隧道拱顶大型溶洞回填厚度的研究

拱部溶洞落石会给隧道衬砌带来危害。在冲击荷载的基础上,对隧道拱部溶洞回填厚度进行了研究,通过计算分别得出了溶洞高度为10、15、20 m时护拱的回填厚度,对类似的工程有一定的借鉴意义。     

岩溶隧道溶洞顶板安全厚度预测模型

以某岩溶隧道为背景,采用二维弹塑性有限元方法对隧道开挖进行数值模拟计算,分析了隧道底部溶洞顶板安全厚度的影响因素,研究了各影响因素与安全厚度的相关变化规律,并用多元线性回归的方法得出了一个能综合体现各影响因素的溶洞顶板安全厚度预测模型,以此确定顶板的最小安全厚度,从而为岩溶隧道设计施工提供一定的科学依据和指导.     

隧道底部溶洞顶板安全厚度预测模型

以某公路岩溶隧道为背景,采用二维弹塑性有限元方法对隧道开挖进行数值模拟计算,分析隧道底部溶洞顶板安全厚度的影响因素,研究各影响因素与安全厚度的相关变化规律,并用多元回归和支持向量机方法建立能综合体现各影响因素的溶洞顶板安全厚度预测模型,从而为岩溶隧道设计施工提供一定的科学依据和指导。     

隐伏岩溶洞群对公路隧道顶板承载力影响的研究

针对西南地区岩溶隧道的实际工程,开展了隐伏岩溶群对公路隧道顶板承载力影响的三维数值敏感性分析研究。经对岩溶顶板稳定性影响因素分析,选择溶洞顶板厚度、顶板岩体的工程地质特性(定量指标为岩体的力学参数)、溶洞的宽度、溶洞高度、上覆土层厚度为影响溶洞顶板稳定性的五个主要影响因素作为影响因子,进行正交敏感性数值试验。根据影响因素敏感度的正交三维有限元法分析结果得出,影响顶板承载力和顶板中心下沉位移大小顺序依次为:岩体力学参数、顶板岩层厚度、覆盖土层厚度、溶洞宽度、溶洞高度。     

隧道穿越大型溶洞处治技术的探讨

某隧道在开挖过程中出现大型溶洞,且溶洞与地下暗河相通,经比选确定采用架桥的方式跨越溶洞,桥梁上部隧道采用明洞离壁式衬砌结构。在冲击荷载作用下对衬砌厚度进行了计算和分析,并采用Midas数值计算软件对处治方案进行计算,由计算得出桥桩、桥墩位移及应力均满足要求,验证了处治效果的合理性。     

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。     

岩溶地区嵌岩桩安全性理论分析与应用

在岩溶地区进行嵌岩桩设计时,应选择具有一定安全厚度的基岩作持力层。基于溶洞顶板均质、各项同性等基本假定,根据桩端直径与桩底溶洞大小、类型,模拟外荷载作用下混凝土板受力变形破坏特征,并对溶洞基岩顶板进行简化分析,得到各种状况下的岩溶顶板安全厚度与桩端应力值、岩石单轴抗压强度、溶洞类型与大小等相关数学表达式。该式简单、直观,较全面反映了影响溶洞顶板安全厚度的各种因素,并得到实际工程验证。     

基于扁拱突变理论的路基下伏溶洞顶板稳定性分析

根据路基下伏溶洞受荷体系的力学特性,将结构体系简化为两端固定铰支的扁拱模型;基于突变理论推导得到扁拱的能量势函数和分叉集方程,从而建立了路基下伏溶洞顶板突变模型平衡曲面;根据溶洞顶板突变失稳的条件,提出了确定路基下伏溶洞顶板的极限承载力及最小安全厚度的方法;并对溶洞顶板厚度h、溶洞顶板跨径l、溶洞顶板失高f、岩层的弹性模量E、溶洞顶板上覆荷载q五个影响因素进行参数分析,可得如下结论:溶洞顶板的极限承载力随着溶洞顶板厚度的增加,溶洞顶板失高的增加、岩层弹性模量的增加而增加,随着溶洞顶板跨径、溶洞顶板上覆荷载的增加而减小.     

岩溶尺寸及位置对隧道基底加载沉降的影响研究

建立了岩溶隧道概化模型,运用FLAC3D有限差分软件对隧道基底在加载过程中,不同尺寸及位置的全充填性溶洞的影响进行了数值研究。结果表明:溶洞尺寸和位置的影响存在界限值,岩溶顶板安全厚度为0.4倍隧道直径,岩溶上边界影响范围为1倍隧道直径,岩溶下边界影响范围为3倍隧道直径,岩溶左右边界影响范围为2倍隧道直径;当岩溶超过上述影响范围时,隧道设计、施工可不考虑溶洞影响。     

溶洞顶板极限承载力计算方法及试验研究

针对下伏溶洞顶板极限承载力问题,提出了一种计算下伏溶洞顶板极限承载力的方法。假定冲切体为一母线未知的旋转体,且破坏面与底面夹角为45°-φ/2,由极限分析法求出其母线表达式及溶洞顶板极限承载力计算公式。同时进行了下伏溶洞顶板及相应的基岩极限承载力室内模型试验,得到了1~5倍桩径的顶板厚度下溶洞顶板以及相应基岩的极限承载力,实测结果与本文理论吻合良好。研究表明:当溶洞顶板厚度为1~3倍桩径时发生冲切破坏,顶板厚度为4倍桩径时呈现冲切+撕裂复合破坏,顶板厚度为5倍桩径时,发生洞顶撕裂+桩端塑性复合破坏;同一跨径比条件下,溶洞顶板厚度为1~4倍桩径时,溶洞顶板的极限承载力随其厚度的增加呈线性增长,达到5倍桩径时溶洞顶板承载力与基岩基本一致。     

桥基岩溶洞穴顶板稳定性综合评价

以青溪大桥桥基岩溶洞穴围岩工程地质条件定性分析为基础,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,利用定性分析、结构力学的半定量分析方法和三维有限元定量计算手段,对桥墩所在位置的溶洞顶板稳定性进行了综合评价。通过对不同厚度下溶洞顶板的应力和位移的力学响应分析,认为在确保单桩桩端标高选在强岩溶发育带以下的稳定岩层上,且顶板厚度大于8.0m,才能满足溶洞顶板的稳定性要求。考虑到青溪大桥4#桥墩所在承台基坑开挖的爆破震动影响,设计溶洞顶板安全厚度取值为8.5m,并采用钻孔多点位移计对施工荷载施加过程中溶洞及顶板岩体的变形进行了现场监测,结果表明,突破常规设计要求的8.0m溶洞顶板厚度施工是安全稳定的,大大节约了溶洞处理费用,并为类似的岩溶洞穴稳定性施工提供了有力的技术支持。     

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。     

强降雨条件下岩溶地质环境因素对隧道安全性的影响序列研究

为探究岩溶地质环境因素对隧道工程安全性的影响序列问题,采用室内模型试验方法,考虑岩溶隧道的溶洞布置形态、节理面倾角、溶洞直径、溶洞与隧道间距等地质环境因素,以湘粤岩溶地区典型公路隧道为依托进行试验研究。主要结论如下： 1）隧道衬砌表面孔隙水压力主要受到节理面倾角和溶洞布置形态的影响,且节理面倾角的作用要强于溶洞布置形态,竖向正交布置溶洞截面孔隙水压力变化区间约为斜向布置截面的10倍,而衬砌0°测点位置孔隙水压力变化区间约为180°测点位置的10倍; 2）衬砌表面土压力的影响序列为溶洞布置形态、节理面倾角、溶洞直径、溶洞与隧道间距; 3）节理面倾角和溶洞直径的增大均导致土压力的减小,溶洞距离和倾角之间符合l<-0.4θ+30时,衬砌顶部有明显的受压增大趋势。研究结果对岩溶区隧道灾害的研究具有一定的参考意义。     

基于德鲁克-普拉格屈服准则的岩溶顶板安全厚度计算方法

通过引入德鲁克-普拉格屈服准则,研究路基下溶洞顶板安全厚度的计算方法,考虑了溶洞顶板受到路基荷载可能发生的冲切破坏等3种形式,提出了一种顶板安全厚度计算模型,并结合结构力学理论,得到了各种破坏模式下溶洞顶板安全厚度的计算表达式;最后结合工程实例进行验算,结果表明该方法可用于实际工程。     

施家梁隧道K44+090岩溶水处治设计

施家梁隧道为3车道大断面高速公路隧道,在施工开挖过程中雷口坡组灰岩与须家河组砂岩的界面上出现了3个看似不连通的溶洞,K44+090处发现的溶洞甚至为一无水干溶洞。但由于对溶洞的处治认识不足,忽略了各溶洞的连通性,致使隧道二次衬砌完成后,雨季来临时二次衬砌开裂,给隧道衬砌结构造成了很大危害。介绍K44+090岩溶水的处治设计思路,为以后类似工程施工和设计提供借鉴。     

岩溶隧道处治结构桩基设计与施工监测

通过对清连(清远—连州)高速公路白须公1号隧道溶洞桥梁桩基设计、施工及监测分析,结合岩溶地质发育形态,总结了岩溶发育区桥梁基础地质勘探、溶洞顶板安全厚度计算、桩基设计及施工中应注意的问题,确保隧道建设及运营的安全。     

隧道底部溶洞对衬砌结构安全性影响分析

溶洞的存在降低了围岩整体性,在隧道施工中极易发生坍塌、水害等事故,严重降低了结构安全性。本文通过数值模拟研究了隧道正下方溶洞对衬砌结构受力及安全性的影响规律。结果表明隧道下部围岩存在空洞降低了围岩整体性,导致隧道仰拱下部填充不密实,降低了围岩强度;隧道下部溶洞对仰拱处影响较大,衬砌仰拱中心处外侧受拉严重,极易发生开裂,产生显著的应力集中现象,降低了结构安全性。     

连拱隧道衬砌厚度不足对结构安全性的影响研究

为解决因衬砌厚度不足而诱发的连拱隧道结构裂损及安全问题，针对整体式曲中墙连拱隧道，通过相似模型试验，重点研究衬砌厚度不足条件下连拱隧道围岩压力特征、衬砌内力分布以及裂损演化规律。研究结果表明： 1)连拱隧道中墙墙角部位的弯矩最大，中墙墙角外表面产生裂缝,内表面结构压溃，裂损程度最为严重，为最不利位置。 2)衬砌厚度不足部位的边缘是衬砌薄弱截面，左线左拱肩存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置右边缘的衬砌内侧开裂；左线左边墙存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置上边缘的衬砌外侧开裂。 3)连拱隧道中墙顶部与拱腰接触部位出现较大的拉应力，衬砌厚度不足位置的改变对中墙顶部衬砌受力造成一定的影响，厚度不足位置对侧隧道中墙右上角部位的裂缝出现晚于拱顶裂缝，是连拱隧道结构破坏的重点区域。     

某铁路运营隧道溶洞强化治理设计及施工

借助某运营铁路隧道溶洞的强化治理设计及施工,重点阐述减震动爆破技术在近接运营正洞的高位引水支洞施工中的应用,强调高位引水系统布设及下向深孔注浆充填加固是运营隧道溶洞强化治理的关键,说明运营隧道在遭遇到较大的岩溶水害时,通过修建具有较大坡度的高位引(泄)水支洞及利用大直径钻孔连接正洞溶腔,以排泄正洞二次衬砌外周边的高压岩溶水及充填物,来达到降低岩溶水对正洞衬砌结构的高压作用,从而恢复溶洞段运营正洞衬砌结构体系工作环境,确保运营隧道衬砌结构安全。     

隧底岩溶洞对结构稳定影响的理论解

以温克尔弹性地基梁理论为基础,对岩溶地区隧道底部溶洞影响衬砌受力进行了研究,简化推导出了隧道拱脚部分等代梁的位移和内力计算公式,对比分析了不同溶洞规模、不同介质压缩模量之比情况下梁的受力状态。计算分析结果表明:溶洞填充物压缩模量的变化对衬砌受力有明显影响,溶洞填充物与围岩压缩模量越接近,则溶洞对衬砌受力的影响越微弱,反之,影响效果越显著;溶洞规模越大,其填充物压缩模量的变化对衬砌受力的影响幅度也随之增大;梁的反弯点在溶洞与围岩交界处,且交界处剪力达到最大值,往溶洞方向位移急剧增大,梁段处于不利受力状态,容易产生裂缝。