基于位移反演的隧道初期支护可靠度分析

为研究龄期变化和围岩应力释放对隧道初期支护强度和可靠度的影响。采用白阳山非机动车隧道的数据,对其支护可靠度进行计算及对比分析。先考虑实际隧道开挖过程中应力释放和混凝土硬化的影响,根据现场监控量测数据,基于BP神经网络算法进行反演,得到围岩力学参数和开挖过程中隧道监测点的位移量,并将反演计算得到的位移值与现场实测值进行对比验证,并据此对围岩应力变化情况进行分析。再根据衬砌极限抗拉与抗压方程,计算得到隧道开挖过程中隧道初期支护可靠度的变化规律。研究结果表明：衬砌应力增长主要发生在施加完成后的初始阶段,完成施加衬砌2～7 d后可靠度最低,该期间衬砌最有可能遭到破坏,且最小可靠度出现在拱腰位置;如果考虑应力释放及混凝土硬化过程的影响,衬砌可靠度会更低。该分析结果可为隧道安全施工提供借鉴。     

轴对称条件下圆形洞室支护结构体系的弹性解答误区

基于弹性力学基本理论,分别从两种途径推导出轴对称条件下圆形洞室支护结构体系中围岩与衬砌的应力及位移的解析表达式,分析了两种解析表达式的差异原因,给出了正确的解析表达式.     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．     

基于敏感性分析的隧道围岩变形稳定可靠度计算

应用可靠度理论对隧道围岩稳定性进行评定的难点是围岩变形稳定功函数为隐式或为高度非线性,为解决这一问题,将影响隧道围岩变形的因素视为随机变量,结合敏感性分析原理和有限元分析方法,先通过有限元分析求解每一个随机变量单独变化时圆形隧道拱顶沉降位移,再根据围岩位移计算结果进行非线性拟合得到拱顶沉降位移随单个因素变化时表达式,然后应用多元非线性回归求解围岩位移与多个随机变量之间的近似表达式.以圆形隧道洞室表面围岩刚好达到剪切塑性极限为临界条件时的洞顶沉降位移解析解作为围岩极限位移,根据围岩位移近似表达式和极限位移建立围岩变形稳定功能函数后进行围岩稳定可靠度计算.为了验证本方法的可行性,以某圆形断面隧道为例,采用设计点方法计算了围岩稳定可靠指标并对其稳定性进行了评定.本方法简单可行,计算精度能满足工程要求且具有一定的实用性.     

浅埋非圆形隧道开挖引起的力学响应解析解

浅埋非圆形隧道的力学分析对城市地铁隧道的施工安全具有重要意义，其求解难点在于如何考虑重力场的影响以及圆环域保角映射函数的确定.为此，在复变函数理论框架下通过重构解析函数的表达，提出了重力条件下浅埋非圆形隧道力学分析的解耦保角映射方法，该方法将解析函数拆分成两组子函数，并采用不同的局部坐标系进行表达，两组子函数可以分别表达地表边界内与隧道边界外的应力与位移场，同时地表边界与隧道边界也可以单独进行保角映射；利用快速Fourier变换将用于确定解析函数的边界条件方程转化为频域方程进行求解；将本文方法应用于浅埋隧道开挖引起的地表沉降分析.研究结果表明：隧道形状会对地表沉降的大小造成显著影响，其主因素来源于隧道的高跨比；隧道埋深会同时对地表沉降量以及沉降槽宽度产生影响，埋深越小其敏感程度越大；侧压力系数的改变对地表沉降槽的宽度影响较小；与有限元方法相比，本文方法的程序体量极小、计算速度更快且精度更高.     

隧道围岩变形及支护刚度三维分析模型研究

鉴于既有力学模型在分析三维隧道施工力学问题时存在精度不高、计算资源要求高和计算时效不能满足工程要求等诸多困难,将隧道围岩视为半无限大或无限大弹性体,以作用于洞壁和掌子面处的等效作用力模拟隧道开挖效应,建立了一种深埋圆形隧道的三维分析模型.基于Mindlin解和Kelvin解分别推导了掌子面在洞口附近和掌子面远离洞口两种工况下围岩位移的积分计算公式,并编制了相应的计算程序,然后将待开挖介质视为"支护体",通过刚度分析将支护反力引入力学模型,推导了围岩变形的求解方程,可以快速计算隧道围岩变形场和围岩对支护结构刚度需求的量化值.研究结果表明:两种工况下围岩位移的分布规律基本一致,掌子面距离洞口较近时,隧道纵剖面围岩轴向位移最大值的解析和数值结果分别为6.1 mm和5.5 mm,隧道横截面掌子面处径向位移最大值分别为2.4 mm和2.6 mm,误差分别为9.8%和8.3%;在掌子面距离洞口较远的工况下,隧道纵剖面围岩轴向位移最大值分别为6.0 mm和5.7 mm,误差为5.0%;对于任选的一组隧道围岩和支护结构参数,考虑支护反力后计算得到的围岩纵向变形与数值分析结果吻合较好,超前位移分别为3.6 mm和3.0 mm,最终位移分别为9.1 mm和8.5 mm,误差分别为16.7%和6.6%;大岗山隧道2#压力管道的超期变形的计算结果和监测结果分别为0.4 mm和0.4 mm,最终变形分别为1.0 mm和1.1 mm,误差分别为0和10%.基于变形控制标准和新建力学模型可对围岩的刚度需求进行量化计算并指导支护结构设计参数的确定.     

圆形隧道抗震分析若干近似解析方法比较研究

为避免盾构隧道抗震设计动力时程分析的复杂性和减小计算工作量,对圆形隧道抗震设计的3种近似解析方法进行了比较.第1种是基于复变函数的近似解析方法,并用成层地层振动方程获得的地层剪切力进行了改进;第2种是基于贝塞尔函数的近似解析方法;第3种是基于弹性力学的近似解析方法.分别采用上述3种近似解析方法和反应位移法对某隧道进行了抗震分析.结果表明:前2种近似解析方法的计算结果较接近,规律大致相同,因此可用二者计算结果的最不利组合进行抗震分析;第3种近似解析方法较为粗略,只可用于圆形隧道抗震设计的前期估算.     

上软下硬地层支护与围岩不密贴数值研究

隧道工程中支护与围岩不密贴现象较为普遍。目前对隧道的数值研究大都假定支护与围岩密贴,且不考虑接触面影响。该假定会使得计算结果产生一定的误差。针对这类问题,运用FLAC5.0有限差分软件,以上软下硬地层中浅埋隧道为例,采用接触面单元对支护与围岩不密贴现象进行模拟计算,研究其对隧道稳定性的影响。计算结果表明,采用接触面单元模拟支护与围岩接触,更符合工程实际;当支护与围岩存在间隙时,围岩位移增大较大,支护内力变化不大,能为设计与施工提供更好的指导。     

基于现场直剪试验和强度软化的围岩压力解析

高地应力、强挤压软岩隧道在开挖前,隧道设计线路范围内的原岩就已处在塑性状态,隧道开挖后对支护有影响的围岩处于不同的塑性区范围内.就此,考虑到岩体的力学性能通过现场试验能较为全面地反映,对两座隧道高地应力软岩段的现场直剪试验曲线进行分析,并进行室内常规三轴压缩试验,得到了适用于塑性软岩隧道的简化本构关系曲线和应变软化模型.在此基础上对圆形塑性软岩隧道支护后的围岩应力状态和位移状态进行分析,在考虑围岩强度参数■、■随应变软化的情况下,推导出了塑性软岩隧道的扰动区半径r_d和支护力p_i解析表达式,并建立了动态支护力p_i与动态隧道壁径向位移u之间的关系,研究成果可为高地应力、强挤压塑性软岩隧道的支护设计提供一定的参考.     

既有隧道扩建工程及衬砌稳定性研究

以当风凹隧道为工程研究背景,采用二维弹塑性有限差分分析方法,研究既有隧道扩建过程中的力学特征及其支护强度;分析并得出既有隧道扩挖与假设新建一座隧道在力学上的主要差异：采用同种施工方法时,因为已有衬砌的作用,在旧洞基础上扩挖将避免对围岩的大面积扰动,且能充分发挥围岩承载力;结合公路隧道设计规范给定的极限状态方程,计算出隧道衬砌的强度安全系数;从位移、应力和安全系数等方面分析并证明了隧道的稳定性,研究成果为类似的隧道设计施工提供参考．     

隧道抗震仰拱形式优化分析

借助大型有限元软件ANSYS对隧道的地震反应进行数值模拟研究,确定计算模型并选取适当的材料参数,利用EL.Centro地震波研究处于特定条件下仰拱形式不同的隧道,分析隧道衬砌的位移、应力变化情况,确定不同围岩条件下适宜的隧道仰拱曲率半径,优化隧道仰拱形式。     

公路隧道二次衬砌厚度的优化

应用工程类比法对榆树沟隧道二次衬砌厚度进行了优化设计, 选取了Ⅱ类围岩浅埋、Ⅲ类围岩及Ⅳ类围岩三种不同的复合式衬砌结构类型, 对隧道开挖后围岩和初期支护的力学状态采用FLAC软件进行了模拟计算, 对二次衬砌的力学状态采用ANSYS软件进行了分析。结果表明三种衬砌结构类型的二次衬砌内力都较小, 最大轴力为165 kN, 最大弯矩为-15.97 kN.m, 且都发生在Ⅱ类浅埋断面, 二次衬砌的安全系数较大; 衬砌周边位移最大的是Ⅱ类围岩浅埋, 其洞周位移最大值(18 mm) 发生在拱脚处, 边墙围岩收敛较小, 且围岩越好, 周边位移越小; 现场监控量测的净空收敛数值均远小于允许收敛值, 二次衬砌接触压力的量测值均远小于规范计算值。可见, 二次衬砌工作状态良好, 安全储备较大, 减薄二次衬砌厚度的隧道结构是安全的。     

超深层黄土滑坡作用下既有隧道结构体系力学特征

黄土地区滑坡灾害频发,滑坡尤其是超深层滑坡对既有隧道结构受力变形有重要影响,隧道滑坡体系变形特性、力学响应一直是学术界和工程界关注的焦点.?以某超深层滑坡地质灾害中的铁路隧道工程为依托,建立了"超深层黄土边坡-滑带-隧道"FLAC3D三维数值模型;利用基于位移突变的局部强度折减法模拟坡体失稳临界状态;针对不同滑带隧道相...     

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构一土一海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律．计算结果表明：在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略．同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考．     

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。     

武汉过江隧道地震响应因素影响分析

运用ANSYS软件,以武汉过江隧道衬砌结构典型地质剖面为例,研究地基土压缩模量、衬砌模量、外径、顶板土层厚度及水深等因素对地震响应的影响,相关参数均来自工程实际,地震荷载考虑EI-centro双向地震作用,得出如下结论：（1）随着地基土压缩模量增大,衬砌同一节点竖向位移和应力最大值逐渐减小;在同一时刻,最大节点位移分布在衬砌顶部,最小节点位移分布在衬砌底部;最大节点应力主要分布在衬砌左右侧壁位置,最小节点应力则分布在左上侧壁位置区域。当土压缩模量大于20MPa后,无论是位移还是应力,其变化幅度减小。（2） 衬砌模量越大,其节点位移减小,而节点应力增大;外径越大,其节点位移较小,而节点应力除拱顶、拱底外逐渐增大,拱顶拱底应力先略微减小然后增大。（3）地基土厚度越大,其节点位移逐渐减小;节点应力则逐渐增大。（4）衬砌上部水深越大,无论是节点位移还是应力均逐渐增大。当水深在10m内时,变化幅度较小;超过10m后,变化幅度增长较快。     

简支箱梁桥偏载系数的平面杆系有限元计算方法

简支箱梁桥是一种应用广泛的桥梁,但其应力、应变和挠度的计算比较繁琐。在分析桥梁横向分布影响线和偏载系数的基础上,提出了一种基于平面杆系有限元软件的较为简便的计算方法,对该计算方法进行了实例计算,计算结果表明该方法正确且实用。     

公路类圆形隧道应力分布的时变反分析

隧道开挖过程中,隧洞围岩的应力应变场是时间和空间的函数.由应变构建的时变本构模型,运用位移反演方法,依据各步开挖后拱顶及水平收敛和深部测线量测位移,对隧道开挖引起的时变应变分布进行辨识.通过构造应变分布函数直接反演洞周应力分布的时变过程,尝试用增量法实现动载荷动态分布参数的反分析.     

某城市老旧隧道衬砌结构安全性评估

综合分析重庆市朝天门隧道施工竣工图、检测结果,结合实地考察,对该隧道进行安全性评级。采用有限元软件ANSYS建立合理的计算模型,分析衬砌结构目前的受力状况,验算隧道衬砌强度。由此,得出该隧道目前的承载能力状况,为后续加固整治提供理论依据。同时亦可为其他城市老旧隧道的检测维修提供参考。