强度折减法分析隧道整体稳定性

为了判断武广客运专线浏阳河隧道DIIK1563+340～DIIK1563+410地段上台阶开挖时围岩的横向稳定性,应用强度折减法原理和有限元仿真软件建立每个强度折减系数下的仿真模型,研究拱顶沉降、地表沉降、主应力和塑性区与强度折减系数的关系,并分析隧道失稳形态.结果显示隧道的稳定安全系数为2.3,破坏首先发生在隧道两侧...     

偏压连拱隧道二衬混凝土裂缝成因及治理

泉州柴桥头隧道二衬施工,由于施工工艺、围岩变形等原因,致使混凝土产生裂缝,不仅影响美观,且给工程质量留下隐患。对偏压连拱隧道二衬混凝土裂缝的成因进行了分析,并提出了治理对策。     

铁路隧道下穿既有公路地层变形特性研究

文章结合张唐铁路工程燕山隧道下穿公路出口段,采用三维有限差分程序,研究分析了其施工过程中的地层变形特性、力学响应、能量积聚及塑性区分布特征.研究结果表明:公路最大沉降量小于规范要求,围岩竖向最大变形为20 mm,水平变形为16 mm;掌子面前方挤出变形明显,最大值为38 mm;边墙能量密度集中现象较显著,位于距洞壁5 m深部围岩处;掌子面前方6 m左右围岩处出现能量积聚,为掌子面稳定关键部位:塑性区主要集中在掌子面前方、拱肩、边墙及墙脚.为此,建议对掌子面进行预加固,保证墙脚和拱肩部位配筋,提高结构整体稳定性.     

南京纬三路大直径越江盾构隧道冻结法出洞方案研究

南京纬三路过江通道在江中段采用盾构法修建,其内设上下层双向四车道,直径为14.5 m.该隧道江北盾构出洞时主要穿越淤泥质粘土,土体含水量大,承载力低,若采用普通加固方式很难保证盾构出洞破壁时土体的稳定和有效隔水,设计采用人工地层冻结加固技术.结合现场实际情况,利用数值方法,就冻结施工时土体冻胀效应对地下连续墙安全性的影...     

柔性接头地铁隧道穿越地裂缝的地震响应

采用振动台模型试验, 模拟地震荷载和地裂缝场地沉降, 分析了穿越地裂缝区域且设置柔性接头的分段地铁隧道的动力响应, 研究了地裂缝场地沉降、裂缝发育特征、地铁隧道加速度响应特征、土压力与隧道各区段不同部位的应变规律。分析结果表明: 由地裂缝场地沉降与地震荷载耦合作用所产生的差异沉降和裂缝多集中于柔性接头部位; 各区段地铁隧道间的运动具有一定独立性, 上盘靠近地裂缝的地铁隧道的加速度峰值是下盘隧道的3.2倍; 距离地裂缝越近土压力越大, 且在耦合荷载作用下, 上盘土压力是下盘土压力的6.7倍; 地铁隧道各区段左右拱腰应变较大, 底板处应变次之, 拱顶部位应变较小; 柔性接头设置后各区段应变增率减小, 在距离地裂缝较近部位未出现明显的应变增加现象。可见, 在地震荷载与地裂缝场地沉降耦合作用下, 柔性接头能够减小地铁隧道地裂缝位置处的集中应力与地裂缝场地的变形。     

高速列车隧道交会压力波特性

采用基于有限体积方法的计算流体力学软件, 建立了列车几何模型和非定常可压缩湍流的三维流动模型, 对高速列车隧道内等速和不等速交会的全过程进行了数值模拟。在软件的任意滑移界面动网格技术中嵌入了列车光滑启动方法, 研究了列车交会过程中隧道断面的压力波动、流速变化和压力波的形成过程。研究结果表明: 基于三维流动模型的计算结果能够清晰地展示高速列车隧道内交会时的压力场与速度场变化情况, 同一隧道横截面上各点的压力波动趋势与断面压力均值的波动趋势虽然一致, 但不同测点的压力差异较大, 最大可达53.5%;等速交会时隧道中央的交会压力变化幅值最大, 负压峰值达到约-7kPa; 不等速交会时高速列车车体正压峰值与负压峰值均随低速列车速度的减小而减小, 而低速列车比高速列车的正压峰值大约1.5kPa; 两列车鼻尖交会处的隧道断面压力波负压峰值与低速列车速度的二次方近似成正比。     

三类勘察场地地裂缝活动对地铁隧道的影响

以地铁隧道穿越西安三类勘察场地的地裂缝为研究原型, 分析了地裂缝的发育特征; 运用数值模拟方法, 研究了三类场地地裂缝不同活动量值引起的地层应力场、破坏区域和位移场的变化特征, 计算了地裂缝的影响区域范围, 解析了地裂缝带活动对地铁隧道结构产生的破坏特征, 并提出了相应的工程对策。研究结果表明: 地裂缝活动造成其两侧地层的竖向应力呈近似反对称的分布形态, 地层应力的变化增量随上盘沉降的增加而增大; 通过综合分析位于地铁隧道拱顶和拱底埋深处地层的竖向应力变化特征, 得到三类场地地裂缝上盘和下盘的主要影响范围分别为0~20m和0~15m, 经对比验证, 与物理模型试验结果一致; 下盘靠近地裂缝的区域发生剪切破坏, 且破裂逐渐向上扩展, 最终形成一条与地裂缝呈18°夹角的剪切破坏包线, 其中间包含的范围为剪切破坏的集中区域; 地裂缝活动导致两侧土体发生位移突变, 形成2个类似“活动楔体”的变形区域, 且该区域范围逐渐扩大; 上、下盘隧道的差异沉降随着地裂缝错动量的增加而增大, 当地裂缝活动量达到20cm时, 造成整体式地铁隧道呈“S”破坏形态; 为适应三类场地地裂缝活动引起的大变形, 建议地铁隧道结构采用分段设置特殊变形缝加柔性接头处理等措施进行设防。     

全站仪RDM法与3D量测法量测隧道变形精度对比

根据测量学原理和误差传播定律, 分析了全站仪自由设站对边量测(RDM) 法和三维坐标(3D) 量测法, 建立了2种量测法的隧道变形精度分析模型, 利用中误差评价隧道变形量测精度, 推导了2种方法量测隧道变形的中误差计算公式, 并以某三车道公路隧道为例, 对2种方法的量测精度进行了对比和验证; RDM法通过三角高程测量原理和三角余弦定理得出任意点之间的水平距离、高差和斜距, 根据任意测点之间的三角几何关系得到隧道变形; 3D量测法从任意观测点观测若干已知点的方向和距离, 通过坐标变换计算各测点坐标, 根据各测点坐标得到隧道变形。分析结果表明: 采用RDM法和3D量测法量测隧道拱顶下沉的精度评价公式相同, 而量测隧道水平收敛的精度评价公式不同, RDM法的精度优于3D量测法, 且随着全站仪到量测断面距离的增加, 差值逐渐增大, 当距离为100 m时, 两者精度差值已增大至0.43 mm; 在三车道公路隧道中, 当距离为40~60m时, 2种方法量测隧道水平收敛的精度均为最高, RDM法可达0.61~0.68mm, 3D量测法可达0.78~0.84mm; RDM法和3D量测法量测的隧道拱顶下沉曲线平滑、圆顺, 拟合度都大于0.95, 而在量测隧道净空收敛方面, RDM法的曲线拟合度大于0.9, 3D量测法的曲线拟合度小于0.9, 因此, RDM法量测精度优于3D量测法。     

箱体式活动沙障风沙流场特征

研究在野外调查的基础上, 采用计算流体力学三维数值建模方法并结合室内风洞试验, 分析了箱体式活动沙障在孔隙率与风速变化作用下的控沙特点及其周围风沙流场的演化过程。分析结果表明: 在沙障的控制下, 顺着风向在沙障前后依次出现减速区、减速上扬区、加速区与障后涡流区, 在沙障腔体内形成明显的腔内减速区与涡流区, 过境风沙流在沙障的减速区、障后涡流区与腔体内发生沉落, 可见箱体式活动沙障发挥了控沙作用; 随着风速增大, 障前减速上扬区高度增大, 但沙障迎风侧孔隙率的变化对减速上扬区高度没有影响; 当沙障迎风侧横板孔隙率小于5%时, 对来流的消减效果显著, 积沙在沙障前卸载, 不能充分发挥沙障背风侧涡流区的控沙作用; 当孔隙率大于25%时, 沙障能够充分发挥控沙作用, 在沙障的迎风侧、背风侧与腔体内都有积沙卸载; 当孔隙率继续增大至30%时, 沙障控沙效果没有明显提高; 选定孔隙率为30%条件下, 随着风速的增大, 沙障后积沙增加, 沙障腔体内积沙减少, 而沙障迎风侧积沙出现先增加后减少的变化趋势。     

高寒冻融环境下隧道结构服役性能预测模型

为分析高寒大温差冻融环境对公路隧道衬砌结构长期服役性能的影响, 采用现场测试方法得到了姜路岭隧道洞口温度变化规律, 基于室内冻融循环试验拟合了冻融环境下衬砌混凝土力学性能劣化计算公式, 应用荷载结构法建立了高寒冻融环境下衬砌结构服役性能的时空预测模型。研究结果表明: 铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 W·(m·℃)^-1的保温层后, 姜路岭隧道1年内经历的等效室内冻融循环次数从8下降为0.32;无保温层且混凝土饱水条件下, 5、10、15、20年后拱脚处截面安全系数相对于刚服役时分别降低了0.6%、23.7%、41.1%、69.8%, 二次衬砌服役20年后安全系数已不能满足结构承载的要求; 铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 W·(m·℃)^-1的保温层后, 二次衬砌服役100年后安全系数仍能够满足承载要求。可见冻融循环的剧烈程度对衬砌结构长期服役性能影响显著, 保温层能有效改善混凝土的冻融环境。