高寒地区铁路隧道复杂衬砌结构最优浇筑长度数值分析研究

以某高寒地区铁路隧道进口段作为研究对象,利用Midas/GTS有限元软件基于Morh-Coulomb的理想弹塑性模型和线弹性模型对铁路隧道衬砌进行数值模拟,明确极端温度荷载作用对隧道各层衬砌的影响,并探究出本铁路隧道衬砌的最优浇筑分段尺寸.通过对在-30℃~30℃,温度差为60℃温度荷载作用下的不同分段长度隧道衬砌数值分析,得出:(1)不同分段长度的隧道衬砌沿纵深方向位移变化不大;不同部位的衬砌位移变化呈现出随着隧道衬砌分段长度增大而变大的规律.(2)由于隔热层在温度变化中起到巨大的作用,明显降低了环境温度对隧道衬砌变形的影响.(3)隧道衬砌分段长度变化对应力大小分布有显著影响:不同部位的衬砌应力大小分布呈现出随着隧道衬砌分段长度增大而变大的规律.(4)通过数值模拟计算得出针对本工程在极端温度荷载作用下最优衬砌分段长度为6m.     

露天网架的温度应力作用分析

网架结构是高次超静定结构,在均匀温度场变化下由于杆件不能自由热胀冷缩会产生温度应力．本文研究露天大跨度网架结构在外界温度交替变化下产生的内力和位移是否起到控制荷载作用,利用SAP2000对网架进行静力和温度荷载作用下的计算,最终通过结果比较得出温度影响在整体网架受力中占的比例,以及结构应力性质的变化．     

火灾时海底隧道衬砌温度场的数值模拟

对隧道衬砌在不同火灾荷载曲线作用下的温度反应进行了模拟,根据不同计算模型,不同计算工况,分别讨论了模型尺寸、衬砌厚度、外水压对温度随衬砌深度变化的影响,数值结果表明:温度随衬砌深度变化的影响较小.     

列车动荷载作用下海域段盾构隧道衬砌结构耐久性研究

为研究运营海域盾构隧道衬砌受海水侵蚀与列车动荷载双重作用下的结构耐久性问题,本文以厦门地铁6号线马銮中心站至集美岛站海域段隧道工程为基础,通过室内三轴试验确定盾构隧道管片混凝土腐蚀前后力学性能,并使用MIDAS GTS有限元软件分析盾构隧道衬砌受Cl^-侵蚀后承载能力变化及隧道衬砌在列车动载下的响应情况。结果表明：随着Cl^-的侵蚀,管片混凝土强度明显降低,平均弹性模量下降了46.13%;单次列车荷载与海水侵蚀双重作用下衬砌结构横向位移不大,纵向位移由56.9 mm增大至57.8 mm,最大拉应力增加6.42%,最大压应力增加14.16%;单次列车荷载持续作用下,管片最大可产生7.43 mm纵向位移,衬砌左右两侧产生的应力较大,最大约5.5 MPa,应力随时间均匀变化。延长海域盾构隧道运营时间衬砌结构劣化明显。     

路面板温度翘曲变形对基层的作用分析

目的为了研究温度变化对水泥混凝土路面基层的影响．方法结合试验路温度场监测数据,采用三维有限元法对基层结构在温度翘曲变形及与车辆荷载耦合作用下的受力特性进行分析．结果路面板正温度梯度翘曲变形作用下产生的基层应力要显著大于负温度梯度翘曲变形作用下产生的基层应力．路面板正温度梯度翘曲变形作用下产生应力与车辆荷载应力相迭加,二者耦合应力较大,且层间约束越大,应力越大．而负温度梯度翘曲变形作用下两者相抵．结论研究表明,基层受温度变化产生的变形主要由路面板翘曲变形引起,而自身温度场变化可忽略不计．     

横观各向同性土——半封闭隧道衬砌相互作用分析

土体在沉积过程中存在各向异性,将土体视为各向异性体更为合理。考虑土体和衬砌的相互作用,基于饱和多孔介质理论和弹性理论,在频率域内研究了简谐荷载作用下横观各向同性土———半封闭圆形隧道衬砌简谐耦合振动。通过衬砌内边界应力连续以及土体和衬砌界面处应力和位移协调,得到了饱和横观各向同性土和衬砌的位移、应力和孔压解析表达式。利用衬砌中流体速度和土体中流体速度相等,建立了隧道部分透水边界条件,得到了待定系数的具体表达式。数值算例分析了土体和衬砌物性和几何参数的影响,表明:横观各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较大,而垂直于各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较小。另外,相对渗透系数和衬砌厚度对响应幅值有很大影响,而衬砌泊松比对响应幅值影响较小。     

沥青路面温度应力的有限元分析

目的 研究温度变化与道路结构内温度应力的关系对不同季节时的道路各结构层的影响.方法 采用有限单元法对路面结构的二维平面模型进行模拟沥青路面温度场,并将路面温度作为外部荷载与结构进行耦合.对路面结构在日周期温度作用下的温度场和应力场进行系统地分析.结果 总结出不同季节沥青路面的温度以及温度应力的变化规律.冬季时节路表温度应力幅度约为0.45 MPa,夏季时节路表的温度应力变化的幅度高达0.95 MPa.夏季和冬季比较,夏季炎热的时间段对路面更容易产生破坏.结论 冬季温度变化对沥青路面的影响仅限于路表,基层及以下土层处于稳定的受拉状态,夏季炎热季节温度变化对路面的影响较大,较大反复的压应力对路面结构是一个比较严重的破坏过程.     

能源载体条件下静钻根植桩承载特性

为了研究温度荷载影响下静钻根植桩的承载特性,通过室内试验测得温度在混凝土-土界面上的传导特性及对界面接触摩阻力的影响. 测试结果表明,接触压力对温度传导无明显影响,温度对混凝土-土接触面上摩阻力无明显影响. 根据试验测试结果,采用顺序热力耦合分析方法,建立考虑温度荷载影响的静钻根植桩受力分析有限元模型. 计算结果表明,制热及降温过程对静钻根植桩承载特性的影响受桩顶荷载的影响较大. 温度荷载引起的预制桩桩身轴力、桩侧摩阻力及桩顶、桩端位移、水泥土竖向应力的变化均与桩顶荷载相关,制热与降温过程引起的静钻根植桩承载特性变化有较大差异.     

复变函数法计算圆形盾构隧道周边土体位移

盾构隧道开挖引起隧道周围土体应力及位移的改变,是工程界长期关注的重要课题.将半无限空间弹性单圆孔洞问题,映射为复平面上定值圆环问题,并利用隧道孔洞边界土体与衬砌之间空间位置及协调变形关系,给出了圆形盾构隧道周边土体位移的复变函数解,采用Matlab软件实现算法.结果表明:复变函数解析法计算得到的隧道地表沉降曲线与实测曲线较一致;隧道埋置深度、隧道半径、土体泊松比对土体变形影响较大;土体模量、衬砌模量、衬砌泊松比对土体变形计算结果影响微小.     

双洞错距隧道洞口段地震动力响应数值模拟分析

为深入了解隧道在地震过程中的破坏机理及其洞口段的动力响应规律,以具有间距和错距的实际隧道为原型,建立数值计算模型并进行了计算分析.计算结果表明:1)对于双洞错距隧道,隧道洞口段衬砌横断面的相对位移、最大Mises应力和加速度幅值受地震荷载激振方向的影响较大.即使在同一方向地震荷载作用下,左、右洞洞口段的动态响应仍有较大区别,而隧道洞身段的动态响应相近.2)当地震荷载在某一方向或其他组合方向上施加后,衬砌上将同时存在空间上任意方向的加速度矢量,且衬砌加速度幅值在洞口处具有放大现象.     

佛岩寺隧道陡峭大角度斜交进出洞施工技术

佛岩寺隧道为大角度斜交进出洞结构,洞口段坡体陡峭且分布有危岩体,洞口施工与沟底梯子峪特大桥施工交叉作业,施工场地狭小,进出洞施工安全风险较大。为防止边坡危岩坍塌事故,在交叉作业过渡区间设置安全防护措施,在洞顶施做主动防护网加固危岩体;左洞洞口地形与隧道洞身斜交角度大,在洞外施做半边护拱,从右洞通过车行横洞进入左洞,反向掘进小导洞出洞,然后按照三台阶七步开挖初步扩挖成型。通过施工检测数据可知,采用此方案后隧道位移最大值符合规范规定要求,效果显著。本次施工方案有效降低了交叉作业区域的安全风险,保障了洞口段施工的安全和质量。     

隧道超前小导管对掌子面稳定性影响分析

以河南省济(源)邵(原)高速公路王坑隧道为工程背景,利用ANSYS软件建立无超前小导管支护和有超前小导管超前支护两种工况下隧道三维有限元计算模型,通过隧道开挖模拟计算分析超前小导管对掌子面稳定性影响.计算结果表明:相对于无超前小导管工况,在有超前小导管工况下掌子面竖向的荷载和竖向应力以及掌子面水平方向位移都有一定程度的减少;改变超前小导管的环向分布范围和管径能够影响超前小导管的支护效果从而改善掌子面的受力情况.以上结果分析表明:超前小导管的存在增强了隧道掌子面的稳定性,使隧道的开挖过程更加安全.     

光纤光栅隧道火灾探测系统在隧道消防中的应用

隧道火灾有其自身特殊性并且危害很大,根据隧道火灾的特点选用光纤光栅隧道火灾探测系统;该系统使用光纤作为感温元件和信号传输介质,以防灾报警为主要目的。针对隧道消防问题,分析了隧道火灾的危险及隧道火灾的特点,阐述了光纤光栅隧道火灾探测系统的工作原理、系统功能与特点．并结合工程实例介绍了该系统在隧道消防施工中的应用。     

平顶隧道下穿人防隧道的影响研究

以青岛某段新建平顶隧道下穿"回字形"既有人防隧道为例,采用三维有限元方法对此段隧道的三导洞开挖方式进行数值模拟.开挖过程中引起的人防隧道变形,严重时可能导致地层倒塌,与此同时,由于受既有人防隧道的影响,新建隧道的衬砌可能会受到受力及变形影响、对此进行分析,为设计与施工提出合理建议,也为类似工程施工提供参考.     

铁磁/绝缘(半导体)/铁磁隧穿结中的隧穿磁阻

在二带模型的基础上,借助于Ａｉｒｙ函数,利用传递矩阵方法,求出了隧穿结中的隧穿电导和隧穿磁阻随电场的变化关系,对实验现象给出了很好的解释．     

海底隧道突水分析及其在翔安隧道中的应用

基于岩体极限平衡理论,分别对海底隧道正常地质段和断层处的突水机理进行了力学分析,给出了隧道突水的临界水压力公式.以翔安隧道2个风化深槽及2个断面为例进行了突水风险计算预测.分析表明:正常地质段,隧道突水临界水压力随着隧道半径的增大而减小,随着围岩的单轴抗压强度的增大而增大,随着隧道埋深的增大而增大;断层处,当破碎带倾角大于或等于围岩内摩擦角时,存在突水的可能,且破碎带倾角愈大、内摩擦角愈小,突水的可能性就愈大.     

高坝竖井泄洪洞、龙抬头放空洞与导流洞"三洞合一"优化布置研究

通过深入的试验研究和理论分析,表明竖井泄洪洞的泄流能力受平底闸过流能力,竖井尺寸和涡室进口的控制。给出了放空洞泄流能力和最低运行水位计算公式,竖井内壁压力特性与洞径的关系,不设通气井而实现通气和排气问题。泄洪洞与放空洞结合部的边墙分别向内偏转,其后在洞顶没迎水面为圆弧的折流坎,能有效改善水流流态,且大大降低了施工难度。     

新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降分析

相比直线线路盾构施工,新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂,且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段,结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解,考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响,计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解;第2阶段,将土体竖向位移视为位移荷载,施加在既有隧道上,基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论,构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程,运用有限差分法对方程降阶并求解。最后,与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性,并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明：新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性,最大沉降位置位于弯道内侧1～2 m处,与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R₀会增加既有隧道沉降,弯道内侧沉降增速大于弯道外侧,一般要求R₀不小于300 m;当R₀大于600 m时,可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降,沉降增加速度也随D′的增大而增大,但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Z_c会减少既有隧道沉降。     

导流洞改建有压突扩泄洪洞研究

龙抬头式泄洪洞是中低水头水电站导流洞改建泄洪洞的常用方式,但其应用受到地形地质条件限制.为解决狭窄河谷地区中低水头导流洞改建泄洪洞的布置和消能问题,通过模型实验和数值模拟并结合具体工程实际,因地制宜的提出有压突扩泄洪洞这种新型式的导流洞改建泄洪洞布置方式.研究结果表明这种方式改建的泄洪洞具有如下特点:水流直接由有压流向无压明渠流转换,流态简单,有压消能和无压消能相结合;平面上洞轴线方向可以根据地形、地质和施工条件灵活选择;工作闸门可以灵活布置;结构简单、施工方便、造价低等.这种方式改建的泄洪洞可用于中低水头大流量泄洪工程,具有较高的推广应用价值.