高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力.基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移.利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律.该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合.采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性.计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+ 900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态.     

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。     

考虑流变特性的隧道围岩变形效应分析

为了探讨考虑流变效应情况下隧道围岩和衬砌的变形情况,从而进一步确定隧道的合理衬砌时机。首先,分析围岩的流变特性对隧道变形和衬砌抗力的影响,通过理论推导得到了同时考虑黏弹塑性的隧道围岩变形计算公式,该公式包含时间参数,可确定达到不同衬砌位移及围岩位移所需要的时间。然后,以南龙铁路隧道工程为背景,针对隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩压力和初衬内力,开展隧道二衬合理支护时机的监测分析,得到围岩变形计算公式中的待定系数,并确定隧道衬砌的合理支护时机。将得到的结果与现场监测的结果进行对比,发现二者得到的二衬支护时机基本相同,从而验证计算结果的正确性。     

隧道围岩与衬砌结构变形规律数值模拟研究

针对隧道施工过程中的围岩稳定性问题,运用FLAC软件比较分析了未采用衬砌与采用衬砌加固两种工况下隧道围岩的应力分布与变形规律.数值计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,隧道衬砌与周边岩体之间的接触面采用接触单元.结果发现,未采用衬砌加固措施前,隧道周边岩体变形较大,隧道硐室出现大规模的垮塌现象;经过混凝土衬砌加固之后,岩体变形显著减小.此研究对隧道的开挖与衬砌结构的施工提供重要参考价值.     

乌鞘岭隧道地应力特征与软弱围岩的变形防治

兰武二线乌鞘岭隧道横穿祁连山东麓,长20050m,最大埋深1050m。在岭脊志留系千枚岩夹板岩及断层构造岩等软弱围岩段的隧道开挖过程中,围岩强烈变形,不仅支护失效甚至钢架亦被严重扭曲,且持续变形长时间不收敛。地应力测量研究表明,隧道岭脊段具有明显的现今构造应力作用,地应力的总体特征为:SH≥SV>Sh。分析认为,隧道围岩变形的主因是:在较强构造应力与垂直重力的共同作用下,由于未及时施做二次衬砌,软弱围岩及初期支护不能承受该作用力,以致产生了持续性的流变变形。工程实践表明,围岩应力状态是支护设计的依据,而适时支护、衬砌非常重要。允许围岩适度变形,使围岩应力得以适度释放;选择在流变大变形尚未形成,围岩尚未丧失其抗载能力的时刻,及时进行支护衬砌,对确保围岩稳定和支护衬砌结构安全具有重要意义。     

寒区隧道应力和位移弹塑性统一解及对比分析

选择合理的屈服准则分析寒区隧道弹塑性解能为寒区隧道稳定性分析提供理论基础。为此，结合Mohr-Coulomb准则(即M-C准则)和外接圆Drucker-Prager准则(即D-P准则)分析得到考虑中间主应力效应的统一强度准则，建立寒区隧道弹塑性力学计算模型，基于线性非关联准则推导得出考虑围岩不均匀冻胀特性的寒区隧道应力场及位移场的弹塑性统一解，并对所得统一解答式进行算例及参数分析。研究表明：采用M-C准则计算偏于保守，而利用外接圆D-P准则计算偏于危险，考虑中间主应力效应能充分发挥围岩承载潜能，有效缩小塑性半径，缓解衬砌冻胀变形；统一强度理论参数b保持常数时，初始地应力、衬砌强度、不均匀冻胀系数及围岩体积冻胀率等参数的变化对寒区隧道应力及塑性半径变化影响显著。该研究成果可丰富寒区隧道工程设计理论。     

考虑纵向施工的深埋软岩隧道黏弹-塑性时效解析

软岩通常具有较强的蠕变性,深部软岩隧道的围岩收敛和支护受力往往表现出明显的时效特性。因此,考虑隧道掌子面推进的同时,运用流变理论对深部软岩隧道的围岩应力变形时效规律进行分析具有重要意义。研究针对深埋软岩中圆形隧道的纵向开挖过程,同时考虑掌子面推进引起的应力释放效应和围岩自身的蠕变性,推导出隧道纵向施工中围岩应力变形的黏弹-塑性时效解。解答中假定围岩服从Burgers-MC黏弹-塑性模型(CVISC),隧道纵向为连续不间断开挖。基于所提出的理论解,对新疆特克斯软岩隧道开挖过程中的围岩变形应力进行了初步预测和分析;同时,通过对比FLAC数值模拟结果和现场监测数据,验证了解答的正确性和可靠性。进一步,基于解答深入研究深部黏弹-塑性软岩中隧道围岩的应力、变形及黏塑性区域随时间和开挖过程的演化规律。研究结果表明：黏弹性区和黏塑性区边界上应力是定值,与黏塑性区大小无关;在隧道开挖阶段,应力释放引起的围岩位移占主要成分,后期应力释放完成后,围岩蠕变变形占主要部分。本解答为深埋软岩隧道施工过程中的围岩收敛变形和应力预测提供了理论方法。     

隧道下穿施工对夹层岩柱围岩应力影响研究

为探明交叉隧道夹层岩柱围岩应力变化规律及其影响因素,开展重力条件下相似模型试验,采集新建隧道开挖期间夹层岩柱附加应力和既有隧道衬砌应变,并进行相应的数值计算。研究结果表明,新建隧道开挖完成后,交叉点处夹层岩柱中围岩应力急剧下降;受下部隧道开挖的影响,既有隧道轴向呈现"下凹"状态,由于应变监测断面两侧底部围岩应力相继释放,环向附加应变由非对称分布逐渐变为对称分布。夹层岩柱中围岩应力下降区域分布呈"漏斗"状,既有隧道的遮蔽效应使得交叉点处附加围岩应力小于其他部位;围岩条件较好时,既有隧道底部附加围岩应力较小,随着新建隧道开挖跨度和体积损失率的减小,地层中附加围岩应力也逐渐减小。     

各向异性软岩隧道围岩蠕变特征及支护方案对比分析

在高地应力条件下具有层理构造的软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的蠕变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。本文采用有限元方法分析了兰渝铁路木寨岭隧道深埋软岩段双层和三层衬砌支护的效果。结果表明:在初期支护和二次衬砌之间增设轻质混凝土缓冲层有利于隧道围岩应力和变形的调整,可有效降低支护结构受力,从而充分发挥二层衬砌与锚杆的长期支护作用,更适用于高地应力条件下长期流变特征明显的软岩段隧道支护。     

高地应力软岩隧道超前导洞法施工围岩变形预释放规律分析

为解决高地应力软岩隧道大变形问题,在正洞开挖前先开挖超前导洞,通过超前导洞的位移释放部分初始应力,从而减少正洞扩挖后的支护变形和降低作用在支护结构上的压力.本文引入释放率概念,通过对超前导洞的不同尺寸、位置等条件下围岩变形预释放规律的数值分析和研究,提出了具有较好释放效果的合理参数组合.     

深埋高地应力引水隧洞应力解除爆破施工技术应用

锦屏二级水电站为超埋深大洞径长隧洞特大型地下水电工程,引水隧洞开挖施工过程中高地应力造成岩爆是施工的重难点之一。在实际施工过程中,采取多种措施相结合的方式进行岩爆的预测、预报及防治。介绍了深孔应力解除爆破施工技术在本工程3号、4号引水隧洞强岩爆段应用情况。     

钢轨中的残余应力

概述了钢轨中残余应力的产生原因、分布形态以及对钢轨使用性能的影响,同时简要介绍了测量钢轨中残余应力的几种常用方法.     

钢轨纵向应力的超声波检测

钢轨纵向应力是铁路安全与维修中一个突出的问题。日常及季节性的温度变化使无缝钢轨产生很高的纵向应力（LRS）。一旦钢轨中出现过大的纵向拉应力，会导致钢轨绝缘连接板及其他钢轨扣件出现疲劳。当出现过大的纵向压应力时．可能引起胀轨．该问题已经成为铁路行业进行安全方面研究的重点。此项研究的目的是为铁路企业在需要的地点提供对钢轨纵向应力进行检测的能力．     

柔性构架的动应力仿真

采用有限元软件ANSYS建立了CW200型转向架构架的柔性体模型，在此基础上，利用动力学软件SIMPACK建立，完整的CW-200型客车系统动力学模型，通过时域积分，计算出系统结构的振动响应和各项动力学指标，把构架动态载荷重新引入ANSYS中后得到构架各部位的应力分布云图以及关键部位的动态应力-时间历程。本文的研究方法不仅实现了有限元计算与多体动力学分析之间的有效结合，而且完成了多体系统动力学研究中刚体与柔性体之间的耦合，是构架设计新方法的尝试。     

用超声波探伤评估车轮应力

通过超声波探伤,对锻造车轮轮辋上的应力变化进行分析,并将测试值与有限元模拟进行了比较,得出了一致的结果.     

考虑施工过程的结构受力分析方法

论述地铁车站等地下工程施工过程中结构的受力状态会不断发生变化,结构受力分析需要考虑施工过程的影响.指出施工过程分析方法有总量法和增量法,目前应用较多的是增量法.通过理论分析和工程实例计算比较,得出结论:对于线性问题,两种方法能够得到完全相同的结果;而对于非线性问题,增量法在理论上存在缺陷,实例分析结果表明与总量法有较大...     

圆柱滚子轴承的静态应力分析

圆柱滚子轴承在载荷作用下的应力分析，是典型的边界非线性的接触问题，其特点和难点在于接触边界和接触力事先是未知的，文中提出一种 求解带摩擦接触问题的数值算法，即拟高斯近代法，并研制了一套求解接触问题的非连续有限元程度，应用该程序求解圆柱滚子轴承在受载情况下的应力，计算经果与光弹实验结果有良好的一致性，表明这种算法和程序是可靠的，有限元分析和光弹实验均表明，最大拉应力产生于外圈滚道面，而且外圈外表面应力变化幅度远小于滚道表面应力变化幅度，因而正常情况下不会发生外圆外表面损坏先于滚道表面的现象，这与实现工程中滚动轴承损坏情况相吻合。     

逆斜切式隧道门的受力机理

采用有限元对逆斜切式隧道门的受力进行三维数值模拟分析,并用几何相似比为1∶30的模型试验结果进行验证。分析结果表明,逆斜切式隧道门结构的受力基本特征是:隧道洞口结构处于三维受力状态,按壳体结构进行设计比较合理;当进入洞内距离超过隧道洞径约2.5倍的洞身地段,纵向轴力值远小于横向轴力,且横向弯矩是纵向弯矩的6~10倍,因此在结构设计中可不必考虑纵向内力的影响,简化成平面应变问题;在衬砌突出部位与岩层的交界面上,拱顶沿隧道纵向的轴力达到最大值,而且处于受拉状态,因此对洞口段衬砌结构纵向应进行配筋设计。     

轮轨接触应力的有限元计算

为了得到精确的数值解,应用弹塑性理论及大型有限元软件ANSYS对轮轨接触应力进行了有限元计算,同时对建模、单元选择、网格划分、参数确定等计算过程进行了说明,得到了不同轴重(1t~30t)时轮轨塑性区尺寸、接触斑形状、Mises当量应力最大值及轮轨接触面压应力随轴重的变化规律。     

城市轨道交通列车驾驶员职业压力分析

通过访谈及文献检索筛选出城市轨道交通列车驾驶员的职业压力来源及其压力因素,并设计调查问卷。通过问卷调查得到对驾驶员影响较大的职业压力因素主要来自作业负荷、设备故障以及管理方式方面。基于调查结果,通过统计分析发现性别、年龄、工龄等变量是影响驾驶员职业压力感受度的重要因素。最后,基于以上分析针对影响力大的压力因素和不同驾驶员群体提出减缓职业压力的建议。