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。     

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.     

循环荷载作用下土质边坡动力响应分析

为研究土质边坡对循环荷载作用的动态响应规律,通过有限元对不同工况下土质边坡的振动响应进行模拟。结果表明,当循环荷载位置及加载频率一定时,边坡各测点竖向加速度、位移和速度响应峰值随循环荷载振幅增大而增大,且加速度和速度大致呈线性关系;各测点响应峰值随边坡高程变化而变化,测点离振源越近,动力响应越剧烈,响应增幅越大;当循环荷载位置及振幅一定时,边坡在1.5~2.5 Hz频段出现强响应,产生对其不利的共振现象;当循环荷载振幅及频率一定时,边坡的响应峰值随着荷载位置距坡肩距离(L)减小而增加,当L超过10 m后边坡振动响应变化幅度趋于不变。研究结果对认识循环荷载对土质边坡的影响及合理评价边坡工程环境振动具有重要的工程应用价值。     

盾构施工对黄土地层的扰动及管片衬砌受荷特征

为探明黄土地层中地铁盾构隧道施工对地层的扰动以及管片衬砌结构承受荷载的特征,依托西安地铁2号线穿越黄土地层盾构隧道工程,采用颗粒离散元方法从细观层面对盾构施工引起的地层应力变化及开挖面失稳形态进行模拟分析,同时对实际作用在管片衬砌结构上的土压力和主体结构内力(轴力、弯矩)进行现场动态跟踪测试,分析盾构动态施工过程及后期稳定后的土压力对管片衬砌结构受力的影响.研究结果表明:临空面的产生导致隧道拱顶及两侧部分水平应力和垂直应力发生显著变化.管片衬砌结构内力受施工参数影响明显,尤其是千斤顶推力和注浆压力.     

隧道掘进对周围土体的沉降影响分析

以盾构掘进工程为研究对象,建立了关于盾构掘进和的管片衬砌的力学模型,研究了由盾构机掘进施工过程对周围土体造成的影响.用ANSYS数值分析软件对所选取的盾构掘进隧道和足够大断面区域土体进行分析,采用Soild45单元来模拟土体和该区域之间的联系,并通过杀死和激活单元来模拟土体的掘进过程.研究结果表明,当盾构机掘进、管片衬砌及注浆的过程中,研究对象会发生沿Y轴对称的非线性变化,沉降量在隧道孔的上下两端达到峰值,但在孔的左右两侧位移量较小.盾构隧道的开挖、建环对地层的影响范围大体呈"V"型,在该地层下地标一倍洞泾以外沉降量较小,且模拟量略小于仪器监测值.     

SV波入射下衬砌尺寸对引水隧道动力响应的影响

采用波函数的Fourier-Bessel级数展开方法,得到了SV波入射时,大型引水隧道平面地震响应的解析解,并对建立的场地模型进行数值计算.计算结果表明:SV波入射时,引水隧道衬砌的径向动应力随隧道内径的增大而增大,径向动应力的最大值与隧道内径呈线性关系,SV波入射引起的引水隧道衬砌的切向动应力随隧道内径的增大而增大.当入射角小于临界角时,切向动应力受隧道内径变化的影响很大.此外,引水隧道衬砌的径向动应力随衬砌厚度的增大而增大,切向动应力则随衬砌厚度的增大而减小.     

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.     

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。     

注浆作用下渗漏水对隧道和地层沉降影响

基于衬砌-注浆层-土层相对渗透系数,提出了能够综合反映注浆体和隧道衬砌共同作用的相对渗透系数.通过数值模拟,建立了该系数与隧道渗漏引起的衬砌受力、变形和地层位移之间的关系.在此基础上,建立了能够考虑注浆影响的评价方法,该方法能够基于隧道完全渗水和完全不渗水两种极端条件预测隧道有限渗水对地层和隧道结构的影响.     

高烈度地震区双线公路隧道地震动力响应分析

结合具体工程,从土-结构相互作用模型出发,利用粘性边界条件,采用时程分析法,对高烈度地震区双线公路隧道衬砌在地震作用下的反应进行数值模拟,并对模拟结果进行分析讨论,得出了高烈度地震区公路隧道地震动力响应的一般规律及隧道衬砌抗震的薄弱环节,并提出了相应的建议.     

特大断面隧道断层段地震响应与断层构造关系

针对特大断面隧道断层破碎带地震响应强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题,本文采用FLAC 3D仿真计算软件,通过数值模拟,研究特大断面隧道地震与断层宽度、断层倾角的关系,分析衬砌地震响应规律,确定抗震薄弱位置及抗震设防范围。分析结果表明：断层处的衬砌横断面上的拱腰和拱脚处属于抗震薄弱位置,需要在这些位置处重点进行设防;断层上盘位置对地震响应更明显,应加强这些位置上隧道衬砌的抗减震措施;地震时,小倾角,大宽度的断层构造对特大断面隧道的影响大。在本文研究的断层构造范围内,特大断面隧道的抗震设防区域选取应为：断层及断层交界面前后各取25~30m的区域。这些结果可为地震区的特大断面隧道设计建设提供参考。     

地裂缝隧道衬砌结构与围岩相互作用机理

针对台凹型活动地裂缝正交区间隧道,通过有限差分数值方法模拟地裂缝区间隧道的开挖施工、分缝衬砌结构与地裂缝上下盘之间相对错动,从地表和衬砌的沉降位移、围岩位移场、围岩土压力以及衬砌结构内力方面分析了隧道结构与围岩的变化特征.结果表明：台凹型活动地裂缝不均匀变形主要发生在上盘内地裂缝一定范围的地层内;分缝衬砌结构端部的拱顶土压力呈现出集中增大和减小的变化特征,上盘内地裂缝附近仰拱底的土压力出现松弛;变形缝两侧衬砌结构的端部出现轴向应力集中现象.分缝衬砌结构一方面能够适应地裂缝错动位移,避免结构内力过大而引起强度破坏;另一方面,能够抑制地层的不均匀沉降变形,使得地裂缝处变形缝两侧衬砌结构的相对位移减小,并改善地裂缝区间隧道的运行条件.     

双联拱隧道爆炸时程分析和动力响应：以甘肃省奤盖隧道为例

考虑现实生活中隧道面临易燃易爆气体的爆炸和偶发车辆碰撞的爆炸,以甘肃省卓尼县柳林镇附近的奤盖隧道为工程背景,运用有限元软件Midas/GTS NX进行隧道爆炸模拟数值分析,分析了在静力荷载和炸药当量条件下,双联拱隧道的受力影响,对隧道围岩及衬砌进行了位移、速度、加速度和应力时程分析和响应研究。结果表明：当发生爆炸作用时,隧道横向和径向受到应力冲击波以及反射冲击波的影响最为显著,当超过一定值的时候,隧道就会发生局部剪切破坏或剥落破坏;由于反射波的存在,围岩和衬砌的速度和加速度均会呈现出多个峰值,且距爆源位置越近,衬砌的结构损伤也越严重;隧道应力集中区域表现出明显的抗拉抗压,迎爆面应力响应最为显著。     

黄土地层盾构隧道开挖对地表沉降影响的有限元分析

基于黄土地层，采用邓肯-张非线性弹性本构模型，考虑盾构隧道开挖过程对周边建筑物的影响，建立了盾构隧道衬砌与土体相互作用的有限元计算模型．对黄土地层中盾构隧道外径和埋深及其与邻近建筑物的距离对地表及相邻建筑物沉降的影响规律进行了数值分析，结果表明：在相同盾构外径下，地面沉降随隧道埋深的增加几乎呈线性减小趋势；在相同隧道埋深下，地面沉降随盾构外径的增加几乎呈线性增大趋势；无论盾构外径如何，隧道顸部及相邻建筑物处的地表沉降值均随隧道和建筑物水平距离与盾构外径比的增大而减小，也随隧道埋深的增大而减小．文中给出了受沉降影响较大的范围，可为地下工程施工时对周边建筑物及地基采取加固措施提供理论依据，并为西部地区的地下工程建设提供参考．     

新建隧洞下穿爆破对公路隧道结构的影响： 以温州市瓯江引水工程为例

为了探寻爆源逐步接近既有隧道情况下衬砌受爆破振动的响应规律、爆破荷载作用下的应力分布状态,结合温州市瓯海区西山隧洞工程,根据施工现场爆破监测数据和数值模拟结果对新建隧道爆破施工时相交隧道的安全性进行研究,研究结果表明振速主要受到爆心距和装药量的影响：爆心距越小装药量越大,振速峰值越高;爆心距决定隧道衬砌合速度峰值发生位置;衬砌合速度峰值位置同时是最大拉应力点;随爆心距的缩进,危险点从拱腰位置移动到拱脚。     

层状岩体隧道变形特征数值模拟研究

为研究层状岩体的层厚与倾角对隧道及围岩稳定性的影响,以贵州省栗木山隧道为背景,采用有限元软件ANSYS分析了层状白云质灰岩地层隧道开挖后的围岩与支护结构受力变形特征,得到了不同岩层厚度和结构面倾角时围岩和衬砌的位移云图、关键节点的位移。研究结果表明,隧道拱部竖向位移呈"V"型分布,最大竖向位移出现在隧道拱顶,最大竖向位移随岩层厚度增大而减小,存在明显的临界厚度,当岩层厚度大于0.6m,减小趋势变缓;倾斜岩层隧道围岩与衬砌位移存在明显的非对称性,岩层倾向侧位移小于另一侧,非对称性随倾角增大先增大后减小,倾角45°时最为明显,倾角大于60°时逐渐趋于平稳;拱脚和墙帮的位移受倾角变化小。层状岩体隧道支护设计、施工时应避免拱顶和非对称变形过大造成事故。     

双隧道开挖对地表沉降及地埋管线的影响研究

地铁建设中双隧道施工往往不是同步进行的,双隧道的布置间距及施工顺序的多样性将诱发复杂的地层响应,因此针对交叠双隧道施工对地层和管线的影响展开研究很有必要.以肩驮式双隧道开挖为研究对象,重点考虑开挖顺序和双隧道垂直间距不同时对地层和管线的影响机理.文章首先对比双隧道开挖对地埋管线的离心试验及数值分析的结果,验证了数值模拟...     

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.     

深长隧道断层带施工方案优化

以某高速公路隧道断层带施工为工程背景,采用FLAC3D数值分析法对隧道断层破碎带施工进行动态开挖模拟,对比分析了中隔壁法和上下台阶法2种方案引起的力学响应。研究结果表明:断层带围岩变形主要受最大主应力控制,剪应变主要呈"沿隧道纵向中间小两边大,沿断面竖向两边小中间大,沿断面横向右边小左边大"的变化趋势;围岩破坏主要为剪切破坏,断层上盘为最危险地带;此工程背景下,中隔壁法优于上下台阶法,中隔壁法导坑一的施工是关键环节。     

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.