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考虑围岩流变及衬砌劣化特性的隧道长期服役性能解析 被引量:19
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作者 刘昌 张顶立 +2 位作者 张素磊 房倩 方黄城 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2795-2807,共13页
衬砌劣化普遍存在于隧道工程,对隧道运营安全产生威胁。针对流变岩体中运营隧道衬砌劣化现状,建立了考虑围岩流变及衬砌劣化特性的时效解析模型,分析了隧道全寿命周期内围岩位移、支护反力变化规律。通过数值建模验证了解析模型的正确性... 衬砌劣化普遍存在于隧道工程,对隧道运营安全产生威胁。针对流变岩体中运营隧道衬砌劣化现状,建立了考虑围岩流变及衬砌劣化特性的时效解析模型,分析了隧道全寿命周期内围岩位移、支护反力变化规律。通过数值建模验证了解析模型的正确性,借助本模型对衬砌劣化系数、衬砌厚度、支护时间及围岩流变特性等参数进行敏感性分析,最后对隧道服役性能进行了探讨。研究表明:在围岩流变效应下支护压力随时间增大,而支护结构在服役环境下力学性能逐渐降低,两者的耦合作用缩短了结构达到屈服强度发生破坏的时间;获取了支护荷载及承载能力时程曲线,建立了围岩流变及支护性能劣化耦合作用下隧道服役寿命预测模型;明确指出支护−围岩关系是隧道结构长期安全性的核心内容。 展开更多
关键词 运营隧道 围岩流变 衬砌劣化 理论解析 服役性能
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围岩和衬砌劣化作用下隧道底部结构动力响应 被引量:1
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作者 王景春 常子红 +1 位作者 王大鹏 刘凯林 《铁道建筑》 北大核心 2023年第6期109-112,共4页
采用有限元方法对比分析了列车振动荷载作用下不考虑与考虑衬砌和围岩劣化时隧道底部结构动力响应。结果表明:整体来看,列车通过时衬砌劣化对隧道底部结构动力响应影响较小,从开始服役到服役100年,隧道底部竖向位移基本不变,振动加速度... 采用有限元方法对比分析了列车振动荷载作用下不考虑与考虑衬砌和围岩劣化时隧道底部结构动力响应。结果表明:整体来看,列车通过时衬砌劣化对隧道底部结构动力响应影响较小,从开始服役到服役100年,隧道底部竖向位移基本不变,振动加速度先减小后增大,动应力逐渐减小;围岩劣化对隧道底部结构动力响应影响明显,从开始服役至服役100年,隧道底部竖向位移逐渐增大,振动加速度先增大后减小,动拉应力先减小后增大,动压应力逐渐增大;考虑围岩劣化作用时,服役60年左右隧道底部结构振动加速度变化显著,动拉应力急剧增大,对隧道底部结构极为不利,因此隧道服役后期应加强隧道底部及周围岩体的监测与病害防治。 展开更多
关键词 铁路隧道 动力响应 数值模拟 隧道基底 衬砌劣化 围岩 移动荷载
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考虑衬砌与围岩劣化的隧道仰拱动力响应分析 被引量:3
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作者 王景春 常子红 王大鹏 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期51-56,共6页
研究目的:为研究考虑劣化效应时,列车荷载作用下隧道仰拱结构的振动响应问题,本文以贵南某高速铁路隧道为工程背景,建立带仰拱结构的高速铁路隧道动力响应模型,分析隧道衬砌经时劣化与围岩经时劣化对仰拱结构动力响应的影响。研究结论:... 研究目的:为研究考虑劣化效应时,列车荷载作用下隧道仰拱结构的振动响应问题,本文以贵南某高速铁路隧道为工程背景,建立带仰拱结构的高速铁路隧道动力响应模型,分析隧道衬砌经时劣化与围岩经时劣化对仰拱结构动力响应的影响。研究结论:(1)衬砌经年劣化时,仰拱竖向变形几乎不变,服役后期测点加速度有一定程度的变化,测点最大主应力和最小主应力随劣化时间增加而减小,减小幅度较小;(2)围岩经年劣化时,仰拱竖向变形增幅明显,服役时间0~100 a仰拱中心测点竖向变形增幅为75%,加速度变化规律与衬砌劣化时相似,服役后期有一定的变化,仰拱动应力随围岩劣化呈两阶段变化,服役前期(0~75 a)动应力随劣化时间增加而增大,且增幅明显,服役后期(75~100 a)动应力随劣化时间增大而减小;(3)与衬砌劣化相比,围岩劣化对仰拱结构变形及受力影响更为显著,服役后期(75~100 a)仰拱结构受力发生改变,需加强隧道服役后期仰拱结构及周围岩体的检查及加固;(4)本研究结果可为服役期间隧道结构维护及风险评价提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 仰拱结构 衬砌劣化 围岩 振动响应
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波浪作用下海底隧道氯离子侵蚀劣化时变分析 被引量:3
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作者 张治国 叶铜 +2 位作者 朱正国 Pan Y T 吴钟腾 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1323-1332,共10页
浅水区海底隧道处于复杂波动水力环境中,既有理论研究一般只在静水环境中计入氯离子自由扩散对隧道衬砌的侵蚀作用,而较少考虑海洋波浪力对衬砌结构腐蚀的促进作用。首先采用适用于浅水区的Stokes二阶波浪理论确定了海床表面的波浪压力... 浅水区海底隧道处于复杂波动水力环境中,既有理论研究一般只在静水环境中计入氯离子自由扩散对隧道衬砌的侵蚀作用,而较少考虑海洋波浪力对衬砌结构腐蚀的促进作用。首先采用适用于浅水区的Stokes二阶波浪理论确定了海床表面的波浪压力,基于Biot固结理论获得了隧道衬砌周围的水压响应;接着利用改进的Fick第二定律同时考虑水压和浓度梯度驱动下的氯离子扩散,并采用指数型强度劣化模型描述服役时间内衬砌混凝土的劣化效应;最后结合波浪作用下衬砌氯离子侵蚀效应进行了海底隧道衬砌承载力计算,并将理论解析解与数值模型和既有的试验结果进行了对比,获得了较好的一致性。结果表明,忽略动态波浪压力对衬砌混凝土中氯离子渗流的促进作用,将低估衬砌混凝土内部的氯离子扩散速度,随着波浪周期增加,衬砌内部氯离子侵蚀入渗的最大深度明显增大;而不考虑衬砌强度劣化效应会明显高估隧道结构的服役寿命,不利于海底隧道服役期间的安全储备。 展开更多
关键词 海底盾构隧道 Stokes二阶波 氯离子侵蚀 衬砌劣化 时变解析
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波浪作用下含气海床内盾构隧道水力及位移响应分析 被引量:1
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作者 张治国 叶铜 +2 位作者 朱正国 PAN Y T 吴钟腾 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1557-1574,共18页
海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中,既有理论研究较少考虑含气海床环境,波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先,通过Biot固结方程获得了气-水混合流控制方程,结合适用于浅水区的Stokes... 海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中,既有理论研究较少考虑含气海床环境,波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先,通过Biot固结方程获得了气-水混合流控制方程,结合适用于浅水区的Stokes二阶非线性波浪理论获得了隧道衬砌周围的孔隙水压响应;其次,采用叠加法分别考虑了由波浪引起的海床土体内振荡孔压和累积孔压,并以衬砌周围可能出现的最大孔隙水压及渗透力作为最不利荷载工况,结合指数衰减模型描述衬砌劣化效应,获得了考虑波浪渗透力作用下隧道衬砌服役期间位移变化规律;最后,通过试验监测数据及数值模拟验证了本研究理论解析的准确性,通过对波浪周期、水深,海床剪切模量、海床含气量,隧道半径、埋深、衬砌劣化系数进行分析。结果表明:海床含气量增大能降低波浪压力向海床内部传播,并减弱超静孔压的累积效应;随着海床含气量逐渐增大,隧道衬砌周围孔压极值不断减小且出现相位滞后,隧道外渗透力、衬砌径向位移均随着海床含气量增加而明显降低;波浪周期增大、海水深度降低均能明显使海床表面的波浪压力增大,诱发隧道衬砌周围产生较大的渗透力,从而发生较大径向位移,小半径、浅埋深能够有效降低累积孔压造成的渗透力影响;当衬砌劣化系数相同时,含气量越低的海床内波浪引起的超静孔隙水压影响越显著,衬砌产生较大径向位移,不利于隧道的正常服役。 展开更多
关键词 海底盾构隧道 含气海床 累积孔压 渗透力 衬砌劣化
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