隧道-洞口滑坡平行体系受力变形模式与计算方法研究北大核心CSCD

我国目前对隧道-滑坡工程的设计尚无可供参照的行业标准,尤其是滑坡洞口段隧道缺少相应的计算理论。文章首先以平行体系中隧道-洞口滑坡为研究对象,通过归纳总结滑坡地段隧道衬砌的病害特征,构建了相应的工程地质模型;然后将剩余滑坡推力视为导致隧道变形破坏的直接原因,通过荷载传递规律得到作用于隧道结构上的附加荷载,将其与围岩压力叠加推导出了隧道外荷载的计算公式;接着采用弹性地基梁理论,推导出滑坡推力作用下的隧道内力计算方法,从而得到隧道-洞口滑坡的受力变形模式及计算理论;最后通过模型试验对其合理性进行了验证分析,结果表明该方法与实际工程相符,能够为滑坡地段洞口隧道的设计提供参考。     

软土盾构隧道掘进对邻近浅基础建筑物影响研究

软土地区盾构隧道施工会对邻近建筑物的变形、内力产生一定程度的影响,造成该影响的因素包括盾构施工工艺、地基特性及建筑物自身特点等。文章以盾构施工轴线上方的浅基础建筑物为研究对象,基于土体损失计算理论,建立了建筑物与基础、地基协同作用的力学模型。结合实际工程,采用1stopt软件求解弹性地基上建筑物弯曲的微分方程,分析了隧道轴线上方建筑物沉降、倾斜以及内力随盾构开挖面位置变化而变化的分布规律。选取建筑物内出现最大正弯矩和最大剪力时的开挖工况,研究土体损失率、建筑物刚度、地基基床系数等引起建筑物内力变化的关键因素及影响规律。研究成果可为今后盾构掘进区建筑物的保护、设计和施工提供理论计算基础。     

马蹄形隧道初期支护内力反演分析的理论研究

隧道开挖过程中,混凝土支护结构的内力分布表现出特有的动态变化特征,对施工环境下隧道支护结构的内力分布特征进行研究并对其薄弱部位进行预判是保障隧道施工安全的重要手段之一。文章将隧道弧段和边墙段初期支护分别视为弹性地基曲梁和直梁,基于初参数法和围岩压力量测,从理论上推导了马蹄形断面隧道初期支护内力计算的反演表达式;结合某隧道围岩压力的实测数据,反演了初期支护的内力分布。初期支护内力实测数据和反演分析结果对比分析表明,所提出的马蹄形隧道初期支护内力的理论反分析方法切实可行,可为隧道初期支护设计和施工工艺的优化提供理论依据。     

自锚式加固结构对滑坡区隧道的治理效果研究

滑坡区隧道存在变形破坏等病害,文章采用自锚式新型加固结构对位于深厚滑坡体滑面上部附近的隧道进行加固处置,并通过理论计算和数值计算就自锚式加固结构的加固效果进行研究分析。理论计算结果表明:采用新型加固结构后,隧道内力分布更加均布合理,变形也得到了有效的约束,验证了新型加固结构具有良好的加固效果。数值计算结果表明:采用新型加固结构后,隧道内力分布更加合理,最大主应力明显减小,应力集中区消失,同时变形也得到了有效的约束;新型加固结构的作用范围仅体现在隧道围岩及下部岩土,滑坡最终将发生越顶破坏,验证了自锚式新型加固结构只加固隧道而不治理滑坡的加固理念。     

拼装方式对盾构隧道衬砌结构变形和内力的影响分析

文章结合广州地铁区间盾构隧道管片衬砌结构设计,采用梁-弹簧模型计算法对不同拼装方式下的盾构隧道衬砌环变形和弯矩、轴力、剪力等内力分布以及衬砌环变形量和内力随隧道埋深的变化规律进行了探讨和分析.通过对盾构隧道装配式衬砌结构变形和内力分布规律及影响因素的系统研究,深入探讨了拼装方式对盾构隧道管片衬砌结构设计的影响.     

滑坡滑向与轴线正交条件下隧道衬砌内力分析

文章以西宝高速公路唐家塬隧道为工程背景,针对滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下的直墙拱形隧道,根据隧道与滑面的位置关系,探讨分析了作用于隧道衬砌上的滑坡推力大小和方向的影响因素。采用结构力学方法,取隧道全拱结构作为研究对象,得出滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下半圆拱形隧道衬砌内力分布的理论计算方法。结合唐家塬隧道工程,利用理论计算方法得出隧道衬砌的内力分布情况,并采用有限元分析软件对理论计算公式的正确性与合理性进行了验证。结果表明,该方法可作为滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下隧道的衬砌内力计算方法,为隧道衬砌设计与施工提供一定的参考依据。     

隧道锚开挖及承载对既有隧道的变形影响分析

为评估隧道锚开挖及承载对下方既有隧道安全性的影响，采用弹性地基梁理论建立既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形计算模型，基于Mindlin公式分别给出隧道锚开挖及承载影响下的附加荷载计算方法，提出既有隧道竖向隆起变形安全性控制标准为12 mm。以四川沿江高速宁巧隧道-隧道锚体系为例，分析既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形特征，研究表明：既有隧道变形呈“凸”形，最大变形量位于锚塞体正下方附近，且随着与锚塞体距离的增大，隧道变形逐渐减小，最终收敛；既有隧道变形量随着围岩等级的降低及隧道-隧道锚间距的减小而增大；Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下，隧道整体处于安全状态；Ⅴ级围岩条件下，隧道变形量在隧道锚开挖过程中已超过控制值，需要采取围岩加固、结构加强等工程措施。     

多心圆拱隧道支护结构内力反演分析的理论研究

在施工环境下对多心圆拱隧道支护结构的内力分布特征进行研究,是保证隧道施工安全的关键措施之一。文章采用弹性地基曲梁理论,基于初参数法和现场围岩量测压力,从理论上推导了多心圆拱隧道支护结构内力计算的反演表达式,并结合集呼高速旗下营隧道某断面围岩压力的实测数据,反演了隧道衬砌结构的内力分布情况,对衬砌结构的薄弱部位进行了安全性评价。结果表明,隧道BG弧段衬砌结构弯矩和剪力较大,在施工过程中应加强该部位的现场监测工作;隧道拱顶部位混凝土可能出现弯拉造成的开裂现象,应注意加强观测。     

近接群桩盾构隧道衬砌管片变形特性研究

基于合肥地铁1号线某区间段盾构隧道施工近接群桩基础工况,文章通过Midas软件模拟盾构掘进过程,着重关注管片的变形和内力变化情况,同时模拟不同注浆压力大小或隧道是否近接群桩状态下的盾构掘进过程,对其计算结果中隧道管片的内力及变形的影响程度进行对比分析。结果表明:注浆压力在0.1~0.4 MPa范围内,随着注浆压力的增加盾构隧道掘进过程中管片的内力与变形均增大;盾构隧道在近接群桩的施工中,管片的内力与变形均受到了群桩的抑制作用,且与管片距离桩基远近相关,其中距离桩基最近位置处的管片水平位移的抑制现象更为明显。计算结果能为其他类似近接施工中研究隧道管片的内力与变形特性提供参考。     

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。     

输水管道盾构隧道衬砌结构内力计算比较分析

盾构隧道衬砌内力计算的方法有多种，但各有优缺点。针对潮河输水管道盾构法隧道衬砌结构，分别采用荷载结构法中考虑土体侧向弹性抗力的匀质圆环修正惯用法和连续介质有限元法进行内力计算。通过比较衬砌管片结构内力和变形分布规律，得到了对设计有参考价值的结论。     

按地基为弹性半无限平面计算排水明槽结构

本文主要阐述为使结构计算更好的反映实际的受力情况，对置于填筑路基层上的大断面长条矩形排水明槽结构，按地基为弹性半无限平面体进行计算实例。排水明槽按一次超静定的闭合框架计算，在求解基本结构上的冗余力和底板（基础梁）地基反力、剪力和弯矩计算时，均考虑了底板（基础梁）在弹性半无限平面地基上的变形影响。比较基础梁地基反力按直线分布假定的计算和按地基为弹性半无限平面计算地基反力按曲线分布，两者存在的明显差异，主要是前者完全没有考虑地基的物理力学性质和梁的变形所致。     

考虑施工过程的浅埋软弱隧道管棚变形预测及参数敏感性分析

目前的隧道管棚计算方法和理论解析存在计算繁杂,计算参数的选择对分析结果的正确性影响较大且无法获得精确的理论解或简化的计算公式等问题。文章基于Winkler弹性地基梁理论,考虑隧道施工过程中围岩扰动特性、支护未封闭不完全承载特性、地层反力系数差异特性及荷载分布不均匀特性,建立了管棚超前预支护变形理论计算模型,并通过求解24阶方程组获得超前管棚预支护理论解析。结果表明:1)解析解与数值解和现场实测值吻合度较高,解析解可用于管棚变形预测;2)管棚直径、开挖进尺、地层反力系数均存在最优参数取值,环向间距与管棚变形呈正比例关系,管棚长度并非越长越好,只需满足管棚远端超前掌子面前方2倍台阶高度即可;3)实际施工过程中,通过调整管棚参数来控制隧道拱顶沉降效果从优到劣的顺序为:开挖进尺、注浆改善地层力学性质、环向间距、直径、长度。     

多因素下双线盾构隧道施工引起的土体变形研究

考虑多因素(土体损失、正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆力)的作用下,文章首先提出了改进统一土体移动模型的方法,其次建立了力学计算模型,对双线水平平行盾构隧道施工引起的土体变形计算方法进行研究。根据弹性力学Mindlin解,对多因素中后3个因素引起的土体变形理论解进行计算,基于统一土体移动模型解对土体损失引起的土体变形理论解进行计算,最后叠加得到多因素下总的土体变形理论解。采用该方法对杭州地铁1号线的纵向地表沉降、纵向水平位移及不同深度处的土体竖向位移进行计算,研究其变化规律;同时对水平位移变化的影响因素进行分析。研究结果表明:随深度改变,在最大沉降量附近10~13 m横向范围内的土体沉降会产生改变;土体水平位移方向随计算点和隧道的位置关系变化而发生改变;随着两隧道间距J的增大,双线隧道深度附近的土体水平位移减小,地表附近处的水平位移值变化值不大。     

柔性比对隧道地震动力响应影响研究

地震作用下隧道与围岩动力相互作用的强弱与隧道和围岩的相对刚度关系密切,为分析地震作用下隧道衬砌与围岩相对刚度对结构内力的影响,文章引入柔性比的概念进行抗震数值计算分析。通过对地震波、边界条件进行处理,建立计算模型分析在不同围岩等级、衬砌厚度、混凝土强度等级、隧道直径情况下结构内力的变化情况,并给出了不同柔性比条件下隧道衬砌地震反应的基本规律。结果表明,柔性比越大,地震作用下隧道的内力越小;在进行隧道结构多道设防时,相邻结构的刚度应逐渐变化,且每一层的厚度不应过大。     

隧道爆破振动下砌体结构局部动力反应研究

文章依托成渝客专新红岩隧道爆破工程,选取典型实测爆破地震波和典型二层砌体结构,分析了砌体结构的低阶整体模态和高阶局部模态,采用振型位移叠加法理论分析了隧道爆破振动下结构的位移和应力反应特征,研究了不同峰值振速下砌体砖墙的主拉应力分布及变化规律。结果表明:典型二层砌体结构1~5阶为低阶整体模态,固有频率为8.80~24.86 Hz,振型为整体均匀变形;6~20阶为高阶局部密集模态,固有频率为25.96~36.14 Hz,局部变形显著大于整体变形;高频的隧道爆破振动引起的结构位移很小,而局部构件上的内力要比位移大得多,这是因为结构内力计算中的振型幅值向量乘以了振型频率的平方;隧道爆破振动下结构的动力损伤主要由瞬时产生的高应力控制,而不是位移;砖墙的门、窗洞角处及砖墙与混凝土构件接触的应力集中部位和女儿墙、侧墙、中隔墙、阳台等局部构件振动较大的部位受拉应力较大,在隧道爆破振动下容易产生损伤。     

紧邻地铁区间隧道基坑开挖对隧道结构的影响浅析

文章基于静、动力学有限元分析方法,建立了基坑与隧道相互作用的混合单元离散模型,分析了基坑对隧道结构力学行为的影响以及列车扰动情况下隧道结构的响应特征。研究结果表明,基坑开挖深度、基坑与隧道的距离、基坑开挖空间大小等因素对邻近既有隧道结构的静力变形和列车振动响应均有明显影响,其中卸荷规模是影响隧道位移场的重要因素。因此,可通过地基加固、优化基坑施工工艺、提高隧道结构刚度、加强隧道变形监测等措施来控制隧道结构的变形。     

小规模下伏薄煤层采空区倾角对隧道开挖稳定性的影响研究

公路隧道近接下伏采空区施工必定会打破采空区的原始平衡状态,出现应力重分布现象。为研究不同倾角下伏采空区对隧道施工稳定性的影响规律,文章采用有限元软件构建采空区地层隧道计算模型并进行了数值计算,研究了下伏采空区倾角对隧道洞周位移、初期支护内力和塑性区的影响规律。计算结果表明:(1)下伏采空区的存在加大了隧道洞周位移,倾角越小,增幅越大;(2)下伏采空区的存在增强了初期支护内力分布离散性,尤其是对拱顶内力影响幅度较大,主要体现在隧道拱顶轴力降低,倾角越小,降低值越大;(3)下伏采空区的存在增大了围岩塑性区,甚至贯穿到采空区冒落带,倾角越大,塑性区越小。因此,下伏采空区倾角越小,隧道施工风险越高,围岩稳定性越差,结构受力越不利,应采取有效措施提高下伏采空区的处治强度。     

塌方岩体重力荷载对隧道拱圈应力状态影响的数值分析

塌方岩体的自重荷载将对隧道内力产生较大影响,对其结构受力极其不利。文章基于混凝土材料的损伤塑性理论,建立了受力变形较符合实际的公路隧道结构的非线性模型,并利用大型有限元分析软件ABAQUwsdS对所建立的模型进行计算分析,得到在塌方岩体作用下隧道拱圈的第一主拉应力、正应力和剪应力的分布规律,进而找出了隧道拱顶和拱脚出现明显裂缝的主要原因,为类似运营隧道的加固设计与施工提供了重要的基础资料。     

山体滑坡对隧道变形破坏的影响

山岭隧道的变形破坏与山区边坡是否稳定密切相关,山体滑坡会对隧道的结构产生影响较大的危害。由于特殊的地理条件,我国每年因为滑坡造成的损失数量巨大,是世界上隧道受滑坡危害最严重的国家。以陕西省略阳县共青团嘉陵江隧道变形为例,分析滑坡与隧道变形的相互关系和作用机理,制定有针对性的治理措施,避免因山体滑坡造成重大损失,对于今后类似工程的设计和施工有一定的工程参考价值。