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Effect of water oscillation inside lining cracks on interior pressure characteristics:Two high-speed trains intersect in a tunnel
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作者 YANG Wei-chao He Hong +2 位作者 LIU Yi-kang ZHAO Lun deng e 《Journal of Central South University》 2025年第12期4922-4939,共18页
Water-rich cracks represent common tunnel defects.Intense pressure waves generated by trains traveling through tunnels may undergo enhancement within water-rich cracks.Using the re-normalization group(RNG)k-εturbulen... Water-rich cracks represent common tunnel defects.Intense pressure waves generated by trains traveling through tunnels may undergo enhancement within water-rich cracks.Using the re-normalization group(RNG)k-εturbulence model and volume of fluid(VOF)method,this study analyzes the spatiotemporal distribution,spectral features,and influencing factors of pressure wave propagation in water-rich cracks when two high-speed trains intersect in a tunnel.The flow mechanisms underlying the pressure enhancement within water-rich cracks are also revealed.The main conclusions are as follows:1)The positive and negative peak pressure coefficients in water-rich cracks are 1.34 and-2.36,with corresponding pressure gradient peaks of 31.41 kPa/s and-34.01 kPa/s.Compared to the tunnel wall,the peak pressure coefficients and gradients exhibit increases of 34.41%/44.63%and 31.61%/60.46%,respectively.2)The dominant frequency of the pressure wave power spectral density(PSD)at the crack tip is 26.97%higher than that in the tunnel.The PSD peak value continuously increases with depth and is the largest at the crack tip,representing an increase of 9.36%compared to the tunnel.3)An increase in crack width reduces the peaks of pressure waves,pressure gradients,and PSD,while increases in vertical and transverse depths amplify these peaks.Crack width has the most significant impact on pressure waves and pressure gradients,while transverse depth has the most significant effect on PSD peak values.4)Driven by inertia and pressure differences,the water body oscillates variably,enhancing pressure fluctuation amplitude at the crack tip.The higher the water body's movement velocity,the greater the pressure gradient at the crack tip.The above research results may provide a reference for crack harnessing in high-speed railway tunnels. 展开更多
关键词 high-speed train crossing tunnel lining water-rich crack pressure wave multiphase flow simulation
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路堑过渡段对高速列车气动荷载的影响:基于IDDES方法 被引量:10
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作者 赵伦 邓锷 +3 位作者 杨伟超 倪一清 赵文 罗禄森 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期989-1002,共14页
当高速列车在横风条件下通过路堑过渡段时,列车的气动荷载将发生显著变化。本文基于改进的延迟分离涡湍流模型建立了列车-路基-风的三维空气动力学耦合模型,重点探讨了路堑深度对列车气动载荷变化和气动性能恶化的影响,揭示了相应的列... 当高速列车在横风条件下通过路堑过渡段时,列车的气动荷载将发生显著变化。本文基于改进的延迟分离涡湍流模型建立了列车-路基-风的三维空气动力学耦合模型,重点探讨了路堑深度对列车气动载荷变化和气动性能恶化的影响,揭示了相应的列车周围流场的演化机制。结果表明:当路堑深度为6 m时,头车所受的气动冲击能量最高。在列车完全驶入下一运行场景后,随着路堑深度的增大,来流对列车气动荷载的影响减弱,相应的波动幅度降低。头车气动载荷的突变幅值与风速近似满足线性正相关关系。 展开更多
关键词 高速列车 路堑过渡段 气动荷载 流场 横风
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A hybrid ventilation scheme applied to bidirectional excavation tunnel construction with a long inclined shaft 被引量:1
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作者 YANG Wei-chao WANG Jian +3 位作者 deng e LIU Yi-kang LUO Lu-sen YANG Jia 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期3187-3205,共19页
The breakage and bending of ducts result in a difficulty to cope with ventilation issues in bidirectional excavation tunnels with a long inclined shaft using a single ventilation method based on ducts.To discuss the h... The breakage and bending of ducts result in a difficulty to cope with ventilation issues in bidirectional excavation tunnels with a long inclined shaft using a single ventilation method based on ducts.To discuss the hybrid ventilation system applied in bidirectional excavation tunnels with a long inclined shaft,this study has established a full-scale computational fluid dynamics model based on field tests,the Poly-Hexcore method,and the sliding mesh technique.The distribution of wind speed,temperature field,and CO in the tunnel are taken as indices to compare the ventilation efficiency of three ventilation systems(duct,duct-ventilation shaft,duct–ventilated shaft-axial fan).The results show that the hybrid ventilation scheme based on duct-ventilation shaft–axial fan performs the best among the three ventilation systems.Compared to the duct,the wind speed and cooling rate in the tunnel are enhanced by 7.5%–30.6%and 14.1%–17.7%,respectively,for the duct-vent shaft-axial fan condition,and the volume fractions of CO are reduced by 26.9%–73.9%.This contributes to the effective design of combined ventilation for bidirectional excavation tunnels with an inclined shaft,ultimately improving the air quality within the tunnel. 展开更多
关键词 bidirectional excavation tunnel inclined shaft hybrid ventilation scheme computational fluid dynamics ventilation efficiency
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桥隧段风屏障对高速列车气动荷载及行车安全的影响 被引量:12
4
作者 施成华 王昂 +2 位作者 邓锷 杨伟超 何旭辉 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期58-68,76,共12页
高铁线路隧道-桥梁-隧道路段常伴随强烈的横风,列车行驶至隧道与桥梁连接段时常常受到横风的突然冲击,严重影响了列车的行车安全性。基于计算流体力学RNG湍流模型和多孔介质理论,建立列车-隧道-桥梁-风屏障三维CFD数值模型和风-车-轨-... 高铁线路隧道-桥梁-隧道路段常伴随强烈的横风,列车行驶至隧道与桥梁连接段时常常受到横风的突然冲击,严重影响了列车的行车安全性。基于计算流体力学RNG湍流模型和多孔介质理论,建立列车-隧道-桥梁-风屏障三维CFD数值模型和风-车-轨-桥动力耦合分析模型,研究了高速列车通过隧道-桥梁-隧道路段过程中列车的气动荷载和行车安全指标的变化特性。结果表明:桥隧相连段设置风屏障后,各节车厢的气动荷载突变幅值显著降低,降幅达50%以上,其中横向力和倾覆力矩受风屏障的影响最为显著,降幅高达88%以上;设置风屏障后列车行车安全指标显著降低,迎风侧和背风侧各轮对(除了头车1、3号轮对外)的安全指标波动幅度相同;头车的安全指标对整个列车行车安全性起控制作用,尤其是头车转向架前轮(即1、3号轮对)的;列车由隧道驶入桥梁过程中的行车安全性较由桥梁驶入隧道过程的小。 展开更多
关键词 桥隧段 风屏障 高速列车 气动荷载 行车安全性
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高铁挡风墙端部2种缓冲结构的气动性能对比 被引量:9
5
作者 杨伟超 赵文 +2 位作者 邓锷 何旭辉 邹云峰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1941-1954,共14页
为进一步保障大风地区高速列车行车安全,提出2种挡风墙端部气动缓冲结构,基于“马赛克”网格方法建立相应的三维全路程实尺CFD数值模型。通过将其与无缓冲结构工况进行对比,讨论2种缓冲结构的气动性能优劣,并从流场角度分别揭示其缓冲机... 为进一步保障大风地区高速列车行车安全,提出2种挡风墙端部气动缓冲结构,基于“马赛克”网格方法建立相应的三维全路程实尺CFD数值模型。通过将其与无缓冲结构工况进行对比,讨论2种缓冲结构的气动性能优劣,并从流场角度分别揭示其缓冲机制,最后,采用车辆多体动力学计算方法从行车安全角度验证最优方案的缓冲效果。研究结果表明:与无缓冲结构相比,渐变透风率缓冲结构能有效降低列车在经过挡风墙端部时的气动荷载变化幅度与变化速率,而三角形缓冲结构达不到相同效果;三角形缓冲结构达不到预期效果的原因在于线性增加的墙身高度导致车身两侧的涡流不对称;渐变透风率缓冲结构能够有效地缓解列车气动性能突变现象的主要原因在于能使列车的流场平滑过渡。 展开更多
关键词 高速铁路 挡风墙 缓冲结构 CFD模拟 气动性能
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海拔对铁路隧道内瞬变压力及车厢内乘坐舒适性的影响 被引量:14
6
作者 黄娟 何洪 +3 位作者 杨伟超 王昂 邓锷 曹宏凯 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期608-615,共8页
利用计算流体力学软件FLUENT,基于三维可压缩、黏性、非定常流场数值模拟方法,建立隧道-空气-列车三维数值仿真模型。针对高海拔地区隧道空气动力学效应,研究列车以300 km/h的速度运行通过不同海拔隧道时产生的隧道内瞬变压力及车体表... 利用计算流体力学软件FLUENT,基于三维可压缩、黏性、非定常流场数值模拟方法,建立隧道-空气-列车三维数值仿真模型。针对高海拔地区隧道空气动力学效应,研究列车以300 km/h的速度运行通过不同海拔隧道时产生的隧道内瞬变压力及车体表面瞬变压力的变化特征,分析大气压和温度等因素对瞬变压力的影响规律,得到海拔高度与瞬变压力之间的拟合关系。在此基础上根据车内外瞬变压力计算公式,进一步研究不同海拔下车内外瞬变压力的变化规律,分析高速列车密封性能对高海拔地区乘客舒适性的影响,提出不同海拔下的列车密封性指数。研究结果表明:1)数值计算结果与现场实车试验结果峰值的最大误差为13%,说明数值模拟方法可靠;2)压力波在不同海拔下的传播特性不变,瞬变压力的时程曲线变化趋势一致,海拔仅改变瞬变压力峰值;3)隧道内瞬变压力和车体表面瞬变压力与海拔之间存在较大的关联性,瞬变压力峰值随着海拔的升高呈现出线性降低的趋势;4)不同海拔对列车密封性指数有不同的要求,0海拔地区要求车体密封性指数不得小于9 s,当海拔超过3 000 m时,列车的密封性指数应不得低于5 s。 展开更多
关键词 高海拔 高速列车 隧道壁面压力 车体表面压力 乘客舒适性
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横风下高速列车驶入隧道时瞬态气动性能研究 被引量:17
7
作者 邓锷 杨伟超 +1 位作者 尹荣申 张平平 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期69-78,共10页
针对列车高速驶入隧道时流场的三维、非定常及可压缩湍流等特性,建立了精细化的隧道-列车-空气三维CFD数值模型,对比分析洞口有无横风条件下列车驶入隧道过程中车体周边的瞬态流场结构、压力分布,并研究横风条件下车体的5项气动荷载(气... 针对列车高速驶入隧道时流场的三维、非定常及可压缩湍流等特性,建立了精细化的隧道-列车-空气三维CFD数值模型,对比分析洞口有无横风条件下列车驶入隧道过程中车体周边的瞬态流场结构、压力分布,并研究横风条件下车体的5项气动荷载(气动横向力、气动升力、倾覆力矩、偏航力矩和点头力矩)指标的瞬变特性以及风速和车速变化对其最大瞬变幅值的影响情况.研究结果表明:当列车在横风环境下驶入隧道,洞外部分车体两侧流场结构和压力分布差异显著,而洞内部分差异较小,从而引发列车进洞前后车体压差突变;列车在进洞过程中,车体的各项气动荷载均存在瞬变效应,且尾车同时呈现出倾覆、“上跳”、“蛇形”摆动以及“点头”等行为;风速变化对尾车偏航力矩变化幅值影响较显著,而车速变化对头车偏航力矩变化幅值影响较显著. 展开更多
关键词 隧道 横风 高速列车 气动荷载 瞬变效应
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横风作用下高铁全封闭矩形声屏障气动性能 被引量:6
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作者 黄永明 何旭辉 +1 位作者 邓锷 邹云峰 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期23-33,共11页
我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风... 我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风侵袭。为给高铁桥上全封闭矩形式声屏障结构的抗风设计提供理论依据,参照缩尺比为1∶16.8的列车-声屏障动模型试验装置,建立相同比例的横风-列车-桥梁-声屏障三维精细化CFD数值仿真模型;采用大涡模拟(LES)方法分析横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的气动压力以及流场结构;基于本征正交分解(POD)理论,采用Matlab软件分别对横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的绕流流场进行分解,探讨各阶模态对其湍动能的贡献。研究结果表明:1)全封闭矩形式声屏障绕流流场的湍流强度在纵向分布上呈两端小、中间大的规律,内部流场湍流强度高于相应的声屏障外侧,该差异在声屏障中间区段表现最为显著。2)在声屏障进、出口顶部开孔将导致全封闭矩形式声屏障内侧的负压值降低82%,湍流强度升高114%。3)相对于全封闭矩形式声屏障,进、出口开孔式声屏障出现端部绕流现象的纵向区域更长,且相应的湍流模态组成极为复杂,全封闭矩形式声屏障在进、出口顶部开孔将导致横风风致振动加剧。 展开更多
关键词 高速铁路 全封闭矩形式声屏障 横风 大涡模拟(LES) 本征正交分解(POD) 气动压力
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横风下高速列车突入隧道时气动荷载冲击效应 被引量:11
9
作者 邓锷 杨伟超 张平平 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期130-138,共9页
对高速列车由横风环境驶入隧道过程中流场的非定常、可压缩以及湍流等特性,建立了隧道-列车-空气三维CFD数值模型,分析了列车驶入隧道时各节车厢的气动荷载瞬态变化特征及对应的车厢运行姿态变化,并从流场角度揭示了其变化机理,最后探... 对高速列车由横风环境驶入隧道过程中流场的非定常、可压缩以及湍流等特性,建立了隧道-列车-空气三维CFD数值模型,分析了列车驶入隧道时各节车厢的气动荷载瞬态变化特征及对应的车厢运行姿态变化,并从流场角度揭示了其变化机理,最后探讨了气动荷载对车厢的冲击效应.主要结论如下:(1)当列车由横风环境驶入隧道时,各节车厢的5项气动荷载均表现出显著的突变特征,相应地各节车厢均会呈现瞬间偏转以及瞬间"点头"等行为;(2)车厢两侧压差在纵向上的巨大差异是导致车厢横向力和倾覆力矩的突然卸载以及偏航力矩骤增的根本原因;(3)横风是导致气动荷载对车厢冲击强度显著升高的主要因素;(4)头车的安全系数是控制整列车运行安全性的关键. 展开更多
关键词 隧道 横风 高速列车 气动荷载 冲击效应
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薄基岩顶板条件下隧道施工爆破围岩振动特性 被引量:4
10
作者 邓锷 杨伟超 +1 位作者 雷明锋 肖盈 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期308-314,共7页
以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,采用现场实测和数值模拟计算方法,研究薄基岩顶板隧道在掏槽爆破荷载作用下掌子面附近围岩的振动特性。研究结果表明:在沿隧道纵向上,在掌子面后方约4 m范围内的隧道拱顶围岩振速处于较高水平,需... 以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,采用现场实测和数值模拟计算方法,研究薄基岩顶板隧道在掏槽爆破荷载作用下掌子面附近围岩的振动特性。研究结果表明:在沿隧道纵向上,在掌子面后方约4 m范围内的隧道拱顶围岩振速处于较高水平,需加强支护并重点监测;在掌子面平面上,由于左高右低倾斜岩层界面的存在,使掌子面附近围岩右侧(基岩顶板较薄侧)振速整体上比左侧(基岩顶板较厚侧)大,右侧振速衰减速度整体上比左侧慢,掌子面右上方附近围岩为薄弱区域,应重点防护。 展开更多
关键词 隧道 爆破 薄基岩顶板 数值模拟 振动特性
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高速列车通过隧道-桥梁-隧道时车体的气动效应 被引量:5
11
作者 邓锷 杨伟超 +1 位作者 何旭辉 王昂 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期93-102,共10页
以我国高速铁路沿线上某座隧道-桥梁-隧道基础设施为工程背景,基于计算流体力学和多孔介质理论建立了列车-隧道-桥梁-风屏障-空气三维CFD数值仿真模型,研究了列车运行于隧-桥-隧全过程的气动荷载变化特性.针对横风环境中列车运行于桥隧... 以我国高速铁路沿线上某座隧道-桥梁-隧道基础设施为工程背景,基于计算流体力学和多孔介质理论建立了列车-隧道-桥梁-风屏障-空气三维CFD数值仿真模型,研究了列车运行于隧-桥-隧全过程的气动荷载变化特性.针对横风环境中列车运行于桥隧相连段的过程,从流场角度进一步揭示了风屏障的存在与否对气动荷载突变效应的影响.结果表明:1)无风屏障条件下,各节车厢在"由桥至隧"过程的气动荷载波动幅度是"由隧至桥"过程中相应值的1.03~1.89倍,而风屏障的存在将使两过程中气动荷载波动幅度基本相等;2)列车气动横向力的变化对风屏障的影响最为敏感,而气动升力和俯仰力矩的敏感性相对较弱. 展开更多
关键词 桥隧段 风屏障 高速列车 气动荷载 突变效应
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竖井对高铁隧道内接触网风致振动的影响 被引量:5
12
作者 罗禄森 邓锷 +1 位作者 岳欢 费瑞振 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-9,共9页
高速铁路接触网属于复杂的空间耦联体系,其支持结构一直是我国高速铁路系统的薄弱环节。为给高铁隧道内接触网的设计和施工进一步提供理论依据,基于三维不可压缩N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型理论,建立隧道-竖井-列车-空气三维CFD数... 高速铁路接触网属于复杂的空间耦联体系,其支持结构一直是我国高速铁路系统的薄弱环节。为给高铁隧道内接触网的设计和施工进一步提供理论依据,基于三维不可压缩N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型理论,建立隧道-竖井-列车-空气三维CFD数值模型。基于ANSYS Workbench平台,结合流固耦合计算方法等手段,确定竖井对交叉段内接触网支持结构的不利影响范围以及最不利位置,探讨竖井对交叉段列车风影响的机制,分析不同竖井面积、竖井高度以及竖井交叉角度分别对接触网振动的影响规律。研究结果表明:与横通道-隧道交叉段相比,竖井-隧道交叉段对接触网支持结构风致振动的不利影响更为显著。最不利断面位于竖井前方10 m处,接触网支持结构上最不利位置位于定位点处。竖井-隧道交叉段内最不利位置处接触网振动响应指标(加速度和动位移)与竖井面积呈正相关关系、与竖井高度和交叉角度呈负相关关系。单线隧道条件下接触网振动响应较双线隧道显著。对于单线隧道,竖井设计参数推荐采取面积14 m^(2),高度100 m,交叉角度120°;而对于双线隧道,推荐采取面积40 m^(2),高度100 m,交叉角度90°。 展开更多
关键词 高铁隧道 竖井 接触网 列车风 振动响应
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隧-桥-隧段静、动列车风洞模型的气动性能对比 被引量:2
13
作者 杨伟超 欧阳德惠 +3 位作者 邓锷 何旭辉 唐林波 邹云峰 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1792-1803,共12页
为研究静、动列车风洞模型在隧-桥-隧运行场景迅速切换条件下的气动性能差异,参照中南大学风洞实验室缩尺比为1:16.8的动列车模型试验系统,基于LES湍流模型和“马赛克”网格技术建立相应的静、动列车三维CFD数值模型吗,分析列车分别位... 为研究静、动列车风洞模型在隧-桥-隧运行场景迅速切换条件下的气动性能差异,参照中南大学风洞实验室缩尺比为1:16.8的动列车模型试验系统,基于LES湍流模型和“马赛克”网格技术建立相应的静、动列车三维CFD数值模型吗,分析列车分别位于隧道入口、出口和桥中3个典型位置时动列车模型车体表面压力特性与等效偏航角条件下相应的静模型结果之间的差异,并从流场角度揭示其差异机制。研究结果表明:基于LES湍流模型,动模型模拟的测点压力系数与相应的试验结果基本吻合,二者的差异基本保持在10%以内;相对于动模型,采用静模型得到的气动力结果在隧道洞口段偏低(压力偏差高达318.5%),而在桥梁中间段偏高(压力偏差高达1587.8%);静模型方案得到的压力结果偏差过大的主要原因是无法准确获得对车体气动压力起主导作用的主涡旋结构。 展开更多
关键词 隧-桥-隧 静、动列车模型 风洞模型 大涡模拟 气动性能
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软岩力学参数对薄基岩顶板隧道爆破围岩振动的影响 被引量:4
14
作者 邓锷 杨伟超 张平平 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期23-30,共8页
针对薄基岩顶板条件下隧道的爆破施工过程中围岩稳定性差等特点,采用数值模拟计算方法分析了上覆软岩的各项物理力学参数的变化对围岩振动的影响.结果表明:空洞效应显著系数最大值出现在掌子面后方2~4m范围内,施工期间应重点监测该范围... 针对薄基岩顶板条件下隧道的爆破施工过程中围岩稳定性差等特点,采用数值模拟计算方法分析了上覆软岩的各项物理力学参数的变化对围岩振动的影响.结果表明:空洞效应显著系数最大值出现在掌子面后方2~4m范围内,施工期间应重点监测该范围内的拱顶沉降等数据;环向上,最大峰值振动速度矢量和出现在岩层界面与隧道壁面的切点处;掌子面附近的围岩峰值振动速度与上覆软岩的容重及泊松比呈正相关关系,与上覆软岩的弹性模量及内摩擦角呈负相关关系.在类似工程背景下,最大峰值振动速度与上覆软岩4项力学参数的拟合关系式分别为:f1(γ)=21.96e0.87γ,f2(E)=-9.85lnE+15.61,f3(μ)=13.98e0.62μ,f4(φ)=0.071φ2-22.98φ+48.18. 展开更多
关键词 隧道 爆破 薄基岩顶板 围岩振动 力学参数
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薄基岩顶板隧道爆破围岩振动影响域分布特征 被引量:5
15
作者 邓锷 杨伟超 尹荣申 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2652-2660,共9页
以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算方法,分别研究基岩顶板厚度为5,4,3,2,1和0.5 m 6种工况下,隧道爆破施工引起的围岩振动特性及围岩影响域分布特征。研究结果表明:横断面上最大振速出现在距岩层界面最近的隧道轮... 以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算方法,分别研究基岩顶板厚度为5,4,3,2,1和0.5 m 6种工况下,隧道爆破施工引起的围岩振动特性及围岩影响域分布特征。研究结果表明:横断面上最大振速出现在距岩层界面最近的隧道轮廓上,纵向上最大振速出现在掌子面后方2 m处,但最危险断面在掌子面后方1 m处,且其位置均不受顶板厚度的影响;当顶板厚度≤4 m时,最危险横断面上影响域开始扩展至上覆软岩,随着顶板厚度进一步减小,影响域参数b和d分别稳定在17 m和5.2 m;当顶板厚度处于0~5 m范围内,可参考相应拟合公式预估影响域范围。 展开更多
关键词 数值模拟 薄基岩顶板 隧道爆破 影响域
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400km/h高铁隧道组合型式缓冲结构泄压孔优化 被引量:12
16
作者 杨伟超 李国志 +3 位作者 何洪 刘义康 邓锷 罗禄森 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3648-3661,共14页
国内外已有多条在建高速铁路隧道设计时速达到400km,随着列车速度不断提高,微气压波产生的负面效应愈发严重。相关研究及工程实践表明,单一型式缓冲结构缓解效果有限,而等截面扩大+帽檐斜切+泄压孔的组合型式缓冲结构对缓解微气压波具... 国内外已有多条在建高速铁路隧道设计时速达到400km,随着列车速度不断提高,微气压波产生的负面效应愈发严重。相关研究及工程实践表明,单一型式缓冲结构缓解效果有限,而等截面扩大+帽檐斜切+泄压孔的组合型式缓冲结构对缓解微气压波具有更优良的效果。然而国内外对这种组合型式缓冲结构研究相对较少,为了使其满足更多实际场景的要求,针对其泄压孔几何参数进行优化仍具有一定的工程价值。针对这一问题,基于RNG k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,从首个泄压孔边缘到帽檐的距离、开孔率、开孔数量和环向开孔位置4个方面开展研究,分析在采用不同泄压孔组合型式缓冲结构下的初始压缩波和微气压波的特征,提出组合型式缓冲结构泄压孔的最佳优化参数。结果表明:相对于首个泄压孔到帽檐的距离为8,16和24m时,当距离为4m时,组合型式缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;相对于开孔率α=24%,40%和48%的组合型式缓冲结构,当开孔率为32%时,缓冲结构对微气压波的缓解最佳;相对于设置2个或8个泄压孔,设置4个4m(横向)×2m(纵向)的泄压孔时,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;在缓冲结构的环向位置上,在拱顶设置泄压孔,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳。 展开更多
关键词 泄压孔优化 400km/h高速铁路 组合型式缓冲结构 微气压波 初始压缩波
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高速列车气动荷载作用下隧道内配电箱安全性分析 被引量:7
17
作者 曹宏凯 施成华 +2 位作者 杨伟超 邓锷 何洪 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期874-882,共9页
当高速列车通过隧道时,其周围所产生的气压波不可避免地对轨旁电力附属设施造成气动冲击影响。配电箱作为一种隧道内广泛分布的轨旁电力附属设施,在气动荷载作用下,其锚固安全性会受到一定影响。以配电箱为研究对象,利用Abaqus与Fluent... 当高速列车通过隧道时,其周围所产生的气压波不可避免地对轨旁电力附属设施造成气动冲击影响。配电箱作为一种隧道内广泛分布的轨旁电力附属设施,在气动荷载作用下,其锚固安全性会受到一定影响。以配电箱为研究对象,利用Abaqus与Fluent进行联合仿真分析其结构安全性。利用流体力学计算软件Fluent,建立空气−高速列车−隧道三维CFD数值计算模型,得到了气动荷载时程曲线;基于Abaqus有限元计算软件,建立配电箱−锚栓−隧道结构的三维精细化有限元模型,研究气动−地层荷载联合作用下配电箱、锚栓与衬砌的动力响应特性以及高速铁路隧道轨旁配电箱的破坏模式与影响因素。研究结果表明:在气动−地层荷载联合作用下,相对于配电箱以及锚栓本身,锚栓安装基座的衬砌表层混凝土最容易发生破坏;混凝土的破坏形状呈现以锚栓中心为轴线的表层椎体分布特征,混凝土潜在破坏模式为渐进式剥离破坏与黏结破坏;混凝土内拉应力与锚栓直径呈现明显的负相关性,为避免因混凝土破坏而造成配电箱脱落等安全事故,可适当提高锚栓直径。 展开更多
关键词 联合仿真 气动荷载 配电箱 锚栓 二次衬砌 破坏形状
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考虑随机场的盾构下穿条件下既有高铁交会行车安全性 被引量:2
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作者 唐钱龙 彭立敏 +3 位作者 邓锷 雷明锋 吴波 施成华 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期95-103,共9页
针对路基段高铁行车安全分析常将地基土视作具有确定性参数的介质的问题,文中基于随机场理论,将地基土视为具有纵向一致性的三维介质,建立了盾构下穿既有高铁的数值模型,并基于数论选点方法模拟地基土横截面的参数随机性。为更进一步研... 针对路基段高铁行车安全分析常将地基土视作具有确定性参数的介质的问题,文中基于随机场理论,将地基土视为具有纵向一致性的三维介质,建立了盾构下穿既有高铁的数值模型,并基于数论选点方法模拟地基土横截面的参数随机性。为更进一步研究盾构下穿高速铁路对高铁行车安全性的影响,文中建立了31自由度的高铁列车模型,结合Fluent 3D流体仿真软件和动网格技术,获得了高速列车的气动荷载时程曲线。基于概率密度演化理论分析了高铁列车以300、350和400 km/h的速度交会时的脱轨系数及其概率密度演化信息。结果表明:随机场的存在使得车辆的轮重减载率和脱轨系数具有一定的概率分布范围;在气动荷载和隧道下穿引起的既有高铁线路基变形影响下,垂向轮轨力曲线有明显的波动情况;轮重减载率最大值出现在地表沉降最大值两侧的下降段;垂向气动荷载大于横向气动荷载;随着车速的增加,轮重减载率及脱轨系数的各上限均在逐渐增大,为保证高铁交会行车的安全性,建议在盾构下穿既有线地段的高铁列车运行速度应不超过300 km/h。 展开更多
关键词 行车安全性 概率密度演化理论 随机场 地基土 隧道
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土岩交错地层隧道施工爆破围岩振动特性研究 被引量:5
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作者 林炳潮 邓锷 +2 位作者 孟亚锋 李志堂 吴志彬 《公路工程》 北大核心 2019年第6期154-160,共7页
以上软下硬为特征的土岩交错地层为研究对象,采用计算机仿真的方法,分析了围岩振速的环向分布、土岩界面附近的衰减规律和界面两侧围岩力学强度的影响等。结果表明:环向上围岩振速最大位置出现在土岩交界面与隧道壁相切点附近,以此切点... 以上软下硬为特征的土岩交错地层为研究对象,采用计算机仿真的方法,分析了围岩振速的环向分布、土岩界面附近的衰减规律和界面两侧围岩力学强度的影响等。结果表明:环向上围岩振速最大位置出现在土岩交界面与隧道壁相切点附近,以此切点为中心,土岩界面的法线两侧围岩爆破振动速度基本对称,且越远离切点,则爆破振动速度越小。靠近隧道壁的振速矢量具有显著的环向优势。在软硬岩层界面附近,岩体振速与弹性模量比呈负相关关系,即岩体振动速度随着界面两侧岩体弹性模量比值的增加而降低,且随着弹性模量比的增加,径向各测点峰值振动速度下降,横向峰值振动速度在径向1 m范围内下降较快。 展开更多
关键词 土岩交错岩层 土岩交界面 隧道 爆破 振动特性
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基于随机场理论的下穿盾构隧道施工变形条件下列车动态响应 被引量:8
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作者 唐钱龙 彭立敏 +1 位作者 邓锷 邹洋 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期1006-1026,共21页
在以往的路基段铁路行车安全研究中,地基土的物理力学参数常被考虑为确定性的参数。为探究下穿地铁盾构隧道周围土层的随机场特征对地表既有铁路行车安全的影响规律,建立列车-轨道-盾构隧道-地基土耦合系统分析模型。基于随机场理论对... 在以往的路基段铁路行车安全研究中,地基土的物理力学参数常被考虑为确定性的参数。为探究下穿地铁盾构隧道周围土层的随机场特征对地表既有铁路行车安全的影响规律,建立列车-轨道-盾构隧道-地基土耦合系统分析模型。基于随机场理论对地基土的物理力学参数进行随机赋值,并获得轮重减载率和车体加速度等车体动态响应指标的概率密度演化信息。基于概率密度演化理论开展下穿盾构隧道施工变形条件下地表运行列车动态响应分析。结果表明:盾构施工段范围内的地表沉降分布近似呈正态分布,地表沉降均值与标准差的最大值出现在盾构隧道中心线位置,而轮重减载率最大值出现在地表沉降最大值两侧曲线的下降段。随着车速的提高,车体垂向加速度概率密度等高线的分布宽度逐渐增大,当加速度上限曲线取最大值时对应的概率密度分布仍近似呈正态分布。当车速达到300 km/h时,轮重减载率的分布范围超过0.8的限值要求,而在300 km/h以下的行车速度条件下,车体加速度均满足规范要求的1.3 m/s^(2)的要求。为满足三倍标准差的99.74%的行车安全保证率,建议该区域的行车速度不应超过250 km/h。 展开更多
关键词 下穿盾构隧道 概率密度演化 随机场 列车-轨道-地基土耦合系统 动态响应
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