跨海隧道风化槽围岩力学特性研究

厦门海底隧道工程是我国建设的第一条海底公路隧道。隧道在建设过程中穿越F1、F2、F3、F4四条断层破碎带,破碎带处洞体围岩软弱、破碎,岩体主要为风化破碎类花岗岩。该类岩体尤其是强风化花岗岩强度低,压缩性高,自稳和自承能力差,给隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择方面带来一系列特殊的问题。本文主要通过对风化破碎类花岗岩(主要包括微风化花岗岩和强风化花岗岩)试样进行一系列的室内试验,重点研究风化槽花岗岩的力学行为,建立适合风化槽围岩特点的流变力学模型。本文的研究成果为海底隧道风化槽隧道围岩注浆加固和衬砌设计提供可靠依据和技术支撑。     

原位扩建隧道围岩变形及力学特性研究

隧道原位扩建需要将原有结构拆除后再进行隧道扩挖,形成大断面隧道.从原隧道的开挖形成小断面隧道到拆除原有结构再扩挖成大断面隧道,围岩经过多次扰动后,经受的应力状态错综复杂.以大帽山隧道原位扩建为例,介绍采用数值模拟手段建立新建4车道和原位扩建4车道隧道的力学计算模型,得出原位扩建隧道的围岩变形及力学特性,为该隧道的支护结...     

对软弱围岩隧道力学特性的探讨

文章结合关口垭隧道现场施工中出现的隧道围岩稳定性差,为探索泥质页岩的特征,现场采用了多种手段进行了量测,并对各项结果进行了综合分析,基本掌握了软岩的变形特征及支护结构的受力情况,同时成功地预报了隧道施工中出现的险情,防止了大塌方的发生,避免了较大的经济损失。     

软弱围岩隧道锁脚锚管力学特性现场模拟试验

锁脚锚管在软弱围岩隧道安全施工方面应用广泛,其力学作用机理及合理支护参数的研究对维持结构安全稳定意义重大。以黄延高速公路扩能工程剪子岔隧道为依托,通过现场模拟试验,对软弱破碎围岩条件下隧道锁脚锚管的受力特性和变形分布规律进行了系统研究。本试验根据自主研发设计的隧道钢架-锁脚锚管相互作用模拟试验装置,分析了不同打设角度下锁脚锚管的实测应变及对应的弯曲应变,研究了锁脚锚管的内力分布及荷载响应情况,并结合不同打设角度下锁脚锚管端部位移和试验前后锚杆的变形情况,揭示了锁脚锚管的力学作用机理并提出了锁脚锚杆的合理打设长度和角度。现场试验结果表明:(1)大角度打设的锁脚锚管受力更均匀,且可以将端部荷载传递到围岩更深部位置;(2)锁脚锚管主要靠管口附近部位抵抗弯矩,且锁脚锚管在端部竖向荷载作用下主要依靠其竖向抗弯刚度提供承载力;(3)当荷载相同时,锚管端部水平位移随着打设角度的不同而不同,当打设角度为45°时其水平位移为最大,打设角度为0°时其水平位移为最小;(4)孔口围岩的塑性变形和剥离破坏集中在锚管下方部位,主要由锚管的竖向挤压变形引起。     

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。     

堆积体隧道围岩及支衬体系空间力学特性

为研究堆积体隧道围岩和支衬体系受力空间变化规律,采用三维弹塑性有限元法模拟隧道施工过程,得到了洞室周边围岩和支护结构应力随掌子面开挖的变化过程。结果表明,隧道开挖对不同部位围岩扰动大小存在较大差异,扰动后拱部围岩应力强度较小,拱脚和边墙围岩应力强度最大,仰拱围岩应力波动较大但量值总体偏小;管棚在隧道开挖前后受力状态发生明显改变,支护和衬砌过程中有微小波动;拱部系统锚杆对于维持围岩临时稳定发挥了一定作用,但其作为永久支护对围岩长期稳定作用不大,锁脚锚杆在下台阶开挖以及隧道长期稳定方面均发挥了重要作用;初支拱部受拉、边墙和拱脚受压显著,其中拱腰、拱脚分别为拉、压控制性截面;与钢筋混凝土强度相比,二衬受力较小,具有较大的强度储备。     

考虑施工步影响的层状围岩隧道力学响应特性研究

为快速、安全地进行层状软弱围岩隧道施工,文中依托彭水县H隧道建立三维有限元计算模型,依次研究施工步与围岩等级、地应力强度、侧压力系数、层间摩阻因素耦合影响下层状围岩隧道支护结构力学响应特性,并分别验证加强型、双层初期支护结构的改良效果。结果表明,与层理呈90°方向拱圈位置处最易产生挤压破坏。S1-1～S1-6施工步下测点应力及位移曲线震荡幅度均较大,且在S2-1施工步时达到峰值水平。加强型、双层初期支护措施下支护结构应力最大降幅分别为16.58%、33.68%,数值计算与现场监测结果吻合度较好。     

山岭公路隧道围岩力学参数估计

隧道围岩力学是可根据推广后的Hoek—Brown准则进行估计,但确定地质强度指标GSI值时对岩体结构的划分缺乏定量的描述,为了使隧道围岩结构的描述定量化,将Bieniawski的RMR岩体分级评分系统引进,对GSI取值进行定量化修正,并通过算例说明方法的应用,这为隧道围岩力学参数的估计提供了新的简便、经济、实用的方法。     

两车道隧道扩挖成四车道隧道围岩力学特性分析

以重庆某原位扩建隧道工程为依托,结合设计、勘察等资料通过数值模拟软件建立隧道三维模型,对隧道扩建施工过程中的地表沉降、隧道变形、围岩受力等进行了计算分析。计算结果表明,隧道扩挖完成后地表沉降槽向远离既有隧道侧略有偏移,呈现不对称性;隧道扩挖使隧道洞周左侧测点位移明显大于右侧测点的位移,整个隧道表现出了明显的偏压状态;为定量判断和把握围岩中不同区域的危险程度,引入了围岩危险系数的概念,围岩危险系数呈蝴蝶形分布,危险性较大的区域主要集中在墙脚、拱脚以及上下台阶交接处靠近中支撑部分围岩,施工时应当予以重点关注。     

不同应力场下软弱围岩公路隧道的力学特征试验

运用自行研制的用于地质力学模型试验的隧道开挖工具,系统地开展了基于先加载后开洞思路的不同应力场公路隧道模型试验,研究了开挖对不同应力场公路隧道围岩应力分布的影响,分析了不同初始应力场公路隧道结构的受力特点.试验结果表明:隧道开挖后,不同应力场洞周各部位径向压力松弛程度不同;施作衬砌之后,不同应力场洞周各部位径向压力回升程度也不同;除在拱顶、拱底方向围岩与衬砌接触压力随着侧压力系数的增大而略有减小外,其他各方向均随侧压力系数的增大而增大,且影响较明显;应力场对衬砌结构切向应力影响也很大.     

隧道损伤围岩的蠕变特性研究

本文通过隧道损伤围岩蠕变特性的分析,在西原模型中引入了围岩变形影响下的损伤量,从而修正了隧道围岩的蠕变方程。通过长冲隧道的应用实例研究,检验其合理性。     

漳龙高速公路扩建隧道围岩力学特性三维有限元分析

为分析隧道扩建过程中围岩的力学特性,确保施工期间围岩的稳定性,以漳龙高速公路后祠隧道扩建工程为依托,建立了反映实际地形的三维有限元模型,对后祠扩建隧道施工期间地表沉降、拱顶下沉、周边位移的特征以及拱脚和拱顶的应力变化规律进行计算分析。计算结果表明： 原位扩建隧道位移变化规律不同于普通新建隧道位移变化规律,隧道原位扩建施工过程中,地表沉降曲线表现出了明显的非对称性; 隧道掌子面前方12 m及掌子面后方24 m范围内变形较为迅速,为非稳定变形段; 根据隧道拱顶位移曲线,提出了针对扩建隧道位移空间变化规律的公式,该公式能预测后祠隧道的变形,从而为施工提供建议和指导; 隧道拱脚表现为压应力集中区,随着开挖的进行,拱脚主应力逐渐增大,而拱顶主应力逐渐减小并向拉应力过渡,最终拱顶呈现出较小的拉应力。     

软弱围岩双连拱隧道施工力学行为研究

建立了隧道穿越V级I型围岩地段的二维弹塑性有限元模型,进行施工力学的平面数值模拟,结合信息化施工监控信息及对大量的实测数据分析整理,探讨了上下台阶开挖方式对隧道中墙应力和衬砌的内力值影响。结果表明,现场各种量测数据可有效地指导施工,左右洞的施工顺序和上下台阶开挖方式均造成了中墙明显偏压,衬砌支护体系的锚杆最大拉力出现在隧道拱顶,软弱围岩应力场和位移场处于不间断的调整过程,研究成果为类似重要工程具有借鉴和指导意义。     

二郎山隧道岩爆岩石力学试验研究

试验研究表明，二郎山隧道岩石（体）只有在岩爆倾向性指数Wet和高地应力这两个内、外因条件均满足要求时才有可能发生岩爆活动，单轴压缩试验结果则表明，发生岩爆的岩石峰值后区变形阶段均出现非稳定的Ⅱ型破坏，这为岩爆预测提供了重要的科学依据。     

高速公路隧道的围岩变形特性

利用京珠高速公路几条隧道的监测资料，描述了公路隧道的围岩变形特性，并针对具体工程提出围岩稳定性的判别标准和二次衬砌最佳施作时机的选择，为高速公路隧道的施工提供了有益的经验。     

高速公路隧道的围岩变形特性

利用京珠高速公路几条隧道的监测资料,描述了公路隧道的围岩变形特性,并针对具体工程提出围岩稳定性的判别标准和二次衬砌最佳施作时机的选择,为高速公路隧道的施工提供了有益的经验.     

公路隧道围岩强度多级加载试验研究

传统的单级加载三轴压缩试验需要对多个岩石试样施加荷载,而多级加载压缩试验作为一种替代方法,可以解决制备多个试样困难或成本较高的问题.该文针对隧道围岩开展了单级加载试验和两种应力路径的多级加载试验,通过对比强度测试结果,分析了多级加载方案的合理性.研究表明:多级加载方案Ⅱ的强度测试结果与单级加载的更加接近,无论是采用MC...     

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。     

引水隧道围岩相似材料的试验研究

模型试验成功与否的首要和关键问题是必须提出满足相似准则的相似材料。文章依托锦屏二级水电站引水隧道模型试验项目,对其围岩相似材料进行了研究。根据相似原则,选用重晶石、粉煤灰、河沙、机油和石英砂为模拟材料,通过大量的室内试验,研究不同配比下材料的力学性能,为模型试验提出了合适的相似材料配合比。     

飞机动荷载作用下暗挖隧道围岩压力特性现场试验研究

目前虽然国内外地下工程已有许多隧道工程穿越公路、铁路、既有建(构)筑物等相关施工经验和教训,但穿越机场在路网规划中尚不多见,因此依托下穿机场跑道暗挖隧道工程,针对飞机动荷载作用下的围岩压力展开研究。首先根据地质条件和工程支护特点,给出监测方案;然后根据理论知识计算土压力;最后,对动、静荷载作用下暗挖隧道围岩压力的现场试验进行对比分析。研究结果表明:动、静荷载作用下试验断面的围岩压力均在允许值范围内,动载作用下断面围岩压力整体增大45%~88%。从分布形态看,动、静荷载作用下围岩压力分布都不均匀,相对而言动荷载作用下围岩压力分布更为不均,但二者均表现出:隧道拱顶、底部处围岩压力较大,拱腰处相对较小。