水平泥岩砂岩互层隧道支护体系力学特性试验研究

公路隧道穿越水平泥岩砂岩互层施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展大梁峁特长公路隧道水平泥岩砂岩互层段支护体系现场试验,研究水平泥砂岩互层段隧道初期支护中的锚杆轴力、围岩压力,钢架应力、混凝土应力及支护变形,二次衬砌中接触压力和混凝土受力特征。分析表明：拱部锚杆作用明显,边墙锚杆受力较小,建议锚杆由拱部160°减少至拱部120°,同时适当增加拱部锚杆;围岩压力在断面开挖后7d时间内已基本达到最大围岩压力的80％左右,说明在该种岩层中隧道开挖后围岩压力释放较快;水平泥岩砂岩互层关键控制点在拱部位置,边墙部位的支护结构无论从受力还是变形来说均较小;研究成果可为水平层状岩层隧道及类似工程的修建提供参考。     

近水平红层边坡变形破坏的力学机制分析

对水平砂泥岩互层状岩体的受力变形进行分析的结果表明,在上覆岩层自重的作用下,砂泥岩因在水平方向产生不协调的应变而在交界面处产生一对作用力与反作用力,对砂岩为拉应力;对泥岩为压应力。近水平红层边坡,对砂岩的拉应力作用在边坡中部产生拉裂缝,这种拉裂缝逐渐向坡体上部扩展,直至贯通出露地表,成为降水入渗通道,容易产生平推式滑坡。     

顺倾向层状岩土质混合高边坡稳定性分析

运用FLAC3D数值软件对某典型顺倾向岩土互层的岩土质混合高边坡进行开挖数值模拟,比较分析岩土互层边坡与一般层状岩质高边坡的开挖影响,得出了岩土质混合边坡受开挖影响局部产生位移突变现象及位移变化量、影响深度等较一般岩质边坡大的变形特征,并结合现场位移监测结果推断出第Ⅰ、Ⅱ级坡可能发生浅层剪切破坏;通过比较分析岩土互层边坡中土层与岩层的粘聚力对边坡安全系数及最大变形位移的影响,得出岩土互层边坡中的土层对边坡稳定性影响比岩层明显得多.     

丹霞地貌区某软硬互层公路边坡变形破坏机制物理模拟研究

以蓉遵高速元厚出口上行边坡为研究对象,探讨贵州丹霞地貌区软硬互层公路边坡的变形过程与破坏机理。该边坡为红层软硬互层公路边坡,不等厚巨厚层砂岩与薄层泥岩相间分布,共可概化为15层。边坡坡表处软岩风化严重并有宽大裂隙及凹岩腔产生,从坡顶处时有碎石滑落堆积于坡底。论文采用底摩擦模型试验分析方法,对该工程边坡从边坡开挖到砂泥岩差异风化凹岩腔的扩展条件下边坡的变形、破坏发展演变过程及其特征展开研究。试验结果表明:天然边坡开挖时,对边坡整体影响不大,层面整体处于压密状态;边坡开挖过后的风化过程中,无节理时随着凹岩腔加深,砂岩层的破坏模式以坠落式为主,有节理时节理对边坡的变形破坏起到一定的推进作用;随着凹岩腔加深,临坡表处砂岩会从预加的节理裂隙处发生倾倒式的破坏。     

砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

缓倾角层状高边坡变形破坏机制物理模拟研究

针对某高速公路缓倾角顺层岩质高边坡滑坡,为了研究其变形破坏机制,尤其是岩层缓倾坡内和缓倾坡外两种情况下的异同,通过野外实际调查和论证,在对该滑坡形态、结构及变形破坏特征进行详细研究的基础上,选取其主剖面,并恢复其滑动破坏前的近似坡面情形,利用物理模拟研究方法中的底摩擦试验,分岩层缓倾坡外和缓倾坡内两种情况,再现了该边坡变形破坏的全过程,并对不同阶段的变形及最终破坏机制进行了深入分析。认为岩层缓倾坡外时边坡属滑移—压致拉裂型破坏,层间错动明显;岩层缓倾坡内时边坡基本处于稳定状态,无明显层间错动。     

粤赣高速公路K2+599～K2+765右边坡背坡向变形机理分析

根据边坡的变形观测资料,反演确定边坡弹性变形参数和流变参数。应用AN-SYS软件,模拟边坡开挖和支护过程。深入分析边坡分级开挖支护的变形规律,探讨了边坡观测位移指向边坡内侧的形成机理,指出坡体内部出现的背坡向的剪应力是产生背坡向变形的根本原因,同时,岩层的背坡向产状使得岩体沿层理面蠕变加剧了这个方向的变形量,也是导致边坡位移指向边坡内侧的主要原因。     

路堑高边坡开挖支护对变形及稳定性影响

运用有限元软件建立高边坡数值模型,并分别模拟逐级开挖边坡无支护开挖和及时支护开挖两种方法,针对不同开挖过程中边坡变形及稳定性变化规律进行对比分析,研究表明:采用未支护边坡开挖形式,边坡安全系数整体呈下降趋势,水平和竖直位移均呈增大趋势,塑性区出现较大变形,边坡稳定性较低;采用及时支护开挖形式,边坡安全系数较高,边坡变形量较小,边坡稳定性较强;及时支护边坡开挖可以降低边坡变形和提高稳定性。     

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明： 1）层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2）隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。     

路堑边坡桩锚支护施工过程数值分析

对长沙市某桩锚支护路堑边坡的施工过程进行数值模拟，分析研究边坡开挖对周围土体变形、支护结构变形及受力的影响。结果表明:桩顶的位移先向边坡土体变形，再向坡前临空面变形；边坡开挖后坡顶的小土坡在其坡面中点高度处产生的y向位移最大；边坡开挖对坡顶的6层建筑物无太大影响；边坡土体开挖后在开挖面的中部和边缘处会出现较大的地表隆起；开挖面以上桩后各点的土压力随着开挖高度的增加出现先增大后减小的现象；第1～3排预应力锚索自由段的轴力是随开挖高度增加先减小后增大，而第4～6排预应力锚索自由段的轴力仅有增长的趋势，最终锚索的最大轴力均小于初始预应力值。     

河谷边坡变形破坏的FLAC3D数值模拟

结合贵州香树坪滑坡所处地质环境，利用FLAC3D数值分析软件，模拟软硬互层斜坡在河谷边坡形成过程中的应力变化及变形破坏特征。分析得出:初始应力场中，σv垂直应力均为压应力，近水平平行分层分布，由坡顶向深部基本呈线性递增，增加梯度大致与岩体平均重度等同；最大主应力方向近垂直方向，随深度线性递增。随河谷下切，河谷边坡岩体在卸荷作用下引起内部应力重分布，局部应力集中，最大主应力迹线发生偏转，越接近临空面越与之平行，最小主应力则与之正交；坡体由于开挖卸荷，坡表回弹变形明显，根据监测点位移值，坡顶到坡脚变形呈由小变     

某高速公路顺层软岩边坡开挖稳定性分析及支护方案研究

以贵州省某高速公路顺层边坡为例,在分析工程地质条件和开挖扰动的基础上,结合离散元软件UDEC,模拟开挖后边坡在未支护及支护条件下的稳定性和变形特征。结果表明,边坡开挖后,在未支护情况下,会发生沿岩层面的滑移破坏;采用锚索支护后,边坡变形得到了较好控制。根据研究结果,基于边坡变形特征、降雨影响等因素,提出综合防治建议。     

大断面黄土隧道台阶法施工数值模拟研究

针对新建忻州隧道工程,运用有限元通用软件ANSYS,对大断面黄土隧道采用台阶法施工的过程进行数值模拟,探讨了采用台阶法施工隧道的围岩、初期支护及二次衬砌应力场和位移场随施工步的变化规律。在此基础上,研究了隧道初期支护、二次衬砌的支护效果以及隧道开挖对已施作初期支护受力及变形的影响。结果表明:①隧道施作初支有利于降低地层压应力,减小隧道变形;施作二衬能有效降低地层和初支的主应力,对隧道变形影响不大;②隧道的进一步开挖将导致已施作初支的压应力及位移值增大,使初支处于更危险的状态。     

黏土地层盾构隧道开挖面稳定性的离心模型试验研究

在盾构施工过程中，软黏土地层开挖面的变形机理和稳定性研究仍处于经验阶段。利用离心模型试验，研究了上海黏土地层盾构开挖面稳定性问题。试验分析了盾构开挖过程中开挖面前方土体土压力的变化规律和支护应力与地表沉降的关系。给出了主被动破坏的极限支护应力值以及施工参考范围，这对黏土地层盾构开挖面稳定性控制至关重要。     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征，以银西高铁庆阳隧道为研究对象，通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性，对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析，并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律，得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好，水平地应力为垂直地应力的2倍，可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形，可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态；数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围，变形区域主要集中在拱顶；延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

地铁车站基坑开挖稳定性分析

依托成都地铁5号线中医大省医院站，利用有限差分法，模拟砂卵石地层的基坑分步开挖和排桩内支撑加固大断面异形基坑的支护形式，分析大断面地下空间开挖的变形影响范围和邻近建（构）筑物稳定性，并结合实际监测数据提出合理的防护措施。     

黄土高边坡开挖过程中的稳定性分析

根据甘肃兰州南坡坪—恩寺段K0+400~K1+498黄土高边坡地质地形特征，运用有限元软件对边坡支护和未支护工况进行数值模拟，对比分析两种工况下边坡的变形形态，塑性区的分布以及边坡稳定性。分析结果表明:未支护开挖和及时支护开挖各级测点的水平位移增量值变化趋势基本一致，产生的水平位移均指向坡外，坡面中部水平位移最大，坡顶水平位移最小；在竖向变形中，支护和未支护两种工况都表现出高测点比低测点变形大，最大竖向变形出现在坡顶，每级开挖都出现卸载回弹现象。综上说明，支护措施可有效减少水平和竖向变形，维持坡体稳定。     

盾构隧道近距离下穿机场高速桥梁加固措施优化研究

以成都轨道交通19号线二期工程龙桥路站—双流机场站区间盾构隧道近距离下穿机场高速桥梁工程为依托，通过数值模拟结合现场实测，对典型隧道开挖步下的地层沉降和既有机场高速桥梁变形进行分析，对比研究不同加固措施下地层及机场高速桥梁的变形响应。研究结果表明:随着盾构隧道的不断推进，桥基向隧道开挖面偏移，变形量不断增加；3种隔离桩防护措施均能对盾构隧道掘进引起的地层扰动起到缓解作用，其中双排钢花桩和双排钻孔旋喷桩能有效控制桥基变形。     

砂泥岩地层超深基坑施工降水技术研究

降水效果的好坏是深基坑施工安全的重要保证，针对超过60 m的南宁轨道3号线青秀山明暗挖地铁车站工程，进行了现场单井及群井降水试验。结果表明:该砂泥岩地层渗透系数为0.5~0.9 m/d。根据渗透系数最终确定青秀山超大埋深明暗挖地铁车站设降水井67口，观察井3口。降水保证了明挖站厅层及暗挖站台层的施工安全。     

路堑边坡开挖稳定性及加固处治机理宏细观分析

高速公路深挖路堑形成的高大边坡稳定性问题，一直是公路建设中的重点风险源。以广东省江门市迎宾西路路堑边坡开挖及处治工程为背景，采用宏细观相结合的方法对边坡开挖及锚索加固处治机理进行分析。结果表明:①边坡开挖塑性变形区位移与接触力链发展方向显著相关，呈现沿坡面方向的链状发展规律；②边坡稳定性与坡体应力状况及局部区域应力发展变化密切相关，锚索加固的处治方案，可有效消除边坡体剪应变率贯通的剪切滑移面，边坡稳定性明显提高。