跨走滑断层铰接式隧洞衬砌错断破坏机制研究

以香炉山输水隧洞为研究对象，利用小尺度物理模型试验和数值模拟手段，开展走滑断层错动作用下铰接式隧洞衬砌错断响应特征、破坏形态和错断破坏机制研究。对比分析有无采用铰接设计的隧洞在走滑断层错动条件下的衬砌破坏特征、整体变形和细部破坏形态，系统研究衬砌结构的纵向位移和纵向应力变化趋势，以及包括弯矩、轴力、剪力在内的纵向内力分布规律，揭示穿越走滑断层隧洞错断破坏机理，剖析铰接式隧洞衬砌抗错断机制。研究表明：（1）在走滑断层的错动作用下，断层带附近衬砌应变较大，易发生屈服破坏；（2）断层错动作用使得主动侧隧洞衬砌产生纵向裂纹，随着错动量的增加，纵向裂纹逐渐演变成环形裂纹，衬砌发生隆起破坏，同时衬砌截面形状变为椭圆形；（3）铰接式衬砌破坏主要集中于断层错动面附近，表现为衬砌节段之间发生大角度转动和断层带内变形缝压剪破坏。     

断层错动隧道地震响应规律及减震模拟研究

文章以内马铁路一期项目三标段2号隧道为工程依托,运用ANSYS软件建模,对断层错动和地震作用下隧道地震响应及减震措施进行模拟研究。结果表明:在竖直方向断层位错作用和水平方向的地震作用下,隧道侧壁的地震响应均最为明显;断层错动导致隧道在重力作用以及地震作用下发生应力重分布,其中主应力极值、X-位移极值和最大加速度明显增加,加速度增加幅度最大;断层错动和地震作用下隧道地震响应随减震层阻尼比增加而明显减小,较大阻尼比的减震层可以有效降低断层错动导致的隧道地震响应的应力、位移和加速度增加幅度;砂-橡胶混合物和砾石-橡胶混合物,配合土工格室加筋是一种潜在合适的隧道减震材料。     

西安地铁临潼线穿越地裂缝及断裂带隧道抗裂设防研究

文章以西安地铁临潼线穿越地裂缝和断裂带为研究背景,分析了西安地铁临潼线穿越的各条地裂缝及断裂带活动特征,确定了西安地铁临潼线设计使用期内(100 a)地裂缝最大垂直位错量的预测值和设计值。根据地裂缝最大垂直位错量和地裂缝作用下地铁分段设缝隧道的三维空间位移关系,计算确定了西安地铁临潼线隧道穿越每条地裂缝带的结构抗裂三向预留位移量。基于近场及场区地震危险性分析,考虑到断裂带具有蠕滑和粘滑两种活动模式,利用经验公式估算得到了骊山山前断裂活动可能引起的地震最大地表位错量,确定了地铁临潼线隧道穿越骊山山前断裂带的结构断面扩大预留位移为500 mm。研究结果可为西安地铁临潼线穿越地裂缝和活动断裂带的结构抗裂设计提供重要依据。     

活断层错动位移下衬砌断面型式对隧道结构的影响

以棋盘石隧道为工程背景,采用有限元方法,设置五种不同仰拱半径的三心圆断面,对比研究了活动断层错动下不同衬砌断面型式对链式结构隧道受力及塑性变形的影响。结果表明:断层错动引起隧道二次衬砌受到拉张、剪切、挤压组合作用;断层错动引起的高应力带主要在断层带内的节段拱脚位置,且峰值位于上盘,剪切缝能有效地吸收断层错动产生的拉应力;在隧道断面不断趋向正圆的过程中,二次衬砌最大主应力、最小主应力、剪应力均呈减小趋势,等效塑性应变呈增大趋势。     

断层错动下节段式隧道设计参数及安全性分析

鉴于山岭隧道穿越地震活动带的逆断层时易受断层滑动的影响,文章采用数值分析方法,对断层错动下的减震型节段衬砌隧道设计参数进行安全性分析。结果表明:隧道施工过程中应进行径向注浆加固,采取?42 mm小导管进行径向注浆,加固圈为开挖轮廓线外3.7 m;逆断层错动下,位于上盘的衬砌节段易发生拉破坏,位于下盘的衬砌节段易发生压剪破坏;最易发生破坏的节段为与断层面相交的3#衬砌节段;随着错距增大,逆断层型式下节段式衬砌结构的抗压、抗裂及抗剪安全系数呈现逐渐降低的趋势,最易发生破坏的位置为与断层面相交的3~#衬砌节段,破坏型式为压剪破坏,破坏的部位常出现在仰拱与拱顶位置;逆断层错动下,处于下盘(固定盘)的衬砌节段抗裂安全性大于上盘衬砌节段,处于上盘(移动盘)的衬砌节段抗压、抗剪安全性大于下盘衬砌节段;去除端部效应,距离断层面越近,衬砌节段安全性越小,需采取加强措施。所得结论对今后类似工程具有重要的参考和借鉴价值。     

盾构隧道开挖面失稳破坏影响因素数值分析

采用数值模拟的方法探析了隧道开挖面水平位移随支护应力比的变化规律,并以隧道开挖面主动失稳破坏为分析对象,重点分析了隧道埋深、土体粘聚力及内摩擦角对开挖面位移及极限支护应力影响,结果表明：随着支护应力减小,隧道开挖面位移迅速增大,由“半圆形”大应变区发展为“烟囱形”破坏区;随着支护应力比的减小,隧道开挖面土体由弹性变形过渡到塑性变形,直至发生主动失稳破坏。当隧道埋深在2D内时,随着隧道埋深增大,隧道开挖面主动极限支护力基本不再增大且有趋于定值的趋势,这与“土拱”效应有关。隧道开挖面主动极限支护力随土体内摩擦角和粘聚力的增大而减小,土体的内摩擦角比土体的粘聚力对隧道开挖面主动极限支护应力影响更大。     

震区同震地表破裂统计经验关系及其对隧道抗震设计的意义

震区的同震地表破裂位移是隧道产生剪切破坏和塌方的主要因素。文章系统地总结了前人关于震区同震地表破裂特征参数的统计经验关系,并对汶川地震期间的隧道震害进行了对比分析。研究结果表明:与隧道抗震设计直接相关的参数是地表破裂长度、最大同震破裂位移、平均同震破裂位移,地表破裂长度主要反映震区所产生的剪切位移的影响范围;在实际隧道抗震设计中,可以考虑采用平均同震破裂位移来估算地震发生时对地下结构的损害程度,同时应参考隧道与主要的深大断裂和附属断层的相对位置关系;而地下破裂长度、下倾破裂宽度和破裂面积可以用于估算一次地震影响范围,进而预估隧道可能遭受的地震灾害损失;发震断层附近的附属断层在地震时也会产生同震位移,并对地下结构和隧道产生破坏。     

监控量测技术在大相岭隧道施工中的应用

文章结合大相岭隧道FW4断层破碎带施工实例,介绍了隧道监控量测的目的、意义及主要内容,跟踪量测分析了隧道围岩和支护结构的应力、位移状况。实践证明,该技术能有效判定隧道围岩和支护结构的稳定性,指导隧道动态施工。     

斜滑断层对埋地天然气管道力学性能影响

为研究斜滑断层作用下埋地天然气管道受力性能和影响因素,采用有限元软件ADINA进行数值模拟,建立三维管土相互作用非线性有限元模型.在该模型的基础上,分析了断层错动量、管道埋深、管径、内压以及不同管材对管道受力与变形的影响.研究结果表明:断层错动下,钢质管道最大受力与变形位置位于断层两侧,管道所受最大拉压应变相近;管道应...     

深圳地铁盾构隧道近距离上跨既有线引起的结构变形研究

随着城市轨道交通网络的不断加密,新建地铁隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离上跨施工对既有线隧道的影响问题,比常规地铁隧道施工更为复杂。文章针对深圳地铁新建9号线双线盾构隧道近距离上跨既有1号线隧道,形成双层隧道四线叠交的特殊工况,采用有限元数值模拟和现场自动化监测结合的方法,研究了盾构隧道上跨施工引起的既有线水平和竖向的变形规律,并分析了土压力对既有线变形的影响。研究结果表明:现场自动化监测结果和数值模拟结果基本一致;上跨施工时,先行隧道开挖对既有线的影响大于后行隧道;既有线竖向整体呈现上浮状态,最大累积上浮量为2.2 mm;既有线的水平偏移与盾构推进方向一致,最大水平偏移量约为1.4 mm;土压力对既有左右两线水平位移的影响大致相同,水平位移随土压力的增大而增大;土压力对既有左右两线的竖向位移影响不同,随着土压力的增加,既有线左线的上浮量逐渐减小,而既有线右线的上浮量不断增大。研究成果可为同类型地层条件下盾构隧道近距离穿越既有结构的设计与工程施工控制提供依据,具有一定的理论意义与应用价值。     

板状溶洞充填物软化支护结构稳定性影响分析

文章通过对某高速公路隧道板状岩溶充填物软化进行数值试验,探索了岩溶充填物软化对支护结构稳定性的影响。在无支护条件下,充填物的软化导致其自身位移的显著增加,初期支护对端部充填物位移产生了较好的约束,有效阻挡了软化充填物的下漏。岩溶部位的支护结构出现拉应力,并随着充填物的软化显著增加。岩溶充填物软化前后支护结构出现负弯矩的部位基本相同,最大负弯矩均出现在拱顶岩溶处,充填物的软化大幅增加了此部位出现拉裂破坏的风险;而隧道支护结构出现正弯矩的左部底角以及右部拱肩,可能导致支护结构出现压剪破坏。此外,充填物软化后,顶拱岩溶充填物浅部出现了大范围的压剪破坏区域,若无外部结构支护,将逐步向内垮塌或发生泥化突涌。     

成品油管道穿越滑坡地段应力分析

成品油管道穿越山区滑坡地段时,受到滑坡推力的作用,易使管道产生过大变形而破坏。为探究此类管道安全问题并提出解决方案,使用应力分析软件CAESAR Ⅱ对某穿越滑坡地段的成品油管道进行应力及位移分析,得出其应力、位移分布,并分析纵向滑坡和横向滑坡对输油管道的影响。通过分析得出常规地段与滑坡地段的交界位置为输油管道的危险截面,且纵向滑坡对输油管道的应力及横向位移、纵向位移影响较大。     

基坑开挖引起邻近既有地铁隧道位移计算的研究

文章考虑基坑坑底和侧壁的开挖卸荷应力以及坑底围护结构的遮拦效应,基于Mindlin位移解公式,提出了一种半解析半经验解方法,推导得到了基坑开挖引起邻近既有隧道位移的计算公式,分析了基坑尺寸、与隧道相对位置的改变以及加固控制措施对既有地铁隧道位移的影响。研究结果表明:隧道的水平和竖向位移随着隧道埋深的加大而有所增加;随着基坑与隧道净距的减小,隧道位移则明显增大;基坑开挖长度的增加对隧道位移影响较小,而基坑开挖宽度和开挖深度会对隧道位移产生明显影响;该方法可以考虑加固控制措施的效果,随着基坑围护结构应力损失率的减小,隧道最大水平位移呈线性减小,但隧道竖向位移变化不大。     

乌鞘岭隧道F7断层施工监测与断层活动及隧道变形特性分析

乌鞘岭隧道F7断层长达817m,埋深340～600m,在施工中初期支护发生了连续大变形并被破坏,先后多次调整施工方案并加强了施工量测和结构压力、应力监测.文章介绍了该隧道监控量测的方法和结果,分析了F7断层活动特性和对施工的影响以及隧道围岩、初期支护、二次衬砌等变形特征,并针对大地应力及活动软弱围岩隧道的施工提出了几点建议.     

采用三台阶工法开挖的原位扩建隧道现场监测及分析

为研究三台阶法施工对原位扩建隧道结构及邻近既有隧道扰动的影响规律,文章依托福建厦蓉高速公路后祠隧道原位扩建工程,分别对隧道围岩及支护结构应力、松动圈及应力场和邻近既有隧道爆破振动进行了现场监测。结果表明,断面各部位围岩及支护结构应力随时间推移而缓慢增加,最终趋于平稳,且每级台阶开挖均会对其产生扰动,表现为应力的突增;扩建后隧道围岩松动圈拱顶位于6~9 m深处,左右边墙均位于0~6 m深处,拱顶沉降位移大于两帮收敛位移。左边墙围岩应力大于右边墙围岩应力,洞周3 m深处围岩应力小于6 m深处围岩应力,开挖造成的围岩塑性区为3 m左右;施工中实际爆破振速大多小于设防标准,爆破对既有隧道的支护结构体系未造成重大破坏,最大爆破振速出现在监测断面前10 m左右的位置,与掌子面相比振速增长2.9%~4.5%,且围岩质量越好,峰值振速越大,最大峰值振速断面前方振速衰减速度远远小于后方振速衰减速度。     

基坑开挖对相邻盾构隧道变形的影响研究

文章就基坑开挖对盾构隧道结构的破坏进行研究,建立了基于基坑与隧道不同距离、不同隧道管片厚度的有限元模型,分析了不同厚度盾构隧道管片的位移场及纵向变形。得出以下结论：(1)相邻基坑开挖会引起位移过大、沉降、盾构隧道结构变形,造成断裂增多、漏水、渗漏等结构破坏;(2)随着隧道与基坑距离的减小,隧道变形不断增大,当距离<30 m时,管片厚度的增加大大改善了结构变形;(3)管片厚度的增加对纵向变形阻力没有明显影响。此外,当隧道与基坑距离<50 m时,应采取附加防护措施,以减少隧道纵向变形。     

复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力预测分析

为揭示复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力,文章基于Покровский当层法,将该问题等效为求解均质地层位移及应力分布问题,结合Loganathan修正公式,推导了复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移、应变和应力分量表达式,构建了地层位移场分布预测模型。同时基于理论预测模型,对比分析了工程实例的预测位移与实测数据的差别,讨论了上下层土体弹性模量比n、地层深度z和土体泊松比μ对隧道开挖的影响;在分析含软弱夹层隧道开挖问题时,提出了软弱夹层等效厚度K的概念。研究结果表明:随着n的增加,地表最大沉降值Smax、地表附加水平应力σx和竖向应力σz的最大值均有所减小;随着z的增加,地层最大沉降值有所增大;随着μ的增加,Smax有所减小,地表附加水平拉应力σx和竖向应力σz的最大值有所增加;当软弱夹层等效厚度K增加,Smax有所增加;隧道施工时,上硬下软地层产生位移及应力扩散现象,上软下硬地层产生位移及应力集中现象。     

隧道洞口滑塌与支护结构破坏特征数值模拟研究

隧道洞口段一般埋深较浅,围岩条件较差,很难稳定成拱,因而在隧道开挖后极容易受到外界扰动作用而发生坍塌变形。尤其在遇水软化的膨胀性黄土地层中建设隧道时,需要考虑降雨作用对隧道稳定性及支护结构变形的影响。本文通过数值模拟方法,结合现场观测以及室内实验,对太原某黄土隧道洞口滑塌及支护破坏特征进行了分析研究。结果表明:该隧道洞口支护结构发生破坏一方面是由于洞口浅层土体本身强度不足,且黄土遇水后强度急剧降低,围岩发生塑性变形,塑性区范围迅速扩展,围岩承载能力急剧降低;另一方面是由于膨胀性黄土遇水膨胀,产生较大膨胀力,使围岩内部应力急剧增加并且作用在支护结构上,从而导致支护结构破坏,引起隧道塌方。     

西安地铁三号线隧道斜交穿越地裂缝带的设防参数研究

根据对地裂缝活动的监测数据资料,分析了西安地铁三号线沿线地裂缝活动特征。基于各条地裂缝与地铁三号线斜交的夹角θ、地裂缝倾角β以及各条地裂缝最大垂直位错量H,计算确定了地铁三号线穿越各条地裂缝地段的结构设计预留位移量,包括最大水平位移和最大轴向位移。同时,通过地裂缝影响带宽度和隧道与地裂缝的夹角θ,获取了地铁隧道穿越地裂缝带的结构纵向设防长度。研究结果可为西安地铁三号线及未来其他线路的隧道穿越地裂缝带的结构设计提供参考。     

基坑开挖对下卧既有隧道变形影响数值分析

文章以粉土中既有隧道上部基坑开挖为例,采用ABAQUS有限元软件建立模型,在考虑了四种工况的基础上,分析基坑开挖对隧道顶部和底部位移、隧道水平位移、基坑底部位移以及桩墙位移的影响。结果表明:基坑开挖会引起隧道向上隆起,且隧道顶部隆起值大于底部隆起值,隧道底部隆起值大约为隧道顶部的60%～70%,隧道向上隆起速率与基坑开挖深度基本呈线性增长关系;随着基坑的开挖,隧道两拱腰向内部收敛,最大水平位移发生在隧道拱腰位置;随着基坑开挖深度的增加,基坑底部隆起增大,且隧道的存在对基坑底部的竖向变形影响较小,基坑中部隆起值略大于两侧;桩墙顶部水平位移最大,随着土体深度的增加,桩墙的水平位移逐渐减小。