地铁车站考虑变形缝因素的数值模拟研究

采用FLAC3D三维有限差分程序,对地下结构变形缝模拟方法进行研究与比较。数值模拟采用地层-结构模型,土体采用摩尔-库仑模型;应用link单元模拟变形缝,对link单元的本构关系及参数选用给出明确定义。结果表明,考虑变形缝后,结构变形会更加灵活、充分,变形值较未考虑变形缝的略大。     

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能，设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁，通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明：不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度，腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近；不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度；模型梁斜截面开裂后，在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时，箍筋屈服，梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后，梁体纵筋未屈服，纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。     

列车荷载长期作用下隧道地基固结变形的数值分析

研究目的:分析地基在不同加载次数下的动力反应和沉降规律.数值分析方法中建立三维有限元模型,采用与不平顺管理标准相应的激振力来模拟列车动荷载,采用摩尔-库仑塑性本构模型描述地基土体的受力特性.研究结论:在列车初次运行期间内,地面沿轴向的差异沉降较大,沉降变化是不稳定的;隧道衬砌底部、顶部沉降的变化趋势一致.随着埋深的减少,地基沉降逐渐增加.多次加载过程中,隧道中部的沉降较大并向两端减少;随着运行次数的增多,隧道中部沉降的增加趋势逐渐减弱但其长期累积作用不可忽视;因此,对于长期列车动载作用下地基的变形问题而言,采用塑性本构模型可以合理反应地基土变形的长期累积性.     

基于应变软化模型的隧道洞群施工步序优化

夹层围岩受到隧道洞群各洞室施工的多次扰动,其强度不断降低。FLAC3D应变软化模型能有效模拟施工扰动而导致的围岩力学参数降低的过程。文章基于摩尔-库仑准则,提出围岩安全度概念,定量评价夹层围岩受力状态;综合考虑夹层围岩安全度及各洞室变形,定量评价洞群各施工步序的优劣,得出最优施工步序。     

围岩剪切模量对拉力分散型锚索力学性能影响的数值分析

以拉力分散型锚索为研究对象,应用软件FLAC 3D建立较为准确的三维数值计算模型,通过比较其在不同预应力和不同围岩剪切模量情况下的注浆体与岩体界面应力、注浆体应力分布,总结出围岩剪切模量对拉力分散型锚索力学性能的影响规律.     

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.     

浅埋暗挖地铁站厅施工过程的三维数值模拟分析

针对广州地铁5号线某车站西侧站厅隧道超浅埋、地层上软下硬的特点,利用FLAC3D软件对站厅隧道及与之相交的斜通道平直段的施工全过程进行三维数值模拟计算。通过对3种不同施工方案所引起的地表沉降、拱顶下沉、塑性区分布情况的对比分析,确定最优的施工方案,指导工程施工。     

大跨距渐变四连拱隧道施工力学效应数值模拟研究

以秦岭终南山公路隧道2号通风竖井工程风道系统一大跨变截面四联拱隧道为工程背景,采用三维有限差分(FLAC3D)对该四联拱隧道施工过程进行了三维数值模拟计算,计算分析了开挖过程中和开挖后的二次应力场、变形场变化规律和塑性区分布特征,得出了关键施工部位的位移和应力分布与大小,提出了四联拱隧道施工过程中国岩的应力、位移变化规律及在施工中应重点关注的部位,以此作为确定岩体开挖、围岩加固支护方案和计算相应参数的依据,并对实际工程进行指导.     

大跨度复杂结构桥梁施工全过程结构空间受力特性研究

研究目的:通过建立施工全过程时效和路效分析的三维非线性模型,对大跨度V形连续刚构拱组合结构桥的施工全过程空间受力特性进行研究,解决以往的桥梁设计和施工监控采用的计算方法不能有效分析混凝土箱梁的剪力滞、扭转和畸变等引起的截面应力分布不均匀问题。研究结论:分析了大跨度V形连续刚构拱组合结构桥施工全过程主梁截面顶板纵向正应力、横向压应力、腹板剪应力等截面空间应力分布和变化规律,其表现在:主梁截面顶板纵向正应力沿横向分布呈显著的不均匀性,剪力滞效应明显,与初等梁理论的预测值相异;主梁横向压应力普遍不大,且顶板应力分布不均匀程度大于底板;单箱双室截面梁三腹板剪应力分布连续变化,且中腹板的剪应力略大于边腹板剪应力,整体具有较好的规律性;施工全过程主梁纵向正应力包络线体现了最大拉应力和最大压应力的施工工况,为施工控制提供了理论基础。     

基于不同本构模型的复杂地层大断面隧道开挖稳定性分析

多元结构地层中,土体单元触变性高,应力应变路径十分复杂,单一的本构模型不能满足隧道施工变形研究的需要。分析了摩尔库伦、修正剑桥、Druker-Prager和西原正夫等四种本构模型的屈服特性及应力应变关系,通过C++对FLAC软件二次开发,将本构模型程序化。以兰州轨道交通某大断面车站隧道为工程背景,模拟分析四种模型下大断面隧道开挖引起的地表沉降、底板隆起、两帮收剑的变化规律,发现摩尔库伦模型中洛德参数可识别土体单元处于压缩或拉伸状态,能较好地拟合地表沉降规律;修正剑桥模型可追踪岩土体的变形能力和抗剪强度随体积改变而变化的特性,能准确判断隧道直墙的水平位移变化趋势;Druker-Prager模型因考虑中间主应力及静水压力对相邻单元的作用,可反映出隧道内部土体移出后的底板隆起变形特点。以上规律可为复杂多元结构地层中隧道施工变形控制提供参考,从而保证隧道建设的高效与优质。     

顺层高边坡开挖松动区的数值模拟研究

开挖顺层岩石高边坡,往往需要进行预加固,因而合理确定坡体开挖松动区范围就成为核心问题。根据坡体开挖后的应力和位移状态,给出开挖松动区的明确定义,即变形已经超出弹性变形的范围,出现塑性破坏的区域。介绍确定高边坡开挖松动区的数值分析方法。采用合理的计算模型,利用三维显式有限差分数值分析软件FLAC3D,对重庆万梁高速公路沿线某顺层高边坡分级开挖进行数值模拟,根据开挖后坡体塑性区的分布和变化对开挖松动区进行了分析。通过对该顺层高边坡失稳实例的分析,表明该分析坡体开挖松动区的方法是可行和合理的。     

高地应力断层破碎带衬砌力学特性对比与分析

以高地应力区某穿越断层破碎带隧道为工程依托,通过三维数值模拟来分析随着掌子面推进过程中的围岩空间应力场的状态及其变化趋势。首先,根据弹性衬砌模型计算结果判断衬砌结构是否还处于弹性状态;其次,按照弹塑性衬砌模型进行某穿越高地应力断层破碎带隧道三维数值模拟。计算结果表明:高地应力区穿越断层破碎带隧道三维数值模拟应该采用弹塑性衬砌结构;弹性计算模型与摩尔—伦计算模型分别计算所得衬砌结构关键点位移量差别较大,弹性衬砌模型计算得到关键点位移均小于摩尔—库伦衬砌模型所得到的量值,且约为摩尔—库伦模型计算所得量值的50%;拱顶和拱腰主应力波动范围在掌子面通过z=-50 m平面前0.5B(B为隧道宽度)和通过后1.5B范围,墙脚主应力波动范围在掌子面通过前1B和通过后0.5B范围;弹塑性衬砌计算的主应力较弹性衬砌计算的主应力大;揭示了某穿越高地应力断层破碎带隧道衬砌的破坏形式与潜在破坏面。     

盾构隧道近接浅埋式矩形隧道合理净距的研究

以正在建设中的深圳地铁11号线南山至前海湾站小净距重叠区间隧道为研究对象,按先明挖修建桂庙路矩形闭合框架隧道,后进行地铁盾构推进的顺序,采用FLAC有限差分程序对小净距重叠隧道进行弹塑性分析,对多种工况下的围岩位移、夹岩应力、塑性区分布等进行分析,提出矩形闭合框架隧道的管幕作用,其作用影响范围大致沿Mohr-Coulomb模型剪切破坏面(45°+φ/2)的角度,以矩形隧道宽为底边的闭合等腰三角形区域。在此区域内的地下结构均受管幕作用的影响,且距离矩形闭合框架隧道越近管幕作用越明显,在综合考虑了矩形隧道管幕作用和隧道之间近接效应的情况下,确定隧道之间的合理净距。     

滑坡堰塞湖危险性预测与铁路减灾策略

我国铁路已开始向滑坡堵江高危险区延伸,滑坡堰塞湖灾害链成为在选线设计阶段就应该防控的风险源。提出一套堵江危险性评估作业程式,以及各环节建议采用的理论公式。在此基础上以拟建的川藏铁路德沙滑坡为例,首先利用ANSYS有限元软件、FLAC3D三维有限差分软件建立三维滑坡模型,分析滑坡稳定性;然后利用经验公式计算大震情况下可能堵江的预测结论;最后预估堰塞湖影响范围,据此提出线路工程减灾对策。不仅可为研究区线位设计和重大工程布设提供参考,并希望通过范例性研究,推动山区铁路灾害链减灾技术的发展。     

震后偏压坡积体免刷坡进洞施工力学效应分析

结合震后四川某地特长高速公路隧道洞口施工的实际工程,针对其提出的免刷坡进洞施工技术,开展震后偏压坡积体免刷坡进洞施工力学效应的分析,通过FLAC 3D有限差分软件计算分析,结果表明:在施工过程要提前作好安全防护准备;左洞洞顶地表呈斜坡状,在剪切应力作用下导致初期支护外侧出现大范围受拉区;该工法可以有效地防止隧道上方坡积土体的滑动,保证施工安全且有效缩短进洞时间,对隧道周围地表植被破坏较小。     

武汉市地铁车站结构的三维地震响应分析

选取武汉市一地铁车站结构,采用FLAC3D软件建立其三维计算模型,研究100年超越概率为10%的武汉人工波作用下地铁车站结构的三维地震响应.计算结果表明:离车站结构端部1.5倍车站结构宽度的横断面可简化为平面应变问题考虑;车站结构纵向跨中的横截上结构内力及变形均最大,因而按平面问题计算的结构进行结构设计,结构是偏于安全的;地震荷载对柱端弯矩的影响最大,其次是侧墙,对板的影响最小.该研究成果可为武汉市地铁车站结构的抗震设计提供参考.     

软土地区类矩形盾构隧道同步注浆填充扩散压力空间分布模式

为解决类矩形盾构隧道同步注浆时易发生的浆液淤积问题,研究浆液在类矩形盾构隧道盾尾间隙内的填充扩散过程.根据流体力学原理,推导浆液在宾汉姆流体条件下的压力环纵向分布模式,得到软土地区类矩形盾构隧道同步注浆环向填充与纵向扩散的力学模型及计算方法;结合宁波市轨道交通3号线陈婆渡车站出入段线隧道工程实测数据,在验证理论模型合理...     

预应力锚索框架梁加固滑坡的稳定性数值分析

预应力锚索框架梁加固滑（边）坡是一典型的三维问题,为按三维问题进行稳定性分析,利用著名非线性有限元分析软件ABAQUS,在超级计算机上分别建立某高速公路路堑边坡采用单排和双排预应力锚索框架梁加固某古滑坡的三维实体有限元模型;提出考虑结构物与岩土体间黏着效应的莫尔-库仑黏着摩擦模型,模拟锚索锚固段灌浆体与其周围岩土体间的相互作用特性;以特征点的水平位移和强度折减系数关系曲线上曲率最大拐点,结合剪切塑性区临界贯通作为边坡失稳判据,对应的折减系数即为其稳定分析所得安全系数;揭示预应力锚索框架梁加固滑坡的机理。为岩土体与结构物复杂相互作用的三维问题分析提供参考。