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高铁泥岩隧道围岩蠕变对仰拱底鼓的影响

铁道工程学报 2024年第3期41卷 80-85页

作者：梁庆国岳建平周稳弟孙纬宇李景兰州交通大学兰州730070

研究目的:针对泥岩地区高铁隧道修建过程中出现的仰拱底鼓病害,本文采用参数反演与数值模拟相结合的方法,全面分析围岩蠕变对仰拱底鼓的影响,并采用锚杆支护与仰拱加强的工程措施对仰拱底鼓进行治理。研究结论:(1)Burgers模型能较好地... 详细信息

研究目的:针对泥岩地区高铁隧道修建过程中出现的仰拱底鼓病害,本文采用参数反演与数值模拟相结合的方法,全面分析围岩蠕变对仰拱底鼓的影响,并采用锚杆支护与仰拱加强的工程措施对仰拱底鼓进行治理。研究结论:(1)Burgers模型能较好地符合泥岩表现出的明显的衰减蠕变和稳定蠕变特征;(2)随着时间的增加,围岩不断向洞内发生变形,且隧道拱顶沉降、水平收敛和拱底隆起一直在增大,并经历了三个阶段:瞬时变形阶段、衰减蠕变阶段与稳定蠕变阶段;(3)仰拱结构内力随着蠕变时间增加同样在增大,并在蠕变一定年限后,仰拱填充中心的拉应力将超过混凝土的抗拉强度,导致仰拱填充沿中心位置开裂;(4)锚杆支护的最优长度为5 m,最佳间距为0.9~1.2 m,在此基础上通过加强仰拱来进一步抑制仰拱底鼓变形,并且建议仰拱支护强度选用C30~C40;(5)本研究结果可为类似工程的建设与施工提供建议与参考。

关键词：泥岩隧道仰拱底鼓参数反演数值模拟底鼓控制

基于矢量IMs的浅埋偏压黄土隧道地震易损性

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 432-440页

作者：林峻岑孙纬宇李国玉严松宏佟浩中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 兰州交通大学土木工程学院兰州730070 中国科学院大学北京100049

为从概率角度对浅埋偏压黄土隧道的地震易损性进行定量评价,采用基于黏弹性边界的波动输入方法,并通过增量动力分析对土-结构相互作用有限元模型进行大量非线性动力时程计算,评估20个地震动强度参数(IMs),然后基于标量IM和矢量IMs分别... 详细信息

为从概率角度对浅埋偏压黄土隧道的地震易损性进行定量评价,采用基于黏弹性边界的波动输入方法,并通过增量动力分析对土-结构相互作用有限元模型进行大量非线性动力时程计算,评估20个地震动强度参数(IMs),然后基于标量IM和矢量IMs分别对浅埋偏压黄土隧道展开地震易损性分析.结果表明:地表峰值速度(效益性指标ζ=0.15)是最适合的IM,其次是速度谱强度(ζ=0.20)和谱速度峰值(ζ=0.22);相比于标量IM,基于矢量IMs的拟合效果更好,可降低结构损伤预测的离散性;在建立地震易损性曲面时需考虑2个IMs之间相关性的影响以确定曲面的有效取值范围;采用标量IM会低估或高估隧道实际的损伤概率.基于矢量IMs可对隧道的地震易损性作出更准确的评估.

关键词：偏压隧道增量动力分析地震易损性地震动强度参数易损性曲面

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地震波斜入射下浅埋偏压双隧道地震响应分析

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 259-265,407页

作者：朱辉严松宏孙纬宇欧尔峰林峻岑汪精河兰州交通大学土木工程学院兰州730070 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室兰州730070

浅埋偏压隧道上覆岩土体薄弱,承受荷载不对称,在地震作用下的动力稳定性较差且易发生灾害。为研究其在地震作用下的动力响应特征,首先,基于波动理论将地震波转换为黏弹性人工边界上的等效节点荷载,建立了SV波斜入射时的荷载计算公式;其... 详细信息

浅埋偏压隧道上覆岩土体薄弱,承受荷载不对称,在地震作用下的动力稳定性较差且易发生灾害。为研究其在地震作用下的动力响应特征,首先,基于波动理论将地震波转换为黏弹性人工边界上的等效节点荷载,建立了SV波斜入射时的荷载计算公式;其次,在ANSYS中编制APDL程序实现了黏弹性人工边界的自动生成和地震荷载的自动输入;最后,基于该输入方法,研究了某浅埋偏压双洞隧道在不同洞距时衬砌主应力的分布规律。结果表明:地震波斜入射时两隧道衬砌应力均为不对称的X型分布,随着洞距的增大,深埋侧隧道应力分布逐渐趋于对称,浅埋侧隧道应力分布无明显变化;当洞距达到4D(D为最大洞径)后,浅埋侧隧道对深埋侧隧道的影响可以忽略。因此,认为地震波斜入射时浅埋偏压双隧道的合理洞距为4D。

关键词：偏压隧道地震波斜入射合理洞距地震响应

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黄土地层圆形地铁隧道地震易损性评价

Journal of Central South University 2024年第3期31卷 950-964页

作者：孙纬宇林峻岑马勤国严松宏佟浩梁庆国 School of Civil Engineering Lanzhou Jiaotong UniversityLanzhou 730070China National and Local Joint Engineering Laboratory for Disaster Prevention and Control Technology of Road and Bridge Engineering Lanzhou 730070China State Key Laboratory of Subtropical Building Science South China University of TechnologyGuangzhou 510641China

黄土隧道抗震多采用确定性分析方法。考虑地震动的随机性,采用拟静力法对黄土地层中的浅埋地铁隧道在横向地震作用下的地震易损性进行分析,施加一维分析计算的位移得到隧道的地震响应,然后通过Python程序输出最大损伤指标。采用相关性... 详细信息

黄土隧道抗震多采用确定性分析方法。考虑地震动的随机性,采用拟静力法对黄土地层中的浅埋地铁隧道在横向地震作用下的地震易损性进行分析,施加一维分析计算的位移得到隧道的地震响应,然后通过Python程序输出最大损伤指标。采用相关性、有效性、实用性和效益性等判定准则遴选出最优地震动强度参数。根据易损性函数,建立了基于地表峰值加速度(PGA)和地表峰值速度(PGV)的易损性曲线以评估隧道的抗震性能。结果表明:不同PGA条件下隧道衬砌的易损部位沿共轭45°方向发生偏转;PGA和PGV是预测隧道在不同损伤状态下损伤概率的合适强度参数;隧道拱顶空洞会增大隧道的地震易损性;处于较软工程场地的隧道更容易遭受地震破坏。

关键词：黄土隧道地震易损性评价抗震性能损伤指标拟静力分析

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黄土地层浅埋地铁车站结构地震易损性分析

西南交通大学学报 2024年

作者：孙纬宇朱辉严松宏梁庆国张建哲杨斌张戎令兰州交通大学土木工程学院中国铁路建设集团管理有限公司甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室

为研究黄土场地地铁车站的地震易损性，以黄土地区某典型两层三跨地铁车站结构为例，基于黏弹性边界的地震动输入方法对该地铁车站结构进行了增量动力分析（IDA），对37个地震动强度指标的有效性、实用性和效益性进行了综合评价，选出... 详细信息

为研究黄土场地地铁车站的地震易损性，以黄土地区某典型两层三跨地铁车站结构为例，基于黏弹性边界的地震动输入方法对该地铁车站结构进行了增量动力分析（IDA），对37个地震动强度指标的有效性、实用性和效益性进行了综合评价，选出了适合该场地条件和车站结构断面形式的地震动强度指标，并采用双参数对数正态分布模型建立了该地铁车站结构的地震易损性曲线和破坏状态概率曲线，以此得到该地铁车站结构在某一强度地震作用下各性能水准的超越概率和发生不同破坏状态的概率。结果表明：加速度、速度相关型指标更适合作为地震动强度指标来预测地下结构的地震响应，位移相关型以及比值型指标不宜作为地震动强度指标；多遇地震作用下车站结构发生破坏的概率较小，设防地震作用下车站结构以轻微破坏为主，罕遇地震作用下车站结构以轻微破坏和中等破坏为主。研究可为黄土地层基于性能的地铁车站的抗震设计提供参考。

关键词：地铁车站抗震性能地震动强度参数增量动力分析易损性分析

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片岩隧道围岩稳定性与断面轮廓分形维数关系

兰州交通大学学报 2024年第04期 79-86页

作者：马统洲孙纬宇严松宏佟浩汪精河朱沛林兰州交通大学土木工程学院

在薄层状片岩隧道中，隧道超欠挖对于围岩稳定性有一定的影响。通过Python编程，采用盒维数法计算断面轮廓分形维数的方法，对某隧道10个超欠挖断面进行分形维数的计算。并通过数值模拟的方法，计算了薄层状片岩隧道在超欠挖状态下拱顶... 详细信息

在薄层状片岩隧道中，隧道超欠挖对于围岩稳定性有一定的影响。通过Python编程，采用盒维数法计算断面轮廓分形维数的方法，对某隧道10个超欠挖断面进行分形维数的计算。并通过数值模拟的方法，计算了薄层状片岩隧道在超欠挖状态下拱顶的应力集中系数和最大位移影响系数，作为评价围岩稳定性的指标。结合分形理论建立的断面轮廓分形维数与薄层状片岩隧道围岩稳定性关联模型，发现分形维数和围岩稳定性的最佳函数关系为线性关系，回归系数为0.87;而超欠挖百分比与二者并没有直接的线性关系。研究此种围岩条件下隧道超欠挖与围岩受力状况之间的规律关系，对指导薄层状片岩中隧道的开挖有现实意义。

关键词：分形维数盒维数法数值模拟围岩稳定性关联模型

隧道泄水洞与连接通道交叉段不同工法施工力学效应分析

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兰州交通大学学报 2024年第1期43卷 1-7,43页

作者：杜嘉轩严松宏孙纬宇曹明星杨康兰州交通大学土木工程学院兰州730070 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室兰州730070

以松树湾隧道大修中增建泄水洞段为依托工程背景,提出了连接通道与泄水洞交叉段的2种施工方案,采用数值模拟的方法,并通过与现场监测数据的对比,验证了有限元模型的有效性,分析了两种工法下衬砌和钢拱架受力变形特征。结果表明:1)采用... 详细信息

以松树湾隧道大修中增建泄水洞段为依托工程背景,提出了连接通道与泄水洞交叉段的2种施工方案,采用数值模拟的方法,并通过与现场监测数据的对比,验证了有限元模型的有效性,分析了两种工法下衬砌和钢拱架受力变形特征。结果表明:1)采用圆弧平滑连接与直角形连接均能保证衬砌变形与受力的安全性;2)采用直角式连接时,衬砌具有较不利的空间几何特征,会出现应力集中现象,而采用圆弧平滑连接,可以避免衬砌在空间上出现棱边等不利特征,因此更具有优越性;3)过渡区段施工时,其最不利断面为转弯段与连接通道、泄水洞连接的公用断面;4)通过对两种施工方法下隧道的衬砌变形和受力状态的工法对比,在连接通道与泄水洞连接处现场施工时,建议采用圆弧平滑过渡。

关键词：泄水洞连接通道圆弧平滑连接直角形连接工法对比

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考虑流变效应的泥岩隧道仰拱变形特征研究

现代隧道技术 2023年第4期60卷 116-127页

作者：张崇辉梁庆国孙纬宇岳建平张兴臣兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为探讨泥岩流变效应对隧道结构长期受力变形规律的影响,采用Burgers模型进行流变数值计算,将计算结果与国内外类似情况的隧道长期监测数据进行对比讨论,以验证其合理性和正确性。结果表明,流变效应下,运营期内围岩有整体向内“流动”变... 详细信息

为探讨泥岩流变效应对隧道结构长期受力变形规律的影响,采用Burgers模型进行流变数值计算,将计算结果与国内外类似情况的隧道长期监测数据进行对比讨论,以验证其合理性和正确性。结果表明,流变效应下,运营期内围岩有整体向内“流动”变形的趋势,其中基底隆起最为明显,且仰拱变形呈现出中间大两端小的“枣核状”,仰拱及填充层位移均随时间呈增长趋势,50 a后基本保持稳定;填充层处于受拉状态,各部位最大主应力随时间持续增长,在距拱脚1/4洞径处出现峰值,接近C25混凝土抗拉强度;实际工程中,仰拱底鼓特征表现为长时效、难收敛,因此,对泥岩类隧道设计施工时要考虑泥岩流变特性及其对隧道结构长期变形受力的影响。

关键词：流变效应 Burgers模型泥岩仰拱变形底鼓

地下结构地震反应位移法地基弹簧刚度求解及影响因素分析

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2023年第6期42卷 679-685页

作者：王磊磊严松宏杨斌孙纬宇张戎令兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中国铁路建设集团管理有限公司北京100161

为研究地基弹簧刚度的影响因素,分别讨论土体弹性模量、土体泊松比、结构高度、结构宽度、结构埋深以及结构底板到基岩距离与地基弹簧刚度的关系,并基于静力有限元计算结果,提出考虑多因素作用的计算弹簧刚度的综合建议公式,以某两层三... 详细信息

为研究地基弹簧刚度的影响因素,分别讨论土体弹性模量、土体泊松比、结构高度、结构宽度、结构埋深以及结构底板到基岩距离与地基弹簧刚度的关系,并基于静力有限元计算结果,提出考虑多因素作用的计算弹簧刚度的综合建议公式,以某两层三跨地铁车站结构为例验证该建议公式的有效性。研究结果表明:弹簧刚度随土体弹性模量增大呈线性增长,结构高度对边墙弹簧刚度影响较大,结构宽度对顶板、底板的弹簧刚度影响较大。利用综合建议公式计算所得结构内力与有限元法计算结果最接近,说明该公式适用于地基弹簧刚度简化计算。

关键词：地下结构反应位移法弹簧刚度系数抗震计算