深埋圆形衬砌群对入射平面P波的多重散射

运用波函数展开法和Graf加法定理,根据衬砌群与周围介质在界面处位移和应力连续及衬砌内边界完全自由的边界条件,得到深埋圆形衬砌群对平面P波多重散射的理论解。分析P波的入射频率、衬砌间距和衬砌厚度对高、低硬度2类双衬砌内侧动应力集中因子的影响,并与单个衬砌的情况进行对比。结果表明：随着入射频率的增大,衬砌之间的相互影响越来越明显,动应力集中因子的最大值出现在两衬砌的临近区域;对于低硬度双衬砌,动应力集中因子的最大值小于单个衬砌的情况,且会随着入射频率和衬砌厚度的增大而减小,而高硬度双衬砌则正好相反。     

平面波作用下饱和土马蹄形隧道动力响应分析

研究目的:我国地处地震活跃带,在深埋和沿海等富水地区,马蹄形断面的隧道分布广泛,然而在理论解析研究方面,有关马蹄形隧道动力响应的研究还比较少。饱和土体介质的模拟以及非圆形隧道断面映射精度等是问题的主要难点。因此,本文基于Biot饱和多孔介质动力学理论,引入保角变换和波函数展开法,采用复变函数解法得出富水地区开挖马蹄形隧道在平面波作用下的应力与位移解析解,分析动应力响应影响因素。研究结论:(1)透水和不透水边界下,隧道的动力响应差别较大,透水情况下的最大动应力集中系数远大于不透水情况,隧道穿越富水地区时,开挖后需立即采取防水封闭措施;(2)动应力响应和孔压响应受入射频率影响较大,随孔隙率和渗透参数的增大,孔压响应增大,可见采用饱和土多孔介质模拟富水地区隧道围岩动力响应更接近实际情况;(3)本文为马蹄形隧道动力响应的求解提出了一种快速、准确的计算方法,可克服数值计算中网格划分造成的计算慢、精度低等问题,可为抗震设计提供一种理论依据。     

高速铁路环境振动黏弹性边界数值模型及验证

为研究有限元法在高速列车荷载引起的环境振动问题研究中的应用及模拟精度,采用数值方法分析列车运行引起桥梁附近自由场振动问题,数值模型包括列车-轨道-桥梁耦合模型和墩-桩-土耦合模型。其中,墩-桩-土模型采用有限元方法建立,引入黏弹性人工边界从半无限介质土体中截取出有限计算域。通过在模型截取边界施加切向和法向弹簧-阻尼单元,消除模型边界处波的反射与透射。其计算精度通过求解Lamb问题可知,黏弹性边界相比固定边界更加接近于解析解。再将黏弹性边界应用于车致环境振动数值模型,数值分析结果与现场测试结果进行对比,可以看出实测时程与分析结果时程曲线波形和幅值均吻合较好,从1/3倍频程对比曲线可以看出,地面响应峰值频率约为50 Hz,数值分析与现场实测结果在响应优势频段吻合较好。由总振级结果可知,地面响应随与振源距离的增加而减小,数值分析结果与实测响应结果在各测点的具体数值存在一定差值,但差值较小,且振动衰减趋势基本一致。     

双向聚能非均布荷载作用下浅埋隧道动力响应

通过解析方法研究爆炸荷载下动力响应问题.模型假定在半空间弹性土体中衬砌隧道中心处发生爆炸,荷载简化为双向聚能的非均布瞬态周期荷载并作用在隧道边界上,根据弹性动力学理论和Hamilton壳体理论得到围岩运动方程和衬砌运动方程,通过Laplace变换、波函数展开法和Graf坐标变换法,得到频域下爆炸荷载作用下隧道衬砌及围岩位移和应力响应表达式.利用Laplace数值逆变换得到时域响应半解析解,分析隧道在不同位置、埋深、衬砌厚度和荷载集度的波动特性.数值计算结果表明:隧道顶部和底部响应的方向相反,不同位置处响应趋势都趋于一致,随时间推移,响应逐渐衰弱;随着隧道埋深的增加位移场响应幅值先增强后减弱,在应力场中,隧道侧向响应幅值变化较小,而在隧道顶部和底部产生的幅值变化较大;衬砌厚度增加,隧道周身响应随之减小,并且厚度增加对隧道顶部和底部响应幅值影响较大;当荷载集度增加隧道顶部和底部附近出现较大的环向位移,顶部径向位移增大底部减小,应力响应在隧道顶部衰减,环向应力响应在底部增强.     

简谐环形荷载作用下饱和土体中

基于Biot理论,研究了带有衬砌的圆形隧洞在法向简谐集中环形荷载作用下的动力响应.假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力幅值解答,最后用傅立叶逆变换得到动力响应幅值的数值解.与不考虑衬砌的隧洞动力响应相比,数值分析的结果说明衬砌对动力响应有较大影响.     

简谐环形荷载作用下饱和土体中圆形衬砌隧洞的动力响应研究

基于Biot理论,研究了带有衬砌的圆形隧洞在法向简谐集中环形荷载作用下的动力响应。假定衬砌为弹性体,土体为饱和多孔介质,结合边界条件及连续条件,通过傅立叶变换得到波数域中衬砌和土体的应力、位移和孔隙水压力幅值解答,最后用傅立叶逆变换得到动力响应幅值的数值解。与不考虑衬砌的隧洞动力响应相比,数值分析的结果说明衬砌对动力响应有较大影响。     

深埋非圆形隧道开挖围岩的弹性和黏弹性位移解析

为研究深埋非圆形隧道开挖引起围岩的弹性和黏弹性变形解析解,首先通过复变函数的方法,得到了围岩中位移的弹性解.之后,根据弹性-黏弹性对应原理,采用Burgers黏弹性模型,通过拉普拉斯变换和拉普拉斯逆变换,得到围岩位移的黏弹性解.最后以Ⅳ级围岩中铁路双线隧道为例,通过搜索边界映射点的方法,得到其映射函数.给出了隧道附近的...     

轴向流动中可移动弹性支承黏弹性圆柱体的动力特性

分析了轴向流动中可移动弹性支承对黏弹性圆柱体动力特性的影响.以弹性支承点为分界点,分段建立了运动微分方程,同时还建立满足支承点处的连续条件.应用微分求积法导出其特征方程,运用Matlab语言编程求解黏弹性圆柱体在轴向流动中的前三阶复频率,对可移动弹性支承的弹簧刚度和支承点位置对圆柱体动力特性的影响进行了分析.     

一种新型弹性联轴节的形状优化设计

应用有限元法对一种新型机车车辆驱动系统的弹性联轴节进行了强度分析,找出了应力集中点,并以应力集中处的应力作为目标函数,以弹性联轴节的结构尺寸为设计变量进行优化设计,从理论上求出了研究对象的最优形状,从而为整个系统的设计开发奠定了基础。     

考虑荷载间歇的粉土填料变形行为及临界弹性应变分析

路基受到的动荷载由列车通过时的连续性周期荷载与列车未通过的荷载间歇组成,大多数对路基填料变形特性的研究中忽略了荷载间歇的存在,无法正确认识列车荷载对路基的作用特征。为了对间歇性循环荷载作用下的重载铁路路基粉土填料变形特性进行研究,开展不同动应力、含水率及围压条件下连续性循环荷载和间歇性循环荷载的动三轴对比试验,探讨荷载间歇对粉土填料累积塑性应变及弹性应变的影响,分析间歇加载下粉土填料的弹性应变变化规律。试验结果表明,荷载间歇显著影响粉土填料的累积塑性应变大小和变形行为;间歇阶段的存在使得粉土填料抵抗弹性变形和破坏的能力得到提升;间歇加载下粉土填料的弹性应变随动应力幅值和含水率的增加而增大,随围压的增大而减小。通过对间歇加载下试样的不同变形行为类型进行分析,得到不同安定状态下的临界弹性应变的取值,试样为最优含水率、天然含水量及饱和含水率时,安定极限弹性应变分别为0.14%,0.11%及0.09%,蠕变极限弹性应变分别为0.30%,0.17%及0.13%。研究结果拓展了安定理论的适用性,为认识和评价重载铁路路基的变形行为提供参考。     

高水压富水山岭隧道不同排水率的分析研究

以某富水区山岭隧道为工程背景,通过建立有限元地层结构模型,对隧道结构在高水压力作用下的力学行为进行模拟分析,得出排水率对衬砌外侧水压力分布规律以及衬砌结构受力情况变化规律的影响。研究结果表明:通过改变排水率可以有效降低衬砌外侧水压力,但过低的降低排水率,衬砌外侧水压力降低效果不明显。     

富水软土地区单墙衬砌地铁车站防水技术

研究目的:解决富水软土地区地铁车站采用单墙衬砌(地下连续墙直接作为结构的侧墙)结构的防水问题。研究方法:针对上海地铁2号线西延伸工程淞虹路车站设计采用连续墙直接作为主体结构侧墙的实际情况,结合地下工程防水技术规范和地铁设计规范,研究地铁车站混凝土结构自防水、连续墙(侧墙)接头、诱导缝、施工缝防水技术以及侧墙抗裂砂浆防水涂层(刚性四层抹面防水层)防水技术。研究结论:富水软土地区单墙衬砌地铁车站较双墙结构防水技术难度大,设计和施工要求高;连续墙(侧墙)接头是防水设计和施工的关键部位;采用十字型钢板的刚性止水接头可以满足结构防水需要;当连续墙接头与主体结构诱导缝对齐时,采用包覆丁基橡胶腻子的十字型钢板,既起到防水作用,又满足诱导缝结构变形作用。     

提高隧道止水带安装质量的方法

隧道施工缝为隧道衬砌最薄弱部位,其防水效果直接影响到结构的耐久性及后期运营的安全性,尤其是电化铁路,对隧道渗水要求极为严格。一般隧道设计施工缝防水为"三防",纵向施工缝采用背贴式止水带、钢边止水带,环向施工缝采用中埋式止水带。施工过程中由于施工工艺、工人技术水平、保护措施不到位等原因,止水带的安装经常出现安装线形不顺直、埋设位置偏移、止水带破损等质量问题,严重影响防排水效果。在采用测量定位、钢筋卡固定、垫层施工后,止水带施工质量可有效提高。     

隧道围岩渗流和衬砌水压力荷载

从地下水的渗流作用出发,对作用于隧道衬砌的水压力荷载的计算进行了讨论,并得出以下几个结论：一是在采用全封堵防水衬砌的情况下,无论围岩的渗透系数多小,都必须考虑同地下水位相应的水压力荷载。二是只有透水的衬砌（或设置排导系统）才能考虑水压力折减系数。水压力折减系数的量值主要取决于衬砌渗透系数同地层渗透系数之比。三是对于高水头的深埋隧道,为避免量值较大的水压力,应设置排导系统,不宜采用全封堵衬砌结构。要采用围岩注浆来控制地下水的排放流量。     

干湿交替条件下膨胀围岩隧道的力学性态研究

以广西南宁膨胀土为围岩材料,制作室内膨胀围岩隧道物理模型。通过对隧道模型进行干湿循环试验,得出围岩在吸水及失水条件下的围岩应力-时间关系曲线及衬砌应变-时间关系曲线。试验认为在吸水过程中大部分测点的围岩压力都经历了增长、减小、不同速率的再增长3个阶段。衬砌变形则经历缓慢增长、急剧增长、急剧减小、微增长4个阶段;在失水过程中,从整体上可以将围岩压力变化分为两部分,即围岩失水收缩致使衬砌和围岩的接触压力下降导致围岩应力值减小以及土体收缩产生收缩应力导致应力监测值增大。并分析这种变化规律的形成机理,证明时间效应和空间效应的存在。为今后膨胀围岩隧道的结构设计和施工优化提供一定的理论参考。     

大断面水下盾构隧道管片设计参数及其统计分析

以国内大型水下盾构隧道的构造设计为基础,结合国外典型盾构工程实例,分析我国水下盾构隧道衬砌构造设计现状,并对管片外径与管片楔形量、管片厚度、管片分块数、标准块圆心角、标准块重力等衬砌构造设计参数的相关性进行统计分析,论述管片厚度与最大水压、管片外径与隧道最小覆盖层厚度之间的关系。研究表明:我国大型水下盾构隧道接缝构造正在向单道止水密封、非榫槽平顺接缝、通用楔形平板型管片错缝拼装方面发展;研究还得出管片外径与管片厚度、管片分块数和标准块重力之间呈正相关性等一系列结论。     

基于有限单元法的隧道抗水压衬砌结构设计

研究目的：客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题，考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性，有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法：针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求，采用基于有限单元法的荷载结构模型，对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果：研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征，并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证，选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论：在全断面封闭排水的衬砌结构设计中，应着重考虑发挥混凝土的抗压性能；在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数，可有效降低衬砌的外水压力；选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量，可以改善衬砌结构受力特征。     

循环荷载作用下饱和软黏土海床的刚度衰减模型研究

在地震和波浪等循环荷载作用下,海床内部产生循环应力、循环应变以及超孔隙水压力累积,可能造成饱和软黏土地基强度和刚度的降低,对桩基础的承载性能产生较大的影响.将反映土体软化特性的参数引入等效黏弹性模型中,建立考虑循环荷载作用下饱和软黏土刚度衰减以及动应力-应变非线性和滞回性的修正模型,基于动三轴试验结果反演获得饱和Kao...     

基于Biot固结方程研究地下水位对隧道防水型衬砌的内力影响

地下水位是影响隧道防水型衬砌力学行为的一个重要因素。为了研究地下水位变化对防水型衬砌的影响,基于Biot固结方程考虑17种不同地下水位的工况。利用FLAC3D有限差分法数值模拟,采用均匀连续各向同性渗流模型,得到不同工况下隧道衬砌结构的内力。通过分析衬砌在不同水位下产生的内力,总结地下水位变化对隧道防水型衬砌受力的影响规律。计算结果表明:地下水位在大于隧道半径3倍以上的范围,拱顶、拱肩与拱墙的轴力不随地下水位变化;在地下水位变化的时候,拱顶为最不利位置,拱墙为安全位置。     

隧道衬砌水压力荷载及内力研究

通过轴对称解析计算和有限元数值计算隧道在不同衬砌渗透系数、不同注浆圈厚度、不同衬砌厚度条件下,衬砌背后的水压力、流量及衬砌内力,分析影响水压力的因素和水压力对衬砌内力的影响,轴对称解析计算和有限元数值计算结果显示水压力和流量十分接近。衬砌不透水时,水压力荷载系数不折减;在控制排水的条件下,调整衬砌渗透系数、注浆半径和衬砌厚度可以改变水压力、流量和衬砌内力。设计时正算水荷载,施工时通过监测流量反算水荷载,对水荷载设计进行检验和修正。