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期刊信息/Journal information
铁道科学与工程学报
铁道科学与工程学报

余志武

双月刊

1672-7029

jrse@mail.csu.cn

0731-82655133；82656174

410075

长沙市韶山南路22号

铁道科学与工程学报/Journal Journal of Railway Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中南大学主办的以理工为主的综合性学术刊物。1979年创刊，1982年公开改进，主要刊登土木工程、建筑工程、交通工程、自动控制、计算机科学与技术、运输管理工程、机电工程、数学力学、基础研究等方面的学术论文。1992年起被列为全国中文核心期刊，1994年被列为美国Ei Page数据库核心期刊。
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    考虑细粒含量的单参数连续级配方程研究

    杨锴杨奇徐方徐俏东...
    5094-5103页
    查看更多>>摘要：砂土的细粒效应对其物理力学性质具有重要影响,而现有级配方程难准确定量表征砂土的细粒含量.为更准确定量表征砂土的级配特征和细粒含量,提出可考虑细粒含量fc的单参数连续级配方程.分析该级配方程对砂土级配曲线特征的反映能力,论证其对不同类型砂土级配的适用性.同时,构建不均匀系数Cu和曲率系数Cc与级配方程参数(特征参数m、细粒含量fc和最大粒径dmax)的关系式,并基于此开展砂土级配试验设计.研究结果表明:1)所提单参数连续级配方程既能完整反映反S形、近似直线形和双曲线形3种典型级配曲线形态,又能准确定量表征砂土的级配特征和细粒含量,相较现有连续级配方程具有更好的适用性.2)dmax已知时,通过调整m和fc的组合,单参数连续级配方程可实现对级配曲线形态、特征粒径dP及Cu和Cc的调控,实现满足工程建设对砂土级配的需求.3)利用Cu和Cc与级配方程参数的关系式,推导了砂土级配良好条件下对应的m和fc的取值区间,可快速判别砂土级配的良莠情况.4)利用单参数连续级配方程可设计出特定级配特征参数值或参数区间的系列级配曲线,相比传统方法更为准确高效.研究结论可为进一步定量研究砂土级配特征和细粒效应对其相关物理力学性质的影响规律提供理论基础.

    砂土细粒含量单参数连续级配方程级配方程参数级配设计

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    承插式RC-ECC桥墩的地震响应及损伤

    何元徐艳贾云帆
    5104-5116页
    查看更多>>摘要：为减轻桥梁下部结构在高烈度地区地震损伤的同时提高桥梁施工效率,在桥墩潜在的塑性区采用一种高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC),同时在桥墩和基础的节点连接采用一种预制拼装连接技术,即承插式连接.据此,设计一个承插式预制拼装RC-ECC桥墩、一个整体现浇RC-ECC桥墩以及一个整体现浇RC桥墩试件并分别进行振动台试验,研究承插式RC-ECC预制桥墩与现浇RC-ECC桥墩和普通现浇RC桥墩在不同类型、不同强度的地震动作用下的动力响应特点和结构破坏模式,弥补了现有研究集中于拟静力试验的不足,并通过不同的损伤指标计算方法量化桥墩的损伤发展进程,对比分析了承插式RC-ECC桥墩的地震损伤.研究结果表明,ECC与桥墩纵筋具有良好的协同作用,同时起到类似箍筋的约束作用,其在地震作用下平均了各塑性区域钢筋的应变,大大减小了其应变幅.配箍率减半的RC-ECC桥墩抵抗近场脉冲地震的性能更为优越,地震损伤也远小于普通RC桥墩,便于震后修复.现有的损伤评价指标对RC-ECC桥墩的延性能力较为低估,计算得到的理论损伤偏大.在试验过程中,承插段采用ECC的承插式连接性能良好,仅在高烈度工况下出现表面灌浆料的剥落.研究证明采用ECC和承插式连接来减轻结构损伤和提高施工效率具备可行性.承插式RC-ECC桥墩的抗震性能和损伤基本等同于现浇RC-ECC桥墩,两者都较现浇RC桥墩有较大优势,现阶段建议采用基于弯曲耗能原理的方法对其进行损伤评估.

    地震响应RC-ECC桥墩振动台试验承插式连接损伤评价

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    基于修正翘曲位移函数的单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应分析

    郭向荣张文格崔睿博李夏元...
    5117-5127页
    查看更多>>摘要：为完善单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应理论研究,基于弯曲剪力流零点位置分布确定翼缘板宽度划分原则,考虑剪切变形对弯曲曲率的影响,引入内力平衡因子,利用纵向翘曲位移横向分布连续性条件,对翼缘板纵向翘曲位移函数进行修正.同时,考虑悬臂翼缘板端部自由状态,提出初始剪切转角的概念,以解释悬臂板端部理论应力高于真实应力的现象,并明确初始剪切转角对纵向翘曲位移函数的影响机理.采用无量纲法,统一翼缘板纵向翘曲位移滞后函数的关系,理论推导纵向翘曲位移横向分布函数的合理形式.基于能量变分原理,建立单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应控制微分方程,并给出位移边界条件.以单箱双室薄壁简支箱梁满布均布荷载为例,采用本文提出的分析方法对算例进行理论求解,并利用ABAQUS有限元软件建立相应的力学模型,将本文理论解析解与有限元数值结果进行比较分析.研究结果表明:根据弯曲剪力流零点位置确定单箱双室薄壁箱梁剪力滞效应翼缘板宽度划分是合理可行的.本文理论分析方法(考虑初始剪切转角和翼缘板应力修正)计算的翼缘板应力和挠度值与有限元数值结果吻合良好,最大误差不超过2%,不仅验证了选用余弦函数作为纵向翘曲位移横向分布函数的合理性,还表明了理论分析方法和理论推导的正确性.

    薄壁箱梁单箱双室剪力滞效应弯曲剪力流零点初始剪切转角

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    运营十年海底隧道排水量与衬砌水压力分析

    周冰洁周书明
    5128-5139页
    查看更多>>摘要：海底隧道下穿海域,采用"V"型坡,机械排水,海底隧道的地下水控制影响排水量大小和衬砌水压力的大小,从而影响建设成本和运营成本.国内外对海底隧道的地下水渗流研究较多,但结合运营期长期实测排水量、水压力等数据进行的研究较少.为了研究海底隧道的排水量、水压力以及随时间的变化,验证原设计参数的合理性,本文结合青岛胶州湾隧道运营期的健康监测结果,采用工程类比、数值模拟方法,对建设期+运营期10年的监测数据进行统计分析,研究海底隧道的允许排水量、衬砌水压力以及其随时间的变化、排水量和大气降水的相关性.隧道设计的允许排水量主隧道≤0.4 m3/(d∙m)、服务隧道≤0.2 m3/(d∙m),衬砌水压折减系数为0.6.通过对运营期的排水量、水压力、结构渗漏等实测结果进行统计分析,得出如下结果:1)隧道的排水量逐年减少;2)隧道运营后的排水量主隧道约为0.2 m3/(d∙m),服务隧道约为0.1 m3/(d∙m);3)作用在二次衬砌上的水压力约为全水头压力的0.05～0.1倍;4)运营5年后排水量的大小和水压力、大气降水的相关性不大.与原设计进行对比分析可得:原设计采用的岩石地层钻爆法海底隧道的渗流计算方法、隧道允许排水量、衬砌水压力取值等标准合理且有一定的安全系数,岩体的透水裂隙有一定的自闭合作用.研究结果可为后续工程建设提供参考.

    海底隧道允许排水量水压力渗流裂隙岩石钻爆法

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    复杂环境下隧道施工涌水致灾机理及影响分析

    蔡子勇乔世范刘屹颀
    5140-5150页
    查看更多>>摘要：涌水是隧道施工常见的地质灾害之一,严重威胁隧道施工安全.以下穿水库及穿越断层构造带隧道涌水案例为背景,从地质特征、围岩揭露、地质雷达探测及涌水形态多维度出发,系统分析隧道涌水致灾原因,以此建立隧道涌水分析模型.基于极限平衡理论及渗流理论,推导隧道涌水安全临界厚度计算公式,提出隧道涌水稳定性判据,并基于单因素变量法及灰色关联法,探讨隧道涌水影响机制.研究结果表明:1)此次隧道涌水实质是隧道拱部潜伏着规模不大的含水溶腔,隧道开挖引起围岩应力重分布及地下水能量释放,在动水压力及渗透冲刷作用下,加之开挖扰动对围岩渗透系数改变及渗流影响,促使裂隙水运动诱发裂隙通道扩展贯通形成的小规模管道型涌水渐进性渗透破坏;2)提出了该隧道涌水致灾形成的3个基本要素:地表集水、地质构造及渗透水压;3)隧道临界安全厚度随着含水溶腔水压及裂隙通道直径的增加而增大,随着黏聚力的增大而减少,随着内摩擦角的增大其影响甚小,得到其影响因素敏感性先后排序为:裂隙通道直径>溶腔水位高度>填充介质黏聚力>内摩擦角,裂隙通道直径对隧道安全稳定影响最大.4)研究成果对理解隧道涌水机理及为类似工程涌水安全防控提供参考.

    隧道施工断层构造涌水临界安全厚度灰色关联法

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    风热水力耦合作用下风流对隧道冻胀力的影响研究

    刘文俊凌同华谭嘉诺江永志...
    5151-5162页
    查看更多>>摘要：寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载,危害着衬砌结构的安全性、耐久性,冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确,研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义.基于冻融圈层整体冻胀理论,建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-水-力的相互作用与冻胀变形的正交各向异性的多场耦合模型.结合青山沙隧道现场实测冻结深度与冻胀力值,利用COMSOL Multiphysics有限元软件验证了该模型的可靠性.采用单因素分析法,讨论了风流持续时间、风流湿度、风流速度、风流温度对青山沙隧道冻胀力的影响规律,并对该4个因素进行了敏感性评价.研究结果表明:不均匀传热导致冻结深度不一,冻胀力分布不均;冻结深度计算结果中,仰拱最大,拱顶其次,拱脚最小;冻胀力计算结果中,拱脚冻胀力最大,拱顶其次,仰拱最小.随着风流持续时间、湿度、速度的增大与温度的降低,拱脚、拱顶冻胀力均随之变大,仰拱冻胀力增减情况受变形释放的应力影响较大,但三者冻胀力增大率呈现拱脚最大,拱顶次之,仰拱最小的趋势;控制风流持续时间,保持风流干燥、低速、非负温,可以有效减少冻胀力.冻胀力影响因素敏感性呈现"风流持续时间>风流温度>风流速度>风流湿度"的结果.研究结果可为寒区隧道的保温防冻措施设置提供理论依据.

    隧道工程风热水力耦合风流冻胀力正交各向异性冻胀

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    盾构隧道水泥-水玻璃双液同步注浆研究及应用

    陈鹏王先明周安琦刘四进...
    5163-5174页
    查看更多>>摘要：目前,水泥-水玻璃双液浆在盾构隧道同步注浆领域的应用日益增多,但在实际工程中,尤其是大直径盾构隧道,双液浆的材料性能调控、堵管、抱盾尾等问题和对应控制措施很少被提及.以北京东六环超大直径盾构隧道工程为研究背景,通过正交试验探明水泥-水玻璃双液浆中各项基础材料的作用及其对物理力学性能的影响规律,提出一种富水砂层盾构隧道同步双液注浆配比.进一步结合管路适应性试验验证由管路注出双液浆的流动性、胶凝特性和抗压强度,并基于工程实践总结水泥-水玻璃双液同步注浆在实际工程中的施工控制要点和应用效果.研究结果表明:1)水泥-水玻璃双液注浆材料中,水玻璃主要影响混合后双液浆的早期胶凝时间,水泥则是保证双液浆的28 d强度,两者的用量是控制双液浆力学性能最为重要的因素;2)因混合后的快凝特性,双液注浆分量的设置应尽量避免浆液在盾尾间隙中克服重力向上挤压,每环管片注浆完成后应进行管路清洗,盾构长时间停机应切换双液浆为膨润土浆液进行盾尾封堵;3)实际工程中,水泥-水玻璃双液浆能够在4 h左右终凝稳固管片环,使管片环的竖向变形量介于-10～10 mm之间,地面沉降量也能在280 h左右稳定控制在-4.3～3.3 mm,全面提升成型隧道质量.研究结果可为水泥-水玻璃双液注浆材料在盾构隧道同步注浆领域的应用和优化提供参考.

    同步注浆水泥-水玻璃双液浆正交试验施工控制应用效果

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    预制装配式综合管廊不同连接件承插接头抗剪性能试验研究

    张朝刘杰许有俊聂绪致...
    5175-5185页
    查看更多>>摘要：纵向连接件是预制装配式综合管廊接头的重要组成部分,其将预制管节沿纵向连接成为一个整体.为揭示各类型连接件对预制综合管廊结构和接头受力性能的影响规律,使其得到更好的应用,以包头市新都市区地下综合管廊项目为背景,开展纵向连接件+综合管廊承插接头的剪切模型试验,对比分析4种工况下管廊接头破坏特征及抗剪性能的差异性,探讨不同类型连接件的优缺点.试验结果表明:接头破坏前期以管节的挤压作用为主,后期以连接件的协同变形作用为主导,连接件作用与承担荷载呈正相关;GL-1(短螺杆)协同变形能力最佳,GL-3(钢绞线)次之,GL-2(长螺杆)最差;有无连接件破坏阶段不一致,GL-0(无连接件)可分为部分滑移阶段及破坏发展阶段,纵向连接件可延缓管节破坏进程,GL-1、GL-2、GL-3可大致分为部分滑移阶段、整体滑移阶段及破坏发展阶段;纵向连接件对减小管节的错台量以GL-1最优,且相对于GL-2、GL-3分别减少9.13%、1.70%的错台量;建议在预制综合管廊接头设计中,减小纵向连接件的长度,同时不跨接头布置,有利于保持结构的整体稳定性.研究结果可为进一步优化预制地下综合管廊接头及纵向连接件设计提供参考.

    预制综合管廊承插式接头纵向连接件模型试验抗剪性能破坏机制

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    各向同性岩石损伤比强度理论研究及应用

    吴霞丁发兴吕飞龚琛杰...
    5186-5197页
    查看更多>>摘要：根据地球上岩石材料强度实验与发展规律对三轴受压下岩石强度包络面基本特征提出3个假设,建立五经验系数岩石损伤比表达式.根据各类各向同性岩石试验数据推荐损伤比表达式中五经验系数的取值,结合原有损伤比强度理论完善2类岩石损伤比强度准则,并与现有典型岩石强度准则进行比较.分析结果表明:损伤比强度准则预测值与试验数据吻合良好,计算精度与其他准则相当.岩石损伤比强度理论反映了单轴受拉脆断、单轴与双轴受压压碎以及三轴等压塑性流动的指标量化,且三轴高压下损伤比参数递减使得非弹性体积膨胀减小导致岩石向塑性流动转变的特征,具有重要应用价值:1)该理论指出重力作用下地壳固态岩石由于损伤比参数取值逐渐减少而分别处于弹脆性、弹塑性和塑性流动等3个状态,因此可预测地球岩石在重力作用下的塑性流动规律;2)该理论可解释高地应力隧道开挖由于应力释放导致高压岩体非弹性体积膨胀从而引发硬岩岩爆的内在原因;3)基于该理论,认为重力下岩石处于塑性状态将耗能而使得机械能向热能转变,因而提出地球"重力塑性耗能"观点,指出地球内部的地幔和地核物质维持液态或固态,是重力高压与耗能引发高温的结果;4)基于该理论,指出"大陆漂移学说"和"板块构造学说"以及地震和火山爆发的动力机制是地球的"重力塑性耗能"引起地球内部能量增加而长期缓慢释放,以及地球潮汐力、离极力和月亮太阳引潮力共同作用的结果.地球"重力塑性耗能"观点可为康德-拉普拉斯星云假说下的岩浆冷却提供能量补充.

    岩石多轴受力损伤比强度理论塑性流动

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    钢-ECO混凝土交界面力学性能及内聚力模型研究

    黄方林廖静雯高英杰朱赫...
    5198-5208页
    查看更多>>摘要：近年来,经济节能优化型混凝土(Ecology Conservation Optimization Concrete,简称ECO混凝土)由于自身优异的性能在钢桥面铺装工程中受到青睐,但其与钢板交界面的力学性能鲜有研究,从而制约了其进一步的广泛应用.为了研究钢-ECO混凝土交界面的力学性能,设计制作3个钢-ECO混凝土交界面试件进行四点弯曲试验.试验结果表明:相比普通的钢-混凝土交界面,钢-ECO混凝土交界面的黏结强度、刚度和极限张开位移分别提高了289.3%、368.4%和160.0%,具有更好的力学性能.此外,为准确描述钢-ECO混凝土交界面的法向开裂行为,提出一种适用于钢-ECO混凝土交界面法向开裂的内聚力模型,并基于对试验数据的回归分析和断裂边界条件确定了模型系数的取值.研究结果表明:提出的内聚力模型可以较为准确地表征钢-ECO混凝土交界面法向开裂损伤的萌生与发展过程,并能简便计算钢-ECO混凝土交界面的黏结强度、刚度、损伤起始时临界位移和临界断裂能.同时,与指数型模型相比,提出模型应用于各试件下降段的均方误差分别降低了57.3%、46.0%和72.9%,显著提高了内聚力模型的精度.研究结果可为ECO混凝土的实际工程应用提供理论依据,进一步推动ECO混凝土在土木工程领域的广泛应用.

    钢桥面ECO混凝土界面力学性能四点弯曲试验内聚力模型

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