裂纹位置与深度对围岩岩体稳定性的影响分析

在隧道掘进过程中,天然地应力的平衡状态将会受到破坏并进行应力重分布,在构造应力场或自重应力场作用下将会引发裂纹的起裂、扩展和贯通,从而导致隧道的失稳坍塌。文章采用数值模拟和室内模型试验方法对比分析了裂纹位置、长度、深度等因素对马蹄形断面隧道围岩结构稳定性的影响。其中,数值模拟分析了隧道围岩的破坏形式及对裂纹尖端应力强度因子的计算,隧道模型试验研究了裂纹对隧道模型抗压强度的影响。结果表明:(1)数值模拟结果与模型试验结果较为吻合;(2)裂纹位于马蹄形隧道的拐角处或裂纹倾角为45°时,对隧道的稳定性削弱作用最大;(3)隧道围岩内裂纹的长度越长,隧道模型的抗压强度越小;(4)裂纹长度达到一定程度时,裂纹深度对隧道的危害性作用基本呈线性增加的趋势;(5)裂纹缺陷对隧道围岩应力重分布及破坏形式有较大的影响。     

结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性影响研究

隧道围岩变形破坏与岩石强度、结构面空间组合关系、地下水和地应力等因素关系密切。为研究结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性的影响,文章基于郑万铁路向家湾隧道工程地质条件,采用UDEC离散元软件对全断面开挖下的围岩稳定性进行数值模拟,重点分析了两组结构面的空间组合关系对结构面剪切滑移、围岩塑性破坏及位移的影响,同时根据开挖后围岩变形的差异——完好、掉块、塌方,定性统计整理得到了结构面空间组合对隧道开挖稳定性影响统计表,并给出了相应的施工建议。研究结果表明,隧道围岩变形破坏主要发生于结构面间距小于1.5 m,且J1倾角为45°～75°、J2倾角为103°～133°的空间组合条件下。     

倾斜软硬互层隧道破坏过程的围岩应力研究

文章结合重庆南涪高速公路鸭江隧道工程,进行了倾斜软硬互层隧道破坏过程的模型试验。试验结果表明,隧道的破坏从左侧边墙周围的软弱岩层开始。根据破坏特征可以将隧道破坏过程分为五个阶段,且隧道围岩的破坏会导致围岩应力的卸荷效应。采用有限元软件建立数值模型分析隧道破坏过程,数值计算结果表明:围岩的最大主应力极值始终位于隧道左侧拱腰处,与隧道最先破坏的位置不一致。从拱顶路径的应力分布分析,围岩的第三主应力为最大主应力。由于软硬岩层的岩性不同,围岩应力沿应力路径表现出震荡式变化。在隧道破坏的第一阶段,压力拱范围约为隧道开挖跨度的1.35倍。研究结果对类似隧道工程具有重要的参考价值。     

GSI及其在扁担垭隧道围岩稳定性分析中的应用

地质强度指标(GSI)是用来估算不同地质条件下的岩体强度的,它根据岩体结构、岩体中岩块的嵌锁状态和岩体中不连续结构面质量并综合各种地质信息进行估算,该方法在岩体稳定性评价中应用非常广泛。文章将论述其在沪蓉西高速公路扁担垭隧道围岩稳定性估算中的应用,以及隧道围岩稳定性系数及围岩压力的分析计算,并提出合理的支护方案,可供设计施工方参考。     

小规模下伏薄煤层采空区倾角对隧道开挖稳定性的影响研究

公路隧道近接下伏采空区施工必定会打破采空区的原始平衡状态,出现应力重分布现象。为研究不同倾角下伏采空区对隧道施工稳定性的影响规律,文章采用有限元软件构建采空区地层隧道计算模型并进行了数值计算,研究了下伏采空区倾角对隧道洞周位移、初期支护内力和塑性区的影响规律。计算结果表明:(1)下伏采空区的存在加大了隧道洞周位移,倾角越小,增幅越大;(2)下伏采空区的存在增强了初期支护内力分布离散性,尤其是对拱顶内力影响幅度较大,主要体现在隧道拱顶轴力降低,倾角越小,降低值越大;(3)下伏采空区的存在增大了围岩塑性区,甚至贯穿到采空区冒落带,倾角越大,塑性区越小。因此,下伏采空区倾角越小,隧道施工风险越高,围岩稳定性越差,结构受力越不利,应采取有效措施提高下伏采空区的处治强度。     

基于改进动力强度折减法的隧道地震破坏机理探讨

文章分析了影响隧道在地震作用下破坏的因素,研究了不同围岩级别、不同跨度、不同结构形式和不同埋深等条件下隧道结构在地震中的破坏机理,分别针对各个影响因素进行了对比分析;通过静动力转换边界将静力场施加到动力计算中作为初始应力条件,对动力强度折减法进行了改进,通过计算应用证明了其可行性;使用改进的动力强度折减法对深、浅埋隧道在地震作用下的破坏机理进行了计算分析。结果表明,不同埋深隧道在地震中的破坏过程不同,浅埋隧道是从隧道上方两侧开始破坏的,逐渐形成贯通到地面的破裂面;深埋隧道最先在4个边角的应力集中处出现塑性应变,顶部和底部的塑性应变较小,随后从两侧开始逐渐形成贯通的塑性应变区,直至破坏。     

有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用

有限元强度折减法广泛应用于边坡等工程的稳定分析中,而在隧道工程稳定分析中的应用相对较少。文章将有限元强度折减法用于隧道施工稳定分析与控制中,提出基于围岩安全系数进行施工阶段围岩稳定性全过程的动态评价,并通过隧道洞周围岩变形规律的研究,建立施工阶段隧道监控量测的动态控制指标。通过算例分析可以看出,基于围岩安全系数可以定量、直观地掌握整个施工阶段围岩稳定性的动态演化规律;在满足初期支护施作后围岩稳定性要求的前提下,可以针对各个施工阶段建立相应的变形控制指标,从而克服以围岩容许位移作为隧道稳定性判断依据的局限性。通过有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用,将为解决隧道施工安全问题提供新的途径。     

柔性比对隧道地震动力响应影响研究

地震作用下隧道与围岩动力相互作用的强弱与隧道和围岩的相对刚度关系密切,为分析地震作用下隧道衬砌与围岩相对刚度对结构内力的影响,文章引入柔性比的概念进行抗震数值计算分析。通过对地震波、边界条件进行处理,建立计算模型分析在不同围岩等级、衬砌厚度、混凝土强度等级、隧道直径情况下结构内力的变化情况,并给出了不同柔性比条件下隧道衬砌地震反应的基本规律。结果表明,柔性比越大,地震作用下隧道的内力越小;在进行隧道结构多道设防时,相邻结构的刚度应逐渐变化,且每一层的厚度不应过大。     

开挖工况对偏压连拱隧道结构及上覆山体稳定性的影响

文章采用弹塑性有限元数值模拟,对不同开挖工况下地形偏压连拱隧道围岩及主体结构的应力场、位移场、破坏区分布进行了分析,研究了开挖工况对隧道上覆山体稳定性的影响。分析表明,当先开挖浅埋侧隧道时,围岩、结构及上覆山体稳定性都要优于先开挖深埋侧隧道的方式,其计算结果可为同类隧道的设计、施工提供有益的参考。     

平行褶皱构造对隧道围岩变形的影响研究

岩层受力弯曲变形形成褶皱构造,隧道穿越褶皱地质构造时,在复杂地质构造及地应力条件影响下,隧道围岩容易发生变形破坏,影响隧道的稳定性。针对隧道在平行于褶皱轴线穿越平行褶皱构造地质时的围岩变形问题,文章采用有限差分法并结合实际工程中褶皱构造的隧道围岩进行了数值模拟计算,探究了隧道围岩的变形规律,提出了控制围岩变形的思路。结果表明,隧道在平行于褶皱轴线穿越平行褶皱构造时,拱顶及仰拱部分更容易发生变形破坏,且主要集中在软弱岩层部分及软硬岩层分界面处,具体为向斜类型的软弱岩层上分界面和背斜类型的软弱岩层下分界面处,因此可考虑采用加强拱顶及仰拱围岩的位移控制,加固处理平行褶皱构造中的软弱岩层部分来减小隧道围岩变形的控制思路。     

非等时距灰色预测模型在连拱隧道监测中的应用

针对对门坡连拱隧道采用中导洞上下台阶法施工过程中隧道洞内变形的现场监测信息,采用非等距灰色预测模型对连拱隧道施工过程中隧道围岩的变形趋势进行了预测,并将预测结果与由指数模型和双曲线模型得到的结果进行了对比分析.分析结果和工程实践表明,其预测结果精度高,更接近于实测值,能很好地反映连拱隧道围岩的变形规律.     

上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准研究

针对常见围岩级别组成的5组地层,文章通过有限元数值计算对上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准进行了详细的分析和系统的研究。首先确定以拱顶位移突变判据和能够反映隧道破坏本质的安全系数作为判别隧道围岩稳定性的双重指标,然后通过大量的数值试验对5组地层组合隧道围岩的自稳性进行研究,并通过自稳曲线来划定围岩稳定性量化分组,从而建立围岩稳定量化评价体系。研究成果对土木工程领域围岩稳定性分级理论标准研究起到了细化和补充的作用,也可作为上软下硬地层隧道支护结构设计、现场施工参考之用。     

喷射混凝土对多年冻土区公路隧道围岩冻融圈的影响规律研究

在多年冻土区隧道施工过程中,围岩温度场和冻融圈的控制是保证隧道围岩稳定性和结构安全性的关键因素。文章建立了考虑水泥水化放热的隧道围岩二维非稳态温度场的传热模型,在此基础上分析了喷射混凝土前后围岩温度场的变化规律,以及喷混凝土的施作时机与厚度对围岩冻融圈的影响规律,并与现场实测结果进行了对比分析。研究结果表明,计算结果的整体趋势与现场实测值吻合,距离洞壁0.5 m以外的围岩温度,二者误差不超过0.5℃。在喷射混凝土之前,各深度的围岩温度呈现缓慢增长趋势。喷混凝土施工完成后,由于水泥水化热影响,距洞壁深度1.0 m以内的围岩温度呈现陡升—下降—趋于稳定的规律,且当喷混凝土施工每延迟1 d,或其厚度每增加5cm时,围岩冻融圈深度增加约10 cm。     

海底隧道注浆材料耐腐蚀性能研究及工程应用北大核心CSCD

海水具有较强的腐蚀性,极容易通过围岩薄弱区域侵蚀破坏隧道衬砌结构,为保证支护结构的耐久性,文章以普通硅酸盐水泥为基材,通过调节减水剂、速凝剂和高分子聚合物的掺量来设计耐腐蚀注浆材料的配合比,并对不同配合比注浆材料进行了耐腐蚀指标测试和现场注浆效果检验。室内试验结果表明,该注浆材料试块(水灰比为0.65~1.0)在海水浸泡360 d的强度腐蚀系数大于0.80,体积稳定性良好;为加快侵蚀速度,将试块浸泡在饱和MgSO;溶液中,注浆材料试块(水灰比为0.65)浸泡360 d的强度腐蚀系数大于0.80,体积稳定性仍良好。通过现场注浆试验对结石体强度进行测试,测试结果表明,在饱和MgSO4溶液中浸泡180 d的浆液结石体的点荷载强度均值为0.931 kN,比未浸泡试块的强度均值0.984 kN减少了5.5%,进一步验证了注浆材料的耐腐蚀性能。     

基于强度折减动力分析法的围岩稳定性研究

为获得隧道爆破开挖后围岩的稳定性及临界失稳破坏形态,文章以兴泉铁路金井隧道为工程依托,采用强度折减动力分析法原理,结合特征点位移是否突变、塑性区是否贯通、计算是否收敛这三种动力失稳判据,对隧道掌子面围岩进行动力安全系数分析,研究在不同开挖方法、不同开挖进尺、不同围岩等级下爆破对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:全断面爆破开挖的安全系数约为上下台阶开挖的0.96倍;开挖进尺越小,整体安全系数越大;围岩等级越高,爆破开挖下隧道掌子面围岩的稳定性越好;隧道爆破后毛洞安全系数均大于1.30。为了使隧道爆破开挖后围岩更加安全稳定,可以选取上下台阶爆破方法和减小开挖进尺的手段。     

层状千枚岩隧道形变破坏规律与支护措施研究

千枚岩软弱结构面发育,岩体呈互层结构且风化严重。在类似层状岩体中开挖隧道,围岩将出现大变形,严重危及隧道施工安全。文章基于成兰铁路杨家坪隧道,建立宏观层理分布模型,对层状千枚岩隧道形变破坏规律与支护措施展开了相关研究。研究结果表明:岩层法向位移在洞周呈斜向"X"型分布,位移峰值位于隧道拱顶及边墙部位;岩层切向位移位于隧道两斜交45°方向呈"蝴蝶"状分布,位移峰值位于隧道的拱肩及拱脚部位,位移分布不对称性明显;隧道边墙附近围岩主要表现为层面间张拉破坏,隧道拱部附近围岩主要表现为层面间错动滑移破坏。基于以上分析结果,针对现场支护参数提出优化措施,并进行隧道变形及支护受力监测。现场监测结果表明:支护参数经调整后,对围岩形变控制效果明显,有效改善了隧道偏压受力现象。     

隧道洞口滑塌与支护结构破坏特征数值模拟研究

隧道洞口段一般埋深较浅,围岩条件较差,很难稳定成拱,因而在隧道开挖后极容易受到外界扰动作用而发生坍塌变形。尤其在遇水软化的膨胀性黄土地层中建设隧道时,需要考虑降雨作用对隧道稳定性及支护结构变形的影响。本文通过数值模拟方法,结合现场观测以及室内实验,对太原某黄土隧道洞口滑塌及支护破坏特征进行了分析研究。结果表明:该隧道洞口支护结构发生破坏一方面是由于洞口浅层土体本身强度不足,且黄土遇水后强度急剧降低,围岩发生塑性变形,塑性区范围迅速扩展,围岩承载能力急剧降低;另一方面是由于膨胀性黄土遇水膨胀,产生较大膨胀力,使围岩内部应力急剧增加并且作用在支护结构上,从而导致支护结构破坏,引起隧道塌方。     

偏压作用下小间距隧道的施工方法研究

针对长哨小间距隧道建造中存在山体偏压情况.选择有一定代表性的V级围岩区段小间距隧道LK108 800断面,利用有限元数值模拟方法,对6种施工方案下的偏压隧道支护结构受力及围岩屈服破坏进行了细致地仿真模拟分析.结果表明,山体偏压作用下,先施工深埋一侧的隧道,可有效减少中隔墙围岩的偏向及侧移,明显降低围岩塑性区面积,并有益于支护结构的稳定性.     

空心包体应力解除法与声发射法在岩爆危害隧道地应力测定中的对比应用

在具有岩爆危害的深埋特长隧道施工中,地应力的准确测量及研究对隧道围岩稳定性及岩爆分析起着重要作用。文章详细介绍了空心包体应力计地应力测量技术的原理、计算方法和实施过程,尤其对现场实际测量过程中普遍存在的问题进行了详细说明,并对钻孔和安装设备进行了改良,有效提高了测量效率和避免了设备损失。通过空心包体应力解除法和声发射法两种方式对米仓山隧道围岩地应力进行测试对比,结果表明,两种测试结果大小和方向接近,其结果准确可信,可为隧道围岩稳定性和岩爆分析提供重要的数据。     

塌方岩体重力荷载对隧道拱圈应力状态影响的数值分析

塌方岩体的自重荷载将对隧道内力产生较大影响,对其结构受力极其不利。文章基于混凝土材料的损伤塑性理论,建立了受力变形较符合实际的公路隧道结构的非线性模型,并利用大型有限元分析软件ABAQUwsdS对所建立的模型进行计算分析,得到在塌方岩体作用下隧道拱圈的第一主拉应力、正应力和剪应力的分布规律,进而找出了隧道拱顶和拱脚出现明显裂缝的主要原因,为类似运营隧道的加固设计与施工提供了重要的基础资料。