施工通道门型转换法进入地铁车站施工力学研究

以重庆市轨道交通10号线红土地车站为依托,采用有限元数值模拟和监控量测相结合的方法,分析门型转换爬坡法施工对施工通道和地铁车站交叉段围岩及支护结构稳定性的影响。分析结果表明:门型转换法的施工对转换段隧道围岩的位移和应力有较大影响;交叉段围岩竖向位移为8.3~10.7 mm;围岩最大主应力为7.92 MPa(压应力),最小主应力为0.64 MPa(拉应力);支护结构最大主应力为21.40 MPa(压应力),最小主应力为6.30 MPa(拉应力),最小主应力超过混凝土的抗拉强度,在施工过程中应该给予足够的重视。     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

SV波入射下衬砌尺寸对引水隧道动力响应的影响

采用波函数的Fourier-Bessel级数展开方法,得到了SV波入射时,大型引水隧道平面地震响应的解析解,并对建立的场地模型进行数值计算.计算结果表明：SV波入射时,引水隧道衬砌的径向动应力随隧道内径的增大而增大,径向动应力的最大值与隧道内径呈线性关系,SV波入射引起的引水隧道衬砌的切向动应力随隧道内径的增大而增大.当入射角小于临界角时,切向动应力受隧道内径变化的影响很大.此外,引水隧道衬砌的径向动应力随衬砌厚度的增大而增大,切向动应力则随衬砌厚度的增大而减小.     

重载铁路隧道基底动力响应及加固研究

以蒙华铁路王家湾隧道为工程依托,采用数值模拟的方式,研究不同行车速度下隧道基底围岩的动力响应规律,进一步分析基底围岩经水泥挤密桩加固后的动力响应情况以及桩间距的改变对加固效果的影响.研究结果表明:隧道基底围岩的加速度峰值和动应力峰值都随着行车速度的增加而增加,且加速度峰值受速度变化影响较大;隧道基底围岩的加速度峰值、动...     

基于随机地震动模型的黄土隧道动力响应研究

汶川地震震损表明,隧道结构在强震作用下会出现结构损伤和破坏.地震动的发生具有很强的随机性,而目前大多采用经典地震动记录对进行隧道地震动力时程分析,无法保证与震源机制和场地特性相匹配,采用确定性地震动记录,对地震动随机特性考虑尚不够完善.因此,基于杜修力地震动模型,采用脉冲函数法求解动力方程,对某黄土隧道进行了随机响应分析分析,研究了随机地震动作用下黄土隧道随机地震响应特征.计算结果表明:隧道拱顶的主应力功率谱密度函数呈单峰,其响应主要发生在低频,而拱腰、边墙、墙脚、轨道板主应力功率谱密度函数呈双峰,主要发生在低频和中频;隧道位移响应主要在发生在地震方向,其响应均方差在2.1 cm以上,轨道板位移响应很小;隧道拱腰和墙脚的主应力响应很强烈,其均方差在3.1 MPa以上;拱腰和墙脚为黄土隧道地震响应最不利的位置.该研究可以为黄土隧道抗震理论提供支撑.     

预制装配式箱涵结构地震响应影响因素分析

通过数值模拟方法研究了不同埋深、不同地震动峰值特性和不同箱涵顶板伸出长度情况下装配式箱涵的地震响应特征。结果表明,在地震作用下,埋深增加,结构的水平相对位移、竖向相对位移和应力均增加;地震动峰值提高,最大主应力集中在顶板中部、顶板两侧角部以及侧墙内侧角部;当顶板伸出长度介于110～115cm时,箱涵水平位移、竖向位移以及最大主应力下降幅度较大,抗震性能较好。     

超高边坡开挖对既有隧道衬砌结构安全影响分析

以某临近既有隧道的道路改建高挖方边坡工程为研究对象，利用有限差分软件模拟分析了边坡逐级开挖过程中隧道衬砌结构变形与主应力的变化规律，计算了衬砌结构安全系数进而评价隧道结构稳定性，并结合现场测量数据分析验证仿真模拟的可靠度。结果表明：随着超高边坡逐级开挖，隧道衬砌结构各部位变形均增大，最大主应力从压应力变为拉应力而最小应力均表现为压应力；安全系数大幅度降低，Ⅲ阶段右拱腰存在局部破坏风险，Ⅳ阶段拱顶与左边墙易受拉破坏；模拟值高于实际值，减少边坡爆破施工可确保隧道运营阶段的安全性，可为相似工程提供一定参考价值。     

移动荷载作用下路面响应分析

用ANSYS有限元软件建立了三维有限元模型,通过ANSYS中trantsient的full瞬态动力学来分析车速80 km/h,轮压为0.7 MPa情况下路面的动响应。结论表明路表面应力在移动荷载经过瞬间达到峰值,各层应力峰值出现时间随深度增加而依次滞后;在移动荷载作用下,路表面的剪应力很小,近似为0,单元两主应力方向始终与坐标轴平行,当到基层顶部时两主应力都减少而剪应力增大,单元主应力方向随荷载的移动而发生旋转。     

面向爆破应力波小净距隧道混凝土安全振动标准研究

为进一步细化《爆破安全规程》的评价标准,基于应力波理论推导爆破应力波在围岩及衬砌的反射与透射形态,通过爆破应力波引起混凝土与围岩的粘结力失效或混凝土的抗拉破坏的临界值作为临近既有隧道区爆破开挖的安全控制指标。采用有限元软件GTS—NX进行数值计算,得到在爆破开挖时既有隧道衬砌的动力响应特征。通过对爆破荷载下小净距隧道混凝土的动力响应特性研究可知:爆破应力波以球面波的形式延展,其数值呈先增大后减小的趋势,且既有隧道迎爆侧围岩的数值最大,导致围岩损伤、混凝土受拉破坏及二者粘结力减弱。以混凝土与围岩间的粘结力及混凝土的抗拉强度为控制指标得到小净距隧道爆破先行洞混凝土在3 d、7 d与28 d龄期时安全振动速度分别为2.63、6.43与10.24cm/s,该值综合考虑了混凝土与围岩的影响,比规程的评价标准具有较好的安全储能。     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

引水隧洞断层带爆破对围岩稳定性的影响研究

为确定引水隧洞断层带爆破对围岩的影响,采用Midas GTS软件对断层某一断面在爆破动力荷载作用下的振动响应及围岩的稳定特性进行了数值试验分析。结果表明：爆破荷载作用下,隧道断层带总体位移主要集中在拱腰和拱底;Ⅴ级围岩段拱脚位移相对较大。爆破振动效应仅对隧道爆破位置四周10m范围内影响较大,超过10m后基本没影响。爆破时边坡振速主要以横、纵方向为主;振速峰值集中在0.125～0.3s之间。     

水下悬浮管道地震响应分析

水下悬浮管道的动力性能,与陆地结构有较大的区别.应用流固耦合数值分析方法和ANSYS软件,建立了地震作用下水中悬浮管道分析模型,采用El Centro地震波,对地震加速度峰值分别为0.5,1,2,4m/s2 4种情况下的响应进行了计算,并通过与无水情况下的计算结果进行比较,分析了地震强度等因素对结构动力响应的影响,探讨了地震作用下水下悬浮管道地震响应规律.结果发现,在有水和无水2种情况下,结构地震响应的峰值在不同时刻发生.在大部分时间内,考虑水作用时的地震响应均大于不考虑水作用时的地震响应,且这种差别随着地震强度的增加而增大.     

热力耦合作用下拉林铁路桑珠岭隧道岩爆预测

热力耦合作用是高温高地应力隧道岩爆预测中一个新的问题.在新建拉林铁路桑珠岭隧道开挖过程中,利用现场温度测试数据反演并得到隧道不同埋深时的地温,通过热力耦合数值模拟计算得到隧道开挖过程中的洞周应力变化规律,利用卢森、陶振宇、王元汉、樊建平4种岩爆判据对隧道不同温区、不同洞周应力释放率的岩爆发生烈度和岩爆范围进行预测,最后将预测结果与现场岩爆进行了比较分析.研究结果表明:桑珠岭隧道地温梯度为5.5℃/100 m,隧道埋深越大地温越高;在以自重应力场为主的深埋段,最大压应力集中在拱顶和拱脚部位;在45~85℃地温区间,洞周最大切向应力和最大主应力随应力释放率增大而线性增长,当洞周应力释放率为100%时,其增加量分别为84~96 MPa、93~96 MPa,同时岩爆烈度等级也相应增加;判据预测与现场实测的比对表明,高温热力耦合作用在应力释放过程中加速了岩爆发生,在应力释放率前期,陶振宇判据对中等及以上岩爆的发生更加敏感,而在应力释放中后期王元汉判据与实测结果的相似度更为一致.      

汽车变速器动态特性测试及激励响应分析

以某乘用车变速器为研究对象,利用Abaqus为仿真分析平台,建立变速器的有限元分析模型,借助Romax Designer多体动力学分析软件,获得变速器的激励载荷信息,并以此为基础分析变速器工作状态下的激励响应特性,通过分析得出,变速器壳体近发动机一侧的加强筋与壳体的过渡区域最大主应力出现峰值,在780 Hz、1 585 Hz两个频率点处,峰值应力幅值分别为2.61 MPa、5.76MPa。     

主应力轴旋转下中主应力系数对软黏土性状的影响

采用空心圆柱仪对上海原状软黏土进行了不排水剪切试验, 研究了主应力轴旋转条件下中主应力系数对饱和软黏土变形与强度特性的影响。采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结, 并在3种不同主应力轴旋转角度下, 对试样进行不同中主应力系数的不排水剪切试验。试验前提为剪切过程中平均应力、中主应力系数与主应力轴旋转角度均保持不变, 而偏应力逐渐增大, 直至试样破坏。试验结果表明: 在不同中主应力系数下, 天然软黏土的变形与强度特征存在明显的差异, 在3种主应力轴旋转角度下, 随着中主应力系数的增加, 临界应力比均呈降低趋势, 相应的峰值剪切强度减小; 在主应力轴旋转角度为0°时, 中主应力系数为0.25和0.50的试样均出现了轻微的应变局部化现象, 剪应力在达到峰值后呈逐渐降低的趋势; 在主应力轴旋转角度为90°时, 中主应力系数为0.50和0.75的试样所对应的状态为内外压不等的非轴对称拉伸状态, 二者的峰值剪切强度比较接近, 而中主应力系数为1.00的试样对应的为内外压相等的轴对称拉伸状态, 其峰值剪切强度相比前二者降低了25%;在内外压相等的加载条件下, 主应力轴旋转角度由0°增加为90°的同时, 中主应力系数由0增加为1.00, 试样破坏时对应的临界应力比与不排水剪切强度均逐渐降低。     

动载作用下断层隧道施工注浆效果分析

以葵坝路隧道为工程背景,通过 ANSYS/LS-DYNA 有限元软件,在未注浆和不同预注浆范围内,进行断层隧道在爆破开挖下的数值模拟,得到了拱顶围岩的位移、振速及最大主应力等动力响应分布规律,为断层隧道的预注浆加固效果提供了依据,得到了较为经济且合理的注浆优化范围。研究结果表明：预注浆支护措施能改善断层围岩的动力响应特性,且最优注浆范围为隧道轮廓线外4m和掌子面前方4m。所得结论可为类似隧道工程的注浆施工设计提供参考。     

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响,采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究.沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土,模型缩尺比为1∶30,采用层叠剪切箱装填砂土构成场地,采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析.研究结果表明:在同一深度土层,柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道;当土层发生液化时,其加速度放大系数小于1;当沉管隧道接头剪切刚度(G)减小为0.10G和0.01G时,隧道截面剪应力减小20%和33%,截面轴应力峰值最大值减小16%和30%,截面剪应变峰值分别增加了60%和140%;上覆水使场地加速度放大系数变小,是由于水的存在加大了土层表面的阻尼;在P波作用下,上覆水水深从10 m增长到40 m时,沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.     

盾构隧道联络横通道的振动台试验与数值模拟

联络横通道与隧道主体形成的空间交叉结构是隧道抗震的薄弱环节.为探讨联络横通道采用刚、柔两种连接形式时对盾构隧道地震响应的影响,以相似理论为基础,通过室内土工试验确定了振动台试验中地层和结构相似模型的材料参数及配比,分别建立了振动台试验结构模型和数值分析模型;将第1组试验得到的地层卓越频率15.0 Hz作为其余试验工况和数值计算中地震动频率的输入依据,通过试验和数值计算相结合分析的方法对主隧道与联络横通道的地震响应规律进行了研究.研究结果表明:结构与相同深度位置地层的加速度响应变化规律基本相同,离地面越近,地层加速度的放大效应越明显;联络横通道采用刚性连接时,其最大应变反应出现在结构的拱顶和两侧拱脚处,而采用柔性连接可较好的降低结构各处的应变反应,且输入地震峰值加速度越大其减弱效果越明显;主隧道横断面上,靠近联络横通道连接处的位置易受其影响而产生应力突变,采用刚性连接时,其受到的影响更大;振动台试验与数值结果规律基本一致,采用刚性连接时,联络横通道对主隧道纵向的影响范围约为3.0倍联络横通道宽度,而采用柔性连接时其影响范围则减小至1.5～2.0倍.     

爆破地震波作用下隧道衬砌结构动力响应研究

以地表爆破为振动源,通过控制不同的炸药量和爆心距来模拟不同强度的地震波,并利用工程地震仪实测振动源附近的隧道衬砌结构的动力响应,通过滤波和分离处理得到代表性的速度时程曲线;通过建立数值模型并加载监测到的速度时程曲线,以此来模拟爆破地震波对隧道衬砌不同断面不同部位的动力作用,并来探讨爆破地震对邻近隧道的影响范围和作用方式。