基于均匀设计的隧道围岩参数反演分析

根据油房湾隧道断面的实测位移,基于均匀设计方法进行了围岩力学参数的反演分析。反演分析考虑了隧道分期开挖及初次支护的全过程模拟,通过对反演参数的多水平数值模拟试验,以实测点量测位移与计算位移的平方差为评价指标,反演获得了油房湾隧道围岩的最佳力学参数组合,以用于隧道围岩稳定性预测和评价。     

基于位移释放系数的深埋圆形压力隧道力学行为的解析解

为解决含有孔隙水的可渗透岩层中隧道围岩的力学行为，采用复变函数法与Biot孔隙弹性理论相结合的方法，建立了一个基于位移释放系数的可渗透深埋圆形压力隧道的应力和位移的解析模型。根据应力应变本构方程及平面应变协调方程导出了应力函数的非齐次双调和方程。选取计算参数进行算例计算，并将计算结果与商业有限元软件的计算结果进行对比，两者基本一致。通过选取不同的隧道参数及远场应力比进行敏感性分析，发现隧道在软衬砌和硬衬砌条件下会产生较大差异的力学行为。位移释放系数和孔隙压力对围岩中的环向应力和径向应力有显著的影响。     

公路隧道围岩失稳概率计算中随机参数样本的修正

基于围岩变形破坏原理,建立了围岩稳定极限状态方程的普遍形式。研究了响应面方法求解该方程的过程,得出经典响应面方法仅仅适用于围岩物理力学参数随机分布曲线偏度系数为零的情况。针对围岩物理力学参数统计分布曲线的复杂性,利用统计矩参数对随机变量分布曲线形态特征的控制作用,提出了抽样样本修正方法和具体计算公式。归纳了修正后响应面算法的运行程序。以某公路隧道为例,分别采用经典算法和修正后算法计算了围岩稳定可靠度,然后与蒙特卡洛模拟结果进行了对照,经典方法计算结果与准精确解的绝对误差为1.017%,修正方法的计算结果与准...     

深埋复合式衬砌隧道二衬分担比研究

为研究深埋复合式衬砌隧道二衬分担比,首先,介绍了基于"叠合梁"理论的初支与二衬荷载传递机理;然后,统计了31座隧道120个断面围岩与初支及初支与二衬间接触压力的监测数据,研究了围岩压力与围岩级别、埋深等参数的相关性,系统分析了经验公式计算的深埋隧道围岩压力与实测值的差异性;最后,将运用修正的"叠合梁"理论计算出的不同围岩级别二衬分担比与实测值对比分析,并讨论了"叠合梁"理论计算二衬分担比的适用性。结果表明:深埋复合式衬砌隧道围岩压力总体随着围岩级别或隧道埋深的增加而增加,而与隧道跨度﹑高度无明显联系;经验公式计算值与实测值接近程度从优到劣依次为:普氏理论、《公路隧道设计细则》(2010)、太沙基公式;《公路隧道设计细则》(2010)适用于埋深小于800 m的围岩压力预测;Ⅲ,IV,V和Ⅵ级围岩的二衬分担比多集中于20%～30%,30%～45%,40%～70%,隧道地应力高、围岩条件差以及初支未及时施作等因素可能是少数断面二衬分担比过高的原因;"叠合梁"理论计算的二衬分担比值受支护材料物理力学参数的影响甚微,而受初支厚度与二衬厚度的影响颇大,"叠合梁"理论不适用于IV级及以下围岩二衬分担比的计算,V和Ⅵ级围岩二衬分担比可按"叠合梁"理论计算值的70%预测。     

公路隧道围岩失稳概率计算中随机参数样本的修正

基于围岩变形破坏原理,建立了围岩稳定极限状态方程的普遍形式。研究了响应面方法求解该方程的过程,得出经典响应面方法仅仅适用于围岩物理力学参数随机分布曲线偏度系数为零的情况。针对围岩物理力学参数统计分布曲线的复杂性,利用统计矩参数对随机变量分布曲线形态特征的控制作用,提出了抽样样本修正方法和具体计算公式。归纳了修正后响应面算法的运行程序。以某公路隧道为例,分别采用经典算法和修正后算法计算了围岩稳定可靠度,然后与蒙特卡洛模拟结果进行了对照,经典方法计算结果与准精确解的绝对误差为1.017%,修正方法的计算结果与准精确解的相对误差为0.388%.     

冻土隧道冻胀力计算方法研究

鉴于应力场、温度场、渗流场3场耦合计算冻土隧道冻胀力的方法非常复杂,根据弹塑性力学及有限元理论提出冻土隧道冻胀力半理论半经验的计算方法,即以地温测试确定冻结圈范围、以原样力学测试确定冻结与非冻结状态围岩的物理、力学参数为先导,而后进行自重应力场与温度应力场双场耦合的数值计算方法,并通过模型试验验证此方法是可行的。     

单洞四车道特大断面公路隧道位移性状参数敏感性分析

为分析单洞四车道特大断面公路隧道位移性状参数敏感性,以正交试验设计为基础,设计了物理力学参数变化对位移的影响程度进行研究的数值试验方案.基于二维平面应变弹塑性有限元方法,对Ⅴ级围岩双侧壁导坑法四车道隧道施工过程进行了多工况数值模拟,得出了围岩参数对隧道位移性状的敏感性程度,可为大断面隧道结构计算提供依据.     

基于改进BP神经网络的隧道位移反分析研究

通过LM算法改进的BP神经网络位移反分析理论及数值模拟获得隧道位移反分析模型,基于现场勘测位移数据反演出围岩关键物理力学参数,将反演结果与该隧道区段的岩石试验所得参数进行对比,符合度高达97.3%,说明LM-BP神经网络位移反分析模型能较好地反映隧道中围岩物理力学参数与隧体形变之间的非线性模糊特性。此外,将该反演模型运用到与样本位置相距5m、10m、15m的区段进行力学参数反演,得出模型可靠性较高的区段范围,可在一定程度上通过反分析模型及该区段的岩石力学参数反推工程后续施工的围岩位移变化特征。     

高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

岩层中深埋隧道穿越桩基的竖向安全距离计算

根据岩石力学中的压力拱理论,从理论上推导了岩层中深埋隧道穿越建(构)筑物桩基时隧道顶至桩基底的竖向安全距离的计算公式。该计算公式与隧道围岩级别、围岩物理力学性质、隧道直径、桩基直径、桩基距隧道中心水平距离和桩基底荷载等因素有关。通过南昌地铁1号线的工程实例用理论计算公式计算了隧道顶距桩底的安全距离,并用二维和三维数值模型进行了验证,二维数值计算值与理论计算较吻合,由于空间效应的影响,三维数值计算值约为二维计算值的85%。     

浅谈公路隧道地质灾害超前预报

隧道地质灾害超前预报可以探测待掘围岩的物理、力学状态,文章分析围岩类型及物理、力学参数的变化,可以预报可能发生的各类地质、水文病害。为安全运营、合理使用资金奠定了基础。     

非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况，为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响，以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型，将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载，以其随岩体深度变化及偏压情况为条件，按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程，以非连续边界荷载和为条件求解方程，将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合，形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比，验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下，围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载，2种围岩压力计算值存在一定的偏差，压力差值与隧道埋深有关；当埋深小于7 m时，将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近； 当埋深大于8 m时，将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

单斜地层下小净距浅埋隧道围岩压力分析

JTG D70-2004《公路隧道设计规范》提供了偏压隧道围岩压力的计算方法,实际计算发现,在单斜地层条件下,计算围岩压力与现场实测围岩压力存在出入。文中通过对现场隧道顺层围岩的破坏特征分析,建立单斜地层下小净距浅埋隧道围岩压力计算模型,提出了单斜地层下小净距浅埋隧道围岩压力计算方法,并通过现场实测数据进行验证。     

软岩力学参数对隧道力学特征响应的敏感性分析

围岩物理力学参数是隧道稳定的关键影响因素,为了解武当群片岩力学参数对隧道施工力学的作用效果,采用现场实测与数值计算相结合的方式,进行各力学参数(包括弹性模量E、泊松比μ、粘聚力c、内摩擦角ψ)对围岩初期衬砌力学特征的敏感性分析.结果表明:隧道洞周位移受E影响最大,其次为μ,且二者敏感度远大于c、ψ的敏感度;洞周偏应力对c、ψ的增减尤为敏感;参数对衬砌内力的敏感度从大到小依次是:E＞μ＞c＞ψ.该研究结果可为软岩隧道结构设计、施工监测、灾害处理等提供参考.     

软弱围岩隧道施工过程围岩参数反演及仿真分析

本文结合软弱围岩隧道施工实际,利用数值分析软件FLAC3D和数学分析软件MATLAB进行围岩参数反演计算,确定出隧道围岩力学参数;基于反演计算得到的围岩参数建立数值仿真模型,可预测隧道围岩的变形和受力。     

考虑参数相关性的隧道围岩稳定性分析

由于隧道围岩赋存环境复杂,围岩参数存在着不确定性和变异性,传统的单一定值法对围岩进行稳定分析往往结果不可靠。将隧道围岩主要力学参数,粘聚力c、内摩擦角φ和容重γ以均值和标准差表征,并考虑两参数之间的相关性,借助响应面法对隧道围岩可靠度进行分析。试验样本点依据Minitab获得;响应值,即隧道拱顶下沉值,通过有限元建模分析获取;根据ANOVA得到回归方程后,与极限状态函数建立联系得到功能函数;最后采用MATLAB优化工具箱计算目标的失效概率。结果表明:一般粘聚力c和内摩擦角φ负相关,考虑了参数相关性计算获取的隧道围岩失效概率更为可靠。     

隧道压力拱理论及试验进展研究

通过对隧道压力拱理论及试验进展的研究,基于弹塑性理论,根据研究手段不同将隧道压力拱理论分为传统压力拱理论和动态压力拱理论,二者采用不同研究手段得到不同研究成果;传统压力拱理论从围岩应力场出发,通过数值模拟展示围岩内部破坏区域及应力变化过程,但对压力拱的内、外边界定义及拱体范围划分没有形成统一标准;动态压力拱理论从围岩位移场出发,通过模型试验得到压力拱渐进性破坏过程的定性认识,渐进性破坏过程与实际隧道工程事故相符,但破坏过程中应力变化规律无法与弹塑性应力场进行验证,仍有待研究;目前围岩压力拱模型试验大多采用常规模型方案,相似材料的配比及力学参数存在差异,试验设备也未成体系,仍需进行研究;透明土技术和3D打印技术在隧道工程中的成功应用对压力拱模型试验具有深远意义。     

公路隧道围岩与支护结构稳定性研究

大断面公路隧道软弱围岩与支护结构稳定性问题一直倍受岩土工程界关注。采用室内三轴压缩试验方法获得隧道软岩峰值及峰后力学特性,以莫尔-库伦应变软化模型为基础,基于FLAC3D构建三维数值模型,计算隧道围岩特征曲线及纵剖面变形曲线,结合收敛-约束法分析隧道围岩与支护结构安全稳定性,通过现场监测,验证数值模型及计算方法的正确性。研究表明:经典弹塑性模型计算的隧道围岩安全系数小于应变软化模型的计算结果;分析现场监测数据可知,考虑应变软化的围岩与支护结构相互作用关系更符合工程实际情况,采用收敛-约束法计算隧道安全稳定性更加直观。提出的软弱围岩力学模型及围岩稳定性计算方法对工程实际具有一定指导作用。     

基于位移反分析的浅埋偏压隧道有限元模拟分析

为了更加准确地获取有限元模拟分析中围岩的力学参数,以广西隆林~百色高速公路某隧道为例,采用一种基于位移反分析的围岩力学参数选取方法。根据现场实测数据,采用BMP90位移反分析程序进行反分析得到等效弹性模量及侧压力系数,并在进行ANSYS有限元模拟计算时分别选用由反分析得到的等效弹性模量及侧压力系数和规范建议的取值,将最终计算结果与实测数据进行对比,结果发现基于位移反分析的计算结果与实测值较为接近,表明由反分析得到的围岩参数与工程实际更加吻合。研究内容能为隧道工程围岩力学参数的赋值选取提供一定的参考。     

浅埋小净距公路隧道围岩压力分布规律

为了给小净距隧道设计和施工提供科学依据,并为完善中夹岩墙的加固方法奠定理论基础,首先通过对41座小净距隧道的双洞内侧围岩压力进行统计分析,研究了小净距隧道围岩压力的演化特点,分析了垂直围岩压力与单洞开挖宽度、埋深和净距的关系,讨论了双洞内侧侧压力系数与各工程地质参数之间的关系,并基于隧道实际滑裂面,建立了小净距隧道荷载计算模型,提出了小净距隧道围岩压力的计算方法,通过与实测数据及既有研究成果的对比,验证了该方法的合理性及普适性,并基于以上研究成果提出了小净距隧道围岩稳定性控制方法。研究结果表明：小净距隧道垂直围岩压力与水平压力发展趋势基本一致,水平压力发展速率明显大于垂直压力,稳定时间也较短;水平压力受双洞间的相互影响比垂直压力要大,在施工过程中应重点关注水平方向的应力发展;侧压力系数随净距增加而增大,但随埋深、内摩擦角和黏聚力的增加而减小,并普遍小于规范值;所提出的围岩压力计算式对于复杂小净距隧道具有较好的适应性,并能对施工过程中小净距隧道的围岩压力进行估算;小净距隧道围岩稳定性控制应从合适的施工方法、合理的支护设计以及实时的监控量测3个层面考虑,具体的控制对策应结合围岩条件和工程特点进行实施。