基于远、近期合建的折多山公路隧道总体设计方案研究

为解决特长公路隧道升级改造困难问题,以折多山公路隧道项目为依托,创新性地提出远、近期合建的总体设计方案。通过交通量预测、工程造价、运营通风及逃生救援等方面综合比较,得出可实施的合建方案： 先期建设二级公路隧道主洞,设2段非贯通平导,后期直接将二级公路隧道作为高速公路隧道右洞,并贯通二级公路隧道平导作为高速公路隧道左洞。合建方案能有效节约工程造价,降低社会耗能。     

适于TBM施工的HSP法实时预报技术设计与实现

为实现TBM施工隧道的实时地质预报,以TBM刀盘滚刀破岩震动作为震源的HSP法地质预报技术为基础,通过分析TBM施工工艺与机身结构特点,对HSP系统硬件和软件进行优化设计,使其小型化、自动化和智能化,并搭载于TBM上进行智能控制。在TBM掘进过程中,首先,通过隧道轮廓位置的检波器连续或高频次地采集地震反射波信号; 然后,经系统软件对数据的自动处理,实时获取掌子面前方地层反射特征参数图谱; 其次,通过智能识别技术完成对不良地质反射界面的有效拾取与判识; 最后,实现不良地质的探测。通过对适于TBM施工的HSP法实时预报技术进行优化设计,实时探查前方地层不良地质(体)位置、规模与性质,为TBM的高效施工起到一定的推助作用。     

地下工程平衡稳定理论再研究

目前,地下工程结构在计算分析方面主要采用传统松弛荷载理论（类似荷载结构法）和数值分析法;在合理结构构造、施工工法等方面主要采用岩承理论（类似地层结构法）,这些已有理论或方法隐含“变形协调控制”假定,实际应用中往往将这些假定忽视,因而需进一步发展新的理论方法以适应实际应用的需求。在大量工程实践和试验的基础上,揭示地下工程有效承载结构层与围岩荷载转移规律之间的关联性,建立地下工程平衡稳定理论,此理论既能反映传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容,又能拓宽平衡稳定性等内容,是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念; 同时提出能量控制技术、预支护技术、受力独立性综合技术、变形协调控制技术4项关键技术。将这些技术合理地运用到实际工程施工中,将便于利用已有或新成果分类预防和控制地下工程质量和安全,为解决新型地下工程问题提供新的依据。     

基于气动效应的特长隧道断面优化探讨

铁路隧道净空面积的确定,不仅应考虑隧道建筑限界和机车车辆限界,还要考虑列车通过隧道时诱发的空气动力学效应。基于一维、可压缩、非定常的流动假设,推导得到车内瞬变压力、洞口微气压波和空气阻力计算公式,并结合这3个指标对现有城际铁路、高速铁路隧道设计规范进行论证和优化。结果表明： 针对大于10 km的特长隧道,在一定长度范围内,且在提高列车密封水平、增加洞口微气压波缓冲结构的情况下,可对特长隧道净空断面进行优化。     

圭嘎拉高海拔隧道施工人员体力劳动强度评价

为探究圭嘎拉高海拔隧道施工人员体力劳动强度水平,评价施工工序劳动强度,选择圭嘎拉隧道进口段（海拔4 300 m）及1#斜井段（海拔4 560 m）的施工人员作为测试对象,分别测量不同工序下施工人员的生理指标（心率、血氧饱和度、耗氧量）。基于耗氧量计算能量代谢率,进而计算各工序的劳动强度指数。结果表明： 1）260 m的海拔高差造成的施工综合劳动强度指数差异具有统计学意义（P<0.05）; 2）二次衬砌钢筋绑扎是所测施工工序中劳动强度最大的工序,该工序下施工人员的心率、血氧饱和度和平均能量代谢率都出现超过卫生限值的情况,劳动强度指数达到35（极重）; 3）海拔为4 300~4 560 m时,隧道各施工工序劳动强度大部分为中度-极重度。     

分析层合材料槽孔应力的新型特殊层合杂交应力元

基于一种新的非匀质材料的扩展Hellinger-Reissner原理,及当一个单元域划分为不同材料特性子域,其元内位移及应力沿子域表面不连续时有限元刚度列式的简便方法,建立了新的具有一个无外力圆柱表面层合杂交应力元。单元各层内以整体坐标表示并以自然坐标插值的应力场,通过以非协调位移为权函数使齐次平衡方程变分满足的理性方法得到,此应力场同时严格满足给定圆柱面上无外力条件。单元间及各层间位移连续条件分别通过Largrange乘子进行了松弛。数值算例表明:在相当粗的网格下,新型元可提供较一般假定位移元及一般假定应力元更为准确的槽孔层板孔边应力。     

代理模型在水下航行体空泡压力预示的应用研究

文章基于径向基神经网络(Radial Basis Function,RBF)和Kriging代理模型方法分别对水下垂直发射航行体表面附着空泡闭合区压力预示模型进行了研究,首先分析了影响空泡闭合区压力变化的物理因素,通过代理模型方法建立了影响因素与空泡闭合区压力最大值和压力空间分布波形之间的数学模型,形成了空泡闭合区压力分布预示方法,而后针对典型工况开展预示结果与试验数据比对,表明RBF方法和Kriging方法均能较为准确地获取空泡闭合区压力特征,在有限子样条件下Kriging代理模型对空泡闭合区压力峰值预示精度更高。     

格子Boltzmann方法在串列双圆柱绕流数值模拟中的应用研究

基于格子Boltzmann方法,对二维静止串列双圆柱绕流进行了数值模拟,并将模拟结果与已有研究结果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为精确的边界处理方法。提取了圆柱的升阻力系数,讨论了圆柱间距对圆柱受力情况和尾流特征的影响。数值模拟在雷诺数Re=200条件下进行,对两圆柱中心间距为1.5~4.0D(D为圆柱直径)之间的典型间距进行了数值模拟,获得了圆柱升阻力系数以及尾流中涡和流线的变化,验证了临界间距的存在,模拟结果和已有研究结果符合得较好。     

基于ABAQUS显式CEL方法的球体入水数值研究

文章针对球体入水过程,采用显式动力学CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian analysis)方法,对球体入水空泡的演化、发展过程进行了模拟。CEL方法在入水、特别是低速入水模拟过程中,由于无约束自由面边界的影响,需对水介质的体积模量进行修正,进而通过与球体入水实验入水弹道数据的对比,表明CEL方法在流固耦合数值求解中的有效性。最后,提出了显式动力学数值求解入水冲击载荷在采样频率、欧拉-拉格朗日接触的网格离散,以及整体网格离散精度控制方面应遵循的基本原则。     

喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。