高水压隧道衬砌渗流-应力-损伤耦合模型研究

研究目的:富水区隧道衬砌由于长期处在高水压的环境中,衬砌的损伤受到渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用而产生相应的应力场和损伤场的变化,衬砌损伤和应力的变化又对渗流场产生反作用,对衬砌结构的混凝土的渗流场、应力场及损伤场进行分析和研究;通过流固耦合来表达隧道衬砌损伤及演化过程,以提高对高水压隧道衬砌损伤表达的准确性和鲁棒性。研究结论:(1)可将混凝土损伤的宏观表达和细观变化统一起来,采用混凝土代表体积单元体作为承水压隧道衬砌流固耦合的研究对象;(2)建立高水压隧道衬砌渗流场、应力场和损伤场的流固耦合模型,采用迭代法可提高模型的可行性;(3)工程计算实例中通过比较是否考虑耦合的情况进行计算模拟衬砌损伤表达,得出流固耦合模型能够更客观的反映实际情况;(4)流固耦合模型能够应用于隧道健康监测及维护。     

用无拉应力计算模型分析道床变形

道床是一种散体材料，不能承受拉应力，现行的有限元分析方法，得到道床内出现拉应力的分析结果，这与实际情况是相违背的，本文采用修正拉应力，进而修正荷载向量的方法，论述了无拉应力计算模型的原理，运用无拉应力计算模型，考虑道碴的非线性性质，对铁路道床进行了力学分析。     

深基坑双排桩结构受力变形机理及其计算模型研究

近年来,为了适应国内城市地下工程建设蓬勃发展带来的地下工程密集化、复杂化等方面的需要,深基坑开挖时双排桩围护结构因具有侧向刚度大、控制变形能力强、施工快速等特点在各种大型深基坑工程中得到了较为广泛的推广和应用。但实际设计过程中,由于该结构的变形机理与计算模型尚未有统一的理论,其设计方法比较杂乱,存在一定程度的保守设计。依托南京梅子洲青奥城地下空间工程及其现场监测数据,采用有限元计算模型对近年来在地下工程中逐渐得到推广使用的双排桩围护结构的变形机理、土压力分布规律等进行探讨和研究;在此基础上,结合与目前广为应用的理正双排桩模型和新规范双排桩模型的对比分析,研究并提出更吻合实际的、精确反映结构变形和力学特性的双排桩围护结构的修正设计计算模型,该模型架构清晰,准确性高,贴近实际工程设计,可以大力推广应用于双排桩结构的计算分析。     

地铁深基坑渗流应力耦合研究

研究目的:武汉地区深基坑事故中,九成以上是因为地下水控制失效造成的。其中,承压水含水层在长江一级阶地中普遍存在,且含水层厚度很大,承压水头很高,成为武汉地区深基坑工程的一大特点。针对武汉长江一级阶地地铁深基坑,研究其降水与开挖施工过程中引起的地面沉降以及基坑稳定等影响与变化规律具有重要的现实意义。研究结论:对深基坑降水与开挖的流固耦合效应进行了分析,建立了渗流场与应力场耦合计算模型。使用FLAC3D对武汉长江一级阶地深基坑降水与开挖施工过程进行了渗流应力耦合模拟;计算结果表明,地表沉降形成了二次函数曲线分布形态的沉降凹槽;地下连续墙以下渗流速度最大,容易发生渗透破坏;相较于不考虑流固耦合计算,考虑耦合的计算结果与工程实际规律更为吻合,能更好地的预测与信息化施工。     

Processing Modflow模型在预测地面沉降中的应用

研究目的:针对开采地下水引起的区域地面沉降对线性工程的影响问题,以京津城际铁路为例,采用地下水三维渗流与地面沉降耦合模型计算软件—Processing Modflow,选择沿线地面沉降较严重区段,建立区域地下水流场与地面沉降的耦合模型,运用参数修正后的模型,进行地面沉降预测。研究结论:利用实测地面沉降值对模型进行验证,沉降中心位置及沉降量的模拟结果与实测结果基本吻合;设计不同的地下水开采方案,利用模型预测地面沉降,结果表明:合理压采地下水可以降低地面沉降量及沉降坡度,减缓地面沉降的不均匀性。     

高速铁路地基土压缩性分类及中低压缩性土变形特性研究

地基土压缩变形特性是影响高速铁路路基设计、施工、沉降评估等环节的重要因素。为进一步充分利用高速铁路地基土自身的承载变形能力，降低工程投资，通过开展综合勘察、土工试验及现场填筑试验等，提出基于变形控制为目的的高速铁路地基土分类标准，即高压缩性土、中高压缩性土、中低压缩性土及低压缩性土；并详细分析了各类地基土的物理力学指标。针对目前尚未充分利用的中低压缩性土，从室内试验压缩特性及现场填筑试验压缩性等角度分析了高铁路基荷载下，中低压缩性土地基承载变形快速收敛的特性。研究结果表明，在经过适当处理后，中低压缩性土变形可以满足高铁路基工程的要求。因此，将既有规范中中等压缩性土进一步细分为中低压缩性土和中高压缩性土，有利于优化高速铁路路基结构设计，为降低工程成本提供依据。     

高速铁路无砟轨道—路基变形计算模型的研究

基于高速铁路路基工后沉降产生于地基沉降变形的机理及无砟轨道各结构层间关系的处理,研究高速铁路无砟轨道—路基变形计算模型。以双块式无砟轨道为例,以下部边界分别为地基面和路基面,道床板与支承层间的关系分别按层间接触和层间结合良好考虑,构建不同条件下的无砟轨道—路基变形计算模型。采用ABAQUS软件进行模型的计算,结果表明,下部边界为地基面和层间关系按接触考虑的计算模型能够反映轨道长波不平顺产生于路基变形的机理,计算结果符合双块式无砟轨道实际的结构特点和受力特征;而下部边界为路基面和按层间结合良好构建的无砟轨道—路基变形计算模型,由于支承层直接承受输入的"强制性"变形荷载,改变了无砟轨道适应路基变形的协调关系,从而导致路基变形引起的无砟轨道层间离缝及支承层产生的拉应力计算值过大,不符合双块式无砟轨道的结构设计原理。由此验证了下部边界为地基面及无砟轨道各结构层按层间接触构建无砟轨道—路基变形计算模型的合理性和可靠性。     

钢桁梁桥上无缝线路空间耦合模型研究

由于钢桁梁桥的桥梁结构和桥上无缝线路的轨道结构具有特殊性,不能使用简单的桥上无缝线路计算模型,为了更好地分析其受力与变形,以某8×33.7 m栓焊简支桁梁桥上无缝线路为例,采用ANSYS有限元软件建立了桥上无缝线路空间耦合模型。该模型充分考虑了钢桁梁桥纵梁、横梁、桁杆、桥墩和无缝线路钢轨、扣件、轨枕等的细部结构,及各部件对整体力学特性的影响,可以计算钢轨及桥墩在温度荷载和车辆荷载作用下所产生的附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度等进行计算。     

列车—曲线梁桥耦合振动的车辆模型研究

本文首先根据曲线梁的力学微分方程，说明了曲线梁的弯扭耦合特征。针对列车通过曲线梁的特殊情况，研究了可以同时反映竖向、横向、弯扭耦合动力学特性的车辆模型。此外本文还给出了车－桥耦合振动中的位移、力的耦合关系。     

基于多影响因子计算模型在城市地面沉降监测中的应用研究

研究目的:近年来,随着城市地下水被开发利用,大量地下水被抽取,久而久之将引起地表沉降.本文阐述地下水位变化、孔隙水压力变化和地面荷载变化对地面沉降的影响,分析这些因素的影响机理;应用回归分析原理,建立地面沉降监测计算模型,并结合实例,分析验证该模型,为城市取水井的数量和密度布设提供科学依据,对城市区域、交通干线地面沉降...     

盾构曲线段施工地表沉降监测与变形规律研究

研究直径 10． 0 m 的土压平衡式盾构机曲线 段的施工地表沉降变形规律。以北京地铁某盾构区间 曲率半径 Ｒ = 350 m 和 Ｒ = 354 m 两处曲线施工段为监 测对象,以几何水准测量为监测方法,通过对监测数据 的分析得到如下结论: 沉降变形主要经历前期沉降、盾 尾脱出后沉降、注浆隆起、稳定沉降、后期沉降 5 个阶 段,最终变形值分布包络图近似呈偏正态分布,对称轴 线偏于曲线内侧。     

桥上无缝交叉渡线纵横向耦合模型

在城市轨道交通建设中,由于地形条件和环保要求的限制,出现道岔(渡线)全部或部分设置在桥上的情况,既有的无缝道岔计算方法难以解决桥上无缝道岔(渡线)桥梁与相互作用的问题.为此,采用有限元方法,以60 kg/m钢轨、12号固定辙叉、4.0 m间距无碴轨道交叉渡线为例,建立桥上无缝交叉渡线纵横向耦合的计算模型,为建模计算提供一种新的思路和方法;结合工程实例,对桥上无缝交叉渡线的力学特性进行计算分析,并对今后桥上无缝交叉渡线的设计提出建议.     

基坑分段开挖下部盾构隧道纵向变形规律研究

为研究基坑分段开挖时下部盾构隧道的纵向变形规律,以某分段开挖基坑小角度斜跨盾构隧道工程为例,采用对比法和归纳法,通过数值模拟分析,得出基坑分段开挖时下部盾构隧道纵向变形规律.研究表明:(1)基坑分段越越短,其下部盾构隧道最大隆起位移值越小,隧道隆起范围越小;(2)开挖分段个数与隧道隆起位移峰值个数相同,分段越均匀,峰值...     

地铁隧道双线暗挖斜穿地裂缝地表变形规律及控制技术研究

为分析暗挖黄土地铁隧道双线斜穿地裂缝时地表变形规律,以西安地铁3号线为依托工程,通过理论分析、FLAC3D模拟及实测,对地裂缝处地表纵向、横向变形规律进行系统研究。主要结论:地裂缝与掌子面关键体相交时,该阶段为控制掌子面稳定性及地层沉降的关键;穿越过程地裂缝处上、下盘将产生沉降错台及水平张拉,二者发展趋势较为接近,错台的发展及恢复分别集中在进度-1.25D~0和0~1.75D;受先行隧道扰动影响,后行隧道于地裂缝处将产生更大的沉降差和最终沉降;地表最终纵向沉降将在上盘距地裂缝约1D处出现最值点,沉降集中区范围可按已有规程进行投影确定;地裂缝处的地层沉降控制可采用减小导洞面积、留设核心土、增强超前支护、控制地表水下渗等综合措施进行。     

非均匀收敛随机介质模型对浅埋隧道施工引起地表沉降预测研究

针对软弱土层中的浅埋大跨隧道在施工过程中出现的初支变形、断面底部隆起等现象,通过对原有的断面收敛模式进行修正,提出考虑初支变形与断面底部收敛的统一收敛模式,并以单洞及双洞椭圆隧道为例,推导出该种收敛模式下隧道施工中产生地表沉降的随机介质法预测公式,应用遗传-蚁群混合算法(GA-ACA)解决该预测模型的参数反演计算问题。为验证该模型对浅埋隧道地表变形预测的准确性,以乌鲁木齐地铁1号线三—新区间某典型断面为例,分别使用均匀收敛、底部为0、底部非0以及统一收敛模式等4种收敛模式进行参数反演,并将反演结果与现场监测结果做对比,研究结果表明:统一收敛模式与隧道断面实际变形规律更加吻合,其预测精度要比不考虑初支变形与断面底部收敛时的预测精度更高,即对浅埋、超浅埋隧道而言,初支变形以及底部隆起等现象对地表变形预测结果产生的影响不可忽略。     

隧道围岩变形预测的进化高斯过程回归模型

隧道施工围岩变形预测是关系到隧道施工安全和工程质量的关键,至今已出现多种预测模型,但也存在各种问题。本文将高斯过程回归(GPR)引入隧道施工围岩变形预测以克服现有模型存在的问题,针对目前采用共轭梯度法获得GPR模型最优超参数的缺陷,将十进制遗传算法(GA)与高斯过程回归算法相耦合,采用遗传算法在训练过程中自动搜索GPR模型最优超参数,形成GA-GPR算法,并编制相应的计算程序。为了对比,采用遗传算法与支持向量回归(SVR)算法相耦合,形成GA-SVR算法,将这两种算法程序应用于黄榜岭隧道施工围岩变形预测。计算结果对比表明:本文提出的进化高斯过程回归算法明显提高了预测精度,并为类似工程提供借鉴。     

浅埋暗挖车站施工地表沉降实测分析

以北京地铁四号、十号线黄庄站工程为背景,结合现场施工量测结果,阐述了四号线在浅埋暗挖法施工条件下地表沉降产生的原因及沉降规律,分析了影响地表沉降的因素,并提出控制沉降的措施。     

基于改进型灰色理论模型的山区高速铁路路基沉降变形分析

线下工程工后沉降变形分析评估是高速铁路轨道工程铺设的必要条件和关键工序之一。以重庆至万州铁路为例,在有砟轨道铁路施工过程中,引入改进型灰色预测模型Np GM(1,1)和UQGM(1,1)进行沉降变形分析,相比于传统的预测方法,两种改进型的灰色预测模型在预报的稳定性和相关性上有显著提升。对于考虑到的9个测点,改进型灰色预测模型得到的相关性均大于0.97,明显优于传统模型(相关系数为0.8左右,个别站点超过0.9);改进型模型得到的S(t)/S(∞)均接近或者等于1,显著高于传统模型。结果适用于西南山区高速铁路沉降变形评估预报,可以为类似区域的铁路路基沉降预测提供参考。     

高铁列车动载作用下路基动力特性及累积变形规律研究

为探索列车动载作用下路基的动力特性及累积变形规律,依托沪宁城际铁路工程背景,首先结合现场测试数据对路基沉降超限的原因进行分析,然后建立列车-轨道-路基耦合振动系统三维数值模型,对影响路基动力特性的影响因素(列车速度、基床厚度和刚度、行车方式)进行分析,最后结合室内足尺模型试验,对振动40万次的基床累积变形规律进行分析。结果表明:列车动载作用是运营期路基沉降超限的主要原因之一;列车速度、基床厚度和刚度、行车方式等因素对基床的动应力和动位移均有影响;路基的累积变形随循环加载次数增加而变大,最初振动5万次累积变形增长迅速,而后近似按照线性缓慢发展,振动40万次时的累积变形值为0.78 mm,影响深度约为5 m。