列车作用下东巨寺沟铁路隧道围岩动力反应分析

东巨寺沟铁路隧道选取试验段中实施湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土,作为支护结构,并作永久性支护结构,免除二次衬砌;为研究该隧道在列车作用下的动力响应,从土－结构相互作用模型出发,采用粘－弹性人工边界条件,建立隧道支护结构－围岩相互作用的动力分析模型,采用时程积分法研究了列车荷载对铁路隧道围岩和支护结构的动力作用,分析了列车荷载作用下由于轨道不平顺引起的动力响应,并对该隧道围岩的稳定性进行了分析。分析结果表明:在列车动力作用下,隧道围岩和支护结构变形微小,处于稳定状态。     

列车荷载作用下立体交叉隧道的响应分析

以内昆铁路疏解线新梅花山隧道和六沾线乌蒙山隧道近距离立体交叉隧道为背景,研究列车运营期间,列车振动对隧道结构的影响。采用激振函数模拟列车竖向振动荷载,并通过对围岩-隧道体系进行模态分析,得到体系的振型和频率,以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。最后运用Newmark隐式积分法,分别研究在各种列车荷载工况作用下,立体交叉隧道的动力响应,确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及相应的位移和应力。     

列车振动影响下隧道结构的动力学响应浅析

本文基于已有的研究成果，首先从理论分析、数值模拟以及实测试验三方面介绍了单洞隧道内列车振动对隧道衬砌结构的影响，给出了衬砌结构不同位置处的动力响应。其次，从单线荷栽和交会荷栽两方面着重介绍了城市地铁隧道中的近距双线隧道的动力响应。已有成果表明，列车振动的存在使得隧道结构产生了附加应力，但由围岩压力所产生的结构静内力依然是结构设计的控制内力。隧道结构在服役期带裂纹工作不可避免，但该方面成果较少，加之我国隧道数量庞大，其在列车振动下的动力响应与安全性，应当成为下一阶段的主要研究方向。     

宁东铁路跨下伏输水隧洞的静动力计算及可行性分析

为了评价铁路修建的可行性及运营期间列车荷载对下伏输水隧道钢筋混凝土结构的安全性影响,开展了岩基-隧道钢筋混凝土结构的静动力计算研究,分析了移动列车荷载作用下岩基和衬砌的质点最大位移、最大主应力、振动位移和振动速度的变化规律。结果表明,列车移动荷载引起的岩基及衬砌结构的最大应力低于材料的容许应力;振动位移和振动速度时程曲线具有明显的三阶段特征,且同一列车速度时振动曲线特征点的对应时刻基本相当;振动位移的影响深度随列车速度的增加而增加,衰减完成的时间随列车速度的增加而减少。在输水隧洞上方修建铁路对其钢筋混凝土衬砌结构的安全性影响甚小,无需加固处理。     

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期（东延）工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明： 1）在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2）土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3）与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4）列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。     

浅埋双洞错距山岭隧道洞口段地震响应试验研究

由于岩土非线性本构模型以及地震动力方程的复杂性,采用数值模拟或解析法分析隧道抗震性能均存在一定不足,因此模型试验仍是当前研究隧道抗震的有效途径。以强震区勒不果喇吉隧道为原型,设计相似比为1∶30,以河砂、机油与粉煤灰热融混合料作为围岩的相似材料,以石膏作为隧道衬砌相似材料,在隧道模型衬砌内外侧对称粘贴应变片以监测应变应力值,同时在隧道模型及振动台上安设结构加速度计来反演模型围岩的地震响应,采用大型振动台模型试验研究浅埋错距双洞隧道洞口段震害特征与工程减震措施。结果表明:隧道模型围岩对输入地震波有较明显的扩大效应,其频率谱也发生了改变,15 Hz以下频段的地震波得到了强化而其余频段发生衰减;岩土体对隧道结构的约束作用减轻了隧道结构的地震响应,按照模型试验相似比换算,可以将45 m作为隧道洞口段抗震设防长度;隧道墙角位置与仰坡拱肩45°角处为山岭隧道洞口抗震的薄弱环节;洞口段错距部位的震害要比其他部位更加严重,设计中可以考虑在错距部位适当增加岩土体积,以增强该部位的岩土约束作用;地震波作用下浅埋双洞错距山岭隧道地下结构之间存在较强的动力相互作用;在隧道结构周围设置大阻尼结构减震层可以有效降低隧道洞口的地震响应,减弱衬砌应变损伤。     

重载列车作用下隧道衬砌结构动力响应分析

以山西中南部铁路通道某既有隧道为背景，结合现场实测数据进行荷载分析，得到列车激振力函数表达式，并求得80 km/h时30 t轴重列车荷载轮轨激振力时程曲线；运用快速拉格朗日差分软件FLAC3D，建立了重载列车荷载作用下隧道三维地层-结构计算模型，得出了隧道衬砌的动力响应分布，并分析了重载列车作用下，隧道结构的薄弱部位及会车对结构产生的影响。     

狮子洋隧道洞口列车振动流固耦合分析

根据车辆-轨道耦合模型，采用弹性地基梁板模型，得到列车轨下激振力。按广深港高速铁路狮子洋盾构隧道洞口资料，建立精细的三维数值模型，通过FLAC3D软件对列车荷载引发的隧道动力响应进行了数值模拟，分析了列车振动作用下狮子洋隧道洞口水-土耦合规律。结果表明:在列车振动荷载作用下，孔隙水压力增长区域位于隧道周边的一定范围，主要分布在隧道底部地层, 在左右两隧道之间的隧道下方地层，超孔隙水压力值最大；地层受振位移响应等值线呈倒钟状分布，隧道上方影响范围大，且衰减缓慢，隧道下方影响范围小，且衰减迅速；管片左侧近域地层位移响应最大，列车振动对相邻隧道附近地层的影响不明显，其位移值远远小于左侧的地层位移。     

高速列车荷载作用下锚固边坡动力响应特征

以具体工程实例为依托,采取动力有限元与无限元相结合的分析方法,建立锚固边坡振动模型,对列车长期高速振动荷载影响下边坡岩土体及其锚固结构的动力响应特征展开了研究。结果表明:竖向位移动力特征显示,在高速列车荷载作用下,边坡竖向位移及加速度的最大值发生在坡脚处,最小值发生在坡顶处,随着边坡高度增加,竖向位移逐渐降低,且预应力锚杆框架对列车振动引起边坡沉降起到了一定的控制作用;水平位移动力特征显示,随着边坡高度增加,无锚固边坡水平方向位移峰值逐渐增大,水平位移动力响应最大值出现在坡顶,而坡脚的水平位移最小;列车荷载持续作用下,边坡岩土体内振动荷载逐步向远端传播,边坡位移变化范围也逐渐开始扩大,位移量值也开始增大,坡脚至第二级中部位移量达到1mm;在列车荷载作用下,上排锚杆轴力呈波动缓降趋势,缓降幅度0.63%,下排锚杆轴力呈波动上升趋势,上升幅度0.55%;边坡底部动态响应最为明显,振动加速度增幅最大,速度增幅次之,位移变化幅值最小,表明边坡底部的动力响应敏感性要显著大于边坡其他部位,这在边坡设计、加固治理中应引起格外注意。     

公路隧道衬砌混凝土火灾高温下的物理力学损伤规律

围绕公路隧道衬砌混凝土火灾高温下的物理力学损伤特征,通过大量的公路隧道衬砌混凝土试件烧蚀试验,及试件烧蚀后的探伤试验（超声波法、回弹法）、强度试验和刚度试验,系统研究国内公路隧道C20～C35常用混凝土标号区间的混凝土材料火灾损伤,给出各种工况下的损伤规律与表现特征。对公路隧道衬砌结构温度损伤形式进行划分,对混凝土材料的火灾后力学性能进行归纳分析,建立衬砌混凝土外观和力学指标与火灾温度的定性、定量关系,总结提出衬砌混凝土损伤等级,为定量与定性评价公路隧道衬砌混凝土损伤状况提供试验依据。     

双洞隧道洞口段抗减震振动台试验

以西南高烈度地震区某拟建隧道为背景,开展了隧道洞口段抗减震振动台模型试验研究.通过对有无减震层体系的对比试验,研究了减震层的减震效果;并针对目前振动台试验普遍采用的多次加载方案产生的损伤累积问题进行了分析,同时给出了围岩和衬砌的裂纹发展过程及破坏形态.结果表明:在围岩与隧道之间设置减震层可以有效减弱围岩与结构之间的动力相互作用,从而起到减震效果;在评价结构抗震性能时需要考虑多次加载产生的损伤累积和裂纹效应的影响.研究结果可为结构在地震作用下的开裂分析提供参考.     

在役岩溶公路隧道模型试验研究

以某高速公路某隧道为依托,在优选岩溶填充物、围岩和衬砌材料的相似材料的基础上,开展了几何相似比为1∶40的在役岩溶公路隧道室内相似模型试验,详细分析了对围岩土压力的分布规律和发展趋势,揭示了隧道岩溶处治后的隧道围岩和衬砌力学行为。试验结果表明:1重晶石粉、石膏粉、水泥按1∶12∶2的配比为胶结料,砂胶比3∶1,砂胶混合料水灰比1∶8,能较好的模拟Ⅴ级围岩;2在上覆岩层自重荷载作用下,以低于隧道围岩弹性模量的材料填充岩溶后,会导致填充材料产生比围岩更大的压缩变形,从而引起围岩土压力重分布和地表不均匀沉降;3当岩溶处在衬砌拱肩、拱腰和拱脚时,经处治后的岩溶仍对衬砌产生偏压的不利作用,需要引起高度重视。     

山岭隧道洞门段衬砌结构动力响应及震害机理研究

以汶川地震中遭遇严重破坏的烧火坪隧道为背景,建立三维有限元数值模型研究洞门浅埋隧道结构在地震作用下的动力响应特性。同时,为真实反映岩土体及混凝土衬砌结构在强震作用下的屈服变形及损伤破坏过程,在数值计算中引入Drucker-Prager屈服准则及混凝土损伤本构模型。根据数值计算结果对衬砌应力响应及结构损伤破坏分布特征等进行分析,并与现场震害模式进行对比讨论。研究结果表明:隧道洞门浅埋区域主要以拱腰及拱肩区域的受拉破坏为主,结构稳定性及破坏主要受第一个地震动峰值段控制;破坏程度随着隧道纵深的增大而逐渐降低,并在距离洞口约40 m处趋于稳定;隧道拱腰两侧围岩屈服破坏导致刚度降低是造成衬砌拱腰应力增大及破坏的主要原因。     

重载列车对隧道裂损衬砌承载性能的影响研究

为定量分析重载列车动载作用下隧道裂损衬砌裂缝的演化机制和承载性能的变化规律，采用扩展有限元与直接循环法相结合的方法模拟裂缝在列车荷载作用下的扩展路径，并通过模型试验对方法的有效性和准确性进行验证。模型试验与数值模拟的误差仅为3.7%，表明该数值模拟方法较为精确。研究发现： 1）在重载列车动载作用下，裂损衬砌仰拱处的动力响应相较于衬砌其他位置会更为剧烈，裂损衬砌仰拱处的安全系数与衬砌其他位置相比则更小，因此裂损衬砌仰拱位置为重载列车动载下的危险部位； 2）重载列车轴重对裂损隧道衬砌的动力响应影响比初始裂缝深度及车速对裂损隧道衬砌的动力响应影响更为明显，而裂损衬砌的安全性能受初始裂缝深度影响比受轴重及车速影响更为显著。     

公路隧道复合衬砌温度应力数值模拟

隧道混凝土衬砌开裂是工程中普遍存在的问题,根据浙江省某隧道各项监控量测数据和隧道实际地质情况,建立了基于弹簧-接触的隧道复合衬砌有限元模型,对隧道衬砌内部的环向应力进行分析,讨论了围岩均布荷载,变温,围岩偏载等条件对衬砌内部环向应力的影响,结果表明,偏压荷载和变温均对衬砌结构受力影响较大。     

山岭隧道振动台模型试验研究的现状与展望

山岭隧道在地震作用下的动力响应与抗震性能,是近10年来国内外工程界及学术界的一个研究热点。采用振动台模型试验,直接模拟与再现地震作用下围岩与隧道结构的动力响应,是研究其动力特性和抗震性能的一种重要手段。针对山岭隧道的振动台模型试验研究,从对象与目的、相似理论、相似材料、模型制作、地震波选取等5个方面,系统地论述国内外山岭隧道振动台模型试验的研究现状,同时也对其今后的发展趋势进行了展望。     

高速列车振动对铁路隧道内力的影响

铁路隧道质量的好坏直接影响到铁路线路质量的好坏.铁路隧道出现的滑坡、渗水、开裂等许多问题都和高速列车的振动有关.高速列车的振动引起的附加动力对隧道内力的影响较大,隧道的内力与高速列车振动时产生的附加动力成正比.附加动力将会使隧道材料的力学性能发生改变、使铁路隧道的质量变差.该文从铁路隧道的实际受力情况出发,提出了在高速列车振动下铁路隧道内力的计算公式.     

基于疲劳寿命的40 t轴重重载单线隧道隧底参数优化

基于疲劳寿命分析方法对几内亚西芒杜新建40 t轴重重载铁路隧道进行隧底结构参数设计优化分析。考虑不同围岩等级、轴重、结构参数以及行车速度等的多种工况,采用动力有限元方法得到列车动载作用下隧底结构疲劳危险部位的应力时程曲线即应力水平,而后根据疲劳累积损伤理论,创新性地考虑应力疲劳与材料碳化的耦合,得到了不同工况隧底混凝土结构的使用寿命。最后给出了不同围岩级别下单线有砟铁路隧底结构优化参数,探讨了轴重和行车速度对结构疲劳寿命的影响规律。     

隧道爆破荷载作用下中隔壁动力响应与破坏机理研究

中隔壁结构作为隧道初期支护体系中重要的承载构件，在隧道爆破荷载作用下极易发生损伤开裂和破坏。首先依托双向八车道的港沟高速公路隧道工程，进行爆破荷载作用下中隔壁的动力损伤破坏试验，提出中隔壁支护结构的破坏形态及类型；然后利用ANSYS/LS-DYNA建立隧道爆破与中隔壁支护结构数值模型，采用流固耦合的方法模拟岩体爆破及中隔壁支护结构的动力响应，并考虑单段装药量、爆距等不同因素，研究其对中隔壁破坏模式及形态的影响。研究结果表明：隧道爆破荷载作用下中隔壁破坏形式分为背爆侧混凝土开裂剥落、中心区域混凝土震塌成洞、钢筋网及纵向连接钢筋震坏断裂、钢拱架发生扭曲变形4种类型；中隔壁支护结构在爆破应力波的作用下处于反复拉压状态，并在岩石破碎抛掷冲击的作用下发生破坏，且中隔壁支护结构中心、顶部和底部是结构最易发生损伤的部位；单段装药量和爆距的改变会对中隔壁支护结构的破坏范围和破坏程度产生影响，且结构呈现出不同的破坏形态，与现场试验结果一致；建议隧道爆破施工时爆距控制在40 cm以上，单段药量控制在7.2 kg以下，以减少对中隔壁支护结构的破坏。     

列车振动荷载作用下明挖隧道施工过程中支护结构的动力响应分析

为了研究既有铁路沿线附近明挖隧道施工过程中支护结构的动力稳定性,结合FLAC3D软件分别采用列车静载和动载模型研究车致振动对周围自由场以及隧道基坑开挖施工的影响。主要结论如下:1)采用列车静载模型所得结果小于动载模型的结果;2)车致振动以竖向分量为主,振动幅度沿水平向衰减很快,在距既有线6 m范围内衰减剧烈,之后趋于稳定;3)沿竖向衰减较慢,在20 m深度范围内,沉降量基本与深度呈二次曲线关系,之后趋于稳定;4)在既有线列车荷载作用下,不同施工阶段基坑底部总体有反拱趋势,为5~8 mm;5)采用锚索支护体系可以明显减小基坑侧壁的内倾变形。研究表明,既有线的列车荷载作用在水平方向上对于拟开挖隧道无明显振动影响,在竖向上当采用围护桩和锚索支护体系后可确保明挖隧道施工过程的整体稳定性。