病害隧道结构安全性评价模型与方法

基于结构-荷载法隧道计算理论,分别建立了隧道衬砌结构厚度不足、材料劣化及背后空洞3种病害结构计算模型,并进行了工程实例分析,阐述了病害隧道结构安全性评价的具体方法.研究结果表明:隧道结构病害的存在,改变了其整体刚度和受力状态,降低了整体承载能力.所建立的病害结构安全性评价模型能够综合考虑隧道常见病害对结构的影响,弥补了...     

高水位富水隧道衬砌结构设计刍议

本文应用渗流理论建立岩体渗流计算模型，推导了隧道衬砌外缘剩余水头的计算公式，并对荷载——结构计算模型、理论解析计算和有限元计算三种抗水压隧道衬砌结构设计方法予以介绍。     

考虑土体剪切与接头剪切效应的盾构隧道纵向变形计算模型

针对紧接盾构隧道或盾构穿切桩基工程中附加外力作用下的盾构隧道纵向非均匀变形和受力问题,利用计算解析方法,将盾构隧道视为置于Pasternak双参数地基上的铁摩辛柯梁,同时引入修正等效连续化模型和传递矩阵法,提出一种新的盾构隧道纵向变形计算模型,并采用室内模型试验的方法进行验证。结果表明：模型试验中,在集中荷载与围压共同作用下,整个隧道处于弹性变形阶段,各环管片收敛变形、拱顶和拱底竖向位移、环缝错台量均随集中荷载的增加而近似线性增大,并以集中荷载为中心沿纵向呈对称分布,变形趋势与计算结果相同,且2种方法下环缝错台量最大相对误差仅为8.75%;2种方法得到的结果在分布特征和量值上基本一致,验证了计算模型的可行性。该计算模型能够反映土弹簧间的剪切作用、收敛变形对隧道纵向变形刚度的影响及接头的非连续性,可对盾构隧道纵向变形和内力进行预测分析,并为紧接盾构隧道工程中既有盾构隧道的安全评估提供理论指导。     

特长公路隧道火灾烟囱效应计算方法研究

以特长公路隧道为背景,考虑隧道两洞口环境条件不同的特点,对特长隧道由于单向长大纵坡及竖井产生的、导致火灾烟雾扩散的"烟囱效应"进行研究。在考虑围岩热影响的情况下,结合网络图论,网络通风理论,建立隧道自然风压的计算模型。依据自然风压的结果,结合火灾工况的场模拟方法,提出分析特长隧道烟囱效应的计算方法。     

盾构隧道衬砌结构计算模型探讨

研究目的:目前被工程界广泛采用的隧道拱底为压缩弹簧形式的衬砌结构计算模型,缺少相应的理论支撑,得到隧道拱底处相对较小的衬砌内力,以及隧道拱底的沉降变形趋势,与实际情况不符,且可能导致拱底处衬砌结构安全系数偏低。为了进一步加强衬砌结构设计的准确性与可靠性,对不同的衬砌结构计算模型展开对比分析,指出该模型被广泛采用的根本原因,并提出合理的计算模型。研究结论:(1)隧道拱底的地基反力形式与拱底位移趋势密切相关,当拱底呈隆起变形时,地基反力仅由反作用力组成,当拱底呈压缩变形时,地基反力由反作用力与地基压缩抗力两部分组成;(2)对于盾构法隧道,应采用拱底为反作用力形式的衬砌结构计算模型,该模型能准确地反映衬砌的受力特点与位移趋势,可以有效克服隧道拱底处安全系数不足的隐患;(3)提出了基于拱底地层位移趋势的拱底作用力形式以及相应的荷载-结构计算模型;(4)研究成果可用于盾构法隧道、矿山法隧道、明挖或暗挖的地铁车站等地下工程。     

地下洞室合理开挖断面的研究

椭圆形隧道断面被认为是理想情况下的合理开挖断面。文章分别采用荷载—结构模型和地层—结构模型对椭圆形断面进行计算分析。结果表明:考虑到衬砌和围岩共同作用,椭圆形断面两主轴比在λ~λ之间时,隧道衬砌受力比较合理,结构比较安全。     

计算高速列车车内压力的热力学模型

运用热力学基础知识，建立了一种计算高速列车通过隧道时车内压力变化的热力学模型，它采用当量漏气面积表示车辆气密性，具有物理意义明确的特点。在相同的计算条件下，将其与现有能够计算车内压力的2种模型——经验模型和流动模型进行了车内压力计算的对比分析，结果表明热力学模型用于高速列车车内压力计算是可行的。     

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。     

高速列车撞击盾构隧道的混合多尺度动力分析模型

列车脱轨会对隧道结构产生重大损害,为此提出一种在保证计算精度的前提下能大幅度提高计算效率的列车撞击盾构隧道混合多尺度动力分析模型,以降低列车脱轨事故的潜在风险。首先,建立考虑管片接头效应的常规非多尺度模型及2种单一多尺度模型（同类型单元粗细网格耦合多尺度模型和不同类型单元壳-体耦合多尺度模型）,通过3种模型的管片静力学试验结果对比分析,验证2种单一多尺度模型的适用性;然后,将2种单一多尺度模型结合成混合多尺度模型,应用于列车撞击盾构隧道动力分析中,并与采用常规非多尺度模型的计算结果进行对比。结果表明：在静力荷载下,2种单一多尺度模型在位移、应力及损伤面积的分布规律上与常规非多尺度模型一致,计算值误差均在3.5%以内,且计算时间缩短了50%左右;在撞击荷载下,混合多尺度模型与常规非多尺度模型计算所得的管片位移和拉压损伤发展规律一致,但混合多尺度模型计算数值偏大,除拉伸损伤面积误差为8.56%外,其余结果误差均在5%以内;混合多尺度模型在保证计算精度的前提下,将计算时间缩减了62.4%,为类似问题提供了更为高效的解决方案。     

考虑接头影响的盾构隧道地震响应分析

为探明地震作用下盾构隧道管片接头与拼装方式对其横断面地震内力及变形的影响,分别针对匀质圆环模型以及梁—弹簧模型开展反应位移法计算,对不同转角错缝拼装管片环的地震内力与变形进行对比分析。研究结果表明:两种模型计算所得衬砌横断面地震弯矩、轴力均呈反对称分布,在左右拱肩、拱脚部位出现最大值,地震剪力呈近似对称分布,整环内力图在管片接头处出现内凹或突变;与匀质圆环模型相比,梁—弹簧模型因考虑了管片接头与拼装角度造成地震内力计算结果相差20%左右,变形值则最大可造成40%以上的误差。综上可知,盾构隧道接头对其地震内力分布以及接头处变形均影响显著,采用匀质圆环模型计算管片转角时存在较大误差,当需要精确求解时该模型不再适用。     

地铁越江隧道爆炸冲击波荷载研究

利用数值模拟方法,对"单洞"和"双洞"隧道模型在药量为10kgTNT时的冲击波荷载进行了计算,获得了两种模型中隧道壁和隧道轴线的爆炸压力时程曲线型、超压峰值和冲量的变化规律,分析了获得隧道衬砌结构各部的荷载特征。最后,利用结构震塌理论,计算得到了结构各部位所受爆炸冲击波荷载的特点,分析结构受载的薄弱部位,可为隧道结构设计提供参考。     

浅埋隧道围岩压力的统一表达模型及计算方法

研究目的:基于楔形体极限平衡原理,在围岩压力计算步骤中引入自定义的水平压力占比系数η、广义水平侧压力系数λ,从而建立浅埋隧道围岩压力的统一表达模型及计算方法。该统一表达模型旨在以规则化的数学表达形式,取代《铁(公)路隧道设计规范》中分别关于超浅埋、浅埋(非偏压)、浅埋偏压3种不同工况下的围岩压力计算方法,可实现浅埋隧道围岩压力公式在计算形式的统一性,物理本质的同一性,计算步骤的一致性,克服行业规范中围岩压力计算公式在浅埋条件不同时表达各异、物理内涵晦涩、操作繁琐的理论缺陷。研究结论:(1)统一表达模型实现了超浅埋、浅埋(非偏压)、浅埋偏压时围岩压力计算公式在理论上的大一统,数学形式简约;(2)可推广至多层土、地表非水平含超载、楔形体非规则、小净距及连拱形式时的隧道围岩压力计算;(3)统一表达模型计算结果与规范公式计算结果一致;(4)统一表达模型及计算方法对行业规范的修订和补充具有重大意义。     

地铁列车牵引计算算法及程序实现

根据地铁列车在隧道中运行的特点,基于最快速运行策略,应用MatLab程序建立了地铁列车牵引计算模型,研究了运行过程中隧道附加阻力对列车运行时间的影响。实例计算表明,该模型能计算出地铁列车最快速通过地下区段的时间,对地铁系统实施运营管理、成本核算以及节能降耗研究具有一定参考价值。     

隧道火灾模型试验中列车对烟气控制的影响

分别对太行山铁路隧道缩尺模型内有无列车两种工况进行火灾试验,讨论列车阻塞对隧道火灾临界风速的影响,比较有无列车两种工况下临界Froude数,并分析烟气回流长度的影响因素。结果表明:铁路隧道内有列车时控制火灾烟气回流的临界风速明显降低;阻塞比为0.2时的临界风速比无列车时的临界风速减小23%,说明临界风速差异比接近且稍大于隧道阻塞比;计算临界风速时使用的临界Froude数与火灾热释放率相关,不是一个常数。无量纲回流长度与Froude数近似呈线性关系,在相同Froude数下无列车时回流长度明显更长。     

盾构隧道注浆抬升施工对衬砌结构影响的多因素分析

基于盾构隧道注浆抬升工程，建立盾构隧道注浆抬升对管片衬砌结构影响计算模型，通过对比现场实测数据和数值计算结果，验证计算模型的正确性；在此基础上探讨分析不同注浆位置、不同注浆顺序对管片衬砌结构的影响，为盾构隧道注浆抬升提供参考依据。     

石太客运专线板式无碴轨道两种计算模型的对比分析

为配合石太客运专线板式无碴轨道结构设计,采用梁板模型和三重叠合梁模型对板式无碴轨道进行力学计算,并对两种模型计算结果作对比分析,发现两种模型计算结果吻合较好。在无碴轨道结构设计中,可以根据需要选择任一种模型进行分析,也可以取两种模型计算结果的较大值。     

火灾工况下地铁开式通风系统侧置喷嘴的结构优化研究

主要针对火灾工况下地铁开式通风系统侧置喷嘴送风的两种不同结构形式进行研究。采用Fluent数值模拟方法,使用标准k-模型,对建立的隧道火灾工况模型进行数值计算,得出了两种喷嘴结构形式对火灾工况下隧道通风的影响。结果表明,两种侧置喷嘴结构形式均大于临界风速2.1m/s,可以满足火灾工况下的隧道通风要求,但是方案二风机所需风压偏大,经济性较差,本文推荐采用方案一的喷嘴结构形式。     

实用的交通隧道中任意点对应中桩平面坐标计算的统一模型

给出了实用的交通隧道中任意点对应中桩平面坐标计算的统一模型和实用的计算公式,方法简单实用。     

汶川地震隧道概率易损性模型研究

地震概率易损性模型是一种在地震发生后快速且较准确地估算震害损失的方法[1]。本文基于汶川地震的震害调查资料,将汶川地震中所调查隧道的破坏形式分为14种,根据震害程度将隧道的破坏状态分为轻微破坏、中度破坏、严重破坏和完全损毁4种,为方便模型的建立,将隧道结构分为洞口段、断层破碎段和普通段。统计分析调查资料,可以得到每一类隧道结构发生某一种破坏状态的统计概率,再结合隧道对应每一种破坏状态的破坏比,建立隧道的概率易损性模型。依据本文建立的隧道概率易损性模型可能在今后发生类似地震时快速地估计地震灾害损失。     

山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法与应用研究

为解决山地轨道交通隧道在BIM建模中存在的隧道线路偏差大、隧道构件复杂繁多、属性添加效率低以及呈现效果单一等问题,提出一种基于Revit+Dynamo+Excel及EVS软件的山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法。结合隧道线性工程特点,对Revit内置Dynamo插件二次开发,实现隧道快速精准的参数化建模和批量定义属性参数。提出基于EVS软件建立隧道三维地质体模型的方法,制定地层建模和岩性建模的实现方式和标准流程,结合隧道BIM模型全面实现隧道建设过程中的可视化。依托施家山隧道项目,基于Cesium框架实现了BIM模型、GIS地表和地质体三维模型的集成,实现三维可视化模型与模型属性、数据信息等可交互式操作。实践表明,Geo-BIM建模方法可以快速地对隧道BIM模型及其三维地质模型进行建模,通过集成后的模型信息之间能够表现出很好的交互效果,具有良好的工程应用价值。