本文關(guān)鍵詞： 高速鐵路 隧道仰拱 破壞模式 力學(xué)響應(yīng) 振動特性 疲勞壽命 安全性評價　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高速鐵路隧道具有列車運行速度快、斷面大、結(jié)構(gòu)振動更劇烈、可靠性要求高等特點,高速鐵路隧道建設(shè)期間,隧道仰拱的底鼓病害是影響隧道施工安全的重要因素;列車運行期間,在圍巖靜載及列車動載共同作用下隧道仰拱的破壞或急劇擴展,直接影響列車運行安全。但由于破壞誘因、過程、機制及程度的不同,對隧道施工及列車運行安全的影響有著顯著的差異,使得仰拱安全性控制的難度及效果相差懸殊。針對這一系列問題,論文首先從高速鐵路隧道仰拱破壞模式出發(fā),研究仰拱底鼓破壞機制及演化規(guī)律,并對其影響因素進(jìn)行分析,提出高速鐵路隧道仰拱設(shè)計原則;其次基于振動波傳播機理,明確隧道仰拱動力響應(yīng)及衰減規(guī)律;最后提出高速鐵路隧道仰拱安全性評價方法。主要開展工作及研究成果如下:(1)研究了高速鐵路隧道仰拱破壞演化規(guī)律,從受力特征及破壞形態(tài)的角度出發(fā),提出了隧道仰拱底鼓破壞的基本模式,分別為彎曲張裂型、彎剪拉裂型以及剪切錯動型,并揭示了相應(yīng)的破壞機制。彎曲張裂型以受彎破壞為主,破壞集中于跨中位置;剪切錯動型以受剪破壞為主,由水平方向過大的軸力引起剪切錯動;彎剪拉裂型同時受彎剪作用,破壞集中于拱腳位置。(2)建立了荷載結(jié)構(gòu)模型與地層結(jié)構(gòu)模型相耦合的力學(xué)模型,獲得了仰拱內(nèi)力場的解析解,給出了對數(shù)螺旋線方程及仰拱內(nèi)力場的求解流程。基于正交試驗給出了高速鐵路隧道仰拱結(jié)構(gòu)變形影響程度排序,建立了高速鐵路隧道仰拱變形預(yù)測模型,得到了仰拱底鼓變形效應(yīng)的表征和計算公式。提出了高速鐵路隧道仰拱設(shè)計的基本原則,將高速鐵路隧道仰拱底鼓分為輕微、中度、嚴(yán)重三個等級,并給出了各等級判別標(biāo)準(zhǔn)。(3)建立了列車—軌道—仰拱相互作用模型,基于數(shù)值計算及現(xiàn)場試驗對仰拱結(jié)構(gòu)在高速列車荷載作用下的振動特性進(jìn)行了分析,將高速列車作用下仰拱結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)分為超前振動、通過時振動以及駛離后振動三部分,通過時振動最為劇烈是仰拱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動病害的主要因素。給出了列車振動荷載作用下仰拱及其填充層的動力響應(yīng)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)豎向振動加速度及動應(yīng)力響應(yīng)與深度成反比,與列車運行速度成正比,指出仰拱及其填充層是列車振動荷載的主要載體。(4)分析提出了高速鐵路隧道仰拱結(jié)構(gòu)在圍巖靜載及列車動載作用下裂縫的擴展規(guī)律,指出圍巖靜載作用下出現(xiàn)的裂縫遭遇列車動載時存在急劇擴展現(xiàn)象�；趯ρ龉捌诶鄯e損傷的研究,給出了仰拱疲勞壽命的計算方法。(5)建立了高速鐵路隧道仰拱安全性分析模型,提出了以隧道圍巖性質(zhì)及仰拱結(jié)構(gòu)條件、靜力響應(yīng)、動力響應(yīng)三個方面為核心指標(biāo)的評價模型,建立了包含破壞模式、隆起位移、裂縫開度、裂縫深度、裂縫長度、振動加速度、振動損傷7項基礎(chǔ)指標(biāo)在內(nèi)的綜合評價體系,提出隧道仰拱安全性分級方法,將其分為A、B、C三個安全性級別,針對不同級別采取不同的控制措施。該方法在福川隧道工程中得到了成功的應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U451

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