时速350km高速列车进隧道过程#br# 中瞬变压力变化规律研究

采用数值方法完成CRH380A高速列车进隧道的过程模拟,控制方程为三维、可压缩、非定常流动N-S(Navier-Stokes)方程,采用有限体积法进行计算域离散,利用滑移网格技术模拟列车与周围环境的相对运动。瞬变压力变化计算结果与国内现场试验结果基本一致。研究结果表明：列车进隧道过程中,瞬变压力变化过程可分为三个阶段,即初始压缩波引起压力增长、空气摩阻力引起压力增长、车头经过导致压力突降阶段;沿隧道纵向、同一横断面上最大正负压力值出现在不同位置,入口和隧道内气动压力均表现出显著的三维效应;列车偏心入隧道,近隧道侧气动压力值较远隧道侧气动压力值大,列车受到横向气动力作用。     

高速模式下地铁隧道空气动力学效应断面优化分析

采用三维数值模拟方法和动网格技术对地铁列车以高速通过不同断面地铁隧道时的空气动力学效应进行了分析,得到了车体表面的压力变化情况,由车外压力换算得到了车内压力。参考美国地铁压力舒适度标准选取了最优断面;针对单体隧道和普通区间隧道2种情况,给出了时速100~140km/h时不同动态密封指数下,B型和A型地铁列车的隧道空气动力学效应断面优化取值,可供城市高速地铁隧道设计参考。     

地铁隧道带与不带竖井列车活塞效应模拟研究

为研究地铁隧道内带竖井与不带竖井对列车活塞效应的影响及区别,采用移动网格和滑移交界面技术对模型隧道进行三维非稳态数值计算.结果表明,采用移动网格技术对不带竖井隧道模拟计算结果与国外试验吻合;带竖井模型中,隧道入口风速在列车通过竖井时达到峰值,出口风速出现峰值时刻与不带竖井一致,且峰值均略有增大;竖井有利于减小隧道入口压力梯度和压力峰值,列车通过竖井时,造成出口出现较大压力梯度和压力峰值;列车减速尾部压力由负压变成正压.     

公铁合建越江隧道列车运动压力波数值模拟

本文采用CFD方法对地铁通过公铁合建越江隧道产生的压力波进行了数值模拟分析。基于国内某公铁合建越江隧道相关尺寸建立其下部地铁隧道三维几何模型,采用动网格方法模拟列车从驶入到驶出隧道的全过程。利用国外模型实验数据验证了本文数值模拟方法的可靠性,根据隧道内压力变化曲线,分析了由于列车通过隧道引起的压力变化规律。计算得到进入疏散通道防火门处的压力峰值,最大值1910Pa,最小值-1060Pa,与疏散通道内30~50Pa的正压有较大的压力差。     

高速列车以400km/h通过隧道时气动效应的数值模拟与分析

基于三维瞬态可压缩雷诺时均N-S方程及κ-ε两方程湍流模型,对8节编组长度的某高速动车组以400km/h高速通过70m~2单线隧道所产生的压力变化进行数值模拟研究。研究结果表明:列车以300km/h通过单线隧道时,隧道壁面压力的正峰值、负峰值和变化幅值的最大值均出现在隧道中部,单线隧道的三维效应并不明显;车体表面的正峰值和压力变化幅值的最大值均出现在鼻尖处,列车中部测点压力区别不大;列车提速到400km/h时,列车和隧道表面最大峰值压力可分别达到10.733kPa和4.675kPa。该研究结果可为分析隧道空气动力对车体、隧道衬砌及隧道内附属设施的影响提供参考。     

基于MDP算法的隧道断面变形监测

传统的隧道变形监测方法虽然精度较高,但获取的数据过于离散和稀疏。随着激光技术的不断发展,采用三维激光扫描技术进行隧道的变形监测已成为行业发展趋势。笔者基于三维激光扫描技术对隧道进行变形监测,提取隧道断面点云数据后运用MDP算法计算隧道断面变形量,并与全站仪测量结果、现有点云数据处理软件计算结果进行对比,验证了采用MDP算法计算隧道断面变形的可行性。     

城市地铁隧道中间风井处车箱内瞬变压力模拟分析

本文采用动网格技术及三维数值模拟方法模拟地铁列车通过中间风井处的车隧压力波动问题,分析了不同行车速度、不同密封性能条件下车内瞬变压力的变化规律,得出了在列车通过中间风井处是否采用土建工程措施以减低车内瞬变压力而达到人员舒适性的条件.本文研究成果可为城市地铁隧道环控系统设计提供参考.     

高速铁路并联隧道间距对隧道内气动效应的影响研究

通过高速列车穿越带横通道高速铁路并联隧道时压力变化的三维非定常黏性流场数值模拟过程,研究了两条并联隧道的间距的变化对并联隧道及横通道内的压力变化的影响规律。计算结果表明:开启并联隧道横通道时能使列车运行隧道内的压力变化的最大值降低,同样也能够降低运行隧道内的压力梯度最大值,横通道长度的改变能够在一定程度上降低隧道内的最大压力峰值和压力梯度的大小。对于并联隧道来说,当横通道的长度在20~30m之间时,其降低隧道内的压力效果比较明显。其次,横通道内的压力变化与列车运行方式及列车会车位置有关,当列车单线运行时,横通道内的最大压力从靠近列车运行一侧向背离运行隧道一侧呈线性降低;当列车会车于横通道前一定距离时,横通道内的最大压力表现为两端高、中间低,当会车于横通道口位置时,横通道内的最大压力表现为两端低、中间高。上述研究成果对我国艰险困难山区长大高速铁路并行隧道间距及横通道安全门结构的设计提供一定的依据。     

特大断面隧道分步施工动态压力拱分析研究

特大断面隧道的建设越来越多,传统规范荷载计算方法未考虑特大断面隧道施工的实际情况,计算结果偏大。在确定隧道压力拱判别方法的基础上,采用大型二维模型试验探究开挖过程中特大断面隧道压力拱的动态发展。从开挖洞周应力随开挖步变化的情况可以看出,大断面隧道压力拱是随着开挖步分区域、分阶段形成的,并采用数值分析对试验中的规律进行验证总结。为得到支护对压力拱发展的限制作用,采用二维精细化数值模型,模拟施工工况,探究支护对限制压力拱扩展的作用,得到大断面隧道复杂施工过程下压力拱的动态变化、压力拱高度折减系数,用于指导设计计算。     

地铁隧道施工对周边环境影响的数值分析方法适宜性评价及其改进方法

岩土工程数值分析方法用于地铁隧道施工对周边环境的预测,不能仅采用单个断面模拟结果较好的数值方法,应该采用本地区多个断面模拟后改进方法进行,才能使预测结果具有适宜性.分析时应对隧道线路上的岩土工程设计参数综合分析,得到大多数断面适用的调整参数.同时对地铁隧道施工应区分矿山法和盾构法的差异,对推进速度、衬砌时间、注浆压力、注浆量、注浆时间做出严格规定;对隧道施工沉降控制标准做出切合实际的规定.在这个基础上做出的数值分析预测才能真正起到对线路优化设计,保证施工工期、降低处理费用的作用.     

软弱围岩隧道二次支护施作时机的数值模拟

结合软弱围岩铁路隧道工程,运用三维有限元数值分析方法,对软弱围岩中隧道采用双侧壁导坑开挖法的施工全过程进行了数值模拟与分析,重点研究了大断面隧道施工中二次支护与掌子面的距离对隧道稳定性的影响,以期寻找隧道二次支护的最佳施作时机.     

铁路隧道空气附加阻力及坡度折减系数研究

采用非恒定流理论,提出了隧道空气附加阻力的计算方法,分别推导了列车部分进入隧道、全部进入隧道、部分驶出隧道的空气附加阻力解析计算公式;研究了列车在隧道内不同运行时刻的空气阻力变化规律,并全面阐述了隧道长度、隧道净空断面、列车长度、列车运行速度等因素对隧道空气阻力的影响;分析研究了隧道坡度折减系数与隧道长度、净空断面、机车牵引能力的相关性,得出了大断面隧道的坡度折减很小或无需折减的结论,对长大及特长隧道的选线设计具有极其重要的指导意义。     

高速列车振动荷载下大断面隧道结构动力响应分析

随着高速铁路的快速发展,高速列车荷载对大断面隧道结构的影响受到关注。采用激振函数模拟高速列车竖向振动荷载,运用弹塑性有限元方法对大断面隧道结构在列车振动荷载作用下的动响应进行了深入的分析。研究了不同断面形式、车速和阻尼比系数对振动响应的影响,并将结果与小断面隧道进行比较。     

高水压山岭隧道衬砌水压力分布规律研究

博士学位论文摘要：随着国内铁路路网的完善和发展，需要修建大量深埋长大山岭隧道，在高水压岩溶区修建隧道，这在国内外都是个技术难题，尤其在当今对环保要求较高的条件下，必须改变以往“以排为主、排堵结合”的治水方案，采取“以堵为主、限量排放”的治水方案，在这种背景下，不可避免地遇到高水压问题。因此，研究深埋高地下水位铁路隧道围岩、注浆圈、衬砌背后水荷载的分布规律和高水压的存在对隧道围岩稳定和结构受力的影响具有突出的工程实践应用价值。这些问题已成为当前地下工程（特别是深埋山岭隧道）设计、施工、运营中很关键且无法回避的问题，已经引起各国有识之士的极大关注，是隧道工程研究的前沿和热点问题之一。本文以在建的渝怀线圆梁山深埋特长铁路隧道为工程背景对上述问题进行系统研究。 研究内容与方法如下：（1）在对水工隧道水压力折减系数综合分析的基础上，考虑铁路隧道与水工隧道结构、防排水型式的不同，提出了水压力作用系数的概念。采用室内三维模型试验方法研究均质围岩、裂隙围岩中隧道修建过程中水压力分布变化规律，重点分析衬砌背后和注浆圈外表面水压力及其水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌的渗透系数、厚度和隧道控制排水量的关系。（2）采用理论分析方法，推导均质围岩中针对铁路隧道防排水型式下注浆圈外表面、衬砌背后水压力理论解析公式，分析衬砌背后水压力与各量之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究，采用等效连续介质模型用数值方法分析隧道渗流场的分布，对地下水在围岩、注浆圈、衬砌上水压力分布规律及其作用系数进行分析。（3）以圆梁山隧道地质勘测报告为基础，通过分析得出圆梁山隧道的水文地质结构模型、地下水流系统模型、地下水动力模型：特别是对深孔压水和抽水试验成果进行详细分析，得出隧道附近围岩的渗透系数和渗透系数张量，为数值分析和三维室内模型试验围岩渗透系数的取值提供依据；进一步概括得出圆梁山隧道的地下水流数学模型，并将模型试验、理论计算公式、渗流场等效连续介质数值模拟分析得到的水压力分布规律应用于该工程实际。（4）采用数值分析方法研究单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力，并结合圆梁山隧道工程对5种不同形状断面进行优化分析。（5）在水压力分布规律研究的基础上，采用数值分析方法分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道围岩的稳定性和结构受力特征。 主要研究成果如下：（1）提出水压力作用系数的概念，并采用室内模型试验、理论公式推导、数值分析等方法研究得出注浆圈外表面、衬砌背后水压力分布规律，确定作用在衬砌上水压力荷载的大小；得出水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌渗透系数、厚度及隧道控制排水量的关系。（2）针对圆梁山隧道工程，给出水压力分布规律模型试验和数值分析结果的工程应用。（3）得出单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力值为0．40MPa，经对断面形状进行优化分析得到承受高水压的合理断面形式为蛋形断面或圆形断面，当水压力超过1．5MPa时，采用圆形断面为宜。（4）分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道的位移、塑性区、衬砌内力大小和分布特点，运用结构力学上弯矩影响线理论，在突水位置不确定的情况下，提出采用弯矩包络图确定衬砌结构上最大弯矩的方法。     

深埋长大高速铁路隧道阻塞比对温度影响研究

由于通风不畅,深埋长隧道中高速列车能耗与空调及隧道中各种电力设备所散发产生的大量热量不能及时排出,会造成隧道内环境温度的持续上升。本文应用三维可压缩流体流动理论,针对列车横截面积与隧道横截面积比值阻塞比的不同,对长隧道内运行的高速列车进行了数值模拟研究,计算了车头车尾的压差阻力,车身表面的摩擦阻力及列车克服全部阻力高速运行所需能耗产生的热量,结合列车辅助设备发热,并考虑隧道与围岩之间的热传递,合理预测了不同阻塞比下高速列车运行引起的隧道内温度升高以及隧道内温度随时间的变化,可为深埋特长高速铁路隧道的设计与通风提供有益的参考。     

隧道口声屏障受列车风荷载影响的数值计算分析

文章采用计算流体力学的数值计算方法对基于三维、瞬态、可压缩的Navier-Stokes方程和κ-ε两方程紊流模型进行求解,建立了高速列车单车通过设置在隧道口高度为4 m的直立式声屏障的计算模型,对在不同列车速度、不同隧道长度和声屏障距线路中心线不同距离的情况下,单车高速通过隧道口声屏障区域时的三维流场进行了数值仿真模拟。分析和总结了不同列车速度、不同隧道长度和声屏障距线路中心线不同距离等情况下,隧道口声屏障表面上受到的列车风荷载的分布规律。     

大断面公路隧道围岩压力时间效应分析

近年来,公路大断面隧道数量不断增多,埋深不断变大.大断面软弱围岩隧道的围岩压力时间效应更为突出.以某双向8车道隧道的Ⅳ级围岩为研究对象,分析现场量测的初支与围岩间的围岩压力和初支与二衬之间的压力随时间的变化规律.采用数值模拟分析形变围岩压力的变化规律,结合工程案例研究围岩压力在开挖断面上的分布情况,将模拟结果同工程实测围岩压力进行对比分析,得出了隧道接触压力的变化.结果表明:大断面隧道接触围岩压力从形成达到稳定值,一般情况下需要6个月的时间;形变围岩压力受支护时间的影响,合理的荷载释放系数为0.7.以形变压力的荷载释放系数为基础,研究接触围岩压力的时间变化规律,并结合工程案例分析,可以为其他工程提供参考.     

岩体隧道三维建模及围岩非连续变形动态分析

结合东北地区某隧道工程,根据获取到的隧道工程岩体结构现场原始数据,应用自主开发的GeoSMA-3D系统,基于简单块体模型间相互组合构建复杂岩体模型的原理,采用不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,对隧道围岩的岩体结构面进行三维空间模拟,建立了该岩体隧道工程三维数值模型,并采用一种基于网格划分的块体识别方法,获得结构面划分岩体得到的所有块体。将所建立的三维数值模型选取其中某一典型断面的数据信息,导入二维非连续分析程序DDA针对二维平面内的应力及位移进行计算分析,对隧道围岩的破坏过程进行动态分析,得到的动态位移图和模拟结果对隧道工程超前预报、开挖支护具有一定的借鉴意义。     

列车动载对下伏隧道影响的计算模式简化研究

铁路与下伏隧道局部相交,需要采用三维数值计算才能得到相对正确的结果。为对计算模式进行简化,以上海轨道交通9号线R413标段三孔并行盾构隧道下穿沪-杭铁路干线为工程背景,以基准位置（拱顶）的压力值作为简化的依据,先利用三维计算得出列车动载下,拱顶压力沿纵向的分布规律、扩散范围及不均匀系数Ku|然后建立沿隧道纵向的平面模型,得到Ku随埋深的变化规律,并与对应埋深时的三维计算结果进行了验证|从而得到了考虑扩散范围、不均匀系数和模型差异系数Km影响的荷载综合折减系数Kf来实现三维计算模式向二维模式的简化。     

厦门海底隧道海域风化槽段围岩稳定性研究

厦门东通道海底隧道是一项规模宏大的跨海工程,是连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道,也是中国大陆第一座采用钻爆法修建的大断面水底隧道,工程于2007年下半年由陆域进入施工难度最大、最危险的海域部分,其中的海底风化槽地段采用CRD工法进行施工,隧道开挖、支护过程中围岩和支护结构的受力和变形特征广为人们所关注,因此对于该段隧道稳定性的研究具有重要意义.应用大型有限元软件ABAQUS,依据流固耦合理论,对翔安隧道风化槽段隧道CRD工法的施工过程进行了三维动态仿真数值模拟,研究隧道施工过程中围岩的应力场、位移场、外水压力分布规律以及支护结构受力情况和衬砌外水压力的分布规律,研究成果为该隧道施工和同类工程建设提供了理论依据和实践经验.