复杂环境与盾构隧道结构变形性能耦合作用动态演化机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51608380
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

As the mileage of operated tunnels increases, the possibility for accidents of urban shield tunnel might become larger than ever. Intensive focus thus has been placed on the safety of operated shield tunnels. It is generally recognized that the high complex ground condition are twofold, i.e., one is due to the spatial variation of soils and the other is due to the aggressive nearby underground constructions. The surrounding ground could produce both the active loading and the passive reaction. Hence, lots of research emphasis have been placed on an accurate description of confining effect of subgrade and a precise quantification of long-term performance of segmental lining. However, a large vagueness exists in the study on the coupling interactions between structural performance and the subgrade reaction of surrounding ground, in particular with the evaluation and distribution of subgrade reaction and long-term effect of the interaction. This potentially could induce an unsafe assessment for structural performance. In view of the situation, this project emphasizes on the coupling interactions among the three parts including the surrounding environments, the subgrade reaction and the shield tunnel linings. By applying the mobilized strength design (MSD) method, an explicit nonlinear curve of subgrade reaction varying with the lining convergence will be presented. Then the distribution of subgrade reaction in spatially varied ground will be proposed by using the Markov chain theory. Finally, the time series analysis will be utilized to derive a joint evolution model for subgrade reaction and lining deformations. This evolution model could precisely quantify the effect of subgrade on the structural performance of shield tunnel lining in complex ground conditions. It could help to establish a general frame for safety control from the subgrade reaction point of view and eventually support the safe operation and preventive maintenance for urban shield tunnel lining structures.
近年来我国城市盾构隧道大规模建设运行以及各类结构损坏事故频发引起了各界对隧道结构运行安全问题的高度关注。盾构隧道结构赋存的复杂环境(包括地层条件和外界扰动)一方面是荷载作用,同时也是结构变形的约束条件。国内外学者十分重视研究地层约束抗力、隧道结构变形及其性能耦合作用机理问题,现有地层抗力分析限于简化的力学模型和经验方法,无法考虑其中的耦合机制及结构长期服役性态变化,因此,对复杂环境中的盾构隧道结构安全运行状态及失效机理缺乏准确的判断。本项目将围绕工程环境-地层抗力-隧道结构三者耦合作用机理问题,利用调用强度设计方法建立复杂环境中地层抗力与结构变形的非线性显式映射关系,应用Markov链理论研究单元地层抗力的空间场分布特性,建立地层抗力与结构变形在时空域内的联合概率演化模型,精确量化各类复杂环境中地层抗力对隧道结构力学行为影响规律,为我国城市盾构隧道结构运维安全提供基础理论支持。

结项摘要

盾构隧道结构赋存的复杂环境(包括地层条件和外界扰动)一方面是荷载作用,同时也是结构变形的约束条件。现有地层抗力的取值无法考虑复杂环境与管片结构的耦合机制及结构长期服役性态变化,导致隧道安全运行状态和失效机理缺乏准确判断。本项目围绕工程环境-地层抗力-隧道结构三者耦合作用机理问题,在以下2个方面取得突出成果:.1)利用调用强度设计(MSD)方法建立复杂环境中地层抗力与结构变形的非线性显式映射关系:. 提出以隧道圆形均匀收缩、隧道椭圆化变形的两种基本结构变形模式条件下地层位移场函数,构建隧道结构断面水平收敛位移δ与地层应变ε的映射关系。另一方面,对应均匀收缩变形场函数、椭圆化变形场函数,引入均匀分布抗力与椭圆化余弦函数分布抗力两种模式,通过场内能量平衡原理建立抗力pk与调用强度su,mob之间关系,考虑土体复杂应力应变关系曲线(硬化土体模型),构建抗力pk与结构水平收敛位移δ之间的非线性关系,提出复杂环境中地层抗力与盾构隧道结构变形非线性映射关系模型,为软土盾构隧道性能化设计提供关键参数。.2)应用随机场理论研究单元地层抗力的空间场分布特性,建立结构变形在时空域内的联合概率演化模型,精确量化各类复杂环境中地层抗力对隧道结构力学行为影响规律:. 提出以有限地质钻孔作为先验数据以及Hidden Markov随机场更新的地层空间分布模型,基于该模型采用Monte Carlo进行地层随机模拟,提取地层空间随机分布条件下隧道开挖前后衬砌结构作用的径向土压力,建立以径向土压力系数表征的地层抗力空间分布模型(系数<1则地层抗力为正,系数>1则地层抗力为负),分析显示隧道拱顶和拱底位置处抗力受地层变异条件影响较小,而在隧道两侧拱腰位置处的影响较大。进一步提出基于实测结构变形数据更新的隧道结构变形安全概率密度演化模型,为隧道结构变形长短期时空域内的安全性能预测提供依据。. 依托以上内容,共发表学术论文20篇,包括SCI检索10篇(含1篇ESI高被引论文),申请专利著作权3项,培养硕博士研究生5名。成果为软土盾构隧道结构性能演化机理以及加固维护决策提供必要的理论支撑与实操指南。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(2)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(7)
专利数量(3)
Robust retrofitting design for rehabilitation of segmental tunnel linings: Using the example of steel plates
管片隧道衬砌修复的稳健改造设计:以钢板为例
  • DOI:
    10.1016/j.tust.2018.09.016
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Zhang, Dong-ming;Zhai, Wu-zhou;Chapman, David
  • 通讯作者:
    Chapman, David
Rehabilitation of Overdeformed Metro Tunnel in Shanghai by Multiple Repair Measures
上海超变形地铁隧道多重修复措施修复
  • DOI:
    10.1061/(asce)gt.1943-5606.0002169
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF GEOTECHNICAL AND GEOENVIRONMENTAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhan, D. M.;Zhang, D. M.;Wang, F.
  • 通讯作者:
    Wang, F.
Influence of spatial variability of soil Young's modulus on tunnel convergence in soft soils
土杨氏模量空间变异对软土隧道收敛的影响
  • DOI:
    10.1016/j.enggeo.2017.09.011
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Engineering Geology
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Huang H.W.;Xiao L.;Zhang D.M.;Zhang J.
  • 通讯作者:
    Zhang J.
Influence of grouting on rehabilitation of an over-deformed operating shield tunnel lining in soft clay
注浆对超变形软土盾构隧道衬砌修复的影响
  • DOI:
    10.1007/s11440-018-0696-8
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Acta Geotechnica
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhang D. M.;Liu Z. S.;Wang R. L.;Zhang D. M.
  • 通讯作者:
    Zhang D. M.
Field data-based probabilistic assessment on degradation of deformational performance for shield tunnel in soft clay
基于现场数据的软土盾构隧道变形性能退化概率评估
  • DOI:
    10.1016/j.tust.2017.05.005
  • 发表时间:
    2017-08-01
  • 期刊:
    TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Huang, Hong-wei;Zhang, Yan-jie;Ayyub, Bilal M.
  • 通讯作者:
    Ayyub, Bilal M.

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其他文献

Research on fault diagnosis of coal mill system based on the simulated typical fault samples
基于模拟典型故障样本的磨煤机系统故障诊断研究
  • DOI:
    10.1016/j.measurement.2020.107864
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Measurement
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    胡勇;平博宇;曾德良;牛玉广;高耀岿;张东明
  • 通讯作者:
    张东明
采动裂隙煤岩体应力与瓦斯流动的耦合机理
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2014.3009
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张东明;齐消寒;宋润权;尹光志
  • 通讯作者:
    尹光志
火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验研究及分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张超;薛素铎;王广勇;张东明
  • 通讯作者:
    张东明
一种求解动态数据集中k-支配轮廓的算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    小型微型计算机系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘国华;崔晓微;张东明;董雷刚
  • 通讯作者:
    董雷刚
宽叶金粟兰化学成分的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    药学学报.40(6).525.2005
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李创军;张东明;罗永明
  • 通讯作者:
    罗永明

其他文献

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张东明的其他基金

软土隧道工程
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    120 万元
  • 项目类别:
    优秀青年科学基金项目
地层注浆对盾构隧道横向变形安全的恢复机理与优化控制方法
  • 批准号:
    51978516
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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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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