利用DGM（1，1）模型模拟公路隧道围岩收敛变形的研究

在公路隧道新奥法设计和施工中,精确模拟预测隧道围岩收敛位移对于合理提供公路隧道设计与施工参数具有重要的意义。结合朱洋公路隧道围岩收敛变形数据的模拟,对DGM（1,1）模型在工程中的适用性进行了研究。经计算发现,有必要根据数据的特点选择不同的灰色模型来模拟;在隧道围岩收敛数据接近全指数增长时,用DGM（1,1）模型能够更精确地模拟隧道围岩收敛数据。结论对于公路隧道信息化设计和施工具有参考意义。     

基于现场试验的超大双曲面穹顶洞库支护体系研究

为解决硬岩中超大型地下工程复合式衬砌二次衬砌模筑混凝土施工困难、模板工程复杂、混凝土圬工量大等问题，以某地下储油库为依托，应用有限差分计算软件与现场原位试验的方法，对大型地下工程进行力学机制研究及支护体系优化。研究结果表明： 1）在围岩条件较好的岩体中开挖大型地下洞室，在支护参数选择合理、施工质量得以保证的前提下，使用单层喷射混凝土衬砌可提高施工效率，减少混凝土用量； 2）采用聚丙烯纤维喷射混凝土支护+低预应力锚杆的优化支护体系相较于Q系统岩石支护表所得的支护参数可更好地控制围岩变形，减少支护结构与围岩的拉应力区，达到与复合式衬砌接近的支护效果； 3）现场试验后发现优化后的支护体系在变形与应力方面可达到预期效果，穹顶最大变形约8 mm，支护结构安全可靠。     

地下工程平衡稳定理论再研究

目前,地下工程结构在计算分析方面主要采用传统松弛荷载理论（类似荷载结构法）和数值分析法;在合理结构构造、施工工法等方面主要采用岩承理论（类似地层结构法）,这些已有理论或方法隐含“变形协调控制”假定,实际应用中往往将这些假定忽视,因而需进一步发展新的理论方法以适应实际应用的需求。在大量工程实践和试验的基础上,揭示地下工程有效承载结构层与围岩荷载转移规律之间的关联性,建立地下工程平衡稳定理论,此理论既能反映传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容,又能拓宽平衡稳定性等内容,是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念; 同时提出能量控制技术、预支护技术、受力独立性综合技术、变形协调控制技术4项关键技术。将这些技术合理地运用到实际工程施工中,将便于利用已有或新成果分类预防和控制地下工程质量和安全,为解决新型地下工程问题提供新的依据。     

非等时序灰色模型的隧道变形预测研究

为提高灰色系统模型对非等时距隧道变形预测的预测精度，运用非等时距GM（1，1）模型对隧道围岩变形进行预测，利用Matlab7．1平台编写了隧道围压变形预测程序，结合张涿高速隧道围岩收敛变形实测数据，进行了变形预测及误差分析，结果表明预测值与实测值比较吻合，非等时距GM（1，1）模型可以应用于施工进度指导及安全系数评判。     

大别山隧道围岩破碎带全断面开挖施工方案研究

以客运专线合武铁路大别山隧道工程大断面施工为背景，在通过隧道施工设计中存在的围岩破碎带时，应用TSP超前地质预报初步确定破碎带的距离和走向，并结合隧道施工现场开挖揭露出的围岩情况，应用离散单元法（UDEC）对围岩破碎带全断面施工开挖、支护方案参数进行数值模拟理论分析。现场实测结果表明，监控量测成果和离散元计算成果中隧道拱顶下沉规律基本一致，且变形量小于设计允许值，证明隧道围岩及初期支护结构处于完全稳定状态。     

沉积岩中深部隧道围岩层状破坏模型

研究发现在岩体基本力学介质中，当沉积板状（层状）岩体的结构和性状符合某些特征时，其力学机理从总体上符合板壳结构的特征。根据这一结论，建立了沉积层状结构岩体隧道围岩破坏模型。采用该模型具体分析了深部直立沉积层状岩体中的地下工程围岩在其长度远大于直立高度的情况下岩体中的层状破裂问题。并根据地下结构失稳概率分析原理，建立了直立沉积层状围岩稳定的极限状态方程。     

高地应力软岩大变形隧道洞型及双层初期支护支护时机研究

为优化高地应力软岩隧道支护结构受力以及控制围岩变形,开展隧道洞型与双层初期支护支护时机研究。首先,通过现场监测数据分析高地应力软岩隧道单、双层初期支护的支护效果及围岩变形规律;然后,采用FLAC3D软件对比分析马蹄形（高跨比0.80）、类圆形（高跨比0.90）、圆形（高跨比1.00）3种洞型下以及第1层初期支护变形达300、350、400 mm时施作第2层初期支护时隧道的受力与变形情况。研究结果表明： 1）对于高地应力Ⅲ级大变形围岩2车道隧道,采用双层初期支护较单层初期支护虽有效控制了围岩变形,但在施工过程中仍出现了拱肩破坏、仰拱开裂等现象; 2）适当增大隧道高跨比可有效降低围岩变形与支护结构受力,高跨比为1.00时效果最好; 3）适当增大第1层初期支护的预留变形量,推迟第2层初期支护的支护时间,支护应力大幅降低,因此,建议第1层初期支护变形达400 mm时施作第2层初期支护。     

基于灰色Verhulst模型对边坡变形预测研究

为了达到研究边坡变形发展趋势的目的,通过应用灰色Verhulst非线性微分动态预测模型,对实际工程中岩质边坡的变形发展进行了预测.研究结果表明:灰色Verhulst反函数预报模型建模思路正确,预报判据理论充分,并且预报精度较高.该方法可用于边坡变形任意阶段数据的预报,且可为类似岩土工程边坡变形预测参考.     

基于对数应变考虑渗流影响的软弱围岩圆形隧洞弹塑性解

为求解发生大变形时软弱围岩圆形隧洞的应力和位移，基于三剪应力统一强度理论和拉格朗日坐标下的对数应变，通过考虑施工期、运行期和检修期3种工况下主应力顺序以及渗流等影响，推导理想弹塑性模型软弱围岩的弹塑性解，并分析弹性模量、泊松比、孔隙水压力和强度准则4个参数对塑性区厚度和洞壁处径向位移的影响。研究结果表明： 1）施工期围岩塑性区厚度随弹性模量的增大呈现先增大后逐渐趋于一个稳定值（小应变解），而运行期围岩塑性区厚度随弹性模量的增大呈现逐渐减小后逐渐趋于一个稳定值（小应变解），洞壁处径向位移在施工期和运行期2种工况下均随弹性模量的增大逐渐减小； 2）施工期和运行期围岩塑性区厚度随泊松比增大几乎无影响，而洞壁处径向位移随泊松比增大呈线性增大； 3）施工期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移随孔隙水压力的增大而增大，而运行期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移随孔隙水压力的增大而减小； 4）不同强度准则下的塑性区厚度和洞壁处径向位移变化显著； 5）检修期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移变化规律与施工期类似。对于发生大变形的软弱围岩圆形隧洞，推导的弹塑性解与小应变解明显不同。     

围岩变形预测的Richards模型及变形发展趋势分析

隧道围岩变形是隧道工程的设计和施工的重要参数,由于Richards生长曲线与隧道围岩变形-时间曲线具有相似性,将Richards模型引入到围岩变形预测中,通过围岩变形-时间曲线的拟合预测未来围岩变形发展趋势和围岩极限变形值。通过工程实例具体分析了Richards模型的应用效果,结果表明：Richards模型可以较好的预测隧道围岩变形发展过程;只有当围岩变形进入了明显的稳定发展阶段,可以得到良好的预测效果;Richards模型预测效果要优于指数曲线模型和双曲线模型,具有更好的应用价值。     

阳城隧道土砂分界地层隧道围岩变形特征及控制工法研究

为解决采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制难题,以浩吉铁路阳城隧道为依托,采用室内试验、数值模拟和理论分析等方法对不同隧道埋深及土砂分界位置（土砂比,即土层厚度与砂层厚度之比）下的隧道围岩变形规律进行研究,并提出围岩变形控制工法的选取原则。研究结果表明： 1）不同隧道埋深及土砂比情况下的围岩变形曲线可分为变形预发展阶段、变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形稳定阶段4个阶段,且均可采用Boltzmann函数进行良好拟合; 2）当土砂比由0∶1增至1∶0时,隧道拱顶沉降、边墙水平收敛和仰拱隆起对土砂分界面的位置变化具有不同的响应规律; 3）提出适用于采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制工法选取原则,并通过计算证明,该原则可有效指导围岩变形的控制。     

小相岭隧道围岩力学状态测试及大变形成因分析

为解决小相岭隧道平导和正洞的围岩大变形问题，采用现场试验的方法对围岩力学状态进行测试，基于实测数据对隧道大变形成因进行分析并提出针对性控制治理对策。结果表明： 1）隧道围岩强度偏低且存在明显的各向异性，初始地应力以水平应力为主，属极高地应力；现场实测结果显示底板处围岩损伤范围明显大于边墙处，推断隧道大变形为底隆变形，这与现场结构变形特征相符。2）隧道大变形的主要原因是下伏缓倾层状软弱岩层、高水平地应力、支护结构不对称等因素，尤其是平导底板的不对称结构对抵抗底隆变形能力较弱。3）在采取平导设置仰拱、正洞打设长锚杆、增大预留变形量、提升结构的刚度及强度等措施后，隧道变形得到了有效控制。     

基于围岩虚拟支护力特性的隧道塌方机制及控制研究

为研究隧道塌方事故的典型模式及其演化规律,基于塌方案例统计分析结果,阐明隧道开挖面失稳塌方和关门塌方2类安全事故的基本特性,推导隧道围岩虚拟支护力纵向分布曲线,进一步从围岩应力释放角度揭示了虚拟支护力与2类塌方事故的关系,并给出了塌方事故的控制要求。研究表明： 1）开挖面失稳塌方和关门塌方2类由围岩和结构失稳引发的隧道塌方事故在事故次数（68%）、死亡人数（53.7%）和涉险人数（68%）方面占比较大,其中关门塌方事故单次事故涉险人数最多,潜在危害最大。2）隧道开挖面处的围岩虚拟支护力随着黏聚力的减小而降低,开挖面后方2倍半径处围岩的虚拟支护力已大部分释放（＜5%pi）。3）围岩变形和虚拟支护力释放的第2阶段内,围岩变形急剧,围岩虚拟支护力急剧释放且释放量较大,此阶段是隧道塌方控制的重点。     

隧道非接触式变形监控量测元件标准化设计

为了解决隧道及地下工程中变形监控量测元件标准化、规范化施工及管理,采用非接触式测量与分离式设计方法,对隧道变形监控量测元件进行标准化设计,包括专用反射片直接粘贴在量测板专用凹槽内,量测板四周有遮板,量测端通过扳手卡槽采用专用扳手将紧固螺栓与锚固端的紧固螺母连成一体,锚固端锚固于锚入体,形成非接触变形监控量测元件实体,并申请了专利。该专利成果:1)可循环利用,量测端设置了遮板,可有效防止反射片被喷射混凝土、灰尘等污染;2)整体采用不锈钢加工,具有良好的防震、防水、防腐性能;3)采用锚固剂锚入初期支护及围岩浅层,测点牢固可靠,外漏长度满足量测要求,并易于识别;4)外观标准、安拆方便,适用于各类隧道及地下工程变形监控量测使用。     

隐覆溶洞对地铁盾构隧道稳定性影响的数值分析

为研究岩溶区隐覆溶洞对盾构地铁隧道区间稳定性的影响，依托位于高原岩溶发育区昆明轨道交通4号线联大街站—吴家营站区间盾构地铁隧道工程，应用物探钻孔法和电磁波CT法勘探盾构地铁隧道区间的溶洞分布； 采用三维有限元数值分析方法，分别研究盾构隧道不同埋深时隧道下侧溶洞对隧道稳定性的影响，以及隧道周边溶洞半径、溶洞填充状态、溶洞位置、溶洞隧道间距对盾构隧道开挖稳定性的影响，分析岩溶发育区盾构法地铁隧道施工过程中隧道结构的稳定性。研究结果表明： 1）综合应用钻孔法和电磁波CT法，可较好地判断岩溶强发育区内的溶洞分布； 2）当隧道周边溶洞尺寸和位置不变时，盾构隧道围岩塑性区和变形量随溶洞埋深的增大而增大； 3）当隧道周边溶洞半径增大时，溶洞与隧道围岩间的应力集中区域变得分散，盾构隧道围岩变形量减小； 4）隧道周边溶洞内填充物及数量对盾构隧道围岩的变形量基本没有影响； 5）隧道周边溶洞位置对盾构隧道围岩变形的影响程度分别为盾构隧道围岩左、右侧的溶洞大于盾构隧道围岩下侧的溶洞，盾构隧道围岩下侧的溶洞大于盾构隧道围岩上侧的溶洞； 6）隧道周边溶洞仅在距隧道一定范围内才对盾构隧道施工稳定性有较大影响。     

TRT超前地质预报技术应用研究

TRT超前地质预报方法具有操作简便、测试速度快、成果直观可靠等特点。以某地下工程为例,介绍TRT超前地质探测系统在实际工程中的应用,通过对比围岩实际开挖情况,验证了该法良好的超前地质预报效果。     

挤压性破碎围岩变形控制技术研究

本文依托雁门关铁路隧道开挖项目为背景,针对雁门关隧道施工过程中会发生围岩挤压大变形的情况,研究了预留核心土、超前支护、优化设置系统锚杆、双层支护等各项变形控制技术的控制效果,利用数值计算方法评价采用各种变形控制技术下隧道结构的安全性,形成了雁门关隧道挤压性破碎围岩综合变形控制技术。该高地应力破碎围岩变形综合控制技术适用于在高地应力或深埋条件下大断面软弱破碎围压隧道及地下工程的修建进行推广。     

地下工程开挖与支护的非线性分析

运用耗散结构和熵变论分析了地下工程开挖后围岩应力变化和变形的非线性过程,并进一步用熵增加解释支护对围岩稳定的作用机理。岩体在变形的过程中出现了能量释放和熵减小,如果负熵大于围岩系统的熵,系统的熵增加为负,围岩系统从无序发展到有序,直到失稳。为了维护围岩的稳定性,在围岩系统中加入锚杆、喷浆等支护作为高熵物以提高系统的熵,能减小开挖前后应变能差异。     

新奥法量测技术在八一隧道工程中的应用

前言所谓新奥法,就是在地下工程中采用光面爆破掘进,系统地应用喷射混凝土、锚杆、挂金属网等主要手段,积极利用围岩自身所具有的强度,以求围岩稳定的一种方法。自从新奥法问世以来,已在岩体工程界引起了极大的重视。应用新奥法原理进行隧道工程设计和施工,使岩峒在发生破坏之前限制围岩的变形,以改善峒体应力状态,提高岩体强度,达到充分发挥围岩的自稳能力。新奥法量测技术不仅能预测施工中塌方的可能性,并可防止竣工后的变异。隧道的围岩稳     

浅埋大断面公路隧道渐进破坏规律与安全控制

围绕浅埋大断面公路隧道渐近破坏过程与机制，以大永高速公路甸头隧道下穿大西二级公路工程为背景，开展了室内相似模型试验与现场监测分析。针对不同围岩级别条件（Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂），分析了隧道毛洞开挖过程中围岩应力和位移变化规律，提出了基于变形差率的隧道施工安全控制指标，隧道施工现场监测验证了该指标的科学性，保障了隧道施工安全。研究结果表明：①隧道的破坏首先发生在拱顶位置，随着隧道的不同分部的开挖，破坏区向拱肩和地表扩展；围岩级别为Ⅳ₃时，隧道开挖后围岩形成一定厚度的塌落拱，塌落拱高度约为0.67M（M为隧道最大跨度）；围岩级别为Ⅴ₁和Ⅴ₂时，隧道开挖将引起围岩坍塌，形成塌方等较严重事故。②隧道开挖过程中，在开挖卸荷作用下，隧道产生不同程度的收敛与沉降，Ⅳ₃比Ⅴ₁，Ⅴ₁比Ⅴ₂，Ⅳ₃比Ⅴ₂最大地表变形分别减少了63.0%、20.0%和70.4%；隧道开挖应力变化方面，Ⅴ₁比Ⅳ₃，Ⅴ₂比Ⅴ₁，Ⅴ₂比Ⅳ₃最大应力变化量分别减少了43.5%、23.0%和56.5%，且Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂围岩级别下隧道开挖过程应力和变形影响范围逐个增大。③采用模型试验手段，通过计算典型测点沉降差与测点距离的比值——变形差率，分别探讨Ⅴ₂，Ⅴ₁和Ⅳ₃围岩级别的浅埋隧道施工安全控制标准。隧道施工现场监测结果表明，对于Ⅴ₁级围岩浅埋隧道，当隧道地表横向和纵向变形差率均小于10 mm·m^-1，可防止公路地表裂缝的产生。研究成果对于浅埋大断面公路隧道施工与安全控制具有重要意义。