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武汉长江隧道管片衬砌结构力学特征模型试验研究 被引量:52
1
作者 何川 张建刚 杨征 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期85-90,共6页
针对武汉长江隧道承受高水压和穿越高渗透性砂性土质的特点,在相似模型试验中专门采用盾构隧道-地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,实现对水压和土压的分别控制加载,完成水土分算和水土合算的不同水土压力场条件下管片衬... 针对武汉长江隧道承受高水压和穿越高渗透性砂性土质的特点,在相似模型试验中专门采用盾构隧道-地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,实现对水压和土压的分别控制加载,完成水土分算和水土合算的不同水土压力场条件下管片衬砌结构力学特征的模型试验,最后对高水压和变水压条件下的管片衬砌结构力学变化规律进行了分析。研究表明,高水压条件下的管片衬砌结构最大正负弯矩、最大变形量和结构偏心矩整体水平均有明显偏小,而平均轴力水平有明显提高;随着水压力加大,管片衬砌结构的平均轴力明显增大,最大正负弯矩略有增长或基本不变,最大偏心矩明显减小。该研究为武汉长江盾构隧道的衬砌结构设计提供有价值的参考。 展开更多
关键词 盾构隧道 相似模型试验 管片衬砌结构 高水压 水压装置
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层状复合地层条件下管片衬砌结构力学特征模型试验研究 被引量:28
2
作者 何川 张建刚 杨征 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1537-1543,共7页
针对武汉长江隧道承受高水压和局部区段穿越软硬程度差异极大的层状复合地层的特点,采用盾构隧道–地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,完成了在不同水土压力场作用下对层状复合地层和单一地层两种不同地层条件下的管片衬... 针对武汉长江隧道承受高水压和局部区段穿越软硬程度差异极大的层状复合地层的特点,采用盾构隧道–地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,完成了在不同水土压力场作用下对层状复合地层和单一地层两种不同地层条件下的管片衬砌结构力学特征相似模型试验,并根据试验结果分析了层状复合地层对盾构隧道管片衬砌结构的力学特征的影响。研究表明,随着水压力加大,管片衬砌结构的平均轴力明显增大而最大正负弯矩略有增长或基本不变;处于坚硬岩层包围区域的管片体结构局部弯矩明显减小;小范围的硬岩层对管片衬砌结构整环最大内力影响不大。该研究为武汉长江隧道的管片衬砌结构设计提供有价值的参考。 展开更多
关键词 盾构隧道 相似模型试验 层状复合地层 管片衬砌结构 高水压
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水下盾构法铁路隧道管片衬砌结构的原型加载试验研究 被引量:17
3
作者 何川 封坤 +1 位作者 晏启祥 齐春 《中国工程科学》 北大核心 2012年第10期65-72,89,共9页
针对我国第一条水下铁路盾构法隧道——狮子洋隧道,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置原型管片衬砌结构,在通缝和错缝不同的拼装方式下进行了原型结构加载试验,对其结构力学性能进行深入探讨。试验结果表明,不同水压条... 针对我国第一条水下铁路盾构法隧道——狮子洋隧道,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置原型管片衬砌结构,在通缝和错缝不同的拼装方式下进行了原型结构加载试验,对其结构力学性能进行深入探讨。试验结果表明,不同水压条件下管片衬砌结构力学特征不同,尤其是当结构开裂后,高水压对于结构内力与形变的发展有明显的减缓作用。狮子洋隧道采用的榫式接头管片结构在通缝与错缝拼装下的破坏特征不同,通缝拼装时结构在高水压条件下纵缝附近区域易发生局部剪切破坏,该研究成果可为同类工程的设计提供有价值的参考。 展开更多
关键词 水下盾构法铁路隧道 管片衬砌结构 原型试验 榫式接头 破坏特征
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高水压大断面盾构隧道管片衬砌结构静力学行为模型试验研究 被引量:7
4
作者 张建刚 何川 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期80-84,共5页
以武汉长江隧道工程为背景,采用盾构隧道-地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,完成了在不同水土压力场作用下的管片衬砌结构力学特征相似模型试验,最后对盾构隧道管片衬砌结构的静力学行为特征的试验结果进行了重点分析。... 以武汉长江隧道工程为背景,采用盾构隧道-地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,完成了在不同水土压力场作用下的管片衬砌结构力学特征相似模型试验,最后对盾构隧道管片衬砌结构的静力学行为特征的试验结果进行了重点分析。分析表明,9等分块力学性能优于9+1分块;宜将错缝180°的错缝拼装方式作为武汉工程首选拼装方案;对于大幅宽管片,幅宽中央受环间螺栓剪力影响较小,而幅宽边缘则较大。 展开更多
关键词 盾构隧道 相似模型试验 管片衬砌结构
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盾构隧道管片衬砌结构纵向刚度问题初步研究 被引量:7
5
作者 李围 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2008年第5期63-65,共3页
研究目的:盾构隧道在穿越地质条件或者地表建筑物差异大的路段时,管片衬砌结构在纵向将产生较大的内力和变形,故在盾构隧道管片衬砌结构设计中,必须考虑其纵向力学问题。研究结论:(1)盾构隧道纵向等效刚度系数计算公式为:ηX=kxl/(kxl+(... 研究目的:盾构隧道在穿越地质条件或者地表建筑物差异大的路段时,管片衬砌结构在纵向将产生较大的内力和变形,故在盾构隧道管片衬砌结构设计中,必须考虑其纵向力学问题。研究结论:(1)盾构隧道纵向等效刚度系数计算公式为:ηX=kxl/(kxl+(M1G1/ls)(1-1/n))(X表示拉、剪切和弯曲)。(2)通过进行简化有限元计算,得出单线地铁区间盾构隧道纵向抗弯等效刚度系数近似取为:ηM=0.05。 展开更多
关键词 盾构隧道 管片衬砌结构 纵向力学行为 等效刚度 有限元法
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盾构隧道管片衬砌结构稳定性研究 被引量:31
6
作者 郭瑞 何川 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期74-81,共8页
为了给盾构隧道管片衬砌结构的设计与施工提供参考,针对大断面盾构隧道,采用非线性有限元方法分析地层抗力系数、地层侧压力系数、管片接头抗弯刚度以及管片拼装方式对隧道稳定性的影响,并与失稳破坏相似模型试验结果进行比较,提出基于... 为了给盾构隧道管片衬砌结构的设计与施工提供参考,针对大断面盾构隧道,采用非线性有限元方法分析地层抗力系数、地层侧压力系数、管片接头抗弯刚度以及管片拼装方式对隧道稳定性的影响,并与失稳破坏相似模型试验结果进行比较,提出基于极限位移和隧道直径变化率的盾构隧道管片衬砌结构失稳破坏判定的建议。研究结果表明:地层条件对隧道稳定性的影响程度最大,管片接头抗弯刚度次之,拼装方式影响最小;地层抗力越小,隧道发生失稳破坏的概率越大,柔性管片接头和通缝拼装方式降低了管片衬砌结构的整体刚度,减弱了隧道的稳定性;管片衬砌结构失稳时处于塑性带裂缝工作状态,失稳类型属于结构稳定性理论中的第二类失稳(极值点失稳)。 展开更多
关键词 隧道工程 盾构隧道 非线性有限元 稳定性 管片衬砌结构
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南京长江隧道管片衬砌结构原型加载试验 被引量:31
7
作者 封坤 何川 苏宗贤 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期135-143,共9页
以南京长江隧道工程为依托,采用自主研发的"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置,实现了对盾构隧道原型管片衬砌结构承受水压力与土压力的分离加载模拟,对南京长江隧道原型管片衬砌结构分别在通缝和错缝拼装方式下进行了原型... 以南京长江隧道工程为依托,采用自主研发的"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置,实现了对盾构隧道原型管片衬砌结构承受水压力与土压力的分离加载模拟,对南京长江隧道原型管片衬砌结构分别在通缝和错缝拼装方式下进行了原型加载试验。研究了不同荷载条件对管片结构力学特征的影响,并对不同拼装方式下管片结构的内力分布特点及错缝拼装方式下目标管片内力沿幅宽的分布规律进行了探讨。研究结果表明:在弹性状态下和结构开裂后,通缝和错缝拼装管片结构力学特征变化显著,错缝结构对于内力、形变及纵缝张开量等发生突变的控制更有效。 展开更多
关键词 隧道工程 管片衬砌结构 原型加载试验 力学特征
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列车撞击荷载下盾构隧道双层衬砌管片结构的动力响应特性 被引量:4
8
作者 晏启祥 李彬 +1 位作者 张蒙 陈诚 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期3527-3534,共8页
通过建立三维列车编组撞击有限元模型,获得不同列车编组、列车行驶速度、斜向撞击角度下列车的脱轨撞击荷载时程曲线。采用HHT时间积分法和混凝土塑性损伤模型,研究双层衬砌在不同列车撞击速度和撞击角度下,管片衬砌的应力、变形、速度... 通过建立三维列车编组撞击有限元模型,获得不同列车编组、列车行驶速度、斜向撞击角度下列车的脱轨撞击荷载时程曲线。采用HHT时间积分法和混凝土塑性损伤模型,研究双层衬砌在不同列车撞击速度和撞击角度下,管片衬砌的应力、变形、速度、加速度、拉压损伤因子及损伤面积等动力响应。研究结果表明:列车撞击荷载主要与列车行驶速度、斜向撞击角度以及列车编组数量有关;撞击力时程曲线在一定条件下出现第2个峰值,动力响应随着列车撞击速度和撞击角度的增大而增大,受拉损伤平均值及其最大值均大于受压损伤平均值和最大值,得出拉压损伤与撞击速度和角度的相互关系。 展开更多
关键词 双层 列车撞击荷载 管片衬砌结构 动力响应 拉压损伤
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盾构双隧道衬砌结构应力与变形的数值模拟 被引量:3
9
作者 赵德深 陈枫 朱训国 《金属矿山》 CAS 北大核心 2010年第6期51-53,72,共4页
为分析盾构双隧道施工周围土体及衬砌结构管片应力和变形规律,结合大连地铁2号线202标段盾构施工工程实例,运用ADINA软件对盾构施工过程进行动态模拟,建立了盾构隧道-混凝土衬砌结构-注浆土体-原状土体三维非线性有限元计算模型,综合考... 为分析盾构双隧道施工周围土体及衬砌结构管片应力和变形规律,结合大连地铁2号线202标段盾构施工工程实例,运用ADINA软件对盾构施工过程进行动态模拟,建立了盾构隧道-混凝土衬砌结构-注浆土体-原状土体三维非线性有限元计算模型,综合考虑了上部土体的岩性分层,隧道施工间的相互影响,衬砌、注浆土体和原状土体之间共同作用,盾构施工、土体注浆及衬砌支护的动态过程。通过数值分析,研究盾构双隧道施工周围土体及衬砌管片应力和变形规律,为隧道盾构施工、衬砌管片设计与控制地表沉降提供施工建议。 展开更多
关键词 盾构双隧道 地表沉降 数值分析 结构管片
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南京长江隧道原型管片结构破坏试验研究 被引量:56
10
作者 封坤 何川 苏宗贤 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期564-571,共8页
为探明南京长江隧道管片衬砌结构的破坏特征,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统",对其原型管片衬砌结构进行了试验研究.将结构承受的水压力与土压力分离加载,并对大型水下盾构隧道结构在通缝和错缝拼装方式下的不同破坏特征... 为探明南京长江隧道管片衬砌结构的破坏特征,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统",对其原型管片衬砌结构进行了试验研究.将结构承受的水压力与土压力分离加载,并对大型水下盾构隧道结构在通缝和错缝拼装方式下的不同破坏特征进行了探讨.研究结果表明:南京长江隧道管片衬砌的破坏主要以弯曲开裂为主;结构裂缝扩展往往伴随着结构变形和纵缝张开量的显著发展;不同拼装方式的结构变形、裂缝扩展与纵缝张开量存在较大差异,与通缝拼装管片结构相比,错缝拼装管片结构变形、纵缝张开量较小,而裂缝扩展较快. 展开更多
关键词 水下盾构隧道 管片衬砌结构 原型试验 破坏特征
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低真空隧道管片接缝密封垫气密性试验及力学模型
11
作者 石龙 周建军 +1 位作者 王东元 吕乾乾 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期180-186,共7页
管片式衬砌结构作为构建列车低真空运行环境的一种合理方案,其接缝处的气密性是需要解决的关键问题之一。针对该问题,设计一套测试垫片-垫片槽气密性能的试验装置,提出一种评估垫片-垫片槽气密失效行为的力学模型,以实际工程垫片-垫片... 管片式衬砌结构作为构建列车低真空运行环境的一种合理方案,其接缝处的气密性是需要解决的关键问题之一。针对该问题,设计一套测试垫片-垫片槽气密性能的试验装置,提出一种评估垫片-垫片槽气密失效行为的力学模型,以实际工程垫片-垫片槽为研究对象,分析其气密性以及失效机理。研究结果表明,力学模型结果与试验结果相吻合,验证了力学模型可行性和合理性;利用力学模型中接触压力路径,可以直观解释接缝垫片密封失效机理;环向接缝垫片密封能力与初始接触压力、气密性系数、垫片等效泊松比呈正相关;纵向接缝垫片密封能力与气密性系数、垫片等效泊松比和隧道外径呈正相关性,而与垫片宽度呈负相关;初始接触压力越大,垫片密封能力越强,但密封安全储备越弱;同等条件下,纵向接缝垫片密封能力明显优于环向接缝。 展开更多
关键词 低真空隧道 管片衬砌结构 气密性试验 力学模型 失效机理
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高速铁路水下盾构隧道管片内力分布规律研究 被引量:24
12
作者 何川 封坤 晏启祥 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期101-109,共9页
以在建的广深港高速铁路狮子洋隧道为背景,采用自行开发的"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置,对大断面宽幅管片衬砌结构在通缝及错缝拼装方式下环向内力的分布规律进行原型试验实测与分析,并对正弯区和负弯区目标管片表面... 以在建的广深港高速铁路狮子洋隧道为背景,采用自行开发的"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置,对大断面宽幅管片衬砌结构在通缝及错缝拼装方式下环向内力的分布规律进行原型试验实测与分析,并对正弯区和负弯区目标管片表面应力的分布进行测试,同时采用数值计算进行对比分析。研究结果表明:通缝拼装管片结构内力沿幅宽的变化很小,而错缝拼装管片结构在不同荷载条件下,内力沿幅宽的分布有所差异,水压越大其差异越小;管片手孔密集区往往会出现应力集中,同等条件下正弯区表面应力状态比负弯区更为不利;管片厚度方向表面应力分布呈显著的非线性变化,高水压使其非线性变化加剧。 展开更多
关键词 水下铁路盾构隧道 管片衬砌结构 内力分布 原型试验 应力集中
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大断面水下盾构隧道原型结构加载试验系统的研发与应用 被引量:49
13
作者 何川 封坤 苏宗贤 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期254-266,共13页
针对大断面水下盾构隧道衬砌结构特点,提出管片结构(包括接缝结构及整环衬砌结构)的原型试验加载方法,并自主研发多功能盾构隧道结构加载试验系统,该系统可根据不同需求进行组装和拆卸,既可进行管片接头力学试验,又可成功将水压与土压分... 针对大断面水下盾构隧道衬砌结构特点,提出管片结构(包括接缝结构及整环衬砌结构)的原型试验加载方法,并自主研发多功能盾构隧道结构加载试验系统,该系统可根据不同需求进行组装和拆卸,既可进行管片接头力学试验,又可成功将水压与土压分离,进行管片衬砌结构的加载试验。随后,采用该试验系统对南京长江隧道及珠江狮子洋隧道管片衬砌结构进行原型加载试验,包括错缝拼装、通缝拼装结构的加载试验,接头抗弯、抗剪试验等,并选取部分试验结果与数值计算对比,验证该试验加载方法对大断面盾构隧道结构体系进行系统研究的正确性及可靠性,为科研、设计和生产提供可靠的试验手段。 展开更多
关键词 隧道工程 水下盾构隧道 管片衬砌结构 原型试验 加载系统
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大断面盾构隧道结构横向刚度有效率的原型试验研究 被引量:45
14
作者 封坤 何川 夏松林 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1750-1758,共9页
通过对盾构隧道横向刚度有效率的影响因素进行分析,提出了针对大断面水下盾构隧道横向刚度有效率的原型试验求解方法,进而对南京长江隧道及广州珠江狮子洋隧道管片衬砌结构开展原型试验,得出两座隧道管片结构η和ξ随荷载条件变化的规... 通过对盾构隧道横向刚度有效率的影响因素进行分析,提出了针对大断面水下盾构隧道横向刚度有效率的原型试验求解方法,进而对南京长江隧道及广州珠江狮子洋隧道管片衬砌结构开展原型试验,得出两座隧道管片结构η和ξ随荷载条件变化的规律。结果表明,在同等荷载条件下,断面越大,η越小,对应ξ越大,错缝结构的η大于通缝结构。正弯区与负弯区的ξ不同,对于不同的管片结构型式,ξ与η的对应关系不同。同时,针对两座隧道不同结构形式给出了η,ξ的关系曲线,并提出了10 m级和15 m级水下盾构隧道通缝与错缝条件下η与ξ的建议值。 展开更多
关键词 水下盾构隧道 管片衬砌结构 横向刚度有效率 弯矩增大系数 原型试验
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大断面盾构隧道结构整体化分析方法 被引量:26
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作者 何川 封坤 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2021年第11期1827-1848,I0021-I0042,共44页
针对大断面盾构隧道管片接缝面构造复杂、管片大体积效应显著、衬砌结构纵-横向空间效应突出,受水压与地层条件影响敏感、施工期结构体系脆弱,常规方法难于准确处理大断面盾构隧道的结构分析问题,为此,提出准确获取局部参数、正确表征... 针对大断面盾构隧道管片接缝面构造复杂、管片大体积效应显著、衬砌结构纵-横向空间效应突出,受水压与地层条件影响敏感、施工期结构体系脆弱,常规方法难于准确处理大断面盾构隧道的结构分析问题,为此,提出准确获取局部参数、正确表征整体结构、精确体现交互作用的整体化分析要素,建立大断面盾构隧道的结构整体化分析方法,其主要技术内容包括:准确获取管片接缝面的接头刚度,建立反映地层-管片结构-地下水交互作用特征的多体分析模型,充分考虑运营与施工阶段荷载演变的荷载体系,采用迭代分析方法实现结构内力与变形的精确计算。经模型、足尺、原型、现场等多层次的试验验证,该方法可准确体现高水压、多体接触、注浆层影响以及施工阶段等的力学效应。盾构隧道整体化分析方法已纳入国家标准GB/T 51438—2021《盾构隧道工程设计标准》,是对大断面及特殊盾构隧道所要求的结构计算分析方法。 展开更多
关键词 大断面盾构隧道 管片衬砌结构 整体化分析方法 试验验证
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引水隧洞管片受力特征的试验研究
16
作者 于红民 《水利科技与经济》 2023年第4期67-71,共5页
为了研究引水隧道管片受力特征,保证隧洞稳定运行,以引水隧洞工程为利,选择不同位置的3个断面,对盾构推进过程中管片结构的土压力变化规律、环向轴力以及纵应力大小进行监测。结果表明,各断面土压力在盾构推进过程中呈现出先增大后减小... 为了研究引水隧道管片受力特征,保证隧洞稳定运行,以引水隧洞工程为利,选择不同位置的3个断面,对盾构推进过程中管片结构的土压力变化规律、环向轴力以及纵应力大小进行监测。结果表明,各断面土压力在盾构推进过程中呈现出先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势。土压力峰值对应的推进环数约为2环。不同断面之间的土压力大小差距较为显著,在拱顶位置附近的管片受力较大;随着推进管片环数增加,各测点纵向应力变化趋势相同。研究结果确定出最容易发生病害的管片位置,对工程管片衬砌结构的设计和施工具有指导意义。 展开更多
关键词 引水隧洞 管片衬砌结构 土压力 粉细砂
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大断面越江盾构隧道管片拼装方式对结构内力的影响效应研究 被引量:23
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作者 封坤 何川 邹育麟 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期114-124,共11页
大断面越江隧道管片拼装方式对结构内力的影响一直引人关注,由于拼装方式的不同将引起管片结构内力的分布与量值的变化。鉴于此,该文对圆形盾构隧道管片拼装效应的产生机理进行了理论分析,着重探讨了纵向相互作用力对管片环向内力的影响... 大断面越江隧道管片拼装方式对结构内力的影响一直引人关注,由于拼装方式的不同将引起管片结构内力的分布与量值的变化。鉴于此,该文对圆形盾构隧道管片拼装效应的产生机理进行了理论分析,着重探讨了纵向相互作用力对管片环向内力的影响,随后以南京长江隧道为工程背景,对其管片在通缝与错缝拼装条件下结构环向内力分布及错缝拼装下目标管片内力沿圆周及幅宽方向的内力分布规律开展了原型试验研究。结果表明,由于环间的相互作用效应,使错缝结构局部区域弯矩呈现出加强的效果。在纵向螺栓作用区域,管片环向弯矩增幅、轴力降幅较大。沿管片幅宽方向,正弯矩呈"凹"型分布,负弯矩呈"凸"型分布,轴力呈"凸"型分布。该研究结果可为大断面水下盾构隧道的设计、施工和相关研究提供重要参考。 展开更多
关键词 水下盾构隧道 管片衬砌结构 原型试验 管片拼装效应 拼装方式
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Prototype test study on mechanical characteristics of segmental lining structure of underwater railway shield tunnel 被引量:5
18
作者 He Chuan Feng Kun Yan Qixiang 《Engineering Sciences》 EI 2014年第2期65-74,共10页
Based on the first unde rwater railway shield tunnel, the Shiziyang shield tunnel of Guangzhou Zhu- jiang River, the prototype test was carried out against its segmental lining structure by using "multi-function shie... Based on the first unde rwater railway shield tunnel, the Shiziyang shield tunnel of Guangzhou Zhu- jiang River, the prototype test was carried out against its segmental lining structure by using "multi-function shield tunnel structure test system". And the mechanical characteristics of segmental lining structure using straight assembling and staggered assembling were studied deeply. The results showed that, the mechanical characteristics of segmental lining structure varied with the water pressures; especially after cracking, the high water pressure played a significant role in slowing down the growing inner force and deformation. It also testi- fied that the failure characteristics varied with straight assembling structure and staggered assembling structure. Shear thilurc often occurred near longitudinal seam when using straight assembling. 展开更多
关键词 underwater railway shield tunnel segmental lining structure prototype test tenon joint failure characteristics
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