营运期地铁盾构隧道动力响应分析

采用三维动力有限差分法,考虑接缝、管片分块和软土地层等因素,对广州地铁四号线埋置于深厚软土地层之中的盾构隧道在地铁营运期间动力响应进行深入分析,并对考虑管片接缝与否2种计算模式进行比较分析。研究结果表明,地铁列车动载作用下,隧道动力响应自底部向顶部逐渐衰减,强烈区主要集中在下半部。管片环动力响应与接缝分布有关,临近接缝部位的动力响应值比远离接缝部位的动力响应值要大些。隧道基土动力响应强烈区主要分布于贴近管片环外围的一定范围内,越接近管片环、愈接近隧道底部,基土动力响应愈为强烈。地层动力响应由隧道壁往外快速衰减,受振区主要集中在距隧道中心约2倍隧道直径范围的近域地层内。当针对管片衬砌结构本身进行动力响应分析时,若把管片衬砌当整体考虑则会引起较大误差,故应考虑管片接缝;当针对地层进行动力响应分析时可不考虑接缝而把管片衬砌当成整体考虑,由此带来的误差在一般情况下可忽略不计。     

弹性层状体系的动力响应分析

本文首先将半无限弹性层状体系在空间上离散化,划分为若干个有限单元和无限单元的耦合,并推导了无限元的计算公式;进而又将动力问题在时间上加以离散,提出了逐步求解弹性系统运动方程的算法;最后利用编制的程序对半波正弦荷载作用下层状体系的动力响应进行了计算和分析.结果表明,文中所提出的方法计算精度高,稳定性好,运行速度快,是一种有效的计算弹性层状体系动力响应分析的实用方法.     

基于三维谱单元模型的路面结构动力反演系统

提出一类用于三维层状体系的谱单元,使其解决三维层状体系受冲击荷载的动力问题。结构中的每一层在频域内被模拟为两节点谱单元或单节点谱单元。非线性优化方法--Powell法用于解决层状系统的参数反演的问题。以3层路面体系为例,对其进行了动力荷载下的响应分析,并与有限元的计算结果进行了对比,两者的吻合良好。并且由例证可见,反算的算法收敛稳定,计算效率高。     

深基坑工程施工过程动态反演与变形预测的半解析分析

基于深基坑施工的特点，由半解析层单元建立了施工过程的动态反演和变形动态数值模拟分析方法，据此给出了各土层动态弹性模量的反演值，利用这些参数的反演值预测了各施工阶段的土层和支护结构的变形，预测值与实测结果具有良好的一致性。     

土岩变化地层长隧道纵向地震响应解析解

土岩地层交界面是制约长隧道结构抗震安全的关键控制节点,但现有设计方法均未考虑隧道沿其纵向的地层变化。基于隧道的动力响应特点提出力学模型,将隧道沿纵向简化为两段处于不同地层条件中的半无限长弹性地基梁。通过求解结构的位移微分控制方程,推导出土岩变化地层长隧道纵向地震响应的解析表达式,并引入位移相位角模拟行波效应,提出了面向工程设计的土岩变化地层长隧道纵向抗震简化分析方法。通过与有限元基准模型在相同条件下的对比分析,验证了该方法的有效性。最后应用该解析公式进行参数敏感性分析,揭示了结构刚度、地层剪切波速比等关键因素对土岩变化地层隧道结构地震响应的影响规律:隧道结构刚度越大,结构内力响应越剧烈,隧道地层突变段的内力峰值差越大,地层突变的影响范围也随之变宽;地层剪切波速比越大,隧道地层突变段的内力峰值差越大,但地层突变的影响范围却不受影响。     

沥青路面动态黏弹反演研究

对沥青路面结构进行动态黏弹反演, 正向分析采用谱单元法,采用典型路面结构分析验证了谱单元法动态黏弹分析的正确性;采用实测和计算得到的路表弯沉整体时程曲线的均方误差作为反演误差控制方程,以序列二次规划算法作为优化算法,对路面结构层力学参数进行优化。对半刚性基层和复合式基层两种沥青路面结构动态进行黏弹反演,结果表明：利用谱单元法对沥青路面进行动态黏弹响应分析,可以极大地提高计算效率,动态反演可充分利用弯沉时程曲线的数据信息,反演得到的动态模量、相位角数主曲线组成完整的黏弹力学参数,可以更全面地描述沥青层的力学特性以及荷载作用频率和温度场的影响。动态黏弹反演方法可以弥补传统反演结果无法得到的力学参数主曲线的缺陷,为沥青路面分析及质量评定提供了有效的方法。     

深大基坑施工对隧道的影响分析及保护对策

针对苏州软土地区的某深大基坑施工对邻近已运营地铁隧道的影响进行了研究。从方案优化的角度出发,提出了相应的保护措施,包含设计方案优化及施工方案优化。反演分析得到了邻近基坑项目基坑土及地层的本构模型计算参数,并应用于有限元模拟预测基坑施工全过程对隧道结构影响的分析过程中。数值分析结果表明:提出的深大基坑施工对隧道结构的保护措施有效,施工对隧道结构的影响在可控范围之内。为今后类似工程的处理方案提供了优化思路。     

修正的Peck公式在广州市南沙区地铁隧道施工中的应用

随着地铁盾构法隧道施工技术的大量应用,其所面临的安全风险问题,尤其是在盾构掘进过程中对周边土体的扰动问题越来越引起重视。Peck公式广泛应用于地铁盾构法隧道施工引起的上部地表沉降变形趋势研究中,本文基于广州地铁18号线盾构隧道在南沙地层中掘进的工程实例,根据最小二乘原理建立线性回归模型,反演Peck公式参数,并引入修正系数对Peck公式进行优化,实验数据表明:优化后的Peck公式在地表沉降预测上精度可靠,在工程监测上具有一定的适用性。     

盾构施工中盾尾偏移影响研究

盾构法隧道施工已在城市地铁建设中特别是在软土地层中被广泛采用,但常发生的问题就是由于周围地层不均匀性以及施工操作等原因引起盾构偏移,从而导致周围地层不均匀变形,特别是地表的不均匀沉降,这直接影响到地面建筑和附近地下设施的正常使用。文中采用国际常用的离散单元法对盾尾偏移引起的周围地层的变形与破坏以及地表沉陷规律进行了探讨,以指导盾构施工中的盾尾偏移控制。离散单元法中的节理单元用来模拟盾壳与地层的接触。     

圆形隧道围岩蠕变柔量的确定及粘弹性力学模型的识别

本文给出了圆形隧道围岩径向位移与岩体蠕变柔量的线性关系,并用位移分析法确定了岩体的蠕变柔量,根据所得到的蠕变柔量值由解析法识别了岩体的力学模型并反演了其力学参数．     

基于神经网络的深厚软土地层参数反演分析

在深基坑工程数值分析中,土体本构关系的选取及其参数的确定对分析的结果会产生重要的影响。结合一个海中深厚软土基坑实例,根据现场实测数据,利用参数敏感性分析确定地层的关键参数,提出一个基于参数敏感性分析和BP神经网络的动态施工反演分析方法。分析结果显示,围护桩水平位移监测值与反演值吻合较好,说明基于参数敏感性分析和BP神经网络的动态施工反演分析方法能够很好地反映土体的非线性、不确定特征,依据该反分析方法获得的土体参数可用于估算下一工况的基坑位移。本次反演得到的土体参数可作为当地深厚软土地层类似工程土体参数的参考取值。     

深基双排桩空间协同计算理论及位移反分析

在考虑排桩-圈梁-连系梁空间协同作用的前提下,提出了一种更适合双排桩实际工作性态的计算方法.并根据信息化施工的要求,提出了实用的反分析计算理论.计算表明,该计算方法在双排桩设计计算中是行之有效的.     

列车振动下隧道与土体响应的双尺度耦合模拟

 对于土体离散–连续耦合问题,给出通过强化边界耦合力在离散和连续模型中的相容性,将提取边界耦合节点力转化为寻优问题的新方法,并用Lagrange乘子法求解。将此方法嵌入离散–连续双尺度耦合动力模型,模拟列车振动下隧道与土体的动力响应。用相互作用的离散颗粒模拟隧道附近土体,远离隧道的土体用连续模型模拟,编写结构的动力有限元程序嵌入离散元软件中来模拟隧道。通过离散元软件PFC2D和有限差分软件FLAC2D的交互运算实现耦合过程。在耦合边界通过交换速度和力保证耦合模型的连续性,通过自振柱模拟使离散区域土体的宏观性质与连续土体模型一致。通过比较耦合方法与只用连续模型模拟得到的结果,说明提出方法的有效性。双尺度耦合模型可以有效描述动力响应中隧道附近土体的细观特性,并极大降低离散元的模拟规模,减少模拟时间,适用于振动在半无限体中传播时重点考察区域土体的细观分析。     

基于地震变形控制的隧道地基注浆抗液化加固效果评价

 目前理论上主要有两种液化防治思路：一种是限制超孔隙水压力的产生与发展;另一种是减少液化产生的过大变形。目前,基于前一种设计思想的液化处理方法和研究较多,而对基于变形控制的处理方法实施效果的研究则相对有限。从后一种思路出发,基于Biot固结理论,利用循环弹塑性本构模型,通过数值模拟方法,对上海某电厂取排水隧道的地震液化问题进行模拟,建立一种平面应变条件下隧道地震液化变形的数值模拟方法,以评估其注浆预防液化的加固效果。其中重点分析了地震作用下加固前后该隧道地基的位移、加速度、超孔隙水压力等动力反应。结果表明,采用适当的抗液化处理措施可以较好地抑制地基液化变形,这为工程场地抗震设计及液化防治提供了科学依据,对类似工程的可液化场地处理具有良好的借鉴作用。     

沉管隧道有限元与等效质点抗震分析比较

介绍了等效质点—弹簧模型和三维动态有限元方法在沉管隧道抗震分析中的发展和应用,结合天津海河沉管工程的例子,介绍了两种方法的基本原理、模型建立方法、模型简化方法、参数取值方法和实现步骤,最后通过比较两种方法中地震波的入射角度、接头最大轴向变形和接头最大横向剪切变形等计算结果,了解两种方法各自的的优缺点和适用范围。不仅对天津海河沉管工程项目开展有参考价值,同时得到的普遍性规律还可以为今后类似工程项目的抗震分析提供参考。     

双侧深基坑施工对紧邻地铁隧道变形影响的分析

以广州某邻近地铁隧道的基坑工程为背景,运用Midas/GTS建立三维数值模型,通过数值模拟结果与实测数据的对比分析及数值试验等手段,分析双侧深基坑按不同顺序开挖对穿越其间的已运营地铁隧道的影响。结果表明:计算结果与工程实测数据基本吻合;两基坑对称开挖比不对称开挖能更好地控制隧道水平位移,但对称开挖对于隧道竖向位移的控制相对不利。提出并验证在水平面内为曲线形状的隧道,由于曲线隧道内侧与外侧的纵向刚度不同,在其他条件相同的情况下,在曲线隧道凸出侧的卸载比在其凹进一侧卸载对隧道的影响更大。     

大型渡槽结构地震响应分析

大型渡槽槽身采用薄壁杆件结构,渡槽支架与槽身采用盆式橡胶支座连接,根据此结构特点,提出了大型渡槽结构地震响应分析模型.该模型综合考虑了渡槽槽身横向弯扭耦合振动、约束扭转变形、渡槽支架变形和盆式橡胶支座等对渡槽动力响应的影响.采用能量原理给出了渡槽梁段单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵的表达式.具体计算了某大型渡槽的地震响应,计算结果表明本文模型计算渡槽结构的地震时程响应与大型结构分析程序SAP93计算的结果十分接近,但本文方法相当简单,计算工作量小,使用方便,是大型渡槽结构地震响应计算的实用模型.     

列车动荷载对下立交结构的影响分析

通过弹塑性动力有限元法对列车动荷载与轨下结构组成的系统进行了动力响应分析，研究了轨下有较大刚度结构存在时对路基内竖向动应力的变化规律的影响，并对不同埋深隧道的附加动应力进行了讨论。分析中采用轨枕-道床全支承模式，土体采用理想弹塑性动本构模型。结果表明轨下构筑物的存在将减弱列车动应力往深层传递的衰减。隧道埋深越大，路基内附加动应力整体水平越低，对轨下结构的影响越小。建议在设计时考虑长期列车动荷载对混凝土的疲劳破坏。     

加筋砂土挡墙承载力及渐进性变形破坏的有限元分析方法

 为开发一种可以合理模拟加筋砂土挡墙承载力及渐进性变性破坏特征的数值分析方法,利用可考虑应变局部化的非线性弹塑性有限元法对一系列的加筋砂土挡墙模型试验结果进行从小变形到破坏的全过程数值分析。有限元分析中,砂土的本构关系采用基于修正塑性功的硬化–软化弹塑性模型,该模型引入应变局部化参数S用以描述砂土单元峰值以后的局部剪切破坏效果。模型试验结果与有限元计算结果比较表明：建议的非线性弹塑性有限元分析不仅可以较好地模拟分析加筋砂土挡墙基础底面的平均压力与沉降之间的关系,而且也能合理地模拟加筋砂土挡墙基础的剪切破坏的发生与发展状况、筋材的拉力以及挡墙面板的水平土压力分布等,它可以定量化地分析加筋砂土挡墙的渐进性变形破坏特征以及条带加筋材料的加固机制。     

沉管隧道地震响应分析的并行计算

采用全三维非线性建模方法建立了沉管隧道总体有限元模型,模型规模上节点总数超过100万,单元总数超过120万。由于系统的非线性,以及地震激励是一种时间历程,沉管隧道地震响应数值模拟的实质是一个超大规模非线性系统的瞬态响应计算问题,因此导致目前在地震安全性评价领域普遍采用的串行算法、串行软件和普通的计算机无法胜任此工作。根据所用超级计算机的体系结构特点,采用并行区域分解算法,通过对沉管隧道总体模型合理分区来进行地震响应分析。地震波载荷选用调幅后的唐山地震波,应用通用的非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解,计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据。