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考虑宏观缺陷的混凝土本构模型及含裂缝隧道衬砌动力损伤特性研究
1
作者 孙雅珍 王龙岩 +4 位作者 吴昌宇 王金昌 于阳 袁立凡 祝奉斌 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期107-119,共13页
目前对隧道衬砌动力响应的研究多聚焦于完好隧道,较少涉及初始宏观裂缝存在时对隧道衬砌结构弱化作用下的动力响应。为研究含裂缝隧道衬砌动力损伤特性,首先,基于塑性损伤本构,理论推导考虑材料弱化的宏观缺陷-外荷载耦合损伤本构模型;... 目前对隧道衬砌动力响应的研究多聚焦于完好隧道,较少涉及初始宏观裂缝存在时对隧道衬砌结构弱化作用下的动力响应。为研究含裂缝隧道衬砌动力损伤特性,首先,基于塑性损伤本构,理论推导考虑材料弱化的宏观缺陷-外荷载耦合损伤本构模型;其次,将宏观损伤度为0,0.2,0.3和0.4时混凝土试件抗拉强度的计算结果与试验结果进行对比,验证本构模型的合理性;然后,采用地层-结构法对土体-隧道-列车相互作用关系进行模拟,引入无限单元边界吸收模型边界处的应力波;最后,通过在完整衬砌结构上预制深度为3.5,7.0和10.5 cm裂缝,并调整模型中的损伤参数,系统地研究衬砌结构在不同裂缝深度下考虑材料弱化作用的动力损伤特性。结果表明:推导得到的本构模型理论计算结果与试验结果最大误差仅为7.3%,模型合理;在不同裂缝深度下,竖向振动加速度和竖向振动速度均呈现出拱顶>边墙>仰拱的规律,且与行车道距离成正相关;裂缝深度由0 cm增加到10.5 cm,衬砌结构拱顶、边墙和仰拱的竖向振动加速度分别增大8.4%,2.7%和5.3%,竖向振动速度分别增大15.1%,17.1%和16.7%;裂缝深度从0 cm增加到10.5 cm,拱顶、边墙和仰拱的最大主应力峰值分别增加22.3%,15.5%和减小9.12%,拱顶的最大主应力峰值在裂缝深度为3.5 cm时超过了仰拱,说明动应力响应受行车道距离和初始宏观裂缝引起的应力集中共同影响;在3种不同裂缝深度下,考虑材料弱化作用下的衬砌损伤度较不考虑时分别增大0.039,0.130和0.165。 展开更多
关键词 地铁隧道 动力响应 初始裂缝 宏观缺陷-外荷载耦合损伤 本构模型 混凝土材料弱化
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联络通道顶管法施工始发端主隧道增量应变响应现场试验
2
作者 李晓龙 刘小锋 +2 位作者 于兴国 陈影 何况 《中国公路学报》 北大核心 2025年第6期258-270,共13页
顶管法作为一种新型地铁联络通道施工工法,具有施工周期短、安全性能高等特点,其应用日趋广泛。为研究联络通道顶管法施工过程中始发端主隧道管片结构力学响应规律,依托郑州地铁12号线顶管法联络通道工程开展了现场监测。基于监测结果,... 顶管法作为一种新型地铁联络通道施工工法,具有施工周期短、安全性能高等特点,其应用日趋广泛。为研究联络通道顶管法施工过程中始发端主隧道管片结构力学响应规律,依托郑州地铁12号线顶管法联络通道工程开展了现场监测。基于监测结果,分析了顶管掘进过程中主隧道管片应变增量变化规律及空间分布特征。结果表明:在预支撑阶段,切削环、半切削环及相邻环的环向应变增量呈“竖椭圆形”分布,随着顶推力增加,逐渐向“横椭圆形”转变;在始发破洞阶段,半切削环90°位置处的应变增量变化显著,环向应变增量由预支撑阶段的88×10^(-6)突降至-235×10^(-6),纵向应变增量由-8.0×10^(-6)骤增至70.0×10^(-6),变化速率分别为-12.9×10^(-6)·(100 kN)-1和3.1×10^(-6)·(100 kN)-1;在正常掘进及接收阶段,切削环、半切削环及相邻环的应变增量平稳缓慢变化。当顶推力达到5 000 kN时,切削环210°和330°位置处的环向附加拉应变较大,分别为132×10^(-6)和100×10^(-6),半切削环90°位置处的环向附加压应变达到最大值297×10^(-6)。在施工过程中,顶推力对管片环向应变的影响较为显著,而对纵向应变的影响较小;切削环、半切削环及相邻环在拱底180°位置处的环向应变增量变化相较于拱顶0°位置表现出一定滞后;半切削环与相邻环在90°位置处的环向应变增量差异明显,而在270°位置处的环向应变增量则较为接近。研究结果对地铁联络通道顶管法施工具有一定指导意义。 展开更多
关键词 隧道工程 主隧道 现场试验 应变增量 联络通道 顶管法
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运用C-T型快速连接件的大直径盾构隧道纵缝接头力学行为分析
3
作者 柳献 白海文 +3 位作者 张帆 赖鹏邦 章邦超 叶宇航 《中国公路学报》 北大核心 2025年第4期158-170,共13页
大直径盾构隧道受非均布水土压力作用后,产生较大内力的同时,不同接头位置也产生不同轴力和弯矩,以此为背景,设计接头足尺试验。针对大直径盾构隧道内力大和管片厚的特性,设计了单排和双排C-T连接件分布的2种纵缝接头,通过试验深入研究... 大直径盾构隧道受非均布水土压力作用后,产生较大内力的同时,不同接头位置也产生不同轴力和弯矩,以此为背景,设计接头足尺试验。针对大直径盾构隧道内力大和管片厚的特性,设计了单排和双排C-T连接件分布的2种纵缝接头,通过试验深入研究了其承载性能和适用性。此外,针对不同轴力和弯矩组合,设计了不同偏心距试验来定量探究2种C-T型快速连接件接头在不同偏心距下的力学行为。最后,对比讨论了2种接头的受力演变特征、破坏模式和受力机制等。结果表明:(1)C-T型快速连接件接头的受力全过程可以划分为自协调阶段、弹性变形阶段和弹塑性变形阶段;(2)偏心距对接头受力的影响规律可以用指数递减函数来概括;(3)连接件的受力状态和预埋件对周围混凝土的作用情况,都是影响单排C-T连接件接头和双排C-T连接件接头承载性能的关键因素,2种接头的破坏模式有所区别;(4)双排C-T连接件接头的承载力和转动刚度大于单排C-T连接件接头,但延性偏小。通过对C-T型纵缝接头全过程受力机制的探究,为进一步促进该接头在大直径盾构隧道中的运用在大直径盾构隧道中的运用,提供了指导和数据支撑。 展开更多
关键词 隧道工程 C-T连接件 足尺试验 大直径盾构隧道 纵缝接头
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不同环向接头影响下盾构隧道管片受力特性精细化数值研究
4
作者 石钰锋 周宇航 +3 位作者 胡梦豪 黄大维 蔡家城 蒋亚龙 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期116-128,共13页
为提高对盾构隧道管片的数值模拟精度,基于等效刚度设计原理,将盾构管片结构分析模型逐步细化,建立可考虑环向接头刚度折减、接头非连续性和螺栓预紧力的盾构隧道精细化数值模型;对均质圆环管片模型、开槽接头管片模型及所建模型进行相... 为提高对盾构隧道管片的数值模拟精度,基于等效刚度设计原理,将盾构管片结构分析模型逐步细化,建立可考虑环向接头刚度折减、接头非连续性和螺栓预紧力的盾构隧道精细化数值模型;对均质圆环管片模型、开槽接头管片模型及所建模型进行相同堆载工况下的数值分析,考察不同环向接头影响下盾构管片的受力特性区别;开展模型试验,对3种模型的计算结果进行验证。结果表明:相较于均质圆环管片模型,开槽接头管片模型考虑了接头刚度折减,管片横向变形向薄弱接头处发展,会引发弯矩大规模重分布,导致弯矩零点、极值和包络线明显上移;相较于开槽接头管片模型,精细化数值模型进一步考虑了接头非连续性,管片发生接缝张开,会进一步加剧管片的横向变形,导致管片最大弯矩值增加近10%;增大预紧力能有效降低管片收敛变形及接缝张开,但预紧力过大也会引发应力集中,加剧管片接头破损,施加螺栓预紧力时应把握好管片整体横向变形与局部应力集中破坏间的平衡关系。 展开更多
关键词 盾构隧道 管片环向接头 精细化数值模拟 管片内力 螺栓预紧力 受力特性
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大直径盾构隧道接缝抗震防水性能机理与优化
5
作者 郭璇 原森阳 +2 位作者 刘亚双 戴乐辉 彭瑾 《中国公路学报》 北大核心 2025年第9期167-179,共13页
盾构隧道管片接缝防水性能与动态变形量存在显著关联性。为揭示地震作用对大直径盾构隧道接缝防水体系的影响规律,依托天津某隧道场地条件,建立黏弹性人工边界的地层-结构有限元模型,输入峰值加速度0.243m·s^(-2)的地震波,系统解... 盾构隧道管片接缝防水性能与动态变形量存在显著关联性。为揭示地震作用对大直径盾构隧道接缝防水体系的影响规律,依托天津某隧道场地条件,建立黏弹性人工边界的地层-结构有限元模型,输入峰值加速度0.243m·s^(-2)的地震波,系统解析管片关键接缝的位移响应特征。进而构建接缝密封垫精细化数值模型,输入地震作用产生的附加变形量为边界条件,通过追踪接触应力演化规律定量评估其防水性能劣化程度,提出具有工程适用性的密封垫抗震优化方案。研究结果表明:地震激励导致管片接缝产生显著差异变形,环内纵缝错台量亦呈现“椭圆”形空间分布特征,拱腰部位变形剧烈(极限值达12.49mm),而环缝错台量始终稳定在2.1mm以内;纵缝错台与密封垫防水性能呈强负相关;拱腰F-8接缝在极限错台工况下平均接触应力降至0.308MPa,较静态工况0.92MPa降幅达66.7%,显著低于0.8 MPa的外水压力阈值;优化密封垫截面参数较单纯提升材料硬度更优,优化接触应力提升至0.88 MPa(降幅收窄至25.7%),同时闭合压力降低18.1%,在保障防水可靠性的同时可提升拼装便利性。 展开更多
关键词 隧道工程 盾构隧道 接缝防水 地震作用 接触应力 性能优化
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基于非连续刚性短梁的盾构管片环缝变形分析
6
作者 刘洋 赵佳乐 李新龙 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第7期3170-3180,共11页
为了分析盾构掘进过程中多环盾构管片沿竖向和横向的变形以及管片环缝的错台和张开量,考虑到单环管片沿轴向跨度较小且半径较大,管片环的抗弯及抗剪刚度远大于环缝处,将多环管片简化为非连续刚性短梁,其变形形式简化为2个沿隧道轴向的... 为了分析盾构掘进过程中多环盾构管片沿竖向和横向的变形以及管片环缝的错台和张开量,考虑到单环管片沿轴向跨度较小且半径较大,管片环的抗弯及抗剪刚度远大于环缝处,将多环管片简化为非连续刚性短梁,其变形形式简化为2个沿隧道轴向的线性分段函数。依据单环管片的受力平衡方程、环缝受剪导致错台、受弯导致接缝张开等条件,建立用于描述多环管片竖向和横向轨迹及环缝处弯矩和剪力的控制方程。进一步考虑到实际工程中管片壁后充填注浆、排水及充填层的固结过程,推导了荷载及基床系数线性分布情况下方程的具体形式,得到了对应的系数矩阵及常数项向量,大大简化了方程的求解过程。最后,结合环缝的抗弯及抗剪刚度,得到了管片环缝错台及张开量的计算公式。与实际工程的对比分析结果表明:该方法得到的环缝错台及张开量的解析结果与现场实测数据规律一致,误差在合理范围,解析结果可以很好地反映多环盾构管片的变形形式及环缝错台和张开量的分布规律。该方法理论依据明确、程序化较高、应用简单,可用于求解沿隧道轴向的基床系数、液相重度和不均匀注浆压力在任意分布形式下,多环盾构管片的竖向和横向变形及环缝的错台和张开量,为盾构管片壁后充填、管片拼装及防渗设计提供参考。 展开更多
关键词 盾构管片 环缝错台 环缝张开 管片轨迹 接缝防渗
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基于时间序列与ABC-SVM的岩溶隧道衬砌受力预测
7
作者 张亚辉 宋玉香 徐强 《高速铁路技术》 2025年第4期18-26,34,共10页
岩溶隧道衬砌结构的受力特征显著复杂于普通隧道,若对其衬砌受力预测不足,将直接威胁隧道运营安全,甚至给人民生命财产带来巨大隐患。针对这一工程难题,本文充分考虑岩溶隧道围岩的流变特性,通过精确识别衬砌受力中的随机项,提高岩溶隧... 岩溶隧道衬砌结构的受力特征显著复杂于普通隧道,若对其衬砌受力预测不足,将直接威胁隧道运营安全,甚至给人民生命财产带来巨大隐患。针对这一工程难题,本文充分考虑岩溶隧道围岩的流变特性,通过精确识别衬砌受力中的随机项,提高岩溶隧道受力预测的精度。以郑万高速铁路黄家沟岩溶隧道典型断面为工程背景,基于60 d的隧道衬砌压力监测数据构建基础数据集,采用时间序列分析法建立隧道衬砌内力预测模型。首先利用3次样条函数插值法对非等距时序进行数据等距化处理,在此基础上分别运用支持向量机算法(SVM)和人工蜂群优化的支持向量机回归(ABC-SVR)模型开展预测分析,并将各模型的预测数据与实际监测数据进行对比验证。结果表明,针对岩溶隧道围岩流变特点开展的数据预处理,保障了原始数据变化规律的完整性;经时间序列优化后的ABC-SVR算法预测模型,能够精准反映岩溶隧道复杂的地质变化规律,其预测数据与实测数据吻合度高,预测精度达0.9997。本研究成果可为岩溶隧道的衬砌压力预测提供参考依据。 展开更多
关键词 岩溶隧道 衬砌压力 时间序列 人工蜂群 支持向量机回归(SVR)
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考虑支护刚度的隧道形变压力计算方法探讨
8
作者 胡炜 王志龙 +2 位作者 喻渝 谭信荣 张涛 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第10期159-166,共8页
形变压力作为支护与围岩共同变形中产生的接触压力,与支护结构刚度密切相关。为明确支护刚度与形变压力的关系,采用统计回归方法对深埋隧道形变压力现场实测数据进行分析,研究支护刚度对形变压力的影响规律,并采用多因素分析方法,研究... 形变压力作为支护与围岩共同变形中产生的接触压力,与支护结构刚度密切相关。为明确支护刚度与形变压力的关系,采用统计回归方法对深埋隧道形变压力现场实测数据进行分析,研究支护刚度对形变压力的影响规律,并采用多因素分析方法,研究考虑支护刚度等因素的一般深埋隧道形变压力计算方法。研究表明:支护刚度与隧道跨度、断面形状、支护结构弹性模量、厚度相关,在形变压力实测数据对应的隧道断面形状变化不大的前提下,可采用喷混(含钢架)截面抗弯刚度表征支护刚度;形变压力与喷混(含钢架)截面抗弯刚度、围岩级别及隧道跨度正相关,截面抗弯刚度和围岩级别采用指数函数、隧道跨度采用线性函数进行形变压力公式拟合的相关系数最高;采用提出的形变压力计算公式得到的围岩形变压力值低于现行隧道规范松动压力公式计算得到的压力值;基于形变压力样本数据特征,建立的形变压力计算方法主要适用于隧道跨度为12.0~15.2 m、喷混(含钢架)截面抗弯刚度为(0.02~5.00)×10^(7) N·m^(2)的一般围岩条件下的深埋双线隧道,研究结论可为深埋隧道围岩形变压力的进一步研究提供参考。 展开更多
关键词 铁路隧道 形变压力 统计回归 支护刚度 计算方法 深埋隧道
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高水压大直径越江盾构隧道安全评价
9
作者 苏昂 何川 +3 位作者 王峻 周欣 封坤 张力 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2884-2894,共11页
为评价高水压大直径越江盾构隧道的安全性,以苏通电力管廊长江盾构隧道工程为研究背景,采用自主研发的装置对错缝拼装盾构隧道开展原型加载破坏试验。首先,分析原型试验结果,揭示了高水压条件下管片结构破坏特征;其次,提出基于椭圆度控... 为评价高水压大直径越江盾构隧道的安全性,以苏通电力管廊长江盾构隧道工程为研究背景,采用自主研发的装置对错缝拼装盾构隧道开展原型加载破坏试验。首先,分析原型试验结果,揭示了高水压条件下管片结构破坏特征;其次,提出基于椭圆度控制的结构形变评价方法和基于M-N承载力曲线的结构强度评价方法,建立了基于管片结构形变和强度的安全综合评价方法;最后,对苏通电力管廊长江盾构隧道安全性进行综合评价。研究结果表明:管片内弧面裂纹出现在拱顶和拱底,最大宽度分别为4.5 mm和11.5 mm,外弧面裂纹出现左拱脚、右拱肩,裂纹最大宽度为0.1 mm;管片破坏特征为内弧面出现多条贯通裂纹,B3块钢筋达到屈服状态,主对拉方向顶底位移增大,管片结构局部失稳破坏;管片结构形变发展可分为一次递增和二次递增2个阶段,提出椭圆度8.17‰作为结构形变控制值,(3 595.52 kN·m,14 988.60 kN)为M/N内力组合发展控制值。苏通电力管廊长江盾构隧道安全综合系数为1.84~3.65,安全余量充足,但要重点加强3号断面的监测。 展开更多
关键词 越江盾构隧道 安全评价 原型加载试验 大直径 高水压
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高水压大直径盾构隧道破坏特征研究
10
作者 苏昂 何川 +3 位作者 周欣 王峻 封坤 张力 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第9期73-79,共7页
研究目的:为探明高水压大直径盾构隧道的破坏特征,以苏通GIL输电管廊盾构隧道工程为依托,采用“盾构隧道结构体加载装置”开展错缝拼装管片结构原型加载破坏试验,对管片结构的破坏过程进行分析,探明管片结构的破坏机理和承载性能,从而... 研究目的:为探明高水压大直径盾构隧道的破坏特征,以苏通GIL输电管廊盾构隧道工程为依托,采用“盾构隧道结构体加载装置”开展错缝拼装管片结构原型加载破坏试验,对管片结构的破坏过程进行分析,探明管片结构的破坏机理和承载性能,从而为高水压大直径盾构隧道的设计提供参考。研究结论:(1)管片结构形变呈“横鸭蛋”形,最大直径变化率为9.52‰,最大纵缝张开量为12.87 mm;(2)拱顶、拱底内弧面受拉开裂破坏,裂纹最大宽度分别为4.5 mm、11.5 mm,裂纹总长54.80 m,总数量为235条,以纵向裂纹为主;左拱脚、右拱肩外弧面受拉开裂破坏,裂纹总长64.70 m,总数量为65条,裂纹最大宽度0.1 mm;(3)管片破坏经历弹性、弹塑性及破坏三个阶段,管片开裂对结构整体刚度下降影响不明显,破坏机理为:裂缝深度增大,钢筋屈服,中心轴不断上移,核心混凝土有效承载面积减小,管片总体刚度不断减小,直到结构发展成为几何可变机构,使得弯矩和偏心距降低、位移增长,结构承载力下降,管片结构局部失稳破坏,管片极限承载荷载为2827.2 kN,极限承载力安全系数为1.632;(4)本研究成果可为高水压大直径盾构隧道的设计提供参考。 展开更多
关键词 盾构隧道 原型试验 破坏特征 错缝拼装 高水压
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富水山岭隧道衬砌结构失效特征研究
11
作者 樊浩博 王吉 +6 位作者 陈宏文 任凡凡 赵李祥 陈坤 朱正国 高新强 刘勇 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第4期121-132,共12页
随着地表强降雨的频发,富水山岭隧道衬砌开裂、渗漏水等病害日益增多,威胁隧道的运营安全,大量地表水短时间内向隧道汇聚并超出隧道排水能力是病害发生的重要原因。为探明富水山岭隧道衬砌结构的病害特征,开展室内相似模型试验,通过不... 随着地表强降雨的频发,富水山岭隧道衬砌开裂、渗漏水等病害日益增多,威胁隧道的运营安全,大量地表水短时间内向隧道汇聚并超出隧道排水能力是病害发生的重要原因。为探明富水山岭隧道衬砌结构的病害特征,开展室内相似模型试验,通过不同水头高度下的渗流试验,研究富水隧道衬砌背后的环向水压力和围岩压力,分析隧道衬砌结构的失效特征;在此基础上,进一步开展隧道衬砌受力数值模拟,探明衬砌结构的损伤演变规律。结果表明:衬砌背后水压力和围岩压力均与衬砌结构完整性相关,水压力分布规律呈仰拱大、边墙脚小的“蘑菇”状分布,仰拱中心开裂后,衬砌排水能力增加,仰拱水压折减率由开裂前的23%(18 m水头)迅速增至43%(28 m水头);围岩压力整体呈拱腰大、仰拱小的“矩形”分布;随着水头高度增加,仰拱中心在水压力和围岩压力的作用下产生裂纹(18 m水头)并扩展至裂缝贯穿(34 m水头);衬砌结构损伤开裂顺序依次为仰拱、边墙脚、边墙、拱顶,其中仰拱、边墙脚、拱顶主要沿纵向开裂,而边墙则沿环向和斜向开裂;建立的数值模型与模型试验结果吻合较好。研究成果可为富水隧道的衬砌结构设计优化提供参考。 展开更多
关键词 富水隧道 模型试验 衬砌水压力 围岩压力 结构失效
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高填方梯形拱明洞垂直土压力计算方法研究
12
作者 禄云华 马莉 +3 位作者 李盛 何永泽 张柯 马晓波 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第9期4052-4063,共12页
传统的矩形明挖隧道建筑截面适用于跨度较小、回填土较浅的地段,针对兰州中川机场环线明洞填土较高的现状,提出在明挖隧道主体结构设计中引入“梯形拱”顶板,形成了一种特殊的明挖隧道工程:高填方-“梯形拱”明洞。为明确高填土条件下... 传统的矩形明挖隧道建筑截面适用于跨度较小、回填土较浅的地段,针对兰州中川机场环线明洞填土较高的现状,提出在明挖隧道主体结构设计中引入“梯形拱”顶板,形成了一种特殊的明挖隧道工程:高填方-“梯形拱”明洞。为明确高填土条件下梯形拱明洞顶板上方垂直土压力分布规律,考虑梯形拱跨度大及本身特殊构造的影响,理论推导了高填方梯形拱明洞洞顶垂直土压力的计算方法。在此基础上,通过模型试验和数值模拟对比了拱顶上方特征点(顶板最大垂直土压力和中隔墙上方垂直土压力)的结果,验证了所推导公式的正确性。研究结果表明:随着填土高度的增加,顶板最大垂直土压力和中隔墙上方垂直土压力与土柱压力差值越来越大,且中隔墙上方的垂直土压力始终小于土柱压力,顶板最大垂直土压力恰好相反;梯形拱直顶板和斜顶板交界处出现应力集中,并向交界点两侧扩散,梯形拱直顶板与斜顶板外侧交界处应力比内侧交界处大8.2%,中隔墙位置处土压力比顶板最大垂直土压力少44.4%;填土完成后,顶板最大垂直土压力理论推导值与模型试验误差为5.7%,与数值模拟误差为10.2%;中隔墙上方垂直土压力理论推导值与模型试验误差为4.9%,与数值模拟误差为7.6%。该公式可对高填方梯形拱明洞结构的设计提供参考,后续可以更好地预测该类工程中明洞结构上方土压力的大小,以及确定结构上方填土的最大高度。 展开更多
关键词 高填土 梯形拱明洞 垂直土压力 计算方法 模型试验
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高填减载明洞土拱形态及衬砌结构力学性能研究
13
作者 姚泽文 李盛 +3 位作者 马莉 尤著刚 余云燕 班学锋 《应用力学学报》 北大核心 2025年第2期339-346,共8页
高填减载明洞的减载机理是通过增大回填土内部的沉降差使土体中产生土拱效应从而降低明洞上方土压力,以此减小衬砌结构的受力。高填减载明洞的减载效果取决于土拱效应的强弱,然而,土拱效应强弱与土拱形态有何关系尚不明确,为了优化明洞... 高填减载明洞的减载机理是通过增大回填土内部的沉降差使土体中产生土拱效应从而降低明洞上方土压力,以此减小衬砌结构的受力。高填减载明洞的减载效果取决于土拱效应的强弱,然而,土拱效应强弱与土拱形态有何关系尚不明确,为了优化明洞设计,提高衬砌结构安全性,需明确土拱形态对土拱效应的影响。因此,基于有限差分软件FLAC3D,以槽宽比和边坡角度为变量,研究应用EPS(expanded polystyrene)板+混凝土柱减载的高填方明洞回填土土压力、回填土的土拱形态以及衬砌结构受力,从土拱形态角度分析槽宽比和边坡角度对高填减载明洞土压力、衬砌结构受力的影响。结果表明:①明洞拱顶和仰拱外侧受压,明洞外侧受拉受压交界点出现在拱腰处,衬砌结构边墙与拱腰连接处弯矩最大;②减小槽宽比或增大边坡角度,会使土拱效应越显著,减载效果越好,衬砌结构所受轴力越小,衬砌结构更安全;③土拱效应强弱是由土拱厚度和明洞上方土拱区域面积决定的,土拱厚度越大、明洞上方土拱区域面积越大,减载效果越好,与土拱位置和土拱区域总面积无关。实际工程中,应通过控制土拱的厚度和明洞上方土拱区域的面积来优化结构受力。 展开更多
关键词 高填减载明洞 槽宽比 边坡角度 土拱形态 土拱厚度
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输水盾构隧洞预应力双层衬砌结构力学响应
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作者 刘畅 马晓斌 +2 位作者 王士民 孟繁盛 陈昱弛 《人民黄河》 北大核心 2025年第6期144-149,共6页
为探明预应力双层衬砌结构在输水盾构隧洞施工、运行过程中的力学响应,以珠江三角洲水资源配置工程为例,采用有限元数值模拟方法建立双层衬砌结构三维计算模型,分析有无预应力条件下双层衬砌结构的承载力学特性。结果表明:当内水压不超... 为探明预应力双层衬砌结构在输水盾构隧洞施工、运行过程中的力学响应,以珠江三角洲水资源配置工程为例,采用有限元数值模拟方法建立双层衬砌结构三维计算模型,分析有无预应力条件下双层衬砌结构的承载力学特性。结果表明:当内水压不超过0.9 MPa时,普通双层衬砌结构可以满足安全要求,不必施加预应力;而当内水压过大时,有必要对双层衬砌结构施加预应力,以充分发挥其承载能力。与预应力张拉阶段相比,充水运行阶段管片衬砌与预应力衬砌的协调承载作用更强,接触压力传递更加充分。在整个施工和运行阶段,双层衬砌结构的位移变化量均较小,具有良好的工作状态。 展开更多
关键词 预应力双层衬砌 承载力学特性 有限元分析 输水盾构隧洞
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高地应力构造破碎带隧道受力变形特征研究
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作者 张涛 王树英 +4 位作者 刘建兵 郑响凑 王唤龙 饶李 王亚锋 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第4期108-120,共13页
隧道穿越高地应力构造破碎带时,容易出现围岩变形侵限、支护结构破坏、局部坍塌等灾害,严重影响隧道施工和安全。以高黎贡山隧道出口工区超深埋高地应力硬质岩构造破碎带段为工程背景,开展施工全过程长期监测,探讨初支变形、围岩压力及... 隧道穿越高地应力构造破碎带时,容易出现围岩变形侵限、支护结构破坏、局部坍塌等灾害,严重影响隧道施工和安全。以高黎贡山隧道出口工区超深埋高地应力硬质岩构造破碎带段为工程背景,开展施工全过程长期监测,探讨初支变形、围岩压力及初支受力特征,并对围岩压力实测数据与多种理论计算结果进行比较分析。结果表明:初支变形主要由围岩开挖卸荷效应和塑性流变效应共同驱动而导致,呈现拱顶沉降>上台阶收敛>下台阶收敛、受施工工序影响较大、持续时间长的特征;围岩-衬砌接触压力分布整体对称,表现为隧顶>隧底>隧腰,初支封闭前竖向围岩压力为最终峰值压力(1.862 MPa)的87%,拱腰水压比仰拱底略高;围岩持续变形导致第1层初支局部应力集中或屈服,促使第2层初支承担更多荷载;上台阶应力值普遍高于下台阶,第2层初支钢拱架应力重分布主要由双层初支压力二次分配所致;左拱腰、左拱肩钢拱架结构偏于危险;实际围岩压力仍会受埋深影响,由松动压力与形变压力共同组成,且由前者主导。 展开更多
关键词 隧道 高地应力 构造破碎带 变形 衬砌受力 现场实测
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型钢钢架锈蚀下隧道初期支护力学劣化性能
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作者 张艺腾 田四明 +3 位作者 王明年 王志伟 徐湉源 邹文浩 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第3期168-181,共14页
为探究腐蚀性地层中Cl-,SO42-等离子长期侵蚀致隧道初期支护型钢钢架锈蚀后,诱发初期支护承载能力衰减的机制,基于某钻爆法隧道初期支护受力特征状态,制作型钢钢架混凝土偏心构件12个,考察不同锈蚀率、不同加载偏心距对承载能力的影响,... 为探究腐蚀性地层中Cl-,SO42-等离子长期侵蚀致隧道初期支护型钢钢架锈蚀后,诱发初期支护承载能力衰减的机制,基于某钻爆法隧道初期支护受力特征状态,制作型钢钢架混凝土偏心构件12个,考察不同锈蚀率、不同加载偏心距对承载能力的影响,以及型钢钢架初期支护满足平截面假定的临界锈蚀率,明确不同因素作用下型钢钢架锈蚀对初期支护承载力衰减的影响程度。结果表明:型钢钢架锈蚀率为0%~9%时,锈蚀初期支护的破坏模式特征主要由偏心距决定,锈蚀率仅在一定程度上削弱构件承载力,而不改变破坏模式;偏心距一定、目标锈蚀率由0%增至9%时,初期支护荷载特征值均逐渐近似线性减小,幅度在23.9%~34.0%;锈蚀率一定时,随着偏心距增大,构件荷载特征值均减小;小偏心构件在工字钢锈蚀率不大于3%时,横截面符合平截面假定;假定前提下,锈蚀致型钢钢架自身的几何及力学参数对初期支护承载力衰减的贡献率达32.69%~37.75%,锈胀致混凝土力学参数衰减的贡献率在18.36%~20.8%,黏结滑移退化的贡献率在43.09%~46.58%。 展开更多
关键词 隧道结构安全 初期支护 型钢钢架锈蚀 锈蚀劣化试验 力学演变 劣化机制
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降雨开挖耦合作用下隧道-松散堆积体边坡正交体系相互作用研究
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作者 黄政 张永杰 +1 位作者 罗志敏 曹俊 《交通科学与工程》 2025年第4期125-134,共10页
【目的】研究降雨与开挖耦合作用下,隧道-松散堆积体边坡正交体系的响应机制。【方法】以部分位于松散堆积体内的高速公路双洞隧道工程为例,采用有限元三维数值分析方法,分析不同工况下坡体与隧道支护结构的应力、位移及隧道二衬裂缝的... 【目的】研究降雨与开挖耦合作用下,隧道-松散堆积体边坡正交体系的响应机制。【方法】以部分位于松散堆积体内的高速公路双洞隧道工程为例,采用有限元三维数值分析方法,分析不同工况下坡体与隧道支护结构的应力、位移及隧道二衬裂缝的发展演化规律,并结合现场监测数据探讨降雨开挖耦合作用下隧道-松散堆积体边坡正交体系的相互作用机制。【结果】坡体与隧道支护结构的应力与位移因降雨和开挖的耦合作用而增大,且降雨强度变化是主要影响因素。在降雨强度300 mm/d耦合开挖的工况下,典型断面ZK34+900处隧道最大主应力为仅开挖工况下的4.4倍,拱肩的横向位移为仅开挖工况下的2.7倍,坡体与支护结构的横向位移为仅开挖工况下的3~5倍;支护结构裂缝宽度随降雨强度的增加而增大了3~4.5倍;在降雨的持续作用下,松散堆积体边坡变形对隧道支护结构的影响范围由隧道拱肩逐渐扩展至隧道拱腰与拱脚,即影响深度与范围不断增加。【结论】研究成果可为降雨开挖耦合作用下隧道-松散堆积体边坡正交体系相互作用研究提供理论指导和工程应用参考。 展开更多
关键词 松散堆积体边坡 邻近隧道 降雨入渗 数值模拟 裂缝分析
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基于FLAC3D模拟隧道有无衬砌下对隧道稳定性的影响
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作者 李帅营 张庆文 《土木工程与绿色建筑》 2025年第2期45-50,共6页
文章采用FLAC3D软件,针对有无衬砌条件下隧道稳定性进行模拟分析,通过对开挖后的塑性区体积变化、拱顶位移变化、应力分布及大小、衬砌的位移与受力等情况进行分析,得出以下结论:隧道开挖后及时施加衬砌,能有效控制围岩塑性区的扩展,大... 文章采用FLAC3D软件,针对有无衬砌条件下隧道稳定性进行模拟分析,通过对开挖后的塑性区体积变化、拱顶位移变化、应力分布及大小、衬砌的位移与受力等情况进行分析,得出以下结论:隧道开挖后及时施加衬砌,能有效控制围岩塑性区的扩展,大幅缩小塑性区范围;衬砌的施加显著改善了围岩的位移状况,尤其是在拱顶、拱底、拱腰和拱脚部位,其中拱顶位移减少了36%;从应力云图中可见,施加衬砌后,围岩在ZZ方向和XX方向的最大应力均明显降低,与未施加衬砌支护的围岩相比,岩层的应力分布更加均匀,受力状态得到改善,从而提高了隧道围岩的安全性,其中应力最大降低了29%。 展开更多
关键词 FLAC3D 隧道稳定性 衬砌 模拟分析 围岩变形
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不同水压下盾构隧道开挖稳定性研究
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作者 花燕舟 闫高闯 +3 位作者 江劲松 王伟 莫艺翔 李阳 《建筑机械化》 2025年第7期84-88,共5页
为研究不同河水深度导致的不同水压情况下江底上软下硬地层中盾构隧道开挖稳定性,以江南水厂改扩建工程的跨江隧道项目为支撑,运用数值模拟手段展开相关分析与研究,重点研究了河水深度对隧道掌子面稳定性的作用,并通过掌子面位移和前方... 为研究不同河水深度导致的不同水压情况下江底上软下硬地层中盾构隧道开挖稳定性,以江南水厂改扩建工程的跨江隧道项目为支撑,运用数值模拟手段展开相关分析与研究,重点研究了河水深度对隧道掌子面稳定性的作用,并通过掌子面位移和前方孔隙水压力分布来评估其稳定性。 展开更多
关键词 泥水盾构 泥浆压力 掌子面稳定性 流固耦合 上软下硬
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排水系统对深部隧道外水压力影响的理论研究
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作者 曹珂 《铁道建筑》 北大核心 2025年第3期99-105,共7页
在高水压环境的深部地下空间,隧道防排水设计不再适用传统的全封堵防水或完全排水方案。本文以覆土不小于50 m的城市深部隧道为研究对象,设置了由排水层及排水盲管组成的排水体系,研究防排水系统关键参数对水压力的折减情况。建立理论... 在高水压环境的深部地下空间,隧道防排水设计不再适用传统的全封堵防水或完全排水方案。本文以覆土不小于50 m的城市深部隧道为研究对象,设置了由排水层及排水盲管组成的排水体系,研究防排水系统关键参数对水压力的折减情况。建立理论分析模型,推导出水压力折减系数的解析式,并根据工程经验对各影响变量进行取值。通过数值分析对公式进行了修正,最终提出适用于高水压深部隧道的水压力计算方法。结果表明:排水层与帷幕圈渗透系数比值越大,帷幕圈半径越大,则衬砌地下水压力折减系数越小,地下水降低幅度越大;隧道断面椭圆度不超过0.05时,可采用本文方法来计算地下水压力折减系数,计算结果具有较高精度。实际工程中需考虑经济性,实现排水量、地下水压力折减系数与经济性的合理平衡。 展开更多
关键词 铁路隧道 水压力折减系数 理论分析 数值模拟 排水系统 椭圆度 深部地下空间
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