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轨道交通荷载对埋地管道的影响分析

轨道交通荷载对埋地管道的影响分析

作者：戚双星佛山科学技术学院

学位级别：硕士

近年来,埋地管道的破坏造成大量人员伤亡和财产损失的报道不断增加。虽然对埋地管道问题的研究文献很多,但有关交通荷载特别是轨道交通荷载作用影响的报道很少。大规模轨道交通网络建设及埋地管道激增,轨道交通荷载诱发埋地管道二次振... 详细信息

近年来,埋地管道的破坏造成大量人员伤亡和财产损失的报道不断增加。虽然对埋地管道问题的研究文献很多,但有关交通荷载特别是轨道交通荷载作用影响的报道很少。大规模轨道交通网络建设及埋地管道激增,轨道交通荷载诱发埋地管道二次振动产生破坏影响的重要性逐渐引起重视。本文基于振源、传播路径和结构物的链式系统振动原理,尝试采用理论分析与数值模拟相结合的方法,开展轨道交通荷载对埋地管道的动力影响分析,将为更好的解决轨道交通荷载引起的埋地管道破坏问题提供理论依据,对进一步研究埋地管道的安全评判标准提供科学依据,具有重要的现实意义和社会意义。首先,研究作为振源的列车-轨道体系的动力响应。分析了列车荷载特性,然后基于三种不同的列车—轨道简化模型,建立轨道交通系统研究模型,推导得到列车移动荷载下轨道与土体接触面的竖向位移动力响应半解析解;并研究分析轨道交通荷载作用下轨道的临界速度以及与轨道耦合作用下的受迫振动特性;并用自编MATLAB程序,结合已有文献验证分析方法及数值模拟轨道竖向位移半解析解的正确性。其次,研究分析矩形移动简谐荷载作用下土体的动力响应。以矩形移动简谐荷载模拟列车荷载作用;基于Navier’s动力方程和Biot理论,建立矩形移动简谐荷载作用下粘弹性半空间体和横观各向同性饱土体控制方程;应用傅里叶变换得到动荷载下土体动力响应半解析解;通过公式退化验证和数值算例验算相结合方法,验证分析方法正确性;用自编MATLAB程序,数值模拟分析矩形移动简谐荷载作用下粘弹性半空间体竖向位移响应和横观各向同性饱和土体水平和竖向位移动力响应。最后,研究分析轨道交通荷载作用对横观各向同性饱和土体中埋地管道的动力响应影响。建立饱和土体中管道与轨道垂直、平行、斜交三种空间位置下埋地管道研究模型;采用初参数法分析埋地管道位移及内力,推导出不同空间位置下饱和土体中埋地管道动力响应解的表达式;通过公式退化方法,验证分析方法正确性;用自编MATLAB程序,数值模拟与分析管道与轨道空间位置(埋深和水平距离)、列车荷载(大小和速度)以及管道截面形式(矩形和圆环形)等因素变化对埋地管道动力响应的影响,得到一些具有一定工程实际意义的结论。

关键词：轨道交通荷载埋地管道饱和土体影响分析

考虑初始含水率分布的覆盖层边坡非饱和入渗过程与稳定性计算方法

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工程地质学报 2022年第4期30卷 999-1009页

作者：史振宁戚双星刘登生长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室中国长沙410114 长沙理工大学土木工程学院中国长沙410114 中交(天津)生态环保设计研究院有限公司中国天津300450

根据覆盖层边坡特性设计室内降雨试验模型,提出初始含水率分布沿高程呈反比例分布。根据边坡表面未饱和时降雨入渗受总降雨量控制的基本假设,建立了不排水状态下覆盖层边坡降雨入渗的解析计算方法。基于上述降雨入渗理论,考虑非饱和土... 详细信息

根据覆盖层边坡特性设计室内降雨试验模型,提出初始含水率分布沿高程呈反比例分布。根据边坡表面未饱和时降雨入渗受总降雨量控制的基本假设,建立了不排水状态下覆盖层边坡降雨入渗的解析计算方法。基于上述降雨入渗理论,考虑非饱和土抗剪强度变化规律,建立适用于非饱和覆盖层边坡的边坡稳定性计算方法。分析了覆盖层厚度、初始含水率分布参数以及覆盖层边坡角度对边坡稳定性的影响规律。具体结论如下:(1)覆盖层边坡内部初始含水率分布可采用反比例分布近似表示,基于总降雨量控制假设,得到可考虑初始含水率分布的覆盖层边坡降雨入渗解析计算方法。(2)基于半无限空间体边坡假设,给出覆盖层边坡在降雨入渗条件下不同位置滑动面的稳定系数计算方法。(3)在相同降雨量条件下,边坡初始稳定性随覆盖层土体厚度的增加而下降。降雨入渗对覆盖层边坡稳定性的影响随着上覆土层厚度的增加而减小。(4)当降雨量相同时边坡稳定性随着覆盖层土体初始含水率分布参数的增加而下降,降雨时间越长,初始含水率分布对边坡稳定的影响越明显。(5)不同角度的覆盖层边坡稳定性均随降雨量增加而逐渐减小。在初始状态下边坡角度增加所引起的最小稳定系数下降幅度最大,随着降雨量的增加,边坡稳定性受角度影响逐渐减小。

关键词：覆盖层边坡含水率降雨入渗边坡稳定性

湿热循环作用下中风化花岗岩强度损伤特性研究

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地下空间与工程学报 2023年第6期19卷 1800-1808页

作者：胡星宇高乾丰曾铃戚双星邹成长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 长沙理工大学土木工程学院长沙410114

为研究湿热环境下花岗岩强度损伤机制,对经历不同湿热循环作用预处理的中风化花岗岩试样进行单轴抗压强度试验和巴西劈裂试验,分析恒湿冷热循环、恒温干湿循环和热干-冷湿循环对花岗岩单轴抗压强度、弹性模量、劈裂强度及损伤因子的影... 详细信息

为研究湿热环境下花岗岩强度损伤机制,对经历不同湿热循环作用预处理的中风化花岗岩试样进行单轴抗压强度试验和巴西劈裂试验,分析恒湿冷热循环、恒温干湿循环和热干-冷湿循环对花岗岩单轴抗压强度、弹性模量、劈裂强度及损伤因子的影响规律。结果表明:中风化花岗岩的单轴抗压强度、弹性模量均与湿热循环次数呈指数衰减关系,在冷热循环、干湿循环、热干-冷湿循环30次后,单轴抗压强度相较于初始状态的降幅依次为13.63%、19.76%和21.54%,弹性模量的降幅依次为42.78%、50.34%和53.78%;劈裂强度与湿热循环次数呈近似线性衰减关系,在冷热循环、干湿循环、热干-冷湿循环30次后,劈裂强度相较于初始状态的降幅依次为38.59%、65.65%和71.53%;通过损伤分析,发现考虑温、湿度耦合变化的热干-冷湿循对中风化花岗岩强度的损伤效应最显著,干湿循环造成的损伤效应次之,且劈裂强度较单轴抗压强度更易受到长期湿热循环的损伤作用。

关键词：中风化花岗岩湿热循环单轴抗压强度劈裂强度损伤因子

粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

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土木与环境工程学报(中英文) 2022年

作者：付宏渊戚双星史振宁高乾丰匡波曾铃长沙理工大学土木工程学院长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室长沙理工大学交通运输工程学院广西交通设计集团有限公司

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题，采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机，利用粉砂质泥岩相似材料试样，开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构... 详细信息

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题，采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机，利用粉砂质泥岩相似材料试样，开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型，以7 MPa围压下蠕变试验结果为例，对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。研究结果表明：试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关，随着偏应力的增加，试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系；在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多，且非常短时间内就发生了蠕变破坏；提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型，该模型能描述粉砂质泥岩蠕变–破坏全过程的蠕变变形规律，反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性，克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。

关键词：粉砂质泥岩蠕变试验加速蠕变蠕变特性本构模型

降雨入渗条件下土质边坡含水率分布与浅层稳定性研究

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岩土力学 2020年第3期41卷 980-988,1085页

作者：史振宁戚双星付宏渊曾铃何忠明方睿敏长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

设计一种可以测量土体体积含水率的降雨入渗试验模型,通过试验得到土体初始含水率分布状态以及降雨入渗条件下土体含水率变化规律。在此基础之上,结合非饱和土抗剪强度理论与极限平衡理论,得到降雨入渗条件下土质边坡浅层稳定性计算方... 详细信息

设计一种可以测量土体体积含水率的降雨入渗试验模型,通过试验得到土体初始含水率分布状态以及降雨入渗条件下土体含水率变化规律。在此基础之上,结合非饱和土抗剪强度理论与极限平衡理论,得到降雨入渗条件下土质边坡浅层稳定性计算方法。对杭新景高速公路七里连接线工程沿线土质边坡稳定性进行分析,具体结论如下:可采用含水率分布参数A、修正系数λ、μ表征的反比例函数表示自然状态下土体的初始含水率分布规律。含水率分布参数对边坡稳定性影响表现为随着A值的增大,边坡初始稳定性逐渐下降,边坡受降雨影响的敏感程度也随之下降。降雨强度相同时,初始表面含水率越大引起边坡失稳所需的降雨时间越短;降雨时间相同时,初始表面含水率越大引起边坡失稳所需的降雨强度越小。在相同地下水位条件下,边坡降雨强度与导致边坡失稳所需的降雨时间成反比。

关键词：降雨入渗土质边坡含水率分布边坡稳定性降雨强度-历时曲线

某污水管网改造工程穿越不良地层顶管施工技术

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人民黄河 2023年第S1期45卷 116-117,122页

作者：邹建戚双星杨成海罗睿李江林中化学南方建投(江西)有限公司江西赣州341499

为研究某污水管网改造工程穿越不良地层顶管施工技术,依托某在建市政管网工程,根据地勘资料对顶管施工前的不良地质进行双液注浆预加固处理,再进行顶管施工,并围绕整个施工过程对临近既有房屋沉降监测结果进行分析。结果表明:采用双液... 详细信息

为研究某污水管网改造工程穿越不良地层顶管施工技术,依托某在建市政管网工程,根据地勘资料对顶管施工前的不良地质进行双液注浆预加固处理,再进行顶管施工,并围绕整个施工过程对临近既有房屋沉降监测结果进行分析。结果表明:采用双液注浆工艺能有效改善不良地层强度,减小了与花岗岩层物理力学性质差异,处理后的地层整体性更好,避免了施工过程中发生顶管机头上翘的问题;同时,可有效控制临近建筑物沉降,使其累计竖向位移逐渐趋于稳定,累计竖向位移都控制在1 cm以内,未出现超限情况。

关键词：污水管网顶管施工不良地层双液注浆

粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

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土木与环境工程学报（中英文） 2024年第3期46卷 1-8页

作者：付宏渊戚双星史振宁高乾丰匡波曾铃长沙理工大学土木工程学院长沙410114 长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 广西交通设计集团有限公司南宁530029

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型... 详细信息

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,以7 MPa围压下蠕变试验结果为例,对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。结果表明:试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关,随着偏应力的增加,试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系;在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多,且非常短时间内就发生了蠕变破坏;提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型,该模型能描述粉砂质泥岩蠕变-破坏全过程的蠕变变形规律,反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性,克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。

关键词：粉砂质泥岩蠕变试验加速蠕变蠕变特性本构模型

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文化强国馆项目主体钢结构吊装施工技术分析

建筑结构 2023年第S2期53卷 1795-1799页

作者：戚双星曾远来伍衡张雨杰李兵中化学南方建投(江西)有限公司赣州341499

随着我国经济的快速发展,建筑钢结构吊装施工技术不断发展,正在随钢结构建筑的快速发展而不断被大量应用。在钢结构施工中吊装方案是整个施工方案的重点与难度,为解决文化强国馆项目施工过程中存在的主体钢结构吊装施工难题,针对钢柱、... 详细信息

随着我国经济的快速发展,建筑钢结构吊装施工技术不断发展,正在随钢结构建筑的快速发展而不断被大量应用。在钢结构施工中吊装方案是整个施工方案的重点与难度,为解决文化强国馆项目施工过程中存在的主体钢结构吊装施工难题,针对钢柱、钢梁和悬挑梁吊装施工技术进行分析。本文首先介绍了本项目的工程概况;然后,针对本项目中钢结构吊装施工特点,合理选择吊装施工中吊装机械;最后,分别对钢柱、钢梁和悬挑梁的施工吊装方案进行了分析。结果表明,选用3台塔吊和2台汽车吊辅助吊装是可行的;选择的吊装机械设备下的吊装方案可以满足柱、钢梁和悬挑梁吊装的要求。研究成果为本项目后续主体钢结构吊装施工提供施工技术保证,对类似钢结构工程中的主体钢结构吊装施工具有借鉴意义。

关键词：文化强国馆钢结构吊装方案施工技术

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起重吊装车辆荷载对混凝土底板的影响分析

产业创新研究 2022年第20期 145-147页

作者：姜观荣戚双星曾远来中化学南方建投(江西)有限公司江西赣州341499

为研究混凝土底板在起重吊装车辆荷载作用下的安全性,以在建文化强国馆项目为例,采用数值模拟方法,建立了80吨汽车吊行走工况下和在40吨运输车辆行走工况下的底板承载力计算模型,分别计算了混凝土底板承载力与实际所受弯矩。研究结果表... 详细信息

为研究混凝土底板在起重吊装车辆荷载作用下的安全性,以在建文化强国馆项目为例,采用数值模拟方法,建立了80吨汽车吊行走工况下和在40吨运输车辆行走工况下的底板承载力计算模型,分别计算了混凝土底板承载力与实际所受弯矩。研究结果表明:(1)在汽车吊工况下,跨中实际板的最大弯矩为54.78 kN·m/m远低于抗弯承载力215.4 kN·m/m的极限值,混凝土底板抗弯承载力均满足要求;(2)运输车辆工况下,楼板所受最大弯矩值出现在车辆后轮位置,最大弯矩值为81.08 kN·m/m,也远低于抗弯承载了极限值,混凝土底板抗弯承载力均满足要求;(3)上述计算过程中未考虑荷载扩散及底板上所铺设钢板,实际状态下两种工况荷载对底板的影响更小。因此,在运输车辆和汽车吊工况下地下室底板承载力均满足要求。

关键词：文化强国馆车辆荷载混凝土底板有限元软件