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作者：叶腾超重庆交通大学

学位级别：硕士

悬浮隧道,英文名“Submerged Floating Tunnel”,简称“SFT”,是一种跨越水域的新型交通结构物。基本组成为:管体、支撑系统、基础结构、驳岸结构,其力学原理是依靠重力、浮力、锚固力共同作用达到平衡。和传统的跨海交通运输方式相比,... 详细信息

悬浮隧道,英文名“Submerged Floating Tunnel”,简称“SFT”,是一种跨越水域的新型交通结构物。基本组成为:管体、支撑系统、基础结构、驳岸结构,其力学原理是依靠重力、浮力、锚固力共同作用达到平衡。和传统的跨海交通运输方式相比,悬浮隧道具有布置灵活、不受恶劣气候条件的影响、对自然景观能最大程度的保护、经济效益高等诸多优点,使其在解决各国海岛与陆地相连接、海峡通道等领域扮演越来越重要的角色。正是这种潜在的巨大工程应用价值,悬浮隧道正成为当今隧道领域的前沿课题。在水平洋流作用于悬浮隧道单管段的条件下,结构外型的选取与优化是研究的主要问题,本文主要采用FLUENT软件进行悬浮隧道二维绕流模型计算和三维管段模型计算。二维方法的目的是:确定悬浮隧道管段的最优横断面类型;三维方法的目的是:在假定的工程参数下,计算出悬浮隧道在建造完成后运营阶段的应力应变值,为设计提供一些工程参考。本文主要开展以下三方面的工作:1.概述悬浮隧道在水中所受的环境荷载,重点对洋流力和波浪力进行理论分析。洋流作用于悬浮隧道时,对拖曳力的计算以及升力的形成原理进行详细的阐述,并且对洋流作用下悬浮隧道的涡激效应原理进行理论分析;波浪作用于悬浮隧道时,针对假定的工程参数,阐明采用Morison方程计算波浪力的理论基础。2.采用FLUENT有限元软件进行二维绕流计算,计算过程采用控制变量法,在三种变量截面顶部转角θ、截面过渡缓和倒角半径r、洋流流速v综合作用时,假设其中两个变量保持不变,调整第三个变量,进行流场特性、压差阻力、表面压力系数的计算分析。通过绕流计算,可得出不同断面参数的悬浮隧道在洋流场中的力学特性:（1）v、r不变,θ变化。θ增大,横断面上最大压力减小、结构压差阻力减小,结构稳定性增强。（2）v、θ不变,r变化。r增大,横断面上最大吸附力减小,应力集中区域减小,对尾流区涡激有明显的抑制。（3）θ、r不变,v变化。v增大,横断面上压力、吸附力增大,结构压差阻力增大,结构受到流体扰动增大。3.采用FLUENT有限元软件进行三维管段计算,在三种变量截面顶部转角θ、截面过渡缓和倒角半径r、洋流流速v综合作用时,假设其中两个变量保持不变,调整第三个变量,进行结构应力应变的计算。通过结构响应计算,可得出以下结论:（1）v、r不变,θ变化。适当增大θ,能减小结构所受洋流力,减小管体上的应力和应变,削弱悬浮隧道的结构响应。（2）v、θ不变,r变化。r的取值过大或过小都不是最佳选择,建议r的取值在1.5m.5m范围。（3）θ、r不变,v变化。v增大,流体对结构扰动频率成倍数增长,结构响应加剧,建议在低流速或中等流速区域修建悬浮隧道,最好选择1～2m/s。

关键词：悬浮隧道截面参数数值模拟涡激效应结构响应

单轴受拉条件下混凝土细观准脆性损伤模型理论及试验研究

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单轴受拉条件下混凝土细观准脆性损伤模型理论及试验研究

作者：高谭坤重庆交通大学

学位级别：硕士

混凝土等准脆性材料，在外荷载或环境变化条件下，材料内部的微缺陷不断演化，导致结构的强度、刚度下降，以致最终破坏。研究混凝土受载过程中损伤特性的发展规律对混凝土结构的破坏预测、安全评价与可靠性分析具有非常重要的意义。本... 详细信息

混凝土等准脆性材料，在外荷载或环境变化条件下，材料内部的微缺陷不断演化，导致结构的强度、刚度下降，以致最终破坏。研究混凝土受载过程中损伤特性的发展规律对混凝土结构的破坏预测、安全评价与可靠性分析具有非常重要的意义。本文依托重庆市建设科技计划项目“准脆性材料尺寸效应及强度计算研究”，开展了混凝土在单轴受拉条件下材料损伤演化过程与力学性能的研究，取得了以下主要成果：借鉴平行杆类模型和随机损伤模型的思想，将混凝土试件抽象成由一系列的代表性体积单元串联而成，每个代表性体积单元都是由理想弹脆性的弹簧、弹塑性杆件和两端的刚性板组（弹簧来模拟混凝土材料的断裂损伤，弹塑性杆来模拟韧性损伤），建立了能够模拟损伤过程中微缺陷发展的相互作用的混凝土细观准脆性损伤模型。新建立的损伤模型能够更合理地描述临界状态前混凝土损伤在热力学过程和几何过程上的分布与性状。基于混凝土单轴受拉特性、声发射试验和现代非线性科学相关理论确定了特征应变的取值。根据混凝土的非均质特性，基于修正平行杆模型，引入各相材料的力学参数屈服概率密度函数和断裂概率密度函数分别服从于Weibull分布和正态分布的假设，并在此基础上推导了损伤演化方程，将得到的混凝土细观准脆性损伤模型与其他学者基于平行杆模型思想的修正平行杆模型及随机损伤模型进行了对比分析，论证了本论文推演模型在损伤描述和参数选取的合理性，并通过算例进行了进一步的验证。对9组混凝土试件进行了间接拉伸试验，为全面深入地研究混凝土在单轴拉伸条件下的应力—应变关系以及混凝土力学性能的变化规律提供了可信的试验数据，并将试验结果与细观准脆性损伤模型计算结果进行了对比分析，验证了细观准脆性损伤模型的合理性。

关键词：混凝土损伤准脆性损伤损伤模型间接拉伸试验

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节理岩体变形参数尺寸效应及REV问题研究

节理岩体变形参数尺寸效应及REV问题研究

作者：王鑫重庆交通大学

学位级别：硕士

本文围绕节理岩体变形参数尺寸效应及REV问题研究这一主题展开，基于各向异性弹性体理论及等效连续体理论，应用通用离散程序，研究了节理岩体等效弹性模量的尺寸效应及REV并对其可能的影响因素进行分析。本文的主要工作内容包括以下内... 详细信息

本文围绕节理岩体变形参数尺寸效应及REV问题研究这一主题展开，基于各向异性弹性体理论及等效连续体理论，应用通用离散程序，研究了节理岩体等效弹性模量的尺寸效应及REV并对其可能的影响因素进行分析。本文的主要工作内容包括以下内容：第一、总结了节理岩体强度及变形参数的研究现状，节理岩体强度及变形特征尺寸效应及REV研究的现状;第二、简要介绍了本文研究所应用的理论及方法，包括：节理岩体等效连续模型，节理统计特征及节理岩体力学变形性质，各向异性弹性体理论，二维离散元程序;第三、建立多种工况的规则节理岩体模型，考察其等效弹性模量的尺寸效应及REV值变化规律，通过求解模型的应力—应变曲线关系，对各向异性弹性体理论的适用性进行验证。分析节理参数对其等效弹性模量尺寸效应及REV的影响。工况类型包括：（1）分布有一组、二组、四组规则节理岩体模型工况分析（2）节理倾角工况分析（3）节理间距工况分析（4）节理剪切刚度与法向刚度之比K值工况分析;第四、采用已有文献的实测节理参数数据，建立随机节理岩体模型，研究所建模型的等效弹性模量的尺寸效应并求解其REV值;第五、在已确定所建模型的REV值后，考察节理参数对节理变形性质的影响。经过以上的研究，得出了结论：对所建规则节理岩体模型：（1）节理倾角对所建节理岩体模型等效弹性模量的尺寸效应及REV值没有影响;（2）规则节理岩体模型的REV值约为模型节理间距的4倍;（3）节理切向刚度与法向刚度的比值对节理岩体等效弹性模量及REV值没有影响;（4）节理岩体的等效弹性模量与节理密度呈反比，与节理间距成反比,与节理切向刚度与法向刚度之比K值呈正比。在不同节理倾角下，节理岩体的等效弹性模量呈现出各向异性。对所建随机节理岩体模型，其等效弹性模量显示出了明显的尺寸效应，可以取4m作为模型的REV值。

关键词：节理岩体等效弹性模量尺寸效应 REV 节理参数

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悬浮隧道结构选型关键参数理论研究

悬浮隧道结构选型关键参数理论研究

作者：徐国勇重庆交通大学

学位级别：硕士

悬浮隧道,英文名译为Submerged Floating Tunnel,简称SFT,是一种能够用于跨越江河湖泊、海湾、海峡和其他水道的一种新型管状交通构筑物。与传统隧道的不同在于隧道结构完全被水包围,既不在地层上也不穿越地层,其力学原理是利用结构自... 详细信息

悬浮隧道,英文名译为Submerged Floating Tunnel,简称SFT,是一种能够用于跨越江河湖泊、海湾、海峡和其他水道的一种新型管状交通构筑物。与传统隧道的不同在于隧道结构完全被水包围,既不在地层上也不穿越地层,其力学原理是利用结构自身的重量、水体对结构的浮力和锚固力三者的平衡作用,来达到隧道结构悬浮于水中一定深度的目的。这种新型交通结构形式具有通行时间短、不受极端自然天气的影响、建造地点选择较为自由、对自然景观能达到最大程度保留、经济效益高、建造费用合理等等众多优点,这将使得未来悬浮隧道在解决各国岛屿与陆地连接、海湾通道和近海岸工程建设等领域扮演越来越重要的角色。正是这种潜在的巨大工程应用价值,悬浮隧道正成为现今隧道专业方向新的研究领域。本文针对悬浮隧道主要开展了以下研究工作:1.概述了悬浮隧道在水环境下所受到的荷载作用类型,并对各种荷载加以归纳总结。2.对波浪理论做了简要介绍,重点对波浪和水流对悬浮隧道的作用力进行了计算方法分析,同时对波流联合作用下的悬浮隧道管段结构作了分析,并得到了运用定常流理论来计算水流对悬浮隧道的荷载值。3.对流固耦合基本原理做了详细介绍,并对流体运动方程和湍流模型做了详细说明,用来分析流体运动的实质力学原理,对流体运动有一个清晰的认识。4.运用有限元软件建立二维模型,利用流固耦合原理,分析在八种断面形式下,悬浮隧道管段截面周边的流场、压力场分布规律,并加以研究总结。5.运用有限元软件构建三维模型,利用流固耦合原理,参考前者分析结果,选择3种断面形式,在改变洋流流速、悬浮深度、断面类型3种影响悬浮隧道结构选型的关键参数下,分析隧道管体的位移分布和应力应变分布情况,并对结果作分析研究,确定最为合适的断面形式,为将来悬浮隧道的断面设计、工程建设提供一些参考。

关键词：悬浮隧道荷载作用波浪理论定常流流固耦合有限元

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小马厂隧道塌方处治工程措施关键技术研究

小马厂隧道塌方处治工程措施关键技术研究

作者：赵殿国重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国交通基础建设的蓬勃发展,高速公路隧道建设在交通建设中的比例越来越大,随着我国修建的隧道越来越多,则在修建过程中遇到的不良地质灾害问题也日益增多,从而也滋生了一系列的工程问题,列如隧道塌方。本文主要以雅安至康定高速... 详细信息

随着我国交通基础建设的蓬勃发展,高速公路隧道建设在交通建设中的比例越来越大,随着我国修建的隧道越来越多,则在修建过程中遇到的不良地质灾害问题也日益增多,从而也滋生了一系列的工程问题,列如隧道塌方。本文主要以雅安至康定高速公路卢康段小马厂隧道的反复塌方工程事故作为研究背景,对隧道塌方处治工程的关键技术及参数优化开展了研究,主要研究内容和所得成果如下:（1）采用数值模拟方法,分别对塌方段采取三种开挖方法进行了模拟。结果表明:开挖方法为双侧壁导坑法时,隧道周边围岩的变形、支护结构的内力和围岩的拉应力及塑性区面积减小程度较为明显。在对隧道塌方段的施工中,应采用双侧壁导坑法开挖。（2）采用数值模拟方法,分别对塌方段采取不同外插角度的超前小导管支护进行了模拟。结果表明:超前小导管的增设能有效限制围岩的拱顶沉降、改善支护结构的受力,并能减小围岩的塑性区大小和塑性应变。小导管外插角度越大,注浆加固区径向厚度越大,隧道围岩稳定性越好。外插角在15°增大至25°时支护效果较为明显,从25°增大至30°时对于塌方段支护效果的改善程度不大。在实际施工过程中,超前小导管的外插角度宜采用25°～30°;若打设双排小导管,外插角宜采用第一排30°,第二排25°。（3）采用数值模拟方法,对塌方段开挖采取超前大管棚支护进行了模拟。结果表明:增设超前大管棚后,隧道拱顶上方塌方体覆盖区段的围岩变形明显减小,支护结构的受力值和隧道拱顶上方围岩的拉应力值均明显变小。超前大管棚的增设对塌方断面围岩稳定性提高明显,有必要对塌方段开挖前施作超前大管棚。（4）通过理论分析和数值模拟的方法,得出隧道塌方处治工程关键技术主要有:塌方段前的原支护结构加固、塌方段掌子面掘进开挖方法的变更以及塌方段增设超前支护。同时塌方段施工过程中,隧道拱顶上方坍塌体覆盖的区域的围岩稳定性较差,应加强对该区域的围岩变形和结构内力监测。

关键词：隧道塌方开挖方法超前小导管超前大管棚

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砂化白云岩段帷幕注浆影响因素研究

砂化白云岩段帷幕注浆影响因素研究

作者：罗昊重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国交通基础建设的蓬勃发展,隧道建设在交通建设中的比例越来越大,重要程度也越来越高,现如今很多时候,隧道已经成为了一个工程项目的控制性工程。但是随着修建的隧道越来越多,在修建过程中遇到的不良地质情况也日益增多。对隧道... 详细信息

随着我国交通基础建设的蓬勃发展,隧道建设在交通建设中的比例越来越大,重要程度也越来越高,现如今很多时候,隧道已经成为了一个工程项目的控制性工程。但是随着修建的隧道越来越多,在修建过程中遇到的不良地质情况也日益增多。对隧道工程中遇到的不良地质和相关技术在不良地质中的应用进行相关研究,可以为以后的施工和设计提供相应的指导和借鉴,为安全施工提供保障,因此是很有必要的。本文以重庆市郊铁路(轨道延长线)尖顶坡至璧山段缙云山隧道工程为背景,对帷幕注浆工程在白云岩砂化段隧道中应用的相关问题进行了研究,进行了以下几个方面的工作:1)分析了缙云山隧道白云岩砂化的两个必要前提条件:(1)有水流经过岩体;(2)岩体可溶且自身具有裂隙。而白云岩因为砂化的程度不同而会产生明显的分层,自上而下依次为上层粉质黏土、中层白云岩砂、下层白云岩砂;而在白云岩砂化的过程中,含量最多的CaO、MgO逐渐减少,SiO含量逐渐增加;AlO、FeO通过与SiO结合经过沉淀形成次生粘土矿物,各种元素的累计或溶蚀过程与白云岩砂化溶蚀过程呈现一定的相关性。2)综合分析了影响帷幕注浆的几个主要因素,主要从注浆压力、材料的选择及浆液的配比、注浆厚度几个方面来分析。给出了注浆压力的计算方法和经验公式;分析了注浆过程中升压的方式:一次升压和分次升压,并分别阐述了二者适用的情况;分析了对比了三种不同注浆材料(单液水泥浆、双液浆、超细水泥)适用的工程情况,及常用的材料配比;给出了三种不同的注浆加固圈厚度计算公式,并利用理论公式和经验公式对缙云山隧道帷幕注浆加固圈厚度进行了计算,得出了最佳注浆圈厚度为6m的结论。3)利用ansys建模进行数值模拟分析,建立了三个注浆材料加固围岩的三维模型,通过分析三个模型的计算结果,得出了双液浆是最适合缙云山隧道白云岩砂化段帷幕注浆工程的注浆材料;建立了一个可以改变注浆加固圈厚度的二维模型,通过改变加固圈厚度记录衬砌结构受力变化情况,发现加固圈厚度对改善结构受力有一定作用,但是作用不大,结合上一个结论中加固圈厚度与防渗水之间的关系,可以得出注浆加固圈厚度对防渗水有较大作用,而对改善结构受力作用不明显的结论,结合防渗水量计算确定最佳注浆厚度参数为6m。4)以缙云山隧道K2+0031+973白云岩砂化段帷幕注浆工程为例,系统阐述了缙云山隧道砂化白云岩地质段超前帷幕注浆工程的施工方案及过程,就材料选取、参数设计、工艺功法和注浆结果分析进行了详细介绍,总结了缙云山隧道帷幕注浆工程的经验和教训:(1)砂化白云岩粉细砂层中,帷幕注浆的关键因素为注浆压力、注浆材料和帷幕厚度;(2)白云岩砂化段粉细砂充填型溶腔应采用高压劈裂注浆,注浆终压建议为3Mpa,具体实践中可以通过试验取值。并尽量采用超细注浆材料补强,形成高强、早强、均匀型和连续性较好的固结体帷幕,有效地阻断地下水通道,将隧道开挖范围内的水尽量挤向远处。成孔工艺亦是制约注浆质量的主要问题,前进式注浆工艺能够较好的解决成孔质量问题,但应结合现场条件合理调整分段长度,针对白云岩砂化段采取前进式分段注浆工艺,分段长度以0.5米为宜;(3)由于地层的不均一性,地层的吸浆能力差异较大,对于吸浆量大的地层若采用超细水泥,势必增加资金投入,造成资源浪费,因此在注浆过程中应根据具体情况选择适当的注浆材料以保证施工的社会效益和经济效益,具体工程中可以先进行双液浆灌注形成维护圈,再进行超细水泥的局部补强;(4)注浆厚度公式可采用经验公式计算,方便简单,一般地层中可取开挖半径值。这些经验为相关隧道帷幕注浆工程提供了借鉴和参考。5)提出了未来帷幕注浆技术在砂化白云岩岩溶地质中应用的相关问题的研究方向,为后续研究提供了一定的思路。

关键词：白云岩砂化帷幕注浆 ANSYS模型工程实例

悬浮隧道张力腿布置选型及关键参数数值模拟研究

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悬浮隧道张力腿布置选型及关键参数数值模拟研究

作者：冯治霖重庆交通大学

学位级别：硕士

水中悬浮隧道,英文全称Submerged Floating Tunnel（简称SFT）,是一种新型的水下交通形式,在社会发展日新月异的今天,传统的跨水域交通模式如海底隧道、沉管隧道以及跨海大桥等方式虽已得到长足运用,但在某些特殊情况下,例如超长距离跨... 详细信息

水中悬浮隧道,英文全称Submerged Floating Tunnel（简称SFT）,是一种新型的水下交通形式,在社会发展日新月异的今天,传统的跨水域交通模式如海底隧道、沉管隧道以及跨海大桥等方式虽已得到长足运用,但在某些特殊情况下,例如超长距离跨越水域、海底地形起伏剧烈、地质条件不适宜采用时,需要另辟蹊径,悬浮隧道就是基于此考量而提出的一种新型的、全新的交通结构形式,成为了当下各国研究的热点。悬浮隧道除了上部管体型式、接头等需要开展专题研究外,其支撑型式对工程的成败同样具有重要意义。本文针对悬浮隧道张力腿,在调研相关文献的基础上,采用数值分析方法,综合考虑张力腿布置选型及几个关键参数,研究不同工况下张力腿的力学响应。论文的主要研究工作包括以下几个方面。（1）简要介绍了张力腿的三种典型结构布置形式:A、W、M,梳理悬浮隧道外部海洋环境下所受的荷载种类,介绍隧道结构所受洋流力和波浪力相关计算理论及公式,为数值模拟计算提供了相应的理论基础。（2）考虑张力腿布置形式、张力腿数量n、锚索布置角度θ（与竖直方向夹角）及洋流流速v等主要计算参数,按正交组合法确定了数值计算工况,采用数值仿真软件ABAQUS开展仿真计算工作,得到单节独立的悬浮隧道结构及张力腿锚索在定常洋流作用下的静力学响应。并分别以张力腿锚索应力以及隧道管体位移及变形量作为评判指标,研究合理的张力腿布型及参数。（3）考虑洋流载荷等可能会对悬浮隧道结构产生激励而引发共振效应,在既有张力腿布置方案上,针对三种布型下20°和30°倾角结构进行了动力学分析计算,对比分析悬浮隧道的多种振动模态及其固有频率;并分析了不同倾角不同流速时管体动载效应,对张力腿的布型及相关参数进行深入研究。本文研究所得出的张力腿支撑系统的理想布置方案及其关键布置参数的建议值,对将来可能实施的施工设计具有一定的参考价值。

关键词：悬浮隧道张力腿参数静力分析动力分析

基于交通特性的城区公路隧道口噪声特征研究——以厦门市为例

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基于交通特性的城区公路隧道口噪声特征研究——以厦门市为例

作者：涂斯彬重庆交通大学

学位级别：硕士

噪声污染已成为空气污染之后对人类身体健康有直接影响的第二大环境公害。而城市交通噪音自1970年以来成为全球环境危害的关键问题,也是环境四大公害之一。世界范围内日益城市化的趋势给扩张中的城市和新发展中的城市都带来交通问题。... 详细信息

噪声污染已成为空气污染之后对人类身体健康有直接影响的第二大环境公害。而城市交通噪音自1970年以来成为全球环境危害的关键问题,也是环境四大公害之一。世界范围内日益城市化的趋势给扩张中的城市和新发展中的城市都带来交通问题。隧道交通的发展是应对城市交通压力的一个优化解决方案,但也带来了新的噪音污染。厦门市多山,面积小,公路隧道交通具有典型特色,是国内隧道密度居于前列的城市,隧道噪音污染也成了隧道口居民小区环境噪声的主要来源之一。本文通过研究厦门市城市公路隧道噪音与车流关系,比较隧道内外噪音特征,旨在提出减缓隧道噪音污染的治理措施。研究主要结论为:1.本研究采用自动监测设备与人工监测相结合,获取了厦门市典型公路隧道不同类型的交通噪音的传播数据,拟合了交通特性与噪声关系,噪声与车流显著相关,噪声理论值与实测相当。2.本研究通过分析厦门市隧道交通流在不同时间的噪声反馈特征,周一到周五的工作日中,噪声特征表现相似,显示出规律性的车流特征。而周六周日表现出与工作日不同的车流噪声反馈规律。在噪声的日变化过程中,噪声强度表现为:隧道内>隧道外,白天>夜间,在0-4时噪声为一天中的低值,8点18点上下班高峰隧道交通噪声出现峰值,隧道外噪声的变化>隧道内。厦门市公路典型隧道交通噪声表现为白天>晚上,隧道内>隧道外,不同隧道类型,以及车流速度等因素影响隧道噪声强度和分布,城市下穿隧道(会展隧道)噪声大于(>)山体隧道(钟鼓山隧道)。3.噪声分布与车流量有同步对应关系,隧道中不同车型对噪音影响不同,大型车辆相关系数大于中小型车,厦门市公路隧道噪声与车流相关性可用线性方程回归预测。4.厦门市公路隧道内噪声值大部分超过70 d B,超过标准限值,噪音风险评价显示隧道内噪声可能对人体存在潜在伤害。不同隧道类型隧道内噪声日变化不同,下穿隧道会展隧道每天的噪声L10、L50、L90,表现出相似的规律,而山体隧道钟鼓山隧道则出现波动。下穿隧道会展隧道白天噪声平均A声级Ld为79.0-89.7,远超白天噪声标准值70d B;夜间噪声平均A声级Ln为75.0-80.7,也远超夜间噪声标准值55d B,属于噪声污染严重区域。5.在隧道口噪音随着距离增加呈现衰减,植被的遮挡有利于噪声的衰减。隧道口噪声随着楼层上升而增大,出现拐点后下降,最后区域平缓。针对隧道口噪声传播特征,注重政策措施与管理手段,采用适合厦门隧道降噪的钢结构盖板截水沟技术相结合,做好洞口路面过度顺接,将隔音设施融入隧道洞口整体设计,结合居民小区降噪措施立体化管控噪声污染,防范噪音风险。

关键词：隧道噪声车流噪声评价防治措施风险评价

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渗流作用下泥砂岩互层隧道力学效应研究

渗流作用下泥砂岩互层隧道力学效应研究

作者：甘霖重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国交通强国战略逐步推进,在交通建设过程中遇到长、大、深隧道的情况难以避免。隧道修建过程中遇到需要穿越富水地层的情况不断增加,其中泥砂岩呈互层状的富水岩体极为常见。隧道施工常在该富水地层中出现拱顶较大变形、初支严重... 详细信息

随着我国交通强国战略逐步推进,在交通建设过程中遇到长、大、深隧道的情况难以避免。隧道修建过程中遇到需要穿越富水地层的情况不断增加,其中泥砂岩呈互层状的富水岩体极为常见。隧道施工常在该富水地层中出现拱顶较大变形、初支严重开裂、塌方等工程问题。因此,研究渗流作用下泥砂岩互层隧道的力学效应具有较大的实际意义。目前,针对渗流作用下泥砂岩互层隧道稳定性的研究相对较少。本文以重庆市渝长高速公路两江隧道作为工程依托,主要从以下几方面对渗流作用下泥砂岩隧道力学效应进行相关研究:(1)在大量查阅国内外研究资料的基础上,综合阐述了流固耦合基本理论。依据实际工程,建立考虑流固耦合作用与未考虑流固耦合作用的对比工况,通过两者间的对比分析,研究渗流作用对泥砂岩互层隧道围岩与支护结构的影响。分析了流固耦合作用对围岩渗流场、位移场、应力场、塑性区、锚杆应力、衬砌应力的影响;(2)通过将现场拱顶下沉与周边收敛的实际监控量测数据与数值模拟结果相比较,验证数值模拟结果的准确性。为工程实际开挖过程中的应力、应变控制提供理论依据;(3)通过MIDAS/GTS有限元软件,研究泥砂岩互层隧道在以不同视倾角、倾向角、互层层厚作为控制因素时的围岩渗流场、位移场、应力场、塑性区、锚杆应力、衬砌应力的分布规律。

关键词：流固耦合隧道稳定性渗流场应力场位移场

基于流固耦合的深海悬浮隧道悬浮动力响应影响研究

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基于流固耦合的深海悬浮隧道悬浮动力响应影响研究

作者：何志重庆交通大学

学位级别：硕士

沟通海峡、海湾两侧的交通建筑在全球不同地方得到了广泛地应用,例如多种多样的海底隧道和跨海大桥。但这些传统的跨海通道在面对超宽阔的海峡是就显得没有什么可行性了。这就为新型的沟通海域两岸的交通方式——水中悬浮隧道的产生,提... 详细信息

沟通海峡、海湾两侧的交通建筑在全球不同地方得到了广泛地应用,例如多种多样的海底隧道和跨海大桥。但这些传统的跨海通道在面对超宽阔的海峡是就显得没有什么可行性了。这就为新型的沟通海域两岸的交通方式——水中悬浮隧道的产生,提供了前提。Submerged Floating Tunnel简称SFT,即水中悬浮隧道,这种新兴的沟通不同海域之间的交通方式,产生于二十世纪,它的原理在于达到隧道重力、隧道受到的浮力和隧道构架结构之间各种作用力的平衡,从而让隧道能够稳定在水中的某个深度下。这种新兴的沟通不同海域的交通方式有下面三种优势:第一,构建水中悬浮隧道受到的地理因素约束少。这是在于SFT对所在地的地理环境造成的影响小;第二,减少了交通时间和距离。相比于跨海大桥和海底隧道,SFT因为其构建位置的物理性质,使得在沟通相同的海峡之间,SFT的跨度最小;第三,同样的,SFT对所在地的生态环境影响是最小的。综合这些优点,SFT这种新兴的交通方式有着广泛的应用前景和市场价值。这也让这种交通方式,成为隧道研究的新方向。对于SFT,本文进行了下面三项探索:首先,对于Cnoidal理论、Stokes理论、Solitary理论等非线性波理论和线性波理论,进行了介绍。还介绍了波浪力作用理论,并着重介绍了Morison方程和该方程的适用范围和条件。其次,对于SFT在水中受到的流体力学作用进行了说明。对于海水在SFT周边流动的时候造成的影响进行分析。对变形固体在流场作用下的力学原理、公式和方法进行了分析。然后给出了两种经典的流固耦合解析式,即迭代耦合和直接耦合。最后对上面的力学原理和解析式进行了详细分析,并通过计算机辅助设备ADINA对流固耦合进行了求解和分析。然后描述了悬浮隧道有限元模型的建立过程,并在不同的工况下(不同的悬浮深度,不同的结构断面,不同的η取值,不同的洋流流速)进行了数值模拟。分析的不同影响因素下隧道管体的不同响应,得出了悬浮隧道动力响应的特点。

关键词：悬浮隧道流固耦合有限元数值模拟