某海底沉管隧道风塔及下部结构抗震性能分析

为研究某海底隧道风塔及下部结构体系在塑性阶段的损伤破坏形态及特点,探讨在多重荷载作用下弹塑性静动力响应对结构的影响,建立了沉管隧道风塔及下部结构的大型三维有限元模型。采用基于能量原理的混凝土塑性及损伤本构模型,借助大型有限元软件ANSYS及ABAQUS分别对结构进行不同地震条件下的动力时程分析,对比分析振型、层间位移角及较为完整的塑性损伤破坏系数曲线。结果表明:不同设防地震下,结构整体性良好,振型及层间位移角满足规范要求;不同罕遇地震下,该结构的混凝土塑性拉压损伤最大时刻均发生在20 s,主要破坏区域在风塔与人防井及下部立柱的接触位置,且拉伸破坏系数明显高于压缩破坏。本文的研究成果可以为类似近海沉管隧道工程抗震设计提供一定的依据与指导。     

桥梁结构在地震和冰荷载作用下的响应

本文采用杆系有限元方法,研究了桥墩结构在地震和冰荷载作用下的响应问题。根据桥梁的结构特点,建立其力学模型,考虑柱墩受支座的约束作用,推导了桥墩结构的动力平衡方程,分别研究桥墩结构在地震和冰荷载作用下以及在其共同作用下的响应问题,比较了考虑柱墩受支座的约束作用与不考虑柱墩受支座的约束作用2种情况下桥墩结构的响应问题,为研究桥墩结构在多荷载作用下的响应问题提供理论依据。     

波浪荷载作用下海底隧道-孔隙海床的动力分析

孔隙海床在波浪荷载作用下其有效应力减小、孔隙水压力增加,这将影响孔隙海床中隧道的稳定性,因此,研究在波浪荷载作用下孔隙海床与隧道的动力响应具有重要的工程意义。本文基于Biot的动力固结理论和弹性动力学理论建立波浪荷载作用下孔隙海床与海底隧道的动力分析模型,并同时考虑海底隧道与海床之间的接触效应、边界效应等对海底隧道内力的影响。最后通过变换海床的变形模量、渗透系数和海底隧道的半径、埋深等,观察其对海床土孔隙水压力和海底隧道内力的影响,为海底隧道的设计提供依据。     

矩形隧道结构的地震动力破坏研究

为深入研究地震作用下矩形隧道结构的动力响应变化规律,得到隧道结构的失稳破坏机制,通过建立土一隧道结构协同作用的整体力学模型,采用大型室内振动台实验与有限元数值计算对比分析的方法,重点探讨了地震作用下土-隧道结构整体力学模型的加速度时程、频谱特性、位移及土压力等方面的力学响应。研究发现：振动台实验与数值模拟计算的结果变化...     

考虑进洞高程效应的黄土隧道洞口段地震动力响应特征研究

通过大型振动台模型试验并采用Midas-GTS有限元软件进行模拟计算,研究黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征、破坏过程和地震波在模型中的传递规律,分析影响黄土隧道洞口段地震动力响应的主要因素。结果表明:边坡沿弧形开裂面的垮塌受坡脚剪切和坡顶拉裂的共同作用;边坡会对其卓越频率内的地震波产生明显放大效应,且在1/2坡高以上放大效应出现饱和现象;隧道临空面是影响隧道洞口段地震动力响应的主要因素。考虑进洞高程效应时隧道洞口段抗震设防长度可取距洞口5倍洞径范围。振动台模型试验与数值计算在位移、加速度、应力三个响应特征上吻合较好,证明二者结果合理可靠。研究成果可为隧道工程设计和地下结构抗震理论研究提供有益参考。     

地震P波斜入射下入射角度对海底沉管隧道结构动力响应的影响

基于粘弹性人工边界条件理论,将地震动输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波斜入射作用下,不同入射角度对沉管隧道结构的动力响应的影响。结果表明:地震动的入射角度对海底沉管隧道结构的动力反应影响很大,而且入射角在某个范围内,水平向和竖向地震响应有着不同的影响程度;随着入射角度不断增大,结构在竖向的动力响应明显减小,而在水平向的动力响应是先增大后减小。因此,对海底沉管隧道进行抗震设计分析时,应该考虑地震动斜入射对结构动力响应的影响。     

浅埋地下结构顶板在竖向地震作用下的动力响应

采用结构动力学的方法研究了浅埋地下箱形结构在竖向地震作用下的动力响应。鉴于土与结构动力相互作用分析的复杂性,为了简化分析,整个分析过程分为2步。第1步把结构看作是刚体,利用刚体与地基的相互作用分析求得刚体在竖向地震分量作用下的动力响应;第2步首先考虑到了侧墙对于顶板的抗弯约束作用,求得了顶板的固有频率及振型,并把第1步刚体的动力响应作为输入求解顶板梁的受迫振动,进而求得了顶板弯矩。     

水平及竖向地震共同作用下双线隧道的响应分析

基于有效的土-结相互作用有限元数值模拟方法,利用有限元软件ABAQUS对水平及竖向地震共同作用下双线盾构隧道的地震响应进行分析研究。地震动输入选取近场地震Loma、ChiChi、Mammoth和WoLong的基岩水平及竖向加速度时程记录。结果表明,不同近场地震记录对隧道结构的作用不同,隧道的地震反应与场地性质及地震动的频谱特性密切相关。对比隧道在水平及竖向地震动共同作用下的响应与单向水平地震动作用下的响应,发现隧道的最大地震附加内力及其分布均发生较大的变化,在隧道结构抗震设计中需引起重视。另外,分析中还考虑了在双向地震动共同作用下,隧道间距、土-结接触面的摩擦系数、土-结相对刚度、输入的地震记录和竖向地震动相对强度对隧道地震响应的影响等,研究结果对隧道工程的抗震设计具有一定的参考价值。     

大型引水隧道在平面地震波入射下动力响应的解析解

本文以波函数展开法为基础,给出了SV波与P波入射时大型引水隧道平面地震响应的解析解.并根据解析解,利用数值方法对建立的场地模型进行了计算分析,研究了隧道结构-水体体系的地震响应.重点讨论了入射波频率、入射角、衬砌力学性能对衬砌结构动力响应的影响.分析表明,大型引水隧道动力响应受入射波频率和入射角的影响较为明显,而衬砌力...     

分层土-隧道相互作用体系地震响应分析

为研究地震作用下非均质场地各个土层放大效应以及分层土-隧道的地震响应,以大连某实际工程为背景,基于地震作用下隧道结构动力响应的理论,采用收敛约束法,通过ABAQUS构建分层土-隧道三维有限元模型,并结合振动台试验,验证模拟的准确性;将自由场与有隧道场地进行对比,并结合加速度和傅里叶曲线对模拟数据进行分析。结果表明：(1)土体性质和激励大小对地震波的传递有影响,随着场地由浅到深逐渐增加,峰值加速度逐渐放大,不同分层介质的主要频率和频谱形状发生明显变化;(2)隧道会放大远场的加速度响应,略微降低近场的动力响应;(3)软弱夹层的存在对地震动的放大作用也有明显影响,不同分层介质的不同特性导致土层刚度不同,从而影响地震作用下层状土-隧道的动力相互作用。     

Dynamic response of a piecewise circular tunnel embedded in a poroelastic medium

Recently, considerable efforts have been devoted to evaluation of seismic dynamic response of a circular tunnel. Conventional approaches have considered integral liners embedded in an elastic medium. In this study, we re-examine the problem with piecewise liners embedded in a porous medium. Surrounding saturated porous medium of tunnels is described by Biot's poroelastic theory, while the liner pieces and the connecting joints are treated as curved beams and characterized by curved beam theories. The scattered wave field in the porous medium is obtained by the wave function expansion method. The differential equations governing the vibration of a curved beam is discretized by the General Differential Quadrature (GDQ) method. The domain decomposition method is used to establish the global discrete dynamic equations for the piecewise tunnel. The surrounding soil and the tunnel are coupled together via the stress and the displacement continuation conditions which are implemented by the boundary collocation method. Numerical results demonstrate that the stiffness difference between the liner piece and the connecting joints has a considerable influence on the internal forces of the liner piece.     

斜井送排式通风隧道的火灾救援通风研究

公路隧道发生火灾开启横通道后,形成通风网络。本文以重庆地区吕家梁隧道为工程依托,进行了斜井前后不同位置发生火灾的通风网络模拟。结果表明,斜井前发生火灾时,受斜井浮力效应、风流密度变化等的影响,主风机的工作压力降低,而体积流量增加;当火灾发生在斜井前隧道时,采用斜井单抽方式可实现全部火灾烟流从竖井中排除,斜井前设射流风机增压调节、斜井后设射流风机增阻调节是一较好方案;对于斜井后发生火灾,采用全射流火灾通风和斜井压入两种通风方案均能满足火灾风流控制要求,虽然后者需要开启轴流风机,通风能耗大,但火灾通风的时效性要好于前者。     

Tunnel flexibility effect on the ground surface acceleration response

Flexibility of underground structures relative to the surrounding medium, referred to as the flexibility ratio, is an important factor that influences their dynamic interaction. This study investigates the flexibility effect of a box-shaped subway tunnel, resting directly on bedrock, on the ground surface acceleration response using a numerical model verified against dynamic centrifuge test results. A comparison of the ground surface acceleration response for tunnel models with different flexibility ratios revealed that the tunnels with different flexibility ratios influence the acceleration response at the ground surface in different ways. Tunnels with lower flexibility ratios have higher acceleration responses at short periods, whereas tunnels with higher flexibility ratios have higher acceleration responses at longer periods. The effect of the flexibility ratio on ground surface acceleration is more prominent in the high range of frequencies. Furthermore, as the flexibility ratio of the tunnel system increases, the acceleration response moves away from the free field response and shifts towards the longer periods. Therefore, the flexibility ratio of the underground tunnels influences the peak ground acceleration (PGA) at the ground surface, and may need to be considered in the seismic zonation of urban areas.     

软土地区风井风口施工对下部既有越江隧道影响的数值分析

上海在区间隧道上方建造风井在国内尚属首例。随着人们绿色环保意识的增强,隧道通风井将会越来越多地修建在远离都市核心区的区间隧道的上方,因而研究风口基坑施工引起区间隧道位移的变化将会是岩土工程领域的又一崭新问题。本文结合上海人民路隧道风井风口基坑工程,针对是否降低承压水水位2种工况,采用MIDAS—GTS软件,对既有盾构隧道隆起进行数值模拟,从理论上量化在这2种工况下隧道的变形程度,探讨该方法的可行性,为最终选择何种工况施工提供了理论指导。实际的监测数据验证了本文方法的可行性,为今后的相关工程建设提供了一个成功范例。     

考虑地震波激振方向的浅埋偏压双联拱黄土隧道动力响应规律研究

以实际工程为背景,在模型试验结果和数值模拟结果验证合理的基础上,通过建立三维数值模型,研究兰州人工波在不同激振方向下坡-隧体系动力响应规律,通过小波包变换从能量和频域角度对衬砌结构动力响应规律进行分析。研究结果表明：水平、竖直面内垂直隧道轴向(X、Z)的地震波在隧道最大埋深处引起较大响应,水平面平行于隧道轴向的地震波(Y)对埋深较浅的洞口处的结构最为不利。频率在0～12.5 Hz范围内的低频波是引起隧道结构响应的主要波段,该频段中竖直向地震波(Z)能量相较于其他方向地震波能量占比最高。地震作用中衬砌结构的存在对坡体内的围岩变形有一定的抑制效应。X、Y向地震波容易引起坡脚附近的围岩发生剪切破坏,Y向地震波对隧道洞口段仰坡的稳定性影响最大;Z向地震波容易造成坡顶附近区域围岩的拉伸破坏,且对隧道拱顶附近产生最不利响应。研究成果对浅埋偏压双联拱隧道的抗震优化设计具有借鉴意义。     

基于粘性-滑移界面接触模型半空间隧道衬砌对平面P波的散射

基于粘性-滑移模型模拟隧道衬砌和围岩之间的接触状态,采用间接边界积分方程法求解弹性半空间中隧道衬砌对平面P波的散射,着重考察了地表位移放大和衬砌动应力集中效应。结果表明:接触滑移边界的刚度系数和粘度系数对隧道衬砌的动应力分布影响较大,滑移刚度较小时,共振频率段动应力集中效果更加显著;随着粘度系数的增大,衬砌内部环向应力幅值逐渐减小。另外,界面刚度系数和粘度系数对隧道衬砌动力反应的影响程度也受控于入射频率和角度。     

The influence of the degree of saturation on dynamic response of a cylindrical lined cavity in a nearly saturated medium

In most previous studies on the dynamic response of a long cylindrical cavity subjected to internal transient dynamic loads, the porous medium was usually assumed to be completely saturated by ground water. In practice, however, the full saturation condition does not always exist. In this paper the surrounding soil and the lining of the cavity are respectively treated as a nearly saturated porous medium and an elastic material, and the governing equations for the dynamic problem are derived. A set of exact solutions are obtained in the Laplace transform domain for three types of transient loads, i.e. suddenly applied constant load, gradually applied step load and triangular pulse load. By utilizing a reliable numerical method of inverse Laplace transforms, the time-domain solutions are then presented. The influence of the degree of saturation of the surrounding soil on the dynamic response of the lined cavity is examined for numerical examples.     

2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟

本文实现了2.5维电导率正交各向异性海洋可控源电磁等参有限元数值模拟.利用傅里叶变换导出了电导率正交各向异性2.5维海洋可控源电磁法波数域电磁场耦合方程,采用伽里金加权余量法推导了相应的有限元方程;采用任意四边形单元对研究区域进行剖分,在单元中进行双二次插值,将有限元方程化为线性代数方程组;最后,求解线性方程组并进行反傅里叶变换获得空间域电磁场值.这个方法可以模拟海底起伏地形条件下地下任意形状电导率正交各向异性的复杂模型.与一维模型的数值模拟结果对比表明,电磁场数值解与解析解吻合.二维模型的计算结果与二维自适应非结构有限元模拟结果也吻合.水平海底二维地电模型考察了不同各向异性系数对海洋可控源电磁响应的影响特征.海底起伏地形地电模型的数值结果表明,电导率各向异性对海洋可控源电磁响应影响明显,有可能淹没海底地形和高阻油气藏引起的异常.     

SV波入射下饱和地层浅埋平行隧道动力响应机制

目前城市核心区交叠紧邻的隧道群大量涌现,其抗震安全性问题日益突出,但近邻隧道之间以及与地层的动力相互作用机制尚不清晰.本文针对饱和地层浅埋平行隧道,基于Biot两相介质理论,采用边界积分方程法分别建立了饱和地层水平和竖向双线隧道动力作用分析模型,并与典型算例精确解对比验证了本模型的有效性;在此基础上,研究了SV波入射频...     

圆形隧洞对地下地震动的影响:SH波入射

地下结构对地震波的散射改变了场地的动力特性,无论是地上建筑还是地下结构的安全评价和抗震设计中,目前均没有很好的考虑由于地下结构的存在对原场地地震动尤其是地下地震动的影响。基于弹性波动理论,运用波函数展开法和镜像原理,分析了弹性半空间中圆形隧洞对柱面SH波的散射问题,得到了含圆形隧洞的弹性半空间位移解析解。通过数值算例分析了圆形隧洞对原场地地震动的影响,重点考察了隧洞埋深、隧洞半径和围岩衬砌模量比等参数的影响规律。结果表明,地下结构对沿线场地的动力特性有着显著的影响,对其自身以及沿线工程结构的抗震设计提供一定参考价值。