高地应力软岩条件下挤压变形预测及应用

近年来,穿越高地应力区且工程地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道工程不断涌现,其不同程度围岩大变形问题给施工设计造成了很大困难。从研究软弱围岩隧道大变形分类、挤压变形分级出发,利用现场试验对隧道岩体强度进行估算,并采用Hoek方法对挤压变形进行判定及量值估算,其研究成果应用于正在修建的兰渝线木寨岭隧道斜井工程中加以验正,结果与现场实测数据规律基本一致。     

基于人工神经网络的梅关隧道围岩级别判别

隧道围岩分级是隧道结构设计的前提工作,也是确保隧道施工安全的关键技术.文章应用神经网络的联想记忆功能,以隧道围岩5个级别作为训练标本,建立隧道围岩与分级指标岩体完整性、岩块强度特性、结构面间的平均距离、结构面状态、岩体的水力条件和地应力场状态之间对应关系的BP判定模型,并将分级结果与模糊系统分级和地质勘查分级法进行对比,效果良好.利用人工神经网络模型为隧道围岩分级提供了一条新途径.     

仙岳山隧道工程地质特征与围岩稳定性分析

通过对仙岳山隧道工程地质特征、岩体质量的论述,分析了围岩的稳定性.在节理岩体的稳定性分析中,考虑了各组结构面产状和摩擦角的随机性.     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

池家河隧道岩体浅表生改造及其与围岩级别的关系

为探讨池家河隧道围岩质量,文章基于隧址区浅表生改造特征和空间发育规律,初步划分了浅表生改造强度等级,建立了适用于池家河隧道地质条件的施工期围岩分级方案,探讨了浅表生改造与隧道围岩级别的关系。结果表明,池家河隧道隧址区岩体经受过较强烈的浅表生改造,主要表现为发育中缓倾角结构面和陡倾角裂隙。浅表生改造控制了池家河隧道岩体结构及围岩级别,浅表生改造强度可划分为强烈、中等和轻微。强烈改造带围岩级别一般为Ⅴ级;中等改造带围岩级别多为Ⅳ级,少部分为Ⅴ级;轻微改造带围岩级别多为Ⅲ级,少部分为Ⅳ级。池家河隧道浅表生中等改造带段落最多,控制了池家河隧道围岩级别。     

隧道震裂岩体围岩分级方法初探

汶川地震产生了大量的震裂松动山体,为合理评价在这些震裂山体中新建隧道的围岩级别,通过极震区在建隧道现场震裂岩体调查,对震裂岩体特征及其对围岩稳定性的影响进行了分析。震裂岩体是一种受强烈地震波作用后,岩体结构面更加发育,层间结合更差的一种岩体;并且硬质岩和软质岩的震裂特征不同,硬质震裂岩体易产生集中式张裂缝和松动,软质震裂岩体易产生体积式松弛变形。在此基础上,提出了岩体震裂等级,划分为轻微、中等、强烈三种级别,并建立了震裂岩体围岩分级的修正方案,即:轻微震裂岩体对围岩稳定性影响不大,可不考虑降低围岩级别,或者降低0.5级;中等震裂岩体对围岩稳定性有不利影响,围岩级别降低0.5～1级;强烈震裂岩体对围岩稳定性影响极为不利,围岩级别降低1～1.5级。     

泥岩隧道仰拱长期稳定性分析——以新疆达坂地质区某隧道为例

以新疆达坂地质区某隧道为例，分析泥岩隧道仰拱的长期稳定性。通过基于隧道岩体结构、岩块强度和长期变形监测数据的分析，运用H-B强度准则和BP神经网络算法获取监测隧道岩体的力学和蠕变参数。借助FLAC 3D软件内置的CPOWER模型，建立典型断面的数值模拟模型，以分析泥岩流变效应下不同衬砌支护强度和仰拱曲率半径对隧道仰拱运营期稳定性的影响。结果表明：考虑泥岩流变时，隧道的主要变形是仰拱中心的隆起。初次增大支护强度或减小仰拱曲率半径对改善隧道结构的受力、控制围岩变形以及加快围岩的稳定都产生显著效果；然而，随着支护强度持续增大或仰拱曲率半径持续减小，这种控制效果逐渐减弱。当将支护强度从I16工字钢逐渐增大到双层拱架时，仰拱中心的隆起量仍然有11.14 mm；而将仰拱曲率半径从16 m减小到14 m时，仰拱中心的隆起量从33.7 mm减小到3.37 mm，最终的位移满足隧道后期运营的要求。减小仰拱曲率半径比增大支护强度更能有效地从根本上控制仰拱中心的隆起，同时使围岩和支护结构的受力更加均匀；在施工阶段适当减小仰拱曲率半径后，隧道已处于相对平衡状态，流变效应对隧道的应力状态影响不大。     

隧道围岩强度及稳定性评价

围岩强度指标是隧道工程设计中不可缺少的重要参数,准确预测围岩强度对隧道支护设计和稳定性计算十分重要。文章针对富溪隧道地质条件复杂、围岩稳定性差等问题,以现场岩石点荷载试验推测岩石强度;以隧道围岩的Q指标统计为基础,利用基于Q指标的经验公式推测围岩抗压强度;按照富溪隧道各个断面围岩的抗压强度,评价各段围岩的稳定性。研究表明,采用的三个经验公式中,无论平均值还是分散度,Yudhbir公式预测结果都最接近规范标准值,说明所用方法用于隧道工程是可行的。该方法简单、实用,预测结果能够反映围岩工程特性,符合实际,可以作为隧道工程中定量评价围岩强度的有效方法,可为隧道设计、施工提供可靠依据。     

隧道围岩变形影响因素分析

在对岩体工程进行开挖的过程中,可能会破坏岩体中已经达到的平衡状态,并改变岩体结构的应力场分布,致使应力发生重分布问题,从而导致岩体结构发生变形或者破坏。鉴于此,以某隧道工程为实际研究对象,在对其复杂地质条件进行分析的前提条件下,选择下行方向XK20+680断面作为围岩结构力学模拟的工作区域,对隧道围岩结构变形的相关影响因素进行了分析与研究。     

地质顺层偏压隧道围岩压力及其分布特点的试验研究

结合渝怀铁路渔塘湾隧道所处的地质顺层偏压特点,按照相似理论,对地质顺层岩体作用于隧道衬砌结构上的偏压载荷进行了模型试验,初步得出了地质顺层偏压隧道围岩压力的分布特点及其与不同顺层倾角之间的变化关系,并就顺层岩体隧道结构的形式和支护措施进行了探讨。     

有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用

有限元强度折减法广泛应用于边坡等工程的稳定分析中,而在隧道工程稳定分析中的应用相对较少。文章将有限元强度折减法用于隧道施工稳定分析与控制中,提出基于围岩安全系数进行施工阶段围岩稳定性全过程的动态评价,并通过隧道洞周围岩变形规律的研究,建立施工阶段隧道监控量测的动态控制指标。通过算例分析可以看出,基于围岩安全系数可以定量、直观地掌握整个施工阶段围岩稳定性的动态演化规律;在满足初期支护施作后围岩稳定性要求的前提下,可以针对各个施工阶段建立相应的变形控制指标,从而克服以围岩容许位移作为隧道稳定性判断依据的局限性。通过有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用,将为解决隧道施工安全问题提供新的途径。     

节理岩体中TBM掘进施工围岩稳定性及可视化分析

节理岩体的地质赋存特征含岩体结构、原岩应力场和地下水三方面,由此产生诸如破碎带、大变形软岩、富水带等恶劣的工程地质条件。TBM在节理岩体中掘进受到岩体地质特征和工程地质条件的影响,同时也对岩体造成一定的扰动,可能将导致隧道围岩发生失稳。另外,地质勘探不到位、掘进机选型不当等因素也会导致或促进围岩发生失稳。TBM掘进围岩失稳的形式主要有开挖面失稳和洞周失稳,以及二者兼有的大型围岩失稳。为了更直观地观察TBM掘进围岩失稳,文章采用自主研发的块体理论分析软件BLKLAB对节理岩体进行三维可视化建模,模拟TBM隧道开挖,并根据块体理论计算分析得到了开挖面和洞周的可动块体和关键块体。     

基于离散元强度折减法的大跨隧道稳定性研究

节理面作为岩体中普遍存在的软弱结构面,对隧道围岩的稳定性影响较大,在节理较多的大跨隧道施工中,更容易发生拱顶掉块、塌方、滑移等灾害。基于此,文章依托贵阳市南垭路三号隧道,基于离散元强度折减法,采用3DEC软件对不同节理倾角、间距、组数以及衬砌参数情况下的隧道安全系数进行分析,评价了各因素对隧道稳定性的影响。结果表明:节理倾角越大、分布越密集、节理组数越多,隧道的整体稳定性越差;在单组节理的岩体中,节理倾角是影响隧道稳定性的主要因素;喷混凝土层对隧道的整体稳定性提升显著,10 cm厚喷层即可比裸洞的安全系数提高17.9%,并据此提出了隧道衬砌参数的优化建议。     

结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性影响研究

隧道围岩变形破坏与岩石强度、结构面空间组合关系、地下水和地应力等因素关系密切。为研究结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性的影响,文章基于郑万铁路向家湾隧道工程地质条件,采用UDEC离散元软件对全断面开挖下的围岩稳定性进行数值模拟,重点分析了两组结构面的空间组合关系对结构面剪切滑移、围岩塑性破坏及位移的影响,同时根据开挖后围岩变形的差异——完好、掉块、塌方,定性统计整理得到了结构面空间组合对隧道开挖稳定性影响统计表,并给出了相应的施工建议。研究结果表明,隧道围岩变形破坏主要发生于结构面间距小于1.5 m,且J1倾角为45°～75°、J2倾角为103°～133°的空间组合条件下。     

锚杆是一种优化的隧道围岩支护形式

隧道工程中锚杆对围岩的支护可以用加固作用来概括。锚杆对各种不同地质结构的围岩具有不同的加固机理,悬吊作用只是其中一种特定情况。囿于悬吊作用,会限制对锚杆支护能力的认识。文章论述了锚杆的作用机理及其对各种岩体结构围岩的加固作用,并对我国隧道工程锚杆使用中的问题进行了讨论,提出了相应的建议。     

散体围岩隧道开挖中超前小导管注浆的作用

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等危害,必须进行超前支护。以吉怀高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC~(3D)三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明:对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

雷音铺隧道进出口段稳定性分析

隧道进出口段是隧道工程建设关键技术部分之一,为了分析隧道进出口段稳定性,以雷音铺隧道进出口段为研究对象,根据该隧道的工程地质条件,对岩体基本质量指标BQ进行修正,并对进口和出口处围岩进行准确分级。综合分析隧道进口和出口开挖时形成的仰坡和左、右侧垫坡的稳定性,对可能产生的危害提出相应的防治措施和建议,指导工程施工并为类似工程设计提供参考借鉴。     

穿越古滑坡川主寺隧道围岩破坏特征及稳定性研究

文章以川主寺隧道所处的工程地质条件为基础,通过现场调研分析了隧道围岩变形破坏形式主要为坍塌、掉块以及剥落.围岩稳定性三维有限元数值模拟结果显示,碎裂围岩自稳能力差,围岩变形以弹塑性变形、松弛变形为主；H型钢拱架支护结构对碎裂围岩稳定性起到积极的作用,并通过典型洞段现场位移监测数据分析结果得以证实.     

考虑渗流、非轴对称荷载作用的隧道围岩塑性区分析

文章考虑了渗流体积力,推导了渗流场作用下隧道围岩的应力分布规律和塑性区表达式,并分析了隧道塑性区范围与孔隙水压力、侧压系数,以及岩体强度和初始地应力比值k之间的关系。研究表明:渗流场仅对塑性区范围有影响,对塑性区形状没有影响;随着侧压系数以及岩体强度和初始地应力比值k的不同,渗流对隧道围岩塑性区范围的影响沿不同方向表现出各向异性,且随着侧压系数以及岩体强度和初始地应力比值k的增大各向异性程度逐渐弱化;侧压系数、岩体抗压强度与初始地应力比值k不仅影响塑性区的范围,同时影响着塑性区的形状,当k1时,侧压系数对隧道塑性区的范围和形状起主要作用;当k1时,岩体强度对隧道围岩塑性区的范围和形状起主要作用,且随着岩体抗压强度的增大,塑性区范围逐渐减小,在隧道两帮处随侧压系数的减小易出现塑性区。     

基于FLAC3D的破碎带对四方山隧道围岩稳定性影响分析

文章针对四方山隧道工程地质条件,采用FLAC3D建立三维数值模型,计算分析破碎带对四方山隧道围岩稳定性的影响,并指出破碎带影响围岩稳定性的重点区域。