隧道模型动力边界计算与设置文献综述

 2023-10-31 10:10

文献综述

本课题的现状及发展趋势:

当前国内外已经存在多种对隧道模拟进行动力边界计算的方法,提出了在不同土质下的模拟方法。目前,最常采用的是构造有限元模型进行计算。在城市或软黏土地形中,这些方法常被用于计算地震对隧道的影响上。

在工程建设中,动力边界的确定关乎工程的安全和使用期限。隧道动力边界计算研究中,影响计算精度主要有两个问题:1、对无限地区进行人工截取以获得有限计算模型;2、波向无限域传播的波动模拟问题,即人工边界问题。目前众多学者对人工边界进行了深入研究,而对边界取值认识不够。各位专家在对隧道模型进行分析时采用不同的等效方法:圣维南采用圆形隧道作为雏形,利用等效静力替代外力,忽略微小影响,计算出边界宽度约为5倍孔径宽度;Mettrikine将隧道设定为欧拉梁,使用解析法获得隧道动力响应;李天斌采用7倍孔径作为动力边界,将其用于黄草坪隧道。无论是采用固定边界、黏性边界还是黏弹性边界,边界始终存在对动力作用的吸收及反射问题,仍然需要足够的计算宽度来模拟无限区域,避免周边影响及边界影响相互叠加,最终确定如何进行动力边界计算与设置。

本课题研究的意义和价值:

目前,随着交通需求增大,城市建设量日益增大,城市规划面积扩张迅速导致城市道路红线逼近,因此地下工程渐渐成为了现在交通组成的重要部分。隧道作为主要的地下工程组成部分,其安全性和适用性关乎整个交通脉络的发展和运营。与欧美各国相比,我国城市发展较晚,地下工程数量在交通系统中所占比重较小,因此对隧道在动力作用下产生的影响的研究尤为重要,而如何计算和如何设置动力边界,是保障隧道建设安全的重中之重。城市中地形复杂,建筑物面积较大,人流、车流密集,地表承重量大,因此对城中隧道需要对动力边界进行严格约束,必要时需要对其设置人工边界,以免造成隧道塌陷、变形或隧道承重不足而导致人员伤亡和财务损失。

国内文献中对于个别具体因素引起变形和位移的研究较多,而对多个因素同时作用时的效果研究的较少。研究成果大多集中于地表面变形的经验预估、数值模拟方面,而对引起地层移动和变形的土体扰动以及扰动土性研究较少。如何计算动力边界以及如何设置人工边界成为需要我们继续补充的部分。

参考文献

[1]陈国兴, 庄海洋, 杜修力, 等. 土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验-试验结果分析[J]. 地震工程與工程振動, 2007, 27(1): 164-170.

[2]莫海鸿, 邓飞皇, 王军辉. 营运期地铁盾构隧道动力响应分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 2.

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