考虑各向异性的层土-盾构隧道地震反应数值模拟

在层状各向异性土体-盾构隧道地震反应分析中,引入了横观各向同性弹塑性模型理论,建立了适合于横观各向同性介质的双渐近-多向透射边界条件。针对地铁区间盾构隧道抗震设计的特点,基于横观各向同性弹塑性模型,研制了考虑层状土体各向异性和施工开挖效应,适合于盾构隧道动力计算的各向异性弹塑性动力有限元程序。在程序中对于不同的材料采用了不同的本构关系和不同的单元形式,并采用了关联流动法则和多种屈服准则,可同时进行各向异性土体与地下结构的二维平面应力、平面应变和轴对称问题的静力和动力数值分析。最后利用所研制的程序进行了上海地铁二号线石门一路站附近区间隧道在不同超越概率地震动输入下的隧道反应计算。结果表明,在层状土体-地铁区间隧道的抗震分析中考虑土体各向异性的影响是必要的,所提出的计算模型是可行的。     

爆破地震动效应的数值模拟分析

爆破设计中,场地条件复杂时经验公式的应用受到一定限制。本文采用波动有限元分析方法,研究复杂场地条件下工程爆破时场地的地震动效应,研究爆破地震动特征及衰减规律。根据某重点工程场地岩土参数的原位测试和试验结果,用自行研制的软件包进行场地爆破地震动效应的数值模拟分析,为工程爆破设计及施工前建筑物、仪器设备的加固提供了依据。施工试爆实测结果与本文数值模拟分析给出的结果一致,说明本文方法是可行的,对其它工程也有借鉴作用。     

地铁隧道爆破施工影响的邻近居民楼质点峰值振速研究

地铁隧道爆破施工时严重威胁邻近居民楼的结构安全,因此研究邻近居民楼爆破峰值振速是非常必要的。文章基于群孔荷载简化模型、柱面波理论及传统的应力波衰减理论,在考虑高程效应影响下推导质点峰值振速公式。依托乌鲁木齐地铁一号线工程,对一邻近六层居民楼的爆破施工响应进行监测,并将实测质点峰值振速、提出的修正公式预测振速和传统萨道夫公式预测的振速进行对比分析。研究结果表明:采用修正公式预测的质点峰值振速与现场实测值的分布规律一致,呈现出随着高程增大而逐渐增大的趋势;而且现场实测值与修正公式预测值相对误差较小,表明考虑高程因子的修正公式是可行的。     

挡土墙地震反应非线性波动模拟

本文运用解耦近场非线性波动数值模拟方法研究挡土墙地震反应，为反映墙土体系在地震作用下的位移机制，引入了Desai薄层单元模拟墙土间接触面，并采用双线型本构关系作为接触面单元和土体的非线性模型，在此基础上给出了解决P—SV问题的非线性显式有限元时域递推公式，为进一步发展非线性波动数值模拟技术提供了有益经验。为验证本文方法及适用性，将数值模拟结果与Zeng，X．和Madabhushi，X．P．G．等的离心机试验和弹塑性数值模拟结果进行对比。结果表明：墙土体系加速度、挡土墙顶底相对滑移、沉降和墙体倾角等同离心机试验模拟结果基本吻合，与弹塑性数值模拟结果相似。     

棋盘石隧道断裂破碎带地震动力响应分析

以棋盘石穿越断层破碎带段隧道为背景,采用理论计算与数值模拟相结合的方法,对棋盘石隧道在汶川波作用下的地震响应分析进行了系统研究。探讨了断层破碎带衬砌在地震荷载作用下的破坏方式,并且把数值模拟结果与汶川特大地震震害的公路隧道进行对比分析。结果表明:用松动圈折减系数法估算出衬砌最大弯矩和剪力的数值与数值模拟的结果基本一致,验证了MIDAS/GTS-NX模拟隧道地震时程分析的可行性;同时根据对有限元模型进行时程分析的结果,探讨了断层破碎带处衬砌的破坏方式,并提出合理可行的防治及加固措施。     

地震荷载作用下带裂纹重载铁路隧道的动态断裂

在隧道的施工和运营中,隧道衬砌不可避免会产生裂纹。裂纹和地震荷载的相互作用将加剧隧道的破坏,因此研究带裂纹隧道衬砌地震荷载作用下的破坏具有重要的意义。为了证明本文二维有限元数值模拟计算结果的正确性,首先用相互作用积分的方法计算动载作用下的静态裂纹,并与解析解进行比对,发现二者的吻合性很好。计算结果表明相互作用积分法可以用来精确地计算动载作用下带裂纹结构的动应力强度因子。用这种经过验证的方法来计算带裂纹重载铁路隧道衬砌的动应力强度因子和动承载力安全系数,可以看出在地震荷载作用下,I型裂纹的动应力强度因子在隧道结构的安全中起控制作用。当裂纹的长度大于某特定值时,隧道处于很危险的状态。     

地铁盾构隧道开挖对邻近立交桥桩基影响分析

采用广州市轨道交通十三号线二期工程西彩区间盾构隧道项目资料,使用三维有限元模拟的方法,研究盾构隧道施工对立交桥桩基产生的影响.由于该区间盾构隧道下穿德尼立交桥,需进行桩基托换,从桩基托换及盾构掘进的设计、施工特点出发,针对所提出的不利影响开展三维建模及数值计算.分析结果表明:桩基托换和盾构开挖均对土体造成了一定程度的扰动,引起的桩基竖向位移较大,随着桩基托换和盾构开挖施工的进行,结构位移变化呈现先逐步上涨,后趋于稳定的趋势.根据数值计算结果的位移大小,均在规范的安全控制值内,不影响既有立交桥的结构和运营安全,并一步提出相应的施工建议.     

隧道爆破开挖条件下地表建筑振动速度响应研究

为了研究隧道爆破开挖条件下地表建筑的振动速度响应规律,以福州高速公路魁岐1号隧道工程为例,对隧道上部地表建筑进行振动速度监测,同时结合隧道现场的实际施工情况,利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对隧道爆破开挖引起的地表建筑的振动速度响应进行了数值模拟。通过分析现场实测和数值模拟结果得出以下结论:对比不同爆源条件下,地表建筑测点的峰值振动速度随爆源距的增大而减小,而在相同爆源条件下,地表建筑测点的峰值振动速度随爆源距的增大呈现先减小而后迅速增大的现象;地表建筑测点的峰值振动速度随测点高度的增大有明显的放大效应,且测点高度越大,放大效应越明显;隧道开挖成型后的空洞对于地表建筑测点的峰值振动速度具有明显的空洞放大效应,且空洞距离建筑越近,放大效应越明显;考虑建筑测点峰值振动速度的空洞放大效应时,隧道开挖宜采用先开挖深埋硐室后开挖浅埋硐室的施工顺序。     

基于爆破荷载等效施加方法的振动波形预测与古建筑安全评估

隧道爆破开挖产生的振动对邻近的古建筑有着不容忽视的安全影响,为研究爆破振动波的传播规律以及预测地面振动效应和分析临近古建筑结构的安全性,以拉卜楞隧道为依托,采用现场实测结合数值模拟分析的方法,预测爆破荷载作用下拉卜楞寺的动力响应。结果表明：(1)随着单响总药量的增加,质点振动速度增大,衰减比也随之增大,说明高频振动衰减快,低频振动衰减慢;(2)通过理论计算将爆破荷载等效施加在弹性边界或隧道开挖轮廓面上,动力模拟结果表明在大于40 m的中远区两者振速变化规律趋于一致,故将荷载施加在开挖轮廓面上是合理的;(3)爆破地震波自由界面处体波经过反射形成沿表面传播的Rayleigh波,结合数值模拟山体内部地震波的传播规律发现,经反射叠加山体内部形成复杂的振动区;(4)当地震波到达拉卜楞寺最近点时,径向振速峰值为0.000 672 cm/s,垂向振速峰值为0.000 448 cm/s,合成振速峰值为0.000 807 cm/s,远小于古建筑安全振动控制标准。     

不同变形失稳模式下隧道围岩稳定性判据研究的进展

计算机模拟隧道围岩失稳研究的困难在于失稳模型不清楚、失稳判据不明确。本文综合分析了目前国内外应用的隧道稳定性判别方法,总结了不同变形失稳机制下的计算模型及其量化的破坏判据,分析了各种方法的研究进展和存在局限,为围岩稳定性数值模拟提供快速、合理、可操作的判据。     

隧道开挖有限元模型合理尺寸的选择

借助ANSYS有限元分析软件,采用弹塑性方法及Drucker-Prager屈服准则,利用开挖卸荷等效节点力原则,进行隧道二维平面应变模拟。同时,对不同模型尺寸下围岩的应力、变形结果进行对比分析。通过研究分析,确定有限元数值分析时合理模型尺寸,得到有益的结论,并为有限元模拟提供有意义的借鉴。     

考虑材料损伤累积的空间网格结构弹塑性分析建模方法

传统的轴向受力构件二次屈曲效应模拟方法计算结果在构件前次屈曲后残余变形及材料硬化效应不明显时与试验值差异较大,无法精确模拟,对此文中提出了考虑损伤累积效应的混合硬化材料模型结合纤维梁单元的轴向受力构件建模方法。通过试验数据与数值模拟结果的对比,表明该方法可以更精确地模拟构件在轴向往复荷载作用下二次屈曲及屈曲后的力学行为,是空间网格结构弹塑性分析时构件建模的适用方法,并通过最后的柱面网壳算例分析表明该方法的对网格结构弹塑性时程计算有较大意义。     

无限弹性介质中隧道内爆炸动力响应的解析解

基于圆柱形薄壳结构理论,建立爆炸荷载作用下隧道结构的动力平衡方程.采用积分变换法求得Fourier变换域内爆炸荷栽作用下隧道位移场的积分表达式.结合具体算例,采用离散Fourier逆变换的数值计算方法,给出了爆心处隧道位移时程曲线、最大正应力时程曲线及某一时刻隧道位移幅值和最大正应力在x方向的变化曲线.其结果与数值计算结果相一致,验证了方法的可行性.     

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...     

地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟研究

隧道围岩受地震荷载作用影响产生开裂变形,给交通、安全与经济带来极大影响,为提升隧道安全稳定性能,以某市隧道为对象,研究地震作用下深埋隧道围岩形变的数值模拟。综合考虑地震动作用与地震波扩散特性,利用FLAC软件构建三维动力模型;通过边界设置解决地震波反射问题,基于物理力学参数与地震荷载条件,通过相对变形法研究地震条件下深埋隧道围岩变形特性、能量聚集特性与安全性能。研究结果显示:深埋隧道围岩受地震荷载作用影响,形成挤让、椭圆化的变形走向;变形达到最高值时,应变能量密度高于2350 J/m^3的区域集中在隧道Ⅰ洞左侧围岩边墙和中夹岩柱上;各监测点安全系数呈非对称性,隧道右侧下角区域安全系数低于国家相关标准,计算结果与实际测量结果一致。     

线性粘弹介质中地震波场数值模拟

本文将以往两种粘弹介质中地震波模拟方法的优点结合起来，以模型理论和积分本构方程为基础，从理论上分析了模型对地震波场的影响；采用交错网格有限差分法对粘弹介质中的地震波进行数值模拟.数值计算结果表明该方法不仅便于计算，同时也便于从力学的角度来分析地震波的传播.数值计算结果与理论分析一致，说明这种方法可以更为有效地模拟粘弹介质中地震波的传播.     

行波作用下盾构法隧道复杂系统的弹塑性地震反应分析

本文基于盾构法隧道等效连续化计算模型,利用有限元法建立了在地震行波作用下复杂盾构法隧道系统弹塑性受力分析的模型和求解方法。通过算例验证了有限元法的适用性。对上海市穿越黄浦江的延安东路盾构法隧道复杂系统进行了地震行波作用下的反应分析,得出在地震作用下隧道内力大小、分布及其影响因素的诸多结论。     

打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律研究

为研究打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律，建立了考虑桩-土相互作用的二维有限元数值模型，并通过Lamb问题解析解验证了数值模型的有效性。通过分析打桩深度、土体阻尼比、打桩荷载等级和土质条件等因素的影响，研究了土体表面振动特性及振动衰减规律。参数分析表明，打桩深度对微振动的影响较小，在距振源一定距离处的土体表面振动响应基本保持一致；土体阻尼比对土体表面振动的影响显著，阻尼比越小，土体表面振动响应越剧烈；不同场地软硬条件影响微振动的限制距离，在一定距离范围内，土质越软，土体表面振动响应越显著，防振距离越长。基于参数分析结果，对峰值速度衰减曲线进行拟合，拟合公式计算结果与模拟结果较吻合，可为振动敏感建筑场地的选择提供参考。     

强震下混凝土剪力墙受弯模拟及测试实验研究

为提高混凝土剪力墙受弯性能计算的准确度,开展强震下混凝土剪力墙受弯性能试验研究。选取1个混凝土剪力墙对比试件和3个测试试件作为研究对象,对试件施加垂直荷载和水平荷载,模拟强烈地震作用力。试验前期准备工作完成后,建立分离式有限元模型,通过计算混凝土在受压和受拉状态下的损伤弹塑性刚度,完成对有限元模型中混凝土塑性损伤分析,在此基础上,计算混凝土剪力墙受弯承载力。利用有限元模型对3个测试试件进行模拟试验,结果表明,强烈地震后3个试件的荷载-位移曲线均与实际位移值接近,且混凝土剪力墙受弯承载力试验结果与实际值的误差在2%以内,表明试验研究方法具有一定的可行性,数值模拟结果较为准确。     

软土地区浅埋偏压小净距隧道空间效应研究

通过对本构破坏准则的探讨,选取Mohr-Coulomb等面积圆屈服理论作为模型的破坏准则,将岩体的c、(φ)值进行修正,使其更适合于软土地区浅埋偏压的小净距隧道,进而建立有限元三维弹塑性数值模型,对米家寨隧道空间效应进行模拟,研究软土体中浅埋偏压小净距隧道施工过程中开挖面的空间约束作用,并对其双线隧道开挖面的合理间距作出分析.以米家寨隧道为例,开挖面对纵向20 m以内围岩具有一定的空间约束作用、30 m以内围岩具显著的空间约束作用且塑性应变较大,左右线隧道开挖面纵向合理间距应控制在30 m左右,通过Matlab计算机编程和再进行工地现场的监测,分析数据证实了所得结论的正确性,为实际的工程提供了理论依据.