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穿越施工中管线与土层共同变形规律分析被引量：10: 2020年; 研究目的:为了解穿越工程中管线与土层的共同变形规律,建立管-土相互作用三维有限元模型,分析土体及管线刚度、新建隧道直径、管线与隧道净距对管线沉降和内力的影响。研究管线沉降和弯矩随管土刚度系数K的变化规律,提出柔性管线、弹性管线和刚性管线的管土刚度系数K判定值,给出管线最大弯矩和最大沉降的简便计算公式。进行室内离心模型试验及现场实测,将管线监测数据与数值模拟进行对比研究。研究结论:(1)管线沉降和弯矩均随管土刚度系数K的增大而减小;(2)当K<0.1时,管线为柔性管线,管线与土层能够协同变形不产生脱空,此情况下可把土层沉降当作管线沉降来计算管线内力;(3)当K>100时,管线为刚性管线,管线很容易与土层产生脱空,可采用土层反力作为荷载来计算管线内力;(4)当0.1≤K≤100时,管线为弹性管线,可能与土层产生脱空,宜通过考虑管土分离的有限元模型进行其受力分析;(5)本研究成果可为隧道施工中既有管线的安全评价提供理论依据。; 杨成永董烨程霖邱美丽张伦政; 关键词：地下管线沉降管-土相互作用离心模型试验

匀质地下管线大变形的控制微分方程及其近似解被引量：7: 2014年; 从杆件变形的空间曲线运动方程出发,引入物性方程,建立管线大变形的控制微分方程。忽略管线截面形状的改变并假设管线的轴向变形在沉降槽范围内为一常量,从而得到简化的控制微分方程。在假定土层和管线的沉降均符合正态分布曲线条件下,给出简化控制微分方程的近似解法,并推导出管线轴力和一维度规的计算公式。实例计算和对比分析结果表明:在管线和土层的沉降较小时,大变形解与小变形解基本相等,轴力的影响可以忽略;但当管线和土层的沉降较大时,轴力的影响变得明显;轴力增加了管线抵抗竖向变形的能力,因此管线沉降、弯矩和剪力的大变形解均比小变形解要小;随着沉降的增加,管线轴力和一维度规呈非线性地增大,小变形解的计算误差也迅速增大。说明本文方法能够更合理地描述管线与土层的共同作用。; 杨成永张彦斌张伦政; 关键词：地下管线地层沉降控制微分方程

管土刚度对地下管线和地表沉降的影响分析及简易预测方法研究被引量：3: 2014年; 在地层沉降计算理论基础上,通过定义新的管土刚度系数,以打靶法为手段,计算分析管线的沉降变形趋势,从管线抵抗地层沉降变形的效果可通过增加隧道埋深来体现这一思想出发,找到该系数与假想隧道埋深的相互对应关系,进而建立一套地下管线沉降和地表沉降的简易预测公式。通过与数值解的对比分析,进一步验证了其准确性和合理性。该公式计算量小、模型简单,应用范围较为广泛,可用于计算考虑管土刚度后,管线沉降变形和管线与地层之间的脱空,也可用于计算考虑管线抵抗地层作用后的地表沉降变形。; 张彦斌杨成永王凯旋; 关键词：地表沉降

考虑轴力的管线变形控制微分方程及其优化解被引量：4: 2021年; 为计算地铁施工引起的既有管线附加变形,将地埋管线视为弹性地基梁,受到地层竖向和水平位移荷载作用,考虑管线变形的几何非线性,建立了管线变形的控制微分方程组.采用优化方法进行模型求解,进行了案例计算和离心模型试验.将有限元解和试验结果同优化解进行了对比,验证了优化方法的正确性.分析了地层水平位移和几何非线性对管线变形和内力的影响.结果表明:管土摩擦系数较小时,管线在开挖影响范围内全长受拉.管土摩擦系数较大时,管线在隧道开挖中线附近受压,在其余范围内受拉,在管线变形计算中应同时考虑压应变和拉应变.较大的地层沉降使管线变形呈现几何非线性,表现为管线竖向位移引起管线轴向伸长,且管线弯曲变形与轴向变形存在一定的相互影响.; 程霖杨成永王伟马文辉; 关键词：地埋管线轴向变形优化解

穿越位置对地铁结构和行车安全的影响分析: 2014年; 下穿施工引起既有地铁结构发生沉降变形及内力变化,同时导致地铁变形缝处产生沉降差(错台)及张开,从而影响地铁结构安全及行车安全。针对不同穿越位置,采用打靶法对微分方程进行数值求解,从地铁结构变形程度、内力变化规律、变形缝沉降差(错台)及张开量的变化趋势这四个方面进行了计算、分析。结果显示:中心位置穿越时,地铁结构的最大沉降值低于其它穿越位置,同时变形缝沉降差较小,基本未张开。从结构安全和行车安全两个方面综合判断,中心穿越是最优的穿越位置。; 张彦斌杨成永; 关键词：地铁沉降差

地铁隧道开挖引起的管线变形计算与试验研究被引量：5: 2022年; 为得到管线附加变形的理论计算方法,建立了考虑管土脱空的双层弹簧弹性地基梁模型.基于所建模型分别推导了管土接触区与脱空区的荷载表达式,给出了管线变形控制微分方程的传递矩阵法求解步骤,利用有限元数值解验证了理论解的正确性.计算了管土相对刚度系数R与管线归一化弯矩和沉降的关系.开展离心模型试验对管土脱空行为进行观测,将试验数据与理论计算结果进行了对比分析.结果表明:本文方法计算得到的管线沉降和弯矩比当不考虑管土脱空时较小;R=1×10^(-4)可作为判断管土能否产生脱空的界限;在离心模型试验中,管线与下部土层相互作用力试验结果证实了管土脱空的存在,表明在管线变形计算中考虑管土脱空是有必要的.; 程霖杨成永杨成永马文辉; 关键词：地铁隧道地下管线脱空弹性地基梁传递矩阵法离心模型试验

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国家自然科学基金(51278044)