen光滑滞回模型,考虑滞回圈捏拢效应,结合非关联流动法则,建立本构模型,模拟循环过程中土体产生的累积塑性应变和增长的孔压.通过糯扎渡心墙掺砾土均压固结和偏压固结状态的循环三轴试验,研究其动应力应变关系及孔压响应.将模型曲线与试验曲线进行对比分析,验证模型描述掺砾土动应力应变关系的合理性和有效性.     

等荷载循环加卸载下砂岩变形滞回环特性研究

通过对砂岩试件等荷载循环加卸载试验,探究了砂岩试件的变形特性及塑性滞回环演化特征。结果表明：加载终点与卸载终点应变值均随着循环数有所增加,每一次循环均产生了一定的塑性变形,后四次循环新产生的塑性变形远小于初始循环,且随着循环数增加变形呈逐渐减少的趋势,最终试件被逐步压实,呈现出应变硬化现象。依据滞回环位置指标,发现塑性滞回环随着循环数增加逐渐右移,滞回环面积大小与应变值相关,循环加卸载终点的应变值越大,滞回环面积则越大,滞回环面积随循环数增加逐渐增大。     

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。     

循环荷载作用下路面模型试验研究

介绍了室内模拟交通荷载作用下路面和软土地基共同作用的模型试验，根据试验结果得出了路面板的弯沉、应力以及永久变形。采用弹粘塑性有限元理论分析了路面在竖向静荷载和循环荷载作用下的应力和变形特性，并与试验结果进行了比较。     

循环荷载作用下软岩力学性能试验研究

通过泥岩和页岩的单轴动循环荷载试验,对泥岩和页岩在动荷载作用下的动应力-应变发展特征进行了研究,重点分析了滞回环面积、动弹性模量及阻尼特性变化特征。结果表明:1页岩在循环荷载作用下的动应力-应变曲线为稳定型,泥岩表现为破坏型;2在相同的循环应力下,页岩的滞回环面积经历初始快速增加后变得平缓,泥岩的滞回环面积在初始时快速增加,经历短暂的缓慢递增后快速降低;3页岩动弹性模量随循环次数增加基本不受影响,泥岩动弹性模量在循环初期有所降低,当循环次数达到30次时,动弹性模量迅速降低;4页岩阻尼比和阻尼系数在循环荷载作用下基本保持不变,泥岩阻尼比和阻尼系数在循环初期基本保持不变,但当循环次数达到30次时,就会突然降低。5在相同的循环荷载作用下,页岩力学性能基本上保持不变,泥岩力学性能随着循环次数增加而快速衰减。     

循环荷载作用下砂土的一种普遍弹塑性模型

本文根据砂土在动荷作用下的反应特性建立了一个动荷作用下砂土的弹塑性模型。该模式通过引入相对应力比的概念,使得应力路径上的每一个点都处于加载状态。模型不直接定义屈服面和塑性势函数,而是由破坏面、流动方向、初始加载面、加载方向和塑性模量等部分组成,具有参数少且易确定等特点。最后给出了该模型参数的确定方法,并通过和试验数据的比较证明了该模型的合理性。