含软弱夹层和均质围岩隧道洞口仰坡动力特性研究

针对洞口段均质围岩仰坡和含软弱夹层仰坡2种工况,开展大型振动台模型试验,分析水平和竖向激振下仰坡加速度和洞口段仰坡模型土振动特性。研究结果表明:水平向激振时仰坡存在明显加速度放大效应,竖向激振对含软弱夹层仰坡的影响不可忽视;洞口段隧道衬砌各点加速度时程曲线不一致,衬砌结构受力状态复杂;在水平向激振作用下,均质仰坡模型土坡肩土体先出现张拉裂缝,而后坡肩土体局部出现倾倒崩塌,最后沿坡面滑落堆积;含软弱夹层仰坡坡脚土体先出现挤压破碎,而后坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落。本文为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

隧道爆破开挖作用下洞口高边坡的动力响应

惠州市四环路西坑东隧道洞口段为八级高边坡,本文采用显式动力分析方法研究了隧道内钻爆施工中爆破效应对洞口多级边坡振动特性的影响。结果表明:由于地层的反射与折射,爆破地震波由拱顶的双峰形态变为坡面处的单峰形态,且振动速度峰值由拱顶处的28.810 cm/s迅速降至坡面处的0.383 cm/s;中导洞断面起爆后,边仰坡最下层测点振动速度最大,洞口侧边坡、路堑边坡依次减小,说明距离越远振动衰减越迅速;仰坡坡面测点振动速度峰值依次为上台阶起爆下台阶起爆中导洞起爆侧导洞起爆,故装药量是影响边坡稳定性的关键因素;振动速度峰值小于规范安全允许的质点振动速度。该工程洞口高边坡在隧道钻爆施工下是安全的。     

降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验，研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性，并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程，探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明：边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大，0.7倍坡高附近放大效应最大，存在“趋表效应”及“高程效应”；土体应变随峰值加速度的增加而显著增大，坡脚与坡顶变形差异较大；动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大，滑坡启动阶段显著增加；边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近，随后坡脚产生剪切破坏；土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致；边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段，表现为张拉-剪切型破坏。     

锚固岩质边坡在地震作用下的动力响应

边坡锚固因其良好的力学性能和锚固效果而获得广泛应用.借助有限差分软件FLAC3D,对高8m、坡角60°的均质岩坡在不同峰值加速度、频率地震波作用下的动力响应进行了分析.研究表明,调整输入Kobe地震波的加速度和频率,锚固岩质边坡沿顺坡面上加速度峰值放大系数PGA非线性增大,在坡顶处达到最大值.塑性破坏区随着峰值加速度、输入地震波频率的增大而增加,锚杆轴力随相应的塑性破坏区增多而增大.     

铁路黄土隧道洞口段地震动力响应研究

我国地震频发,隧道抗震问题一直是研究的重点,但对于黄土隧道的地震动力响应研究实例较少,因此对于黄土坡-隧结构体系的动力问题需要进一步研究。对宝兰客专黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征利用Midas-NX数值模拟和1∶80的隧道洞口段坡-隧系统大型振动台试验进行研究,分析在高边坡上不同进洞高程对坡面以及隧道衬砌加速度、位移以及放大系数的影响。试验结果表明:在其他条件相同的情况下,如坡高、坡角、入射地震波、填筑方式、衬砌结构等,进洞高程不同,洞口段破坏形态不同,破坏程度各异。地震动力作用下,隧道衬砌不同位置的峰值加速度与进洞距离密切相关。     

岩质高陡边坡地震动加速度高程放大效应计算方法研究

应用FLAC3D建立二维均质岩体边坡有限元模型,分析坡高、坡度和地震波输入频率对地震动加速度高程放大效应的影响。基于数值分析结果,通过曲线拟合得到岩质高陡边坡地震动加速度高程放大效应的计算方法。该方法能够反映坡体的坡高、坡面角度的影响。通过与规范计算方法对比验证了其正确性,进而为边坡地震工程的设计提供定量化的参考。     

变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算方法

根据变坡面浅埋偏压隧道的结构和受力建立计算模型,由计算模型推导隧道深、浅埋侧棱体横截面面积的计算公式;再根据极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧的推力,进而推导出变坡面条件下浅埋偏压隧道松动围岩压力的计算公式。由计算公式可知:当地面坡度增大时,水平侧压力系数也随之增大;随着两侧土体对拱顶上覆土层推力的增大,拱顶的垂直土压力减小而隧道的水平侧压力增大。以贵广高速铁路贺街隧道洞口的变坡面浅埋偏压段为例,运用给出的变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算公式进行计算,并将计算结果与规范法的计算结果和实测值进行对比。结果表明:在实际工程中,当隧道两侧土体表面坡度变化较大时,给出的变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算公式的计算结果更加切合实际。     

黄土高边坡开挖过程的变形监测分析

以隧道出口路堑黄土边坡为例,分析黄土路堑开挖过程中边坡变形和边坡土钉应力随空间和时间的变化规律。测斜仪监测结果表明:边坡的水平位移随开挖深度的增加逐步增大,并在开挖后一段时间内出现最大值,呈时间滞后效应。在不同的开挖阶段,坡体不同部位开挖后的水平位移变化幅度不同:坡顶变形幅度最大,坡底居中,坡体中部最小;坡体开挖完成后,坡顶绝对水平位移量最大,坡脚最小,坡体中部居中。随开挖深度的增加,坡体不同部位测试土钉各测点应力明显增大;土钉最大应力出现位置由坡面逐渐迁移到坡内。说明坡体的变形范围随开挖深度的增加而扩大;且由土钉最大应力出现的位置可判定边坡潜在滑动面位置。     

不同方向地震荷载作用下公铁交叉隧道的振动加速度响应

以某公铁立体交叉隧道工程为依托,通过大型振动台试验研究铁路隧道正交下穿公路隧道时的地震响应。分析2个方向(x单向及xz双向)、3种地震烈度(Ⅶ—Ⅸ)、5种地震波加载幅值(0.10g～0.40g)组成的10种加载工况下的隧道振动加速度响应规律,并以地震波幅值0.20g作为振动加速度峰值突变分界点,采用连续小波变换方法分析隧道典型测点的频谱特性。结果表明:隧道的振动加速度响应具有明显的空间分布特征及叠加效应,上跨隧道仰拱处及下穿隧道拱顶处的地震响应更为强烈;x单向输入地震波时,振动加速度叠加效应以下穿隧道拱顶处为主,xz双向输入时以上跨隧道仰拱处为主,且各测点处的振动加速度峰值明显大于x单向;地震波幅值为0.20g～0.30g时,交叉段测点处的振动加速度响应发生突变,地震波幅值为0.30g～0.40g时,加载方向引起的振动加速度放大效应更为明显;Morlet小波在变换尺度为5～20时的中低频率响应更为强烈,随变换尺度的增大,其卓越频率由高频段逐渐向低频段迁移。     

基于HHT的地震作用下基覆型边坡坍塌特性研究

以川藏铁路沿线位于理塘-德巫断裂带附近的典型基覆型边坡为原型,基于相似准则,按与原型相似比1∶10设计模型,进行汶川卧龙地震波、Kobe地震波、El Centro地震波作用下边坡地震坍塌试验,利用位移响应及加速度的HHT (Hilbert-Huang Transform)谱进行边坡在地震作用下的变形和破坏特征研究。结果表明:边坡坍塌过程可分为稳定振动、裂缝扩张和坍塌破坏3个阶段;稳定振动阶段边坡内力可抵消大部分地震动能量,土体内部出现少量弹性位移,不同地震波类型造成的边坡HHT谱幅值有明显差异,且主要为低频振动;裂缝扩张阶段边坡坡面出现碎屑流,土体产生明显塑性变形;坍塌破坏阶段边坡坍塌为局部效应,坍塌相邻区域的HHT谱幅值在时域上分布较大,坍塌时伴随出现软弱夹层面的滑坡,坡面位移大小与不同地震波作用下的HHT谱幅值大小保持对应。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

铁路隧道不同跨度下水平旋喷桩承载特性分析

为探究水平旋喷桩在不同跨度铁路隧道下承载特性,依托南三龙铁路与赣龙复线联络线道岔进新考塘隧道影响段存在的7种不同隧道跨度断面,采用二维有限元方法,模拟7种不同跨度下水平旋喷桩预支护效果,分析水平旋喷桩结构变形、应力及塑性应变规律。计算结果表明:不同跨度下,旋喷桩变形和常规隧道衬砌变形类似,即拱顶沉降,拱肩、腰、脚等处体现不同程度收敛,各点变形随跨度增大而增长,当跨度大于16 m时,增长速率加快,拱肩及拱腰位置尤其明显;旋喷桩内力部分,当跨度较小时,拱顶内侧受拉,而拱腰处受压,当宽度增大,拱部拉应力区向拱腰处扩展,且拉应力极值增大,而拱腰与拱脚之间压应力迅速增大;随着隧道跨度不断增大,水平旋喷桩等效塑性应变不断增大,影响范围自拱顶到拱脚呈扩大趋势。     

水下砂卵石地层盾构隧道越江段注浆压力研究

近年来,江(海)底盾构隧道建设日益增多,对于水下段而言,由于地层渗透性强、埋深浅等因素影响,盾尾同步注浆压力的合理控制显得尤其重要,而探明盾构隧道在施工过程中孔隙水压力的分布对工程实践意义重大。本文依托常德沅江过江隧道工程,结合工程现场地形、地质、气候以及水文条件,采用FLAC^3D有限元分析软件对盾构施工扰动下的地层孔隙水压力分布进行系统分析。研究结果表明:(1)综合考虑各种因素确定渗流场中削减边界为20 m,即模型构建时沿开挖方向前后多取20 m长度,可使模拟结果更能真实反映越江隧道围岩各处孔隙水压力的变化规律;(2)盾构隧道掘进过程中,拱顶、拱底和左右拱腰处的动水压随掘进距离的变化趋势大致相同,拱底动水压量值最大,左右拱腰次之,拱顶最小,并根据区间动水压力变化规律给出满足岸边段和水下段要求的注浆压力。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

联拱及超小间距隧道的设计介绍

研究目的:对联拱及小间距隧道设计施工中的一系列问题提出看法,并提供范例,供今后同类隧道设计参考。研究方法:综合介绍白云山、南京地铁、杭州解放路、小洋山等4座双联拱和超小间距隧道的设计与施工,从而总结概括出此类隧道的若干设计、施工要点。研究结果:工程经验加计算分析仍是目前隧道工程设计的主要手段。在笔者列举的工程设计中,设计者在充分吸取前人经验的基础上,通过多种计算为设计提供了定量分析的依据,施工监测信息的反馈使设计更趋完善。研究结论:联拱及小间距隧道技术能有效地缩小线间距,减少洞外征地、洞口高边坡、洞外线路高填方或引桥工程;白云山等4座隧道设计中采用的小导管或大管棚超前支护、对拉锚杆、微震爆破等对于保护围岩、发挥围岩的自承能力起到了决定性作用;在铁路下开挖隧道,须做好扣轨和巡视工作,确保铁路运营的安全;在联拱及小间距隧道的情况下,应进行施工监测。     

新近系泥岩隧道初期支护受力特性研究

富水区泥岩隧道开挖后经常出现支护结构大变形乃至开裂现象,影响隧道的施工和长期运营安全。为掌握新近系泥岩隧道支护结构和围岩的变形动态,开展相应的室内试验与现场监控量测以及数值模拟。采用室内试验方法获得泥岩的物理力学参数;通过现场监测方法得到围岩压力、钢拱架应变;采用数值模拟的方法获得泥岩软化前、后拱顶及拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值的大小。研究结果表明:泥岩呈弱崩解性,且具有一定膨胀性,是导致围岩变形持续时间较长的主要原因;多数测点钢拱架弯曲,导致初期支护承载力不足,进而引起初衬混凝土掉块脱落;泥岩软化后,隧道同一位置处拱顶、拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值均远大于泥岩软化前的数值,泥岩遇水软化是导致隧道支护结构产生大变形的原因之一。研究方法和结论对新近系泥岩隧道的设计和施工有一定的参考价值。     

小净距隧道下穿薄煤层采空区地层开挖稳定性分析

采空区地层离散性大,小净距隧道近接下穿不同倾角薄煤层采空区开挖将引起采空区内腔塌陷。建立小净距隧道近接下穿采空区地层开挖模型,对比分析采空区倾角为0°、15°、25°、40°时先行洞监测面洞周位移和初支内力。结果表明:后行洞初支闭合时,采空区倾角为15°时,拱顶下沉量最大;采空区倾角为40°时,仰拱隆起量和拱腰水平收敛量最大;随着采空区倾角增大,初期支护正(内)弯矩分布和轴力最大位置有向近接采空区侧移动的趋势,偏压越严重;应力集中逐渐由右拱脚向左拱脚移动。最大偏心距出现在拱脚处,采空区倾角为15°时,偏心距最小,初期支护稳定性最好;倾角为40°时,偏心距最大,不利于初期支护稳定。     

小净间距交叉隧道振动规律试验研究

随着国家路网建设规模的不断扩大,铁路、公路隧道出现近接平行、交叉的现象越来越普遍。受地形等因素的影响,交叉隧道的净间距也在不断减小,由此产生的工程问题逐渐变得复杂。文章以丹大铁路中的草莓沟2#隧道为例(该隧道下穿盘道岭公路隧道),开展6种不同加载工况下的振动台试验,输入地震波峰值分别为0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g、0.6 g,重点分析在盘道岭公路隧道的影响下,草莓沟2#隧道加速度峰值响应特征,研究成果将为近接隧道设计与施工提供良好的经验。     

土岩复合地层隧道群洞施工力学响应研究

为探究小净距隧道群洞穿越不同地层施工引起的力学响应,基于青岛地区土岩复合地层特殊地质条件,通过数值计算并结合现场测试数据,分析小净距地铁隧道群洞施工引起的地表沉降、应力特征、拱顶变形规律。结合工程实际,将隧道群洞施工划分为4个不同阶段并依此分析,结果表明:隧道群在其阶段Ⅳ施工后引起地表沉降变形较大,其他阶段地表沉降无明显变化;不同开挖阶段对夹岩的扰动程度存在差异,阶段Ⅳ施工使夹岩主应力出现剧烈变化,且夹岩最薄弱处最不利状态发生于阶段Ⅳ,但无剪切破坏现象;隧道拱顶沉降最大增量在该条隧道开挖后出现,上线隧道施工显著影响其他隧道拱顶沉降,且能够引起中线隧道拱顶抬升。研究成果为同类工程的施工稳定性分析提供了现场指导和技术支持。     

震后偏压坡积体免刷坡进洞施工力学效应分析

结合震后四川某地特长高速公路隧道洞口施工的实际工程,针对其提出的免刷坡进洞施工技术,开展震后偏压坡积体免刷坡进洞施工力学效应的分析,通过FLAC 3D有限差分软件计算分析,结果表明:在施工过程要提前作好安全防护准备;左洞洞顶地表呈斜坡状,在剪切应力作用下导致初期支护外侧出现大范围受拉区;该工法可以有效地防止隧道上方坡积土体的滑动,保证施工安全且有效缩短进洞时间,对隧道周围地表植被破坏较小。