软岩隧道围岩的应力应变分析

根据千丘榜隧道实际施工中围岩的力学情况,建立有限元模型,采用不同加载方式,不同应力场,对软弱围岩在隧道施工中隧道围岩位移进行数值模拟和分析.结果表明:围岩在开挖后,整个围岩的初始应力被破坏,围岩的竖向位移及仰拱底围岩竖向位移随着侧压力系数的减小而增大,拱腰处围岩水平位移则随着侧压力系数的减小而减小.     

膏溶角砾岩条件下铁路单线隧道断面形式分析

采用偏心距为准则,对膏溶角砾岩条件下的某铁路单线隧道采用的断面形式与高速铁路隧道规范和专家推荐的比选断面在不同侧压力系数条件下的结构受力特性进行了比较,并依据隧道二次衬砌接触压力及其应力监测数据对选用的断面形式的适用性进行了分析.分析表明,隧道断面形式的适用性具有限定条件,侧压力系数是主要影响因素之一;侧压力系数变化时,衬砌的受力控制截面可能相应发生改变.     

侧压力系数对高地应力隧道二次衬砌承载力的影响

高地应力区隧道的地应力和侧压力系数往往沿线有所变化。为了研究高地应力条件下,侧压力系数对隧道二次衬砌承载力的影响规律,首先分析了隧道试验段的实测地应力和接触应力,确定了隧道所处的地应力及侧压力系数的大小。然后利用有限元软件ANSYS,采用荷载结构模型计算了在0.25~4.00不同侧压力系数下隧道二次衬砌的内力。最后根据内力值计算出安全系数,从而推断其极限承载能力,并总结了侧压力系数对隧道二次衬砌极限承载能力的影响规律。     

高地应力缓倾软硬互层岩体中隧道底鼓影响因素模拟分析

当隧道穿越以水平构造应力为主导的高地应力区,特别是隧底下伏缓倾软硬互层岩体时,易发生隧道底鼓变形。选用侧压力系数、岩层倾角、围岩厚度、围岩弹性模量、隧道埋深5种影响因素,通过FLAC 3D建立数值计算模型,研究单一影响因素和多因素耦合对隧道底鼓的影响规律。结果表明:在单一影响因素下,隧道底鼓量随侧压力系数和围岩厚度的增大先增大后减小,随围岩倾角和围岩弹性模量增加而减小,随隧道埋深增加而增大;在多因素耦合作用下,各因素对隧道底鼓的影响显著性排序依次为隧道埋深>侧压力系数>硬质岩弹性模量>岩层倾角>硬质岩岩层厚度。     

地形偏压条件下隧道初始应力场及二次应力场分布特征

为获得地下偏压条件下地层初始应力场和隧道开挖后二次应力场的分布特征,根据通常的工程地质参数取值范围,设置典型值,结合理论推导,分析偏压隧道地层初始应力场与地表倾角和泊松比的关系,研究偏压隧道二次应力场沿隧道径向和切向的分布规律。研究结果表明:相对于水平地表,偏压地形改变了地层应力场的分布状态,初始应力场便存在剪应力,且随偏压角度的增大而增大,而隧道开挖后,当偏压角度大于20°时,二次应力场中便有拉应力区域出现;各特征方向应力随离隧道中心距离的增加而减小,直至2倍洞径处;30°角度偏压时的最大剪应力约为无偏压时的2倍,主要发生在拱顶、仰拱和边墙部位,应为加固处理的重点区域。     

基于钢筋应力监测值的盾构隧道管片外部荷载正交数值反演分析方法

为研究盾构隧道管片外部荷载的分布特征，提出了一种基于钢筋应力监测值的管片外部荷载正交数值反演分析方法。以钢筋应力监测值为目标函数，该方法通过建立正交数值分析工况较好地反演了管片的外部荷载。研究表明：(1)该方法通过分析所提取的管片外部荷载试验因素，设置相应的试验因素水平，建立正交试验分析工况；基于三维有限元反演分析模型进行迭代计算，求解基于钢筋应力的监测值和计算值的目标函数，通过其均值和极差分析反演获得管片外部荷载最优解。(2)管片外部荷载影响因素包括竖向土压力修正系数、水压力修正系数、侧压力系数和地层抗力系数。(3)三维有限元反演分析模型建模要素包括三维实体管片和一维钢筋，管片接缝采用一维螺栓+二维界面进行模拟，地层采用仅受压曲面弹簧进行模拟。(4)算例最优解为竖向土压力修正系数为1.2、水压力修正系数为1.2、地层抗力系数为70 MPa/m、侧压力系数为0.35。     

京沪高铁西渴马隧道初期支护受力特征分析

结合京沪高铁西渴马隧道工程,建立三维数值计算模型,根据相关勘察设计资料选取隧道围岩、注浆锚杆和初期支护力学参数。从隧道围岩最大主应力、最小主应力和塑性区等方面分析围岩的受力特征;从喷射混凝土受力和锚杆受力方面分析隧道支护结构应力特征。通过对现场典型断面实测,计算得到支护结构弯矩最大值处的最大压应力2.41 MPa,表明现行支护参数满足安全性要求。     

滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用

依托某滑坡蠕动作用下的高速铁路隧道工程，设计并构建包括5大子系统，具备监测数据自动采集、数据传输、结构安全评价及预警等功能的隧道结构安全预警系统；分析滑坡蠕动作用下依托工程隧道结构应力在时间、空间上的分布规律，验证系统的可靠性和应用效果。结果表明：通过静态监测系统对隧道结构应力开展自动、实时、长期的安全监测及预警，设计思路具有可行性，构建的结构安全预警系统具备工程可靠性；隧道衬砌结构应力对滑坡蠕动作用的响应是长期而缓慢的，应力在经过4年“波浪式”增长后仍未稳定，其中套衬段最大钢架应力为-19.95 MPa、最大混凝土应力为-15.51 MPa，拆换段最大钢筋应力为-59.14 MPa、最大混凝土应力为-29.55 MPa；当滑面位于隧道下方时，隧道结构承受偏压荷载，拱顶、靠河侧拱部及靠山侧边墙部位的应力较大，且位于滑体边界处断面的应力大于其他断面。该系统可用于高速铁路隧道结构安全状况的评价和预警，并为保障隧道运营安全提供技术支持。     

乌鞘岭隧道F7断层的黏弹性位移反演分析

工程材料受力变形的性态常与时间有关,这类现象一般称为材料变形的黏性效应,材料发生随时间而增长的变形时,如果始终处于弹性受力状态,则称发生的变形为黏弹性变形。结合乌鞘岭隧道穿越F7断层段所取得的量测资料,将计算区域内的岩石视为均质各向同性体,初始地应力假设成均匀分布,采用三单元模型,对有限元黏弹性问题进行优化反演分析,得出围岩区域内的水平侧压力系数和所使用模型中的弹性模量和黏滞系数。反演分析表明,该隧道发生较大变形的主要原因是较大应力场的存在、围岩的软弱和较强的蠕变性。结论可为挤压性断层中隧道的支护设计、施工组织提供可靠的依据。     

黄土地层大跨区间隧道新奥法施工格栅拱架受力分析

兰州市轨道交通一号线东岗站后配线段黄土地层大跨区间隧道采用双侧壁导坑法施工,根据不同断面的监测数据对比分析初期支护围岩压力和格栅拱架钢筋应力的分布规律。结果表明:格栅拱架支护作用明显,钢筋应力最大值为108.27 MPa,位于隧道拱腰处,满足设计要求;测试断面拱腰和拱肩处围岩压力、钢筋应力相对较大,施工过程中应加强变形监测和控制;初期支护局部变形较大时采用临时钢支撑辅助加固效果明显;整个断面格栅拱架钢筋应力分布不均匀,格栅拱架的分段架设与连接须牢固,以提高结构的整体性;仰拱施作完毕7 d后,整个断面围岩压力和格栅拱架钢筋应力趋于稳定。     

寒区隧道应力和位移弹塑性统一解及对比分析

选择合理的屈服准则分析寒区隧道弹塑性解能为寒区隧道稳定性分析提供理论基础。为此，结合Mohr-Coulomb准则(即M-C准则)和外接圆Drucker-Prager准则(即D-P准则)分析得到考虑中间主应力效应的统一强度准则，建立寒区隧道弹塑性力学计算模型，基于线性非关联准则推导得出考虑围岩不均匀冻胀特性的寒区隧道应力场及位移场的弹塑性统一解，并对所得统一解答式进行算例及参数分析。研究表明：采用M-C准则计算偏于保守，而利用外接圆D-P准则计算偏于危险，考虑中间主应力效应能充分发挥围岩承载潜能，有效缩小塑性半径，缓解衬砌冻胀变形；统一强度理论参数b保持常数时，初始地应力、衬砌强度、不均匀冻胀系数及围岩体积冻胀率等参数的变化对寒区隧道应力及塑性半径变化影响显著。该研究成果可丰富寒区隧道工程设计理论。     

预应力路堤侧压力板间距确定方法初探

侧压力板的间距合理布置是新型预应力路堤加固法需要解决的关键问题.基于水平附加应力计算公式,建立多块侧压力板联合作用下薄弱加固区域内薄弱点O处的水平附加应力计算方法,通过大量计算获得薄弱点O处水平附加应力的扩散规律,并探索侧压力板布置间距的设计方法.研究结果表明:1)通过引入侧压力板沿路堤坡向净间距V与板宽W之比a(=V...     

侧压力系数对盾构隧道管片衬砌受力及破坏形态的影响研究

随着盾构隧道建设规模的增大,地层复杂性的特点越趋明显,侧压力系数作为一个重要的表征参数,直接决定着隧道衬砌结构荷载分布及量值,对隧道结构的受荷情况及长期力学特性影响显著。以狮子洋隧道工程为依托,采用相似模型试验的方法,对比分析了侧压力系数对管片衬砌结构力学特性及破坏模式的影响规律。研究结果表明:在一定范围内,随侧压力系数的增大,衬砌结构的承载能力得到了提高,结构达到临界失稳状态时的最大位移值减小,结构从局部出现宏观裂纹到发生整体失稳的过程变长;当侧压力系数较小时,以纵向裂纹为主,大部分集中在左、右拱腰位置,侧压力系数较大时,结构出现横向裂纹并呈逐渐增多的态势,裂纹逐渐向拱顶、拱底部位发展。     

铁路岩体初始应力场评估的探讨

研究目的:在实际工作中,根据地应力资料进行评估,铁路绝大部分隧道都处于极高地应力、高地应力状态,引发围岩调整、工程措施加强,从而会引起投资大量增加,甚至在分析隧道衬砌开裂和变形的原因时引发大的争议和混乱,但实际已开挖的隧道发生岩爆、大变形的工程案例却是极少数。本文通过岩体力学理论、地应力资料、工程案例并结合相近行业有关规定,对铁路规范中的铁路岩体初始应力场评估进行探讨。研究结论:(1)铁路规范对初始地应力场的评估不符合实际,应修改,初步判定实测地应力大于30 MPa时,岩爆发生的可能性增大;(2)对初始地应力场的评估结论应慎重,引发的增加投资应纳入动态设计;(3)勘察设计阶段的地应力测试应合理、适当;(4)该研究成果可应用于铁路规范修改及隧道勘察。     

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。     

Ⅴ级围岩深埋双线铁路隧道衬砌结构设计影响因素分析

基于地层-结构和荷载-结构理论分别建立了数值计算模型,研究了仰拱矢跨比、侧压力系数、弹性反力系数对隧道开挖稳定性、二次衬砌承载性能的影响规律。结果表明:随着仰拱矢跨比增大,隧道因开挖引起的洞周位移减小,二次衬砌弯矩减小,轴力增大,安全系数增大;增大侧压力系数或弹性反力系数,均可提高二次衬砌结构的安全系数。建议在隧道结构设计中,岩性较好时可采用小矢跨比的仰拱结构,岩性较差时可采用大矢跨比的仰拱结构;为确保结构安全性,同一围岩级别下侧压力系数和弹性反力系数可选择规范中的下限值。     

地面荷载及围岩自重作用下浅埋隧道的围岩应力解

基于复变函数解法,借助Verruijt提供的保角映射公式,将含孔洞的半无限平面映射为圆环域,然后利用解析函数将圆环域内的复势函数展开成Laurent级数,并利用地表及洞周边界条件的级数展开式在圆环域上的收敛性对其进行求解,从而得到地面荷载及围岩自重作用下浅埋隧道的围岩应力场。利用该解析解研究各因素对隧道围岩稳定性影响的结果表明:当隧道埋深较小时围岩以拉—剪综合破坏为主,埋深较大时围岩主要发生边墙剪切破坏,且埋深越大剪切区的范围及半径越大;地面荷载越大,围岩产生的塑性区范围及其半径越大,且随着地面荷载的增大,塑性区沿着一定角度向地表方向扩展,容易产生地层坍塌;侧压力系数较大时,围岩以剪切破坏造成的整体失稳为主,侧压力系数较小时,围岩以拉—剪综合破坏为主,且侧压力系数越小越易发生地层坍塌。     

隧道下穿施工对夹层岩柱围岩应力影响研究

为探明交叉隧道夹层岩柱围岩应力变化规律及其影响因素,开展重力条件下相似模型试验,采集新建隧道开挖期间夹层岩柱附加应力和既有隧道衬砌应变,并进行相应的数值计算。研究结果表明,新建隧道开挖完成后,交叉点处夹层岩柱中围岩应力急剧下降;受下部隧道开挖的影响,既有隧道轴向呈现"下凹"状态,由于应变监测断面两侧底部围岩应力相继释放,环向附加应变由非对称分布逐渐变为对称分布。夹层岩柱中围岩应力下降区域分布呈"漏斗"状,既有隧道的遮蔽效应使得交叉点处附加围岩应力小于其他部位;围岩条件较好时,既有隧道底部附加围岩应力较小,随着新建隧道开挖跨度和体积损失率的减小,地层中附加围岩应力也逐渐减小。     

多条焊缝组合应力场分布研究

对多条焊缝残余应力场分布进行测试研究,结果表明,多维残余应力场分布同多道焊的顺序、工艺等有关,相互之间应力的强弱直接决定着多维残余应力场的分布。焊缝部位残余应力最大,距离多维焊缝25 mm以上拉应力迅速降低接近于0 MPa,50 mm以上基本均为残余压应力。多维残余应力场分布中拉应力分布面积有限,且拉应力随着距焊缝距离的增加迅速衰减,试样端部残余应力均小于内部焊缝处残余应力。主焊缝或最后1道焊在消除残余应力时,应作为主要部位予以重点关注。     

基坑开挖对既有盾构隧道的影响研究

为分析基坑开挖对既有盾构隧道的影响,通过数值计算软件模拟盾构隧道施工过程,得到基坑开挖前盾构隧道的应力状态;并以此为基础,进行基坑开挖对盾构管片变形与应力影响的全过程研究。结果表明,双排桩支护方式下,基坑开挖至坑底时,区间隧道距坑底最近的拱肩位置处变形最大,以水平位移为主,最大达6. 77 mm;管片竖向隆起量较小,最大值为1. 31 mm,管片拱肩部位存在一定的应力集中,最大应力达3. 52 MPa;管片拱腰部位X向应力较小,最大值为0. 3 MPa。随基坑内部结构的施工,盾构管片变形逐渐减小。依据变形、应力等控制指标,对最不利条件下管片位移、应力及曲率半径等参数进行安全影响评估,认为该工程条件下,基坑开挖对区间隧道影响较小。