基于壳柱模型的饱和地基盾构隧道车致动应力计算理论研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51478353
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    周顺华
  • 依托单位：
    同济大学
  • 学科分类：
    E0809.道路与轨道工程
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The study on the dynamic stress in ground caused by moving train is the basis of train-induced cumulative settlement calculation. However，there is no ideal theory for the calculation of dynamic stress in saturated foundation of shield tunnel yet. In this study, thin-walled cylindrical shell is used to simulate shield tunnel lining and saturated cylindrical soil is used to simulate saturated ground respectively. Then the vibration governing equations of shield tunnel and wave equations of porous saturated ground in cylindrical coordinate system are established. Through the coupling of tunnel and ground subsystems, a model for calculation of dynamic stress of saturated soil induced by train running in shield tunnel is eventually established, and the solution of train-induced dynamic stress of saturated ground is finally obtained. On this basis, further calculation and analysis of dynamic stress and its change laws with time and space will be done. Meanwhile, a vibration response model test of the subway tunnel is performed to test the dynamic stress of the ground caused by moving train by means of an annular vibration simulation test bench with a scale of 1:10, thus the distribution characteristics and the change laws of the dynamic stress can be revealed, and the reliability of the calculation results of the shell cylinder model for dynamic stress of saturated foundation of shield tunnel can be verified as well. This research results can be a theoretical support on train-induced cumulative settlement calculation for saturated soil under shield tunnel.
列车运行引起的地基动应力的研究是进行车载累积沉降计算的基础，然而，对于饱和地基盾构隧道车致动应力的计算，目前尚无理想的理论算法。本研究分别采用薄壁圆柱壳模拟盾构隧道衬砌和多孔饱和圆柱形土体模拟地基，建立盾构隧道振动控制方程和柱坐标系下多孔饱和地基的波动方程，通过将隧道与地基子系统进行耦合组装求解，最终建立饱和地基盾构隧道车致动应力壳柱法计算模型，进而获得饱和地基盾构隧道车致动应力解，在此基础上，进一步计算和分析饱和地基盾构隧道车致动应力及其时空变化规律。同时，借助1:10轨道交通环形振动模拟实验台，开展地铁隧道行车振动响应模型试验，测试列车运行引起的地基的动应力，进而揭示其分布特征与变化规律，并验证饱和地基圆形隧道车致动应力壳柱模型计算结果的可靠性。研究成果可为饱和黏性土地基盾构隧道的车载累积沉降计算及相关研究提供理论支撑。

结项摘要

列车运行引起的地基动应力的研究是进行车载累积沉降计算的基础，然而，对于饱和地基盾构隧道车致动应力的计算，目前尚无理想的理论算法。本项目从频域和时域两个角度出发，构建了三类隧道-土体系统车致振动响应分析方法，包括：（1）将土体视为饱和多孔介质，隧道衬砌和壁后注浆层视为双层圆柱壳，轨道板和钢轨视为Euler梁，地铁列车荷载视为一系列移动的轮载，建立了车辆-轨道-隧道土体动力响应壳柱法半解析模型。（2）推导了饱和半空间内和饱和分层半空间内作用单位集中简谐荷载和单位简谐流相点源的2.5维动力Green函数，建立了饱和半空间土-隧道系统车致动力响应的2.5维有限元-边界元耦合模型。（3）使用动态子结构法和半解析法，考虑轮轨非线性接触特性，在时域内建立了车辆-轨道-隧道-土体空间耦合分析模型。基于上述模型，分析了地铁隧道车致动应力的响应特征。.重要结论包括：.（1）定幅值（荷载频率f =0Hz）移动车辆荷载作用下，土体的响应是拟静态的，并未产生明显的波动现象。双线运行条件下，土体的动力响应较单线运行下的大，叠加效应明显，且土体位移和孔隙水压力的叠加效应比土体动应力的叠加效应更为明显。此外，土体的车致动力响应具有明显的转向架和车体特性，而轮对特性不明显。.（2）地铁车致地基附加正应力中，隧底土体竖向正应力τrr幅值最大，τθθ和τzz幅值接近，约为0.5τrr。饱和土体正应力及孔压幅值随着深度增大而减小，正应力中τθθ沿深度衰减最快，τrr最慢，剪应力τrz幅值随着深度增加先增大后减小，至注浆层底部以下9 m处，地基动应力衰减为最大值的20%左右。.（3）弹性土体与饱和弹性土体的动应力区别明显，如果忽略土中孔隙水的影响和荷载的叠加作用，会低估移动荷载作用下土体的附加动应力水平。因此，在分析车致动应力时需要考虑弹性地基和饱和地基的区别，车辆荷载和单个荷载的区别。地基土体的渗透性越差，隧底车致正应力τrr和孔压Pf幅值越大，剪应力τrz越小。

项目成果

期刊论文数量（32）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（1）
专利数量（0）
Biobjective Optimization of Vibration Performance of Steel-Spring Floating Slab Tracks by Four-Pole Parameter Method Coupled with Ant Colony Optimization
四极参数法耦合蚁群优化钢弹簧浮板轨道振动性能双目标优化
  • DOI：
    10.1155/2015/514612
  • 发表时间：
    2015-07
  • 期刊：
    Mathematical Problems in Engineering
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Jin Hao;Liu Weining;Zhou Shunhua;Adam Christoph
  • 通讯作者：
    Adam Christoph
软土地区地铁隧道不均匀沉降特征及分区控制
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    岩土工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    狄宏规;周顺华;宫全美;王培鑫;肖军华
  • 通讯作者：
    肖军华
地表超载作用下盾构隧道劣化机理与特性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    岩土工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄大维;周顺华;赖国泉;冯青松;刘林芽
  • 通讯作者：
    刘林芽
Dynamic 2.5-D green's function for a poroelastic half-space
多孔弹性半空间的动态 2.5 维格林函数
  • DOI：
    10.1016/j.enganabound.2016.03.011
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Engineering Analysis with Boundary Elements
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Zhou Shunhua;He Chao;Di Honggui
  • 通讯作者：
    Di Honggui
Investigation of the long-term settlement of a cut-and-cover metro tunnel in a soft deposit
软土中明挖回填地铁隧道长期沉降研究
  • DOI：
    10.1016/j.enggeo.2016.01.016
  • 发表时间：
    2016-04-08
  • 期刊：
    ENGINEERING GEOLOGY
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Di, Honggui;Zhou, Shunhua;Luo, Zhe
  • 通讯作者：
    Luo, Zhe

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其他文献

上覆非饱和层地基-隧道动力响应半解析算法
  • DOI：
    10.11908/j.issn.0253-374x.20390
  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
    郭慧吉;狄宏规;周顺华;王炳龙;何超
  • 通讯作者：
    何超
非饱和土-结构动力响应的多耦合周期性有限元法
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
    力学学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    狄宏规;郭慧吉;周顺华;王炳龙;何超
  • 通讯作者：
    何超
地表超载作用下软土地区既有盾构隧道与地层的相互作用分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    铁道学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄大维;周顺华;冯青松;雷晓燕;刘钢
  • 通讯作者：
    刘钢
高速列车作用下双块式无砟轨道与路基垂向耦合振动分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    铁道学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    杨新文;宫全美;周顺华;练松良
  • 通讯作者：
    练松良
局部加卸载下散粒体中接触力的残留特性及细观机理
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    同济大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    付龙龙;宫全美;王长丹;周顺华
  • 通讯作者：
    周顺华

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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