爆炸作用下土体隧道衬砌结构的动力响应

为了找出爆炸动力作用下的隧道衬砌结构薄弱部位和力学规律,建立了土体隧道动力分析整体有限元模型;利用显式动力有限元程序Ansys/Ls-dyna进行了数值模拟,探讨了土体隧道衬砌结构在爆炸作用下不同部位的时间历程曲线;分析了爆炸作用下土体隧道衬砌结构的动力响应。结果显示:隧道衬砌结构肩部在x、y方向的位移都较大;隧道衬砌结构顶部在y方向的位移较大;隧道衬砌结构顶部、肩部的加速度峰值最大并且加速度曲线均出现了两次或多次峰值。这反映了爆炸冲击波有比较强烈的多次反射;各部位压力时程曲线波动较大,按照肩部、顶部、胯部、底部、腰部的顺序先后到达峰值;顶部和肩部σx峰值最大,顶部和底部σy峰值最大,顶部、肩部、底部τmax峰值最大。顶部和肩部出现最大拉应力说明爆炸对拱顶拱肩损伤较大,隧道衬砌结构将会最先在这两处发生破坏。     

火灾升降温模式对高温后钢筋混凝土轴压力学性能影响的试验研究

为研究实际火灾与标准火灾对高温全过程作用后钢筋混凝土力学性能的影响程度,进行了6根大尺寸钢筋混凝土短柱经历不同火灾模式的高温全过程作用后轴压力学性能试验。选择一典型住宅房间,根据欧洲规范得到了模拟火灾温度-时间曲线,利用等效曝火时间方法获得等效标准火灾,考察火灾模式、轴压比对高温全过程作用后钢筋混凝土承载力、刚度和延性的影响规律。试验结果表明:随着轴压比(n0.4)增大,高温后剩余承载力、刚度和延性损伤程度降低;火灾升降温模式影响显著。根据等能量法进行的火灾试验结果和模拟实际火灾试验结果吻合较好,而等面积法过于保守。建议相关规范采用基于能量的等效曝火时间方法进行抗火设计和火灾后剩余力学性能评估。     

单向应力状态下钢材高温分析的损伤模型

本文结合结构钢材火灾高温分析的特点，通过对Ｌｅｍａｉｔｒｅ关于常温下金属材料延性损伤模型和修改，提出一种适用应力状态下钢材高温分析的损伤模型，为进行钢框架在火灾高温作用下及火灾冷却后的２和损伤分析提供可能性。     

浅埋偏压小净距隧道大型振动台实验研究

浅埋偏压小净距隧道具有与其它形式隧道不同的受力特点,其地震响应特性也必然不同于其它隧道。基于相似理论设计并完成了浅埋偏压小净距隧道大型振动台模型实验,研究了小净距隧道分别在X(水平)向、Z(竖直)向、XZ双向(水平竖直同时输入)多种工况汶川地震波作用下隧道衬砌加速度和动应变响应规律。实验结果表明:(1)衬砌加速度受地震波的入射方向影响较大,且Z向的影响大于X向,XZ双向的影响大于单向,左洞隧道的加速度响应大于右洞隧道;(2)衬砌应变受地震烈度的影响较大,隧道衬砌在地震作用下承受拉压循环荷载,以受拉为主,右洞隧道衬砌的动应变响应大于左洞隧道;(3)综合衬砌加速度与动应变的响应分析,左洞隧道的左半部分和右洞隧道的拱脚是隧道衬砌在地震作用下容易发生损坏的部位,在进行设计配筋时应特别注意。对于浅埋偏压小净距隧道衬砌进行抗震设计计算时,应考虑Z向地震的影响。研究成果可为浅埋偏压小净距隧道工程的抗震设计提供参考。     

内源瞬态荷载作用下弹性介质与饱和多孔介质中衬砌隧道的动力响应对比分析

衬砌隧道周围介质不同，其内源瞬态荷载作用下的动力响应不同，该文对弹性介质与饱和多孔介质中作用有内源荷载的衬砌隧道的动力响应进行对比分析。首先，令饱和多孔介质孔隙率n=0，将衬砌周围饱和介质退化为弹性介质，动力响应解答相应退化为弹性介质中的解答，退化解与已有的隧道周围为弹性介质时的动力响应解答完全一致。其次，对不同孔隙率的饱和多孔介质和理想弹性介质中衬砌隧道的动力响应进行计算，结果表明：与弹性介质相比，饱和多孔介质中衬砌内表面的动力响应较大，轴向衰减速度较快；随着孔隙率的减小，饱和土中衬砌内表面的动力响应逐渐减小，位移和应力时程曲线均趋近于弹性介质。     

隧道施工中围岩与支护结构的黏弹性分析

本文结合某高速公路隧道设计与施工，利用黏弹性理论，对隧道围岩与支护结构时间相依应力与位移进行了研究。首先，将隧道开挖后围岩受力分析视为具有初始应力、在洞周位移作用下的边值问题，导出了隧道时间相依的围岩与支护结构应力与位移，结果表明，其应力和位移与隧道围岩和支护结构间相互作用相关。然后，利用变形协调条件，导出了隧道围岩与支护结构间的相互作用，结果表明，围岩、初期支护与二次衬砌之间的相互作用不仅与围岩和衬砌的材料性质、结构尺寸相关，而且与施做初衬和二衬的时间相关。最后，结合具体隧道设计与施工，利用本文时间相依应力，对围岩应力释放与支护施做时机、载荷分配与支护结构受力分析进行了探讨，给出了不同荷载分担比下二次衬砌的受力与变形，为隧道施工与设计提供参考。     

某黄土隧道病害原因分析及处治措施

某黄土公路隧道在通车运营几年后出现了衬砌开裂及隧道沉降病害。通过对该黄土公路隧道病害的监测及其发展过程的分析，得出黄土工程特性、地表水及黄土隧道埋深是造成隧道病害的主要影响因素。针对上述隧道病害，本文提出用有限元计算分析方法对4种不同工况下的加固方案进行分析，结果表明对结构的局部补强和对地表水的处理，结构与土体之间应力的传递和消散作用使得应力逐步得到调整与改善，最后对拱脚的加固使得隧道结构的整体性进一步加强，应力分布更加合理，承受荷载的能力进一步提高。故而本文提出，该隧道衬砌裂缝应进行修补加固，同时对拱脚地基采用树根桩和夯扩桩加固的方法可以提高隧道安全通行能力。     

地质雷达在风火山隧道病害检测中的应用与结果分析

青藏铁路全线开通运营以来,对处于高寒地区的永久冻土隧道之一的风火山隧道的质量状态首次进行了无损检测。风火山隧道处于高寒永久冻土区,隧道全部处于冻岩中,两端洞口主要为砂岩与泥岩,并且为富冰冻土。受到季节性冻融的影响,隧道病害比较突出,主要表现为衬砌裂缝,漏水涌水,衬砌酥松剥落。为了准确地掌握风火山隧道衬砌结构质量状态,本文首次应用于风火山隧道衬砌结构的质量检测。该检测设备一改传统破坏式的检测方法,具有快速、简捷、无损、灵活的特点。通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,查明衬砌背后存在的空洞和回填不密实区域。检测结果表明,隧道在高寒恶劣环境中,衬砌总体外观质量尚好,但是在两端洞口段有渗水现象; 衬砌背后空洞缺陷等级为严重地段测线长度为20m,等级为极严重地段测线长度为98m; 衬砌背后回填不密实缺陷等级为严重地段测线长度为41m,等级为极严重地段测线长度为33m。检测结果与实际病害情况基本相符。     

双圆盾构隧道管片衬砌的拼装内力分析

讨论双圆盾构隧道（DOT：Double-O-Tube）施工时，管片衬砌拼装内力的有限元计算。包括整个拼装过程的有限元模拟方法，采用三维实体单元模拟隧道管片衬砌在工程中不同工况下的内力变化。结合双圆隧道的工程参数，进行实际问题的计算，为目前双圆隧道管片衬砌内力计算探索出一条计算模式。     

隧道支护结构体系及其协同作用

隧道支护结构体系是围岩稳定性控制的关键,也是隧道设计的基本任务,而对支护结构之间相互作用过程和机制的系统认识则是定量化设计的基础. 本文从隧道围岩结构性和支护作用的本质特征出发,提出隧道支护具有"调动"和"协助"围岩承载的基本作用,明确了二者的功能分配原则和实现方式,即分别通过超前支护的保障作用、初期支护的核心作用和二次衬砌的安全储备作用共同完成;针对围岩的正面挤出、前倾式冒落和后倾式冒落等三种超前破坏模式,分别给出了相应的超前支护方式和支护效果评价方法;提出初期支护作为隧道围岩附加载荷的主要承担者,包括锚固体系与拱架及喷射混凝土结构,分别通过"调动"和"协助"围岩实现其承载功能,且同时具有"支"与"护"的作用;阐明了二次衬砌结构作为安全储备功能的内涵,建立了二次衬砌结构的载荷分担比率与刚度匹配性、支护时机的关系,并据此给出了二次衬砌结构参数和施作时机的建议值;建立了以围岩变形量$S$最小和协同度$\xi$最优为目标,基于超前支护、初期支护和二次衬砌与围岩相互作用三阶段的协同支护优化模型,明确了支护结构体系与围岩、不同支护结构之间以及支护结构要素之间三个层次的协同关系,并提出了隧道支护结构体系协同优化设计方法.      

A New Shock Tube Facility for Tunnel Safety

In this paper, a new double diaphragm shock tube facility for studying the structural response of a circular plate resting on soil, when subjected to a shock wave, is described. The present shock tube has been designed in the framework of a more extensive research program aimed at the investigation of underground tunnel lining under blast and fire conditions. The innovative features of the facility are an end-chamber conceived to investigate soil-structure interaction and a burner equipment to heat the specimen in order to study to what extent thermal damage can affect the transmitted and reflected pressure wave as well as the structural response. Details of the shock tube design, construction and test procedure operations are discussed in the paper. Particular emphasis is placed on the principles that have driven the experimental equipment design choices. Numerical simulations have been performed to assess the ideal shock tube performance in terms of reflected pressure and test time duration as well as to evaluate how far the fire testing situation actually is from that normally used in tunnel design.     

Study on mechanical characteristics and safety evaluation method of steel frame structure after fire

Mechanical characterization of steel frame structure after fire are analyzed based on fire dynamics, heat transfer theory, structural mechanics, and finite element theory. We study the temperature characteristics and mechanical properties of steel frame structure under different fire locations and propose a safety evaluation method. We also analyze damage level of main frame components, maximum temperature of fire, thermal characteristics of frame components, firing duration, etc. to provide useful information for fire resistance design of the steel frame structure and post-disaster safety evaluation.     

金华山软岩铁路隧道施工过程围岩屈服接近度分析

隧道施工过程中围岩处于复杂应力状态下,隧道围岩屈服区演化特征的确定对于围岩稳定性分析和开挖支护方案优化具有重要的意义。采用屈服接近度指标衡量围岩破坏接近程度可以合理地描述复杂应力状态下围岩的应力危险性,对Mohr-Coulomb类岩体材料的屈服接近度函数进行了相应的推导,并在非线性有限元用户子程序上编程予以实现。介绍了赣州-龙岩铁路DKl33+095～DKl38+237段软弱围岩单线隧道正台阶步施工方案以及湿喷纤维混凝土支护方案。为了对该隧道施工过程中隧道围岩屈服区的演化特征进行合理评价,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟,分析了施工过程中隧道围岩屈服接近度分布特征,判定了隧道台阶步施工过程中隧道围岩的稳定性。分析结果表明:该隧道施工过程中围岩破坏区主要发生在下台阶步施工过程中;屈服接近度指标比传统的塑性区分布提供的信息更加丰富,有利于工程技术人员定量地评价隧道开挖支护方案。     

地下坑道对其临界震塌爆距处钻地武器爆炸载荷的动力响应

利用非线性显式动力有限元程序,采用多物质流固耦合计算方法,就GBU-28钻地弹在地下坑道临界震塌爆距处爆炸时,对地下直墙拱坑道的动力响应进行数值模拟。根据围岩动力稳定性和混凝土动态强度判据,结合模拟结果,分析衬砌结构与围岩的相互作用。钻地弹在直墙圆拱断面的坑道临界震塌爆距处爆炸时:围岩处于临界破坏状态,但混凝土衬砌结构处于稳定状态;拱顶的应力峰值明显,且柱状装药情况下,爆炸近区的应力较集团装药情况下的大;拱肩位置出现应力集中;围岩与衬砌结构特征位置处的相互作用载荷与对应质点的振动速度相互耦合,基本成对应的关系。     

京承高速公路新道沟连拱隧道的优化设计

本文以京承高速公路新道沟连拱隧道为实例,应用有限元数值方法对连拱隧道二次衬砌的围岩抗力、应力、变形及其稳定性等问题进行了模拟与分析。首先,基于连拱衬砌的结构型式,作者建立了该隧道的数值模型,并提出用弹性杆单元按作用力等效的原则模拟围岩抗力;根据数值模拟结果对隧道支护结构的承载能力进行了讨论,并基于规范对二次衬砌进行了结构强度校核。该研究结果为新道沟隧道支护结构设计的优化提供了科学依据。     

黄土公路隧道病害治理实例研究

黄土物理力学性质相对较差,具有大孔隙、湿陷性强、强度低的特点,加之黄土区的地形地貌、地质条件比较复杂,导致黄土隧道修筑过程中病害较多。利用SIR2000型探地雷达、RSM-SY5非金属声波探测仪和BJSD-2型激光限界仪等多种方法对某黄土公路隧道病害进行了探测,探测表明隧道洞身出现环向和横向裂缝,衬砌厚度不足,局部地段存在集中涌水和渗漏水,根据探测结果对隧道病害成因进行了详细的分析。在此基础上结合黄土隧道的基本特征,有针对性地提出了锚喷加固、套衬加仰拱、套衬和下加固围岩3套病害治理方案。并利用数值模拟对隧道治理前后围岩稳定性和衬砌结构受力状态进行了分析,结果表明治理方案衬砌受力状态基本对称,结构的安全系数有较大的提高。