基于离散元-有限差分耦合的滚石冲击棚洞垫层动力响应研究

在棚洞结构顶部覆盖一层砂土缓冲垫层能有效减小滚石对棚洞顶板的冲击力,以往多采用有限元方法开展研究,无法考虑砂土垫层离散特征,研究手段有待改进。以棚洞垫层物理模型试验为原型,考虑砂土颗粒离散性和棚洞混凝土结构的连续性,采用离散元-有限差分耦合算法,其中离散元模拟砂土垫层,有限差分法模拟棚洞混凝土结构,在充分发挥两种模拟方法优势下,开展滚石以不同角度、不同速度冲击棚洞垫层的动力响应数值模拟研究,通过对受冲击棚洞支座反力、棚洞顶板位移、滚石冲击力分析,揭示棚洞结构的动力响应特征。研究结果表明:冲击角度和冲击速度对支座反力影响显著,冲击角度增大,支座反力随之增大。相对而言,在较小冲击角度下,支座反力受冲击角度的影响较大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响则更明显;冲击力方面,伴随冲击角度和冲击速度增大,滚石冲击力随之增大,较大冲击角度下,角度的增大对冲击力的提升更加明显;棚洞顶板中心处竖向位移值随冲击角度和冲击速度的增大而显著增大,且在较小冲击角度下,冲击角度对顶板位移的影响更大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响更为显著。     

南水北调中线穿黄工程退水洞开挖支护方案的探讨

将地下水位降到洞中心线以下时,退水洞采用上下半洞开挖、支护的方案是经济可行的;当地下水位降到洞中心线以下很困难时,在不同地质条件下,根据不同的地下水位情况,可采取本文介绍的灵活多样的施工方法,仍可顺利施工。     

不同结构类型棚洞的抗冲击性能研究

借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟棚洞结构在落石冲击荷载下的动力响应过程,通过分析比较5类棚洞结构的受力与变形的特征,研究不同结构类型的抗冲击性能。研究表明:不同结构类型棚洞在同等冲击作用下会有不同的动力响应,全拱式和半拱式棚洞的抗冲击性能比门式有优势,斜柱式比直柱式抗冲击性能好;门式和半拱式棚洞的柱体顶部内侧与顶板交接处,全拱式棚洞的拱柱底部是最大等效应力的集中部位,实际工程中可采取局部加强措施,保证结构的安全性。     

拱形棚洞受落石冲击的模型试验研究

通过室内模型试验对拱形棚洞抵抗落石冲击的力学性能进行了研究。重点分析了棚洞的拱圈、立柱和其内部钢筋在不同落石冲击能量、不同缓冲垫层厚度、不同冲击位置下的动力响应;分析了不同冲击工况下落石冲击力、拱形棚洞位移的变化规律;研究了拱形棚洞受落石冲击的破坏形态及其薄弱区域;并给出了相关加强措施和轻质土缓冲垫层的适宜厚度建议值。     

关于大型洞体工程两种维护方案的比较

一、前言八一六工程修建在洞体之中。自一九七四年九月开始施工到一九八二年完成了五分之四的土建和设备安装量,由于“军转民”的调整,该工程一九八三年正式停建。停建后面临着怎样把处于特殊环境之中的上亿元国家财产维护好的问题。根据洞体的环境,曾先后采取了两种维护方案,都起到了很好的防腐作用,但二者的维护费用悬殊惊人。本文就大型洞体工程维护的成败经验和经济效果进行粗浅的比较。     

小近距隧道扩挖爆破作用下邻洞振动响应研究

在小近距隧道扩挖工程中,隧道爆破引起邻洞振动,对既有隧道结构稳定性造成较大影响。为研究爆破作用下邻洞隧道振动响应特征,依托浙江省温岭市楼山隧道扩挖工程,采用现场振动测试试验和数值模拟方法,研究爆破作用下邻洞隧道振动特征及衰减规律,并对比了爆破隧道与邻洞隧道振动响应差异性。结果表明:爆破掏槽段炸药引起的隧道振动最大。在爆破近区,隧道扩挖爆破对邻洞隧道振动响应的影响更大。邻洞隧道的迎爆侧离爆源近,隧道振动强度大;既有隧道空间对振动衰减作用较大,背爆侧的振动强度相对较小。     

浅埋隧洞钻爆技术与振动控制

复杂环境下的浅埋隧洞钻爆开挖,爆破振动的控制可分别考虑建筑物振动安全允许值和住民可接受振感的振速值。根据隧洞钻爆部位与周围建筑物的空间关系的变化,基于振速控制要求的不同,划定不同的控制洞段。隧洞出口明挖段采用小孔距的浅孔台阶爆破;在需特别控制的洞段,将循环进尺减少至0.8 m,断面开挖方式调整为分四次开挖,有效改善了爆破临空面条件和减弱孔底挟制作用;在振动控制要求降低的洞段,逐渐将循环进尺变为1.2 m 和1.5 m,断面改为分两次开挖或一次性开挖。每次爆破的其它孔网参数和药量计算基于上一次爆破振速监测数据的反馈作适当调整。在此方案下,振动控制效果达到了工程要求。     

二滩水电站交通洞引风热湿交换特性现场测试

通过对二滩水电站地下交通洞热湿环境参数连续五日的测量,获得了大量基础数据,包括交通洞外的温度、湿度、风速及大气压,地下交通洞测点处的空气温度、湿度,测点处的湿壁面温度.测试数据表明:夏季运行时,地下交通洞对引入空气有良好的降温效果,在交通洞一定长度条件下,交通洞末端空气参数几乎不受室外空气参数影响,而主要受壁面温度影响.空气经过较长洞室的温降,进入洞内的温度和湿度基本都处于恒定状态.     

柔性棚洞在落石冲击作用下的数值分析

由于试验测试手段的限制, 通过试验无法测试得到柔性棚洞在落石冲击作用下的各种动力响应及能量吸收特性, 为此开展了柔性棚洞在落石冲击作用下的数值模拟研究。基于试验结论、理论分析和合理假设的基础上, 建立了柔性棚洞的数值模型。为验证数值模型及数值计算方法的可靠性, 从落石冲击作用时间、环形网下降的位移、横向拉索和环向支撑绳上最大荷载、柔性棚洞的变形特征以及钢拱架应变时程曲线5个方面, 对数值计算结果和试验结果进行了对比研究, 结果表明:所采用的数值模型和数值计算方法能够较好地预测柔性棚洞在落石冲击作用下的各种动力响应特性, 为后续深入研究提供了可靠的方法。     

防落石柔性棚洞的耗能性能分析及优化设计

防落石柔性棚洞主要由型钢拱架和环形网组成,从现有的研究成果看,柔性棚洞内部构件荷载传递路径中存在薄弱环节,造成构件间的刚度不匹配,导致钢拱架发生了较大的侧向扭曲塑性变形,增加了柔性棚洞使用期间的维护费用,工程应用存在局限性。为优化设计柔性棚洞,降低钢拱架的塑性变形,在开展了柔性棚洞足尺模型试验和数值建模研究的基础上,利用数值模型对柔性棚洞在落石冲击作用下内部构件的耗能性能进行了分析,并在与试验成果进行对比研究的基础上,提出了柔性棚洞的改进措施。数值计算结果表明:相比现阶段设计的柔性棚洞,改进后柔性棚洞中构件吸收的能量趋于均衡化,钢拱架上吸收的能量明显减少,侧向扭曲塑性变形显著改善。最后对改进后的柔性棚洞进行了参数化分析,提出了柔性棚洞的优化设计方案。     

盾构出洞施工技术探析

随着城市轨道交通工程的建设发展,各种复杂工况条件下的盾构进出洞不可避免。本文结合地铁施工实例探讨盾构出洞施工,为类似工程提供经验总结。     

滚石防护棚洞EPS垫层结构缓冲作用研究

工程实践表明聚氨酯泡沫（EPS）垫层结构对滚石防护棚洞有较好的缓冲作用,但其作用机理,缓冲效果定量评价还有待深度研究。为此,对滚石冲击荷载下铺设土垫层及EPS垫层结构棚洞板的动力响应进行了对比研究。首先通过静力压痕数值试验获取不同垫层结构与滚石在加卸载条件下的接触力—压痕关系,并将其引入棚洞板的冲击动力控制方程,进而计算滚石冲击荷载下不同垫层结构棚洞板的动力响应,并与动力有限元进行了对比分析,结果表明：本文理论解与动力有限元结果非常接近,理论方法可用于棚洞动力响应分析;EPS垫层结构缓冲效果显著,可大幅度降低滚石冲击力,且EPS材料密度越小、厚度越大耗能效果越明显。     

大跨度小净距隧道爆破振动响应研究

以济南市顺河快速路南延(英雄山立交至南绕城高速)建设工程为工程背景,结合现场爆破振动监测及ANSYS/LS-DYNA建立模型进行对比研究,分析小净距隧道爆破开挖中,先行洞在后行洞上台阶爆破作用下的动力响应.结果表明:先行洞三向振速中,X水平径向振速最大,且与合速度大小接近,先行洞振速由掌子面后方至隧道入口处呈现衰减趋势...     

爆破地震波作用下圆形洞室围岩振动速度分布规律

为了探究岩石开挖爆破地震波作用下邻近圆形洞室的动力响应规律,采用FLAC3D数值模拟软件研究爆破地震波作用下不同埋深圆形隧道洞壁和地表振动速度的缩放规律,以及对不同频率平面简谐P波入射时,隧道洞壁及地表振动速度的分布规律进行研究,并通过理论计算结果的对比分析,检验了数值模拟的可靠性。研究结果表明:隧道埋深会引起隧道洞壁及地表振动速度产生缩放效应:隧道埋深较浅时,隧道洞壁上半部分缩放效应大于下半部分,振动速度放大系数随埋深增加而减小;埋深较深时时,隧道洞壁各位置质点振动速度放大效应随埋深的增加呈现递增规律;地表振动速度放大系数峰值随隧道埋深的增加向背爆侧偏移;迎爆侧洞壁振动速度随入射波频率增加呈增大趋势;地表振动速度放大系数峰值随入射波频率增加向爆源方向偏移。     

柔性钢棚洞的落车模拟与动力响应

由于目前缺乏关于落车冲击柔性钢棚洞的相关研究,因此该文开展了柔性钢棚洞在落车冲击作用下的数值模拟研究。基于理论分析和合理假设建立汽车-柔性钢棚洞的有限元模型,计算汽车以不同下落姿态、不同下落速度冲击棚洞的动力响应结果,并对有代表性的结果进行分析,总结其变化对棚洞动力响应的影响规律。研究结果表明,被冲击物体的动力响应与冲击物的能量有统计学意义,除棚洞本身的结构特性外,冲击结果与冲击车辆的速度、冲击姿态、车辆的质量和刚度都有统计学意义。     

新疆下坂地水利枢纽引水发电洞隧洞开挖施工测量经验总结

本文简要介绍了下坂地引水发电洞隧洞开挖施工测量的全过程，并对关键的作业步骤作了具体的叙述，总结了在引水发电洞工程施工测量中所采取的新的测量作业方法和经验。     

新疆下坂地水利枢纽引水发电洞隧洞开挖施工测量经验总结

本文简要介绍了下坂地引水发电洞隧洞开挖旌工测量的全过程,并对关键的作业步骤作了具体的叙述,总结了在引水发电洞工程施工测量中所采取的新的测量作业方法和经验。     

翼型动态风洞试验洞壁效应研究

翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和静压分布更不均匀,动态试验翼型在相同迎角下的洞壁干扰更严重,表现为翼型在大迎角段,洞壁干扰导致模型中间截面附近和端部截面附近的速度分布和压力分布差异更明显,且相比于压力面,吸力面流动的二维性变得较差。侧壁干扰抑制了翼型中间截面附近的流向分离,诱导了端部附近的展向分离流。上洞壁和下洞壁的非定常压力系数随翼型实时迎角变化也呈迟滞环曲线,迟滞环方向相反,且脉动一阶主频率与翼型俯仰振荡频率一致。风洞洞壁干扰下,翼型动态失速三维涡结构呈“Ω”型。风洞上下壁干扰使得翼型线性段的升力系数和升力线斜率均增加,诱导翼型提前失速;在负行程,则使得翼型升力系数降低。侧壁干扰在负行程诱导了翼型表面的展向流动、减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,正行程范围则影响较小,且翼型失速延迟。FL-11风洞翼型动态试验的上下壁干扰效应为主导因素;但是侧壁干扰不可忽略,特别是在翼型振荡周期的大迎角和负行程范围。     

钻爆法原位扩建隧道的振动监测分析

为了研究城市环境下钻爆法施工对周边环境的振动影响,以福州市马尾隧道原位扩建工程为背景,在北洞钻爆扩挖过程中,对南洞衬砌结构上的振动效应进行跟踪监测。通过选取单段最大装药量、爆心距为变量,归纳整理峰值振速的规律,并采用萨道夫公式拟合空洞赋存条件下的振速衰减规律。结果表明,既有空洞对爆破振动的衰减有很大影响:以II级围岩段为例,单空洞情况下其衰减指数α为1.476,接近硬岩的上限;而双空洞情况下其衰减指数α达到1.836,已落入软岩的推荐取值范围。拟合公式可应用于赋存空洞条件下的爆破振速估算;同时建议后续南洞扩挖及类似扩建工程中,可以充分发挥既有空洞的减振效应,适当加大进尺、缩短工期、提高施工效率。     

洞径对地下洞室的动力应力集中系数和振动加速度影响研究

参考模型试验,利用波的函数展开法推导了平面P波作用下不规则洞室的应力和位移表达式,并以一深埋直墙圆拱形洞室为例得到：除了背爆侧局部范围之外,洞室的洞径越大,动应力集中系数越小;当入射角为270°时,在迎爆侧,洞室洞径越大,径向振动加速度和切向加速度越大,在背爆侧,洞室洞径越大,径向振动加速度和切向加速度越小。并且洞径对应力集中系数的影响程度比对振动加速度的影响程度大。