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。     

FLAC在地铁隧道数值模拟中的应用

针对具体的工程和现场监测以及实测资料,用FLAC对沈阳地铁青怀区间段进行数值模拟及分析,得出了隧道位移变形、各种应力云图以及相关的等值线等重要工程信息,其结论可为工程施工提供依据,使工程建设更加安全、经济、合理地完成．     

重叠地铁区间隧道TBM施工地表沉降的数值模拟

选取了某地铁TBM试验段中的重叠近距离风险断面,采用了实际工程勘察设计的参数,通过隧道与岩土工程的专用软件Midas/GTS进行了TBM施工过程的数值模拟,选取隧道重叠最近距离时的施工断面建立了三维的有限元模型.运用Midas/GTS软件分别模拟了“先开挖上隧道”方案和“先开挖下隧道”方案的TBM施工的过程,分析了隧道施工对地表沉降的影响.     

水下爆炸作用下近岸场地动态响应数值模拟

以某近岸场地为研究背景,通过选取合理的材料本构模型及状态方程,建立水下爆炸荷载作用下近岸场地动力响应数值分析模型,利用ANSYS/LS-DYNA进行近场水下爆炸荷载作用下动态响应分析.研究爆炸冲击作用下冲击波在近岸场地的传播特性以及近岸场地动态响应的变化规律.研究表明:在冲击波传播过程中,其传播特性会受到边界面的影响;...     

武器爆炸作用下地下洞库坑道动力响应数值模拟分析

对武器爆炸条件下地下洞库坑道动力响应进行了数值模拟分析。分析了武器爆炸作用效应,推导了射弹侵彻岩石预估公式的基本形式,分别模拟了开裂以及压碎过程,给出了模型的破坏准则以及边界条件的处理。数值模拟对于人防工程以及防护工程的建设提供重要参考依据。     

移动荷载作用下桥梁动态响应的数值模拟

对车桥系统耦合振动理论进行了分析,研究了桥梁在移动车辆荷载作用下的强迫振动,分析其共振条件及移动荷载作用下桥梁的行为特性,并采用数值模拟计算的方法,比较了桥梁在匀速常量力和匀速简谐力作用下的动态响应,得出在移动荷载作用下桥梁产生的变形和应力,为桥梁的设计提供依据.     

爆炸荷载作用下空间钢框架破坏过程分析

采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA研究空间钢框架在爆炸荷载作用下，从开始发生变形直至倒塌的全过程。分析中考虑了爆炸载荷作用时间和荷载峰值对结构动力响应的影响。结果表明：在爆炸荷载作用下，结构变形形态具有局部性和弱传递性，即爆炸区的梁柱首先产生大变形并伴随大塑性应变，最后在横梁和立柱端部达到材料失效应变而断裂，其他部位受到的影响则很小；爆炸部位处的构件断裂破坏后，剩余的结构会在自重和恒载作用下发生连续倒塌。     

近地面爆炸荷载作用下地下结构的动态响应研究

爆炸荷载对地下结构的影响是工程界关注的重要问题。基于AUTODYN软件,采用SPH与FEM耦合的模拟方法,模拟和研究了近地面爆炸冲击荷载作用下,地下结构的动态响应过程。研究结果表明,爆炸荷载属于短时间冲击荷载,结构损伤破坏与加速度变化剧烈程度相关,在实际工程中应予以注意。     

地铁隧道火灾事故通风方式数值模拟

为了有效解决地铁隧道火灾时期烟气流动及其毒性分布对人员疏散的影响问题,以天津地铁区间隧道为研究对象,针对火灾列车停留在隧道中部的火灾工况,利用FLUENT软件,采用简化的PDF燃烧模型、浮力修正的k-ε湍流模型和P-1辐射模型,对不同事故通风方式下隧道内烟气进行数值模拟,并根据烟气的边界层吸附效应原理,论证模拟效果。结果表明:不同通风方式对隧道烟气蔓延范围、温度及毒性分布的影响较大;10MW火灾规模时,地铁隧道采用开放式推迟加压的通风方式能够在有效引导烟气流动的同时,为人员提供更充裕的疏散时间。该研究成果对地铁隧道火灾时期通风排烟的有效组织和人员安全疏散具有一定参考价值和指导意义。     

沈阳地铁隧道开挖过程数值模拟研究

本文采用FLAC软件,开展沈阳地铁隧道开挖全过程数值模拟研究,对围岩、喷射混凝土、模筑混凝土、锚杆的应力和变形特征进行分析,分析开挖过程稳定性,为现场隧道提供重要参考。     

着火列车隧道内行驶时的速度场数值模拟

地铁隧道火灾中,列车着火的可能性较大,目前的应急处置办法是尽量带火运行到前方车站进行救援.运用STAR-CCM+的滑移网格功能,研究着火列车以不同的速度行驶时,隧道内速度场的变化规律.结果表明:距离车头较近的位置,活塞风速大小不均匀;当离开车头大于3 m后,活塞风速分布区域均匀;当列车车速较大或在隧道内运行足够长的距离,列车前方活塞风速约为列车行驶速度的1/3.研究结果将为科学评估隧道列车火灾的安全风险和疏散能力提供参考.     

场地类别对地铁地下车站结构地震反应的影响规律

以南京地铁建设为工程背景,根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中场地类别的分类方法,保持场地覆盖层厚度不变,通过改变场地等效剪切波速,设计出典型的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类工程场地类别.采用大型有限元分析软件ABAQUS,考虑土体与混凝土的非线性以及土与结构接触非线性,研究地铁车站在规范规定的不同场地类别条件下地下结构的层间位移和位移角反应特征以及结构关键部位的应力反应特征.结果表明:不同场地类别对地铁地下车站结构地震反应的影响规律和影响程度有所不同.总体来看,在较差场地类别条件下,基岩输入峰值加速度峰值对层间位移角幅值的影响程度较大,且对车站结构下层层间位移角幅值的影响更大.在本文所有的输入地震动强度条件下,Ⅱ类场地下地铁车站结构基本处于弹性工作状态,而Ⅳ类场地下地铁车站结构在中小地震发生时层间位移角很容易进入整体弹塑性工作状态.同时,场地类别越差,车站结构整体残余变形越容易发生,造成结构的残动内力也迅速增加.     

沸腾液体扩展蒸汽爆炸初期演化过程的数值模拟

对沸腾液体扩展蒸汽爆炸发生初期,容器顶部突然出现开口,压力快速泄放导致容器内介质过热沸腾的过程进行了模拟研究。选取过热水及饱和水蒸气为容器内介质,分析了该过程中气液两相的变化过程。探讨了初始温度（初始压力）、初始充装量及开口大小等因素对前述物理过程及容器内压力、温度的影响。结果表明：容器内过热沸腾的过程中,温度逐渐下降,压力响应会出现两次压力峰和一个压力平台期,两个压力峰值都会随初始温度的增加而增加,压力平台持续时间随初始温度先增大后减小;第一个压力峰值随初始充装量的增加先增大后减小,第二个压力峰值则随初始充装量的增加而增大,压力平台的持续时间和液体充装量成正比关系;开口越大两个压力峰值也越大,压力平台持续时间越短。     

采用泄爆管泄放气体爆炸的数值模拟

采用k-ε湍流模型和涡耗散概念模型（EDC）,建立泄爆管泄放气体爆炸的模型,并模拟泄爆过程中火焰的传播过程。分析点火位置、泄爆压力（Pv）、泄爆管尺寸和结构对容器内爆炸超压(P_red)和压力上升速率的影响。结果表明:泄爆管内的气体爆炸是导致P_red异常上升的原因;P_red与Pv存在线性递增关系;泄爆管管长的增大或管径的减小均会增大P_red,且管径对其的影响更显著;泄爆管与容器之间采用平滑过渡的方式可降低P_red,但增大平滑过渡半径会使P_red上升;总泄爆面积相同时,采用2根泄爆管可降低P_red,但两管的位置对P_red的影响不显著。     

单柱双联拱地铁隧道地表沉降分析

地铁隧道施工阶段及施工后期诱发的地表沉降是造成各种建、构筑物产生外观及功能上损害的主要原因,因此,研究由浅埋暗挖施工引起的地表沉降问题具有重要意义.以某地铁车站暗挖工程为研究背景,采用FLAC3D数值分析的方法,对该地区浅埋暗挖施工引起的单柱双联拱地铁隧道地表沉降进行了数值模拟,同时分析了隧道变形的实测数据及施工工序对沉降的影响.研究表明:中洞开挖引起的沉降较快,而由于中柱支撑侧洞开挖引起的沉降较慢,在施工过程中应当引起注意.该研究为工程的顺利实施提供了依据和指导,可供类似工程参考.     

道面浅埋爆炸效应数值模拟

道面是由混凝土或沥青、水泥稳定层、粘土组成的多层结构,在弹体侵彻爆炸情况下,其受力过程非常复杂.采用AUTODYN-3D非线性动力学软件,运用Lagrange算法,实现了不同装药量在混凝土、沥青等多层介质靶中不同炸深的爆炸毁伤数值仿真.结果表明,沥青的抗浅埋爆炸效应能力要优于混凝土.不同装药量、不同混凝土强度的计算结果显示了合理的变化规律,表明数值仿真模型建立和计算结果的有效性.     

太阳池的非稳态热性能的数值模拟

为了收集和储存太阳能,必须深入研究太阳池的运行机制,采用太阳池在非稳态情况下热性能的相关数学模型,以有限差分方法对热性能进行了数值模拟,得出了太阳池温度场的分布规律,进一步分析了池水浊度、池底保温层等对太阳池热性能的影响,计算表明：太阳池底部应铺设保温层,但不宜太厚;水浊度抑制了太阳辐射在池中的传播,大大降低了太阳池的热性能。最后用实测数据验证了计算结果的可靠性。     

列车作用下冻土路基动力响应的数值模拟

为研究高温冻土铁路路基内部的动力变化规律,以人工数定激励力法模拟列车荷载,采用ABAQUS有限元软件建立冻土路基模型,对列车作用下的冻土路基进行动力响应模拟.结果表明:在列车振动荷载作用下,冻土路基内部各点的应力和位移均由路基的顶部中心位置向两侧和下部逐渐减小,路基的最大应力和最大变形均发生在其顶部中心处;路基内各个点的竖向振动随着深度增加逐渐衰减.该结果可为高温冻土路基的强度变化研究提供借鉴.     

砂土地层水下盾构隧道开挖面被动破坏数值模拟

基于Mohr-Coulomb强度准则和不相关联的流动法则,采用Abaqus模拟砂土地层水下盾构隧道开挖面被动破坏,分析埋深比C/D、地层上覆水位高度H、砂土内摩擦角φ对地表位移的影响,并探讨开挖面前方土体破坏模式。结果表明：标准开挖面支护压力与C/D、H和砂土φ均呈正相关关系;地表位移受C/D变化影响较大,C/D由0.8增大到1.5,最大纵向和横向位移值分别减小80%和86%;静水压力仅会限制横向地表位移的发展,对纵向地表位移的影响较小;C/D较小时,被动破坏模式呈现延伸至地表的倒棱台形,属于整体破坏;C/D增大至4.3时,土拱无法达到地表,属于局部破坏。     

注浆对开挖卸荷下既有地铁隧道竖向变形的影响

以北京金融街地下交通工程为背景,采用FLAC3D数值分析软件,选择不同的注浆范围,对注浆上方开挖卸荷引起的既有地铁隧道竖向变形的影响进行了分析,结果表明,注浆能有效控制既有地铁隧道竖向变形.结合既有地铁隧道竖向变形控制标准,得到了合理的注浆范围,经与实测结果对比,数值计算结果与现场监测数据相吻合,保证了既有地铁线路行车安全,并且为实际工程节省了造价.