Seismic response of underground utility tunnels: shaking table testing and FEM analysis

Underground utility tunnels are widely used in urban areas throughout the world for lifeline networks due to their easy maintenance and environmental protection capabilities. However, knowledge about their seismic performance is still quite limited and seismic design procedures are not included in current design codes. This paper describes a series of shaking table tests the authors performed on a scaled utility tunnel model to explore its performance under earthquake excitation. Details of the experimental setup are first presented focusing on aspects such as the design of the soil container, scaled structural model, sensor array arrangement and test procedure. The main observations from the test program, including structural response, soil response, soil-structure interaction and earth pressure, are summarized and discussed. Further, a finite element model (FEM) of the test utility tunnel is established where the nonlinear soil properties are modeled by the Drucker-Prager constitutive model; the master-slave surface mechanism is employed to simulate the soil-structure dynamic interaction; and the confining effect of the laminar shear box to soil is considered by proper boundary modeling. The results from the numerical model are compared with experiment measurements in terms of displacement, acceleration and amplification factor of the structural model and the soil. The comparison shows that the numerical results match the experimental measurements quite well. The validated numerical model can be adopted for further analysis.     

采用等效弹簧边界分析埋地管线在沉陷情况下的反应

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏重要原因之一.到目前为止,国内外对沉陷区埋地管线的反应分析甚少.为了真实地分析管线在沉陷情况下的反应,通过引入一个非线性弹簧,作为分析埋地管线在沉陷情况下反应的边界条件,以代替远处直线段管线的变形,将管线模拟成四节点薄壳单元,土介质简化为弹塑性弹簧,采用线性位移加载来模拟土体的沉陷作用,对有限元模型进行计算分析.通过实例计算,得出了管线的控制力,找出了管线的控制截面,为沉陷区埋地管线的设计提供一定的理论依据.     

斜拉管线桥的竖向地震反应分析

在我国四川，为了使管线跨越涪江，建造了一个斜拉管线桥，本文给出了斜拉管线桥在竖向地震作用下的计算模型，在该计算模型中，桥塔视为轴向刚性，缆索看作为单向弹簧。本文还导出了缆索竖向抗拉刚度的计算公式，利用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程，建立了斜拉管线桥体建立在竖向地震作用下的运动微分方程，使用反应谱方法，对斜拉管线桥体系进行了竖向地震反应分析。     

小波变换在探地雷达探测地下管线信号处理中的应用

阐述了小波变换的基本理论,给出了小波变换在探地雷达方面的应用实例．认为小波变换时频局域性好,是分析非平稳信号的有效工具之一。实例分析表明,小波方法在城市地下管线探测信号去除噪音分析处理方面具有优异性能。能有效提高探地雷达探测地下管线的精度。     

地铁暗挖施工引起的管线与地层沉降关系研究

依托北京地铁4号线公益西桥站工程,建立结构-地层-管线三维弹塑性数值模型,基于管线周边地层沉降及地表沉降实测数据分析,研究西南出入口暗挖施工上方管线周边地层变形规律。通过现场实测数据、数值模拟及经验公式计算结果综合对比,分析了管线刚度对地层变形抵制作用的影响。研究表明：管土相对刚度小于0.18时,管线与土体沉降差小于5%,可用经验公式计算出的管线轴线处地层沉降代替管线沉降。随管线刚度的增大,管线对土体变形的抑制作用逐渐增强,沿深度方向地层沉降量增大速率减小,并会出现负增长,甚至出现地层沉降小于地表沉降的情况。通过对数值计算结果的拟合分析,提出了刚性接头管线与地表沉降比和管土相对刚度的经验公式。工程实例应用结果表明,计算值与实测值偏差小于4%,验证了该方法的适用性。     

山西开建最长煤层气输气管线

日前,山西省投资建设的最长煤层气输气管线项目——国电集团山西临原煤层气利用工程开工。工程建成后,可解决晋西北15个县（市）居民生活用气和沿线氧化铝、金属镁等大工业用户用气。     

富有挑战性的Torquay镇非开挖内衬修复工程

本文简要介绍了英国Torquay镇下水道修复工程的概况,该修复工程采用BRAWOLINER？3D内衬修复系统,详细介绍了工程的特点和技术的挑战性。     

基于二维地下管线数据快速建立地下管网三维场景

随着地下空间应用的不断深入,二维信息不能准确表达管线之间的空间关系,三维空间信息系统更加适合地下空间数据的表达。本文主要论述了二维地下管线数据向地下管网三维场景的快速建立,以及在建立过程中出现的各种问题,经反复实验解决问题,最终实现了地下管网三维场景的快速构建、三维管线浏览、信息查询等功能。     

透空导流板对海底管线冲刷防护的试验研究

基于海底管线周围流场复杂,管线运行过程中易于出现冲刷悬空破坏等诸多特征。本文根据导流板作用下海底管线的冲刷防护机理,提出了一种透空导流板与海底管线结合的防冲刷措施。通过量纲分析得到了影响海底管线冲刷深度的无量纲公式,并通过物理模型试验,研究了单向流作用时,不同流速、不同管孔比、不同透水比的工况下透空导流板对海底管线的冲刷防护的影响。研究发现,由于透空导流板的存在,泥沙受到的推移力减小,导致泥沙淤积,海底管线的冲坑深度小于无导流板防护的冲坑深度,透空导流板防护的管线最大冲刷深度在管轴线前0.3 D处,且在管线下方冲刷坑深度明显减小。基于试验资料分析,拟合得到了平衡冲刷深度的计算公式,其公式与实测资料拟合较好,说明该公式具有较好的适用性。