列车阻塞下类矩形隧道烟流特性研究

为研究类矩形隧道中地铁列车阻塞情况下的烟气运动特性,利用FDS软件,分析有、无列车两种工况下类矩形隧道中烟气蔓延、温度分布以及临界风速的变化规律。结果表明,无列车堵塞时,火源与隧道顶棚间距较大,空间高度对火焰燃烧的抑制效果不明显,出现受浮力影响的羽流;有列车堵塞时,受车厢顶棚阻挡会出现双侧线性羽流。无列车堵塞时,烟气温度最大值位于火源上方,火源两侧依次降低;有列车堵塞时,高温区始终位于隧道顶棚两侧,且隧道顶棚左侧由于存在弧形结构,温度稍高于右侧。当热释放速率不大于7.5 MW时,临界风速与其呈正相关;当热释放速率大于7.5 MW时,临界风速受热释放速率的影响逐渐变小;临界风速会随着阻塞比增大而减小。因此,精准探测列车停靠位置,优化通风排烟方式,可达到最佳的效果。

拼装式矩形隧道环向接头抗弯性能试验

矩形隧道因空间利用率高、覆土浅和施工成本相对低廉等特点,成为市政隧道中较合适的断面形式,而环向接头性能对矩形隧道的抗弯承载力有重要影响。对一种矩形隧道的环向卯榫接头开展了大尺寸模型试验,探讨了拼装式隧道环向接头的结构变形和损伤模式。研究结果表明,卯榫接头在承受极限破坏前,接头的混凝土和钢筋应变均低于极限应变;螺杆接头的变形量比较小,主要原因是螺杆的锚固和止裂机制,使接头闭合和开裂阶段的最大张开宽度和压缩量都处于规范范围内;螺杆接头受力后表现出压缩弯曲破坏模式,其主要特征是前期承压,中期塑性变形与小扩张,后期接缝快速扩张,螺杆处混凝土受拉破坏;卯榫接头受力变形稳定、承载力高、控制裂隙能力强、塑性好而不发生脆性破坏,所以适合作为装配式框架隧道的接头方案。

基于2.5维有限元的类矩形隧道振动响应研究

近年来,地铁列车运行引起的周围环境的振动是热门课题,但是列车荷载移动下的动力响应问题十分复杂。在案例中,应尽可能地贴近实际工程,迅速、精确地计算预测地基与地铁隧道的振动变形。本文把2.5维有限元法从理论研究运用到宁波轨道交通三号线类矩形隧道振动分析中,建立了2.5维实际轨道模型的有限元模型,并赋以实际动力学参数,分析了在类矩形地铁运行荷载下,地基及其轨道的振动受地铁隧道的埋设深度、地铁行车速度、地基土层性质等重要因素的影响。列车行驶时,地表的振动强度随着隧道的埋深的减小而增大,振动强度在x=0时达到最大;在不同的土体剪切波速下,振动衰减情况趋于一致,在x=0的情况下振动强度最大;列车运行时引起的振动强度随着列车行驶速度的增加而增大,且在x=0时,其引起的振动强度的差值达到最大。地表振动的强度随隧道埋深变浅、列车运行速度增大、土体剪切波速减小而增大,且远场区域内的振动水平已经衰减到安全水平,只需在地铁线路附近区域内采取一定的地面减振控制措施。

上软下硬地层矩形隧道掌子面突变失稳判据

上软下硬地层中浅埋矩形隧道掌子面失稳具有明显的非线性突变破坏特征,表现为地表沉降变形的不确定性、本构关系的非线性及破坏发生的突变性。在分析上软下硬地层矩形地铁隧道掌子面力学模型的基础上,建立了上软下硬地层矩形隧道掌子面失稳尖点突变模型,提出了利用地表沉降数据的突变失稳判定方法。将突变模型应用于长沙轨道交通5号线火炬村站出入口隧道施工中,结合地表沉降监测数据,判断掌子面稳定性。结果表明:隧道地表沉降变形曲线与尖点突变模型具有良好相关性,稳定性分析结果与实际情况吻合较好。

深埋矩形隧道三维塌落机制的上限分析

深埋隧道的周围为高地应力环境,还会受到地下水的影响,故深埋隧道顶部围岩易发生塌落。论文基于极限分析上限法和非线性Mohr-Coulomb准则,在考虑地下水以孔隙水压力形式作用于隧道下,构建了隧道顶部为矩形的深埋隧道的三维塌落机制,获取矩形深埋隧道塌落范围及塌落土体重力的精确解,并得出不同参数对塌落范围和塌落土体重力的影响规律。结果表明:不同参数对塌落范围和塌落土体重力的有不同程度的影响,这些参数中,孔隙水压力的影响显著。通过与既有研究对比,证明了计算方法的合理性,对于隧道支护结构的优化设计和稳定性研究有重要意义。

矩形隧道支护压力不均对地层稳定影响分析

针对矩形隧道施工中难以保持土仓压力,以及矩形隧道掘进机配置的多刀头和双螺旋输送机或三螺旋输送机造成的压力波动会增大隧道面不稳定风险的问题,考虑掘进面未被完全支护的情况,基于筒仓-楔形体模型,通过极限平衡法对地层稳定性进行分析,并引入强度折减法,得出了稳定性安全系数计算式。对土体抗剪强度、隧道埋深和无支护区域大小等因素进行参数分析,结果表明:土体强度参数和隧道几何参数对安全系数影响较大;当未支护比率大于0.75、土体有效内摩擦角小于20°时,安全系数小于1,易发生失稳破坏。最后通过苏州某矩形隧道工程案例,讨论本文解的适用性。

矩形隧道中的多波模传播特性

分别推导出矩形隧道内多模式电磁波综合作用下的隧道壁反射衰减公式,以及由隧道壁粗糙度、倾斜度引起的散射衰减公式,建立了多波模传输理论。据此分析的电磁波传播特性显示:频率越高,高次模的影响越大,隧道壁粗糙度和倾斜度的影响亦随之增大;且水平极化波和垂直极化波的衰减值之差逐渐减小,收敛在稳定值。所得结论与传统只分析基模衰减公式的电磁波传输理论相比,更接近于实际测量数据和几何光学的仿真结果。

矩形隧道中电磁波传播模式的分析

隧道中环境复杂,对电磁波传播特性的研究比较困难。使用软件模拟方法可以实现对连续变化环境中电磁波传播特性的研究,克服了理论研究和实验方法的局限性。研究结果显示:矩形隧道电磁波的传播,是由多种模式共同作用的结果。近场区高次模起主要作用,信号波动剧烈,远场区低次模起主要作用,信号波动平缓。水平极化电磁波的衰减小于垂直极化电磁波的衰减;靠近隧道壁的信号比位于中央位置的信号有更大的衰减和波动。

不同埋深矩形隧道地震响应的离心振动台试验

开展砂质粉土层中矩形截面隧道的动力离心模型试验研究,共进行3组试验,包括土体自由场试验、浅埋隧道试验以及深埋隧道试验,得到土体和隧道结构的地震反应规律,包括不同深度的土体地震反应加速度、土体水平地震反应位移、地表沉降以及隧道横截面方向的动应变。对比几组试验结果,研究隧道的存在对场地地震反应的影响,并探讨不同埋深隧道地震响应的差别。研究结果表明:隧道的4个角点位置地震变形最大,隧道的存在改变了场地的动力特性,深埋隧道的地震响应大于浅埋隧道。

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。

矩形隧道中的列车对电磁波截止频率的影响

将隧道看作波导 ,利用有限元素法 ,分析了矩形隧道中的列车对电磁波截止频率的影响 ,可知列车的存在使 TE波模的截止频率降低 ,使 TM波模的截止频率升高。

矩形隧道围岩电参数对电磁波传播的影响

隧道围岩电参数对电磁波的传播特性有很大影响。基于矩形隧道传播模型和软件模拟的方法,研究了隧道顶、底板和侧壁电参数的不同变化对不同极化方式电磁波的影响。结果表明:矩形隧道的顶、底板电参数的变化对垂直极化模式有很大影响,对水平极化模式没有影响;而侧壁电参数的变化只对水平极化模式的电磁波有影响,对垂直极化模式的影响很小。

人对矩形隧道中电磁波传输特性的影响

用三维有限元方法研究了单个人对矩形隧道中无线信号的影响 ,得出如下结论 :随着工作频率的提高 ,存在人体的不均匀波导段的反射系数增加 ,透射系数降低 ,从而损耗在人体中的入射功率的比例也增加。当工作频率大于一定值时 ,这种变化趋势变得不明显。人体的电特征参数的变化对反射系数、透射系数和损耗的影响不很明显。

矩形隧道中的金属支护立柱对电磁波截止频率的影响

把矩形隧道看作矩形波导,利用有限元法分析了矩形隧道中的金属支护立柱对电磁波截止频率的影响,并得到数值结果.金属支护立柱的存在使TE波模的截止频率降低,而使TM波模的截止频率升高,而且金属支护立柱的排数和高度对电磁波模的截止频率也有影响.

广州某矩形隧道下穿既有隧道设计与施工

广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统中央广场站～市民广场站区间隧道下穿既有金穗路隧道,下穿段采用矿山法施工。本段隧道直接下穿既有隧道,两隧道之间竖向无土层;且既有隧道设有抗浮锚杆,新建隧道也需考虑本身抗浮。综合考虑,创造性采用矩形直墙隧道。详细介绍了矿山法矩形隧道下穿既有市政隧道的设计参数及关键施工技术。实践证明,施工过程对既有隧道扰动较小,取得良好的社会和经济效益。

矩形隧道结构的地震动力破坏研究

为深入研究地震作用下矩形隧道结构的动力响应变化规律,得到隧道结构的失稳破坏机制,通过建立土-隧道结构协同作用的整体力学模型,采用大型室内振动台实验与有限元数值计算对比分析的方法,重点探讨了地震作用下土-隧道结构整体力学模型的加速度时程、频谱特性、位移及土压力等方面的力学响应。研究发现:振动台实验与数值模拟计算的结果变化规律基本吻合,隧道结构整体表现为4个角受力最大;随着台面输入地震波峰值加速度的增大,土压力也逐渐增大,且隧道结构中部受土压力的影响最大;隧道结构的底板以及拱腰部位产生的位移最大,容易引起隧道结构的动力失稳,可对隧道结构受力薄弱处加强加固和采取抗震措施,提高隧道结构的稳定性与安全性。

软土浅埋暗挖矩形隧道地层变形规律研究

文章以厦门嘉禾园湖光路暗挖地下通道为工程背景,采用有限元数值模拟方法,研究了不采取预加固措施条件下软土浅埋暗挖矩形隧道地面和地中变形规律,通过分析地面横(纵)向变形,得出了隧道开挖引起的地面横(纵)向变形规律及曲线形态,并结合变形方向、变形速率及变形量,对地面变形进行了分区;通过分析地中横(纵)向沉降和水平变形,得出了地中横(纵)向沉降及横(纵)向水平位移随不同深度的变化规律及曲线形态。研究成果可为软土浅埋暗挖矩形隧道预加固机理研究、设计参数选定等提供借鉴。

矩形隧道中电磁波传输损耗收敛阈值频率分析

矩形隧道中电磁波传播模式理论的研究大部分仅针对基模或部分波模,对环境的改变缺乏共性。笔者推导出不同尺寸隧道可激励的波模个数公式,认为波模个数与电磁波频率的平方和隧道横截面面积成正比。据此进一步分析得出,随着发射频率的提高,介质波导传输损耗趋于一个收敛值,其大小取决于隧道尺寸,而收敛的趋势则取决于激励的波模数。对不同尺寸隧道的仿真表明,当激励的波模数目达200左右时,传输损耗均近似等于收敛值,对应的频率即为收敛阈值频率。

隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力上限分析

基于极限分析上限法,给出了考虑隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力的解析解表达式,并对不同深埋比和岩土体抗剪强度参数对隧道围岩应力的影响进行了研究。研究结果表明:随着浅埋隧道的埋深及断面尺寸的增大,浅埋隧道极限围岩压力也将增大;浅埋隧道极限围岩压力随着岩土黏聚力和内摩擦角的增大而显著减小。

矩形隧道中变截面杆件的内力分析

本文推导了变截面杆的单元刚度矩阵和荷载结点化的计算公式 ,可用于编制变截面框架结构的电算程序。并通过隧道衬砌结构算例 ,比较了按实际变截面计算和简化等截面直杆计算两种方法的差异 ,说明隧道结构按变截面实际情况计算的必要性。