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Long-term mechanical analysis of tunnel structures in rheological rock considering the degradation of primary lining

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Underground Space 2023年第3期10卷 217-232页

作者： Chang Liu Dingli zhang sulei zhang Qian Fang Zhenyu Sun Key Laboratory of Urban Underground Engineering of Ministry of Education Beijing Jiaotong UniversityBeijing 100044China School of Civil Engineering Qingdao University of TechnologyQingdao 266033China

Rock load on lining structures increases over time for tunnels buried in rheological rock,and in addition deterioration of primary lining is common due to its structural characteristics and service environment attack,where these delayed features affect the mechanical response of ***,accounting for these delayed features in long-term stability assessment of tunnel structures is complex and has not attracted enough *** this paper,an analytical approach is proposed for investigating long-term mechanical response of tunnel structures in rheological rock influenced by degradation of primary *** this purpose,degradation of primary lining,char-acterized by decreasing concrete stiffness over time,is quantitatively described by an exponential *** rheological characteristic of surrounding rock is simulated by the Burgers *** time-varying solutions for rock deformation and support pressure are obtained by considering the coordinated interaction between surrounding rock and linings,and their correctness is verified by comparing them with numerical *** results revealed that the pressure imposed on linings due to the rheological behavior of surrounding rock increases over *** the primary lining degrades,the rheological load is transferred from primary lining to secondary lining,leading to increasing pressure on secondary lining;and a faster degradation rate of primary lining leads to greater pressure on secondary ***,the primary lining should not be overlooked in long-term safety assessment of operation tunnels because of its role in bearing and transmitting ***,the tunnel’s design and operational maintenance strategy are discussed when the delay effects of surround-ing rock and lining are taken into account.

关键词： Tunnel structure Rheological rock Primary lining degradation Secondary lining Analytical model Mechanical response

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采用逐次渐进法求解非圆形地下洞室映射函数

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中国铁道科学 2013年第2期34卷 80-86页

作者：陈峰宾张顶立张素磊河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

基于多角形映射理论,推导出单位圆外域到多角形外域的映射函数项数的一般表达式。采用逐次渐进法求解表达式,得到非圆形地下洞室的映射函数,编制计算机程序实现该算法。算例计算结果表明:该方法不仅适用于有对称轴的孔形,也适用于一般孔... 详细信息

基于多角形映射理论,推导出单位圆外域到多角形外域的映射函数项数的一般表达式。采用逐次渐进法求解表达式,得到非圆形地下洞室的映射函数,编制计算机程序实现该算法。算例计算结果表明:该方法不仅适用于有对称轴的孔形,也适用于一般孔形;映射函数项数越多,映射精度越高;对于曲边孔形,映射函数取很少的项(4或5项)就能得到较为理想的映射孔形;对于含有较多角点的复杂洞形,映射函数需要取较多项才能得到较为理想的近似映射孔形,但在角点处误差较大;若对称图形的对称轴与x轴重合,则映射函数的各项为实数;运用程序计算时,只需要输入映射函数的项数和非圆形地下洞室洞形的DXF格式文件,就可得到非圆形地下洞室的映射函数。

关键词：非圆形地下洞室映射函数等幅角修正逐次渐进法

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高速铁路隧道仰拱结构受力现场实测分析

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中国铁道科学 2017年第5期38卷 53-61页

作者：杜明庆张顶立张素磊房倩青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044

针对高速铁路隧道仰拱受力状态复杂且对高速列车行车安全至关重要的特点,现场测试兰新第二双线福川隧道返工后仰拱混凝土和钢筋的应力,分析仰拱结构中混凝土和钢筋的受力特征及应力变化规律。结果表明:受隧道二衬自重及上部围岩荷载、... 详细信息

针对高速铁路隧道仰拱受力状态复杂且对高速列车行车安全至关重要的特点,现场测试兰新第二双线福川隧道返工后仰拱混凝土和钢筋的应力,分析仰拱结构中混凝土和钢筋的受力特征及应力变化规律。结果表明:受隧道二衬自重及上部围岩荷载、隧道基底围岩膨胀、轨道道床及列车荷载的作用,返工后仰拱混凝土经历了受压、出现局部拉应力、拉压应力稳定的变化过程;仰拱中混凝土和钢筋的最大拉应力均出现在仰拱中心上部,从仰拱返工到隧道运营的整个过程中,混凝土的最大拉应力为1.9MPa,最大压应力约为8MPa;地下水大量补充后,隧底围岩膨胀释放大量荷载,使得混凝土应力、钢筋应力以及土压应力迅速增大。基于监测结果及地质条件,提出将福川隧道仰拱底鼓分为轻微、中度和严重3种程度,针对每种程度的底鼓给出相应的控制措施。

关键词：高速铁路隧道仰拱底鼓混凝土应力钢筋应力土压应力

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铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析

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岩石力学与工程学报 2013年第2期32卷 217-224页

作者：张顶立张素磊房倩陈峰宾北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044

铁路隧道衬砌背后接触状态可分为衬砌背后接触密实、衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞3种情况,其中,衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞统称为衬砌背后接触不良,是常见的隧道质量缺陷。研究表明:衬砌背后接触不良是诱发隧道病害的重要原因,... 详细信息

铁路隧道衬砌背后接触状态可分为衬砌背后接触密实、衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞3种情况,其中,衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞统称为衬砌背后接触不良,是常见的隧道质量缺陷。研究表明:衬砌背后接触不良是诱发隧道病害的重要原因,直接影响到隧道结构的安全性。通过对100余座铁路运营隧道衬砌无损检测及统计分析,取得以下结论:(1)同等条件下,单层衬砌比复合式衬砌更易出现衬砌背后接触不良状况,且单层衬砌背后接触不良程度高于复合式衬砌;(2)衬砌背后接触不良段所占比例及严重程度与围岩级别有密切关系,在隧道围岩稳定性较差的区段更为严重;(3)衬砌背后接触不良状况随断面位置而变化,以拱顶处最大,拱脚减小;(4)衬砌背后空洞的存在受到隧道设计理念、工程质量控制和运营养护水平等因素的影响,而衬砌背后及时的回填注浆则是控制的关键。取得的隧道衬砌背后接触状态及其分布规律可为结构缺陷的病害演化及致灾机制的研究提供参考与借鉴。

关键词：隧道工程铁路运营隧道衬砌背后接触状态接触松散空洞无损检测

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运营隧道裂损衬砌置换后新结构受力特性测试

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北京交通大学学报 2017年第1期41卷 41-48页

作者：张素磊刘昌张顶立青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044

为了分析衬砌置换的适用性,依托某二级公路隧道治理工程,对裂损二次衬砌置换后的结构受力特性进行了现场测试.测试结果表明:原初期支护与新施作的衬砌间接触压力较小,其值低于围岩松动压力计算值,且其分布呈现较为明显的非对称性;二次... 详细信息

为了分析衬砌置换的适用性,依托某二级公路隧道治理工程,对裂损二次衬砌置换后的结构受力特性进行了现场测试.测试结果表明:原初期支护与新施作的衬砌间接触压力较小,其值低于围岩松动压力计算值,且其分布呈现较为明显的非对称性;二次衬砌内力分布规律与接触压力分布规律类似,其轴力及弯矩值整体较小,表明衬砌置换后并未发挥明显承载作用,反映出依托工程采用衬砌置换手段并不合理.结合现场测试结果及衬砌置换施工实际情况,对衬砌置换的适用性进行了讨论,并给出了衬砌置换的适用条件及施工时的注意事项.

关键词：隧道工程裂损衬砌衬砌置换受力特性现场测试结构内力

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公路运营隧道衬砌裂缝长期监测及分析

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现代隧道技术 2017年第3期54卷 17-25页

作者：张素磊张顶立刘昌青岛理工大学土木工程学院青岛266033 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044

裂缝在公路运营隧道衬砌结构中普遍存在,其稳定与否直接关乎隧道的运营安全,而通过监测手段分析预测裂缝的发展态势是一种最为直观和有效的手段。文章针对目前衬砌裂缝监测成果偏少这一现状,依托某二级公路隧道工程,主要对以下内容进行... 详细信息

裂缝在公路运营隧道衬砌结构中普遍存在,其稳定与否直接关乎隧道的运营安全,而通过监测手段分析预测裂缝的发展态势是一种最为直观和有效的手段。文章针对目前衬砌裂缝监测成果偏少这一现状,依托某二级公路隧道工程,主要对以下内容进行研究:从裂缝类型、所处位置及围岩级别、裂缝的几何特征3个方面分析了衬砌裂缝的分布规律;采用光栅光线传感器对选取的12条典型衬砌裂缝进行了为期2年的监测工作,监测成果表明衬砌裂缝发展规律可大致分为平稳型、周期性变化型、增长型及闭合型4种,且从裂缝几何特征参数的监测数据可以看出,多数裂缝处于一种相对稳定的可控状态,对隧道结构稳定性影响较小;从勘查设计、施工以及运营管理3个环节对隧道衬砌裂缝成因进行了系统分析,并据此提出了隧道衬砌裂缝预防措施;对衬砌裂缝的治理,建议采用"先监测、后分类、再选择治理措施"的治理理念。研究成果可为国内外类似隧道工程衬砌裂缝评估及防治提供参考与借鉴。

关键词：公路运营隧道衬砌裂缝长期监测光栅光纤传感器裂缝成因裂缝防治对策

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铁路隧道仰拱结构振动特性实测分析

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振动与冲击 2017年第8期36卷 237-243页

作者：杜明庆张顶立张素磊房倩熊磊晋北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

为研究隧道仰拱及仰拱填充结构的振动特性,以兰新高铁福川隧道为依托进行现场测试,分析不同运行速度列车振动荷载作用下,不同深度处仰拱及仰拱填充结构的振动加速度和动应力响应及衰减规律,并通过数值模拟进行对比分析。结果表明:列车... 详细信息

为研究隧道仰拱及仰拱填充结构的振动特性,以兰新高铁福川隧道为依托进行现场测试,分析不同运行速度列车振动荷载作用下,不同深度处仰拱及仰拱填充结构的振动加速度和动应力响应及衰减规律,并通过数值模拟进行对比分析。结果表明:列车速度一定时,列车运行侧仰拱及仰拱填充中振动加速度响应随着深度的增加逐渐减小,双线同时行车时,振动加速度响应相比单线行车时有所提高,且提高的幅度与行车速度有关,数值模拟得到的结果与实测结果基本吻合。仰拱及仰拱填充是承载振动加速度的主要载体,应将其作为结构设计的重点。研究成果对优化隧道支护体系确保列车运行安全具有重要意义。

关键词：铁路隧道仰拱及仰拱填充振动加速度现场测试

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铁路隧道仰拱及仰拱填充层动力响应分析

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中国铁道科学 2016年第3期37卷 38-45页

作者：杜明庆张顶立房倩张素磊熊磊晋北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

为研究铁路隧道仰拱及仰拱填充层的动力响应,对兰新第2双线福川铁路隧道进行现场测试,分析在不同运行速度列车的动荷载作用下,不同道床板下埋深处仰拱及仰拱填充层的动应力响应和竖向振动加速度响应分布规律,并与数值模拟结果进行对比... 详细信息

为研究铁路隧道仰拱及仰拱填充层的动力响应,对兰新第2双线福川铁路隧道进行现场测试,分析在不同运行速度列车的动荷载作用下,不同道床板下埋深处仰拱及仰拱填充层的动应力响应和竖向振动加速度响应分布规律,并与数值模拟结果进行对比分析。结果表明:模拟得到道床板下不同深度处仰拱及仰拱填充层的动应力、竖向振动加速度的波动幅度和频率与实测结果基本吻合;仰拱及仰拱填充层是承载动应力的主要载体;列车运行速度一定时,仰拱及仰拱填充层的动应力和竖向振动加速度响应均随着道床板下深度的增加而减小;同一道床板下深度处仰拱及仰拱填充层的动应力和竖向振动加速度响应均随着列车运行速度的降低而减小;仰拱及仰拱填充层的混凝土强度增加其动应力衰减幅度减小,但减小幅度相对有限,应综合考虑动应力响应和经济因素,选取合适的仰拱及仰拱填充层的混凝土强度。

关键词：仰拱及仰拱填充层动应力竖向振动加速度列车动荷载铁路隧道

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基于对应分析模型的隧道衬砌病害主成因挖掘

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中国铁道科学 2012年第2期33卷 54-58页

作者：张素磊张顶立刘胜春陈峰宾北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

基于对应分析模型提出隧道衬砌病害主成因挖掘方法。根据隧道衬砌病害的样本和成因的调查资料,建立隧道衬砌病害对应分析模型的列联表;通过因子分析,建立对应分析模型中的R型因子分析与Q型因子分析的关系;计算对应分析模型的收敛性,采... 详细信息

基于对应分析模型提出隧道衬砌病害主成因挖掘方法。根据隧道衬砌病害的样本和成因的调查资料,建立隧道衬砌病害对应分析模型的列联表;通过因子分析,建立对应分析模型中的R型因子分析与Q型因子分析的关系;计算对应分析模型的收敛性,采用特殊点排除法优化对应分析模型的收敛性;将隧道衬砌病害样本点和成因点绘制在二维对应分析图中;根据两者在图中的对应位置关系判断导致隧道衬砌病害的主成因。根据收集的18座隧道衬砌病害资料,采用提出的隧道衬砌病害主成因挖掘方法,利用SPSS软件进行主成因挖掘。结果表明,样本隧道衬砌病害的主成因有衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、围岩处理不当和塑性地压4个。

关键词：隧道衬砌病害病害样本病害成因对应分析模型

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运营隧道衬砌结构技术状况的评定方法研究

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北京交通大学学报 2013年第4期37卷 19-23,29页

作者：张素磊张顶立陈淮应国刚郑州大学土木工程学院郑州450001 北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044

运营隧道衬砌结构技术状况的优劣直接关系到隧道内行车和行人安全,如何对运营隧道衬砌结构技术状况进行合理评定成为人们所关注的重点.针对目前隧道工程界已有的隧道衬砌结构技术状况评定方法存在的不足,首先提出了"隧道健康度"和"隧道... 详细信息

运营隧道衬砌结构技术状况的优劣直接关系到隧道内行车和行人安全,如何对运营隧道衬砌结构技术状况进行合理评定成为人们所关注的重点.针对目前隧道工程界已有的隧道衬砌结构技术状况评定方法存在的不足,首先提出了"隧道健康度"和"隧道健康度函数"的基本概念,将检测隧道划分为若干评定单元,然后将检测数据分配于各评定单元之上,并通过隧道健康度函数,建立了隧道现场检测数据和评定结果之间的一一对应关系,建立了一种基于现场检测数据的隧道衬砌结构技术状况分段式量化评定方法,并通过工程实例验证了该评定方法的有效性.

关键词：隧道衬砌结构技术状况评定方法健康度

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