地震作用下隧道工程失稳判定方法探讨

为寻求地震作用下隧道工程失稳判定方法的突破口,对隧道工程现有静力和动力失稳判定方法的原理、优缺点及适用范围进行了探讨,力求提出切实可行的判定思路。阐述了隧道工程在地震作用下的响应特性和破坏机理,以及7种类型隧道工程静力失稳判定方法的研究现状;结合隧道工程地震响应特性和静力失稳判定方法,从定性判定、理论推断、振动台模型试验判定3个方面阐述了隧道工程动力失稳判定方法发展概况;总结了当前隧道工程动力失稳判定方法存在的问题和不足,包括定性判定标准缺少理论支撑,由静力判定法发展来的动力判定理论方法研究深度不够,缺乏动力失稳判定方法的振动台破坏试验专项研究;最后提出了隧道工程在地震作用下的失稳判定方法的研究展望,为从事该领域研究的科研人员提供一定参考。

隧道静力失稳的加卸载响应比判据及安全系数

为得到隧道的稳定性状态及静力失稳临界点的合理判定方法,将加卸载响应比(LURR)理论引入到隧道受力分析中,解析求解了对称荷载作用下圆形无衬砌隧道的非线性特性及其对应的LURR演化规律,证明了两者的关联性;基于施工及运营隧道不同的荷载特性,提出了基于LURR理论的隧道静力稳定性分析方法,分别分析了施工隧道和运营隧道的稳定性及其LURR变化规律,提出了基于LURR理论的隧道静力失稳判据及其判定机理。研究表明:理论推导得到的隧道变形非线性特性的LURR表达式解析解和有限元解吻合度高;隧道在不同的稳定性阶段,洞周关键点变形的LURR表现出不同的变化规律,根据此变化规律的变化,可划分隧道不同的稳定性阶段;在体系失稳前,隧道局部薄弱区域的LURR增长率会出现异常变化,为隧道失稳前兆判据;基于隧道的极限承载状态,通过各阶段与极限承载阶段的荷载比得到隧道不同阶段的安全系数。提出了隧道静力失稳的LURR判定方法。

论学术期刊编辑的专业素养及培养

期刊编辑的专业素养对期刊质量的提高起着关键作用,对期刊发展意义重大。文章首先阐述新形势下学术期刊编辑必须具备的素质,包括政治思想和道德素质、业务素质和心理素质等;然后提出提高期刊编辑素质的途径,指出学术期刊编辑必须提高政治思想水平、加强职业道德修养、注重实践积累、进行继续教育、拓宽知识面、提高创新素质,才能适应期刊发展的需要。

不同埋深隧道的地震响应振动台试验研究

针对不同埋深下隧道表现出不同震害的特点,对地震响应振动台模型试验进行研究。首先进行了试验方案设计及试验模型的相似比设计,然后对不同地震波类型、地震强度及不同埋深下的隧道依次进行了振动台模型试验。试验结果表明:地震作用下,隧道衬砌应力在隧道埋深较浅时最大,达到一定埋深(约40 m)时,隧道衬砌应力明显减小,之后,隧道衬砌应力随埋深的变化不明显;隧道衬砌应力随埋深的变化规律在不同的地震波类型、不同的地震加速度峰值下相似;不同深度土层的加速度放大系数随着埋深的减小逐渐增大。通过对试验后隧道周边土体观测可知,浅埋隧道周边土体的裂缝多于深埋隧道。试验验证了地震灾害调查结果,为隧道抗震设计提供依据。

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。

隧道动力深浅埋界限及其影响因素研究

通过有限元模拟计算了不同围岩条件、洞跨及地震烈度下的隧道地震反应特性,研究了隧道动力深浅埋划分界限及其影响因素。结果表明:隧道结构受力随着隧道埋深的增加呈现先增后减的变化规律,可见拐点即为深浅埋界限;围岩条件越好,隧道的动力深浅埋界限越深,隧道在Ⅲ级、Ⅳ级及Ⅴ级围岩条件下的动力深浅埋界限分别为100,80,60 m左右;隧道动力深浅埋界限深度随着隧道跨度的增加而减小,但其受影响程度较小,隧道在跨径为6,10,20 m的情况下的动力深浅埋界限分别为100,100,80 m左右;隧道动力深浅埋界限不受地震烈度的影响。

隧道注浆加固模型试验研究

为了探讨注浆前后隧道结构及周围围岩的力学稳定性变化,根据相似原理,对一单洞隧道进行了隧道注浆加固模型试验。选择合适的试验材料,确定了隧道衬砌模型、围岩材料以及试验中所采用的注浆方法;采用YE2539高速静态应变测试系统、游标卡尺等分别量测了注浆前后隧道结构应变、位移的变化情况。结果表明:隧道的位移变化值与数值模拟结果接近,应变变化规律与数值模拟结果相同,试验方案是合理可行的。

隧道围岩注浆加固效应模拟方法研究

研究目的:为了提高隧道围岩注浆加固效应的数值模拟方法的准确度和计算精度,研究了模拟注浆加固的常规有限元方法的误差,并通过有限元理论分析了该误差产生的原因,进而提出了模拟加固效应的改进方法。研究结论:(1)模拟注浆加固的常规有限元方法在多荷载步计算中,上一荷载步结点位移(应变)的存在会导致改变围岩加固区单元的材料参数的过程中产生结点力(即异常荷载),导致体系出现由于模拟方法不当引起不容忽视的计算误差;(2)提出了两种模拟加固效应的改进方法(旨在消除加固区单元初始应变):一种是在围岩加固区的单元上附加新单元的方法,另一种是消除上一计算步应变场,仅保留应力场后,直接改变加固区围岩参数的方法;(3)注浆加固模型试验结果验证了改进的数值模拟方法的合理性;(4)本研究成果可应用于隧道及其他岩土工程加固效应的数值模拟计算,提高计算精度。

基于离散-连续耦合方法的隧道压力拱特性研究

隧道压力拱问题一直是隧道工程研究的关键问题,目前常用的连续介质数值模拟方法对于隧道压力拱特性的微观研究有所欠缺,而擅长微观力学研究的离散元数值模拟方法对计算机存储空间和计算时间的要求太高。基于现有离散-连续耦合思路,通过力的传递实现离散-连续模型的耦合;研究了耦合算法中的平均应力计算方法、平均应力计算区域面积及耦合程序遍历颗粒方法;基于自行开发优化的离散-连续耦合程序,模拟了隧道开挖后的围岩受力特性,研究了隧道压力拱形成机理及压力拱特性;计算了埋深分别为10 m,14 m,18 m,22 m,26 m,30 m和34 m情况下的隧道开挖产生的压力拱应力集中等效区域,揭示了隧道压力拱随着隧道埋深的变化规律。研究结果表明,自行开发优化的离散-连续耦合程序能在保证计算精度的前提下,充分发挥离散元方法在微观力学研究方面的优势;隧道开挖后,开挖面周边范围出现层状压力环,但在拱顶和仰拱底附近区域的围岩压力环的环间接触力降低,围岩承载能力急剧降低,形成压力拱;随着隧道埋深的增加,隧道压力拱应力集中等效区域减小,隧道周边围岩的压力拱承载能力越来越大;但当隧道埋深达到一定界限后,隧道压力拱高度趋于稳定。

泥岩地质条件下浅埋特大断面隧道施工方法优化研究

结合西宁南绕城高速公路西山隧道工程,通过有限元软件模拟计算了泥岩地质条件下浅埋特大断面隧道的4种双侧壁导坑施工方法,包括初始设计方法和3种从断面尺寸上进行精细优化后的双侧壁导坑法,对比研究了各种施工方法下隧道结构及围岩的受力特性,并结合各种施工方法的施工进度及难易程度等方面进行了综合性的优劣对比分析。研究结果表明:泥岩地质条件下特大断面浅埋隧道可采用"减小中间岩柱中部宽度并提前拆除临时支撑"优化的双侧壁导坑法施工,可保证在安全性的基础上提高施工速度和经济性。最后,通过采用优化方法进行施工的实际效果验证了优化方法的可行性和施工安全性。

隧道深浅埋限界定量划分方法研究

隧道深浅埋限界的准确性直接影响隧道设计作用荷载的确定,是隧道设计最基础的环节。目前隧道设计中深浅埋判定主要依据经验值,与实际工程有一定的出入。文章通过有限元数值模拟计算,得出地表沉降和拱顶上方围岩竖向应力影响系数随隧道埋深的变化规律,分别提出了地表沉降变化法和围岩应力变化法两种深浅埋限界定量判别方法。研究表明:地表沉降变化法得出的深浅埋限界值与相关规范计算结果相差很大,不宜采用;围岩应力变化法得到的深浅埋界值与相关规范的推荐值基本吻合,且能得出定量结果,可作为隧道深浅埋定量划分方法。

特大断面隧道爆破开挖方法对比分析研究

文章以兰渝线关子岭隧道为依托,针对特大断面隧道V级围岩段采取光面爆破与预裂爆破两种爆破方案进行对比分析。结果表明:大断面隧道爆破开挖施工中最大位移出现在拱顶部位,施工中应加强对拱顶部位及其他关键点的监测;最大主应力出现在仰拱中点和拱腰部位,施工中须加强对仰拱中点和拱腰部位的支护。

机场跑道下部隧道爆破施工的合理埋深研究

以正在规划中的重庆轨道交通轻轨三号线下穿重庆江北机场主跑道及滑行道的区段为研究背景,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件对不同埋深的隧道掘进爆破施工进行数值模拟,通过对地表爆破振速与埋深的关系的分析研究,得出隧道施工的合理埋深。模拟计算的结果显示:软件中的高性能炸药材料MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN的模型能较好模拟爆炸荷载,模拟计算得出的地表最大振动速度与实测最大振速相近;地表震动响应随着隧道埋深的增加而减小;地表振动速度与爆破装药量近似呈正比例关系。结合机场跑道安全标准,确定了机场跑道下部的隧道爆破施工的合理埋深。

地震中隧道上方土体作用问题研究

当前隧道相关规范中提供的计算隧道上方土体对衬砌地震作用力的方法,仍采用静压力拱的高度来确定衬砌上方土体的地震作用高度,其准确性有待确定。本文采用解析计算与有限元计算对比分析的方法,通过研究隧道上方竖向应力在地震前后沿深度的变化,来确定隧道上方土体的地震作用高度HP,给出了考虑隧道跨度、围岩级别、隧道结构形状及埋深等因素的隧道上方土体对衬砌地震作用高度的计算公式,确定了衬砌上的作用力,明确了其作用方式,并验证了其适用性。研究结果表明:解析计算和有限元计算所得结果沿隧道衬砌的分布规律一致;隧道埋深较小时,隧道规范计算出的HP偏大;埋深较大时,隧道规范计算出的HP偏小,采用该方法确定隧道上方土体地震作用高度HP是可行的;衬砌上的作用力以切向力形式分布在衬砌的上半拱。研究结果可为隧道抗震计算及设计提供参考。