某地下洞室群分步开挖支护的非连续变形分析

文章分别从岩体的分步支护以及相应的收敛准则两方面对已有的非连续变形分析程序进行了改进,并应用改进的程序分析了含有随机节理的某大型水电站地下洞室群的围岩稳定问题,着重研究了施工因素的影响,突出了对分步开挖支护过程的模拟计算分析,并且通过与实际工程监测值的比较,验证了该方法的有效性。通过围岩破坏区深度和关键点的位移比较了三大洞室(主厂房,主变室,尾调室)不同的开挖顺序对围岩稳定性的影响和重点支护的关键部位,并对支护方案进行了优化。研究结果表明,此工程中先开挖主厂房与尾调室,再开挖主变室为最优开挖顺序,并且尾水调压室为洞室群支护的关键部位,可以通过在关键位置增加锚索支护的方式改善其围岩的应力状态。     

杆岩耦合作用下深埋隧洞围岩稳定性主控因素及支护优化研究

由于深埋隧洞围岩显著的流变特点,其变形范围及洞壁位移通常在施作初期支护一段时间后才趋于稳定,因此研究锚杆支护后隧洞围岩变形范围及其洞壁位移量将为支护参数优化及预留开挖量提供重要的理论依据。文章通过建立预应力锚杆与隧洞围岩的相互作用力学模型,分析了杆体与围岩相对位移为零的中性点位置及其最大轴力值。基于锚杆中性点理论,推导了工程扰动、锚杆预应力和孔隙水压耦合作用下隧洞围岩变形范围以及洞壁位移的计算公式。结果表明:多因素耦合作用下隧洞围岩变形范围及洞壁位移随工程扰动和孔隙水压的增大而逐步增加,随锚杆预应力的增大而减小。最后,以秦岭某引水隧洞为工程背景,利用所提出的理论公式计算了该隧洞极不稳定区段围岩变形范围及洞壁位移量,进而对原开挖及支护方案进行了优化。     

大倾角回采巷道松动圈支护优化

随着大倾角煤层广泛开采,其巷道顶底板破坏已经严重影响到矿山的安全生产。文章以西南地区5个矿区的6条大倾角回采巷道为工程背景,首先运用地质雷达对6条大倾角回采巷道顶板及两帮围岩松动圈范围进行现场测试;其次采用3DEC离散元数值模拟软件,对围岩破坏方式、破坏塑性区进行模拟与分析,并综合现场实测结果绘制了大倾角回采巷道围岩松动圈范围图;最后以异形断面为例,对巷道支护方案进行优化。结果表明,采用"锚杆+锚索+钢带"的支护方案,能够有效地控制回采巷道围岩变形破坏,减小底板及两帮破坏范围,确保煤矿安全生产。     

深部极软岩巷道补充锚注加固机理及应用

文章采用有限差分软件FLAC~(2D),对深部极软岩巷道进行辅助锚注支护前后围岩变形破坏规律进行了数值模拟,对锚注支护施作前后锚杆的锚固力、围岩的位移及塑性区的变化情况等进行了系统对比。结果表明,辅助锚注支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了深部极软岩巷道的围岩变形。     

大变形隧道洞周位移与深部围岩位移的关系及应用研究

文章以高速公路双车道隧道为研究对象,采用FLAC~(3D)数值分析软件分别模拟计算了不同埋深、不同围岩级别条件下四种工况的围岩大变形演化过程,发现围岩大变形存在收敛型和不收敛型两种类型,并记录了不同洞周位移时深部围岩位移的数据,通过分析不同部位围岩位移变化曲线获得了洞周位移与深部围岩位移之间的关系。结果表明:对于同一类型的大变形,洞周位移与深部围岩位移之间的关系一致;对于不同类型的大变形,二者的关系存在差异。在通过数值模拟分析判定大变形类型的基础上,利用洞周位移与深部围岩位移的关系曲线判断深部围岩的松动区及塑性区范围,并将判断结果与前人实测的大变形条件下的松动圈范围进行对比,验证了该方法的合理性。最后将这种关系通过多元回归分析得到回归函数,以便于实际运用。     

基于缓冲算子修正的新维无偏灰色模型的洞室围岩位移预测

洞室围岩位移预测是保证施工安全以及工程质量的重要措施。文章针对洞室围岩变形具有时间序列的单调增长性和随机动态性等特征,基于无偏灰色GM(1,1)预测模型的构建理论,引入指数型弱化缓冲算子来消除围岩位移原始数据序列所受的随机干扰,同时结合新信息优先的原理,提出了一种基于缓冲算子修正的新维无偏灰色GM(1,1)模型对围岩位移进行预测并将该模型应用于旁多水利枢纽工程洞室围岩位移时序预测中。结果表明,该模型具有精度高、科学可靠的特点,为洞室围岩位移预测提供了新的途径。     

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。     

隧道围岩压力和锚杆轴力的特性分析

结合江西武吉高速公路隧道15个典型断面的监测信息.分析围岩压力和锚杆轴力的稳定值和稳定时间变化规律.结果表明,锚杆未能充分发挥支护作用,应加强锚杆锚固力;隧道位置、施工方法及围岩级别对围岩压力和锚杆轴力的稳定时间有影响.利用围岩压力经验公式计算值与实际监测值进行比较,分析了经验公式对实际隧道工程的适用性.结果表明,深浅埋法计算值比实测值大;系数法和普氏法计算值与实测值相近,但计算结果有赖于参数的选取;泰沙基法计算深埋隧道的围岩压力误差较大.考虑隧道埋深和围岩级别的影响,获得围岩压力与隧道埋深的乘幂关系,以及围岩压力与围岩级别的指数拟合公式.通过监测数据获得的一些规律性结论,可为隧道结构设计和结构计算提供参考.     

前伏溶洞巷道开挖突水数值模拟研究

为研究前伏溶洞对巷道开挖围岩稳定性的影响,文章结合工程实例,采用FLAC~(3D)建立考虑渗流-应力-损伤相互影响的数值模型,分析了溶洞巷道围岩在开挖过程中应力、变形、塑性区以及渗流场的变化特征。分析结果表明:(1)当工作面靠近溶洞时,溶洞对巷道前方岩体的分区破裂损伤现象有一定的抑制作用;(2)随着工作面距溶洞距离的减小,巷道工作面岩体最大位移将逐渐增大并出现"突变"特征,同时最大位移位置也会随着涌水通道的变化而不断变化;(3)当防水岩柱小于一定厚度时,前伏溶洞巷道围岩涌水量将会突然增大,表现出明显的突水现象;(4)巷道围岩渗流与渗透系数变化是导致前伏溶洞巷道突然发生坍塌、掉块以及突水的根本原因。     

广梧高速公路隧道二衬合理支护时机确定方法

文章以广梧高速公路为工程背景，介绍采用以隧道拱顶下沉及周边收敛的收敛速率作为判定标准的经验法，来确定隧道围岩的二衬合理支护时机。通过现场实际监测结果分析，确定了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩相应的收敛趋于稳定时的掌子面推进时间与距离，为这四种级别围岩的二衬合理支护时机的确定提供依据。     

基于非接触测量技术裂隙岩体隧道开挖局部损伤分析

裂隙岩体损伤区的合理确定对于工程开挖和支护方式的选择至关重要。文章针对这一问题,提出了基于现场岩体结构面的精细测量和表征技术,利用优化后的数值模型定量分析隧道岩体损伤区范围及其力学特性;结合辽宁建兴高速公路某隧道开挖工程实例,采用非接触测量手段采集隧道掌子面的结构面信息,并导入GeoSMA-3D系统,生成接近实际情况的三维空间结构面模型;在此基础上利用颗粒流数值方法 PFC计算确定隧道开挖损伤区范围,并对围岩应力、位移曲线和力链、裂隙分布进行了对比分析。其研究结果表明,力链集中表征围岩开挖扰动程度,裂隙的密度表征围岩开挖损伤程度,而裂隙的贯通则与破坏区对应,从而可以较准确地识别节理岩体隧道工程中岩体损伤区范围及其力学特性;同时利用PFC也较好地模拟了岩石在破坏阶段存在的损伤局部化现象。     

卵石地层地铁隧道近接施工位移特征研究

以北京地铁9号线某区间隧道近接既有铁路桥梁施工为背景,文章基于Hardening-soiJ本构模型采用三维数值计算与现场实测结果相对比的方式,研究卵石地层地铁隧道近接既有铁路桥施工的位移特征。研究得出的结论为:(1)卵石地层岩体较为松散,胶结性较差,围岩稳定性较低,可引入Hardening-soil模型模拟其应力-应变关系;(2)区间隧道开挖引发的竖向位移主要集中在隧道拱顶部位,并随着向地层深部的发展逐渐衰减;(3)地铁区间隧道施工引发的地表沉降可认为是两条单洞隧道地表沉降曲线的叠加,现场实测与数值计算得出的规律一致;(4)既有铁路桥结构最大位移值小于《铁路线路修理规则》的容许位移,现有开挖方式和支护参数满足既有结构安全运营条件;(5)地铁区间隧道开挖引发的地层、既有桥梁结构水平位移整体较小;(6)区间隧道开挖引起的土体扰动主要集中在隧道洞周5.4 m范围内。     

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。     

爆炸应力波在洞室围岩中的分布及洞库稳定性研究

文章采用模型试验和数值计算相结合的方法,对爆破应力波在下部已有洞库围岩内的传播及洞室的安全稳定性进行了研究,得到了爆炸波在洞室围岩体内的分布规律及拱顶的位移曲线。结果表明:压力峰值随着距爆点距离的增大而逐渐减小,通过爆心竖直测量线上的垂直压力峰值大于通过洞室形心水平线上对应位置处的压力峰值,水平测量线上测点的垂直压力峰值基本上大于水平压力峰值;正拱顶部位爆炸压力峰值小于衬砌材料的抗压强度,且拱顶没有产生不可恢复的永久位移,洞室是安全稳定的;交通隧道爆破施工时,应重点监测其下方洞室正拱顶及拱脚与侧墙顶部交接部位衬砌的动态反应。     

基于PFC~(3D)的深埋圆形巷道变形破裂时效特征分析

深部岩体的变形破裂时效特征是事关巷道稳定性与控制的关键问题,文章以某深埋巷道工程为背景,采用离散颗粒元软件PFC~(3D)以及物理模型试验分析了巷道周边岩体的变形破裂时空演变规律与机理。研究结果表明:(1)巷道围岩变形与巷道开挖时间呈"台阶式"增长关系,与其距巷道表面的距离则呈指数衰减关系;(2)随着巷道向前推进,巷道两帮岩体会在拱腰附近出现往深处以及顶底板方向逐渐扩展的剪切滑移裂纹,同时其裂纹数目、破裂分形维数值将呈指数衰减式增长变化;(3)巷道岩体剪应力传递是一个滞后和衰减的过程,巷道开挖将使巷道两帮浅部岩体剪应力迅速增大而发生屈服破裂现象。当发生屈服时,该处岩体剪应力将往深处传递,导致邻近岩体发生延性剪切破坏,进而产生明显的剪切滑移裂纹。     

复合地层隧道开挖面稳定性分析

文章针对隧道开挖地层为复合地层的情况,构建复合地层隧道数值分析模型,研究复合地层隧道开挖面稳定性,同时分析不同支护压力作用下开挖面位移及塑性区的变化特征。研究结果表明:(1)研究复合地层隧道开挖面位移与塑性区变化特征,上软下硬的开挖面位移由0.04m增加至0.45m,塑性区范围扩展且集中于开挖面前方;(2)不同支护压力能够有效降低开挖面位移,支护压力与开挖面位移呈现指数函数降低,同时塑性区范围逐渐向软硬岩分界面处收缩,直到开挖面前方无塑性区;(3)极高支护压力作用下,塑性区不仅不会消失,甚至会由顶底板处重新扩展到软硬岩分界面处。     

大跨地铁隧道斜井进洞垂直挑顶施工关键技术

针对软弱围岩三线大跨地铁隧道斜井进正洞施工变形不易控制的难题,文章以深圳轨道交通工程新莲区间隧道斜井进正洞段挑顶施工为例,提出了适用于城市地铁隧道工程垂直挑顶进洞的施工方法,阐述了垂直挑顶进洞施工方案、施工流程和施工要点。文章采用数值模拟方法对所提出工法的合理性进行了研究,结果表明:(1)在交叉口处加强支护,采用小导洞爬坡挑顶进正洞是一种有效可行的方法;(2)在斜井与正洞交叉口处设置加强支护可解决因斜井及正洞断面尺寸差距大造成的施工难题;(3)小导洞爬坡挑顶施工为正洞拱架初期支护安装提供了条件,有利于正洞施工快速转换为双侧壁施工工艺;(4)交叉段拱顶围岩存在应力松弛区,通过采取加强支护等措施,该工法对围岩位移控制较优。     

基于遗传算法的地下洞室围岩力学参数反分析

围岩是地下洞室的主要承载结构,设计分析时采用的围岩力学参数是否合理直接影响计算结果的可靠性。文章结合某水电站引水隧洞工程,根据围岩监测数据,基于遗传算法,对ABAQUS商业软件进行二次开发,编写了遗传算法程序,对地下洞室围岩力学参数进行反分析,利用反分析得到的参数与工程设计采用的参数进行对比,分析讨论设计采用参数的合理性。结果表明,围岩参数反演值大于设计值,利用反演得到的参数进行计算,位移值小于初始参数的计算值,说明设计采用的参数取值偏安全。类似洞段的分析结果表明,文章采用的方法在类似工程的参数分析中具有很好的适用性。     

考虑粘滞系数时间效应的圆形巷道围岩径向位移计算方法研究

文章基于西原模型,利用对应原理,建立非对称性荷载条件下的围岩径向粘弹性位移解析表达式,同时参考相关文献关于西原模型的蠕变参数的时间关系,进一步获得了考虑西原模型蠕变参数时间效应的围岩径向位移的粘弹性解。通过算例对比计算表明:考虑西原模型蠕变参数时间效应关系时,其最大径向位移值要大于不考虑蠕变参数时间效应的情况,说明模型分析的围岩达到稳定状态的时间要比不考虑时间效应的情况长。通过实际工程案例的监测结果和理论计算结果对比,发现二者随时间的变化趋势是一致的,实际的位移变化要比理论计算结果大,二者的误差在18%~26%。     

乌鞘岭特长隧道围岩监控量测设计与应用

文章重点介绍了以监控隧道稳定性为目的的围岩监控量测在乌鞘岭隧道工程中的应用.通过监控围岩和支护状态,并对量测数据进行分析,来调整支护参数及最大预留变形量,确定仰拱、二次衬砌的合理施作时间,制定相关施工方案和措施,判定施工方法是否有效,并根据实施效果作出评价.