京张高铁八达岭长城站大跨深埋三连拱围岩压力计算方法研究

大跨度深埋三连拱隧道具有开挖跨度大、施工工序复杂、各洞室协同受力等特点,支护结构设计需要进行荷载-结构模型验算,而荷载如何确定尚无成熟的计算方法。依托京张高铁八达岭长城站三连拱隧道工程,基于普氏平衡拱基本假定并借鉴深埋双连拱隧道荷载计算方法,推导出深埋三连拱情况下围岩压力计算解析解。研究表明:三连拱隧道围岩压力由拱部松散土压力和中隔墙共同承担;中隔墙的主动支撑作用非常重要,这与双连拱隧道的受力变化规律吻合;该计算方法适用于具备一定强度的接近松散体围岩;通过解析法计算结果与现场监测数据对比分析,水平与竖向围岩压力最大相对误差分别为9.75%和10%,验证解析法计算结果的合理性。     

敖包梁隧道围岩与支护结构稳定性研究

隧道围岩与支护结构稳定性问题一直倍受岩土工程界关注。采用室内试验方法研究煤系岩层高岭石峰值及峰后力学特性,基于Mohr-Coulomb强度准则的岩石峰后应变软化理论,构建敖包梁隧道三维有限差分数值模型,计算隧道围岩变形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合理性。研究表明:采用理想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。     

破碎围岩中连拱隧道荷载计算理论解

针对连拱隧道围岩、结构整体受力和受力敏感分析不明确的问题,提出按岩体结构观点对连拱隧道围岩进行分类,即分成连续介质围岩、碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩。将碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩称为破碎围岩。建立破碎围岩的力学模型,求破碎围岩中连拱隧道荷载的理论解。     

黄土隧道围岩工程特性及纵向位移分析

以采用台阶法施工的兰渝铁路黄土隧道为背景,通过三轴固结排水剪切试验分析黄土隧道围岩的工程特性,采用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,选取双线性应变硬化/软化遍布节理模型模拟黄土隧道围岩的工程特性,研究黄土隧道围岩的纵向位移。结果表明:隧道开挖扰动破坏了黄土隧道围岩的结构性;黄土隧道围岩的摩尔破坏包络线为双线性折线;黄土隧道围岩垂直节理遍布发育;围岩纵向位移总体上是边墙处小于拱顶处,围岩先期纵向位移约占总纵向位移的33%～41%,随着掌子面推进围岩纵向位移趋于稳定;预留核心土可有效地控制围岩纵向位移和塑性区的发展,有利于掌子面的稳定和施工安全;掌子面空间约束效应的影响范围约为-4R～4R(R为隧道开挖当量半径);由本文模型预测的围岩先期纵向位移与既有理论结果相符,但更能反映黄土隧道围岩的工程特性。     

岩溶区深埋隧道围岩力学特性分析

建立溶洞—隧道体系的围岩力学特性理论分析模型,采用Schwarz交替法推导既有溶洞条件下开挖深埋隧道时围岩应力和变形的解析解。以齐岳山铁路隧道为例,将围岩力学特性的解析结果与有限元数值结果进行对比,验证了模型解析解推导过程的准确性。分析结果表明:溶洞的存在使隧道开挖过程中围岩产生了偏压现象,靠近溶洞一侧的围岩产生了明显的竖向应力集中,两侧水平应力则差别不大;靠近溶洞一侧围岩产生了更大的水平位移,两侧最大值之比约为1.7;随着溶洞与隧道净距的增大,偏压现象逐渐减弱,净距大于1.5倍溶洞直径时,可以忽略溶洞对深埋隧道围岩应力的影响。     

考虑流变特性的隧道围岩变形效应分析

为了探讨考虑流变效应情况下隧道围岩和衬砌的变形情况,从而进一步确定隧道的合理衬砌时机。首先,分析围岩的流变特性对隧道变形和衬砌抗力的影响,通过理论推导得到了同时考虑黏弹塑性的隧道围岩变形计算公式,该公式包含时间参数,可确定达到不同衬砌位移及围岩位移所需要的时间。然后,以南龙铁路隧道工程为背景,针对隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩压力和初衬内力,开展隧道二衬合理支护时机的监测分析,得到围岩变形计算公式中的待定系数,并确定隧道衬砌的合理支护时机。将得到的结果与现场监测的结果进行对比,发现二者得到的二衬支护时机基本相同,从而验证计算结果的正确性。     

地铁隧道安全性和围岩强度参数分析

青岛地铁3号线永平路站至火车站北站区间段是小间距双线隧道,下穿胶济铁路,其围岩安全稳定性尤显重要。基于有限元强度折减法分析了围岩安全稳定性,计算了小间距双线隧道的安全储备系数,分析了塑性区分布及潜在破坏面。分析时,采用DP4屈服准则,并以围岩的塑性区贯通及计算不收敛作为隧道围岩极限状态的判据。提出反演分析与最小安全系数法结合,并借助最优化理论和正交试验,反推围岩强度参数。     

挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律研究及工程应用

挤压性围岩隧道大变形问题是近年来困扰隧道建设者的突出难题之一。以丽香铁路长坪隧道为工程依托,采用数值计算与现场测试相结合的方法,研究了挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律,并应用于工程实践。主要研究结论为:(1)单线隧道受洞室形状影响,变形以水平方向为主,围岩压力以垂直方向为主;(2)支护结构均以受压为主,拱腰和墙脚是易产生应力集中的薄弱环节,实测锚杆多受拉,墙中锚杆轴力远大于拱部及墙脚锚杆;(3)实测受力变形分布规律与计算结果基本一致;(4)工程实践中通过采取断面曲率优化、加长边墙系统锚杆、两台阶法开挖、高效锚杆钻机等措施,有效控制了围岩变形,隧道结构安全稳定。     

汤郎—易门深大活动断裂对秀宁隧道围岩改造作用分析

秀宁隧道为改建铁路成昆线广通至昆明段扩能改造工程中全线关键控制性工程,隧道出口段的汤郎—易门晚更新世区域性深大活动断裂控制了全隧的地形地貌、地质构造、地下水系及不良地质等,对全隧的围岩改造作用十分显著。本文基于汤郎—易门断裂的活动特性及展布,在探讨断裂对全隧地层岩性、岩体结构、地下水活动、应力场环境等影响的基础上,研究活动断裂对秀宁隧道围岩分级改造作用的影响,以期为隧道设计和施工提供较准确的地质科学依据。研究结论:(1)秀宁隧道具有复杂的区域地质构造环境、多变的地层岩性及复杂的水文地质环境特征;(2)汤郎—易门断裂具有多期次活动构造活动特征;(3)断裂对围岩的改造作用主要体现在岩性及其力学性质、岩体结构及裂隙、地下水活动、初始应力场环境4个方面。     

高速铁路大断面深埋黄土隧道围岩压力计算方法

依托郑西铁路客运专线大断而深埋黄土隧道洞群,进行现场围岩压力量测试验,得到不同黄土地层的围岩压力,发现围岩压力沿隧道全断面分布相对较为均匀.采用太沙基松散体围岩压力理论、铁路隧道设计规范深埋围岩压力公式、普氏理论、卡柯理论4种方法分别计算围岩压力,并与实测值对比.结果表明,基于太沙皋理论的计算值最接近实测值,且具有一定的安全余量,因此推荐采用太沙基理论计算大断面深埋黄土隧道的围岩压力量值.依据实测围岩压力的垂直与水平分量沿隧道跨度与高度方向的统计规律,确定垂直方向与水平方向围岩压力的计算图式.分析指出,垂直方向围岩压力计算图式可采用均匀分布或"尖峰"形分布,水平方向围岩压力计算图式可采用"鼓肚子"形分布.