软土地铁区间隧道结构抗爆承载能力的研究

论文摘要

我国许多大城市如北京、天津、上海、广州和重庆等已在大规模兴建轨道交通,并多已初步形成较为便捷的轨道交通网络。其中天津、上海、广州等的地铁在市区多为穿行于软土隧道中的地铁线路。我国以往建造的人防工程大多以预防核打击为目标进行设计,而地铁区间隧道因具有较强的抵御核爆炸冲击波的能力,在城市人防工程体系规划中常将其作为战时人员疏散的通道。然而在现代战争中,命中率高、破坏力强的高技术常规武器装备常起主导作用,其打击目标多为有战略意义的军事设施和生命线工程,城市地铁区间隧道一般虽不是直接打击的对象,但当其与重要建、构筑物相邻时,仍可因重要建筑物遭受常规武器袭击而危及其安全性,因而仍有必要对其研究在这种情况下抵御常规武器侵袭的能力。软土地层自身对常规武器爆炸的抵抗能力大大弱于岩石地层,故在当前形势下对上述课题的典型情况,即邻近目标遭遇常规武器侵袭时,软土地铁区间隧道的防护能力开展研究,不仅有理论意义,而且对这类城市地下铁道的兴建同时兼顾发挥人防功能有指导价值。本文进行的研究工作主要包括:(1)对上海地铁区间隧道穿越的主要地层进行动力特性试验,以确定其动力本构模型及其参数,并将其应用于分析爆炸冲击波荷载作用下,软土地铁区间隧道的动力响应。(2)弹药在土中爆炸时爆炸冲击波的传播规律,以及爆炸冲击波荷载作用下软土地铁区间隧道结构动力响应的分析理论、计算与方法。(3)爆炸冲击波荷载作用下,软土地铁区间隧道管片结构动力响应计算中,隧道管片接头性态的模拟技术。(4)爆炸冲击波荷载作用下,典型软土地铁区间隧道的抗爆承载能力。(5)在满足预定战技要求的前提下,爆心离相邻隧道外缘的安全距离及其影响因素。最后,对全文的研究工作进行了总结,并对后续的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 爆炸冲击波作用下饱和软粘土的动力特性
• 1.2.2 爆炸荷载作用下土—地下结构体系动力响应的分析方法
• 1.2.3 土—结构接触面性态的模拟
• 1.2.4 边界条件的模拟
• 1.2.5 软土地铁区间隧道管片结构内力的计算方法
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 爆炸波作用下饱和软粘土的动力本构模型
• 2.1 动力特性试验
• 2.1.1 试验方法
• 2.1.2 试验方案
• 2.1.3 试验结果
• 2.2 饱和软粘土的动力本构模型及其参数
• 2.2.1 试验结果的主要规律
• 2.2.2 动力本构模型
• 2.2.3 模型参数的确定方法
• 2.3 动力本构模型的验证
• 2.4 小结
• 第三章 爆炸荷载下软土地铁区间隧道结构动力响应的计算原理与方法
• 3.1 概述
• 3.2 结构体系动力分析的基本方程
• 3.2.1 软土介质的动力学基本方程
• 3.2.2 结构的动力学基本方程
• 3.3 结构体系动力响应的数值解法
• 3.3.1 结构体系的离散
• 3.3.2 计算原理与公式
• 3.3.3 求解步骤
• 3.4 管片接头性态的模拟
• 3.4.1 管片接头的等效弹性模量
• 3.4.2 管片接头的转动刚度
• 3.5 接触面模拟
• 第四章 爆炸荷载下软土地铁区间隧道动力响应的分析方法
• 4.1 概述
• 4.2 计算模型
• 4.2.1 爆炸荷载
• 4.2.2 计算区域与网格划分
• 4.2.3 边界条件
• 4.2.4 材料特性参数
• 4.3 典型区间隧道结构体系动力响应的计算与特征
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 计算简图
• 4.3.3 计算结果
• 4.3.4 动力响应特征
• 4.3.5 结构安全性的检验
• 第五章 隧道管片结构的抗爆承载能力
• 5.1 概述
• 5.2 爆炸荷载下隧道管片结构的内力
• 5.2.1 计算工况
• 5.2.2 计算简图
• 5.2.3 计算结果与特点
• 5.3 隧道管片结构抗爆承载能力的评估
• 第六章 结语
• 6.1 本文主要工作及成果
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果