缓冲结构对隧道口微气压波的影响

为有效缓解微气压波对隧道周围环境的影响,设置合理的缓冲结构,采用数值模拟计算和动模型模拟实验相结合的方法,对列车通过隧道引发的压力变化、微气压波和不同形式的缓冲结构进行研究.研究结果表明:对任一类型缓冲结构,其结构长度和入口断面积之间均存在固定的最佳匹配关系,即对断面扩大无开口型缓冲结构,当缓冲结构长度分别为1.0D,2.0D和3.0D(D为隧道等效直径)时,对应的最佳入口断面积分别为1.8S,1.9S和1.8S(S为隧道断面面积),微气压波幅值分别减小46.7%,55.3%和52.8%;对线性喇叭型缓冲结构,当缓冲结构长度分别为1.5D,2.0D和3.0D时,对应的最佳入口断面积分别为2.5S,2.4S和2.7S,微气压波幅值分别减小59.4%,64.2%和71.6%.     

帽檐斜切式洞门斜率对隧道气动性能的影响

基于三维、可压缩、非定常N-S方程和k-ε双方程湍流模型,对不同斜切斜率帽檐斜切式洞门下的隧道空气动力效应进行数值模拟,得到高速列车过隧道时车体表面、隧道壁面监测点的瞬变压力及隧道出口微气压波.研究结果表明:帽檐斜切式隧道洞门的斜切斜率对车体表面和隧道壁面监测点的瞬变压力变化基本无影响,最大相差在5％左右;随着斜切斜率的减小,初始压缩波由零点上升到峰值所用时问减缓,压力梯度最大值减小;斜切斜率从1∶1降至1∶2时, 隧道出口20 m处微气压波幅值由66 Pa降至54 Pa,降幅达18.2％,可见减小洞门结构的斜切斜率,可改善隧道口微气压波.数值计算结果与动模型试验结果吻合较好,仅幅值略有差异,最大相差在5％以下.     

隧道斜交横通道爆破振动效应研究

针对斜交横通道爆破施工对既有隧道安全性产生不利影响,建立了交叉隧道爆破振动三维数值模型,考虑爆破荷载峰值、衬砌界面强度、埋深和围岩弹性模量的影响,从监测点振速和衬砌内力两方面对其安全性进行评价。结果表明:爆破振动作用下交叉区域将产生应力集中现象,衬砌内力增大5～10倍,拱顶和衬砌破除处易出现较大的动拉应力,是爆控的薄弱部位。爆破影响范围大致在θ>55°内,衬砌振速和动位移随着角度的增大呈现出先增大后减小的规律,在隧道拱顶区域达到峰值,且在迎爆区出现陡增;衬砌拆除前,沿爆破轮廓线将衬砌分割成爆破区和非爆破区将显著减小衬砌的变形和振速。     

高速铁路隧道压缩波问题的理论分析

本文对高速列车驶入隧道产生的压缩波问题进行了理论分析,建立了用格林函数求解该问题的方程。     

隧道内缓冲结构对高速列车微压波的影响

摘要：
采用数值方法模拟列车通过隧道的过程，并使用前人的实验数据对计算模型进行了验证.研究了隧道内挡板缓冲结构对微压波强度的影响，揭示挡板装置产生微压波的双峰特征，得到挡板大小和挡板安装位置对微压波强度的影响规律.结果表明，在隧道内合理地安装挡板能有效地削减隧道内压缩波强度，从而削减隧道出口处微压波强度.     

轨道道床影响高速铁路隧道出口微压波数值探讨

基于一维可压缩非定常空气流动理论,利用数值方法计算了高速列车进入隧道引起入口压缩渡在不同轨道道床（板式道床与碎石道床）隧道内的传播情况,以及在隧道出口附近形成的微压波特征．通过对轨道道床不同参数的计算,定性与定量分析了轨道道床对隧道出口处微压渡强度的影响,结果表明在较长隧道中铺设碎石道床是一个有效的微压渡减缓措施．     

高速铁路隧道斜切式洞门研究

高速列车通过隧道时会在隧道内引起瞬变压力、在隧道出口形成微气压波.微气压波会对隧道出口的周边环境和周围建筑物造成危害,采用帽檐斜切式洞门可大大消减微气压波的影响.本文对斜切式洞门的结构型式、结构设计及斜切式洞门对微气压波的消减效果等进行了研究,可供类似工程参考.     

公路隧道行车及横通道间距的研究

以雪峰山隧道为工程实例,为避免隧道火灾时车辆间的引燃,根据公路隧道火灾特点,利用辐射传热原理,对车辆间的火灾蔓延进行分析,同时为确保隧道火灾时人员安全疏散,利用火灾模拟软件FDS4.0及隧道疏散模拟软件Tunev,分别计算和比较了4种典型火灾场景在不同横通道间距情况下的危险时间及包含人员疏散行为特征的疏散时间,并分析其经济性。结果表明:火区上游客车最小引燃间距为1 m,油灌车最小引燃间距为5 m,隧道内安全行车间距应大于65 m;雪峰山隧道的最佳横通道间距为270 m。该结论可为公路隧道消防系统的设计、紧急疏散方案和引导指挥体系的建立提供理论依据。     

基于压力舒适性的400 km/h双线高速铁路隧道净空面积研究

对400 km/h的16编组列车在不同净空面积(90,95,100,105和110 m²)隧道交会气动载荷进行数值研究,并结合压力舒适性标准对隧道净空面积提出建议。采用RNG k-ε湍流模型和滑移网格法进行数值模拟,并通过动模型实验进行验证。研究结果表明：16车编组的高速列车以速度400 km/h在净空面积为100m²的标准双线隧道内交会时,从头车到尾车方向上,车外表面的平均压力峰峰值不断减小,车内的平均压力峰峰值不断增大;综合考虑现有高速列车气密性与舒适度标准,运行速度为400 km/h的长编组高速列车双线隧道净空面积推荐采用100 m²。     

基于烟囱效应的高海拔超长公路隧道横通道设计参数研究

为研究烟囱效应作用下高海拔超长公路隧道的横通道间距及宽度等设计参数,以天山胜利隧道为例,运用火灾动力学模型FDS(fire dynamics simulator)建立了不同坡度的高海拔公路隧道三维火灾燃烧模型,分析了高海拔隧道火灾温度及烟气的分布规律,给出了隧道内火灾模式下人员的可用安全疏散时间。考虑了高海拔及烟气对疏散速度折减、人体特征、车辆类型及载客量等因素,采用三维人员仿真模型Pathfinder建立了不同隧道横通道间距与宽度组合下的人员疏散模型,得到人员的必需安全疏散时间。基于安全疏散准则,给出了不同坡度下天山胜利隧道横通道的设计间距及宽度推荐值。结果表明：隧道坡度越大,烟囱效应越明显,火源上坡方向温度上升及可视度下降速度越快,可用安全疏散时间越少;隧道坡度为0.5%、1%、1.367%及1.8%时,距离火源上游250 m处的可用安全疏散时间分别为496、456、430、415 s。天山胜利隧道儿童、成年男性、成年女性及老人的疏散速度分别为0.72、1.07、0.91、0.65 m/s。当隧道坡度为0.5%、1.0%、1.367%和1.8%时,建议横通道间距(宽度)分别设置为2...     

高速列车隧道内会车时气动舒适性研究

基于N-S方程及k-ε两方程紊流模型,采用有限元法对2列高速列车在隧道内交会时引起的车内压力变化及各参数对乘坐舒适性的影响进行了仿真分析.研究结果表明:2列高速列车在隧道内会车时的瞬变压力值与列车会车的地点、列车长度、列车速度及列车的密封指数均有关系,同车长、车速、密封指数的情况下,会车在隧道中部时瞬变压力变化值最大;同隧长、车速、密封指数的情况下,会车于相同地点时,较长车长的瞬变压力最大变化值要高于较短车长的;当列车的密封指数大于15s时,各种计算工况均能满足列车内瞬变压力容许值1.25kPa/3s的评价标准.     

基于时段偏好的高铁旅客车次选择行为研究

高频公交化运营已成为部分高速铁路线路满足快速增长需求的行车组织模式.历史售票数据显示旅客对同一起讫站(OD)间平行车次的选择具有明显差异性,基于Logit模型构建考虑出发时段偏好的旅客平行车次选择方法.从车次选择率及购票特征两方面阐述旅客对平行车次选择的差异性,认为出发时段是影响旅客选择的关键要素.利用RP(Revealed Preference)与SP(Stated Preference)组合调查方法获取旅客实际出发时段偏好及潜在支付意愿.将旅客出发时段偏好融合至选择广义费用函数,构建平行车次条件下旅客的车次选择模型.京沪高铁实证分析显示:模型预测结果与实际情况间平均相对误差为6.62%,验证了方法的有效性和准确性.为精细化需求特征分析及管理提供理论基础和决策方法.     

高速列车振动荷载下立体交叉隧道结构动力响应分析

文章运用有限元方法建立了高速铁路立体交叉隧道数值计算模型,分析了高速列车振动荷载下交叉隧道结构的动力响应特性,探讨了围岩级别、行车速度、列车通车方式、隧道交叉角度以及岩柱高度等参数对下穿隧道衬砌结构动力响应变化规律的影响。研究结果表明:围岩级别、行车速度及列车通车方式对下穿隧道动应力响应影响较大;下穿隧道衬砌结构的竖向位移、竖向加速度、第一主应力及第三主应力随着围岩级别提高、行车速度增加、行车方式改变而增大,随着岩柱高度增加而减小;随着交叉角度增加,衬砌结构变形、加速度及第三主应力峰值有所减小,但第一主应力峰值增加,这对于抗压强度大于抗拉强度的混凝土结构是不利的。     

高速铁路隧道衬砌结构损伤累积与裂纹演化机理

高速铁路隧道混凝土衬砌结构含有初始孔隙或微裂纹等初始损伤。高速列车通过隧道所产生的气动疲劳载荷作用,使这种初始损伤会逐步扩展。选用混凝土的弹性模量衰减规律来反映气动疲劳载荷对隧道衬砌细观混凝土的作用效应,以弹性模量衰减的第二阶段为主要研究阶段,模拟了在循环气动载荷作用下,高速铁路隧道衬砌混凝土细观损伤机理及疲劳损伤裂纹的发展变化规律。研究表明:高速铁路隧道服役的中后期,气动疲劳载荷对隧道耐久性的危害作用更大。     

高速列车行驶速度对隧道壁面气动压力影响的数值模拟

壁面气动压力长期循环作用是高速铁路隧道衬砌掉块的重要诱因，为研究高速列车行驶速度对壁面气动压力基本特征的影响规律，采用三维数值仿真模拟对隧道典型位置(入口段、洞身段以及出口段)壁面气动压力进行研究。结果表明:列车车头经过使得监测横断面气动压力差异性增强，表现出显著的三维特征。隧道入口段气动压力三维特征主要受压缩空气所占体积大小以及与隧道入口之间距离的影响，气动压力三维特征随着进入隧道入口距离的增加而减弱，并逐渐向一维特征转变。列车车头驶入隧道入口后，车尾驶出隧道出口前，洞身段不同测点位置的气动压力正峰值主要受车头进入隧道入口诱发压缩波的影响，纵轴中断面测点气动压力负峰值与峰峰值大于洞口段。车尾驶出隧道出口后，出口段测点气动压力负峰值大于入口段，正峰值小于入口段。隧道出口段气动压力三维特征与入口段相似，但列车行驶速度以及测点与隧道出口之间距离对气动压力三维特征的影响机制更为复杂。     

不同头部外形高速列车气动性能风洞试验研究

通过对包括CRH2在内的4种不同纵向长细比比例尺为1∶8的高速列车模型进行风洞试验,分析雷诺数对车辆气动力系数的影响;比较4种高速列车模型的气动力特性;对不同流线型外形列车进行大侧偏角试验,研究高速列车在侧风作用下的安全性.研究结果表明:列车流线型头部越长,鼻形更加突出尖锐,头部流线型更加光滑,更有利于降低空气阻力;当模型列车流线型长度相差不大时,纵向长细比系数越大即车头外形越细长,对减阻越有利;4种动车组头车、中车和尾车的侧向力及升力系数均随侧滑角的增大而迅速增大;当侧滑角大于10°时,头部最大纵剖面轮廓线曲率较大的模型,横风作用下的侧向力系数比其他3种模型车的侧向力系数显著增大,升力系数较小.     

铁路隧道出口微压波问题的数值模拟

采用有限体积法和TVD性质的差分格式相结合求解轴对称欧拉方程的方法对高速列车通过隧道时在隧道出口区域产生的微压波问题进行了数值研究．通过该数值方法计算得到的结果和国外试验量测结果符合良好，表明该方法能够比较精确地模拟这一现象．通过该数值方法对相关影响因素进行了研究．研究结果表明，隧道出口处挡板的位置和直径大小对于微压波压力峰值的空间分布具有重要影响．文中针对到达隧道出口附近的压缩波为弱冲击波的情况，给出了隧道出口处设无限大挡板和不设挡板时微压波压力峰值的空间分布图．文中提出了用于计算出隧道出口处微压波的压力峰值的公式．该公式表明，微压波的压力峰值与测点到隧道出口中心之间的距离以及测点与隧道出口中心之间的连线和隧道轴线所形成的夹角密切相关．文中的研究结论和方法可为制定微压波减缓措施提供重要依据．     

软弱破碎围岩高铁隧道压力拱演化规律分析

选取双线高铁隧道为研究对象,对隧道开挖过程中压力拱的形成及发展规律进行研究,得到以下结论:1)压力拱的演化规律分为三个阶段,即外边界形成阶段,内边界连通阶段,内、外边界发展阶段.2)对于软弱破碎围岩而言,应在压力拱发展的第一阶段,采取适当的超前支护措施,防止隧道周围松动区的连通.3)为了保证隧道施工过程中的安全,建议超前预支护的长度应大于1倍隧道跨度,重点对隧道的拱部180°范围进行预支护.相关研究成果为确定超前预支护时机及范围提供参考,对支护设计和指导隧道施工有着重要的意义.     

高速铁路隧道板岩膨胀特性及机理研究

对武广高速铁路部分以板岩为主的隧道进行了岩心取样;并对其展开了膨胀特性试验。试验分别获取了板岩膨胀率与吸水时间、膨胀率与吸水率以及膨胀率与应力状态之间的关系。通过拟合,得到了板岩侧向约束膨胀率随时间变化的规律,将国内其他学者的研究成果与该拟合规律进行代入计算,得出板岩膨胀率和吸水率之间的关系式。在综合考虑吸水率和应力状态对膨胀变形影响的基础上,引入时间效应,建立了板岩的膨胀本构方程。结果表明:板岩侧向约束膨胀率与吸水时间之间呈指数函数关系,板岩轴向膨胀率随轴向荷载的增加呈负对数函数减小。最后,从微观的角度对板岩的膨胀特性机理进行了相关分析。     

强横风下青藏线客车在不同高度桥梁上的气动性能分析

采用数值模拟方法,在模拟自然风和均匀风风速分别为30m/s的情况下,研究不同高度桥梁上列车受到的横向力和侧滚力矩,导出了桥梁上车辆的横向力系数和侧滚力矩系数的表达式。计算结果表明:桥高为30m时,采用模拟自然风计算得到的横向力和临界倾覆点处侧滚力矩比采用均匀风得到的计算结果分别大约58%和63%,且桥梁越高,计算结果差别越大;车体周围的流场与速度矢量分布方式相似,但采用模拟自然风时,车体的表面压力最大值和车体周围的速度最大值分别为1.14kPa和67.6m/s,远大于采用均匀风时的最大值0.82kPa和58.8m/s;车辆受到的横向力、侧滚力矩基本上与车辆形心处的风速的平方成正比;车辆的横向力系数和侧滚力矩系数均与桥梁的高度呈指数关系,当量横向力系数为0.974,当量车体重心处的侧滚力矩系数为0.082,当量临界倾覆点处侧滚力矩系数为0.592。