寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀力演化规律研究

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律,开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验；采用环境冷气进入洞内降温的方式,模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征；利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测,以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法,建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式；据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征,对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析,进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律；含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征；围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似,表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0~20%之间,所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0~60%范围和冻结圈厚度为0~8.0 m范围冻胀力取值提供参考。研究结论可为寒区富水隧道冻结圈围岩的冻胀力设计及预测研究提供支持。     

寒区隧道冻胀力影响因素相关程度分析

采用弹性力学的方法，根据冻融圈整体冻胀力学模型，推导了寒区隧道冻胀力的解析式。以回头沟隧道工程实例，计算了隧道在不同冻胀率、不同冻胀深度及不同衬砌厚度影响下的冻胀力，采用控制变量法得出:冻胀力随着冻胀率、冻胀深度、衬砌厚度的增大而有不同程度的增大，其中冻胀率对冻胀力的影响最大，冻胀深度其次，衬砌厚度最小。     

寒区裂隙围岩隧道冻胀力有限元分析

基于弹塑性力学和传热学原理,以川藏公路雀儿山隧道为工程背景,通过有限元方法研究了裂隙围岩隧道衬砌所受冻胀力的量值、分布规律及其影响因素。研究结果表明：隧道埋深、裂隙间距、宽度、角度、冻结深度和裂隙与衬砌结构之间的距离对冻胀力有显著影响。     

深埋山岭富水公路隧道衬砌结构设计模拟分析

由于近年来环保要求的提高,在富水隧道工程中提出了"以堵为主、限量排放"的治水理念,该理念要求设计者充分考虑山岭富水地段隧道设计中衬砌结构的抗水压能力。采用"荷载-结构"模型对全断面承压情况下抗水压衬砌结构进行分析,通过分析3种不同隧道衬砌结构形式的受力特征,在"安全实用,质量可靠,经济合理"的原则下,设计了0.3 MPa外水压作用下深埋公路隧道衬砌结构形式,采用SK1形衬砌控制超前注浆加固区折减系数不大于0.6,对于外水压大于0.3 MPa工况,采用相应增大衬砌截面厚度设计,衬砌根据富水段水压进行分段设计。     

基于地应力测试的公路岩爆预测技术研究

地应力是由于地质构造形成的岩体内部的应力,其分布异常经常造成隧道施工的岩爆危害.利用常用的水压致裂法,获取了某公路隧道最深处的地应力分布特征,最大水平主应力值σH=15.87MPa、最小水平主应力值σh=11.25 MPa、自重应力值σv=13.50 MPa.在此基础上,利用工程岩体分级标准判别法、Russenes判别法、Turchaninov判别法、Hoek判别法等4种岩爆判别法对其进行了定性或定量评价.各方法均认为该隧道不存在产生岩爆的可能,该地应力条件下隧道施工是安全的.该方法体系可供类似隧道的岩爆评价作为参考.     

复杂节理岩体对榆佳高速公路某隧道的初喷支护作用机理研究

节理的产状和隧道轴线夹角的不同会极大地影响隧道的稳定性.以榆佳高速公路某隧道为研究对象,利用UDEC离散元软件,建立了0°、85°、120°和150°单层层状节理模型,以及由3组层状节理切割的复杂模型;设计了0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 MPa初喷混凝土接触面黏聚力计算工况,5、8、10cm初喷厚度计算工况.经计算,对比不同工况的塑性区、应力和监测点位移值,发现:单层节理条件下,节理倾角β对隧道稳定影响不大,0°时塑性区最大,最大位移5.6cm,围岩没有掉块,围岩自稳,无需支护;其余倾角隧道均能自稳,位移不大于1cm.黏聚力大于0.6MPa为临界值,大于其隧道围岩自稳,洞顶位移值小于1 cm,否则会出现掉块.初喷厚度8cm为临界值,大于其隧道围岩自稳,洞顶位移值小于1cm,否则会出现掉块.上述特征值均在单因素变化、其余参数参照基准值条件下获取,这些可以作为隧道设计的极限参考值.     

寒区隧道冻胀力计算方法研究进展与思考

近年来，随着中国西部及青藏高原地区交通网的建设，修建了越来越多的寒区隧道，然而寒区隧道冻害也频繁发生。隧道冻胀力计算是寒区隧道防抗冻设计亟待解决的难题之一。首先将现有的冻胀力计算方法分为基于含水风化层冻胀模型、衬砌背后积水冻胀模型、冻融圈整体冻胀模型3类。含水风化层冻胀模型利用侧压力代替冻胀力作用，衬砌背后积水冻胀模型将冻胀力归结于衬砌与围岩之间的局部积水冻结膨胀，冻融圈整体冻胀模型则认为冻胀力系冻融圈围岩含水冻结后整体膨胀所致。然后对这些方法及其基于的假定与适用性进行了系统的分析和总结。最后重点分析了基于冻融圈整体冻胀模型的冻胀力计算方法，并归纳出3种考虑冻融圈冻胀变形的方式：①假定冻结圈冻胀位移模式；②假定冻结圈围岩各向均匀冻胀；③考虑冻结圈围岩非各向均匀冻胀。剖析了不同冻融圈冻胀变形处理方法的区别和联系，并通过工程案例对比分析了不同冻融圈冻胀变形处理方法对冻胀力计算结果的影响，分析了考虑围岩非各向均匀冻胀时冻胀力解的适用性。研究结论可为寒区隧道工程设计提供借鉴。     

公路连拱隧道冻胀结构力学分析与防冻措施

针对目前我国中原以北地区公路连拱隧道在运行中越来越突出的衬砌冻胀破坏问题,文中根据隧道在冻胀条件下温度和结构的相应作用,初步探讨了冻胀力的计算方法并运用ANSYS有限元分析,模拟在冰冻环境温度作用下隧道的冻胀过程及持续低温和冻胀作用对隧道衬砌结构的影响,最后在分析公路连拱隧道特点的基础上提出了抗、防冻措施。     

黑山门隧道安全风险评估研究

近几年,我国公路隧道发展较快,为增强公路隧道建设安全风险意识,需对长大隧道及部分复杂地质条件下的隧道进行安全风险评估.基于模糊综合评判和层次分析法原理,对黑山门隧道的安全风险情况进行分析、辨识、评估.研究认为:黑山门隧道整体风险等级最终评定为Ⅱ级,总体风险水平可接受,但其施工技术风险等级经评估为Ⅲ级,施工期间应采用合理...     

公路隧道衬砌背后空洞积水冻胀的力学简化模型研究及误差分析

为解决高寒地区公路隧道衬砌背后积水冻胀问题,针对特定的环向长条形空洞,建立了2种不同的简化计算模型,即将衬砌结构简化为拱脚为铰支座约束和弹性固定端约束的半圆拱模型。采用荷载-结构法,推导衬砌结构在冻胀力作用下的内力公式,利用MATLAB计算不同参数下的理论值,并绘制内力变化曲线,确定整个衬砌结构在空洞不同大小时的内力分布规律。计算结果表明： 冻胀力引起的衬砌弯矩和轴力极值位于不同的衬砌位置,仅仅考虑弯矩或轴力对衬砌的影响具有一定的误差。对衬砌背后冻胀力的内力影响规律以及2种简化模型的误差进行定量分析,为公路隧道施工和运营维护提供了一定的参考价值。