面向高速列车过隧道气动效应的自调节数值模拟方法

为研究高速列车过隧道时的气动效应问题,本文建立了基于结构网格和Cartesian网格的融合网格生成策略,提出了基于全叉树数据结构的融合网格生成方法,开发了一种具有移动边界条件的自调节Euler方程数值求解器.采用流动方向上单位压力变化的反馈绝对值作为网格自调节的控制参数,实现了动边界条件下流场网格的自动加密与稀疏.基于上述求解器对高速列车通过隧道场景进行了数值分析,获得了隧道壁面关键部位测点的压力变化数据,还进行了相同条件下的高速列车动模型试验.试验对比结果表明,求解器计算与模拟试验结果基本吻合.本文发展的网格生成策略以及动边界条件下的Euler求解器具有较高的数值精度,是面向高速列车动边界问题数值求解的一个较好选择.

浅埋大断面分岔隧道中夹岩柱稳定性数值模拟研究

大断面分叉隧道的中夹岩柱厚度较薄、施工工序转换较多、岩体受力较为复杂。以某大断面分叉隧道为工程背景,首先根据现场围岩实际变形,借助有限差分软件FLAC 3D进行反演,得到了围岩弹性模量E,然后根据反演参数对隧道开挖进行数值模拟研究。得出如下结论:(1)中夹岩柱的厚度对两侧隧道上部岩体的沉降变形影响较大,岩柱厚度越薄,两侧隧道拱顶沉降变形越大,同时围岩变形越集中于岩柱上方;(2)中夹岩柱厚度越薄,岩柱岩体竖向应力、剪应力越大,受力机理越复杂,但岩柱竖向最大压应力与最小剪应力均没有超过其承载范围;(3)岩柱厚度越薄,两侧隧道拱腰处初期支护受压越严重,但支护结构受力较为均匀,无明显的偏压现象。将计算结果与现场实际监测数据进行对比分析后发现吻合较好,可为类似工程实践提供一定参考。

分岔隧道稳定性分析及施工优化研究

建立中墙承载模型,通过理论分析分别给出连拱和小净距隧道的中墙稳定性判据,据此可得到中墙的合理厚度。以八字岭分岔隧道为例,分别采用地质力学模型试验和弹塑性损伤有限元模拟分岔隧道的施工全过程,给出围岩关键点位移和应力随施工过程的变化曲线以及围岩损伤区和塑性区的分布,提出分岔隧道的施工过程的优化措施。研究爆破施工对隧道稳定性的影响,提出不同中墙宽度、不同围岩情况下装药量的大小及施工措施。根据上述研究结果,针对原施工设计提出优化建议。对分岔隧道施工进行现场监测,监测数据与试验和计算数据的对比验证了试验和数值计算的正确性。监测结果表明隧道稳定,说明施工优化建议合理。

交错既有隧道次生力学效应三维模型试验

为分析交错新建隧道施工对既有隧道的影响,采用公路隧道结构与围岩综合试验系统对交错隧道进行三维物理模型试验。测试的内容包括新建隧道开挖引起既有隧道围岩内部压应力、围岩内部位移及支护结构内力的变化规律。试验结果表明,既有隧道拱顶径向压应力和拱腰切向压应力具有增加趋势,拱顶切向压应力和拱腰径向压应力具有减小趋势;拱顶围岩内部位移表现为压缩变形,拱腰围岩内部位移为拉伸变形;既有隧道支护结构的轴力和弯矩全为增加,右拱腰的弯矩受到的影响最大;新建隧道施工对既有隧道L8截面的影响较小,对L1和L4截面的影响非常明显,当间距小于L8截面情况时应采取加固措施。

浅埋大跨隧道现场试验研究

分岔隧道施工时常遇到浅埋大跨段山体稳定、支护参数优选和地表震害控制等技术难题。结合庙垭分岔隧道,详述其浅埋大跨段支护体系实时监控的内容、方法及监测结果,并基于锚杆应力、衬砌应力、爆破振速等监测数据的系统分析,研究隧道支护体系的施工力学状态及浅埋地表震动的爆破动力特性,判定浅埋山体的稳定性及支护参数选取的合理性,可为日后同类工程的设计、施工和监测提供有益的借鉴。

BP神经网络在分岔隧道位移反分析中的应用

在西部交通建设过程中,沪蓉西宜昌—恩施段的高速工程穿过的多为崇山峻岭,地形地质条件极为复杂,遇到很多以前很少甚至从未涉及的难题。在隧道建设方面,为适应多变的地形地质条件,不仅设置连拱隧道、小间距隧道等多种型式,而且还设置分岔隧道,即一端洞口为连拱隧道甚至四车道大拱,而另一端洞口为上下行分离隧道。利用沪蓉西八字岭分岔隧道现场监控量测数据,结合有限差分程序FLAC3D与BP神经网络模拟技术,对该分岔隧道围岩参数进行位移反演分析,并考虑隧道围岩爆破松动圈的影响。工程应用结果表明,该方法适用于求解这类大规模、复杂非线性隧道工程问题,其稳定性、适用性良好,精度满足工程要求。研究结果将对该隧道和西部山区类似的复杂结构长隧道的勘察、设计、施工起到一定的指导作用。

高速公路分岔隧道施工过程稳定性分析与监测研究

分岔隧道连拱段至小净距段的过渡处,中墙由钢筋混凝土变为原岩,施工过程十分复杂。采用三维数值方法和施工现场监测相结合的方法研究了分岔隧道施工过程中的稳定性,数值模拟了无支护开挖和施加锚喷、二次衬砌支护后隧道的受力及稳定性。计算结果表明,支护后稳定性显著增强,与现场监测结果对比一致,隧道整体稳定性较好,但是中墙产生较大的应力集中,靠近连拱段的小净距段稳定性较差;锚喷、衬砌支护对于减缓围岩应力集中程度,减少塑性区、降低位移量有明显效果。最后在保证隧道安全的基础上提出了隧道支护的优化措施。

分岔隧道模型试验与数值模拟超载安全度研究

超载试验能得到隧道的超载安全度,通过大型地质力学模型对分岔隧道进行了超载试验,模拟了分岔隧道在不同侧压系数下围岩的变形、应力分布和破坏情况。同时,应用三维数值分析软件对模拟区域进行了模拟。模型试验和数值模拟结果分析表明,随着侧压系数K的增加,分岔隧道的侧向位移增加,拱顶位移由向下变为向上;当侧压系数为K=3.5时,应力达到极限;当侧压系数K≥4.0时,位移突变,最终最大位移达到100 mm;塑性区骤增,隧道拱顶围岩开始开裂,且有块体掉落。分岔隧道的拱顶和两帮是最易破坏的区域,隧道超载安全度为3.5。

光纤光栅传感技术在分岔隧道模型中的实验研究

基于光纤光栅测量应变的诸多优势,将自制的光纤光栅传感器模块埋到分岔隧道三维地质力学模型中,在隧道开挖过程中,测量各埋入点的应变,将其与埋入相应点的应变片的测量结果以及数值分析结果进行了比较。结果表明,光纤光栅、应变片测得的结果与数值分析所得的结果趋势基本一致,但光纤光栅实测数据相比应变片测得数据更接近于仿真数据,并且可靠性高,在大型工程的长期监测中有较好的应用前景。

交错新建隧道施工力学特性模型试验

以重庆两江隧道为研究背景,采用公路隧道结构与围岩综合实验系统对交错隧道进行三维物理模型实验,分析新建隧道施工力学特性,并采用数值模拟对模型实验区域进行对比分析。研究表明:新建隧道左侧周边位移普遍大于右侧周边位移;左侧周边位移大于独立隧道单侧周边位移;右侧周边位移小于独立隧道单侧周边位移;得出不同近接间距下周边收敛和拱顶下沉随隧道开挖的发展趋势;模型实验获得的拱顶下沉和周边收敛归一化后得出位移随近接间距的变化规律。数值模拟获得的周边收敛和拱顶沉降与还原后模型实验结果相接近,表明模型实验结果与数值计算结果一致。

偏压分岔隧道施工过程损伤破坏分析与优化研究

正在施工的沪蓉西高速公路八字岭分岔隧道属于偏压隧道,而且分岔隧道包括连拱段和小净距段,施工过程转换复杂,因此,采用正确的施工方案对于隧道的稳定性非常重要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤耦合模型,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM。建立了分岔隧道大型三维数值模型,采用弹塑性损伤有限元D-FEM模拟了分岔隧道不同的施工过程,通过分析施工过程中隧道围岩的位移、应力和损伤屈服区,最终确定采用左洞超前右洞32 m,左右洞同步开挖的施工方法。

大跨分岔式隧道结构设计关键技术研究

以深圳市东部过境高速公路莲塘隧道为工程背景,对大跨分岔式隧道结构设计中的关键技术进行研究。通过有限元计算,对"2+2车道"和"2+3车道"分岔的断面形式,连拱段结构设置的必要性,钢支撑的选型以及系统锚杆的布设方案进行分析和对比。主要结论:1)在满足交通功能的前提下,应尽量选取"2+2车道"的设计形式;2)小净距段隧道受力状态及施工工法前后转换方面均较连拱段有优势,建议取消连拱段;3)大跨分岔式隧道分岔部一般设置在隧道工程地质较好地段,以方便大跨分岔结构的实施,如莲塘隧道将分岔部设置在Ⅲ级围岩段,而对于开挖跨度接近30m的大跨段,初期支护一般应设置钢格栅,此时应优先选用"钢筋格栅+喷锚"的初期支护形式;4)莲塘隧道分岔部位于Ⅲ级围岩段,系统锚杆设计长度以5 m为宜,应于拱部、侧墙均匀布设。

地铁盾构分岔式隧道数值模拟及应用

为研究地铁盾构分岔隧道问题,采用FLAC3D三维模拟技术以原始隧道经过简化得到计算分析三维模型,分析了不同分岔角度下的应力、变形问题.研究结果表明:分岔隧道的应力、变形随分岔隧道夹角的增大而减小,应力叠加越来越小,当分叉角度较大时,应力集中峰值开始分岔变为两个峰值;通过与现场监测结果对比,现场监测值与数值模拟结果吻合.

不同开挖方案下浅埋分岔隧道施工数值模拟

为进一步分析分岔隧道在不同开挖方案下的结构稳定性和优化开挖过程,以某正在施工浅埋分岔隧道工程为背景,采用有限差分法,对分岔隧道中的不同开挖方案施工进行了数值模拟,对比了分岔隧道在不同开挖方案施工时的位移、应力及塑性区差异,对分岔隧道开挖方案进行了优化。研究结果表明:本工程3种组合开挖方案均能保证分岔隧道的结构稳定,三导洞法中核心土的作用不是特别明显,中导洞法的施工位移和应力比三导洞法的均有所增大,但仍在规范允许范围以内。本工程施工宜采用中导洞法。

喇叭口分岔隧道设计方法及其计算分析

随着社会的发展和城市交通流量的增加,城市和公路隧道中不可避免地需考虑隧道分岔,而目前国内对该类隧道的设计还处于总结和经验积累阶段。针对"Y"形喇叭口分岔隧道,从隧道平面布置、分岔过渡形式、可行性论证及计算方法等几方面进行了设计方法的详细介绍,提出了由大跨隧道过渡至连拱隧道进而转换至小净距隧道的步骤、关键问题及相应的计算原则和方法,为分岔隧道的设计和施工提供了很好的理论价值和指导意义。

堆垛机多级货叉瞬态动力学分析

以某型号巷道堆垛机多级货叉为研究对象,利用SolidWorks软件建立其三维实体模型,导入ANSYS中建立有限元模型,并对其进行瞬态动力学仿真,得到该结构的瞬态动力学特性,找出多级货叉结构的关键部位,通过抑制振动和优化结构,来提高多级货叉的动刚度和动强度,同时做到各叉板变形量小、振动量、辐射造成最小,就追使我们的研究其动态特性。因此,有必要对其整机进行瞬态动力学分析。从而为产品设计和改进奠定了基础。

FL-8风洞三点支撑系统研制

为提高大展弦比和飞翼类等大载荷飞行器风洞试验的准精度,中航工业气动院在FL-8低速风洞开展了三点支撑系统研究。两种空间形状和截面形状支杆的风洞试验表明:三点支撑增加了试验系统纵横向的刚度,使得试验精度有所提高;支杆形状对横向试验结果影响显著,精细地设计模型附近支杆对提高试验准度很有帮助。

金山店铁矿采场巷道施工三维数值反馈分析

金山店铁矿是国内大型地下金属矿山之一,随着开采深度的增加以及大结构参数的采用,该矿山进路巷道稳定性成为一个值得关注的重要问题。引入一种具有全局优化性能的差异进化算法,结合正交设计、均匀设计和三维数值试验,建立了地下工程的差异进化反馈分析方法。基于该方法根据现场监测信息识别了金山店铁矿巷道围岩的岩石力学参数,并对金山店铁矿的岔口联巷稳定性进行了计算。通过对开挖过程围岩的位移场、应力场和塑性区的结果分析,揭示了岔口处围岩地压的变化规律和导致进路破坏的原因,并通过数值模拟计算分析对支护方案进行了评价。

巷道式堆垛机货叉的力学模型及研究

随着自动化仓储设施的广泛应用,不断要求提高堆垛机的效率.在取存货物的过程中,堆垛机的存取货装置起着重要的作用.对巷道式堆垛机的货叉进行力学分析,得到了堆垛机在极限状态下货叉的变形情况,对货叉结构的优化设计提供了一种参考.

分岔隧道过渡段开挖稳定性三维数值分析

文章基于ABAQUS软件平台,采用数值分析方法对分岔隧道过渡段开挖稳定性进行了仿真分析,同时分析了开挖过程中围岩形变、应力及稳定性变化规律,进而探讨了设计施工方案的合理性。研究结果表明:采用设计推荐的正台阶法与多部开挖法相结合的新奥法施工工法,洞室稳定性和支护结构安全性能够满足安全施工要求。研究结果能为依托工程和同类工程的顺利施工提供有益参考。