围岩力学参数对小净距隧道初期支护受力影响的研究

以青岛地铁8号线胶州湾海底隧道工程为依托，研究各围岩力学参数在小净距隧道开挖过程中的重要程度。根据控制变量法选取了弹性模量，泊松比，黏聚力和内摩擦角进行数值模拟研究。运用三维有限差分模型，对泵站施工进行了模拟计算。结果表明:两侧隧道的最大主应力和周边位移随泊松比的增大而增大，随弹性模量等参数的增大而减小；隧道结构力学响应对内摩擦角的变化最敏感，对于应力方面，泊松比变化最不敏感；对于侧面竖向位移方面，黏聚力最不敏感。     

隧道穿越富水断层隔水岩体冲切剪切破坏研究

隧道在修建过程中不可避免会遇到富水断层等不良地质情况，极易引发突水突泥灾害，若能提前预测隔水岩体的最小安全厚度,则能有效避免灾害的发生。首先，以隧道穿越富水断层为背景，提出冲切剪切破坏模式的隔水岩体计算模型，得到最小安全厚度计算公式并进行影响因素分析； 然后，采用FLAC3D软件建立三维数值模型，确定最小安全厚度的模拟解,并与理论解进行对比；最后，将计算公式应用于永莲隧道以验证其适用性。结果表明： 1）最小安全厚度随断层宽度、隧道半径、水头高度的增大而增大，随断层倾角、隔水岩体内摩擦角及黏聚力的增大而减小； 2）模拟解与理论解较为吻合，且模拟得到掌子面附近围岩的移动态势与理论模型假定的破坏体运动方向一致； 3）计算公式能较为准确地预测隧道穿越富水断层时的隔水岩体最小安全厚度。     

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。     

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。     

基于BP神经网络的阿拉套山隧道围岩物理力学参数反演分析

为研究高寒地区设置中心深埋水沟单线铁路隧道的围岩力学参数问题,以兰新铁路新建博州支线阿拉套山隧道为工程背景,基于FLAC3D数值模拟软件联合MATLAB中的神经网络工具箱构建BP神经网络算法,建立隧道开挖位移正演和反演模型,对围岩物理力学参数作反演分析。通过对中心水沟开挖前的拱顶和拱腰监测数据做拟合分析,发现隧道变形已趋于稳定,反演过程不需考虑中心水沟开挖对围岩的二次扰动。以水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值作为输入函数,以围岩的体积弹性模量K、剪切弹性模量G、黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ作为输出函数训练神经网络模型,利用训练好的模型进行所需参数的反演分析。将反演参数代入FLAC3D正演模型计算后,提取中心水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值,与中心深埋水沟开挖前的实际监控量测值相比较为接近。结果证明,围岩物理力学参数的反演较为合理,对于变形的预测较为准确,可为隧道后期工程的施工和优化设计提供参考。     

地质因素对隧道围岩松动圈的影响分析——以重庆某隧道为例

为了分析地质因素对隧道围岩松动圈的影响,以重庆某深埋特长隧道为工程背景,根据该隧道埋深和围岩级别多变等特点,运用数值模拟、正交试验和现场实测相结合的方法,研究该隧道围岩松动圈产生、发展和分布的规律。结果表明： 该隧道围岩的内摩擦角和黏聚力与松动圈大小呈负相关关系,侧压系数和埋深与松动圈大小呈正相关关系,且内摩擦角和埋深是影响该隧道围岩松动圈大小的主要因素。依据研究结果,可以确定该隧道不同地质条件下的围岩松动圈分布情况,及时优化支护参数,以指导隧道安全高效地施工。     

路基本体材料参数敏感性分析

为研究影响铁路轨道-路基结构动力特性的因素,文中通过有限元仿真分析,建立三维模型,研究路基本体材料不同的阻尼比、泊松比、弹性模量、黏聚力和内摩擦角参数下轨道-路基动力特性,对比分析各参数对轨道-路基动力特性影响程度。结果表明:各结构层动力特性对路基本体材料参数的敏感性依次为弹性模量、凝聚力和内摩擦角、泊松比、阻尼比。     

高黎贡山隧道TBM掘进卡机段TSP法物性参数响应特征分析

高黎贡山隧道工程地质条件复杂,断层破碎带、节理密集带等不良地质易造成TBM卡机事故。为有效避免TBM卡机事故的发生,以TBM穿越高黎贡山隧道燕山期花岗岩地层为背景,提取卡机段采用TSP法(tunnel seismic prediction)获取的围岩力学参数,通过分析TSP参数的相关性以及对比分析卡机段和正常掘进V级围岩段的TSP参数,获取TSP参数与围岩的相关性及卡机段TSP参数的波动规律。研究结果表明:1)随着泊松比的增大,卡机段的围岩纵波速度呈下降趋势,岩体的静态弹性模量总体呈现降低的趋势;2)对比正常掘进V级围岩段,卡机段TSP法获取的围岩纵波速度、静态弹性模量、波阻抗均有不同程度的下降,而泊松比则有增大的趋势。通过层次分析法理论,对围岩纵波速度、泊松比、静态弹性模量和波阻抗进行定量分析,一定程度上可作为TBM掘进过程中卡机判别的依据。     

基于数量化理论Ⅲ和极限学习机在小净距隧道变形影响因素分析中的应用研究

为实现小净距隧道变形影响因素的定量评价,保证隧道变形规律的有效分析,采用数量化理论Ⅲ对小净距隧道的变形影响因素及其耦合性等进行定量分析,并利用极限学习机构建隧道变形预测模型,以验证前者分析结果的准确性。实例分析结果表明： 隧道变形的主导因素有围岩重度、变形模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力,重要因素有围岩剪胀角、隧道埋深、喷射混凝土厚度、锚杆长度及隧道间距,而隧道围岩侧压力系数为一般因素; 隧道变形影响因素间存在耦合性,且分析样本4、6、16、18的耦合度高,其余样本的耦合度均为低; 另外,极限学习机的预测结果表明一般影响因素会减弱变形影响因素与变形值间的关联性,对变形规律分析不利,这与变形影响因素分析成果一致,且极限学习机对各监测项目的变形预测效果均较好,验证了该方法在隧道变形预测中的适用性和可靠性。     

毗邻水库隧道断层破碎带限制性防排水注浆技术研究

毗邻水库的隧道穿过断层破碎带时,有可能诱发隧道涌突水,这对隧道施工、水库正常蓄水及地质生态环境会产生不利影响.为此,基于毗邻水库隧道断层破碎带涌突水机理的研究,通过注浆圈理论提出F4-5断层破碎带围岩限制性防排水注浆圈参数,并结合工程实际情况,进行了超前帷幕注浆和防排水的设计与施工.研究与实践结果表明:选取注浆圈厚度为...     

上软下硬复合地层隧道施工爆破岩体参数敏感性的灰色关联分析

在上软下硬复合地层进行隧道爆破开挖的过程中,爆破地震动效应会引起软硬岩体间相互挤压、错动,加剧围岩失稳。采用爆破荷载模型进行参数分析,以确定不同岩体参数对隧道爆破施工的影响;同时,基于灰色关联的敏感性分析方法,研究不同岩体参数的相对重要性。结果表明,上软下硬复合地层隧道爆破施工地震动效应影响因素的主次顺序为:密度比弹性模量比泊松比内摩擦角比,并根据研究结果讨论了对隧道爆破施工的实际意义。     

基于强度折减法的土质边坡稳定性影响因素分析

为探讨不同因素对土质边坡稳定性的影响,根据北京地区典型地层的物理、力学参数,使用强度折减法对其进行研究,并采用灰色关联度理论对各个影响因素的敏感性进行分析,研究的影响因素包括边坡角度、边坡高度、土体黏聚力、内摩擦角、容重、弹性模量、泊松比和坡后荷载等。主要研究结论如下： 在各种影响因素中,土体的强度参数黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性影响显著,其次是边坡的几何参数坡高和坡角,再次是土体的容重和坡后荷载,而弹性模量和泊松比对边坡稳定性无影响。     

顺层边坡首次破裂长度及影响因素分析

依托仁沐新高速公路平乐互通顺层边坡治理工程,采用二维有限元模型对坡体位移及应力进行数值模拟,给出首次破裂长度的确定方法;并进一步研究岩土体力学参数及边坡几何尺寸对首次破裂长度的影响规律。研究结果表明:塑性区破坏长度即顺层边坡的首次破裂长度;边坡稳定性越差,首次破裂长度就越大;滑面黏聚力和内摩擦角与首次破裂长度负相关,滑体弹性模量、滑面弹性模量、滑体厚度及滑面倾角与首次破裂长度正相关;其影响权重为:滑面倾角＞滑体厚度＞滑面内摩擦角＞滑面黏聚力＞滑面弹性模量＞滑体弹性模量。     

岩溶隧道防突安全厚度研究综述及估算方法探讨

对岩溶隧道防突岩层安全厚度的发展现状作了全面综述,分析比较了定性分析法、半定量分析法和定量分析法3类研究方法的优劣及相互关系,结合有关研究成果,深入探讨了当前岩溶隧道防突岩层安全厚度的研究特点、不足之处及发展趋势。考虑到目前所用方法的复杂性与局限性,提出了裂隙密度影响指数概念,并给出其取值标准,在此基础上对防突安全岩层岩体的等效弹性模量和等效泊松比进行估算,得到可依据勘察数据资料进行适当估算的岩溶隧道防突岩层安全厚度估算公式,并结合实例进行具体计算分析,验证了估算公式的合理性、有效性和可行性。     

基于GA-BP神经网络的隧道围岩力学参数反演

为在岩土工程设计和施工中获得更加合理、可靠的岩体力学参数,改善BP神经网络算法存在的收敛速度慢、依赖初值等不足,采用GA-BP神经网络方法,对隧道围岩力学参数反演进行了研究。依托江西省萍莲高速公路莲花隧道工程,选取右洞YK35+095～YK35+135段作为模拟对象,利用FLAC3D有限差分法,按照微台阶法开挖,构建三维数值计算模型;设计了25组围岩力学参数的正交试验,代入已建立的数值模型,得到系列拱顶沉降、周边位移以及地表沉降值,由此构造了神经网络的样本;采用遗传算法和神经网络相结合,其中遗传算法种群规模取值30,最大遗传代数取值25,交叉概率取值0.8,变异概率取值0.01,通过网络训练,得到了训练成熟的GA-BP神经网络,建立了待反演的围岩力学参数与位移之间的映射关系;将莲花隧道YK35+115断面实测的拱顶沉降、周边位移和地表沉降值,输入到已训练成熟的GA-BP神经网络模型中,输出得到围岩的弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等参数。结果表明:采用GA-BP神经网络反演获得的围岩力学参数,代入到FLAC3D数值模型中正演计算,得到拱顶沉降、周边位移和地表沉降与现场实测值仅相差2.94%,3.16%和4.86%,误差较小;基于GA-BP神经网络的隧道围岩力学参数反演方法精度较高。     

软岩力学参数对隧道力学特征响应的敏感性分析

围岩物理力学参数是隧道稳定的关键影响因素,为了解武当群片岩力学参数对隧道施工力学的作用效果,采用现场实测与数值计算相结合的方式,进行各力学参数(包括弹性模量E、泊松比μ、粘聚力c、内摩擦角ψ)对围岩初期衬砌力学特征的敏感性分析.结果表明:隧道洞周位移受E影响最大,其次为μ,且二者敏感度远大于c、ψ的敏感度;洞周偏应力对c、ψ的增减尤为敏感;参数对衬砌内力的敏感度从大到小依次是:E＞μ＞c＞ψ.该研究结果可为软岩隧道结构设计、施工监测、灾害处理等提供参考.     

下穿公路对既有铁路桥梁位移与内力的参数敏感性分析

对下穿公路填方进行数值模拟,从桥墩水平位移、竖向沉降、桩基附加力等方面分析土体弹性模量、土体黏聚力、土体内摩擦角、软土厚度、公路填土高度、桥墩高度、铁路扣件参数等变化对既有铁路桥梁位移和内力的影响。结果表明,铁路结构水平位移对土体内摩擦角的变化最敏感,竖向位移对软土厚度、土体弹性模量、公路填土高度的变化较敏感,桩基附加力对公路填土高度的变化较敏感。     

隧道上覆溶洞防突安全厚度预测系统及工程应用

为了研究上覆溶洞与隧道间防突安全厚度,采用FLAC~(3D)建立了一系列上覆溶洞的隧道模型,模型中选择溶洞距离、溶洞大小、溶洞水压、隧道埋深、围岩级别作为工况因素。利用数值分析方法,揭示了不同工况下隧道开挖过程中上覆溶洞与隧道间单元塑性破坏直至贯通现象,并以塑形区贯通时溶洞与隧道间最短直线距离为防突安全厚度。基于不同工况下防突安全厚度数值计算结果,利用回归理论建立防突安全厚度预测模型,并形成一套基于VC++开发平台的防突安全厚度预测软件系统。该软件将理论和数据样本界面化,可实现对理论与繁琐计算的可视化操作。软件系统应用到翻坝高速鸡公岭隧道,结果表明,软件预测安全厚度与实际开挖有较好的吻合,以期为相似隧道工程提供一定的参考。     

全粘结型锚杆加固隧道掌子面强化机理研究

针对目前我国城市隧道和客运隧道建设遭遇软弱围岩时塌方事故频繁发生的状况,对全粘结型锚杆插入掌子面前方待挖核心土体注浆后可以有效地提高加固体的黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E,提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度和刚度、抑制地表沉陷,提高掌子面的稳定性的特性进行研究,分析全粘结型锚杆加固掌子面的强化机理,旨在获取全粘结型玻璃纤维锚杆加固掌子面提高待挖核心土体黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E的幅度,避免隧道频繁发生塌方事故。通过在浏阳河隧道的现场试验应用表明:全粘结型锚杆能够有效地提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度,保证隧道施工过程掌子面及其周围围岩的稳定性。     

虎跳峡分岔大断面公路隧道稳定性分析

虎跳峡地下立交隧道是国内目前断面尺寸最大的山区地下立交隧道,施工时需要多方面考虑各断面的安全性。为分析虎跳峡大断面隧道的稳定性,建立有限元三维隧道模型,结合强度折减法,对围岩整体区域进行弹性模量、内摩擦角、黏结力参数折减,对围岩进行安全性分析,得到大断面隧道的安全系数为1.63。提取拉应变与位移数值结果可知:当围岩较为完整时,直接开挖后,围岩的整体变形较小,加固措施对于围岩的稳定性提高幅度有限,并且竖向位移模拟结果与现场的监测数据较为接近。