铁路隧道斜穿滑坡体受力变形特征三维分析

研究目的:在工程实践中,因选线空间及线型条件受到限制,铁路隧道必须穿越滑坡体并将隧道洞门设置于滑坡上。目前已有的研究大多基于理论上的二维模型分析,而对于隧道–滑坡体斜交情形,建立真三维模型能更真实地反映隧道与滑坡体的相互作用和结构受力变形特征。本文以甘钟铁路洛阳村隧道改线工程右嘴头隧道进口滑坡治理项目为背景,应用MIDAS GTS有限元计算软件建立滑坡、抗滑桩、隧道三维空间模型,模拟抗滑桩施工、路基及隧道洞身开挖支护施工过程。从数值计算结果中提取各施工步骤抗滑桩、隧道结构的受力变形数据,研究铁路隧道斜向穿越滑坡体时的受力变形特征,以及隧道洞身开挖对滑坡稳定的影响过程。研究结论:(1)隧道洞身在滑体和滑床中的受力特征分别表现为偏压和围压;(2)隧道结构纵向变形主要位于滑带附近隧道结构;(3)当隧道洞身开挖完全进入滑床段时,对滑坡的稳定及抗滑桩受力影响逐渐消失。     

陆路交通隧道-滑坡平行体系模型建立与试验验证

基于武罐(武都—罐子沟)高速公路圆台子隧道、宝兰客专洪亮营隧道典型工点,从中抽象出试验模型,定性分析隧道-滑坡平行体系单滑面情况下隧道纵向平行穿越滑坡体时,在隧道与滑移面相交区段坡体蠕滑对隧道的作用机制及隧道变形破坏模式。通过模型试验建立了隧道-滑坡平行体系的力学简化三维图示。研究结果表明:滑坡推力的影响随着隧道距离滑带的远近而变化,在滑带处滑坡推力影响最为严重,隧道变形明显。所建立的力学简化模型对隧道-滑坡平行体系的进一步研究具有借鉴意义。     

隧道平行穿越滑坡体的变形特征及控制技术

香丽(香格里拉—丽江)高速公路沿线存在较多穿越滑坡体的隧道,其中比较常见的是隧道平行穿越滑坡体。本文以香丽高速公路一隧道为背景,对平行穿越的隧道-滑坡问题的变形特征和受力机制开展研究,并讨论其控制技术。研究结果表明:隧道平行穿越滑坡体时,隧道拱部比底部所受应力更大,隧道拱部位置受拉,底部位置受压,在隧道受拉与受压的过渡位置有拉压中性区分布;隧道主要的变形位置位于滑带附近,且隧道拱部首先出现剪切裂缝,之后向左右墙延伸扩展,最后裂缝发展并贯通到隧道底部,引起路基出现错台沉降,从而导致隧道发生剪切破坏;提出的钢花管多次分段控制注浆技术可以有效解决施工安全性低,施工周期长的问题,达到了治理滑坡体病害和提高隧道稳定性的双重作用。     

堆载诱发型滑坡变形演化机理的模型试验研究

基于模型试验,对堆载诱发型边坡滑坡的变形机理及演化过程进行研究。研究结果表明:(1)堆载诱发型滑坡的变形演化规律可归纳为:后缘压缩阶段→蠕动变形阶段→加速滑动阶段→剧滑阶段,且剧滑启动之前的加速变形过渡时间极短;(2)利用FLAC3D软件进行堆载滑坡演化过程的动态数值分析,模拟过程中坡体应力场和位移场的演化特征表现为从上向下逐步贯通,与模型边坡破坏过程相符;(3)堆载诱发型滑坡破坏过程历时短、突发性强,在坡脚产生持续位移时即应做出滑坡预警。     

滑坡地段隧道变形的地质力学模型及工程防治措施

研究目的:在山区铁路中,有很多隧道都修建在山体斜坡内,这些隧道常常会发生变形开裂等病害。调查表明,隧道变形病害与所在斜坡出现滑坡现象密切相关,并且严重危及铁路行车安全。针对这一问题,本文对隧道变形特征、滑坡与隧道变形的相互关系以及有效的工程防治措施等方面进行了研究。研究方法:在对滑坡地段近30座施工和运营隧道进行调研的基础上,根据隧道与滑面的相对位置关系及相应的隧道变形特征,建立地质力学模型。研究结果:建立了分析滑坡与隧道变形相互关系的4类地质力学模型,分析了4类模型的受力模式和变形特征。结合4类地质力学模型和工程实例,给出了针对隧道变形的不同特征选择工程防治措施的具体方法。研究结论:(1)隧道与滑面的相对位置关系是决定隧道变形特征的主要因素;(2)工程防治措施应与隧道的变形特征相结合。     

滑坡隧道新型综合加固结构理论研究

当滑坡体厚度较大,隧道在滑面附近时,为了解决治理费用较高,施工难度大,工期较长的问题,提出一种滑坡隧道新型综合加固结构。治理理念是用锚索、抗滑桩和隧道衬砌加固结构,只对隧道及其与隧道稳定直接相关的洞周滑坡岩土体进行加固,针对该综合加固结构体系的特点建立物理力学模型,并对其内力进行理论分析,推导出加固结构体系中各单元结构轴力、剪力和弯矩的理论计算式;算例分析结果表明,锚索的作用使隧道边墙不利受力状态有所改善,据此可以通过调节锚索或隧道衬砌结构参数,使隧道加固衬砌、抗滑桩和锚固体各单元结构的受力达到均衡的合理状态。     

高速铁路隧道进口段地质灾害协同处治技术

为解决宝兰高速铁路塔稍村隧道穿越古滑坡体施工过程中进口仰坡变形、滑坡,洞内衬砌开裂、错台等问题,通过现场调查和监测,分析隧道洞口地表及结构开裂破坏特征及成因,提出进口段滑坡体-隧道灾害协同处治技术,并对实施效果进行现场测试。研究表明：古滑坡体水文地质条件较差、大断面隧道施工扰动、隧道支护结构承载力不足是导致隧道洞口变形破坏的主要原因,通过在洞外施作预应力锚索格梁和预加固桩,洞内径向注浆加固、拆换初支及二衬,支护加强及参数动态调整等协同处治技术,增加了隧道进口段古滑坡体的稳定性,有效控制了洞口边仰坡变形的发展,提高了隧道结构安全性。     

高层建筑沉降对施工阶段拟建隧道影响模拟分析

在运营和拟建的轨道交通线路周围进行任何工程建设,都将对线路的轨道和结构变形产生影响。为正确评估此类工程建设活动的影响,必须选用合理的计算方法、计算模型和计算参数。以实际工程为背景,利用有限元-半无限元耦合静力计算模型,预测分析了某高层建筑后期沉降所引起的不同施工工况下拟建地铁区间隧道的变形和内力值,并提出了控制高层建筑沉降影响的建议。     

大跨悬索桥隧道锚设计及试验研究

研究目的:本文以油溪长江大桥主跨760 m悬索桥的隧道锚为例，分别采用理论计算、数值模拟及原位试验，对隧道锚的受力机理、破坏形态进行研究，并介绍试验方法及流程，详细分析试验结果，以期为设计优化提供依据。研究结论:(1)理论公式计算的隧道锚安全系数偏保守，主要原因是公式忽略了围岩和锚塞体相互作用的有利因素，且一般地勘报告提供的岩土参数也偏保守，与原位岩土试验参数有一定差距；(2)数值模拟也受围岩参数取值影响较大，与试验结果误差较大，但可作为前期设计参考；(3)根据缩尺模型试验，油溪长江大桥原设计40 m长锚塞体，峰值强度为18P,屈服强度为11P,比例极限强度为4P,富余较大，可适当缩减尺寸进行优化；(4)本研究成果可为大跨悬索桥隧道锚设计及试验提供借鉴和参考。     

隧道洞口滑坡综合治理与监测分析

研究目的:受工程地质、水文地质条件及人为因素等的影响,隧道洞口在施工过程中容易发生洞口滑坡等问题,造成隧道进洞施工困难。结合青藏高原东部某隧道洞口的地质概况及滑坡特征,对滑坡体进行分区并对其稳定性进行相应的评价,提出具有针对性的滑坡综合治理方案,并对滑坡体和隧道结构进行系统监测和动态反馈。研究结论:(1)不良地质体在隧道洞口开挖前后的稳定性发生了显著变化,稳定系数存在不同程度的降低;(2)现场监测表明,对不良地质体、主滑体和隧道分别采取设置普通钢筋混凝土抗滑桩、锚索抗滑桩和加强支护等综合治理措施,使得坡体和隧道结构都处于安全状态,治理效果良好;(3)本研究成果可应用于隧道纵向穿越滑坡体的类似工程,具有借鉴和指导意义。     

弧形排桩—连系梁抗滑结构加固隧道口滑坡应用研究及优化设计

因隧道洞口所在坡体产生滑坡,导致隧道洞口附近衬砌发生变形破坏。为控制隧道衬砌变形破坏,采取增加型钢,加强隧道衬砌的补救措施。但在滑坡推力作用下,型钢发生不同程度的变形破坏,故此,单独加固隧道衬砌并不能有效控制隧道变形。拟采用抗滑桩加固隧道所在滑坡体,通过增加抗滑力控制隧道变形。因单桩抗滑能力有限,为保证提供足够的抗滑力,需要加大桩身截面尺寸,增加桩长,甚至增加桩数减小桩间距及增加排数,如此,会增加施工难度,提高工程造价;而通过在桩顶设置连系梁,使各桩联合作业形成整体,可提高抗滑能力。该库岸滑坡坡面与水面交界处成弧形分布,依据坡面地形将抗滑桩按弧形布置,桩顶设置弧形连系梁,并在连系梁两端设置高强度抗力桩限制其端部位移。通过具体工程实例计算分析,比较连系梁刚度对抗滑结构内力分布的影响规律及加固效果。     

基坑开挖引起下卧既有隧道变形的简化计算方法

为得到基坑开挖对邻近下卧既有隧道变形受力影响，提出一种可预测基坑开挖对下卧隧道竖向变形影响的简化计算方法。采用Mindlin解获得基坑开挖引起既有隧道轴线处的附加应力，将隧道假定成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Vlasov地基；引入隧道侧向土体的影响，考虑既有隧道两端约束，进一步得到隧道竖向变形差分解。工程案例研究表明：与既有文献中有限元数据和实测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与将隧道搁置在Vlasov地基模型(EB-V模型)和Winkler(EB-W模型)地基模型的解析计算结果比较，本文方法计算结果更贴近实测数据。进一步参数研究表明：隧道与基坑中心间距、隧道埋深以及土体模量的增大会引起隧道竖向变形及内力减小；随着既有隧道抗弯刚度逐渐增大，隧道竖向变形会逐渐减小，但会引起既有隧道内力增大。     

土质软岩堑坡半坡抗滑桩锚固深度数值分析

近年来,由于受到场地条件、地形、地层岩性等原因的限制,半坡桩在我国铁路边坡防护及滑坡治理工程已有应用,而关于半坡桩结构设计理论研究较少。提出半坡桩增加一定的桩长或保证桩前一定宽度的岩体,使锚固段所在岩体满足半无限体的要求,利用现有的抗滑桩理论进行设计计算的设计思路。     

洞口支撑作用下隧道-滑坡平行体系受力模式研究

近年来,运营期隧道发生病害的比例逐年提高,其中以洞口处滑坡对隧道的破坏最为严重,对陆路交通安全运营造成严重威胁。通过模型试验,设置桥隧过渡段支撑方式,以连续逐级加载的形式模拟坡体蠕滑变形,对平行体系中隧道的受力模式及破坏过程进行研究。结果表明:在桥隧过渡段支撑作用下,位于滑体内隧道的变形特征与梁式结构一致,可将该段隧道简化为梁式结构;隧道轴向上位于滑带处隧道所受的滑坡推力最大,此处极易发生剪切错断;截面上,隧道拱部所受到的应力比隧道底部大,同时隧道拱部受拉,底部受压,在隧道受拉与受压的过渡区域形成拉压中性区;隧道坡坏的位置位于滑带附近,且隧道拱部首先产生剪切裂缝,随后向边墙扩展,最后裂缝贯通到隧道底部,导致隧道整体破坏。     

高速公路隧道穿越滑坡段变形机制与处治技术

以奉(节)巫(溪)高速公路孙家崖隧道为工程依托,探讨隧道穿越滑坡体时隧道施工对滑坡体的影响机制与处治技术。在滑坡形成机理与变性特征分析的基础上,基于理论研究和数值分析方法提出针对性的滑坡体综合防治措施设计;采用多方位的监控量测措施全程监控了隧道开挖施工扰动对滑坡体形变的影响,并由此探讨隧道与滑坡体之间的相互作用机制。研究结果表明:滑坡体抗滑桩处治方案减小了隧道开挖对滑坡体稳定性产生的不利影响;隧道支护措施能同抗滑桩支挡结构一起组成组合抗滑结构体,有利于滑坡体的稳定。     

泥灰岩边坡倾倒变形机理及处治措施

研究目的:在阿尔及利亚东西高速公路建设期间,多处泥灰岩边坡发生倾倒变形,甚至转化成滑坡,对项目进程造成了重大不利影响,必须研究倾倒变形边坡的机理,分析其稳定性进而实施治理,或在倾倒变形之前实施预加固工程,保证边坡的稳定。研究结论:(1)边坡变形破坏方式受控于边坡本身的内部结构、物理力学性质与外界因素的作用。(2)查明边坡体变形破坏机理和各个不同演化阶段的变形破坏及稳定性程度,针对所处的发展阶段,提出合理的边坡治理措施。(3)治理工程中考虑刷方减载、材料置换、锚固、支挡和排水工程等多方案的组合,选择综合性的治理方案。     

砂土条件下加固隧道掌子面稳定性研究

针对玉磨铁路的太达村隧道工程,结合普氏压力拱理论并参照三维旋转破坏机制,提出考虑土供效应条件下改进的三维旋转破坏模型对砂土条件下隧道掌子面稳定性进行研究。所提出的破坏模型可分为2部分:1)位于交叉层的旋转破坏部分;2)位于覆盖层的拱形破坏部分。基于本文所提出的改进破坏模型,采用岩土-锚杆模型对加固隧道掌子面稳定性进行研究。结果表明:1)通过与现有研究结果对比可知,本文所提出模型是可靠的,且更适合砂土隧道掌子面稳定性分析;2)通过结合具体的工程,可知本文所提出方法能够有效指导实际隧道工程砂土段隧道掌子面加固设计和施工。     

悬索桥隧道锚承载力的室内模型试验研究

综合相关研究结论和工程实践经验,考虑影响隧道锚承载力的主要因素即锚碇尺寸、锚碇埋深和围岩条件,依据相似理论进行室内对比模型试验。通过对隧道锚的锚体及其围岩进行应力和变形观测,从试验现象和数据分析2个方面研究锚体结构受力机理以及围岩变形机制等。研究结果表明:隧道锚的抗拔承载力对围岩条件的改变最为敏感,其次是锚碇埋深,对锚碇长度并不敏感。从模型试验的破坏过程来看,隧道锚的破坏可总结为2种典型破坏模式。试验结果可为依托工程的设计与建设提供基本依据,试验结论可为进一步推广隧道锚在工程中的应用积累经验。     

不同岩层倾角深埋硬岩隧道围岩开挖变形研究

研究目的:深埋硬岩顺层构造由于其分层特性和结构形式的特点决定了在这样的地质环境中开挖隧道,其围岩受力之后的变形和破坏具有一定的特殊性。本文以拟建某高铁黄草隧道为例,就深埋隧道顺层硬岩组合围岩在不同岩层倾角下的开挖损伤变形开展数值模拟分析评价,主要研究不同岩层倾角下的隧道围岩变形、围岩屈服渐进性及稳定性,并给出强度折减至极限状态时硬岩组合隧道围岩的变形破坏模式。研究结论:(1)随着岩层倾角的增大,顺层硬岩组合隧道主变形从岩层弯曲变形逐渐向顺层滑移变形转变,倾角增大至一定程度时( 75°),垂直层面局部位移相对较大,在滑移变形为主的基础上弯曲变形程度加大;(2)硬岩组合的开挖引起洞室周边一定范围内的围岩发生屈服,岩层倾角变化导致围岩屈服区范围大小发生改变,倾角为30°时屈服范围最大,以此为界减小或增大倾角,屈服区均表现为不同程度的减小趋势;(3)岩层倾角存在界限值,硬岩组合黄草隧道为40°,小于或大于该值稳定安全系数均减小,10°～75°区间内稳定安全系数变化幅度最高达17%;(4)强度折减条件下,围岩破坏模式略有变化,表现为:倾角≤30°时,垂直于层面方向的位移量和破坏范围大,围岩以层裂(弯曲折断)破坏模式为主;当倾角 60°时,顺层面方向破裂范围大,但垂直层面破坏优先启动;(5)本研究成果对促进该高铁的顺利建设和今后类似工程的建设有着理论指导意义和工程价值。     

基于Bootstrap和GA-Elman的土质滑坡坡表变形区间预测

坡体变形是表征边坡稳定性最直观的指标。如何科学合理地解译其演化特征,对滑坡灾害预警防范具有重大的工程意义及科学价值。由于滑坡灾害的影响因素中,很多不确定因素都不可能完全准确地定量分析,只能从定性层面建立影响因素与坡体变形的关系,为了解决滑坡确定性预测方法中未考虑预测与数据误差的问题,量化滑坡点预测结果中的不确定因素的影响,依托滑坡坡表变形点预测方法,提出基于残差Bootstrap与GA-Elman神经网络的区间预测方法。相比于传统方法,通过变形伪数据集的建立、GA-Elman模型的迭代训练与总方差估计、ELM网络残差训练与随机误差方差估计等步骤创建的区间预测方法在预测可靠性、区间宽度、针对特殊变化坡体的预测灵活度等方面都有显著提升。利用Bootstrap重抽样模型、GA-Elman神经网络预测算法以及区间预测理论方法,建立基于Bootstrap和GA-Elman的滑坡变形区间预测模型。研究导致滑坡变形的不同影响因素、预测模型参数及置信区间等对于区间预测模型效果的影响,并运用到现场滑坡中。分析结果表明,所提出的方法可适用于现场滑坡,更好地将滑坡降雨等影响因素与坡体表观变形建立联系,为滑坡...