枫槎岭偏压隧道施工过程中围岩力学行为分析

通过对进洞口浅埋偏压段隧道施工过程三维数值分析,对隧道开挖过程中的围岩力学行为进行深入研究表明:在隧道开挖过程中,围岩总体处于受压状态,受地形偏压影响,靠近山体侧围岩受力与位移明显大于远离山体侧。因隧道施工过程中采取了合理的预加固及支护措施和施工工法,总体上围岩位移值及塑性区较小,岩体处于稳定状态。同时根据岩体的力学行为特征提出了相应的建议。     

软岩偏压隧道中夹岩施工扰动效应及控制技术研究

依托某实际工程,采用Abaqus建立三维数值分析模型,研究不同净距和坡度对软弱围岩偏压小净距隧道中夹岩围岩塑性区发展规律的影响,并研究中空注浆锚杆长度变化对中夹岩及隧道稳定性的影响,得到合理加固参数。结果表明:随着坡度和净距的变化,中夹岩柱塑性区的表现形式可分为塑性区中心贯通、塑性区边缘贯通和塑性区分离3种类型;塑性区中心贯通产生的围岩塑性变形要比塑性区边缘贯通和塑性区分离的围岩塑性变形严重得多;当净距小于10 m时,中夹岩柱处于塑性区贯通破坏状态,需要对中夹岩柱进行加固;基于锚杆长度变化对锚杆轴力及隧道位移的影响,锚杆长度取4 m较为合理,对于偏压小净距隧道,浅埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较小值,深埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较大值。     

浅埋偏压小净距隧道CD法施工合理净距

以某浅埋偏压小净距隧道为背景,利用三维有限差分软件建立不同净距工况的隧道模型,分析不同小净距隧道挖掘后的中夹岩柱周边围岩塑性区范围、相应位移与最大应力变化规律,确定浅埋偏压小净距隧道CD法施工的合理净距,并将监测与模拟数据进行对比分析。结果表明：随着净距增大,中夹岩柱侧下方塑性区范围减小,中夹岩柱右侧水平与竖向位移缓慢增加,中夹岩柱左侧水平与竖向位移逐渐下降,中夹岩柱相应部位最大主应力呈减小的趋势。分析中夹岩柱围岩塑性区、位移与应力,得出CD法施工的合理净距为0.75B。监测与模拟数据误差范围5%～15%,一定程度上论证了数值模拟的可靠性。     

岩溶区运营公路隧道衬砌受力特性模型试验分析

岩溶区隧道的修建改变了原有地下水平衡,溶洞的存在会使水压力集中作用在隧道衬砌上产生集中应力,严重威胁到隧道的正常运营与安全。以广东省岩溶地区运营公路隧道为工程依托,基于室内隧道模型试验,研究岩溶区运营公路隧道在不同溶洞空间分布形态大小特征、不同节理倾角、强降雨条件下衬砌的受力特性,以隧道衬砌表面应变、孔压、土压力和衬砌周边围岩位移的试验测试数据为分析依据,得出结论:沿经过隧道衬砌中心位置走向为45°和135°的溶洞对隧道衬砌不良作用大;溶洞的直径对于隧道衬砌受力特性影响最小,其作用主要是通过与围岩节理面倾角和溶隧间距(溶洞与隧道)的组合来体现;溶洞与隧道距离约在该距离为1.5倍隧道直径时,隧道衬砌的安全性最差;围岩的节理面倾角对隧道衬砌安全性的影响较为复杂,主要表现为以围岩沿节理面方向运动发生的附加应力作用和地下水沿节理面渗流所发生的孔压调节作用。     

铁路隧道疑难工程地质问题分析——以30多座典型隧道工程为例

以30多座在施工中发生与地质因素有关的工程事件为例,归纳为15类疑难工程地质问题： 高压富水岩溶、软弱围岩大变形、太古界硬质变质岩大变形、侵入岩脉蚀变风化破碎岩体塌方和突泥、富水逆掩断层破碎带大规模突泥、层状地层大规模顺层塌方、中更新统老黄土崩塌、新第三系地层突泥涌砂、泥岩页岩可燃气体燃烧和爆炸、白云岩剪涨裂缝突砂涌砂、岩溶地面沉降、含石膏地层围岩变形、断层破碎带与软岩层面组合围岩变形、新第三系粉质黏土岩（土）垂直节理坍塌变形及石英砂岩断层破碎带突水涌砂。分析各类疑难工程地质问题发生的原因,总结其工程地质特征。针对高压富水岩溶的分类、断层破碎带突水涌砂和大变形问题、高压地下水的防治、高位选线、大变形及大变形分级标准、挤压大变形和卸荷大变形、隧道顺层偏压构造的危害、5种围岩变形失稳类型的特征对比、隧道围岩压力现场实测、岩溶地面塌陷、Q2老黄土和N2黏土层垂直节理渗水崩塌、N2弱胶结地层“流变”、石膏地层隧道衬砌开裂以及非煤系地层的可燃气等14类问题进行讨论,并从依法合规性、地质不确定性、专项地质工作、工程劣质岩、修订围岩分级和纳入规范等方面提出6条建议。     

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。     

顺层岩体隧道地震行波效应的不对称性

因地震波斜入射而产生的行波效应会显著增加隧道结构的内力和位移响应,从而对隧道抗震产生不利影响。为研究顺层岩体隧道地震行波效应的特征,对qP波斜入射方向与隧道纵断面相平行的工况,考虑顺层岩体的横观各向同性本构关系,应用波动分析方法并采用ANSYS进行地震响应数值分析。以某顺层岩体中高铁深埋隧道为工程背景,研究岩层倾角和岩层各向异性对隧道洞身段地震响应行波效应的影响。结果表明:当岩层水平或竖直时(即岩层倾角为0°或90°),隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量相同,这意味着顺层岩体隧道的地震行波效应左右严格对称,即横断面仍为平面;而岩层倾斜时(即岩层倾角不为0°或90°),隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量却不等,这意味着隧道横断面扭成不规则且不对称的曲面;随着岩层倾角的增大,曲面不对称性先增强后减弱(约倾角为45°时最强),呈非线性关系。此外,又进一步研究了岩层各向异性强度对行波效应的影响,结果发现:当岩层倾斜时,行波效应的不对称性随顺层岩体各向异性的增强而线性增强,这意味着顺层岩体各向异性越强,隧道横断面在地震波作用下所形成不规则曲面的不对称幅度也越大。     

水平泥岩砂岩互层隧道支护体系力学特性试验研究

公路隧道穿越水平泥岩砂岩互层施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展大梁峁特长公路隧道水平泥岩砂岩互层段支护体系现场试验,研究水平泥砂岩互层段隧道初期支护中的锚杆轴力、围岩压力,钢架应力、混凝土应力及支护变形,二次衬砌中接触压力和混凝土受力特征。分析表明：拱部锚杆作用明显,边墙锚杆受力较小,建议锚杆由拱部160°减少至拱部120°,同时适当增加拱部锚杆;围岩压力在断面开挖后7d时间内已基本达到最大围岩压力的80％左右,说明在该种岩层中隧道开挖后围岩压力释放较快;水平泥岩砂岩互层关键控制点在拱部位置,边墙部位的支护结构无论从受力还是变形来说均较小;研究成果可为水平层状岩层隧道及类似工程的修建提供参考。     

软硬相接岩层分布对隧道围岩稳定性的影响

为了分析软硬相接岩层分布对隧道围岩稳定性的影响,在卸荷岩体力学理论基础上,考虑0°, 30°,45°,60°, 75°, 90°共6种结构面倾角情况,进行了数值模拟计算分析。结果表明:在开挖卸荷作用下,软硬相接围岩的不协调变形非常明显,其中,在结构面倾角为0°时,软硬相接处上盘软岩比下盘硬岩水平方向变形大23.84 mm,在倾角为75°时,上盘软岩比下盘硬岩竖直方向变形大21.84 mm;围岩塑性区分布主要集中在软岩中和软硬相接结构面上,随结构面倾角的增加,围岩塑性区逐渐向左偏转,并且塑性区沿结构面呈贯通趋势发展;隧道围岩软硬相接结构面上的应力集中现象明显,并且随着结构面倾角的增大,结构面与围岩相交处应力集中区范围也逐渐增大;当结构面倾角为0°时,结构面与上盘围岩相交处应力水平较高,为0.91;当结构面倾角为75°时,拱顶和左边墙中部应力水平较高,分别为0.82和0.83。总体而言,软硬相接岩层分布对隧道围岩的不协调变形、应力集中和塑性区分布影响明显,在结构面倾角为0°和75°时尤为显著,在围岩支护和监测方面应该给予重视,重点加强围岩软弱岩层和结构面相交处的支护。     

藻溪隧道反压护拱施工和优化分析

为了研究反压护拱施工对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响,首先介绍了藻溪隧道反压护拱的施工过程,并以此为工程背景,利用FLAC3D有限差分软件模拟了在不同厚度反压护拱下的隧道开挖过程。通过分析围岩位移、应力和塑性区的变化情况,得到了反压护拱厚度对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响规律。结果表明:随着反压护拱厚度的增加,浅埋侧左洞拱顶向上隆起值减小,周边位移减小,仰拱隆起加剧;深埋侧右洞拱顶下沉减小,周边位移增加,仰拱隆起稍有增加;反压护拱厚度增加能显著缓解隧道浅埋侧左洞和中夹岩柱的偏压程度,而对缓解深埋侧右洞的偏压不明显。根据围岩塑性区体积随反压护拱厚度的变化情况,建议在地表注浆加固后,Ⅴ级围岩宜施作5m厚的反压护拱。     

基于无网格算法对隧道围岩弹塑性分析

通过引入广义粒子动力学数值法模拟隧道围岩的弹塑性变形特征,应用于隧道围岩模型结构分析中,确定隧道围岩不同侧压系数下的塑性区和应力场。研究结果表明:随水平应力的提高,隧道围岩塑性区从两帮朝顶部和底部方向转移。当λ2.0时,随水平应力提高,顶部和底部塑性区宽度开始增加,当λ2.0时,塑性区从顶底部向两肩和底角区域扩展,导致隧道稳定性突降;随洞壁距离的增加,隧道切向应力表现出一个先递增后下降的变化趋势,径向应力呈现出逐级递增,并在不同洞壁距离处获得原岩应力状态;隧道顶板和边墙水平位移随着λ的增大而不断增大,在λ1.0情况下,顶底板总位移相较于隧道围岩边墙位移要大;当λ1.0时,边墙总位移较围岩顶底板位移大;在剪胀角增加的过程中,塑性变形区也在不断的增加,围岩承载力也获得了一定幅度的增加。     

TSP技术在竹林坪隧道施工中的应用

一、工程概况竹林坪隧道位于沪蓉国道主干线重庆市石(柱)忠(县)高速公路B2合同段,围岩基本为泥岩、泥灰岩和砂岩。竹林坪隧道地处川东鄂西高原,降雨较多,地下水丰富。泥岩遇水极易软化,失水后却容易崩解。这种特殊的物理力学性质造成围岩不易分类,给施工带来诸多不     

不同应力场软弱围岩隧道施工力学特征的数值分析

岩体内部的初始应力及隧道开挖后的围岩应力是隧道工程的关键影响因素,为了更全面地了解不同应力场软弱围岩公路隧道施工的力学特征,建立有效的有限元模型,采用不同加载方式,模拟不同应力场,对软弱围岩公路隧道施工过程中隧道围岩位移和应力变化特征及其影响范围进行了详细分析,并对衬砌结构的受力特征进行深入研究.结果表明:不同应力场决定了隧道施工过程中围岩塑性区的大小和位置,这也就决定了隧道施工中重点监控的位置;在不同应力场隧道开挖完成后,拱上20 m水平面围岩竖向位移、拱上中心线围岩竖向位移及仰拱底围岩竖向位移随着侧压力系数的减小而明显增大,拱腰处围岩水平位移则随着侧压力系数的减小而明显减小;应力场对衬砌结构的内力影响很大.     

砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

弱节理小净距隧道合理净距及围岩稳定性研究

为了研究弱节理小净距隧道的合理净距及围岩的稳定性,以大荒沟小净距隧道工程为研究背景,基于量化GSI围岩评级系统,确定了弱节理隧道围岩力学参数;基于Hoek-Brown强度准则的应变软化模型,采用FLAC~(3D)软件模拟得到0.9B～1.7B净距条件下隧道中夹岩柱塑性区分布,分析了中夹岩柱的稳定性,确定了弱节理小净距隧道的最小合理净距。通过理论方法计算了小净距隧道围岩压力,进行支护结构设计。通过FLAC~(3D)软件分别对支护条件下小净距隧道采用二台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、CD法、CRD法、环形开挖预留核心土法进行数值模拟,分析不同工况下围岩拱顶位移及水平位移的分布特征,选择合理的施工方法,优化隧道开挖支护方案。研究结果表明:采用FLAC~(3D)数值模拟得到不同净距条件下中夹岩柱塑性区分布情况,能够确定隧道最小合理净距;采用FLAC~(3D)数值模拟分析不同开挖工况条件下围岩的变形规律,确定了环形开挖法为理想的施工方法;通过现场监测分析可知,选择1.5B净距及环形开挖预留核心土法施工较为合理,锚喷支护与中夹岩柱长锚杆共同作用,能对约束小净距隧道双洞开挖后中夹岩柱松动圈的发展起到重要作用。     

小净距偏压公路隧道开挖顺序优化

小净距偏压隧道合理开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。结合净距4.0m、偏压25°公路隧道工程实践,通过二维、三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析了隧道开挖顺序对围岩破坏接近度、围岩变形位移以及对空间围岩体塑性破坏和位移的影响,得到了先开挖浅埋侧隧道优于先开挖深埋侧隧道的结论,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

浅埋双连拱隧道进洞口管棚预支护参数分析

复杂地质条件下浅埋双连拱隧道围岩压力通常是不对称的,特别是隧道围岩十分软弱时更为明显。偏压作用对于围岩的稳定性产生较大影响。采用三维弹塑性有限差分方法分析偏压双连拱隧道的管棚预支护作用。管棚效能的发挥不仅与其自身的参数设计及选择有根本关系,而且也与地层参数和隧道结构参数密不可分。针对该隧道的地质条件和管棚设计要求,对钢管环向间距、钢管直径、管棚在围岩中的剩余长度、管棚力学模型、开挖进尺长度5个方面影响因素进行分析,得出偏压双连拱隧道管棚应采用不平衡设计的结论。     

基于流固耦合的富水粉细砂隧道工作面失稳过程研究

基于流固耦合数值算法，以中老铁路太达村富水粉细砂隧道为依托，从隧道掌子面挤出位移和围岩塑性区的演变情况入手，分析隧道在由泥岩向富水粉细砂段施工过程中掌子面的失稳过程。结果表明：隧道掌子面在由泥岩向富水粉细砂段围岩开挖过程中，掌子面的挤出位移和塑性区体积都将发生突变；由于富水粉细砂围岩强度较低、抗扰动能力较弱，在隧道掘进至富水粉细砂段围岩前，掌子面失稳就可能发生；结合各种加固措施及富水粉细砂围岩的特点，提出相应的围岩预加固对策。     

不同倾角软弱夹层对隧道围岩稳定性影响的数值分析

本文运用FLAC3D软件,针对不同倾角的软弱夹层建立数值模型,通过对隧道洞室周围塑性区分布及关键点的应力、位移的研究,得到软弱夹层的倾角变化对围岩稳定性的影响规律。     

考虑渗流影响的深埋隧道围岩-衬砌相互作用研究

山岭地区深埋隧道经常处于高水压工况,渗流对于隧道围岩及衬砌结构安全有较大影响。基于Mohr-Coulomb准则,推导在渗流力作用下围岩和衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,得到围岩塑性区半径、围岩应力、位移以及衬砌径向变形等与支护反力间的解析关系。进一步地,引入围岩收敛曲线(GRC)和支护特性曲线(SCC),分析隧道围岩和衬砌的非线性力学特性,采用收敛约束法求得洞周径向位移。依托牛和岭隧道深埋段工程,验证本文基于Mohr-Coulomb准则的理论解析方法的准确性,并针对富水山区隧道支护反力、塑性半径和洞周径向位移关系进行参数分析。研究结果表明:1)增加支护反力可以有效地限制塑性区的发展和洞周的径向位移,初始阶段限制效果明显,后续增加支护反力的效果逐渐减小;2)围岩塑性半径和洞周径向位移随渗流水压力的增大呈非线性增长;3)塑性区半径不变,低渗透性衬砌可以减小所需的支护反力以及洞周的径向位移。