节理岩体隧道的稳定性分析

由于节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性,并且对岩体变形、应力等力学行为造成重要影响。文章对已有的非连续变形分析程序进行了两点改进,采用改进的SSOR-PCG方法并且加入了位移收敛准则;应用改进后的程序对某公路隧道进行了稳定性分析,通过对关键点位移的监测优化了开挖顺序,结果表明对于左右洞室隧道一次性开挖比分步开挖能减少对围岩的扰动;然后通过对关键点位移的监测,分析了锚杆的锚固效应,优化了支护参数。     

地震动参数对地下洞室安全系数的影响分析

为解决地震作用下地下洞室围岩安全的定量评价问题,文章建立了一种基于整体安全系数和点安全系数的围岩稳定综合评判方法。首先给出了基于岩体抗剪强度折减原理的洞室整体安全系数计算方法,该方法以主厂房和主变洞之间的塑性区恰好贯通作为洞室整体失稳的临界判据,整体安全系数通过搜索折减系数而得到;然后给出了基于Mohr-Coulomb屈服准则的点安全系数计算方法。结合西南某水电站地下厂房洞室工程,研究了不同地震动输入参数对洞室整体安全系数和关键部位的点安全系数的影响规律。计算结果表明,基于安全系数的地下洞室围岩稳定定量评价方法是可行的,能够反映不同工况下洞室整体安全程度和不同部位的局部安全程度。研究发现,洞室整体安全系数和关键点安全系数均随地震波振幅、持时的增加而减小;随入射角的增加而增大;地震波低频对洞室影响较大,高频则影响较小。     

锦屏二级水电站交叉隧洞模型试验研究

多洞室交叉处围岩力学状况目前国内外研究相对较少。文章以锦屏二级水电站3#引水隧洞三洞交叉段为工程背景,为了解交叉洞室对围岩的影响,进行了三维地质力学模型试验;通过两组试验,有效地揭露了交叉洞室间的相互影响,以及开挖与支护方法对围岩稳定性的影响。最后通过超载试验,确定了交叉洞室的破坏模式及其破坏过程;试验结果为指导施工提供了依据。     

非对称小净距隧道施工力学特性研究及方案优化

非对称小净距隧道合理的开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。文章结合净距2.0 m非对称公路隧道工程实践,通过二维弹塑性有限元数值仿真模拟,研究分析了隧道开挖顺序对支护力学行为特性及围岩稳定性的影响,得出了先开挖较小断面隧道优于先开挖较大断面隧道的结论,为非对称小净距隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

大跨度地下洞室集成化围岩分类体系构建及可视化程序实现

文章通过整合目前国内外常用的围岩分类方法,对各分类方法评价指标、评价标准进行了相关性分析研究,从内核建立了分类方法等效换算公式、经验性关联图表;且针对大跨度地下洞室工程扰动影响作用的显著特征,依据"有限性劣化"处理思路,提出了工程因素对围岩质量劣化效应的定量表示法,藉此构建了可反映工程因素影响的集成化围岩分类体系;应用VB.Net语言编制了"大跨度地下洞室集成化围岩分类体系(IRMCS)"可视化程序。该程序可实现"一次输入,多种分类方法评价结果输出";最后,以大岗山水电站主厂房顶拱厂横0-60~0+166m围岩为例,应用该程序对其围岩分类、稳定性结果、支护建议予以综合评价,分析结果与实际情况吻合度较好。     

深部巷道围岩支护阻力确定及其应用

文章通过理论计算获取围岩压力与位移,通过绘制P-U图分析支护与位移的关系,以此确定深部巷道围岩支护阻力。分析认为:在对深部巷道围岩压力和位移进行量化计算的基础上,可以确定深部巷道围岩支护阻力范围;利用P-U图中围岩与支护的关系,可选择合理的支护技术方案和支护时间。该方法在龙固煤矿主泵房洞室支护中进行了应用,结果表明:(1)采用实际围岩力学参数计算出的巷道围岩压力和位移符合工程实际,深部主泵房洞室围岩支护阻力的合理范围为4~6 MPa;(2)深部巷道的支护技术方案和支护时间可以依据支护阻力和P-U图确定;(3)该研究成果已成功用于煤矿工程实践。     

大断面浅埋偏压隧道CRD法施工工序研究

文章以良村隧道CRD法施工为工程背景,布设了变形监测点及内力测试元件,分析了CRD法施工隧道围岩变形情况及结构内力特征,并对CRD法施工隧道在不同开挖顺序下的开挖过程进行了数值模拟,分析比较了不同开挖顺序时的围岩位移、应力变化情况。结果表明:CRD法对各分部施工工序影响较大,且各分部对拱顶下沉的影响程度从大至小依次为1部、2部、3部和4部;隧道内侧围岩压力大于外侧,钢支撑内力均为压应力,且拱腰位置轴力大于其它部位。比较隧道开挖变形的差异以及结构的受力特点,结合数值分析结果,得出了山体外侧先开挖方案无论在围岩变形还是隧道结构受力方面相比于山体外侧后开挖都较小,安全系数相对较高。因此,合理的施工工序应该是先进行山体外侧开挖并施作初期支护,然后再在山体内侧开挖施工。     

连拱隧道先行洞室支护体系施工力学性态研究

结合连拱隧道工程实践,对隧道施工中先行洞室支护体系应力进行相关监测,分析不同开挖工序下应力变化规律。研究结果表明:先行洞室上台阶及仰拱开挖引起了支护应力较大变化及重分布,为支护稳定的控制点;隧道开挖对支护应力的纵向影响距离大致为隧道跨度的2倍,约为20～25 m;开挖效应消失后,左右拱圈45°处应力的时间效应较其它位置要明显;封闭支护结构是改善结构受力的有效途径,应及时施作仰拱和形成封闭环。该研究结论可为类似条件下连拱隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。     

雁门关隧道挤压性围岩变形控制技术

北同蒲取直线雁门关隧道软弱围岩段埋深大,构造应力水平高,给隧道施工变形控制造成了极大困难。文章根据雁门关隧道挤压性围岩的工程特性,对洞室变形控制措施进行了研究。首先通过有限差分法(FLAC3D)数值计算确定了弧形导坑预留核心土三台阶七步开挖法的核心土合理长度;其次根据隧道塑性区范围与形状优化了系统锚杆的长度;而后通过对双层支护力学效应及内层支护施作时机的研究,得出理论上雁门关隧道的内层支护最佳时机为内层支护与外层仰拱同时施作;最后通过数值计算和现场工程实践,形成了"3~4 m核心土长度+超前支护+优化设计的系统锚杆及锁脚锚管+双层支护(H175+I22a)"的雁门关隧道挤压性围岩变形综合控制技术。该技术对在构造应力发育的软岩地区修筑隧道具有一定的借鉴意义。     

大型地下车站洞室结构设计施工技术

红旗河沟车站是重庆轻轨3号线与地铁6号线的地下换乘车站,也是当前全亚洲建设规模最大的地下暗挖车站.依托该工程,介绍了大型浅埋暗挖洞室主体结构设计方法、支护衬砌设计与施工技术,包括洞群组成、主洞与附属洞的衔接方式、埋置深度确定、主洞断面设计、高边墙式大断面主洞开挖工法、支护类型等；着重研究了十字交叉节点的结构设计方法,并采用有限元方法进行了结构受力特征分析与开挖过程施工力学计算.通过施工过程的力学分析与精细化设计,红旗河沟车站成功建成,相关设计施工方法对今后类似超大型地下洞室工程具有一定参考价值.     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

大埋深、高地应力地下洞室群围岩破坏机理及应对措施研究

地下洞室开挖过程中,脆性围岩应力释放型破坏(岩爆、片帮掉块等)和结构面—应力型破坏(围岩松弛、喷层开裂、顶拱坍塌等)是洞室群围岩破坏常见的主要形式。文章以白鹤滩水电站左岸尾水连接管洞室群为研究对象,结合现场踏勘统计分析,基于500μm显微镜观察、室内岩石力学单轴压缩试验对围岩应力释放型破坏机理进行了研究,基于数值模拟、孔内摄像技术对围岩结构面—应力型破坏机理进行了研究,并分别提出了相应的应对措施。研究表明,完整性较好的脆性围岩(Ⅱ类)具有一定的塑性性能,洞室开挖卸荷后岩体易发生压剪破坏,产生与受力方向呈小夹角的破坏面,塑性势能沿破裂面释放,进而引起薄层掉块或岩爆现象;对于完整性较差的围岩(Ⅲ类),由于节理、错动带等裂隙的存在,多表现为岩性强度高、岩体强度低的性状。围岩微裂纹在高地应力作用下逐渐扩展连通,形成相互切割的结构面,并逐步向岩体深部不断发展,直至应力完全释放,受周边洞室爆破振动影响时易发生坍塌现象,破坏过程在宏观上表现为由表及里并具时效性的特点。     

基于虚拟支撑力的隧道合理支护时机探讨分析

以连云港北固山隧道为工程背景,利用有限元分析软件,分析了隧道开挖后在不同荷载释放系数下施加支护的作用效果；同时,结合超前注浆加固机理,对施作超前支护与不施作超前支护两种工况在不同支护时机下施作初期支护的围岩及支护结构的力学特征进行了对比分析,并根据两种工况下支护时机对隧道开挖后围岩及支护结构力学特征的影响,初步确定了较理想的初期支护时机.     

某大型地下洞室群断面变形监测数据的时序分形特征研究

文章以某大型地下洞室群工程项目为背景,首次引入标准极差(R/S)分析法处理收敛变形时程数据。首先,根据Hurst指数的基本含义并结合力学原理,指出分形维数代表断面变形的收敛速度,而Hurst指数本身代表监测开挖后围岩的松动程度;然后,计算分析了实际变形数据的Hurst指数及其分形维数,从而判断了变形时程曲线的动力特征,比较了同一断面各测线之间的区别;进一步分别计算了同一轴线上不同断面监测数据的Hurst指数值,推测了本工程区域内围岩变形性能的演变趋势;最后,总结了Hurst指数的影响因素及其算法的改进思路。     

偏压及非均质性地层对小净距隧道安全稳定性的影响

采用大比例(1:20)物理相似模型试验和数值计算,模拟了在Ⅳ、Ⅴ级围岩中净距6 m、坡率为1:1的小净距隧道开挖过程,研究了初期支护状态下偏压小净距隧道的地中位移、洞周位移增量、围岩压力规律,对比分析了不同围岩组合对小净距隧道安全稳定性的影响;得出了不同围岩情况下偏压隧道的基本力学特性,优化了隧道开挖顺序,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据.     

高地应力软岩隧道变形控制设计与施工技术

高地应力软岩隧道施工中常常发生大变形地质灾害,给工程的安全施工和建设管理带来极大的困难。文章依托兰渝铁路高地应力软岩隧道,进行了高地应力软岩隧道围岩分级,制定了初期支护破坏准则,同时建立了地应力合理释放与有效约束之间的平衡。在高地应力软岩隧道设计与施工中,通过采取预留变形量、合理的初期支护、可靠的开挖工法、关键部位锚注加强、动态支护补强等5项技术措施,有效地控制了大变形的发生,达到了初期支护不破坏、不拆换的目的,保证了工程的安全快速建设。     

大断面超小净距浅埋隧道施工过程地表沉降变形规律研究

文章基于四车道大断面超小净距的浅埋隧道开挖理论,以钦州市北部湾大道至中马钦州产业园道路工程B隧道为工程依托,对隧道在施工过程中进行地表沉降观测,研究了双侧壁导坑法施工中各施工步骤对地表沉降变形的影响规律及超小净距的邻近隧道开挖对已开挖隧道地表沉降的影响情况,并结合各测点的实测数据与太沙基地下洞室围岩压力理论,分析得到大跨度浅埋隧道开挖岩体的扰动范围。     

黄土地铁隧道锚杆布置方式的模型试验研究

文章利用平面应变三向加载装置进行室内模型试验,对无锚杆、全环锚杆和边墙锚杆三种锚杆布置方式进行了对比试验,并参考工程现场测试结果,对系统锚杆在黄土地铁隧道中的作用进行了研究;通过模型试验获得了适合黄土地铁隧道的锚杆相似材料,实现了"先加载,后挖洞"以及锚杆和衬砌联为一体的试验方法。通过对比发现:系统锚杆能较好地控制掌子面周围的塑性区发展;边墙锚杆在隧道洞室开挖支护后能加快围岩应力调整,且能有效改善衬砌的受力情况;综合考虑经济因素,认为边墙锚杆支护系统在浅埋暗挖黄土地铁围岩中加固效果较好,实际施工中应予以保留。     

大跨度洞室拱顶衬砌拱脚爆破开挖施工技术的研究

文章主要是针对由锐角、钝角与直角结构组成的复杂洞室断面,其特殊部位的控制爆破开挖方案的设计、试验与施工技术进行的分析研究.在某水电站主机洞室的钻爆法施工中,通过利用岩体钻孔线状装药爆破的特点,设计出的多向布孔、分步爆破的施工方案,有效地实施了洞室小角度复杂结构断面特殊部位的爆破开挖,解决了采用爆破技术实施复杂结构断面地下洞室爆破开挖质量难以保证的难题.