考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解

为了得到考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解,基于复变函数理论引入一种新的考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形的求解方法。首先,为克服非圆形隧道断面、注浆圈几何形状和考虑衬砌支护造成的计算困难问题,引入了保角变换及复变函数幂级数解法。通过采用最优化解法确定保角变换中各项系数,得到计算模型映射函数。其次,通过幂级数复变函数法和弹性力学连续性条件克服隧道衬砌以及围岩注浆圈带来的多连通域问题,确定应力函数各项系数。随后,将得到的应力函数代入应力、位移方程求解考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形值。最后,将新方法所得结果分别与未考虑注浆作用的非圆形隧道应力及位移解和数值模拟计算结果进行对比分析。研究结果表明：注浆后注浆圈环刚度增大,整体性提升;衬砌变形减小,衬砌受到的围岩压力减小;围岩注浆有效改善了衬砌受力状态,使衬砌拱顶下沉减小约21.8%,拱底隆起减小约18.1%,拱脚附近法向应力减小约19.9%,环向应力减小约8.9%;围岩注浆可以有效加固岩体,封闭隧道周边岩体裂隙,改善衬砌受力状态,提高隧道抵抗变形和破坏的能力;解析解与数值解吻合较好,所得规律符合工程实际规律。研究结果可为考虑注浆加固作用下的非圆形隧道开挖问题提供一种新的快速、准确的计算方法,并为考虑注浆加固作用的非圆形隧道数值计算和安全运行提供参考依据。     

多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律

针对高温多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律开展深入的理论分析、数值模拟和现场监测研究。首先，基于热传导理论，建立隧道衬砌和围岩径向传热模型，利用叠加原理和拉普拉斯变换法求得寒区隧道衬砌和围岩的温度场理论解；其次，建立洞内空气的传热微分方程，根据能量守恒原理，建立隧道纵向洞内空气与洞壁的气-固耦合传热模型，结合径向温度场理论解，提出多年冻土区隧道衬砌、围岩及洞内空气的三维温度场计算方法，该计算方法可考虑围岩、衬砌、保温层等多层传热介质及隧道沿洞轴线的不同埋深；最后，根据依托工程现场实测数据，反演围岩的热物性参数，并运用推导的隧道纵向传热模型和横向传热模型，分析姜路岭隧道不同冻土区内衬砌和围岩中的温度场分布规律。研究结果表明：在隧道径向，多年冻土和非冻土围岩温度都会随洞内气温的变化而产生波动，距离围岩表面越近，温度振幅越大，且热量在围岩径向传递过程中有一定的滞后性；在隧道纵向，在一年中最冷时刻，隧道衬砌及围岩温度呈“两端低，中间高”，此时姜路岭隧道围岩、二衬表面最高温度分别为-2.72℃，-7.80℃；在一年中最热时刻，衬砌温度呈“两端高，中间低”，此时姜路岭隧道二衬表面最低温度为1.92℃，但由于受围岩初始地温的影响，围岩表面的温度呈倒V形，最低温度为-1.22℃。     

考虑重力影响的含空洞地层浅埋隧道围岩应力及位移解析解

为了明确地层空洞对浅埋隧道施工引起的地层应力和位移的影响，建立了含空洞地层浅埋圆形隧道围岩应力和位移解析模型，该模型既能考虑隧道开挖边界上的重力释放过程，又能考虑隧道与空洞的相互作用。采用复变函数法和Schwarz交替法对模型进行了理论求解，并将该模型解析解与有限元数值解进行了对比分析，两者吻合较好。基于所建立的解析模型，分析了应力释放系数、空洞位置及尺寸对地层应力和变形的影响规律。结果表明：随着应力释放系数和空洞尺寸的增大以及空洞与隧道间距的减小，空洞影响效应逐渐增大；空洞位于隧道拱顶时影响最为显著，空洞位于隧道斜上方时影响次之；空洞导致圆心连线两侧0°~5°范围内的隧道洞周环向应力减小，两侧5°~45°范围内的环向应力增大；空洞导致靠其一侧的隧道收缩变形增大，其中圆心连线位置上的隧道收缩变形增长最为显著；而地表最大差异沉降位于空洞正上方处。研究成果对含空洞地层浅埋隧道施工引起的围岩变形和应力预测具有重要的理论意义和应用价值。     

位移联图反分析法在雪峰山隧道的应用

初始地应力、围岩弹性模量是在岩体工程设计中2个重要参数，采用位移联图反分析法，结合雪峰山隧道具体的施工和监测数据，建立有限元模型对这两个参数进行反分析。在反分析的过程中，对量测的隧道周边变形数据进行了处理，采用适当的方法，考虑了隧道变形的时间效应、空间效应。     

钻爆法掘进硬岩隧道中岩石可钻性的预测

低的钻眼速度可能会严重影响隧道掘进效率，在给出的实例研究中，如净钻归时间加倍会使隧的掘进效率减半。此外，钻眼设备的磨损可能是影响隧道掘进成本的一个关键因素，岩体的可钻性是由各种地质的和机械的参数来确定的。本文论述发一些预防钻眼速度和钻头磨损的主要观点，最终提出一个调查研究的程序。     

隧道火灾时人员安全疏散的模拟研究

开发的隧道火灾时人员疏散计算机模型Tunev，可以计算隧道内不同位置发生火灾时，人员疏散所需的时间；与火灾数值模拟软件CFD—POENICS3．5相结合，可以计算危险来临时间；通过对2种时间的比较，判断人员疏散的安全性，论述了模型的有关概念，并对工程实例进行了疏散模拟，最后简述了Tunev模型的验证和应用。     

波浪作用下悬浮隧道结构非线性动力分析

考虑流体一结构耦联效应，利用非线性波浪力计算方法，建立了悬浮隧道结构非线性动力分析模型，并用ANSYS有限元软件实现了求解。通过两种计算模型的悬浮隧道结构动力响应分析对比表明：小位移情况下，两种模型计算得到悬浮隧道结构动力响应值差别较小；大位移情况下应采用非线性模型，采用线性计算模型得到悬浮隧道结构动力响应值出现较大偏差；悬浮隧道单跨长度以小于200m为宜。     

大桥隧道锚碇三维粘弹塑性数值模拟

为了解某大桥隧道锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及时效特性,采用三维显式有限差分软件FLAC^3D对该大桥隧道锚碇系统进行三维粘弹塑性数值模拟。根据地质资料以及混凝土锚碇结构尺寸,建立隧道锚碇的三维计算模型,对岩体与锚碇之间的相互作用以及锚碇结构在长期荷载作用下的破坏模式进行研究,分析了由于施工开挖引起的锚碇和隧道围岩的位移及其应力变化。分析结果表明：当考虑岩体的流变力学特性后,在设计荷载作用下,锚碇和隧道围岩的变形均有所增加;与弹塑性计算结果比较,施加荷载后经流变分析得到的隧道顶拱和底板的切向应力有所降低,拉应力的量值及拉应力区的范围减小,塑性区体积进一步扩大。     

隧道掏槽爆破中起爆点位置对爆炸能量传输的影响作用及其比选研究

为比较评价起爆点位置对隧道掏槽爆破效果的影响，分别基于一维等熵流爆轰理论和柱状药包爆炸应力场叠加模型，分析了柱状药包爆轰波传播的方向效应和时间效应，揭示了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用机理；通过单孔爆破现场试验，对比分析了正向起爆、反向起爆和中点起爆等传统起爆方式下孔口岩体的破裂形态及地表爆破振动峰值，佐证了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用规律；依次建立了普通单孔爆破和隧道掏槽爆破数值模型，模拟计算了正向起爆、反向起爆和中点起爆3种传统起爆方式下的炸药爆轰加载特征与爆破损伤演化规律，评价了传统起爆方式下掏槽爆破效果的优劣，并探讨了掏槽孔起爆方式的改进方案。研究结果表明：起爆位置的影响作用机理源于柱状药包爆轰波传播的方向效应和爆炸应力场叠加的时间效应，柱状药包起爆后爆轰产物和爆炸能量偏向于爆轰波传播的正向传输，其应力场也在爆轰波传播的正向叠加增强；试验结果显示，反向起爆时孔口岩体破裂与鼓包痕迹最为显著，中点起爆次之，而正向起爆最小；传统的反向起爆、正向起爆和中点起爆均有各自的利弊，反向起爆利于形成爆破漏斗，但易于造成根底，限制了掏槽爆破进尺，正向起爆虽有助于孔底岩体破碎，但容易在孔口形成大块，岩体抛掷效果也较差，中点起爆可兼顾孔口与孔底岩体的破碎，但孔中部岩体的破碎不充分，为此尝试提出了一种基于邻孔反向传爆的混合起爆方式，其结合了传统起爆方式的优点，且增强了邻孔之间的拉伸和剪切效应，岩体破碎较为均匀。     

二郎山公路隧道岩体应力测试研究

通过二组钻孔应力解除法地应力实和六组Kaiser效应地应力测试，查明了二郎山公路隧道工程岩体内的空间应力总体状态为潜在走滑型，隧道中部测得的岩体应力量级普遍较高（其中σ1max达35．3MPa），故施工过程中须高度重视其高地应力与岩爆问题。     

二郎山公路隧道岩体应力测试研究

通过二组钻孔应力解除法地应力实测和六组Kaiser效应地应力测试，查明了二郎山公路隧道工程岩体内的空间应力总体状态为潜在走滑型，隧道中部测得的岩体应力量级普遍较高(其中σ1max达35．3MPa)，故施工过程中须高度重视其高地应力与岩爆问题。     

考虑相变过程岩体孔隙率对寒区隧道温度场时空规律影响研究

为研究寒区隧道围岩在持续低温作用或冻融循环作用过程中，考虑岩体相变过程中多相体各组分变化引起的岩石热学参数差异对围岩温度场时空变化规律的影响，利用已有岩体未冻水含量研究成果，进一步推导不同孔隙率下岩体的热学参数计算公式。基于多孔介质模型建立考虑相变过程的围岩温度场计算模型，分析考虑潜热时不同孔隙率下围岩冻结缘的空间形态变化规律，及相变过程对温度场的影响。研究结果表明： 1）饱和岩体孔隙率越高，对岩体整体热学参数影响越大； 2）低温持续作用围岩时，冻结缘向围岩深处移动并不断变宽，其宽度与其深度呈线性关系； 3）饱和围岩孔隙率对冻结缘移动速度影响较大，但对其宽度基本无影响； 4）由于相变潜热，岩体在冻融循环过程中围岩温度时程曲线出现不对称阶梯状形态，且其阶梯形状宽度与围岩孔隙率呈正相关； 5）冻融循环过程中，升温及降温过程中冻结缘临近岩体温度梯度存在差异引起的传热效率不同直接导致升温、降温时程曲线的不对称性特征出现； 6）沿硐室围岩径向向外，各处围岩体的温度时程函数与加载的温度函数存在着振幅衰减和相位滞后的现象，且岩体孔隙率越高该现象越明显。     

论公路隧道建设中的时间要素

本针对公路隧道施工现状，根据新奥法原则，深入分析阐述了时间要素，指出了影响隧道寿命的几个问题。认为建设前期充实的时间是保证勘察设计质量的基础；重视时空效应，正确把握支护时机，组织均衡生产，科学全理的工程进度是保证施工质量的前提；只有设计与施工紧密结合，融设于施工中，才能完善设计，使支护与围岩达到匹配耦合状态等。     

隧道围岩粘弹塑性损伤有限元分析的统一模式

利用损伤力学理论，建立了隧道围岩粘弹塑性损伤力学模型，导出了考虑围岩损伤各向异性的流变有奶元分析统一计算公式，完成了能模拟隧道工程施工过程的计算机软件、可地对隧道工程长期稳定性的预测与预报。     

基于地下水生态平衡埋深的隧道排水量设计计算

为解决富水地区隧道开挖后地下水过量排放导致水位下降，进而破坏植被的正常生长和生态平衡的问题，提出基于地下水生态平衡埋深确定隧道排水量的有效方法。依托福州市某在建公路隧道，根据工程水文地质学，同时结合地下水生态平衡埋深的概念，提出隧道允许排水量的计算方法。首先，利用地下水动力学中的面井法，建立单洞隧道的地下水渗流模型，揭示地下水排放量与地下水位降深的关系。其次，根据所提出的地下水渗流模型，在植被存活的前提下，得出满足地下水生态平衡埋深要求的隧道排水时间，继而得出地下水排放疏干漏斗的影响范围。然后，通过降雨入渗系数法得到在影响范围内降雨补给量W与总地下水排放量Qt进行比较。通过调整隧道每延米平均涌水量q，使W等于Qt，q即为隧道的最大允许地下水排放量。研究结果表明： 1）地下水生态平衡埋深一定时，随着隧道单位排水量的增大，隧道影响范围逐渐减小，降水补给总量也逐渐减小，排放总量逐渐增加，因此存在一个单位排放量使排水总量等于降雨补给量； 2）未考虑水分胁迫时间效应得到的排水量较考虑水分胁迫时间得到的排水量偏于保守。最终，确定在建隧道的排水量q=0.4 m3/(m·d)。     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道开挖引起的围岩应力状态变化，改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上，研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明：隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程，隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显，拱顶次之；在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约掌子面前后各1倍的隧道跨度，在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度，对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外，文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

隧道穿越富水断层隔水岩体冲切剪切破坏研究

隧道在修建过程中不可避免会遇到富水断层等不良地质情况，极易引发突水突泥灾害，若能提前预测隔水岩体的最小安全厚度,则能有效避免灾害的发生。首先，以隧道穿越富水断层为背景，提出冲切剪切破坏模式的隔水岩体计算模型，得到最小安全厚度计算公式并进行影响因素分析； 然后，采用FLAC3D软件建立三维数值模型，确定最小安全厚度的模拟解,并与理论解进行对比；最后，将计算公式应用于永莲隧道以验证其适用性。结果表明： 1）最小安全厚度随断层宽度、隧道半径、水头高度的增大而增大，随断层倾角、隔水岩体内摩擦角及黏聚力的增大而减小； 2）模拟解与理论解较为吻合，且模拟得到掌子面附近围岩的移动态势与理论模型假定的破坏体运动方向一致； 3）计算公式能较为准确地预测隧道穿越富水断层时的隔水岩体最小安全厚度。     

位移联图反分析法在雪峰山隧道的应用

初始地应力、围岩弹性模量是在岩体工程设计中2个重要参数,采用位移联图反分析法,结合雪峰山隧道具体的施工和监测数据,建立有限元模型对这两个参数进行反分析.在反分析的过程中,对量测的隧道周边变形数据进行了处理,采用适当的方法,考虑了隧道变形的时间效应、空间效应.     

根据观察记录数据的分析提出隧道掌子面岩体分类的新方法

本文针对隧道掌子面的岩体情况提出了一种新的评估系统：1）根据岩体强度、地下水以及应力的情况评估岩体情况；2）采用与岩石强度、风化蚀变、节理的间距和状况相对应的等级加权平均值来评估岩体强度；3）通过与地下水流和地下水蚀变相对应的等级来调整这种评估，并且利用岩体的强度和垂直荷载比来计算其等级。在日本这种新的评估系统比通行的支护有效。     

广州南沙深厚软基段盾构隧道长期沉降计算

为解决盾构隧道沉降预测现有计算方法考虑因素单一、以短期预测为主等问题,提出在软土固结和流变共同作用下的隧道沉降简化计算方法，并通过实际工程案例进行验证。首先，利用Merchant流变模型和太沙基-伦杜立克二维固结理论构建固结-流变耦合模型,该模型将盾构隧道的长期沉降分为2部分： 超静孔隙水压力消散引起的主固结沉降和土体流变引起的次固结沉降;然后，考虑地表荷载、土层性质、结构自重以及列车荷载等因素对沉降计算的影响，求解出隧道长期沉降解析式;最后，选取新建盾构隧道3个典型断面，利用该解析方法对隧道的长期沉降进行预测，并对超静孔隙水压力消散时间、沉降速率及最终沉降量进行对比分析。结果表明： 1）运营初期，隧道周围土体超孔隙水压力的消散速度较快，尤其是在最初的2年内最为明显；随着时间的推移，各断面的消散速度逐渐趋于稳定。2）盾构隧道的长期沉降与下卧土层的性质有关;下卧土层厚度越大，性质越差，所产生的沉降量越大;断面1、2、3最终沉降预测值分别为146.8 mm、97.6 mm和46.1 mm。