高海拔隧道热固型材料防冻保温层厚度的隔热效果仿真分析

在建立隔热层/衬砌/围岩的二维传热学分析模型基础上,基于二维稳态导热有限元分析方法对隧道围岩、衬砌温度场分布进行模拟仿真计算。首先,对地域环境年平均气温-3.5℃条件下,不同设计厚度的热固性隔热料福利凯(FLOLIC FOAM)的防冻保温效果进行了分析;其次,对防冻保温层设计厚度为5 cm且隧道环境温度由-3.5℃下降至-10℃时,单位厚度隔热层防冻保温导致的温差变化及其产生的隔热效果进行了对比;第三,当隧道环境气温从-3.5~-35℃范围变化且隔热层厚度为5 cm时,给出了可达到的防冻保温最低温度范围。     

寒区隧道温度场数值模拟

针对寒区隧道的冻害问题,对隧道的温度场以及保温层对隧道的防冻效果进行了一维数值模拟。所得数值模拟结果表明隧道温度场的变化在贯通后约3个月趋于稳定并随隧道大气温度规律变化,隧道温度场变化与大气温度变化相比表现出明显的滞后性;隧道设置厚度不小于2 cm的保温层,防冻效果良好。     

石灰处理软土路基当量回弹模量换算新方法

在分析了现行设计规范中当量回弹模量计算公式缺陷的基础上,通过大量计算分析,以等效弯沉的原则,回归出了荷载作用半径为15cm的换算公式。修正后的新公式适用于天津地区石灰土与原状软土模量比小于8且石灰处理厚度大于20cm的路基顶当量回弹模量换算。     

冻胀力作用下土质隧道衬砌内力影响因素敏感度分析

运用有限元数值模拟,计算分析了隧道衬砌内力(弯矩、轴力、最大拉应力)对土体冻胀率、冻结圈厚度、衬砌厚度、围岩弹模的敏感度。研究表明:隧道衬砌弯矩、轴力及拉应力对围岩自由冻胀率均敏感;隧道衬砌轴力、拉应力对围岩弹模敏感,而隧道衬砌弯矩对围岩弹模的敏感度较小;隧道衬砌内力受冻结圈深度影响较为明显,而衬砌厚度对衬砌内力影响相对最弱。建议对于季节性冻土区隧道设置保温隔热层及在衬砌背后一定范围内的注浆。     

爆炸作用下超挖回填层对隧道衬砌动力响应分析

破碎岩体中隧道的超挖回填层,对隧道衬砌结构的受力将产生较大影响。基于LS-DYNA动力有限元数值分析软件,建立了爆炸荷载下隧道衬砌结构动力响应的计算模型。通过改变回填层介质弹性模量,得到了隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度和有效应力的变化规律,探讨了对隧道衬砌动力响应的影响。同样通过改变回填层厚度,探讨了回填层厚度对其的影响。结果表明,回填层弹性模量为围岩弹性模量的1/60、厚度为20cm时爆炸防护效果最好。研究成果为相关工程设计和施工提供了理论依据。     

盾构隧道衬砌结构的抗震分析

利用有限元软件ANSYS,在建立有限元模型的基础上,计算管片衬砌模型和有内衬的双层衬砌模型在8度地震荷载作用下衬砌的受力情况,并通过对不同内层衬砌厚度的计算比较,给出8度地震区合理的内衬厚度。     

火灾工况下两车道公路隧道承载力计算方法

常规下衬砌结构承载力的计算主要采用荷载结构法与地层结构法。但在火灾工况下,衬砌截面上每一点的温度分布不均,随厚度增大而降低,同时,材料的物理力学参数以及衬砌厚度也随着温度的变化而变化,而在常规计算方法中,计算参数的定义很难反映火灾工况下材料物理力学参数的实际变化。因此,本文提出一种能够反映火灾下材料物理力学参数实际变化的计算方法,同时将衬砌单元由常用的梁单元换成平面应变单元,然后根据实际情况对模型分层赋予属性并进行结构承载力计算,为以后火灾工况下公路隧道承载力计算提供借鉴。     

移动恒载下设置隔裂夹层的复合式路面动力响应分析

级配碎石防反技术具有较好地防止"白改黑"路面反射裂缝的作用。将微黏结级配碎石引用到"白改黑"加铺结构中,通过建立ABAQUS三维有限元加铺结构模型,并采用黏弹性人工边界,分析了移动恒载作用下设置隔裂夹层的复合式路面动力响应。分析表明:设置微黏结级配碎石夹层可以显著减弱沥青加铺面层的动力响应;根据接缝处面层层底最大主应力与最大剪应力变化规律,建议设置夹层的沥青加铺厚度宜为15 cm;将夹层置于具有一定刚度的下卧层之上,更能发挥其隔裂效果;夹层模量在一定程度上影响着沥青加铺面层的动力响应特性,并且存在着一个最佳模量范围,约在584 MPa左右,使得面层的剪应力达到最小;夹层厚度对沥青加铺面层层底剪应力影响不大,建议夹层厚度设计在15 cm左右。     

基于车辙等效的沥青路面轴载换算方法

以剪切应力强度比为指标建立了基于车辙等效的沥青路面轴栽换算方法。通过有限元路面力学和温度场模型对典型高等级沥青路面结构进行分析,得到不同环境和荷栽条件下的轴载换算指数,通过多元线性回归得到其预估公式,并通过实例计算结果与现行规范方法的进行了比较。研究表明：面层厚度、层位、混合料类型、温度和车速条件都对轴载换算指数有着显著的影响;沥青混合料剪切应力强度比与抗车辙性能之间的良好的相关性并不依赖于材料类型、温度、荷载和围压水平;基于不同控制指标的轴载换算结果相差较大,本文提出的基于车辙等效的换算方法可以作为现行规范方法的有益补充。另外,认为进行轴载换算时对于不同沥青层位应该分别计算。     

隧道衬砌背后脱空识别的改进瞬变电磁雷达法

针对衬砌背后脱空检测图像特征不显著、脱空定位及范围识别准确性较低等技术难题，以瞬变电磁理论为基础，结合隧道衬砌结构检测需求，提出了隧道衬砌背后脱空识别的改进瞬变电磁雷达法；通过改善发射系统关断时间增大探测深度；利用接收线圈等效电路及弱信号增强算法提升成像分辨率；在剔除强干扰信号并增大发射磁矩基础上，采用圆滑滤波处理及多周期叠加采样抑制数据噪声；基于视电阻率差异建立衬砌结构相关介质的TER图谱，通过不同类型混凝土构件的多种组合进行室内衬砌缺陷模拟检测试验，初步评估改进TER法检测衬砌背后脱空的可行性及其检测精度；在北京市地铁6号线郝北隧道进行了现场实际检测与应用，综合对比了TER检测图像与管片钻芯取样结果，以验证改进TER法检测衬砌背后脱空的有效性。研究结果表明：改进TER法具有较高的成像分辨率与较好的缺陷辨识效果，可直观清晰地反映衬砌背后脱空缺陷的实际特征，能有效识别衬砌厚度、钢筋埋深、衬砌背后脱空及衬砌内部空洞的具体位置及范围；可定量化描述10～20 cm的脱空缺陷，并对小于10 cm的脱空缺陷进行定位及脱空量级判定，对于衬砌背后深度达30 cm以上目标体的识别结果具有较好的参考性；...     

沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面承载力分析

为了防止公路的早期破坏,为长寿命路面结构研究提供理论依据与技术支持,应用有限元方法对沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面进行了温度场与疲劳应力分析。分析结果表明:小于4cm的沥青混凝土面层主要用于改善路面使用性能;大于4cm的沥青混凝土面层可以有效改善路面的温度场,每增加2cm,可满足15%～20%的超载要求。可见该复合式路面能够承受重载和一定程度的超载而不发生疲劳破坏。     

大跨度傍山棚洞衬砌结构安全性分析

运用荷载结构法,计算棚洞三维衬砌结构各单元的内力值,并根据其衬砌结构的配筋情况进行安全性计算。数值模拟表明:棚洞衬砌结构的最大轴力出现在靠山侧边墙墙脚位置,最大负弯矩出现在曲墙中央区域,最大正弯矩出现在左顶板中央区域;跨中处断面衬砌结构的安全系数较柱顶支座处断面衬砌结构的安全系数略高,整个衬砌结构的安全系数满足相关JTGD70—2004《公路隧道设计规范》要求。     

沥青路面高温车辙仿真分析研究

基于粘弹塑性理论粘弹塑性本构关系,运用ANSYS软件建立了津滨高速改扩建新建沥青路面车辙分析的有限元模型,对比分析了优化路面设计方案（GTM法）与原设计方案（Marshall法）路面车辙的发展规律。结果表明：GTM法优化设计方案具有较好的抗车辙效果,显著延缓了车辙病害的发生;永久变形主要由绝对车辙引起,侧向隆起仅占4％,沥青路面车辙主要产生在结构表面以下20cm深度范围以内,主要集中在4～10m范围,这部分的永久车辙变形约占总变形的60%。另外,进行了一系列重载作用下的路面车辙模拟,对基于车辙等效的轴栽换算进行了探讨,提出轴载换算系数为5.62,对今后的基于车辙为控制指标沥青路面设计具有重要的指导意义。     

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。     

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。     

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。     

聚合物脊型光波导的有限元分析

利用有限元法分析了聚合物脊型光波导的基模及高阶模的色散特性和横向场分布,研究了芯层厚度、脊高和脊宽等结构参数对色散特性的影响,计算结果表明,在芯层厚度小于1.3μm、脊宽小于5μm、脊高小于0.2μm时,波导将形成单模传输。     

软岩小净距隧道最优开挖方法数值模拟

以兰渝线新城子隧道为背景,利用有限元法模拟并分析了不同开挖方法对软岩小净距隧道的相互影响,以及双层支护结构在小净距隧道中的应用效果.结果表明,双层支护可以有效的控制地应力的分阶段释放;第一层初支承担大部分围岩荷载,第二层初支承担第一层初支变形引起的荷载;通过对比分析发现,两隧道交互开挖、待左右线均开挖完成后再施作二衬为最优工法.