高速鐵路交叉隧道動力特性及結(jié)構(gòu)安全性理論研究結(jié)題摘要

本項目針對高速列車振動、列車氣動和地震震動“三動”荷載作用，開展高速鐵路交叉隧道動力特性及結(jié)構(gòu)安全性理論研究，從而揭示交叉隧道動力特性、損傷累積機理，提出安全性控制方法和措施，為高速鐵路交叉隧道選線設(shè)計、結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計及其運營維護加固提供理論和技術(shù)支撐。具體完成工作如下： 研究了不同列車振動荷載、不同圍巖級別條件下交叉盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的動力響應；研究了礦山法隧道在圍巖級別、列車通過方式、列車速度、交叉角度和巖柱高度等五種影響因素下隧道襯砌的動力響應及其擬合函數(shù)；揭示了列車在隧道內(nèi)行駛時，特定觀測點對應的列車行駛影響區(qū)；通過模型試驗研究了鐵路盾構(gòu)隧道列車振動荷載下襯砌結(jié)構(gòu)及圍巖動力響應。 研究了高速列車以350km/h的速度通過頂部單開口、頂部雙開口、頂部單間縫、頂部雙間縫和條帶式單開口等5種緩沖結(jié)構(gòu)時隧道內(nèi)的氣動規(guī)律；分析了高速鐵路隧道交叉結(jié)構(gòu)段列車風的時程變化規(guī)律和空間分布特點，研究了交叉結(jié)構(gòu)段最不利位置處接觸網(wǎng)的風致振動特性；分析了三維湍流非定常流場條件下高速鐵路隧道接觸網(wǎng)系統(tǒng)的振動特性。 通過振動臺模型試驗及數(shù)值模擬，探明了平行雙孔高速鐵路隧道及空間不同夾角交叉高速鐵路隧道地震作用下結(jié)構(gòu)動力響應特征，揭示了高速鐵路主隧道與聯(lián)絡橫通道交叉結(jié)構(gòu)的地震動力響應規(guī)律，提出了隧道合理抗震設(shè)防范圍及相應的抗減震措施。 提出了一種名義應力壽命預測方法；探明了不同條件下交叉隧道隧底結(jié)構(gòu)疲勞壽命變化規(guī)律；研究了地震荷載作用下交叉隧道結(jié)構(gòu)的損傷特性及分布規(guī)律；采用線性損 傷累積的方法，在地震損傷作為初始損傷的基礎(chǔ)上，分析了不同交叉條件下列車荷載作用對隧道結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響。 項目執(zhí)行期間，獲2015年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎，2014年度中國鐵道學會科學技術(shù)一等獎。獲授權(quán)發(fā)明專利4項，實用新型專利1項。出版專著1部，發(fā)表期刊論文41篇（SCI收錄5篇，EI收錄21篇）。 2100433B

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)在和今后一段時期都將涌現(xiàn)大量的高速鐵路交叉隧道，這些交叉隧道種類多樣、施工方法各異，在遭受高速列車振動、列車氣動以及地震震動等三動荷載作用下呈現(xiàn)復雜的動力響應，容易出現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)的動力損傷累積效應并威脅隧道安全。項目以國內(nèi)多座典型的高速鐵路交叉隧道為依托，研究不同工法、不同交叉結(jié)構(gòu)類型、不同結(jié)構(gòu)和圍巖參數(shù)等條件下交叉隧道結(jié)構(gòu)體系在列車振動、列車氣動和地震震動荷載作用下的結(jié)構(gòu)動力特性及其損傷演化規(guī)律，揭示該類隧道在動力荷載下的損傷演化機理及其動力破壞模式，分別建立交叉隧道結(jié)構(gòu)體系列車振動和列車氣動的影響分區(qū)標準與分區(qū)方法，提出不同條件下保證交叉隧道耐久性和長期運營安全性的具體措施。研究成果可為高速鐵路交叉隧道結(jié)構(gòu)體系的耐久性設(shè)計、整體安全性評估和累積損傷病害下的維護與加固提供理論和技術(shù)支撐。

• 第一章緒論

• 第二章交叉隧道結(jié)構(gòu)動力分析理論與計算條件

• 第三章高速列車荷載作用下隧道襯砌結(jié)構(gòu)動力損傷特性及抗振分析

• 第四章地震荷載作用下交叉隧道動力響應及安全評價

• 第五章爆破荷載作用下立體交叉隧道動力響應及控制爆破

• 第六章多元荷載耦合作用下立體交叉隧道動力響應及安全性分析

• 參考文獻

本書針對多種動荷載及其耦合作用下的高速鐵路交叉隧道，研究列車荷載、地震荷裁和爆破荷載作用下交叉隧道的動力響應特征和動力損傷分布規(guī)律。本書根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（2015年版）》（GB 50010—2010）中建議的混凝土損傷本構(gòu)關(guān)系建立彈塑性損傷木構(gòu)模型，并在FLAC3D中進行二次開發(fā)及模型驗證，同時基于開發(fā)的損傷本構(gòu)模型對列車荷載作用下交叉隧道襯砌結(jié)構(gòu)的動力損傷特性進行研究，并對各影響因素的敏感性及多種抗振措施進行分析；結(jié)合動力有限差分法和隧道動載理論，研究單一動載及多元動載（包括列車荷載、地震荷載和爆破荷載），耦合作用下立體交叉隧道的動力響應特征及安全控制措施，定性分析各個影響因素對隧道襯砌的影響程度及最易出現(xiàn)危險的部位，獲取不同工況下交叉隧道的安全范國，并對相應安全控制措施進行評價。

《隧道工程動力響應特性與汶川地震隧道震害分析及啟示》是一篇文獻，作者為錢七虎、何川、晏啟祥。

【作者】錢七虎；何川；晏啟祥；

【機構(gòu)】中國人民解放軍理工大學；西南交通大學；

【摘要】<正>我國地處歐亞地震帶和環(huán)太平洋地震帶之間,地震活動頻繁,是世界上最大的大陸淺源強震活動區(qū),震害具有分布廣、強度高、危害大等特點。從"5·12"汶川大地震及世界范圍的工程結(jié)構(gòu)物震害情況看,通常情況下隧道工程震害較房屋、橋梁等地面建筑輕微,隧道工程相對具有較強的抗震性能。但另一方面,在強震條件下,隧道工程震害依然較突出,如"5·12"汶川大地震、臺灣集集地震、日本關(guān)東大地震、阪神大地震等強震都造成 2100433B