检索结果-内蒙古大学图书馆

岩土力学 2021年第10期42卷 2795-2807页

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

衬砌劣化普遍存在于隧道工程,对隧道运营安全产生威胁。针对流变岩体中运营隧道衬砌劣化现状,建立了考虑围岩流变及衬砌劣化特性的时效解析模型,分析了隧道全寿命周期内围岩位移、支护反力变化规律。通过数值建模验证了解析模型的正确性... 详细信息

衬砌劣化普遍存在于隧道工程,对隧道运营安全产生威胁。针对流变岩体中运营隧道衬砌劣化现状,建立了考虑围岩流变及衬砌劣化特性的时效解析模型,分析了隧道全寿命周期内围岩位移、支护反力变化规律。通过数值建模验证了解析模型的正确性,借助本模型对衬砌劣化系数、衬砌厚度、支护时间及围岩流变特性等参数进行敏感性分析,最后对隧道服役性能进行了探讨。研究表明:在围岩流变效应下支护压力随时间增大,而支护结构在服役环境下力学性能逐渐降低,两者的耦合作用缩短了结构达到屈服强度发生破坏的时间;获取了支护荷载及承载能力时程曲线,建立了围岩流变及支护性能劣化耦合作用下隧道服役寿命预测模型;明确指出支护−围岩关系是隧道结构长期安全性的核心内容。

关键词：运营隧道围岩流变衬砌劣化理论解析服役性能

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衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析

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公路工程 2012年第1期37卷 26-31页

作者：孔祥兴夏才初仇玉良匡希龙同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 中交第一公路勘察设计研究院地下工程与轨道交通研究所陕西西安710075 长沙学院土木工程系湖南长沙410003

针对目前世界最大直径水下盾构隧道的工程背景和劣化环境,通过分析衬砌劣化机理和行业规范标准确定了以有效厚度考量衬砌结构劣化,采用强度折减原理对强度参数进行逐步地折减,建立了考虑地层土性和覆土厚度影响的水下盾构隧道衬砌劣化模... 详细信息

针对目前世界最大直径水下盾构隧道的工程背景和劣化环境,通过分析衬砌劣化机理和行业规范标准确定了以有效厚度考量衬砌结构劣化,采用强度折减原理对强度参数进行逐步地折减,建立了考虑地层土性和覆土厚度影响的水下盾构隧道衬砌劣化模型,运用数值计算方法分析了衬砌劣化的多种组合工况,从而对衬砌劣化引起上海长江隧道(崇明越江通道)变形的特征表现和趋势规律进行了研究和探讨。研究结果表明:基于有效厚度折减的衬砌劣化分析方法能够有效地反映劣化后隧道结构的整体变形状况,且计算结果可靠合理,可为盾构隧道健康状态诊断与分析提供理论依据和技术支持,也可为运营管理部门正确及时的养护维修提供借鉴和指导。

关键词：水下盾构隧道衬砌劣化有效厚度强度折减法隧道变形数值模拟

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围岩和衬砌劣化作用下隧道底部结构动力响应

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铁道建筑 2023年第6期63卷 109-112页

作者：王景春常子红王大鹏刘凯林石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

采用有限元方法对比分析了列车振动荷载作用下不考虑与考虑衬砌和围岩劣化时隧道底部结构动力响应。结果表明:整体来看,列车通过时衬砌劣化对隧道底部结构动力响应影响较小,从开始服役到服役100年,隧道底部竖向位移基本不变,振动加速度... 详细信息

采用有限元方法对比分析了列车振动荷载作用下不考虑与考虑衬砌和围岩劣化时隧道底部结构动力响应。结果表明:整体来看,列车通过时衬砌劣化对隧道底部结构动力响应影响较小,从开始服役到服役100年,隧道底部竖向位移基本不变,振动加速度先减小后增大,动应力逐渐减小;围岩劣化对隧道底部结构动力响应影响明显,从开始服役至服役100年,隧道底部竖向位移逐渐增大,振动加速度先增大后减小,动拉应力先减小后增大,动压应力逐渐增大;考虑围岩劣化作用时,服役60年左右隧道底部结构振动加速度变化显著,动拉应力急剧增大,对隧道底部结构极为不利,因此隧道服役后期应加强隧道底部及周围岩体的监测与病害防治。

关键词：铁路隧道动力响应数值模拟隧道基底衬砌劣化围岩劣化移动荷载

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考虑衬砌与围岩劣化的隧道仰拱动力响应分析

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铁道工程学报 2023年第7期40卷 51-56页

作者：王景春常子红王大鹏石家庄铁道大学石家庄050043

研究目的:为研究考虑劣化效应时,列车荷载作用下隧道仰拱结构的振动响应问题,本文以贵南某高速铁路隧道为工程背景,建立带仰拱结构的高速铁路隧道动力响应模型,分析隧道衬砌经时劣化与围岩经时劣化对仰拱结构动力响应的影响。研究结论:... 详细信息

研究目的:为研究考虑劣化效应时,列车荷载作用下隧道仰拱结构的振动响应问题,本文以贵南某高速铁路隧道为工程背景,建立带仰拱结构的高速铁路隧道动力响应模型,分析隧道衬砌经时劣化与围岩经时劣化对仰拱结构动力响应的影响。研究结论:(1)衬砌经年劣化时,仰拱竖向变形几乎不变,服役后期测点加速度有一定程度的变化,测点最大主应力和最小主应力随劣化时间增加而减小,减小幅度较小;(2)围岩经年劣化时,仰拱竖向变形增幅明显,服役时间0~100 a仰拱中心测点竖向变形增幅为75%,加速度变化规律与衬砌劣化时相似,服役后期有一定的变化,仰拱动应力随围岩劣化呈两阶段变化,服役前期(0~75 a)动应力随劣化时间增加而增大,且增幅明显,服役后期(75~100 a)动应力随劣化时间增大而减小;(3)与衬砌劣化相比,围岩劣化对仰拱结构变形及受力影响更为显著,服役后期(75~100 a)仰拱结构受力发生改变,需加强隧道服役后期仰拱结构及周围岩体的检查及加固;(4)本研究结果可为服役期间隧道结构维护及风险评价提供一定的理论参考。

关键词：仰拱结构衬砌劣化围岩劣化振动响应

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季冻区隧道衬砌渐进劣化规律及工程影响

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长安大学学报（自然科学版） 2021年第6期41卷 63-72页

作者：伍毅敏许鹏黄乐蔡直言胡凯巽中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖北省交通规划设计院股份有限公司湖北武汉430051

为研究季节性冰冻区隧道服役数年后衬砌混凝土劣化对隧道结构的影响,以隧道温度场测试结果为基础,建立隧道衬砌渐进劣化模型,通过数值模拟研究了隧道结构发生劣化后的工程影响。对甘肃省乌鞘岭隧道群3座不同长度的隧道,采用智能温度记... 详细信息

为研究季节性冰冻区隧道服役数年后衬砌混凝土劣化对隧道结构的影响,以隧道温度场测试结果为基础,建立隧道衬砌渐进劣化模型,通过数值模拟研究了隧道结构发生劣化后的工程影响。对甘肃省乌鞘岭隧道群3座不同长度的隧道,采用智能温度记录仪并以小时为监测频率对隧道温度场进行了测试,揭示了季冻区温度日周期正负温交替引起隧道衬砌混凝土经受非饱和冻融循环的现象。基于隧道纵向和横断面冻融循环次数的分布规律,建立衬砌渐进劣化荷载结构模型,分析其对隧道结构的影响。研究结果表明:隧道衬砌结构经历的日周期冻融循环次数随距洞口的距离增加而减少,且1个年周期内隧道洞口段可经历上百次冻融循环作用;衬砌结构经历的冻融循环次数随隧道径向深度增加而减少,在衬砌表面经历138次冻融循环时,径向深度5 cm处可经历77次冻融循环;衬砌混凝土的劣化程度与其经受的非饱和冻融循环次数相关,呈现从衬砌表面到衬砌内部逐渐减弱的分布,从隧道洞口到隧道中部逐渐减弱的分布规律;衬砌混凝土随服役年限逐渐劣化改变了结构的受力状态,随服役年限增加,截面安全系数由混凝土抗压强度控制变为混凝土抗拉控制,拱顶截面的安全系数明显减小,拱顶受拉区宽度逐渐增大。

关键词：隧道工程寒区隧道非饱和冻融循环衬砌劣化温度场

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硫酸盐腐蚀作用下山岭隧道衬砌结构劣化及承载力演变研究

硫酸盐腐蚀作用下山岭隧道衬砌结构劣化及承载力演变研究

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作者：何文正重庆交通大学

学位级别：博士

硫酸盐环境中山岭隧道衬砌的侵腐问题是一个多因素耦合作用下的腐蚀劣化问题,其劣化破坏是离子扩散、化学反应、力学损伤等诸多因素相互耦合、共同作用下的复杂变化过程,各“腐蚀因子”之间并非是简单的“加法”过程,也非纯粹的“乘法... 详细信息

硫酸盐环境中山岭隧道衬砌的侵腐问题是一个多因素耦合作用下的腐蚀劣化问题,其劣化破坏是离子扩散、化学反应、力学损伤等诸多因素相互耦合、共同作用下的复杂变化过程,各“腐蚀因子”之间并非是简单的“加法”过程,也非纯粹的“乘法”运算,而是各“因子”相互影响、互相放大的过程。目前,对衬砌在硫酸盐腐蚀环境下的侵腐及其承载力劣损-耗散演变规律的研究是一个比较新颖和重要的课题,具有重要的理论意义,对于硫酸盐腐蚀环境中大型、复杂的隧道工程建设也具有十分重要的工程意义。为此,本文以重庆市自然科学基金面上项目“含膏盐地层隧道多场耦合作用致灾效应研究”(项目编号:cstc2020jcyj-msxm X0963)等项目为依托,从有害离子对衬砌材料的腐蚀与多种环境因素耦合作用的视角,综合应用试验研究、理论研究和数值分析方法,探索腐蚀环境下山岭隧道衬砌劣化损伤行为和承载力演变规律。主要研究内容和成果如下:(1)设计了有较高适应性的腐蚀-应力-干湿循环耦合试验装置,通过室内试验,测试了试件中硫酸根离子的浓度分布,系统研究多因素影响下的硫酸根离子传输规律。在其影响因素方面,外部环境因素主要考虑温度、荷载、离子浓度、氯离子及干湿循环影响,材料因素则主要考虑不同水灰比的影响。通过对硫酸根离子浓度分布数据进行拟合,得到了混凝土表面硫酸根离子浓度,并分析了表面硫酸根离子浓度的时变规律以及各因素对其的影响,结果表明腐蚀初期表面硫酸根离子浓度快速增加,后期逐渐趋于平缓,采用指数函数能较好地反映其时变规律,并以此提出了表面硫酸根离子浓度时变模型,构建了离子传输方程的时变边界条件。(2)通过微观测试方法观察了腐蚀作用下混凝土试件内部微观形貌演化和主要腐蚀产物生长特性。在硫酸盐单盐腐蚀环境和硫酸盐+氯盐复合腐蚀环境下,腐蚀产物及其生长形态基本一致,氯离子的存在并没有改变硫酸盐的腐蚀机理。但处于硫酸盐-氯盐复合环境中的结构将受到更多的腐蚀产物的影响,对钢筋混凝土结构尤其不利。(3)采用宏观测试方法研究了腐蚀作用下混凝土及钢筋混凝土试件的宏观性能退化规律。用钢筋混凝土偏压试件模拟隧道衬砌的受力,重点研究了其在腐蚀作用下的承载力演化特征。偏心荷载对腐蚀环境中的钢筋混凝土偏压构件承载力退化具有加速效应,尤其是在高荷载水平下,混凝土内部微裂纹和腐蚀作用将形成相互放大的荷载-传输-劣化耦合效应,加速了承载力的退化。(4)基于数学、力学方法,提出了耦合多种环境因素、离子扩散、化学反应及损伤演化影响的非稳态硫酸根离子传输模型,模型在静态扩散-反应理论基础上进行了改进,建立了表面硫酸根离子浓度时变模型,代替静态边界条件,同时放弃了“表观扩散系数”的观念,考虑了扩散系数在扩散域中时间和空间上的差异,提出了扩散系数的时-空模型,通过扩散系数函数和边界离子浓度时变模型,实现荷载、温度、溶液浓度及损伤演化等因素之间的耦合。在上述提出的硫酸根离子非稳态传输模型基础上,进一步考虑硫酸盐-氯盐耦合效应,提出了硫酸根-氯离子耦合传输模型,从理论上刻画了两者共同作用下的离子传输特征。与学术界一般认为的“氯盐和硫酸盐在腐蚀过程中相互抑制”的观点不同,计算结果表明,这种相互抑制效应仅在腐蚀初期成立,后期氯离子将因硫酸盐腐蚀导致的膨胀开裂而加速传输,这种开裂-加速效应在混凝土表层表现得极为明显。(5)结合损伤力学理论和腐蚀离子传输模型,提出了腐蚀环境下山岭隧道衬砌承载力演化的预测模型。模型包含了三个子模型,即:腐蚀作用下的混凝土强度退化模型、混凝土-钢筋粘结力退化模型和钢筋剩余面积模型,以此进一步推导了腐蚀环境中衬砌的承载力计算公式,构建了微观腐蚀离子的扩散-反应过程和隧道衬砌宏观力学性能演化之间的直接联系。结果表明钢筋混凝土衬砌受拉区腐蚀导致的承载力衰减较受压区腐蚀更加严重,拱腰和拱脚的承载力退化程度较拱顶更高,山岭隧道衬砌在腐蚀作用下更容易发生大偏心破坏。

关键词：山岭隧道硫酸盐腐蚀离子传输衬砌劣化承载力演变

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运营铁路隧道劣化衬砌局部拆换加固关键技术

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高速铁路新材料 2024年第5期3卷 22-29页

作者：王帅京沈铁路客运专线辽宁有限责任公司沈阳110000

东北地区铁路客运专线WNY隧道某处拱顶存在空洞,空洞范围纵向0.8 m、环向3.0 m,空洞面积2.4 m^(2),衬砌厚度不足。根据衬砌劣化情况及相关要求,采用衬砌局部拆换加固方案整治。通过采用理论分析、数值模拟等方法,对衬砌拆换的全过程进... 详细信息

东北地区铁路客运专线WNY隧道某处拱顶存在空洞,空洞范围纵向0.8 m、环向3.0 m,空洞面积2.4 m^(2),衬砌厚度不足。根据衬砌劣化情况及相关要求,采用衬砌局部拆换加固方案整治。通过采用理论分析、数值模拟等方法,对衬砌拆换的全过程进行计算分析,开展拆换加固的可行性研究。结果表明:(1)混凝土拆除置换施工期间,结构最小安全系数为4.33,位于拱腰位置;置换后运营期结构最小安全系数为6.10,位于拱顶位置。施工和运营期结构受力均满足规范要求,混凝土浇筑后有利于结构整体受力,结构受力性能有所改善。(2)环向拆换长度一定时,随着纵向拆换长度的增大,结构首先发生受拉破坏,并通过计算得出一次性最大拆换范围。随着环向拆换长度的增大,纵向允许拆换长度增大,且敏感度逐渐增大。(3)采用5根锚固长度为2.3 m的施工锚杆时,结构整体安全系数为36.75,满足规范要求;采用20 mm厚竹胶板作为浇筑模板时,浇筑模板截面的正应力、剪应力和挠度值均小于规范规定值;化学锚栓支点受力亦小于规范规定值。

关键词：铁路隧道衬砌劣化空洞缺陷整治局部拆换

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隧道衬砌厚度不足及劣化对结构承载能力影响研究

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四川建筑 2019年第1期39卷 118-120页

作者：刘玮南京市公共工程建设中心江苏南京210019

文章依托某隧道围岩条件及设计参数,针对隧道衬砌厚度不足、隧道衬砌劣化等病害类型对不同病害程度情况下的结构承载能力影响进行了系统研究。得出结论如下:(1)隧道洞顶部位厚度欠缺时,结构受力分布规律影响及安全性能降低程度相对较大;... 详细信息

文章依托某隧道围岩条件及设计参数,针对隧道衬砌厚度不足、隧道衬砌劣化等病害类型对不同病害程度情况下的结构承载能力影响进行了系统研究。得出结论如下:(1)隧道洞顶部位厚度欠缺时,结构受力分布规律影响及安全性能降低程度相对较大;(2)隧道拱肩部厚度不满足设计要求时,随着衬砌厚度不足程度的不断增大,拱肩的安全系数显著降低;(3)隧道墙腰部厚度不满足设计要求时,随着欠缺程度的增加,相应部位的安全系数呈线性减小趋势。

关键词：隧道衬砌厚度衬砌劣化数值模拟

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波浪作用下含气海床内盾构隧道水力及位移响应分析

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岩土力学 2023年第6期44卷 1557-1574页

作者：张治国叶铜朱正国 PAN Y T 吴钟腾上海理工大学环境与建筑学院上海200093 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 国家海洋局北海预报中心山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室山东青岛266061 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福建省地质灾害重点实验室福建福州350002 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡119077

海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中,既有理论研究较少考虑含气海床环境,波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先,通过Biot固结方程获得了气-水混合流控制方程,结合适用于浅水区的Stokes... 详细信息

海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中,既有理论研究较少考虑含气海床环境,波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先,通过Biot固结方程获得了气-水混合流控制方程,结合适用于浅水区的Stokes二阶非线性波浪理论获得了隧道衬砌周围的孔隙水压响应;其次,采用叠加法分别考虑了由波浪引起的海床土体内振荡孔压和累积孔压,并以衬砌周围可能出现的最大孔隙水压及渗透力作为最不利荷载工况,结合指数衰减模型描述衬砌劣化效应,获得了考虑波浪渗透力作用下隧道衬砌服役期间位移变化规律;最后,通过试验监测数据及数值模拟验证了本研究理论解析的准确性,通过对波浪周期、水深,海床剪切模量、海床含气量,隧道半径、埋深、衬砌劣化系数进行分析。结果表明:海床含气量增大能降低波浪压力向海床内部传播,并减弱超静孔压的累积效应;随着海床含气量逐渐增大,隧道衬砌周围孔压极值不断减小且出现相位滞后,隧道外渗透力、衬砌径向位移均随着海床含气量增加而明显降低;波浪周期增大、海水深度降低均能明显使海床表面的波浪压力增大,诱发隧道衬砌周围产生较大的渗透力,从而发生较大径向位移,小半径、浅埋深能够有效降低累积孔压造成的渗透力影响;当衬砌劣化系数相同时,含气量越低的海床内波浪引起的超静孔隙水压影响越显著,衬砌产生较大径向位移,不利于隧道的正常服役。

关键词：海底盾构隧道含气海床累积孔压渗透力衬砌劣化

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波浪作用下海底隧道氯离子侵蚀劣化时变分析

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岩土工程学报 2023年第7期45卷 1323-1332页

作者：张治国叶铜朱正国 Pan Y T 吴钟腾上海理工大学环境与建筑学院上海200093 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 国家海洋局北海预报中心山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室山东青岛266061 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福建省地质灾害重点实验室福建福州350002 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡119077

浅水区海底隧道处于复杂波动水力环境中,既有理论研究一般只在静水环境中计入氯离子自由扩散对隧道衬砌的侵蚀作用,而较少考虑海洋波浪力对衬砌结构腐蚀的促进作用。首先采用适用于浅水区的Stokes二阶波浪理论确定了海床表面的波浪压力... 详细信息

浅水区海底隧道处于复杂波动水力环境中,既有理论研究一般只在静水环境中计入氯离子自由扩散对隧道衬砌的侵蚀作用,而较少考虑海洋波浪力对衬砌结构腐蚀的促进作用。首先采用适用于浅水区的Stokes二阶波浪理论确定了海床表面的波浪压力,基于Biot固结理论获得了隧道衬砌周围的水压响应;接着利用改进的Fick第二定律同时考虑水压和浓度梯度驱动下的氯离子扩散,并采用指数型强度劣化模型描述服役时间内衬砌混凝土的劣化效应;最后结合波浪作用下衬砌氯离子侵蚀效应进行了海底隧道衬砌承载力计算,并将理论解析解与数值模型和既有的试验结果进行了对比,获得了较好的一致性。结果表明,忽略动态波浪压力对衬砌混凝土中氯离子渗流的促进作用,将低估衬砌混凝土内部的氯离子扩散速度,随着波浪周期增加,衬砌内部氯离子侵蚀入渗的最大深度明显增大;而不考虑衬砌强度劣化效应会明显高估隧道结构的服役寿命,不利于海底隧道服役期间的安全储备。

关键词：海底盾构隧道 Stokes二阶波氯离子侵蚀衬砌劣化时变解析

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