列车载荷下隧道联络通道动态响应的并行计算

以上海某大型双线隧道为例,建立了列车 隧道 联络通道 土体的大型三维有限元模型.基于上海超算中心曙光5000A,设计了列车隧道动态耦合均衡的分区方法,解决了因模型规模庞大而造成计算量大的问题.分析了列车载荷下联络通道结构的动态响应,比较了不同分区方案的计算效率.结果表明：列车载荷在联络通道与隧道连接部位引起的附加动应力较小,但该位置处于较高的应力水平,应尽量避免在联络通道位置汇车;列车隧道耦合均衡的分区方法比常用的递归坐标二分法具有更高的并行效率.     

城际铁路双轨道列车盾构隧道振动响应分析

针对首例城际铁路双轨道大直径盾构隧道(外径12.4 m、管片衬砌厚0.55 m)下穿南水北调中线总干渠工程实例,建立有限元数值分析模型,分析了列车行驶振动荷载对隧道衬砌结构和渠底的振动响应规律.采用激振力函数综合考虑行车平稳性、动力附加轮毂和波形磨耗等因素模拟列车振动荷载,变换轨道不平顺值由0.40 mm增至1.00 mm,列车运行工况按单列车单向行驶和双列车对向行驶,列车设计时速200 km/h.研究表明:双列车对向行驶对隧道衬砌混凝土应力和渠底面位移的影响较大,轨道不平顺值对隧道衬砌混凝土应力影响较大,但对渠底面位移影响很小.研究成果为盾构隧道和南水北调中线总干渠安全运营和维护管理的决策提供了研究依据.     

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。     

双线隧道联络通道地震响应的并行数值分析

以上海某大型双线隧道为例,考虑隧道地基的动态接触作用,建立了隧道 联络通道 地基系统的大型三维有限元模型,采用接触均衡的显式并行计算方法在上海超级计算机曙光5000 A上完成计算,解决了计算量大的问题,分析了联络通道处结构及变形缝在横向和纵向水平地震激励下的动态响应,结果可为联络通道和变形缝设计提供参考.     

岩溶段连拱隧道列车振动响应及地基累积变形

采用动力有限差分数值计算方法,针对列车荷载作用下,宜万铁路白云山隧道穿越大型溶腔段连拱隧道结构动力响应问题进行计算分析,并进一步基于Dingqing Li塑性应变模型,探讨列车长期反复荷载作用下岩溶地基的累积沉降变形计算方法。研究结果表明:穿越大型溶腔的白云山隧道连拱结构段,各典型位置受列车荷载振动影响不明显,最大拉压应力峰值和位移变形均小于结构材料的设计值和正常使用允许值;隧底岩溶地基在列车长期荷载反复作用100 a后,累积塑性变形小于20 mm,能够满足列车高速运行对线路平顺性的要求,不会对列车长期运营造成破坏性影响。     

地铁隧道列车振动特性试验研究

为获取隧道内列车荷载的振动特性,对某地铁区间隧道进行了试车试验.分析了扣件类型、列车运行速度等因素对荷载特性的影响;基于隧道断面的实测结果分析了其振动传播规律.结果表明:当地铁列车以60km/h通过时,实测振动源强均值为70.41dB;沿隧道断面的振动幅值逐渐减小,且荷载的高频分量逐渐衰减,钢轨竖向加速度最大,且以100Hz以上的高频分量为主;道床顶面和隧道基底的振动量值接近,且远大于隧道侧壁;随着车速增加,各测点的竖向分频振级逐渐增大,且低频段的振级增加更为显著,但车速的增加并未改变荷载的主频段,且随着车速增加,道床与隧道侧壁之间的振动传递损失增大;扣件类型对荷载的分频振级有较大影响.     

“盾构隧道端头与联络通道加固方式及安全性研究”项目通过验收

近日,由南京林业大学及苏州轨道交通有限公司共同负责承担的苏州市科技计划项目轨道交通专项课题"盾构隧道端头与联络通道加固方式与安全性研究"顺利通过苏州市科技局的验收。项目通过室内试验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法,结合苏州轨道交通一号线、二号线盾构穿越典型地层和     

不同因素影响下联络通道温度场的规律

以内蒙古呼和浩特市地铁2号线1号联络通道为工程背景,利用有限元软件建立三维瞬态温度场模型,对联络通道的温度场变化进行了数值模拟分析,并对比了实际测量温度,分析了不同因素对冻结温度场的影响规律.结果显示:实际测量温度与数值模拟温度的变化趋势一致,数值模拟得到的瞬态温度场可以较为真实地反映工程实际情况;冻结管排布越密集,形成冻结壁的时间就越短,冻结壁的厚度也就越大;在冻结40 d时,联络通道两侧为危险部位,故在开挖时要注意联络通道两侧的土体温度;导热系数和盐水流量的变化对冻结温度场的变化有较大的影响,且两者越大,形成冻结帷幕的速度就越快;比热容和潜热对温度场的影响较小,在实际工程中应主要考虑导热系数和盐水流量对温度场的影响.     

水下联络通道积极冻结参数现场实测变化规律

由于水下联络通道处于高水压、高透水及水力联系强等复杂环境下,相比于陆域联络通道,施工风险更大.以上海某隧道水下联络通道冻结施工工程为依托,根据现场实测数据,研究了水下联络通道积极冻结期间各项指标随冻结时间的变化规律.结论如下：(1)盐水温度稳定在-28℃左右,且去路及回路温差基本保持在2℃,测温孔内温度随着冻结时间持续下降,最终基本保持在-15℃;(2)卸压孔内压力均在泄压时出现快速增长现象,孔内最高压力为0.65 MPa左右;(3)管片及土体界面处1.1 m范围内温度基本处于-12℃以下,冻结帷幕发展良好;(4)冻结引起右线隧道出现轻微隆起变形,最大变形量为4.45 mm,左线隧道出现沉降变形,最大下沉量为-5.39 mm,联络通道处于较稳定状态.通过水下联络通道实测获得的数据变化规律,可以用于指导类似水下联络通道冻结工程的设计和施工.     

上海长江隧道联络通道冻土帷幕温度场动态演化机理分析

研究了上海长江隧道联络通道冻土帷幕温度动态演化过程.运用ANSYS有限元软件建立了较为符合实际工程的三维实体模型,考虑了管片散热、冷排管等影响,用比焓值随温度的变化来反应相变潜热的动态变化过程.研究和总结了冻土帷幕温度动态演化机理,包括冻土帷幕发展规律、交圈规律、平均温度发展规律及冻土帷幕有效厚度发展规律.研究结果表明,冻土帷幕温度场的形成是一个有规律可循的连续性发展过程.有限元分析的冻土帷幕交圈时间、平均温度和冻土帷幕有效厚度与工程实测数据比较吻合.     

天津地铁联络通道冻结施工的数值分析

采用通用有限元程序ANSYS,建立联络通道三维模型,对冻结施工过程进行三维数值分析,研究了冻土墙在设计冻结温度和厚度情况下的受力性能以及分步开挖对冻土墙和地面沉降的影响.结果表明,冻结法施工所采用的设计参数是安全的;分步开挖对地面沉降影响较小,对冻土墙底板、冻土壁和拱顶变形影响较大,其中冻土墙底板为开挖施工中结构的最不利部位,施工时应加强支护.     

水泥改良对地层冻结温度场影响分析

针对目前对于水泥改良土地层冻结温度场研究较少的问题,基于福州地铁二号线某联络通道冻结工程,对该工程积极冻结期土体冻结温度场进行数值模拟,得到了水泥改良土地层在冻结过程中的温度分布规律与冻结壁发展规律,分析了不同截面和不同温度路径处的冻结效果差异;并通过改变土体参数,得到了土体冻结效果随水泥掺量变化规律。研究成果将为今后水泥改良土地层冻结工程提供参考和借鉴。     

高速铁路并联隧道横通道对隧道内压力变化的影响

给出了高速列车穿越横通道高速铁路并联隧道时压力变化的三维非定常黏性流场数值模拟过程,研究了两条并联隧道横通道的面积变化、位置变化和斜交方式对并联隧道及横通道内压力变化的影响规律.计算结果表明:并联隧道横通道的存在,使得隧道内压力变化的最大值降低,隧道横通道断面积越大,则最大压力梯度的降低率越小,当横通道的断面积与隧道断面积之比为0.3左右时,其降低隧道中测点的最大压力及压力梯度的效果最好;横通道对隧道的降压效果与隧道交叉方式有关,横通道与隧道的斜交方式为正交,且正交角度控制在60°左右时,横通道对隧道内的降压效果比较好.对比分析表明,当并联隧道内的横通道、竖井及避洞在隧道内的位置、断面积、长度及与隧道的斜交角度相同时,竖井的降压效果最好,横通道次之,避洞的降压效果最差.     

考虑随机场的地铁致地表振动概率密度演化分析

地基土作为地铁运行振动波传播的重要媒介,土壤性质的空间变异性对振动响应有重要影响.以往的车致环境振动研究中,地基土常选用为确定性参数,本文将随机场理论引入到土壤性质变化的动力分析中,对地基土横截面进行参数随机性赋值,基于概率密度演化理论对盾构隧道内地铁列车引起的环境振动开展研究,获得了地表振动响应的上下限和概率密度分布信息.结果表明:土体随机特性对地表振动位移和加速度的标准差影响显著,距离轨道中心线距离越近,土体随机场的干扰越小,振动位移和加速度的概率密度分布越集中;土体随机场使得地表振动响应呈现出正态分布特性;地表振动响应的最大值出现在地铁列车经行的中间时刻.     

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.     

并行数值仿真技术在盾构隧道地震响应分析中的应用

采用全三维非线性建模方法建立了盾构隧道总体有限元模型，模型规模上节点总数超过400万，单元总数超过380万．由于系统的非线性，且地震激励是一种时间历程，盾构隧道地震响应数值模拟的实质是一个超大规模非线性系统的瞬态响应计算问题，使得目前在地震安全性评价领域普遍采用的串行算法、串行软件和普通的计算机无法胜任此工作．本文根据所用超级计算机的体系结构特点，采用改进的区域分解算法，通过对盾构隧道总体模型合理分区来进行地震响应分析．地震波载荷选用调幅后的上海隧道场地人工地震波，应用通用非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解，计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据．     

长期荷载作用下煤层渗透率演化规律的试验分析

利用三轴渗透装置开展了不同环境温度和不同有效应力条件下长期荷载作用前后含瓦斯煤的渗透率演化试验研究,并在此基础上分析了长期荷载作用前后煤样渗透率对有效应力以及环境温度的敏感性。研究结果表明:环境温度一定时,长期荷载作用前后含瓦斯煤渗透率都将随有效应力增加而降低,且其有效应力敏感性也降低,而当有效应力一定时,含瓦斯煤渗透率及其环境温度敏感性都将随着环境温度的增加而降低;长期荷载作用前后渗透率差在不同环境温度和不同有效应力条件下的变化也存在差异,体现出较强的热力流耦合效应;长期荷载作用前后,环境温度敏感性系数差将随有效应力的增加,先是增加然后减小,在有效应力为4.3 MPa左右变为负值,有效应力敏感性系数差将随环境温度的增加减小,在26℃左右以后变为负值。     

砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定性理论分析

盾构隧道穿越砂卵石地层掘进施工时,由于砂卵石的地层特性及施工扰动,隧道掌子面容易失稳而引发事故。为研究砂卵石地层盾构隧道掌子面稳定所需的最小支护力,结合砂卵石地层的掌子面失稳模式,在三维Murayama模型的基础上,将掌子面前方土体的滑动面形式假设为对数螺旋滑移线,结合上部松动区域的破坏机制,引入椭球体放矿理论,对传统的棱柱体筒仓模型进行改进,进一步通过极限平衡法推导出砂卵石地层的掌子面极限支护力求解公式;最后通过离散元数值模拟验证所推公式,两者的误差为3.1%。结果表明所得公式可对砂卵石地层的掌子面极限支护力进行较为精确的求解。研究成果以期为砂卵石地层掌子面极限支护力计算理论提供依据。     

盾构隧道管片力学特性三维有限元分析

采用三维有限元法,以广州地铁使用的管片为研究对象,将管片在施工阶段受到的千斤顶顶力、不均匀注浆压力和正常使用阶段受到的土压力、水压力、周围土层的弹性抗力概化为5种荷载,共10个计算模型,利用通用有限元软件ADINA,分析了单块管片的应力、裂缝分布、极限荷载与薄弱之处.计算结果表明:管片的制作和安装精度极大地影响了管片在施工状态时应力分布;环缝面的不平整更容易造成管片的应力集中而产生开裂,裂缝主要沿盾构推进方向发展;正常使用状态下管片的薄弱之处为螺栓孔,裂缝主要在螺栓孔及其附近区域出现;比较各阶段的裂缝发展形式可以认为,管片在施工阶段所需配筋量在一般情况下成为控制配筋量,在正常使用阶段,配筋所起作用不显著.