地震波斜入射下山岭隧道横向动力响应数值分析

近断层地震具有显著的方向性特征,地震波斜入射引起的非一致激励对隧道结构具有不可忽视的影响。文章基于粘弹性边界的波动数值理论,采用ANSYS进行汶川卧龙波输入下某山岭隧道横向地震响应数值分析,研究了地震波入射角度对衬砌动力响应的影响。计算结果表明:地震波斜入射时,衬砌结构的地震响应与垂直入射时有明显差异,呈现竖向受力特征,结构反应随着入射角度的增加而增大;斜入射时,隧道抗震的薄弱部位在拱顶、拱腰和拱脚处。研究结果可为山岭隧道抗震设计提供参考。     

考虑入射角和局部地形影响的地面地震动效应分析

本文通过建立考虑局部地形条件的场地模型,采用粘弹性理论设置人工边界,考虑入射角进行等效地震荷载输入,对五种不同地形和坡度的场地进行地面地震动效应分析。结果表明,凹状河谷地形和凸状山脊地形相比于平地地形来说对地震动具有放大效应,坡顶的地震响应要高于坡底的地震响应,地面地震动响应大致呈现与地形类似的形状,迎波面地震响应要高于背波面地震响应。     

高烈度地震区公路隧道洞口段地震响应分析

根据隧道地震安全性评价报告和地勘资料,建立了三维数值计算模型并采用一致粘弹性人工边界模拟动力边界,对高烈度地震区公路隧道洞口段进行了瞬态动力计算。计算结果表明:在三向地震荷载激励下,洞口段衬砌的地震响应具有明显滞后性,衬砌以水平横向振动为主、轴向振动次之、竖向振动最弱;洞口段衬砌的拱腰部位将承受极大拉应力和剪应力,可设减震层吸收地震能量。通过对衬砌相对位移的分析得出,衬砌横向和轴向变形都很小,衬砌稳定性尚好。     

地下结构专业抗震计算软件的开发与应用

在采用反应位移法和反应加速度法进行地下结构抗震设计时,考虑到在地震动参数确定、土层地震动反应、边界条件设置等方面存在的复杂性,采用VC＋＋开发面向道路隧道、地铁区间隧道、沉管隧道、地铁车站等地下结构的专业抗震计算软件SAUS。该软件由软件界面平台、建模前处理、抗震计算分析、结果后处理四部分构成。前处理功能可自动快速地完成建模、设定单元属性、施加荷载和设置边界条件等;抗震计算提供常用的多种圆形和矩形结构的反应位移法和反应加速度法的自动计算;后处理功能提供结构的位移和内力云图显示、结果数据查询以及自动生成计算书等。通过实际工程的应用,极大提高了地下结构在抗震设计方面的工作效率。     

移动荷载下钢桥面铺装表面拉应力粘弹性分析

文章针对钢桥面铺装体系受力复杂、铺装表面承受较大的弯拉应力、钢桥面铺装使用的荷载与温度条件相对恶劣等情况,对钢桥面沥青铺装表面的拉应力进行了粘弹性有限元计算分析,介绍采用粘弹性材料模型,利用试验数据计算得到的材料计算参数,为铺装设计提供参考。     

弯头与直管连接截面及边缘区应力分析

以弯头与直管连接结构边缘区及连接截面为主要研究对象,应用有限元方法建立弯头与直管连接结构数值计算模型,通过与ASME中的弯管应力计算公式进行比较,验证模拟结果的准确性。在此基础上分析结构在内压、弯矩以及2种载荷共同作用下的边缘区和连接截面应力分布特点和规律,提出了连接截面应力计算方法,并证明公式计算结果的可靠性,可用于弯头与直管连接结构安全评定时,计算含面型缺陷的连接面的应力。     

改进振动法在地下工程动力时程计算中的应用

地下工程受到周围土体的约束作用,其动力反映与地面工程有所区别,如将源于地面工程的振动法用于地下工程的动力时程计算分析,需要进行相应的改进.文章通过计算分析发现,振动法用于地下工程动力时程计算时,在计算模型边界条件和波动传播时间效应方面不能反映波动对地下工程作用的实质；通过对比分析,在这两个方面对常规振动法进行了改进；提出了适用于地下工程动力时程计算的改进振动法.该方法的计算模型采用左右两侧粘弹性底部固定的人工边界条件,波动输入采用能够反映波动传播时间效应的分层加速度动态输入法,其计算分析结果与理论解吻合较好,适用于地下工程的动力时程计算分析.     

公路隧道施工过程的数值模拟及ANSYS实现

正确模拟围岩的卸载过程是地下工程数值模拟的一个重要课题。文章论述了应用"施加虚拟支撑力逐步释放法"来模拟隧道施工过程中围岩应力释放的原理,并结合双连拱隧道施工数值模拟实例,得出采用ANSYS软件可以实现隧道和地下结构的施工数值模拟方法。     

乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段结构验证试验研究

对乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段支护结构的受力特性,采用数值分析方法进行计算,开展现场结构试验并进行对比分析。试验揭示了隧道开挖后围岩应力释放引起的结构变形与支护压力变化规律,支护结构的稳定性和安全性在不同测试地段受各种影响因素的作用而不同。数值计算与现场试验结果表明,隧道衬砌的结构安全系数均满足规范要求,但应以按实测衬砌应力进行结构内力计算,并对结构安全性进行评价为宜。     

地震动参数对地下洞室安全系数的影响分析

为解决地震作用下地下洞室围岩安全的定量评价问题,文章建立了一种基于整体安全系数和点安全系数的围岩稳定综合评判方法。首先给出了基于岩体抗剪强度折减原理的洞室整体安全系数计算方法,该方法以主厂房和主变洞之间的塑性区恰好贯通作为洞室整体失稳的临界判据,整体安全系数通过搜索折减系数而得到;然后给出了基于Mohr-Coulomb屈服准则的点安全系数计算方法。结合西南某水电站地下厂房洞室工程,研究了不同地震动输入参数对洞室整体安全系数和关键部位的点安全系数的影响规律。计算结果表明,基于安全系数的地下洞室围岩稳定定量评价方法是可行的,能够反映不同工况下洞室整体安全程度和不同部位的局部安全程度。研究发现,洞室整体安全系数和关键点安全系数均随地震波振幅、持时的增加而减小;随入射角的增加而增大;地震波低频对洞室影响较大,高频则影响较小。     

超小净距隧道结构设计与施工稳定性分析

文章依托某城市地下互通式隧道工程中一处超小净距隧道工程,对超小净距隧道的三种结构形式进行比选,研究确定了无中隔墙的超小净距隧道结构方案,采用锚杆注浆加固中夹岩柱并加强一次衬砌和微震预裂爆破技术的分步挖掘施工方案;利用有限元数值模拟超小净距隧道支护施工过程,得到其各个施工步序下围岩及支护结构应力、应变状态,分析其稳定性,优化并验证设计参数,有效指导设计与施工。     

地下结构抗震设计方法的比较与分析

在日本阪神大地震中,地下结构遭到了严重破坏,因此地下结构的地震反应及抗震设计和安全性评价越来越被重视。首先采用矩形地下结构的两种抗震设计方法——拟静力法和反应位移法对北京地铁北宫门车站进行了抗震计算,并使用计算软件FLAC4.0对北宫门车站进行了时程分析,发现拟静力法对地震荷载过于简化,致使其过低估计了地震对地下结构的影响;而反应位移法较合理地反应了地震荷载对地下结构的影响;地震中的惯性力对地下结构的内力影响不大,地震剪应力对结构的内力影响最大;并且,通过软件FLAC时程分析,得到的位移等反应规律与反应位移法的假设相同,计算得到的弯矩值与采用反应位移法计算得到的弯矩值相近。因此,推荐首先采用反应位移法进行地下结构的抗震设计。     

爆破振动下小净距隧道围岩的力学行为分析

文章运用数值分析计算软件,对小净距隧道中既有隧道受邻近隧道爆破震动影响的动力响应特性进行分析,得出了爆破地震波作用下,隧道周边围岩应力、位移和振动速度的分布规律,为小净距隧道的设计与安全施工提供科学依据。     

地下连续墙在厦门海底隧道穿越富水砂层中的应用研究

文章基于厦门海底隧道现场监测数据并结合数值方法,对地下连续墙在隧道穿越富水砂层时的应用效果进行了研究。结果表明,在施作地下连续墙并对地层进行降水后,隧道结构变形显著减小,其中CRD1部拱顶下沉降低了约35%～60%,CRD3部拱顶下沉降低了约25%～50%,CRD1部洞周收敛降低了约50%左右。通过比较分析现场实测数据和数值计算结果可知,两者得出的隧道结构变形总体趋势一致,量值基本吻合。文章所采用的方法及研究结果对厦门海底隧道后续施工,以及类似的工程有一定的参考意义。     

高速铁路隧道内外压力脉动数值模拟用边界条件的研究

高速列车通过隧道将诱发隧道内外的压力脉动,其中包括隧道内压力波和隧道进出口波。在对这两类空气动力学现象同时进行数值模拟时,会产生有关开放边界和隧道出口端边界的选用问题。文章基于三维可压缩非定常湍流流动模型,采用CFD软件中的滑移网格技术,模拟高速列车穿过隧道的全过程。通过改变两种计算区域隧道远场开放边界条件以及隧道出口边界条件,考察了其对隧道内压力波以及进口波计算结果的影响特性,得出了开放边界对进口波影响较大,出口边界对隧道压力波影响较大。研究进出口波时,开放边界采用黎曼边界条件较合适;研究隧道压力波时,出口边界采用压力边界条件较合适。     

抓马山隧道浅埋暗挖下穿青兰高速数值模拟分析

以抓马山隧道下穿青兰高速连接线为分析对象,运用MIDAS/GTS建立数值模型,采用地层-结构法计算,计算施工过程中围岩及支护结构的应力、位移值,论证了隧道暗挖法下穿高速公路的可行性。     

快速估算高速列车突入隧道引起的压缩波

高速列车突入隧道会在隧道端口引起微压波,影响周边环境,而洞口微压波与初始压缩波紧密相关。文章对比分析了计算初始压缩波的三种理论研究方法的特点,并采用计算时间较短的三维解析方法对高速列车突入隧道产生的初始压缩波进行数值模拟研究。通过与国外实验结果对比,验证了计算方法的正确性,并研究了列车头型对初始压缩波的影响特性,为高速列车和隧道设计提供参考。     

浅埋偏压双侧近接隧道影响分区及对策研究

新建隧道施工会引起围岩应力重分布,从而对邻近既有隧道产生较大的影响。文章依托浦梅铁路新建武调1号隧道和武调隧道双侧近接向莆铁路既有武调隧道工程,采用理论研究的方法建立了适用于双侧近接既有隧道影响度的表达式,得到了基于结构位移准则和结构可靠度准则的两种近接影响分区。通过数值模拟、回归计算的方法完成了两种双侧近接影响分区,结果表明:相比基于结构可靠度准则的近接影响分区,基于结构位移准则的近接影响分区方法中强影响区范围较小,弱影响区范围较大。对处于不同影响分区的既有隧道、新建隧道、中间土体提出了对应的适用于依托工程的施工对策。在不同影响分区范围内,对既有隧道结构位移、衬砌应力进行监测。监测结果显示:当采取既定的施工对策后,既有隧道结构位移、衬砌应力均得到了很好的控制,既有隧道受左侧新建偏压隧道的影响大于右侧新建隧道。     

瀑布沟水电站地下厂房顶拱层开挖与爆破震动控制

特大型地下厂房顶拱层开挖和爆破震动控制,涉及整个工程项目的工期、成本及施工安全,所以一直是施工中的最关键工序。文章介绍了瀑布沟水电站在高地应力复杂地质条件下,特大型地下厂房顶拱层开挖与爆破震动控制的施工经验,可供同类工程借鉴。     

挤压性围岩小间距隧道结构受力特性分析

小间距隧道的工程难点主要是群洞效应以及中间岩柱的稳定性,尤其是在挤压性围岩环境中,施工中出现先挖先裂、左挖右裂的现象是十分棘手的难题。文章依托新城子隧道出口喇叭口段挤压性围岩典型大变形案例,提出了超前导洞应力释放工法,并通过结构测试及数值对比分析,验证超前导洞应力释放工法的效果。结构受力测试结果及数值对比分析显示,采用超前导洞应力释放工法相对常规三台阶法可明显减小衬砌结构的受力,表明挤压性围岩小间距隧道采用超前导洞应力释放的方法在理论和实践上是可行的。