裂纹位置与深度对围岩岩体稳定性的影响分析

在隧道掘进过程中,天然地应力的平衡状态将会受到破坏并进行应力重分布,在构造应力场或自重应力场作用下将会引发裂纹的起裂、扩展和贯通,从而导致隧道的失稳坍塌。文章采用数值模拟和室内模型试验方法对比分析了裂纹位置、长度、深度等因素对马蹄形断面隧道围岩结构稳定性的影响。其中,数值模拟分析了隧道围岩的破坏形式及对裂纹尖端应力强度因子的计算,隧道模型试验研究了裂纹对隧道模型抗压强度的影响。结果表明:(1)数值模拟结果与模型试验结果较为吻合;(2)裂纹位于马蹄形隧道的拐角处或裂纹倾角为45°时,对隧道的稳定性削弱作用最大;(3)隧道围岩内裂纹的长度越长,隧道模型的抗压强度越小;(4)裂纹长度达到一定程度时,裂纹深度对隧道的危害性作用基本呈线性增加的趋势;(5)裂纹缺陷对隧道围岩应力重分布及破坏形式有较大的影响。     

隧道施工围岩形变特征及控制措施研究

文章从围岩位移变化和围岩内部应力变化两个方面,研究了隧道施工围岩形变特征,并依据有限元理论对围岩形变场数值进行模拟分析,总结了预防围岩形变的控制措施,为隧道施工围岩形变分析与控制提供参考。     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

不同节理倾角对红层地区偏压隧道围岩稳定性的影响

以达州至万州高速公路沙坝湾隧道靠近洞口偏压段为研究对象,采用数值模拟的方法,研究了红层地层不同节理倾角下隧道围岩力学响应、变形特性。研究表明:红层地层中节理倾角对围岩应力和变形有较大的影响;当节理倾角与偏压坡面垂直时,隧道周边围岩水平方向应力与变形最大;当节理倾角与偏压坡面平行时,隧道周边围岩竖直方向应力最大。     

软弱围岩特大跨度隧道模型试验技术及应用

利用大型地质力学模型试验台架开展软弱围岩特大跨度隧道开挖模型试验的技术研究,主要包括软弱围岩相似材料的配制方法、模型试验台架及加载系统、围岩应力量测系统及围岩位移量测系统。采用单点薄膜压力传感器进行围岩应力量测,具有准确、灵敏和扰动小等特点。文章基于光栅尺与PIV的围岩位移量测技术,开展了一组软弱围岩特大跨度隧道毛洞开挖模型试验,研究隧道开挖对围岩应力场和位移场的影响规律。结果表明,模型试验系统具备优良的操作性能及先进的测试水平,可满足大型岩土模型试验研究需要,对实际工程有一定的指导意义。     

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

城市地下立交隧道交叉口施工方法研究

城市立交隧道施工的难点在于两条隧道合并为一条隧道的交叉口施工,该处存在特大断面隧道、偏连拱隧道和小净距隧道型式的多重转换,施工风险高,对工法、工艺要求苛刻。文章以杭州市紫之隧道的地下立交交叉口工程为依托,提出了一种小洞开大洞,然后再横向开挖,最后反向开挖的施工方法和施工工序。结合工程特点,采用有限元数值模拟和监控量测方法验证了该施工方法的合理性。结果表明:对隧道交叉口采用导洞爬坡反向施工方法可以保证分叉段施工安全,解决小洞往大洞方向开挖的难题;分叉隧道开挖过程中,围岩所受拉应力主要集中在拱顶、拱底及中间岩柱上,所受压应力主要集中在中间岩柱及大拱拱腰、小净距外侧拱腰处;衬砌结构最大拉应力出现在拱底,最大压应力发生在拱腰处。     

隧道洞口滑塌与支护结构破坏特征数值模拟研究

隧道洞口段一般埋深较浅,围岩条件较差,很难稳定成拱,因而在隧道开挖后极容易受到外界扰动作用而发生坍塌变形。尤其在遇水软化的膨胀性黄土地层中建设隧道时,需要考虑降雨作用对隧道稳定性及支护结构变形的影响。本文通过数值模拟方法,结合现场观测以及室内实验,对太原某黄土隧道洞口滑塌及支护破坏特征进行了分析研究。结果表明:该隧道洞口支护结构发生破坏一方面是由于洞口浅层土体本身强度不足,且黄土遇水后强度急剧降低,围岩发生塑性变形,塑性区范围迅速扩展,围岩承载能力急剧降低;另一方面是由于膨胀性黄土遇水膨胀,产生较大膨胀力,使围岩内部应力急剧增加并且作用在支护结构上,从而导致支护结构破坏,引起隧道塌方。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

盾构通过矿山法隧道复合支护的管片内力解析解及应用

文章针对"矿山法+盾构法"施工形成的复合支护体系,提出了模型分析的基本假定,将初始地应力分解为静水应力作用和拉压偏应力作用,并通过围岩应力释放系数反映支护时机和开挖面空间效应,利用弹性力学理论推导出了两向不等地应力条件下管片弯矩和轴力的弹性解析解;进而结合深圳地铁某区间隧道的工程实践得出了围岩应力释放系数、侧压力系数、背填层厚度和背填层弹性模量等参数的影响特性,为此新型工法的推广及复合支护的管片设计提供了理论支持。     

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。     

公路隧道超欠挖对围岩及支护结构稳定性的影响研究

为确保崇爱高速公路观音山隧道施工安全,文章基于Plaxis 3D有限元数值模拟方法.通过对比不同超欠挖位置、深度、角度的八种超欠挖工况,模拟研究了观音山隧道施工过程中存在的围岩超欠挖及其对支护结构和围岩稳定性的影响,探究了超欠挖状态下隧道围岩变形规律及结构应力变化规律。结果表明:拱顶位置的超欠挖对隧道沉降最小值的影响较大,在拱脚处超欠挖对隧道沉降最大值的影响较大;围岩超欠挖对拱顶部位欠挖的影响大于超挖,而在拱脚处超挖的影响要大于欠挖;拱脚处的围岩超欠挖影响大于拱顶。总的来说,隧道超欠挖会对围岩稳定性造成一定程度的影响,但在深度与范围可控的前提下影响是有限的。     

地表建筑对下穿隧道的安全性影响分析研究

采用ANSYS有限元软件对新宝塔山隧道的浅埋段地表建筑施工对下穿隧道的影响进行模拟分析,得到不同间距及不同埋深情况下地表建筑对下穿隧道的应力及衬砌安全性的分析结果。分析得出:住宅楼桩基外缘距离既有隧道边墙为4 m时,铁路隧道受到影响较大;当间距调整为8 m时,楼房施工后引起隧道衬砌结构位移较小,隧道结构安全度均满足规范要求。由此,建议按照间距为8 m的方案实施,覆土回填3 m时,计算结果显示隧道仍然是安全的,其覆土回填厚度可以按照规划设计的地面高程1 009 m考虑(最大覆土回填3m、埋深10.7 m)。     

超前小导管注浆布置范围对地铁隧道开挖的影响分析

针对施工中的沈阳地铁工程,开展了超前小导管预注浆环向布置范围对地铁隧道开挖的影响分析.模拟不同的小导管环向布置,对围岩应力、隧道各监测点位移进行综合比较,确定出超前小导管合理布置范围,对类似隧道工程有较大参考价值.     

下穿立交结构的盾构隧道围岩安全评价的均值与非均值模型

隧道围岩稳定性评估是地下工程建设与维护所面临的重要课题之一。基于此,文章从材料特性角度分别建立均值和非均值数值模型,针对沈阳地铁2号线1标盾构隧道下穿立交结构的围岩安全稳定性进行评价。其中,均值模型侧重于分析围岩变形、应力变化和塑性区分布特征,并结合实测数据对其计算合理性进行验证;非均值模型侧重于围岩体细观破坏过程,采用具有残余强度的弹塑性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,模拟隧道围岩强度折减下的渐进破坏过程及声发射规律,并计算出整体结构安全系数。同时,借助声发射(AE)规律,探讨了类似工况下隧道围岩破坏模式,可为类似工程实践提供参考依据。     

考虑衬砌腐蚀的隧道围岩分级修正分析

文章以石膏质岩隧道为例,基于混凝土衬砌的腐蚀劣化状态形式,将腐蚀厚度作为量化腐蚀程度的参数指标,结合有限元数值模型分析了不同埋深、不同腐蚀时间条件下混凝土衬砌的受力变化规律,提出了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法,旨在提高隧道衬砌结构耐久性。同时,结合工程案例,验证了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法的合理性。结果表明：腐蚀状态下,衬砌压应力的增速在腐蚀前10年较大,增量达到总增量的68.2%;腐蚀时间为10～100年时,压应力增长速率较慢;Ⅳ、Ⅴ级围岩的修正系数取值范围分别为0.91和0.87。     

新建隧道开挖对既有偏压隧道的影响研究

新建隧道邻近既有隧道施工可能会引起既有隧道结构的较大变形,甚至造成重大事故,这在邻近隧道是浅埋偏压隧道时风险更大。文章依托广西某新建公路隧道的实际情况,使用数值模拟方法计算其开挖对既有隧道应力和变形的影响。结果表明：沿既有隧道纵向,变形最大位置出现在起始开挖断面;沿既有隧道横向,应力变形在断面上反对称分布,变形和应力的最大位置在右侧拱脚处,需加强相应防护监控措施。     

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采川三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征.研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大；对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要.所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法.     

基于武当群片岩各向异性试验的隧道围岩变形机理分析

针对通省隧道拱顶出现纵向裂缝、拱肩钢拱架被剪断等变形破坏问题,文章考虑武当群片岩各向异性特点,基于波速试验、单轴压缩与三轴压缩试验,结合围岩变形特征调查与数值模拟试验,分析了武当群片岩试样应力-应变曲线特征与破坏形态特征,建立了弹性模量、泊松比、抗压强度随片理倾角从0°~45°~90°变化时的对应关系,提出了隧道围岩破坏模式,总结了隧道围岩变形机理。研究结果表明:武当群片岩各向异性在隧道围岩变形破坏过程中起到了控制性作用;非对称模式为隧道围岩主要破坏模式;当隧道围岩最大剪应力与片理空间关系不利时,围岩沿片理面发生剪切破坏。研究结果对武当群片岩区域在建或拟建地下工程的现场设计、施工开挖具有重要的指导意义。