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无砟轨道层间裂纹内动水压力特性分析

西南交通大学学报 2016年第1期51卷 36-42页

作者：曹世豪杨荣山刘学毅苏成光郭利康西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

在雨水丰富和排水不畅的地区,水对无砟轨道层间裂纹扩展的影响比较突出.为研究高速列车作用下无砟轨道裂纹内水压力的分布规律及压力大小的影响因素,基于质量守恒和动量定理,采用控制体积法,导出了裂纹内动水压力分布解析式.应用有限元... 详细信息

在雨水丰富和排水不畅的地区,水对无砟轨道层间裂纹扩展的影响比较突出.为研究高速列车作用下无砟轨道裂纹内水压力的分布规律及压力大小的影响因素,基于质量守恒和动量定理,采用控制体积法,导出了裂纹内动水压力分布解析式.应用有限元分析软件ANSYS和CFX,分析了荷载频率、荷载幅值、裂纹深度、裂纹开口量等对动水压力的影响.分析结果表明:沿着裂纹出口的方向,水压力呈减小趋势,其最大值发生在裂纹尖端处;动水压力与荷载频率近似呈二次方关系,与荷载幅值呈线性关系,与裂纹开口量呈一次反比关系.在幅值为10 k N、频率为5 Hz荷载作用下,水压力分布的试验测试结果与理论分析基本一致,两种方法获得的水压力峰值分别为0.177、0.161 k Pa.

关键词：无砟轨道裂纹列车荷载水压力

列车荷载作用下无砟轨道层间裂缝内水压力分布

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中国铁道科学 2016年第3期37卷 9-15页

作者：曹世豪杨荣山刘学毅谢露栗行西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

基于流固耦合理论和理想空气状态方程,采用控制体积法导出列车荷载作用下无砟轨道层间含水裂缝内动水压力分布的解析式。理论分析表明：不饱和含水裂缝内的水压力分布可依据空气与水的交界面和驻点位置分为3个区段;加载时,水压力最大值... 详细信息

基于流固耦合理论和理想空气状态方程,采用控制体积法导出列车荷载作用下无砟轨道层间含水裂缝内动水压力分布的解析式。理论分析表明：不饱和含水裂缝内的水压力分布可依据空气与水的交界面和驻点位置分为3个区段;加载时,水压力最大值发生在裂缝内水流速为零的驻点位置,并在驻点处沿里、外2个相反的方向呈减小趋势;卸载时,水压力最小值发生在驻点的位置,并沿着里、外2个相反的方向呈增加趋势;荷载频率是影响无砟轨道层间裂缝内水压力的重要因素,且水压力随着荷载频率的增加而增加,并呈二次方关系。频率为1～10Hz列车载荷作用下含水裂缝无砟轨道模型的动水压力试验结果表明：水压力的变化周期与荷载周期保持一致,水压力与荷载频率基本呈二次方关系,试验与理论分析结果基本一致,验证了提出的无砟轨道含水裂缝内水压力分布理论的正确性。

关键词：无砟轨道层间裂缝水压力列车荷载

富水岩溶隧道衬砌结构水压力分布特征模型试验研究

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中国铁道科学 2022年第4期43卷 74-83页

作者：徐强宋玉香樊浩博谭信荣杨海宏石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为解决岩溶地区富水型隧道运营时易发生的衬砌病害,依托郑万高铁高家坪岩溶隧道设计优化排水方案,并开展模型试验研究;在考虑岩溶均质地层条件下不同水头高度带来影响的基础上,分不排水、常规排水和优化排水3种方案,揭示富水岩溶隧道分... 详细信息

为解决岩溶地区富水型隧道运营时易发生的衬砌病害,依托郑万高铁高家坪岩溶隧道设计优化排水方案,并开展模型试验研究;在考虑岩溶均质地层条件下不同水头高度带来影响的基础上,分不排水、常规排水和优化排水3种方案,揭示富水岩溶隧道分别沿纵向和断面的衬砌水压力分布特征。结果表明:常规排水和优化排水2种方案下,设置了纵向排水措施的各测点处衬砌水压力变化均不明显,但其余测点则越靠近环向排水管衬砌水压力越小,且环向排水管之间各测点处的纵向衬砌水压力呈倒“V”型分布;常规排水方案下,墙脚处水压力的优化效果最好,但仰拱中心处衬砌水压力较大且折减不明显,水压折减系数仅为0.1~0.15;优化排水方案下,不仅各测点处的衬砌水压力进一步减小,而且仰拱中心处折减明显,折减系数达0.9;优化排水方案对衬砌水压力有更好的优化效果,能够针对性地解决现有常规排水方案下隧道仰拱处水压较大的问题。

关键词：富水岩溶隧道模型试验水压力分布特征优化排水水压折减系数

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颗粒尺寸及倾角对渗流水压力分布的影响研究

采矿与安全工程学报 2021年第3期38卷 592-601页

作者：韩流舒继森尚涛杨国宇陈涛李胤达 GERSON S V Tovele 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为了研究颗粒尺寸及渗流倾角对水压力分布的影响规律,基于水力学基本原理,推导出了结构面渐进贯通过程中的静水压力以及多孔介质连续渗流过程中的渗透力计算方法,揭示了颗粒结构、倾角与水压力的函数关系。设计单因素渗流试验方案,分别... 详细信息

为了研究颗粒尺寸及渗流倾角对水压力分布的影响规律,基于水力学基本原理,推导出了结构面渐进贯通过程中的静水压力以及多孔介质连续渗流过程中的渗透力计算方法,揭示了颗粒结构、倾角与水压力的函数关系。设计单因素渗流试验方案,分别以颗粒尺寸和渗流倾角为自变量,以压力水头为因变量,进行了9组循环渗流试验,测定了沿程压力水头。结果表明:渗透力未改变石子、中沙的颗粒排布结构,造成了细沙渗流路径上13^(#)水头管位置出现流沙沉降。沿程压力水头在石子、中沙内部分别呈"直角三角形"和"等腰三角形"分布,在细沙内部则呈现连续增长+骤降+水平波动+连续下降的分布规律。峰值压力水头分别出现在石子渗流路径的终点、中沙渗流路径的中点,以及细沙压力水头骤降区的起点。石子、中沙渗流的峰值压力水头△h_(max)与β,sinβ均符合良好的线性关系,细沙渗流的峰值压力水头与倾角符合二次函数关系。散体介质过流断面与底板出水孔透水能力的相对大小是决定压力水头峰值和分布规律的关键因素。

关键词：颗粒尺寸倾角渗流试验水压力分布规律

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降雨过程中隧道衬砌水压力的动态规律研究

铁道工程学报 2023年第5期40卷 75-81页

作者：郭瑞郑波吴剑王立川孟亮中铁西南科学研究院有限公司成都611731 中铁十八局集团有限公司天津300222

研究目的:持续强降雨往往会使隧址区地下水位在短时间内迅速上升,导致作用在衬砌上的水压力显著增大,而当衬砌水压力达到临界值时,会导致隧底隆起、边墙爆裂、大面积渗漏水等病害现象出现,严重影响隧道运营安全。因此,研究降雨过程中山... 详细信息

研究目的:持续强降雨往往会使隧址区地下水位在短时间内迅速上升,导致作用在衬砌上的水压力显著增大,而当衬砌水压力达到临界值时,会导致隧底隆起、边墙爆裂、大面积渗漏水等病害现象出现,严重影响隧道运营安全。因此,研究降雨过程中山岭隧道水压力的动态特征及缓解措施,对保障隧道结构安全显得尤为重要。研究结论:(1)当围岩渗透系数较大时,降雨强度和降雨持续时间对隧道衬砌水压力的动态变化影响显著,隧址区遭遇持续强降雨时,衬砌承受的水压力可在短时间内快速突变增大,这种突变上升的水压力对结构安全是潜在威胁因素;(2)盲管的布设密度、排导系统的畅通性、隧底排导结构及泄水孔等在一定程度上可缓解因强降雨导致衬砌水压的突变;(3)当岩溶管道和地表连通性能较好时,地表降雨和隧道洞内泄水量存在一定的对应关系,洞内的泄水量或衬砌所承受的水压力对地表的降雨更为敏感;(4)本研究成果可为隧道的防排水设计、施工及运维提供参考和借鉴。

关键词：隧道持续强降雨水压力排导措施泄水量

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真实水压力下砂岩强度及破坏形式试验研究

四川大学学报（工程科学版） 2015年第S1期47卷 59-64页

作者：陈英马东涛何德伟中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司四川成都610017

采用MTS和YSL-200试验系统对砂岩进行常规单轴试验和不同压力水环境中的压缩试验,分析真实水压力对饱和砂岩抗压强度和破坏形式的影响,并探讨孔隙水压力与水围压力对岩石强度的作用。试验结果表明:饱和砂岩在真实水压力环境中呈现"X"型... 详细信息

采用MTS和YSL-200试验系统对砂岩进行常规单轴试验和不同压力水环境中的压缩试验,分析真实水压力对饱和砂岩抗压强度和破坏形式的影响,并探讨孔隙水压力与水围压力对岩石强度的作用。试验结果表明:饱和砂岩在真实水压力环境中呈现"X"型剪切破坏,水压力在岩石进入裂纹扩展区时加速岩石破坏的作用效果明显;压力水可通过扩展裂纹渗入到岩石内部,增大岩石含水率,影响岩石内部的孔隙水压力;当水压力较低时,水围压作用大于孔隙水压力作用,水压力对岩石强度为增强效应,当水压力较高时,孔隙水压力作用与水围压作用抵消,岩石强度与饱和单轴抗压强度相近。

关键词：水压力强度破坏形式孔隙水压力水围压砂岩

矿山法城市隧道运营期排水量与水压力关系的一种预判方法

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工程力学 2017年第1期34卷 14-21页

作者：李铮何川丁建军杨赛舟西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

预判隧道运营期排水量与二衬外水压力的关系是城市隧道设计中的关键问题,而高、低水位隧道的渗流场影响范围存在较大差别,理论预测隧道排水量和水压力时不能忽视其边界效应的作用。首先,利用地下水渗流理论、复变函数保角映射理论和二... 详细信息

预判隧道运营期排水量与二衬外水压力的关系是城市隧道设计中的关键问题,而高、低水位隧道的渗流场影响范围存在较大差别,理论预测隧道排水量和水压力时不能忽视其边界效应的作用。首先,利用地下水渗流理论、复变函数保角映射理论和二维稳态流动的复变函数理论,并结合围岩-支护结构精细化模型和气象因素,分别对高水位和低水位隧道运营期排水量及二衬外水压力进行分析,然后依托在建的深圳东部过境高速公路连接线工程,对不同注浆圈渗透系数和厚度条件下城市隧道排水量及水压力之间的关系进行研究,结果表明:无论低水位还是高水位城市隧道,二衬外水压力均随隧道排水量增加呈线性降低,且注浆圈渗透系数的变化相比其厚度的变化,对水压力随排水量的折减作用更加明显;注浆圈渗透系数的增减比例相同时,低水位城市隧道水压力随排水量的折减速率更快,而注浆圈厚度增减量值相同时,高、低水位隧道水压力随排水量的折减速率基本相同。

关键词：城市隧道排水量水压力理论研究高、低水位

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非扰动开挖隧道模型的水压力试验研究

岩石力学与工程学报 2013年第9期32卷 1785-1790页

作者：李苍松谷婷齐成丁建芳中铁西南科学研究院有限公司四川成都611731

隧道施工地下水问题困扰着隧道工程界多年，关于地下水压力对支护结构的影响认识不一致，为此需要从地下水作用机制研究出发，开展隧道衬砌水压力模型试验研究。模型隧道净空设计参考国内300--350km／h高速铁路单线标准，模型试验的设... 详细信息

隧道施工地下水问题困扰着隧道工程界多年，关于地下水压力对支护结构的影响认识不一致，为此需要从地下水作用机制研究出发，开展隧道衬砌水压力模型试验研究。模型隧道净空设计参考国内300--350km／h高速铁路单线标准，模型试验的设计包括围岩模拟、试验流体、参数选择、试验工况、试验仪器选择等，试验工况包括：不同水头高度（1，2和4m）和不同支护及排水条件（无支护全排和二衬不排水）等。通过在实际岩体中的小比例洞室模拟试验研究，对隧道开挖和支护引起的地下水渗流变化过程、地下水排放方式与水荷载之间的相关关系等取得较明确的定性认识，并以模型试验为基础开展数值模拟分析，为隧道水压力定量研究奠定试验基础。

关键词：隧道工程水压力模型试验

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

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岩石力学与工程学报 2012年第2期31卷 280-288页

作者：李鹏飞张顶立赵勇张成平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 铁道部经济规划研究院北京100844 清华大学土木工程系北京100084

与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用"堵水限排"的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小... 详细信息

与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用"堵水限排"的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。

关键词：隧道工程海底隧道复合衬砌水压力注浆加固圈渗水量