本文首先探討了當(dāng)今盾構(gòu)隧道工程中單層襯砌結(jié)構(gòu)所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結(jié)現(xiàn)有工程中雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式,并對(duì)雙層襯砌結(jié)構(gòu)的兩種形式,疊合式襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,推導(dǎo)出襯砌結(jié)構(gòu)層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結(jié)構(gòu)層間剪應(yīng)力和相對(duì)滑動(dòng)位移的關(guān)系式,掌握其力學(xué)性能.

本文首先探討了當(dāng)今盾構(gòu)隧道工程中單層襯砌結(jié)構(gòu)所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結(jié)現(xiàn)有工程中雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式,并對(duì)雙層襯砌結(jié)構(gòu)的兩種形式,疊合式襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,推導(dǎo)出襯砌結(jié)構(gòu)層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結(jié)構(gòu)層間剪應(yīng)力和相對(duì)滑動(dòng)位移的關(guān)系式,掌握其力學(xué)性能.

主要通過(guò)分析某ⅳ級(jí)圍巖雙孔平行隧道,采用midas/gts軟件進(jìn)行二維模型計(jì)算得出了爆破振速數(shù)據(jù),分析出隧道埋深相同新建隧道與既有隧道間距不同情況下,新建隧道爆破開(kāi)挖產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)既有隧道襯砌迎爆側(cè)的邊墻的墻頂和墻腰之間部位影響最大,既有隧道襯砌的振動(dòng)速度隨著隧道間距的增大而減小。

盾構(gòu)隧道襯砌管片在施工與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中容易產(chǎn)生縱向裂紋,對(duì)管片的承載能力有較大影響。本文依托成都地鐵2號(hào)線牛王廟—牛市口區(qū)間盾構(gòu)隧道,應(yīng)用有限差分軟件建立裂損管片殼-彈簧計(jì)算模型,分析裂紋數(shù)量與裂損程度對(duì)管片力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明:縱向裂紋會(huì)導(dǎo)致其附近管片的內(nèi)力比無(wú)裂紋時(shí)明顯減??；存在多條裂紋(單一分塊僅出現(xiàn)單條裂紋)時(shí),裂紋對(duì)管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍并未產(chǎn)生疊加,在同一裂紋影響區(qū)單條裂紋與多條裂紋作用效果相近；隨著裂損程度的增加,裂紋附近管片的內(nèi)力逐漸降低,裂紋對(duì)管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍有所增加。

深基坑開(kāi)挖卸載條件下,坑底工程樁對(duì)基坑力學(xué)變形特性的影響不可忽視.針對(duì)坑底無(wú)樁和坑底群樁兩種基坑模型,利用有限元軟件midasnx對(duì)比分析了不同開(kāi)挖工況下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形、側(cè)向土壓力分布、周邊地表位移以及土體隆起量.結(jié)果表明工程樁減小了圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、地表位移以及土體隆起量,但增加了結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及側(cè)向土壓力.同時(shí)工程樁對(duì)整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程都有影響,越挖至坑底工程樁的作用越明顯.

第23卷,第1期　　　　　　　　　中國(guó)鐵道科學(xué)vol123no11　 2002年2月　　　　　　　　　chinarailwaysciencefebruary,2002　 文章編號(hào):100124632(2002)0120136204 ?博士學(xué)位論文摘要? 隧道火災(zāi)后襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性與損傷機(jī)理研究 彭立敏,劉寶琛(博導(dǎo)) (中南大學(xué)鐵道校區(qū)土木建筑學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙　410075) 　　關(guān)鍵詞:隧道火災(zāi);襯砌結(jié)構(gòu);火損試驗(yàn);損傷機(jī)理;模糊評(píng)判;可靠度評(píng)估 　　中圖分類號(hào):u458　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 　收稿日期:2001211210 　作者簡(jiǎn)介:彭立敏(19562),男,湖南澧縣人,教授。 　　隨著我國(guó)運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展,鐵路隧道內(nèi)火災(zāi)事故 時(shí)有發(fā)生。隧道發(fā)生火災(zāi)的類型主要有三種:

深埋蓄排水盾構(gòu)隧道承受高內(nèi)水壓力及較大的外部水土荷載,與公路、地鐵盾構(gòu)隧道在計(jì)算理論、建造技術(shù)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面有很大不同。鑒于蓄排水隧道襯砌結(jié)構(gòu)承載模式的變化,文章開(kāi)展了整環(huán)力學(xué)行為試驗(yàn)及三維數(shù)值分析,研究了內(nèi)水壓作用、錯(cuò)縫拼裝及接頭螺栓安裝方式等對(duì)蓄排水盾構(gòu)隧道力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道從隧道內(nèi)空水變化至隧道內(nèi)滿水時(shí),隧道的變形大幅增加；內(nèi)水壓0.6mpa時(shí)隧道的豎向和水平收斂變形分別為空水時(shí)的2.2倍和3.2倍。與通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道相比,錯(cuò)縫拼裝時(shí)襯砌環(huán)的收斂變形減小15%～25%,最大接頭張開(kāi)量及螺栓拉力減小25%～40%。內(nèi)水壓增大會(huì)造成蓄排水盾構(gòu)隧道接頭螺栓屈服,最先出現(xiàn)螺栓屈服現(xiàn)象的接頭位于襯砌環(huán)最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近；由于盾構(gòu)隧道的破壞多源于接頭螺栓屈服,該接頭位置為蓄排水盾構(gòu)隧道的薄弱點(diǎn)。對(duì)于采用雙排螺栓連接的蓄排水盾構(gòu)隧道,拱頂、拱底90°區(qū)域范圍內(nèi)靠近接頭外弧面位置的螺栓可以不拼裝；但兩側(cè)拱腰90°區(qū)域內(nèi)靠近接頭內(nèi)弧面位置的螺栓必須安裝,否則會(huì)造成最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近的接頭螺栓拉力增大5%～14%。

盾構(gòu)隧道管片在制作、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸及拼裝過(guò)程中,常會(huì)出現(xiàn)裂縫,裂縫的存在在一定程度上會(huì)影響管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體受力。以中國(guó)某地鐵越江盾構(gòu)隧道為工程背景,采用相似模型試驗(yàn)的方法,基于盾構(gòu)隧道管片的位移、內(nèi)力及聲發(fā)射數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析裂縫數(shù)量對(duì)管片襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響規(guī)律,并通過(guò)管片破壞過(guò)程示意圖分析管片結(jié)構(gòu)的破壞模式。研究結(jié)果表明:管片襯砌結(jié)構(gòu)承載階段可劃分為彈性承載、塑性承載和破壞失穩(wěn)3個(gè)階段；裂縫的存在降低了管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體剛度,隨裂縫數(shù)量增加,管片襯砌結(jié)構(gòu)的彈性承載范圍增加,塑性承載階段范圍減小,損傷破壞的空間影響范圍呈增大趨勢(shì),結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞趨于突發(fā)性破壞,相同荷載下的變形增大,結(jié)構(gòu)的極限承載力降低；裂縫的存在使得管片在預(yù)制裂縫位置產(chǎn)生縱向貫通裂縫,隨裂縫數(shù)量增加,縱向貫通裂縫數(shù)量增加,破壞區(qū)域由某一位置發(fā)展為條帶狀分布,當(dāng)拱腰預(yù)制裂縫數(shù)量達(dá)到3條時(shí),裂縫之間管片的相互擠壓導(dǎo)致網(wǎng)狀裂縫產(chǎn)生,結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)壓潰區(qū)。

既有通車高速公路隧道工程在擴(kuò)建施工時(shí)，為盡量減少對(duì)交通流的影響，常先將一側(cè)隧道擴(kuò)建完成后開(kāi)放交通，再進(jìn)行另一側(cè)隧道的擴(kuò)建施工。本文以目前國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)的沈海高速公路福建泉州至廈門(mén)段擴(kuò)建工程大帽山擴(kuò)挖隧道為工程背景，對(duì)小斷面隧道擴(kuò)挖成大斷面小凈距隧道施工過(guò)程中，擴(kuò)挖爆破振動(dòng)對(duì)臨近既有四車道小凈距大跨度隧道的影響進(jìn)行深入研究。研究表明，擴(kuò)挖隧道施工爆破不僅對(duì)自身新建隧道有強(qiáng)烈的動(dòng)力響應(yīng)，同時(shí)對(duì)既有隧道也有著不可忽視的動(dòng)力響應(yīng)。本文在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上利用大型有限元軟件ansys／ls－dany研究分析了擴(kuò)挖隧道與既有隧道沿軸線的和斷面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度、加速度、位移和最大主應(yīng)力的變化規(guī)律。

內(nèi)水壓作用下城市深埋盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性較為復(fù)雜。以某城市污水處理工程深隧段為依托,建立基于殼-彈簧理論的雙層襯砌數(shù)值計(jì)算模型,對(duì)盾構(gòu)隧道雙層襯砌在不同結(jié)構(gòu)層間接觸狀態(tài)、不同圍巖條件、不同內(nèi)水壓力等情況下力學(xué)特性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:管片與二次襯砌間層間剪切或壓縮剛度越大,結(jié)構(gòu)的整體受力性能越好,二次襯砌的彎矩值相對(duì)越小；同等層間壓縮或剪切剛度下,有壓條件下二次襯砌正彎矩與負(fù)彎矩均小于無(wú)壓條件,且隨著層間接觸剛度的增加,兩者之間的差值逐漸增加；結(jié)構(gòu)層間接觸狀況是影響管片與二次襯砌間內(nèi)力分配的首要因素,而外部地層條件的影響相對(duì)較?。幌鄬?duì)于硬巖加軟弱圍巖地層而言,上軟下硬地層雙層襯砌的受力更為不利。

以青海某高速隧道工程為依托,采用三維有限元數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法,對(duì)橫通道施工階段主隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和受力特性與裂縫分布進(jìn)行分析。得到如下結(jié)果:(1)橫通道施工的初期使主隧道襯砌的變形、主應(yīng)力加劇,隨著開(kāi)挖深度的增加,逐漸趨于穩(wěn)定;(2)橫通道的施工導(dǎo)致主隧道襯砌產(chǎn)生變形、應(yīng)力變化;(3)橫通道的施工使主隧道襯砌產(chǎn)生不對(duì)稱的變形、內(nèi)力;(4)變形、應(yīng)力變化比較大的位置也是裂縫分布比較多的位置。研究成果對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)與施工具有借鑒作用。

新建盾構(gòu)隧道施工過(guò)程對(duì)既有隧道的變形影響研究對(duì)既有隧道的保護(hù)具有重要的意義。應(yīng)用復(fù)變函數(shù)保角映射理論和schwarz交替法相結(jié)合的方法,首先推導(dǎo)淺埋新建盾構(gòu)隧道施工過(guò)程對(duì)既有隧道變形影響的解析解,推導(dǎo)過(guò)程中考慮了地層初始應(yīng)力場(chǎng)以及新建隧道施工過(guò)程中不同階段的影響;接著,應(yīng)用matlab數(shù)學(xué)工具,編制了推導(dǎo)的解析解公式的計(jì)算程序,計(jì)算了新建盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中既有隧道的變形。結(jié)合上海人民路越江隧道工程的地質(zhì)條件,分析了新建隧道開(kāi)挖過(guò)程中盾尾注漿和盾尾脫出兩個(gè)過(guò)程對(duì)既有隧道變形影響的附加應(yīng)力及位移。結(jié)果表明,既有隧道變形受到兩隧道凈間距的大小的影響顯著,隨著凈距的減小,既有隧道洞邊徑向變形急劇增大。新建隧道施工中盾尾脫開(kāi)導(dǎo)致既有隧道洞頂變形最大,而盾尾注漿導(dǎo)致既有隧道右側(cè)洞腰變形最大。不同洞徑和相同埋深時(shí),隨著洞徑的增大既有隧道受到新建隧道開(kāi)挖的影響越大。相同洞徑和不同埋深下,既有隧道受到新建隧道開(kāi)挖影響的變化較小。

21世紀(jì)越來(lái)越多隧道的修建,為我國(guó)交通事業(yè)做出杰出貢獻(xiàn)。隧道修建過(guò)程中,隧道襯砌結(jié)構(gòu)開(kāi)裂現(xiàn)象已屢見(jiàn)不鮮。本文中某隧道襯砌開(kāi)裂錯(cuò)綜復(fù)雜,采用數(shù)值分析方法在豎向裂縫、縱向裂縫以及環(huán)向裂縫情況下,分析隧道襯砌出現(xiàn)裂縫對(duì)隧道安全運(yùn)營(yíng)造成的必要的影響。計(jì)算結(jié)果表明:三種典型裂縫條件下,襯砌結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)均大于規(guī)范值2.0,進(jìn)而隧道襯砌結(jié)構(gòu)仍能滿足承載能力要求。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市及山區(qū)的道路、橋梁建設(shè)范圍在不斷擴(kuò)大.與此同時(shí),隧道施工的方法也在逐漸改進(jìn)中.本文主要就復(fù)線隧道施工的必然性、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)情況和既有隧道的影響因素等方面進(jìn)行了論述.

大理至麗江高速公路龍翔隧道上跨廣大鐵路浴龍山隧道,與既有隧道襯砌最小凈距為19.6m。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法,分析了新建隧道對(duì)既有隧道的影響。借助數(shù)值分析方法,分析了既有隧道受影響的規(guī)律,把握了影響分析的重點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果,提出既有隧道比較合理的變形預(yù)警值和容許值,既有隧道受影響的位置、范圍及尺寸。

文章以麻竹山隧道上跨廈深鐵路隧道工程實(shí)例為背景,通過(guò)三維數(shù)值動(dòng)力計(jì)算分析,對(duì)新建隧道開(kāi)挖爆破對(duì)既有隧道的安全性影響進(jìn)行了分析。研究了在爆破荷載作用下,既有隧道二襯不同部位的速度時(shí)程曲線,研究結(jié)果表明:施工爆破荷載作用下,隧洞結(jié)構(gòu)振動(dòng)以豎向振動(dòng)為主,與荷載振動(dòng)方向相同且結(jié)構(gòu)各部位振動(dòng)強(qiáng)度隨離荷載距離的增加而迅速衰減,并依此提出了工程建議。

結(jié)合襄胡二線新劉家溝隧道實(shí)際工程,通過(guò)對(duì)既有花果隧道的四次爆破振動(dòng)測(cè)試分析及一次爆破驗(yàn)證,說(shuō)明爆破振動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)是合理的,質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度能夠客觀反映現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)狀況和衰減規(guī)律,新建隧道施工爆破對(duì)爆心距最小的左邊墻影響最大。隨著測(cè)點(diǎn)與爆心距的增大,質(zhì)點(diǎn)振速衰減明顯,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅值依次減小。建議在新建隧道洞口段進(jìn)行分段爆破,限制每次爆破最大段裝藥量,以保證既有隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全和正常運(yùn)營(yíng)。

研究目的:文章以合武鐵路大別山隧道為背景,對(duì)ⅳ級(jí)圍巖條件下采用的單層襯砌結(jié)構(gòu)的接觸力學(xué)特征、不同施工階段的受力特征以及圍巖穩(wěn)定性等進(jìn)行研究,并對(duì)單層襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征進(jìn)行探索,以期為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。研究結(jié)論:(1)相對(duì)于復(fù)合式襯砌而言,單層襯砌接觸壓力普遍較大,最大壓力易出現(xiàn)于拱腳處,最小壓力易出現(xiàn)于仰拱處,而其二襯的內(nèi)力顯著小于復(fù)合襯砌。(2)單層襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力在隧道施工的不同階段,初期支護(hù)與二襯的內(nèi)力先按時(shí)間分配,后按剛度分配。(3)隧道左右拱腰側(cè)與拱腳處的圍巖的yai值較小,容易發(fā)生失穩(wěn),應(yīng)加以防范。

文章以烏魯木齊軌道交通2號(hào)線高鐵站—華山路區(qū)間隧道為工程依托背景,隧道穿越斷層帶破碎節(jié)理發(fā)育較好的巖體地層,分析了碎裂結(jié)構(gòu)巖體的基本力學(xué)特性,得到了碎裂結(jié)構(gòu)巖體變形破壞的模式,并建立碎裂結(jié)構(gòu)巖體隧道模型,基于離散元的方法,分析不同埋深下,即不同圍巖壓力下,隧道襯砌內(nèi)力的變化規(guī)律,得出了一些適用于碎裂結(jié)構(gòu)巖體隧道施工的重要結(jié)論,以期指導(dǎo)同類工程.

結(jié)構(gòu)力學(xué)小論文

近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力的不斷提升,國(guó)內(nèi)盾構(gòu)隧道越來(lái)越多的出現(xiàn)內(nèi)部構(gòu)筑二次襯砌的工程實(shí)際情況,文章為探明施作緩沖層的二次襯砌與管片襯砌的相互作用機(jī)理,采用提出的考慮柔性緩沖層的雙層襯砌計(jì)算模型,分析了不同厚度緩沖層的結(jié)構(gòu)在兩種典型工況下的內(nèi)力特性,結(jié)果表明:緩沖層模型中緩沖層對(duì)盾構(gòu)隧道管片襯砌與二次襯砌聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有明顯影響,在通常荷載作用下,結(jié)構(gòu)受力以外襯管片受力為主,二次襯砌僅為輔助受力結(jié)果,在地震、不均勻沉降或其他突發(fā)荷載工況下,外襯發(fā)生額外變形,緩沖層被壓密,內(nèi)襯將有效發(fā)揮承載力。緩沖層的厚度對(duì)管片襯砌與一次襯砌間的這種內(nèi)力分配有一定影響。

為了改善\"結(jié)構(gòu)力學(xué)\"課程教學(xué)的現(xiàn)狀,提高課程教學(xué)效果,文章對(duì)\"結(jié)構(gòu)力學(xué)\"課程知識(shí)體系、課堂教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)手段及教學(xué)反饋與總結(jié)進(jìn)行了深入的分析,并對(duì)每個(gè)部分的內(nèi)容提出了改進(jìn)建議。