图 ３ 孔 隙 细 观 结 构
模 时 ， 料粒 径分 别 取 ６ 、０ １ ｍ． 文 献 ［ ］ 骨 ０ ３ 、６ｍ 按 ６
２ 数 值 模 拟 过 程 实现
２ １ 边 界条 件 ．
的计算过程 ， 计算结果为 ： ｍ粒径的骨料数是 ６ｍ ０ １ ８个 ，０ｍ 粒 径 的骨 料 数 是 ６ ３ ｍ １个 ，６ｍ 粒 径 １ ｍ
文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
隧道 开挖后 ， 隧道 支 护 结构 与 围岩 共 同组 成
道 内产生 空气 压力 波 ， 种 压 力波 动 相 当于气 动 这
荷载作用在隧道衬砌结构和隧道 内各种设备上 ，
本文 在 已获 得 的 隧道 衬 砌 压 力 变 化 规 律 的基 础 上 ， 混凝 土 细 观 力 学 的角 度 出发 ， 究 探 讨 从 研 了空 气动力 学效 应对 隧道衬 砌结 构 的细 观力 学性
ｋ ／ ， 道 中的 气 体 被 挤 压 的速 度 非 常 的 慢 ， ｍ ｈ隧 同 时低 速条件 下 车尾 处所 产 生 的负 压也 非 常 的小 ， 因此在 隧道 中所 产 生 的压 力 波 扰 动较 小 ， 对 于 相 隧道 结构所 受 的其 他 载荷 是 可 以忽 略 的． 是 在 但 列车 高速运 行条 件 下 ， 由于 隧道 内 的空 气 流动 受 隧道 壁面 的限制 及 空 气 的 可压 缩性 ， 产生 相 当 会 大 的压力 瞬变 （ 简称压 力 波 ） 从 而 引起 行 车空 气 ，
料 属性 见 附表．
附表 混凝土各组分材料参数
图 ２ 含孔 隙 的 细 观 力 学 模 型
１ ３ 衬砌 骨料 数 的确定 ．
根 据铁 路 隧道 混 凝 土设 计 规 范 ， 文采 用 的 本 铁路 隧 道衬 砌 混凝 土 等 级 为 Ｃ ０ 骨 料 最 大 粒 径 ３，
为 ８ ｍ， 小 粒径 为 １ ０ｍ 最 ６ｍｍ． 在进 行 细观 力 学建
空气 动 力学效 应 作 用 下 高速 铁 路 隧道 细 观 力 学 数 值 模 拟
马云 东， 李博 ， 范斌
（ 大连 交通 大学 辽宁省隧道 与地 下建 筑工程研 究中心 ， 宁 大连 １６ ２ ） 辽 １０ ８
摘 要： 在隧道衬砌压力变化规律研究 的基 础上 ， 从混凝土细观力 学的角度 出发 ， 建立 了含初始孔 隙的
灌 浆压 力 、 部 落石 以及 温度 变 化 或 混凝 土 收 缩 局 所引 起 的温 度应 力 和 收缩 力 等 ． 殊 载荷 包 括 一 特
１ 高速铁 路隧道细观 力学数值模 拟 模 型 的建 立
１ １ 细观 力 学模型参 数选 取 ．
些偶然发生的载荷 ， 如炮弹的冲击力和爆炸时产 生的激波压力、 地震产生的地震力 、 发生车祸时汽 车对隧道结构的冲撞力等． 对于高速铁路隧道 ， 在 原有 的 低 速 条 件 下 ， 车 的 运 行 速 度 不 到 １０ 列 ０
能及 耐久性 的影 响 ．
有机的地下结构体系 ， 其载荷可分为主要载荷 、 附
加 载荷 和特殊 载 荷 三类 ， 主要 载 荷 指 长期 作 用 的
载荷 ， 包括 地 层压 力 、它 围岩 弹性 抗力 、 结构 自重
力、 回填岩土重力 、 地下静水压力 以及使用载荷． 附加载荷指非经常作用的载荷 ， 它包括施工载荷 、
作者简介 ： 马云东 （ ９４一） 男 ， １６ ， 教授 ， 博士 ， 主要从事铁道地下工程结 构的研究
Ｅ－ ａ ｌ ｙ ｎｄ ｎ ｍ ａ １ ｍ ｉ ： ｕ ｏ ｇ ＠ ２６． ｏ ． ｃｒ ｎ
第 ４期
马云东 ， ： 等 空气动力学效应作用下高速铁路 隧道 细观力 学数值模 拟
１ ７
混凝土细观力学模型， 对在高速列车运行条件下隧道中截面衬砌拱顶混凝土的力学特性进行了模拟计
算， 获得 了不 同时 问点 方 向应力 图和第一主应力 图 ， 研究 表 明： 高速铁路 隧道空气 动力学 效应对高速
铁路隧道衬砌的细观力 学特性 和耐久性有重要影响．
关键词 ： 高速铁路 ； 隧道衬砌 ； 细观力学特性 ； 耐久性
第３ ２卷 第４期
２１ ０ １年 ８月
大 连
交
通 大
学
学 报
Ｊ ＲＮＡＬ ＯＦ Ｄ Ｉ Ｊ ＡＯ ＯＮＧ Ｕ ＶＥ Ｉ Ｙ ＯＵ ＡＬ ＡＮ Ｉ Ｔ ＮＩ ＲＳ Ｔ
文章编号 ：６ ３ ９ ９ （０ １ ０ ． ０ ６ ０ １７ — ５０ ２ １ ）４ ０ １ —４
阻力增大 、 空气动力学噪声 、 乘客舒适性等一系列 问题 ＿． 当 高 速 列 车 急 驰 过 隧道 时 ， 会 在 隧 １每 ］ 就
图 １ 分 析 体 部 位 图 收 稿 日期 ：０ ０１ — ２ １—２１ ６
基金项 目 ： 国家 自然科学基金资助项 目（ １５０ ３ ； ５０ ０ ０ ） 辽宁省高校优 秀人 才基金资助项 目（０ ９ ０ ） ２ ０ Ｒ ７
时 也为 了更 准确 地 进 行 细 观分 析 ， 文选 取 了 隧 本 道 中 间截 面拱 顶 ６ 范 围的衬 砌 混 凝 土 ， 为 细观 。 作 力 学分 析研究 对 象 ， 分析对 象部 位如 图 １ ．
１ ２ 衬 砌材 料物 理参 数选 取 ．
从 细观 力学 的角 度 分 析 ， 凝 土 可 以看 作 是 混 由骨料 、 砂浆 和砂 浆 界 面层 及 初 始 孔 隙组 成 的不 均 质复 合材 料 ， 个 材料 的材 料属性 是 不相 同 的 ， 各 其 对于 分析 结果 也是 很重 要 的 Ｊ本 文选 取 的材 ．
根据铁路 隧道设 计规范 ， 本文选用单 线 圆形铁 路隧道 衬 砌 结 构 ， 几 何 参 数 如 下 ： 径 为 ４９０ 其 内 ０ ｉ 外径 为 ５ ０ ｍ， 厚 为 ５０ｍｌ选 取 隧道 ｎ ｍ， ０ｍ 衬砌 ４ ０ ｉ． １ 中间截 面作为分析 面 ， 并且为 了节省计 算资源 ， 同