基于有限元模型的高水压普通混凝土压力隧道优化设计

为模拟普通混凝土压力隧道衬砌开裂过程的水力-机械相互作用关系,文章提出了一种基于二维弹塑性有限元法的应力-渗流耦合方法,将固结分析结果与渗流分析结果叠加进行耦合分析。结果表明:通过灌浆加固,渗水会留在隧道附近,并增加外部水压。这种增加的外部水压降低了内部压力和外部压力之间的梯度,减少了渗流和水损失。同时发现无论内部水压多高,渗流的水仍在实际可接受的范围内。研究结果可为稳定岩石条件下的压力隧道设计提供参考依据。

基于位移释放系数的深埋圆形压力隧道力学行为的解析解

为解决含有孔隙水的可渗透岩层中隧道围岩的力学行为,采用复变函数法与Biot孔隙弹性理论相结合的方法,建立了一个基于位移释放系数的可渗透深埋圆形压力隧道的应力和位移的解析模型。根据应力应变本构方程及平面应变协调方程导出了应力函数的非齐次双调和方程。选取计算参数进行算例计算,并将计算结果与商业有限元软件的计算结果进行对比,两者基本一致。通过选取不同的隧道参数及远场应力比进行敏感性分析,发现隧道在软衬砌和硬衬砌条件下会产生较大差异的力学行为。位移释放系数和孔隙压力对围岩中的环向应力和径向应力有显著的影响。

新奥法在高覆盖压力隧道中的应用

在1990年2月15日土木工程协会上，本发言人对于新奥法（NATM）的改进做了简要的纲领性发言，用裕列解说了五种基本的岩石类型。

定形态隧道压力波激扰下车内压力迭代学习控制

同一列车重复通过同一隧道时所产生隧道压力波激扰具有形态相似、变尺度变幅值的特性.针对现有控制策略未考虑这一定形态特性的问题,提出一种基于高阶反馈遗忘迭代学习的控制方法.首先,建立高速列车车内外气压传递数学模型,并利用实测车内外压力数据进行修正与验证;其次,通过控制列车通风设备的阀门来减缓车内压力变化,提出阶反馈遗忘迭代学习控制算法,并设计变幅值和变尺度处理方法;最后,利用实测压力波生成一组定形态的随机压力波,并进行仿真分析.仿真结果表明:在重复定形态的隧道压力波激扰下,高阶反馈遗忘迭代学习控制算法能够使车内压力在第8个迭代周期后1 s变化率基本收敛到200 Pa/s以下,而且均方根误差也在第4个迭代周期后降低到15.0000%以下.

快速轨道交通隧道压力波控制及通风系统设计与实践

文章结合工程实际,通过数值模拟、模型试验、实车测试等多种手段,研究并提出适用于140~160km/h快速轨道交通工程的乘客舒适度标准、列车密封性指标、区间隧道净空面积、车站轨行区隧道净空面积、隧道洞口缓压措施、区间设备设施承压要求等隧道压力波控制的关键技术措施。此外,对快速轨道交通线路的区间隧道通风制式、轨行区排热系统优化、隧道风机配置、长大山岭隧道通风防灾等问题进行分析研究及实践探索。文章给出的相应技术建议措施可为类似工程提供参考。

被动式压力控制技术的高速列车车内压力计算方法研究

现有采用被动式技术的高速列车车内压力计算方法,未考虑压力保护阀实际工作状态及鸭嘴孔的影响,不利于准确预测通过隧道时的车内压力。基于被动式压力保护阀开闭控制技术路线和空调鸭嘴孔开闭对车体气密性的影响特征,建立列车通过隧道时的车内压力计算方法。在采用一维可压缩非定常不等熵流动模型黎曼变量特征线法获得车外压力后,分析单列车通过短、中长、长、特长隧道情况下压力保护阀开闭特征,并对比分析单列车通过隧道情景下现有计算方法与本文方法预测车内压力变化的差异;结合压力舒适性标准限值分析车内压力舒适性指标值。研究表明:本文计算方法合理可行,不仅能更精确预测被动式技术的高速列车车内压力变化规律,而且为压力保护阀开闭控制技术制定提供切实可行的空气动力学优化依据。

压力隧洞钢筋混凝土衬砌水-力相互作用分析

在高内部水压力下,混凝土衬砌压力隧道需要铺设钢筋承受破坏.由于水流是通过衬砌到达岩体,需要合理的布置钢筋以最大限度地减少隧道的水量损失.本文利用开发的子程序以评估内部水压力对多孔介质渗透系数变化的影响,分析了衬砌中的钢筋分布对隧道水量损失的影响.为了验证所提出的模型,根据介质的弹性特性对数值解和解析解进行了比较,得到了比较一致的结果.在相同的配筋率下,小直径和小间距的钢筋布置方式的钢筋混凝土衬砌隧道水量损失较小.

深埋隧道侧导坑法施工对隧道压力拱的影响规律

通过分析隧道侧导坑法施工过程中引起围岩的应力重分布的规律,研究隧道压力拱的动态变化,探究侧导坑法施工对隧道压力拱的影响规律,得出:隧道侧导坑法开挖时,上部压力拱的内外界随导坑宽度的增大而增大,侧向压力拱的内界随侧导坑宽度的增大而减小,侧向压力拱的外界基本保持不变;而侧导坑开挖后,压力拱的分布范围受侧导坑宽度的影响较大,侧导坑宽度对最终压力拱不产生影响。研究成果为隧道施工选择侧导坑法时提供理论基础和方法依据。

隧道空气压力波浅水槽拖动模型试验的实时检测

实时检测是浅水槽拖动模型试验模拟高速列车在隧道内运行时空气压力波变化的关键技术 ,本文对这一问题进行了深入研究 ,成功地研制了实时检测系统 ,并取得了满意的试验效果 ,对隧道压力波的试验研究具有重要的应用价值。

隧道单车压力波数值模拟验证研究

数值模拟在隧道压力波研究中能灵活模拟不同的工况,并且在费用方面与现车试验、实验室模拟试验相比有不可替代的优越性,因此越来越受到研究人员和隧道设计单位的重视和关注。但国内数值模拟软件因缺乏现车试验数据的支持,故其可靠性一直备受争议。为验证我校自主开发的数值模拟软件,笔者对不同车型以不同车速通过遂渝高速铁路线上的荆竹岭和松林堡两个隧道时产生的隧道压力波进行数值模拟,并将模拟结果与遂渝高速铁路现车试验数据加以比较。结果表明:模拟结果的波形变化规律和趋势与现车试验结果基本一致,且隧道压力波最大值和最小值的误差小于5%,满足工程应用要求,成功验证了该数值模拟软件的可靠性和先进性,最后笔者对误差来源进行分析,为进一步改进和完善该数值模拟软件指出了方向。

高速地铁隧道压力波研究

根据地铁隧道结构,基于一维特征线理论,建立了含地铁区间隧道及竖井的隧道压力波计算模型。采用数值计算方法对地铁隧道压力波进行了研究,分析了列车运行速度、隧道横截面积、竖井横截面积及密封指数对车内压力变化的影响,根据压力变化的舒适度标准,给出了不同列车运行速度条件下高速地铁隧道设计参数的建议。

高速列车隧道压力波模拟迭代遗忘因子控制

高速列车在隧道运行、隧道交会时车内、外会产生交替变化的气压差,对车体气密性及材料耐疲劳强度提出更高要求。基于Matlab和AMESim构建联合仿真平台,设计高速列车隧道压力波模拟系统。使用实测隧道压力波数据作为期望输出,研究车体气密疲劳性能。考虑到模拟系统非线性、大时滞及多扰动特点,采用一种带有时变遗忘因子的开环迭代PID控制算法。仿真结果表明,其系统更稳定、收敛速度更快。

高速列车隧道压力波模拟系统仿真控制研究

高速列车在隧道中运行、交会时,车体表面将形成复杂的膨胀波和压缩波,引起车体变形,影响行车安全。车外压力波通过车体传入车内引起车内空气压力的波动,影响乘车舒适度。使用实测的隧道压力波为期望波形,采用AMESIM与Matlab构建联合仿真的模式来设计高速列车隧道压力波模拟控制系统。针对模拟系统大容量、大滞后及强非线性特点,采用迭代学习控制算法来实现隧道压力波的重建。仿真验证表明:迭代学习控制算法的控制误差比常规算法小,控制效果较理想。

隧道压力波数值模拟软件开发与应用

文章主要介绍了隧道压力波数值模拟软件的原理与应用。该软件以一维可压缩非定常流动模型为基础 ,采用特征线法计算列车通过隧道时产生的压力波及相关的空气动力参数。

海拔对铁路隧道内瞬变压力及车厢内乘坐舒适性的影响

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。

水平地震力作用下浅埋偏压隧道松动围岩压力的研究

在考虑水平地震力影响的基础上,对浅埋偏压隧道围岩压力进行研究,求出破裂角及隧道围岩压力的解析解。研究结果表明:在埋深较浅一侧,水平地震力对破裂角的影响很小,破裂角随着水平地震力的增大而增大;在埋深较深一侧,水平地震力对破裂角的影响则很明显,埋深较深一侧的破裂角随着水平地震力的增大而减小,例如在Ⅵ级围岩条件下,破裂角的变化率高达38%;水平地震力对隧道拱顶围岩垂直压力的影响不大,隧道拱顶围岩垂直压力随着水平地震力的增大而减小。

基于一维流动模型的高速列车隧道压力波特性

高速列车通过隧道过程中引起隧道内压力的剧烈波动,会诱发车内压力波动并可能引起车体疲劳破坏等问题。而研究此类问题的基础在于快速准确预测隧道压力波。基于一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对单车通过隧道和两列车隧道内交会进行数值模拟。选取京沪高速铁路隧道为研究对象,通过全时间区域下隧道空间中的压力传播的过程图描述压力波的形成过程,给出隧道内交会压力波比单车通过隧道的压力波剧烈的原因,研究列车速度和阻塞比对车外最大压力值和最小压力值的影响特性。结果表明,高速列车通过京沪高铁典型长度隧道时,其车体表面承受的最大压力波动基本与车速的平方成正比,而其与阻塞比基本呈线性关系。

确定隧道外水压力的地下水流模型——读《深埋隧道外水压力计算的解析-数值法》一文随笔

分析当前普遍使用的“折减系数法”确定隧道外水压力中存在的问题 ,建议采用地下水流数值模拟法 ,并提出建模中的注意事项 。

开孔中隔墙对特长隧道内压力波动的影响研究

采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法对时速300 km的CRH2G高速列车通过10 km特长隧道时诱发的压力波动进行数值模拟研究。考虑到高速铁路隧道断面及中隔墙开孔尺度的特点,采用薄壁孔口出流模型模拟隔墙开孔处的流动。与国外实验结果对比显示,本文数学模型及计算结果能有效模拟设置开孔中隔墙的铁路隧道内的压力波动。初步揭示了开孔面积、开孔间距及开孔方式等对列车及2列车对向通过时设置开孔中隔墙的隧道内压力波动及峰值的影响规律。本文研究方法和结果可为特长铁路隧道内中隔墙开孔设置方式提供数据支持。

高速磁浮列车隧道交会时洞内压力波动数值模拟研究

应用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,研究时速600 km等级高速磁浮列车交会时隧道内压力峰值的分布规律,分析隧道长度、隧道净空面积、列车运行速度和列车长度对列车交会时隧道内压力峰值的影响规律。结果表明:隧道中央测点的压力波动最剧烈,压力峰值以隧道中央位置为中心点往隧道2侧对称分布;列车运行速度为400~650 km·h^-1、列车编组为3~10辆时,基于隧道内压力峰值的最不利隧道长度在160~1000 m范围;隧道内压力峰值均随隧道净空面积增加而减小,随列车运行速度的增大而急剧增大,列车长度对其基本无影响;拟合发现隧道内压力峰值与隧道净空面积约-1.1^-1.4次幂成正比,与列车运行速度约2.0~3.8次幂成正比;当采用现有350 km·h^-1等级高速铁路双线隧道净空面积标准,并且2列列车以600 km·h^-1交会时,隧道内压力峰值高达±30 kPa,必须增大隧道净空面积或增设竖井等减压设施以满足ERRI医学健康标准。