內(nèi)水壓作用下盾構(gòu)雙層襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性

本文首先探討了當(dāng)今盾構(gòu)隧道工程中單層襯砌結(jié)構(gòu)所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結(jié)現(xiàn)有工程中雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式,并對(duì)雙層襯砌結(jié)構(gòu)的兩種形式,疊合式襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,推導(dǎo)出襯砌結(jié)構(gòu)層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結(jié)構(gòu)層間剪應(yīng)力和相對(duì)滑動(dòng)位移的關(guān)系式,掌握其力學(xué)性能.

近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力的不斷提升,國內(nèi)盾構(gòu)隧道越來越多的出現(xiàn)內(nèi)部構(gòu)筑二次襯砌的工程實(shí)際情況,文章為探明施作緩沖層的二次襯砌與管片襯砌的相互作用機(jī)理,采用提出的考慮柔性緩沖層的雙層襯砌計(jì)算模型,分析了不同厚度緩沖層的結(jié)構(gòu)在兩種典型工況下的內(nèi)力特性,結(jié)果表明:緩沖層模型中緩沖層對(duì)盾構(gòu)隧道管片襯砌與二次襯砌聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有明顯影響,在通常荷載作用下,結(jié)構(gòu)受力以外襯管片受力為主,二次襯砌僅為輔助受力結(jié)果,在地震、不均勻沉降或其他突發(fā)荷載工況下,外襯發(fā)生額外變形,緩沖層被壓密,內(nèi)襯將有效發(fā)揮承載力。緩沖層的厚度對(duì)管片襯砌與一次襯砌間的這種內(nèi)力分配有一定影響。

第23卷,第1期　　　　　　　　　中國鐵道科學(xué)vol123no11　 2002年2月　　　　　　　　　chinarailwaysciencefebruary,2002　 文章編號(hào):100124632(2002)0120136204 ?博士學(xué)位論文摘要? 隧道火災(zāi)后襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性與損傷機(jī)理研究 彭立敏,劉寶琛(博導(dǎo)) (中南大學(xué)鐵道校區(qū)土木建筑學(xué)院,湖南長沙　410075) 　　關(guān)鍵詞:隧道火災(zāi);襯砌結(jié)構(gòu);火損試驗(yàn);損傷機(jī)理;模糊評(píng)判;可靠度評(píng)估 　　中圖分類號(hào):u458　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 　收稿日期:2001211210 　作者簡介:彭立敏(19562),男,湖南澧縣人,教授。 　　隨著我國運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展,鐵路隧道內(nèi)火災(zāi)事故 時(shí)有發(fā)生。隧道發(fā)生火災(zāi)的類型主要有三種:

1.1工程概況 川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全縣與甘孜瀘定縣交界的二郎山地 段,東距成都約260km,西至康定約97km,這里山勢(shì)險(xiǎn)峻雄偉,地質(zhì)條件復(fù) 雜,氣候環(huán)境惡劣,自然災(zāi)害頻繁,原有公路坡陡彎急,交通事故不斷,使其成 為千里川藏線上的第一個(gè)咽喉險(xiǎn)道,嚴(yán)重影響了川藏線的運(yùn)輸能力,制約了川藏 少數(shù)民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 二郎山隧道工程自天全縣龍膽溪川藏公路k2734+560(k256+560)處回頭, 沿龍膽溪兩側(cè)緩坡展線進(jìn)洞,穿越二郎山北支山脈——干海子山,于瀘定縣別托 村和平溝左岸出洞,跨和平溝經(jīng)別托村展線至k2768+600(k265+216)與原川 藏公路相接,總長8166km,其中二郎山隧道長4176m,別托隧道長104m,改 建后可縮短運(yùn)營里程2514km,

1.1工程概況 川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全縣與甘孜瀘定縣交界的二郎山地 段,東距成都約260km,西至康定約97km,這里山勢(shì)險(xiǎn)峻雄偉,地質(zhì)條件復(fù) 雜,氣候環(huán)境惡劣,自然災(zāi)害頻繁,原有公路坡陡彎急,交通事故不斷,使其成 為千里川藏線上的第一個(gè)咽喉險(xiǎn)道,嚴(yán)重影響了川藏線的運(yùn)輸能力,制約了川藏 少數(shù)民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 二郎山隧道工程自天全縣龍膽溪川藏公路k2734+560(k256+560)處回頭, 沿龍膽溪兩側(cè)緩坡展線進(jìn)洞,穿越二郎山北支山脈——干海子山,于瀘定縣別托 村和平溝左岸出洞,跨和平溝經(jīng)別托村展線至k2768+600(k265+216)與原川 藏公路相接,總長8166km,其中二郎山隧道長4176m,別托隧道長104m,改 建后可縮短運(yùn)營里程2514km,

深埋蓄排水盾構(gòu)隧道承受高內(nèi)水壓力及較大的外部水土荷載,與公路、地鐵盾構(gòu)隧道在計(jì)算理論、建造技術(shù)及運(yùn)營維護(hù)等方面有很大不同。鑒于蓄排水隧道襯砌結(jié)構(gòu)承載模式的變化,文章開展了整環(huán)力學(xué)行為試驗(yàn)及三維數(shù)值分析,研究了內(nèi)水壓作用、錯(cuò)縫拼裝及接頭螺栓安裝方式等對(duì)蓄排水盾構(gòu)隧道力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道從隧道內(nèi)空水變化至隧道內(nèi)滿水時(shí),隧道的變形大幅增加；內(nèi)水壓0.6mpa時(shí)隧道的豎向和水平收斂變形分別為空水時(shí)的2.2倍和3.2倍。與通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道相比,錯(cuò)縫拼裝時(shí)襯砌環(huán)的收斂變形減小15%～25%,最大接頭張開量及螺栓拉力減小25%～40%。內(nèi)水壓增大會(huì)造成蓄排水盾構(gòu)隧道接頭螺栓屈服,最先出現(xiàn)螺栓屈服現(xiàn)象的接頭位于襯砌環(huán)最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近；由于盾構(gòu)隧道的破壞多源于接頭螺栓屈服,該接頭位置為蓄排水盾構(gòu)隧道的薄弱點(diǎn)。對(duì)于采用雙排螺栓連接的蓄排水盾構(gòu)隧道,拱頂、拱底90°區(qū)域范圍內(nèi)靠近接頭外弧面位置的螺栓可以不拼裝；但兩側(cè)拱腰90°區(qū)域內(nèi)靠近接頭內(nèi)弧面位置的螺栓必須安裝,否則會(huì)造成最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近的接頭螺栓拉力增大5%～14%。

盾構(gòu)隧道襯砌管片在施工與運(yùn)營過程中容易產(chǎn)生縱向裂紋,對(duì)管片的承載能力有較大影響。本文依托成都地鐵2號(hào)線牛王廟—牛市口區(qū)間盾構(gòu)隧道,應(yīng)用有限差分軟件建立裂損管片殼-彈簧計(jì)算模型,分析裂紋數(shù)量與裂損程度對(duì)管片力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明:縱向裂紋會(huì)導(dǎo)致其附近管片的內(nèi)力比無裂紋時(shí)明顯減小；存在多條裂紋(單一分塊僅出現(xiàn)單條裂紋)時(shí),裂紋對(duì)管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍并未產(chǎn)生疊加,在同一裂紋影響區(qū)單條裂紋與多條裂紋作用效果相近；隨著裂損程度的增加,裂紋附近管片的內(nèi)力逐漸降低,裂紋對(duì)管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍有所增加。

研究目的:文章以合武鐵路大別山隧道為背景,對(duì)ⅳ級(jí)圍巖條件下采用的單層襯砌結(jié)構(gòu)的接觸力學(xué)特征、不同施工階段的受力特征以及圍巖穩(wěn)定性等進(jìn)行研究,并對(duì)單層襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征進(jìn)行探索,以期為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。研究結(jié)論:(1)相對(duì)于復(fù)合式襯砌而言,單層襯砌接觸壓力普遍較大,最大壓力易出現(xiàn)于拱腳處,最小壓力易出現(xiàn)于仰拱處,而其二襯的內(nèi)力顯著小于復(fù)合襯砌。(2)單層襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力在隧道施工的不同階段,初期支護(hù)與二襯的內(nèi)力先按時(shí)間分配,后按剛度分配。(3)隧道左右拱腰側(cè)與拱腳處的圍巖的yai值較小,容易發(fā)生失穩(wěn),應(yīng)加以防范。

結(jié)構(gòu)力學(xué)小論文

針對(duì)目前廣泛應(yīng)用的多層集裝箱房屋，提出了一種基于箱體之間摩擦耗能的滑移隔震體系。首先，建立了結(jié)構(gòu)滑移隔震模型，并利用結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)理論分析推導(dǎo)了層層滑移隔震結(jié)構(gòu)各層等效阻尼比與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系；然后，利用abaqus非線性有限元軟件建立了六層集裝箱模型，對(duì)隔震結(jié)構(gòu)、采用規(guī)范阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)和采用等效阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)分別在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行了彈塑性時(shí)程研究，分析了結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移、結(jié)構(gòu)層間位移角以及結(jié)構(gòu)層間滑移量等相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果表明：滑移隔震體系能有效減小結(jié)構(gòu)各層最大位移；隔震結(jié)構(gòu)和采用等效阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)的最大層間位移角遠(yuǎn)小于采用規(guī)范阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)；地震波的頻譜特性會(huì)明顯影響層層滑移隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。

針對(duì)目前廣泛應(yīng)用的多層集裝箱房屋，提出了一種基于箱體之間摩擦耗能的滑移隔震體系。首先，建立了結(jié)構(gòu)滑移隔震模型，并利用結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)理論分析推導(dǎo)了層層滑移隔震結(jié)構(gòu)各層等效阻尼比與摩擦系數(shù)之間的關(guān)系；然后，利用abaqus非線性有限元軟件建立了六層集裝箱模型，對(duì)隔震結(jié)構(gòu)、采用規(guī)范阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)和采用等效阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)分別在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行了彈塑性時(shí)程研究，分析了結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移、結(jié)構(gòu)層間位移角以及結(jié)構(gòu)層間滑移量等相關(guān)指標(biāo)。結(jié)果表明：滑移隔震體系能有效減小結(jié)構(gòu)各層最大位移；隔震結(jié)構(gòu)和采用等效阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)的最大層間位移角遠(yuǎn)小于采用規(guī)范阻尼比的非隔震結(jié)構(gòu)；地震波的頻譜特性會(huì)明顯影響層層滑移隔震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)靜力公式匯總

基于對(duì)規(guī)范隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的分析探討,考慮實(shí)際隧洞襯砌配筋應(yīng)力狀況,提出便于設(shè)計(jì)者進(jìn)行均勻內(nèi)水壓力下圓形混凝土襯砌隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法。按照此方法進(jìn)行隧洞襯砌設(shè)計(jì),計(jì)算過程簡單清晰,設(shè)計(jì)分析結(jié)論明確,可以滿足工程設(shè)計(jì)要求。

上軟下硬復(fù)合地層在盾構(gòu)施工中常常造成盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)不佳及地表塌陷,嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致管片局部出現(xiàn)破損。結(jié)合深圳地鐵7號(hào)線穿越上軟下硬地層的工程實(shí)例,采用數(shù)值模擬方法研究盾構(gòu)隧道穿越上軟下硬地層段（“由軟入硬”與“由硬入軟”）的施工力學(xué)特性,對(duì)地表及管片拱頂沉降、管片應(yīng)力的變化規(guī)律進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明：盾構(gòu)在穿越上軟下硬交界地層過程中,地表沉降出現(xiàn)顯著增大（增量最大可達(dá)1cm）,拱頂不均勻沉降的現(xiàn)象較為嚴(yán)重;對(duì)較軟側(cè)地層進(jìn)行適當(dāng)加固,可以有效減小上軟下硬地層交界處的地表及管片拱頂沉降,同時(shí)能夠降低“由軟入硬”段管片的應(yīng)力水平。

總結(jié)盾構(gòu)施工中常見的不利工況的類型,即k塊擠入、壁后注漿缺陷、環(huán)面不平整和盾構(gòu)糾偏(或曲線推進(jìn))等?；诙軜?gòu)隧道實(shí)際工程,按照隧道襯砌結(jié)構(gòu)尺寸建立了三維有限元模型,分析前述不利工況下隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。結(jié)果表明:管片拼裝階段k塊的擠入對(duì)鄰接塊的受力狀態(tài)的影響最為明顯;壁后注漿缺陷、環(huán)面不平整和盾構(gòu)糾偏(或曲線推進(jìn))可導(dǎo)致隧道襯砌因受力和變形過大而開裂,盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)姿態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化;大直徑隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮盾構(gòu)不利施工工況的影響,同時(shí),施工中應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)。

《建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)》試卷（a）卷第1頁(共6頁)《建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)》試卷（a）卷第2頁(共6頁) 教 學(xué) 點(diǎn) (直 屬 班 ) 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 答 題 不 要 過 此 裝 訂 線 四川理工學(xué)院成人高等教育 《建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)》試卷（a卷） 年級(jí)專業(yè)層次專/本科 題號(hào)一二三四五六七八總分評(píng)閱(統(tǒng)分)人 題分20301535 得分 注意事項(xiàng)： 1.滿分100分，考試時(shí)間120分鐘。要求卷面整潔、字跡工整、無錯(cuò)別字。 2.考生必須將“學(xué)生姓名”和“學(xué)號(hào)”完整、準(zhǔn)確、清楚地填寫在試卷規(guī)定的地方，否則視為廢卷。 3.考生必須在簽到表上簽到，否則若出現(xiàn)遺漏，后果自負(fù)。 12345678910 1112131415 1617181920 21222324

一、填空題（共14空，每空2分，共28分） 1、2，3。 2、三角形． 3、多余未知力，位移。 4、位移互等。 5、20。 6、轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，剛結(jié)點(diǎn)處固端彎矩之和。 7、單位荷載，彎矩。 8、3，平行，交于一點(diǎn)。 二、判斷題（共5小題，每小題2分，共10分） 1、√ 2、× 3、× 4、× 5、× 三、對(duì)下列結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何組成分析，直接給出結(jié)論。（共2小題，每小題3分，共6分） 1、幾何不變有一個(gè)多余約束體系。 2、幾何不變有一個(gè)多余約束體系。 四、計(jì)算題（本題4小題，共56分） 1、12分 南京工程學(xué)院 試題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及參考答案（b卷） 10/11學(xué)年第學(xué)期課程名稱：結(jié)構(gòu)力學(xué)a 使用班級(jí):制作人：胡愛宇10年9月 共4頁第1

現(xiàn)有結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)存在教學(xué)手段呆板、手算內(nèi)容過多等問題,嚴(yán)重影響了學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容的理解和掌握.本文在實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)思想指導(dǎo)下,在自主研發(fā)的積木式結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上,通過《實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程和結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),制定科學(xué)、合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃,初步完成了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容.文中對(duì)初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)模式進(jìn)行較為系統(tǒng)的總結(jié)和討論,以供同行參考,共同推進(jìn)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革.

為了改善\"結(jié)構(gòu)力學(xué)\"課程教學(xué)的現(xiàn)狀,提高課程教學(xué)效果,文章對(duì)\"結(jié)構(gòu)力學(xué)\"課程知識(shí)體系、課堂教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)手段及教學(xué)反饋與總結(jié)進(jìn)行了深入的分析,并對(duì)每個(gè)部分的內(nèi)容提出了改進(jìn)建議。

盾構(gòu)隧道管片襯砌受力分析力學(xué)模式探討

富水板巖地層的膨脹問題一直是地下工程領(lǐng)域亟待解決的難點(diǎn)問題.以滬昆客運(yùn)專線長昆湖南段姚家隧道出現(xiàn)的膨脹問題為出發(fā)點(diǎn),利用midas/gts軟件建立二維平面應(yīng)變非線性對(duì)稱計(jì)算模型,將已取得的基于時(shí)間效應(yīng)的富水板巖隧道圍巖膨脹本構(gòu)模型導(dǎo)入至midas/gts軟件中,研究膨脹作用下板巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)機(jī)制.結(jié)果表明：板巖在膨脹作用過程中,圍巖膨脹力成為影響支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的主要荷載,由于膨脹力的存在,拱腳處的軸力、剪力、彎矩和仰拱跨中彎矩、軸力均會(huì)顯著增加;圍巖在膨脹過程中,與支護(hù)結(jié)構(gòu)密貼的圍巖附近會(huì)產(chǎn)生明顯的塑性區(qū),塑性區(qū)主要集中在隧道仰拱以下區(qū)域和拱頂附近環(huán)形區(qū)域內(nèi),仰拱以下塑性區(qū)層次明顯;塑性區(qū)的分布范圍和隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移之間呈正相關(guān)性.

本文針對(duì)水工結(jié)構(gòu)力學(xué)的專業(yè)性和實(shí)用性,提出通過合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、注重啟發(fā)式教學(xué)以及加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)三方面的措施對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革,力求進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量,增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)興趣及綜合能力的培養(yǎng)。