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平面SV波垂直入射下浅埋双圆隧道复合衬砌解析解及减震力学机理分析

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岩土工程学报 2018年第2期40卷 321-328页

作者：高波王帅帅申玉生范凯祥西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中交第二公路工程局有限公司陕西西安710065

基于波函数展开法,给出了平面SV波入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力集中系数解析解,建立了小净距隧道减震层力学模型,并深入研究了低频SV波入射下洞室间距和减震层对衬砌动应力集中的影响。分析结果表明：洞室... 详细信息

基于波函数展开法,给出了平面SV波入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力集中系数解析解,建立了小净距隧道减震层力学模型,并深入研究了低频SV波入射下洞室间距和减震层对衬砌动应力集中的影响。分析结果表明：洞室间距对衬砌的动应力有显著影响,随着洞室之间距离增大,左右洞室衬砌动应力集中系数降低;当洞室间距小于4倍洞室直径时,必须考虑双洞的相互影响;洞室中间部分围岩动应力集中系数较大;在围岩和衬砌间设置减震层,由于减震层刚度低,可以减小围岩对隧道的径向作用力,减震层可以降低衬砌动应力20%左右,但同时围岩切向动应力增大。

关键词：平面SV波圆形隧洞减震层衬砌动应力集中系数

穿越不良地质段山岭隧道动力模型箱设计及其试验验证

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振动与冲击 2019年第8期38卷 80-87页

作者：赵建沣高波范凯祥周鹏发申玉生西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

在地震模拟隧道振动台模型试验研究中,模型箱设计合理与否,将直接关系到隧道结构动力响应数据的可靠性。以高烈度地震区穿越不良地质地段山岭隧道工程为依托,主要设计了穿越基覆交界面隧道整体式刚性模型箱和穿越活动断层隧道错动式刚... 详细信息

在地震模拟隧道振动台模型试验研究中,模型箱设计合理与否,将直接关系到隧道结构动力响应数据的可靠性。以高烈度地震区穿越不良地质地段山岭隧道工程为依托,主要设计了穿越基覆交界面隧道整体式刚性模型箱和穿越活动断层隧道错动式刚性模型箱,通过模态分析,分析了土-箱共振和箱体承载力问题,提出了模型箱加固技术方案,避免模型土-模型箱结构的共振和承载力不足的问题。采用8 m×10 m大型振动台开展两种不同条件下山岭隧道结构动力响应研究,试验及分析结果表明两种不同地质条件下振动台模型箱具有良好的边界性能,提高了不良地质段隧道结构动力响应的试验结果的可靠性,为同类地震动模型试验模型箱研究奠定了基础。

关键词：隧道工程错动式刚性模型箱整体式刚性模型箱模态分析高性能振动台模型试验

平面P波入射下浅埋平行双洞隧道注浆加固减震机制

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岩土力学 2018年第2期39卷 683-690页

作者：王帅帅高波范凯祥申玉生张涛西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中交第二公路工程局有限公司陕西西安710065

地震动作用下小净距隧道双洞之间存在动力放大效应,依托某强震区小净距盾构隧道工程,基于傅里叶贝塞尔级数展开法,给出了平面P波垂直入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力解析解,深入研究了洞室间距、隧道全环注浆... 详细信息

地震动作用下小净距隧道双洞之间存在动力放大效应,依托某强震区小净距盾构隧道工程,基于傅里叶贝塞尔级数展开法,给出了平面P波垂直入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力解析解,深入研究了洞室间距、隧道全环注浆加固参数对衬砌动应力集中的影响。研究表明:洞室间距对衬砌的动应力有显著影响,随着洞室之间距离减小,左右洞室衬砌动应力明显放大;2.5倍洞径可以作为双洞洞室动力临界净距,当洞室间距小于2.5倍洞径时,应进行抗减震设计;注浆全环加固隧道周边土体,可以明显降低衬砌动应力,随着注浆加固区土体刚度增加,衬砌动应力幅值减小;结合工程实际,建议注浆加固区厚度取0.5倍的洞室半径值,加固区岩体和围岩剪切波速度之比取1.2。

关键词：平面P波小净距隧道注浆加固减震机制动应力集中系数

地震作用下振动台试验刚性模型箱侧壁柔性材料研究

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岩石力学与工程学报 2018年第10期37卷 2415-2424页

作者：张涛高波范凯祥郑清黄海峰申玉生赵洪督西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

岩土工程振动台试验中模型箱的边界效应直接影响试验数据的可靠性,在刚性模型箱侧壁内衬柔性材料已经成为减弱边界效应的一种重要方法。基于振型叠加法原理,建立土–箱–柔性材料集中质量模型,推导模型箱侧壁合理设置柔性材料参数的理... 详细信息

岩土工程振动台试验中模型箱的边界效应直接影响试验数据的可靠性,在刚性模型箱侧壁内衬柔性材料已经成为减弱边界效应的一种重要方法。基于振型叠加法原理,建立土–箱–柔性材料集中质量模型,推导模型箱侧壁合理设置柔性材料参数的理论公式,并分析柔性材料的弹性模量、厚度、泊松比、密度、阻尼比变化对模型箱边界效应的影响。结果表明,当输入波及岩土体参数确定后,柔性材料的设计转化为求解不定方程。在输入波和岩土体参数下,采用所推导的理论公式与数值计算2种方法得出柔性材料最优弹性模量值的误差仅为3.3%,且该柔性材料参数下模型箱内土体的位移与自由场的最大误差仅为3.7%,说明运用公式求解的柔性材料参数对减弱刚性模型箱边界效应具有明显效果,理论公式在岩土工程振动台模型试验中模型箱边界的设计方面具有重要的参考价值。

关键词：隧道工程岩土模型试验边界效应柔性材料刚性模型箱振动台试验振型叠加法

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穿越黏滑断层分段接头隧道模型试验研究

岩土力学 2019年第11期40卷 4450-4458页

作者：闫高明申玉生高波郑清范凯祥黄海峰西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室

数次大地震震害调查表明,隧道穿越断层处是受地震破坏较为严重的区域。为此,基于地震动能量的传播与释放特征,建立了一种穿越断层隧道结构抗减震的设计理念,并提出了一种穿越断层隧道节段接头形式。以跨断层龙溪隧道为依托,采用振动台... 详细信息

数次大地震震害调查表明,隧道穿越断层处是受地震破坏较为严重的区域。为此,基于地震动能量的传播与释放特征,建立了一种穿越断层隧道结构抗减震的设计理念,并提出了一种穿越断层隧道节段接头形式。以跨断层龙溪隧道为依托,采用振动台模型试验研究了单一错动方式与断层错动-震动综合加载方式下带有接头的衬砌结构响应。研究结果证明:强震作用下,地震波对穿越断层隧道的影响是不可忽略的,断层错动-震动综合加载方式是合理的;新型接头能够自身适应性变形协调减轻隧道结构震害,节段间接头的设置改变了隧道的变形形态,提高隧道整体抗震能力;同时减小了衬砌的环向破坏,消弱了节段间地震力的传递,实现了衬砌震害的局部化。由于接头的设置,上盘隧道结构震害集中在距断层1.8倍洞径的范围内,下盘处隧道衬砌震害集中在距断层1.2倍洞径范围内;上盘的衬砌震害主要是由错动-震动联合作用造成的,而下盘衬砌震害主要受地震动的影响。

关键词：隧道工程节段接头动力响应断层错动振动台试验

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富硫化氢隧道注碱固硫机理与数值模拟

中国公路学报 2019年第8期32卷 145-155页

作者：范凯祥申玉生高波周鹏发郑清王帅帅西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中交第二公路工程局有限公司陕西西安710065

隧道工程穿越区域性含油气地层或煤系地层经常会遇到硫化氢和瓦斯等有毒有害气体。在隧道掌子面前方围岩体内部预注碱液是从根本上去除硫化氢的方法,利用碱液与硫化氢在围岩内部发生化学反应,从而达到固硫的目的。通过分析隧道围岩气-... 详细信息

隧道工程穿越区域性含油气地层或煤系地层经常会遇到硫化氢和瓦斯等有毒有害气体。在隧道掌子面前方围岩体内部预注碱液是从根本上去除硫化氢的方法,利用碱液与硫化氢在围岩内部发生化学反应,从而达到固硫的目的。通过分析隧道围岩气-液两相流渗流机理和渗流场-化学场耦合机理,基于Van-Genuchten模型建立考虑硫沉积条件下的围岩气-液两相流渗流场-化学场耦合运移方程,给出解耦方法和计算流程,引入碱液有效饱和度的定义并推导有效饱和度方程。通过对比分析考虑耦合与不考虑耦合条件下、不同注碱压力条件下和不同钻孔布置条件下碱液饱和度、压力和流速分布,研究了围岩注碱固硫和瓦斯抽采的运移规律。研究结果表明,在围岩渗透率较低,硫化氢浓度较高的条件下,隧道掌子面内碱液饱和度在考虑耦合作用时明显低于不考虑耦合作用,应考虑硫沉积堵塞围岩孔隙而造成孔渗结构损伤的影响。注碱压力较小时,碱液饱和度分布局限于隧道掌子面范围内,随着注碱压力的增加,碱液饱和度向隧道围岩深部扩散,碱液压力在5~10 MPa时,碱液均匀向围岩四周扩散,有利于吸收硫化氢和驱替瓦斯,应根据围岩物理力学特性,采用中、低压注入碱液,提高固硫效率。加密钻孔间距可显著提高隧道掌子面内碱液压力和流速分布,验证了同等条件下,小间距钻孔布置具有较高的渗流能力和瓦斯驱替能力,实际工程中应根据围岩地质条件,通过数值模拟和现场试验,综合对比钻孔布置的经济性与注碱固硫的效率来确定钻孔间距和数量。研究成果可为富硫化氢和瓦斯隧道的灾害治理提供参考。

关键词：隧道工程注碱固硫机理渗流场-化学场耦合硫化氢瓦斯

平面Rayleigh波入射下饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的动力响应

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岩土工程学报 2022年第3期44卷 444-455,I0004,I0005页

作者：范凯祥申玉生闻毓民黄海峰王帅帅高波西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中交第二公路工程局有限公司陕西西安710065

基于Biot波动理论,采用Fourier-Bessel级数展开法,建立了平面Rayleigh波入射下,饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的散射力学模型,求解了频域内复合式衬砌的动应力集中系数、孔压集中系数的解析解,通过参数化分析,研究了Rayleigh波在不同入射... 详细信息

基于Biot波动理论,采用Fourier-Bessel级数展开法,建立了平面Rayleigh波入射下,饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的散射力学模型,求解了频域内复合式衬砌的动应力集中系数、孔压集中系数的解析解,通过参数化分析,研究了Rayleigh波在不同入射频率作用下,内衬和外衬的刚度比、厚度比、隧道埋深等因素对复合式衬砌动力响应的影响规律。结果表明,入射频率对复合式衬砌的动应力集中系数和孔压集中系数的空间分布和幅值影响显著;增大内衬和外衬的刚度比、厚度比可以显著降低外衬的动应力集中系数和孔压集中系数,最大降幅可达90%以上,但会显著放大内衬的动应力集中系数,而且超过一定幅值后,对外衬的减震效果影响有限,建议内衬和外衬刚度比取值范围为2~4,厚度比取值范围为1~2;随埋深的增大,内衬的动应力集中系数逐渐降低,Rayleigh波对浅埋隧道动力响应的影响更为显著。研究成果可为水下隧道的抗减震设计提供理论支撑。

关键词：隧道工程饱和土 Rayleigh波浅埋隧道复合式衬砌动力响应

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穿越软硬围岩隧道设置减震层振动台试验研究

土木工程学报 2019年第9期52卷 109-120,128页

作者：范凯祥申玉生高波郑清闫高明王帅帅黄海峰西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中交第二公路工程局有限公司陕西西安710065

以西部高烈度地震区浅埋公路隧道为依托,通过大型振动台模型试验,研究隧道穿越软硬围岩段在地震荷载作用下设置减震层的动力响应特性,并采用数值模拟方法对试验结果进行验证分析。试验及数值计算结果表明,从洞身段来看,减震层厚度存在... 详细信息

以西部高烈度地震区浅埋公路隧道为依托,通过大型振动台模型试验,研究隧道穿越软硬围岩段在地震荷载作用下设置减震层的动力响应特性,并采用数值模拟方法对试验结果进行验证分析。试验及数值计算结果表明,从洞身段来看,减震层厚度存在最优值;从穿越软硬围岩段来看,增加减震层厚度可降低隧道沿纵向的动力响应差异,但加速度峰值会有所上升;拱顶围岩和隧道衬砌结构加速度响应频谱曲线均表现出"三峰值"现象,设置减震层并不会显著改变围岩频谱特性,衬砌结构也不显著体现自振特性,其响应主要取决所穿越围岩的动力特性;减震层处于最优值时可通过吸收更多的低频组分来降低隧道的动力响应;设置减震层可显著降低二衬动应力,但会使初支动应力呈现不同程度的放大,随减震层厚度的增加,二衬动应力先减小后增大,初支动应力先增大,后呈降低趋势;通过观察衬砌破坏形态,隧道拱顶、拱脚和仰拱易发生开裂,设置减震层后,仰拱相对容易发生破坏,应给予重点关注。研究成果可为西部高烈度地震区浅埋隧道抗震设计提供参考。

关键词：隧道工程减震层地震动力响应软硬围岩交界面振动台试验

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吉林大学哲学系留给我的美好记忆

吉林大学社会科学学报 2025年第1期 22-23+234页

作者：韩庆祥中共中央党校专家工作室

我是1983年考入吉林大学哲学系攻读硕士学位的，现在中央党校从事教学科研工作。在吉林大学哲学系学习三年，留给我的是最为难忘的美好记忆。吉林大学的哲学学科、哲学研究、哲学教授在全国具有较大影响。我的家乡在河南，本科就读于郑...

我是1983年考入吉林大学哲学系攻读硕士学位的，现在中央党校从事教学科研工作。在吉林大学哲学系学习三年，留给我的是最为难忘的美好记忆。吉林大学的哲学学科、哲学研究、哲学教授在全国具有较大影响。我的家乡在河南，本科就读于郑州大学哲学系。记得当时我在图书馆看书，翻阅杂志，无意中读到了《社会科学战线》对高清海教授的学术介绍和他所发表的文章，就萌生了报考吉林大学硕士研究生的想法。

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