软岩隧道开挖的数值模拟与研究

采用应力释放法对某软岩隧道开挖进行二维有限元模拟,可得到不同荷载释放系数下隧道开挖后软岩隧道的多个计算参数,以及洞周围岩位移释放量与围岩应力释放量的变化关系,从而为工程设计的精确性分析和工的及时性提供合理的依据.     

软岩隧道开挖的数值模拟与研究

采用应力释放法对某软岩隧道开挖进行二维有限元模拟,可得到不同荷载释放系数下隧道开挖后软岩隧道的多个计算参数,以及洞周围岩位移释放量与围岩应力释放量的变化关系,从而为工程设计的精确性分析和施工的及时性提供合理的依据。     

软岩隧道开挖的数值模拟与研究

采用应力释放法对某软岩隧道开挖进行二维有限元模拟,计算参数．以及洞周围岩位移释放量与围岩应力释放量的变化关系,的依据。可得到不同荷载释放系数下隧道开挖后软岩隧道的多个从而为工程设计的精确性分析和施工的及时性提供合理     

盾构隧道拱顶塑性区及地表沉降分析与计算

按平面应变问题分析隧道地表沉降,不考虑重力场的影响作用,而仅认为其是由洞周土体应力释放引起的。在假定隧道周边土体应力释放荷载为均布的前提下,由实际的地表应力为0与圣维南原理可知无穷远处的侧边与底边应力也为0。从而可利用平面弹性力学关于无限大板的理论求出其应力,并将其应力与未开挖前仅受重力场作用下的应力叠加。由此分析拱顶土体的塑性区半径,如果其塑性区半径不大且在工程允许的误差范围内．可以认为隧道开挖后整个土体仍处于弹性状态,从而利用洞周受均布荷栽作用下弹性无限大板的位移解直接推求出地表的沉降方程。     

基于不同应力释放作用下小线间距隧道开挖地表沉降规律的研究

隧道开挖常常伴随着开挖面周围岩体应力的释放,而应力释放的大小与开挖面的大小、岩体的性质、地下水的埋深等多个因素密切相关。因此,在进行隧道开挖数值模拟计算时,初步估计开挖面岩体应力释放大小显得尤为重要。基于此,并结合工程实例,研究了不同应力释放下小线间距隧道开挖地表沉降规律,并与实测沉降数据相结合加以分析。结果表明,开挖面应力释放为60%时,数值模拟结果与实测结果较为接近,更能合理反映工程实际。     

基于模型试验的双侧壁导坑法施工过程模拟研究

为了研究双侧壁导坑法施工过程中的围岩力学特性和位移特征,以在建大罗山隧道工程为例,采用相似模型试验进行模拟分析,研究了开挖过程中围岩的应力变化和地表沉降,以及隧道开挖完成后附加荷载作用下围岩的应力特征和衬砌裂缝发展情况。试验结果表明：在隧道开挖阶段,越靠近隧道周边的围岩应力监测点,围岩应力变化越大,且围岩应力变化从大到小依次为拱肩切向应力、拱顶竖向应力、拱腰竖向应力、拱腰切向应力。     

地铁区间小净距上叠风道施工力学效应研究

依托重庆轨道交通四号线某区间小净距隧道小净距上叠风道施工过程,利用平面弹性复变函数理论将二维连通地铁小净距双洞隧道近似等效为一个椭圆单洞隧道,求解围岩压力;将计算结果与二维数值模拟进行对比,分析证明等效计算模型实际可行;建立三维施工数值模型计算风道施工力学效应。通过三维模拟,分别找到在施工过程中应力和位移的4个控制点并分析。结果表明:风道的开挖施工对被风道、区间隧道和风井三向类包围的岩土体有显著影响;推导的二维简化计算模型可用于类似连通小净距隧道的简化计算,尤其小净距隧道的联络通道段;对风道开挖的三维模拟结果可用于指导同类型风道上叠工程。     

公路隧道围岩变形破坏理论研究

采用理论分析、数值模拟以及现场监控量测等手段对公路隧道围岩变形破坏理论进行较深入的研究。通过分析开挖过程中围岩损伤演化,获得了损伤变量与围岩材料参数之间的关系,提出了围岩力学参数的预测方法。通过岩体破坏机理、围岩损伤应力影响范围以及影响围岩稳定性的各个因素综合研究,建立了卸荷状态下的围岩损伤本构关系和基于能量耗散的损伤本构模型。基于一般弹塑性数值分析原理,建立了考虑围岩参数劣化过程的隧道围岩损伤演化分析方法,分析了开挖应力状态下隧道围岩的弹塑性损伤演化机理。建立了基于经验公式和基于围岩渐进性破坏理论的公路隧道围岩压力演化趋势及预测模型,提出了公路隧道围岩压力演化趋势的预测方法。     

基于土质隧道的深浅埋界定范围研究

基于有限元软件ABAQUS进行隧道开挖过程的三维数值分析,从应力、应变的角度出发,对土体隧道深浅埋的界定范围进行了研究,研究结果表明:隧道施工过程中,拱顶C点的位移值最大,并且随着埋深的增加而具有不断增大的趋势;当隧道埋深增加到某一临界状态以上时,拱顶C点位移不再随着埋深的增加而显著变化,而是趋于一个定值;隧道的应力释放规律和其竖向位移规律相同,隧道拱顶C点的竖向应力随着隧道埋深的增大,应力变化曲线也趋于平缓,且C点的竖向应力与太沙基理论计算值较为吻合。在此基础上,结合理论分析的手段确定隧道深浅埋的界限埋深值,并运用现行规范和太沙基理论对此界限埋深值进行了进一步的验证。     

高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.      

软岩小净距隧道最优开挖方法数值模拟

以兰渝线新城子隧道为背景,利用有限元法模拟并分析了不同开挖方法对软岩小净距隧道的相互影响,以及双层支护结构在小净距隧道中的应用效果.结果表明,双层支护可以有效的控制地应力的分阶段释放;第一层初支承担大部分围岩荷载,第二层初支承担第一层初支变形引起的荷载;通过对比分析发现,两隧道交互开挖、待左右线均开挖完成后再施作二衬为最优工法.     

砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定.      

四川桃巴高速公路南江3号隧道施工方法数值仿真比选

考虑四川桃巴高速公路南江3号隧道不同施工方法的围岩和隧道支护结构的力学问题,基于Ansys数值软件建立三维模型并动态模拟全断面法和台阶法的开挖过程,通过地表沉降、拱顶下沉、围岩应力、初期支护应力和围岩强度发挥系数等参数的对比分析,得出全断面法为较优方案,可供隧道施工参考.     

临近高层建筑群桩基础隧道开挖围岩变形特性

依托某市地铁工程实例,借助ABAQUS建立数值模型,对临近高层建筑群桩基础隧道开挖围岩变形特性进行研究。研究结果表明:围岩变形随隧道开挖面应力释放逐渐增大,具体表现为"快速-缓慢-稳定"3种类型;相比未考虑临近高层建筑群桩基础荷载时,考虑建筑群桩基础附加荷载后隧道拱顶位移、围岩收敛和地表沉降分别增加了6.8%、8.6%和9.8%;最终稳定时拱顶位移和围岩收敛控制在5 mm以内,地表沉降控制在7 mm以内,距离群桩基础一侧横向地表沉降主要影响区域约为3.5倍隧道开挖洞口直径。围岩变形整体较小说明群桩基础荷载对其影响相对较小,同时亦可反向推断隧道施工对高层建筑影响较弱。研究成果能够为类似工程实践及进一步探究围岩变形特性提供重要理论参考。     

不规则基坑开挖导致紧邻地铁隧道附加应力的计算

对于城市运营地铁线上方新建建筑物的工程,基坑开挖导致隧道受到卸载附加应力,严重的将影响隧道的安全。基于Mindlin解,借助Mathematica数学软件,首先计算矩形基坑坑底竖直卸载和坑壁水平卸载引起紧邻地铁隧道的附加应力值,进而分析隧道走向、隧道-基坑夹角、基坑开挖深度对隧道附加应力场的影响规律;最后以运营重庆地铁一号线七星岗地铁车站上方开挖罗宾森广场基坑为工程背景,计算了不规则形状基坑开挖作用下地铁隧道轴线上附加应力分布。本研究成果是进一步研究不规则形状基坑开挖导致隧道结构内力和变形的基础。     

基坑开挖对下卧盾构隧道变形影响的计算分析

针对矩形基坑开挖对下卧隧道变形影响这类课题,基于Mindlin经典解,考虑了坑底残余应力及围护桩效应的影响,推导了基坑开挖卸荷作用在隧道处附加应力的计算公式.对于埋深超过1.5倍隧道外径的盾构隧道,通过在Pasternak模型上部增加一层弹簧层来考虑上覆土层对隧道的约束作用,建立起地基梁的挠度微分方程.采用有限差分的方法把隧道离散为独立的节点单元,从而求解出隧道纵向的竖向位移和水平位移,最后与有限元数值模拟、工程实测得到的隧道变形数据对比分析.研究表明:在考虑深埋盾构隧道与土体的相互作用时,相对于Pasternak模型方法,笔者方法更能反映两者之间真实的力学行为,得到的解析解更接近于数值解,与实测值吻合度也较高,证明了方法的合理性和优越性;另外,笔者方法省去了大量的建模工作,在设计方案时能够用于初步评估基坑开挖引起下卧盾构隧道纵向变形的影响.     

工程安全，防患于未然——访同是科技董事长、同济大学教授刘国彬先生

刘国彬，男。1966年5月生．现任同济大学土木工程学院地下建筑与工程系教授、博士生导师。同时任上海同是工程科技有限公司董事长，任国际土力学及岩土工程协会会员、中国土力学及岩土工程学会理事、中国隧道及地下工程学会地下铁道专业委员会副主任、中国岩石力学与工程学会地下工程与地下空间学会理事、上海市总工程师协会理事、上海市土木工程学会土力学及岩土工程委员会委员等。     

热力耦合作用下拉林铁路桑珠岭隧道岩爆预测

热力耦合作用是高温高地应力隧道岩爆预测中一个新的问题.在新建拉林铁路桑珠岭隧道开挖过程中,利用现场温度测试数据反演并得到隧道不同埋深时的地温,通过热力耦合数值模拟计算得到隧道开挖过程中的洞周应力变化规律,利用卢森、陶振宇、王元汉、樊建平4种岩爆判据对隧道不同温区、不同洞周应力释放率的岩爆发生烈度和岩爆范围进行预测,最后将预测结果与现场岩爆进行了比较分析.研究结果表明:桑珠岭隧道地温梯度为5.5℃/100 m,隧道埋深越大地温越高;在以自重应力场为主的深埋段,最大压应力集中在拱顶和拱脚部位;在45~85℃地温区间,洞周最大切向应力和最大主应力随应力释放率增大而线性增长,当洞周应力释放率为100%时,其增加量分别为84~96 MPa、93~96 MPa,同时岩爆烈度等级也相应增加;判据预测与现场实测的比对表明,高温热力耦合作用在应力释放过程中加速了岩爆发生,在应力释放率前期,陶振宇判据对中等及以上岩爆的发生更加敏感,而在应力释放中后期王元汉判据与实测结果的相似度更为一致.      

高速铁路隧道分修过渡结构的施工力学特性研究

高速铁路隧道的分修过渡结构是合分修隧道中连接大跨隧道和小间距隧道的过渡段,该区段的横向与纵向结构变化大,是隧道施工的重点和难点。以壁板坡隧道工程为背景,分析了大跨段A断面的力学特征;通过数值建模分析小间距段岩柱变形以及围岩应力,认为分修过渡结构的最优施工顺序为"大跨段左侧开挖→左线开挖→大跨段右侧开挖→右线开挖"的开挖顺序。现场监测大跨段A断面拱顶、边墙的实测值与计算值基本一致,验证了数值模型的正确性。     

隧道施工围岩力学参数的动态辨识方法研究

受地质水文等影响,隧道围岩力学参数具有较大的模糊性、可变性及不确定性,围岩力学参数的快速、准确选取,对隧道开挖、支护具有重要的指导意义.隧道施工过程中围岩力学参数的动态辨识为施工前采用超前地质预报获取围岩等级指导施工,在开挖过程中通过经验强度准则快速得到岩体力学参数,是对超前地质预报的一个补充与修正,而开挖后采用反分析法及数值计算通过与实际量测数据对比,是对开挖过程中确定的参数的验证.通过围岩力学参数的地质预报-经验准则判断-数值模拟反分析的循环,形成动态辨识体系,做到隧道工程的动态设计与信息化施工.通过湖南龙永高速特长分离式茅坪隧道的实践,验证了围岩力学参数动态辨识方法的可靠性、正确性及便捷性,对地质复杂多变的长隧道设计施工有着 、一定的指导意义.