段家坪隧道区域初始地应力场反演分析

为解决地应力释放导致隧道初期支护变形失稳难题,以隧道区域地质资料为基础,结合现场地应力实测数据,采用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区域初始地应力场的数值模拟反演计算分析,获得隧道围岩初始地应力场分布规律。研究结果表明:隧道测区段围岩处于高地应力状态,测点地应力反演值与实测值误差较小,反演结果合理、可靠。通过隧道围岩强度应力对比分析,隧道DK453+500m～DK454+400m段为高应力状态,地应力释放会导致隧道初期支护开裂变形,与现场实际情况相一致。     

鲜水河构造带某隧道地应力反演与分析

地应力的分布规律严重影响地下工程建设,获得开展工程区域地应力场分布对指导支护结构的设计具有重要意义.在鲜水河断裂带某隧道工程区采用钻孔水压致裂法进行了深孔地应力测试,基于地应力测试结果,得到了开展工程区域地应力随深度的变化规律,并利用数值模拟进行地应力反演.结果表明:地应力随深度的增加而逐渐增加,其中最大水平地应力的递...     

基于进化神经元算法的堡镇隧道软弱围岩施工弹塑性智能位移反分析

结合宜万铁路堡镇隧道的施工,将BP神经网络和遗传算法引入特长隧道软岩段的施工位移反分析,采用遗传算法自动搜索BP神经网络训练效果最优的参数,建立起反映围岩变形与岩体物理力学参数及初始地应力之间高度非线性、不确定的GA-BP智能模型,然后采用遗传算法在岩体物理力学参数和初始地应力取值范围内,搜索BP神经网络预测围岩变形与实测围岩变形最接近的参数组合,取得反演获得的岩体物理力学参数和初始地应力.从堡镇隧道应用结果来看,这种进化神经元算法反演结果可以满足隧道施工的需要,并为类似工程提供了借鉴.     

智能三维位移反分析法在浅埋偏压隧道中的应用

支持向量机（Support Vector Machines,SVM）算法具有小样本、全局优化和泛化性能好的优点,且不存在过拟合的弊病.结合张石高速北口隧道浅埋偏压段的施工,将一种改进的支持向量机算法引入隧道工程位移反分析,并采用遗传算法在样本训练阶段自动搜索训练效果最优的SVM参数,建立起围岩力学和初始地应力参数与洞周位移的非线性SVM映射;然后,以遗传算法在围岩力学和初始地应力参数范围内,自动搜索能使SVM计算位移与实测位移最接近的参数组合,完成围岩力学和初始地应力参数的智能辨识.应用结果表明,这种新型的智能位移反分析法能在监测数据有限的情况下,高精度地反演辨识围岩力学与初始地应力场参数,为围岩变形超前预报提供计算参数以指导施工,并为类似工程提供借鉴.     

龙潭隧道围岩参数与地应力场联合反演

龙潭隧道是沪蓉国道主干线湖北境内一条主要隧道,它的全长近8 900 m,埋深约500 m,为典型的深埋长隧道.隧道经过地区的地质条件复杂、地应力较大.为了合理地计算围岩稳定性,利用实测位移信息,进行了围岩参数和地应力场的反演.基于实测收敛位移,采用进化神经网络法,提出了一种围岩参数和地应力场联合反演的新方法,并利用该方法对龙潭隧道多个典型断面进行了反演研究.为了验证反演结果,采用反演得到的围岩参数和地应力场进行了数值计算,其计算结果和实际情况吻合.计算结果表明,通过反演,能得到反映整个隧道围岩参数和地应力场的基本参数,反演结果能较好地反映实际情况.     

木寨岭隧道三维地应力场多元回归宏观拓展分析

以实测地应力结果为基础,结合实际地质条件以及地层参数,采用3D有限元多元回归分析方法,对木寨岭隧道区域的原始宏观地应力场进行宏观拓展分析,特别是F11,F12,F13,F14,F14-1,F14-2等断层及其附近的应力状况.宏观地应力场的分析结果表明,断层处横向应力明显增大,而且断层中部的横向应力大于断层两侧,呈现出中间高两头低的应力分布现象.宏观地应力场的分析结果对工程设计与施工具有重要参考价值.     

戴云山隧道地热段施工降效测定与研究

向莆铁路戴云山隧道处于闽东火山断坳带的福安-平和北东向火山喷发带中段,位于福建东部重力梯度带上。局部火山岩及侵入岩区以及埋深大于420 m地区存在地热异常区,地温偏高。在隧道地热段抽取样本,现场测定基础数据,采取对比分析的研究方法,综合分析戴云山隧道不同地热环境开挖较正常施工环境人工和机械降效值、降温措施费用,提出戴云山隧道地热地段工程开挖、支护增加费用计算办法,以供相关地热条件隧道施工提供参考。     

考虑侵蚀下切作用的深切河谷岩体地应力场回归

针对深切河谷地区独特的地形条件,从影响地应力的因素入手,提出除自重、地质构造外,河谷的剥蚀下切和谷坡形态的发育、演化也是影响地应力场的重要因素.将初始地应力场视为由谷坡下切改造后的自重应力场和构造应力场组成,采用回归分析的方法确定河谷地区的地应力场.计算结果表明,考虑河谷的发育和演化史,分步模拟谷坡剥蚀下切得到的岩体应力状态与实测数据更为接近,呈现出谷坡浅表部应力松弛卸荷和谷底应力集中的分布规律.     

通渝隧道Kaiser效应地应力测试研究

通过5组岩石声发射Kaiser效应地应力的测试,查明了通渝深埋特长公路隧道工程岩体内地应力的总体状态为潜在走滑型,隧道中部测得的地应力量级普遍较高,实测最大主应力σ1最高达33.04MPa,因而施工过程中应密切关注其高地应力与岩爆问题.     

通渝隧道Kaiser效应地应力测试研究

通过5组岩石声发射Kaiser效应地应力的测试,查明了通渝深埋特长公路隧道工程岩体内地应力的总体状态为潜在走滑型,隧道中部测得的地应力量级普遍较高,实测最大主应力σ1最高达33.04MPa,因而施工过程中应密切关注其高地应力与岩爆问题.     

热力耦合作用下拉林铁路桑珠岭隧道岩爆预测

热力耦合作用是高温高地应力隧道岩爆预测中一个新的问题.在新建拉林铁路桑珠岭隧道开挖过程中,利用现场温度测试数据反演并得到隧道不同埋深时的地温,通过热力耦合数值模拟计算得到隧道开挖过程中的洞周应力变化规律,利用卢森、陶振宇、王元汉、樊建平4种岩爆判据对隧道不同温区、不同洞周应力释放率的岩爆发生烈度和岩爆范围进行预测,最后将预测结果与现场岩爆进行了比较分析.研究结果表明:桑珠岭隧道地温梯度为5.5℃/100 m,隧道埋深越大地温越高;在以自重应力场为主的深埋段,最大压应力集中在拱顶和拱脚部位;在45~85℃地温区间,洞周最大切向应力和最大主应力随应力释放率增大而线性增长,当洞周应力释放率为100%时,其增加量分别为84~96 MPa、93~96 MPa,同时岩爆烈度等级也相应增加;判据预测与现场实测的比对表明,高温热力耦合作用在应力释放过程中加速了岩爆发生,在应力释放率前期,陶振宇判据对中等及以上岩爆的发生更加敏感,而在应力释放中后期王元汉判据与实测结果的相似度更为一致.      

乌鞘岭隧道F4～F7断层区段压力、应力实测与分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程,是国内最长的单线铁路隧道。该隧道穿越四条区域性大断层,地应力高,围岩软弱、破碎,隧道变形大。针对高应力条件下的软岩隧道大变形特点,在F4~F7断层区段,开展了系统、全面监控量测。根据实测数据,深入分析了支护压力、支护应力的规律及特征,及时将信息反馈给设计与施工,为工程施工提供了主要的技术支持。     

铁路隧道初期支护结构随机有限元及可靠度分析

将围岩与支护结构视为一起受力的整体不确定体系,假设原始应力为围岩自重应力,用弹塑性平面有限元程序和按蒙特卡罗-随机有限元法分析初期支护作用效应的统计特征,应用“分位值”法对现行单线电化铁路隧道复合式衬砌通用图的初期支护按连续介质模型计算其可靠指标。计算结果表明,各级围岩随着埋深的增加,可靠指标不断减少,Ⅳ级围岩超过200m、Ⅲ级围岩超过300m后可靠指标都很低,这一结果与实际情况不符,说明完全按埋深来确定围岩原始应力是不合适的。而对于同样埋深,围岩愈松软,可靠指标愈小,特别是松软的Ⅴ级围岩,抗开裂可靠指标不能满足要求,抗压的可靠指标也很低,说明Ⅴ级围岩的初期支护要加强,一定要加钢筋格栅或型钢拱,以防大面积裂损。     

地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆，提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力. 结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解；基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测；应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测. 研究结果表明:在高地温环境下，恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力，裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力，垂直应力不变；如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测，当水平原位地应力大于竖向原位地应力时，得到的岩爆等级偏高，当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时，得到的岩爆预测位置与实际不一致，当水平原位地应力小于重力应力时，得到的岩爆等级偏低；桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%，若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.      

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

层状岩体不同倾角对高地应力隧道稳定性影响分析

以层状岩体高地应力隧道为工程背景,采用数值模拟的方法,分析层状岩体的不同倾角对高地应力隧道稳定性的影响。研究结果表明：高地应力隧道相对于普通地应力隧道,其支护结构承受的荷载更大,隧道的稳定性问题更加突出;在25°～65°范围内,锚杆轴力随岩层倾角增大而增大的趋势明显。结合分析结果,通过将锚杆与岩层大角度相交,使多层岩体串联,从而增大了岩体层间阻力,减小了层间剪切错动的可能性,使锚杆充分发挥销钉的作用,减小了支护结构受力,增强了隧道围岩的稳定性。     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。