列车隧道空气动力学研究综述

综述列车通过隧道时的气动效应及其原理,介绍列车过隧道时压力波的形成和变化规律以及研究方法,分析车型、车速、隧道长度以及阻塞比等相关参数对隧道气动效应的影响,并从车体优化和隧道结构优化2个方面分析减小隧道空气动力效应的措施。最后,总结目前在列车隧道影响因素和缓解措施方面的研究成果,并从气动荷载对隧道结构、列车结构以及隧道内附属结构的安全性问题、隧道空气动力学问题和大风环境下的隧道空气动力学问题3个方面进行展望。     

矿山法隧道拱部装配式衬砌结构设计研究

为解决矿山法铁路隧道施工拱部常出现的衬砌背后脱空、二次衬砌厚度及强度不足等质量缺陷问题,提出矿山法隧道拱部采用装配式预制管片结构的新思路,并基于时速350 km双线铁路隧道,采用数值计算分析研究拱部装配式衬砌结构的系列设计参数。主要研究结论有： 1）提出拱部装配式衬砌环向不分块的整体预制形式,综合考虑理论计算结果、行车安全分析、机械设备运输及拼装能力、拱部衬砌承载能力等,确定拱部管片环向弦长8.6 m、纵向幅宽2 m、衬砌厚度50cm的结构尺寸及配筋设计参数; 2）提出拱部预制管片之间环缝采用螺栓连接、拱部预制管片与现浇边墙采用“L”型榫接头的接头形式及其设计参数; 3）为保证拱部管片的顺利安装,“L”型榫接头应考虑一定的施工误差,同时拱部预制管片与初期支护间应预留安装空间,后期通过管片背后纵向注浆填充密实。隧道拱部装配式衬砌技术成功应用于重庆胡家沟隧道,总体实施效果较好。     

基于模糊综合评价法的城市综合管廊结构健康评价方法研究

为解决城市综合管廊结构健康状况评估结果无法量化和指导运维的问题,通过分析模糊综合评价理论在交通隧道结构健康评价方法研究中的应用,依照类比思想,利用该理论建立城市综合管廊结构健康状况评价体系。首先,依据有关养护规定和调研结果,基于不同需求分别建立管廊结构的本体完好状况和本体结构状况评价指标体系;其次,以交通隧道和综合管廊养护经验为基础,划分各指标的分级判定标准; 然后,采用层次分析法,计算评价指标的权重分配; 最后,采用柯西分布型隶属函数和矩阵型隶属函数确定各指标的隶属度,建立一级和二级模糊综合评价模型,赋予评价向量中各评语相应分值,将评价向量单值化,判定管廊结构健康状况。采用所提出的评价方法应用于实际工程,所得评价结果与经验评判得到的结果相同。     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。     

大型三维地质力学模型试验系统研制及其应用研究

为研究泥灰岩隧道开挖诱发突涌水灾害机制及信息演化规律,以兰州至海口国家高速公路秦峪隧道为工程依托,研制泥灰岩隧道围岩相似材料,研发大型隧道突涌水三维地质力学模型试验系统。该系统可实现低频周期循环加卸载、数据自动化采集,可提供稳定水压加载,基于Python编程语言开发了隧道突涌水灾害预警系统,在此基础上开展泥灰岩隧道突涌水灾害演化过程模型试验。研究结果表明： 1）隧道开挖扰动会破坏围岩压力与渗透水压力之间的平衡,致使隔水围岩内产生微裂隙并扩展贯通,进而发生突涌水现象; 2）当发生突涌水现象时,隔水围岩压力、渗透水压力及位移均会发生明显的突变现象,围岩压力及渗透水压力最大释放率分别为18.6%、73.35%,最大位移量为0.18mm; 3）泥灰岩相似材料能够较好地满足试验需求,证明了隧道突涌水三维地质力学模型试验系统的稳定性及可靠性。     

掘进机黏性渣土结泥饼机制及聚合物改良研究

针对掘进机在黏性地层中施工刀盘结泥饼的问题,以无锡地铁4号线某矩形顶管工程为例,通过添加不同质量的聚合物对不同含水率的渣土进行改良,测试改良前后渣土的黏附强度、不排水抗剪强度及高温环境下渣土的保水能力,并通过液塑限变化分析渣土改良的机制,借助泥饼形成风险分区图评估泥饼形成的风险与改良效果。研究表明： 1）添加聚合物和水对渣土黏附强度有一定影响,增大含水率能显著降低渣土的黏附强度,当渣土含水率为35%~45%时,添加聚合物能有效降低渣土的黏附强度; 2）含水率的增大会降低渣土的不排水抗剪强度,而添加聚合物能有效增强渣土的不排水抗剪强度,当添胶比达到0.15%后增强效果显著; 3）聚合物能提高渣土的液限和保水能力,保证渣土的流塑性满足施工需要; 4）结合泥饼形成风险分区图,比较渣土-金属界面的黏附强度和渣土的不排水抗剪强度,可以综合判断黏性渣土结泥饼的风险和改良效果。     

基于磁处理法的隧道永磁体排水管防结晶试验

为预防隧道排水管结晶堵塞,提出永磁体排水管关键技术指标,通过自制的永磁体排水管开展室内试验和现场试验,研究磁场强度、流量、磁体布置间距对永磁体排水管内结晶的影响,根据不同条件下结晶物的质量变化和SEM图像进行试验分析。结果表明： 1）磁场强度为0.1~0.3 T时永磁体排水管具有较好的防结晶效果,磁场强度超过0.2 T后防结晶效果逐渐降低,当磁场强度为0.4 T时永磁体排水管内结晶量反而大于普通排水管; 2）随着试验管段内溶液流量增大,永磁体排水管的防结晶效果增强,但当流量超过450 mL/s之后,防结晶效果不再随流量增大而增强; 3）经永磁体处理后,管道内的结晶物由规则的立方体形状转变为粗糙松散的不规则体,由硬质块状转变为粉末状,有从方解石向文石、球霞石转化的趋势; 4）随着管道永磁体布置间距减小,管道内最终结晶量呈下降趋势,在10、40、70 cm 3种永磁体布置间距中,最佳布置间距为40 cm。     

基于碳排放评价的超小净距隧道绿色施工优化研究

为推进生态文明社会建设发展,倡导绿色低碳施工理念,以碳排放评价作为切入点,开展了超小净距隧道绿色施工优化研究.依托贵州旧屋基原连拱隧道段工程,基于隧道施工碳排放模型,归纳了影响隧道施工碳排放量的直接影响因素和间接影响因素.综合分析认为,造成隧道施工碳排放量产生的主要因素为施工过程中的机械运作以及建筑材料生产,因此从缩短...     

考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演分析

为了使跨活动断裂带区域地应力反演结果更加符合实际,提出了考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演思路。通过在断裂带与两侧岩体之间建立接触单元,采用边界位移荷载实现了断裂带两侧岩体的相对挤压及滑动作用。依托华坪至丽江高速公路东马场1号隧道工程,对比分析了采用常规边界荷载和考虑走滑边界荷载2种情况下隧址区地应力场的反演结果。研究结果表明:考虑走滑边界荷载反演得到的地应力场更加符合实际且精度更高;常规边界荷载的最大残差为2.29 MPa,而走滑边界荷载的最大残差仅为0.66 MPa,其残差平方和也均小于常规边界荷载;在断裂带附近,考虑走滑活动影响的最大、最小水平应力值相对常规边界均有所减小,上盘岩体垂直应力也相对减小,下盘岩体受上盘岩体的影响垂直应力相对增大,符合跨断层岩体区域实际地应力场的分布规律;隧址区整体表现为水平应力大于垂直应力,以水平构造应力为主。     

大跨桥梁实测湍流风场的大涡模拟

为实现在大涡模拟(LES)中准确评估强风湍流对大跨桥梁的作用,关键难点在于生成符合桥梁真实强风特性的入口湍流。为此应用了一种新的规则化波矢量随机流生成方法PRFG³(Prescribed-wavevector Random Flow Generator),该方法遵守连续性方程和泰勒假设,可准确模拟目标湍流的脉动风谱、湍流度和湍流积分尺度等风特性参数。首先利用西堠门大桥结构健康监测系统(SHMS)2016年内采集的风速数据,选取了该桥址区10 min时距平均风速较大但风特性不同的2个强风样本,分析得到相应的强风特性参数;然后采用PRFG³方法合成了符合上述2个实测强风特性的均质各向异性湍流,同时为验证该方法用于主梁节段模型LES入口湍流的适用性,还模拟了缩尺比为1∶50的强风湍流场,并基于OPENFOAM平台,将3类风场赋予LES入口进行了数值计算;最后将LES流场中多个监测点的湍流特性与实测结果进行了对比。研究结果表明：2个实测风场在顺风向、横风向、竖风向的脉动风谱均与Von Kármán谱接近,顺风向湍流积分尺度最大约为192 m,各脉动风...