非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况，为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响，以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型，将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载，以其随岩体深度变化及偏压情况为条件，按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程，以非连续边界荷载和为条件求解方程，将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合，形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比，验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下，围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载，2种围岩压力计算值存在一定的偏差，压力差值与隧道埋深有关；当埋深小于7 m时，将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近； 当埋深大于8 m时，将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

衬砌压力隧洞的弹塑性应力解

基于全量理论将岩体单轴应变非线性软化本构模型推广，得到复杂应力状态下岩体等效应力和等效应变关系，在此基础上对衬砌压力隧洞进行弹塑性分析，对弹塑性边界位置在衬砌和围岩范围内分别进行了讨论，指出边界位置的不同应采用不同的计算公式，并得到了由隧洞开挖卸荷引起的、围岩开始屈服时的极限压力以及内压力作用下分别使衬砌、围岩开始屈服时的极限压力。     

基于等效光幕亮度理论的隧道入口段亮度计算方法

为了获得更加合理的隧道入口段亮度设计值,首先分析了隧道入口段亮度的确定方法,指出了Adrian和Augdal提出的等效光幕亮度计算方法中,都因为忽略了某些计算项而造成得到的极坐标圆环边界视角存在一定的误差;为解决该问题,提出采用数值积分的方法确定各圆环边界的对应视角,并给出了计算得到的各圆环边界视角值和由此得到的等效光...     

京珠高速公路温泉隧道的施工监测及位移反分析

介绍京珠高速公路温泉隧道的原位量测与监控系统,先对隧道围岩收敛、拱顶下沉及其内部位移等实测数据进行分析,并根据隧道围岩收敛情况,利用位移反分析程序BMP90,进行反分析得到等效弹性模量以及侧压力系数等地层参数,对隧道围岩的稳定性进行了评价。利用反分析得到的弹性模量等地层参数进行了二维弹性有限元分析,并与实测结果进行了简单的对比分析。分析结果表明等效弹性模量应取终测时刻反分析值或较小的反分析值比较接近实际,反分析侧压力系数通常可取全程回归分析值;利用反分析得到的地层参数对隧道开挖进行二维弹性有限元分析结果与实测值相符合。     

有限元计算真空荷载处理软基沉降的建议

针对国内工程界在真空预压加固软基数值分析中使用较多的等效荷载理论展开分析。通过工程实例，采用真空荷载实现的不同处理方法、有限元软件模拟现场情况，计算固结过程，并将计算结果和实测值对比，指出了等效荷载理论处理真空荷载的方法存在不足，建议通过调节边界单元结点孔隙水压力为实测值来实现真空加载。     

基于位移反分析的浅埋偏压隧道有限元模拟分析

为了更加准确地获取有限元模拟分析中围岩的力学参数,以广西隆林~百色高速公路某隧道为例,采用一种基于位移反分析的围岩力学参数选取方法。根据现场实测数据,采用BMP90位移反分析程序进行反分析得到等效弹性模量及侧压力系数,并在进行ANSYS有限元模拟计算时分别选用由反分析得到的等效弹性模量及侧压力系数和规范建议的取值,将最终计算结果与实测数据进行对比,结果发现基于位移反分析的计算结果与实测值较为接近,表明由反分析得到的围岩参数与工程实际更加吻合。研究内容能为隧道工程围岩力学参数的赋值选取提供一定的参考。     

基于Hoek-Brown准则的强度等效方法对比及应用研究

为准确评价围岩稳定性,通常利用FLAC3D中的遍布节理模型,并采用Mohr-Coulomb强度准则开展模拟计算,但由于其本质上是将层状岩体视为各向同性,因此模拟结果与现场监测值相比误差较大。基于修正的Hoek-Brown准则,将其在■平面与Mohr-Coulomb强度准则分别进行瞬时等效、最佳一次逼近,推导出相应的等效强度公式。利用该公式计算得到不同倾角岩体的等效强度参数,并导入FLAC3D遍布节理模型,研究渝湘高速共和隧道段围岩稳定性。结果表明:1)采用2种方法对岩体参数进行修正,隧道开挖后关键点变形均大于修正前,更接近实测值; 2)瞬时等效修正所得偏应力σ_1-σ_3值小于修正前,而最佳一次逼近修正所得σ_1-σ_3值始终大于修正前,且随倾角变化趋势与修正前相同; 3)2种修正法均可用于岩体参数修正,经过对比分析认为最佳一次逼近修正效果更佳。     

基于复杂边界的牵引车车架疲劳研究

为提高车架疲劳寿命计算精度和在设计阶段对车架寿命进行准确预测，须考虑主结构外连点处动载荷对车架疲劳的影响及耦合作用，故本文中提出基于复杂边界的车架疲劳研究方法。通过试验场整车载荷谱采集，得到其全循环损伤值，基于损伤等效原理获得多种路面组合损伤值，与全循环损伤值等效精度为99.5%。构建主结构外连点的有限元车架模型，输出复杂边界的单位应力场；基于载荷谱、台架数据建立含有鞍座、拖车系统的高精度整车动力学模型，获取外连点处动载荷；由疲劳损伤理论计算车架疲劳，疲劳分析结果由试验场路试验证，结果表明基于复杂边界的车架模型仿真精度高，结合局部优化、模型重构使车架寿命满足要求。     

寒区隧道含相变围岩传热渗流耦合数值分析

为研究寒区隧道围岩在冻融循环过程中的水-冰相变现象和渗流速率对围岩温度场分布的影响,基于COMSOL Multiphysics 多物理场分析软件,建立含相变的围岩温度场与渗流场耦合模型,通过改变模型中的渗流速率、已冻区和正冻区的边界温度Tm,对寒区隧道的围岩温度场进行数值分析。数值分析结果表明： 边界温度Tm影响正冻区的范围和不同深度处围岩水-冰相变发生的时刻,但不同的边界温度Tm对围岩温度场的影响较小; 当渗流速率高于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场具有明显影响,但当渗流速率低于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场无明显影响。因此,在地下水渗流速率较高的地区,应同时考虑水-冰相变现场和渗流速率对寒区隧道围岩温度场的影响。     

挤压性大变形隧道分层初期支护适应性分析

针对挤压性大变形隧道支护参数、支护时机在设计工作中难以量化的现状,在考虑围岩流变效应和支护弹塑性本构的基础上,结合数值模拟手段,对各类支护的等效支护抗力和不同等级大变形隧道分层初期支护量化参数及适应性开展研究。得出主要结论： 1）基于抗压强度控制,提出不同组合参数下的喷射混凝土和型钢拱架等效支护抗力;基于位移等效原则,提出不同直径、不同长度砂浆锚杆和不同长度预应力锚索的等效支护抗力。2）基于监控量测曲线,对考虑流变效应的围岩物理力学参数进行反演,以此计算围岩特征曲线,实现围岩变形量值、不同支护时机所需支护抗力与时间的关联。3）根据既有案例,取单边15 cm作为单层支护极限变形值,构建支护抗力曲线;基于极限变形控制原则,提出轻微大变形可选用单层初期支护+短锚杆的支护形式、中等大变形可选用2层初期支护+短锚杆的支护形式、强烈大变形可选用圆形隧道+3层初期支护+短锚杆+长锚索的支护形式的建议,并提出不同等级大变形隧道的支护时机及预留变形量建议值。4）兰渝铁路木寨岭隧道工程应用分析结果表明,采用该方法选取的支护参数是合理的。〖JP〗     

小间距隧道围岩力学参数正交设计反演

根据西康高速公路18标长哨段的隧道围岩收敛位移现场监测结果,利用正交设计理论,对该区段小间距隧道围岩变形特性及塑性区大小影响较敏感的力学参数进行了反演分析,获得了比较接近工程实际的围岩综合力学特性参数,即千枚岩的弹性模量、泊松比、凝聚力和内摩擦角,有效地克服了千枚岩难于取样和难以进行力学参数试验的困难。利用反演分析所获得的力学参数对长哨小间距隧道的施工过程进行了数值仿真,分析了该隧道施工期间围岩的应力与变形规律,给出了围岩稳定性评价,为小间距隧道工程设计与施工提供了具有一定参考价值的重要资料和信息。     

最小二乘支持向量机-粒子群算法在地下厂房围岩参数反分析中的应用

为准确确定地下厂房围岩的弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、侧压力系数等参数,以正交设计、最小二乘支持向量机和粒子群算法等现代数学方法为基本手段,建立基于位移增量的围岩参数反分析方法。以CCS水电站大型地下厂房为研究背景,通过工程地质条件研究选取8#机组剖面作为分析对象,采用二维弹塑性有限元方法建立地质结构分析模型。以地下厂房洞室群分层开挖多点位移计实测位移增量为依据,对CCS水电站地下厂房区域围岩力学特性及地应力场特征进行反分析。研究结果表明： 主厂房第Ⅵ层与第Ⅰ层开挖和主变室第4层与第1层开挖所产生的位移增量计算值与多点位移计实测值吻合较好,最大相对误差小于10%,说明采用最小二乘支持向量机和粒子群算法相结合的反分析方法在工程上是可行的,且效果较为显著。     

隧道围岩反分析与施工数值模拟

结合殷家岩隧道施工,对隧道围岩进行了位移反分析,得到了围岩松动区的弹性模量;应用反分析结果进行数值模拟,预测后续施工步的位移和应力;同时,将预测结果与现场观测进行比较,检验反分析结果。结果表明,利用反分析得到的围岩参数预测后续施工步的位移与现场观测结果比较吻合。     

基于位移释放系数的深埋圆形压力隧道力学行为的解析解

为解决含有孔隙水的可渗透岩层中隧道围岩的力学行为，采用复变函数法与Biot孔隙弹性理论相结合的方法，建立了一个基于位移释放系数的可渗透深埋圆形压力隧道的应力和位移的解析模型。根据应力应变本构方程及平面应变协调方程导出了应力函数的非齐次双调和方程。选取计算参数进行算例计算，并将计算结果与商业有限元软件的计算结果进行对比，两者基本一致。通过选取不同的隧道参数及远场应力比进行敏感性分析，发现隧道在软衬砌和硬衬砌条件下会产生较大差异的力学行为。位移释放系数和孔隙压力对围岩中的环向应力和径向应力有显著的影响。     

多位移反分析浅埋偏压隧道初期支护荷载分布研究

为了直接求解浅埋偏压隧道支护结构承受的围岩压力荷载,确保隧道支护结构施工稳定性,解决监控数据难以直观反馈施工优化的技术难题,采用拱顶沉降与水平收敛相结合的多位移反分析法,建立平面有限元模型,引入应力释放率与荷载偏压参数,结合浅埋偏压隧道特点,运用影响值加载原理,推导了围岩偏压分布公式。结合工程实例,对比同断面压力盒数据表明,利用多位移反分析法推导的偏压围岩分布公式可靠,计算结果可靠,公式系数的调整能有效配合并指导施工变更,以期为相似地质条件下隧道监控量测反馈施工再设计提供参考。     

基于系统识别方法的隧道围岩参数反演分析

隧道围岩参数是判断隧道围岩及衬砌稳定性的重要手段,是隧道安全预警系统的重要组成部分.对于采用新奥法施工的隧道,通过对围岩收敛进行实时监控,并利用有限元软件ANSYS建立隧道开挖过程收敛变形的正演模型,得到了围岩收敛的数值解,在此基础上根据系统识别理论建立了隧道围岩参数反演分析方法,并结合工程实例反演得到了围岩参数.研究...     

柔性层状路面应力和位移场的边界元分析

为研究任意形状分布的各种荷载作用下柔性多层弹性路面应力和位移的性状分布特点,利用层状材料的广义Kelvin基本解,建立了边界元分析方法.结合广义Kelvin基本解与边界元方法,建立柔性层状路面边值问题的边界积分方程,对于核函数中出现的奇异积分做了解答.该方程中不舍在层状材料交界面上的积分,可求解任意形状分布各种荷载作用下的多层弹性体系应力和位移.算例分析表明:该方法可以获得较高的计算精度;由于采用了层状材料的广义Kelvin基本解,该方法能处理力学参数沿深度方向任意变化的柔性路面.     

驱动桥壳有限元分析模型的改进

针对目前常用的驱动桥壳有限元分析模型中由于边界条件定义造成结果不准确的问题,在分析模型中引入了板簧的弹性特征,并按不同的边界条件对桥壳应力分布进行了计算。结果表明,按照传统约束方式计算,板簧座外侧桥壳应力高,板簧座内侧桥壳应力位于低;按新建立的边界条件计算,则高应力区将向板簧座内侧的桥壳扩展。测得弯曲及扭转工况下桥壳的应力结果表明,采用常用边界条件所得位于板簧座内侧的桥壳应力计算结果与实际相差接近50%;引入板簧元件后桥壳应力的计算结果则与试验结果相近。     

沙湾特长隧道软弱破碎千枚岩围岩参数敏感性分析与反演研究

为解决甘肃渭武土建试验2标沙湾特长隧道围岩软弱破碎、遇水软化以及强度低等使得围岩力学参数难以准确确定的难题,采用ABAQUS数值计算和正交设计方法进行参数敏感性分析,确定各参数对围岩变形的影响程度。基于粒子群优化的BP神经网络算法建立PSO-BP参数反演分析方法,并编制反分析程序。根据反演的参数进行数值模拟,分析围岩和支护结构位移、应力及塑性区分布情况。研究结果表明： 沙湾隧道围岩位移影响因素重要性依次为黏聚力c、泊松比μ、内摩擦角φ、弹性模量E;PSO-BP参数反演分析方法是一种有效的反分析方法,具有较高的精度。