层状软岩隧道开挖稳定性及锚杆非对称支护方式研究

层状软岩地层中,隧道开挖后围岩的非对称破坏特征与支护结构的非对称受力特征显著,围岩的稳定性控制面临着较大的挑战。基于该背景,建立了层状岩体各向异性本构模型,并采用该模型分析了层理面的倾向与倾角对隧道破坏模式的影响,最终提出了围岩形变控制的锚杆非对称支护模式。研究结果表明:①当岩层倾角为0°,倾向为0°～180°或倾向为0°,倾角为0°～90°时,不同组合下围岩的塑性破坏区及形变显著区域均沿着隧道竖向轴线对称分布;倾角在0°～90°之间时,围岩的塑性区及形变显著区域呈现明显的非对称分布特征;倾角为90°,倾向为90°时,围岩塑性区及形变显著区域沿着隧道竖向轴线对称分布,其余倾向条件下,围岩的塑性区及形变显著区域沿着隧道竖向轴线非对称分布;②对于层状岩体而言,层理面特征是影响围岩破坏模式的最关键因素,而地应力场的方向是次要因素;③锚杆非对称支护方案,即首先加强围岩塑性破坏较大区域内的锚杆支护,其次加强围岩位移较大区域内的锚杆支护,可以有效的控制围岩的大变形与塑性区的发展。     

基于围岩二次应力特征的单跨四车道高速公路隧道合理拱墙高跨比的解析计算

以京沪高速公路济南连接线浆水泉双向八车道隧道为工程背景,分析了扁平隧道洞周围岩二次应力σ_θ的分布规律;数值模拟了6种断面GK1～GK6的隧道高跨比m与σ_θ的关系,其中:GK1为设计断面,GK2～GK3由2个椭圆组合形成,椭圆交接处位于三心圆在墙脚处的公切点,GK4～GK6为不同高跨比的椭圆;以隧道最不利部位拱顶σθ由压应力转为拉应力作为围岩稳定性控制基准,对单跨四车道高速公路隧道的拱墙高跨比m_1进行了分析。研究表明:从最大跨度处直到跨中处,σ_θ在数值上逐渐减小,且洞室越扁,最大跨度处的σθ越大,跨中处的σ_θ越小;跨中处出现受拉应力还是受压应力取决于m的取值范围;影响扁平隧道洞周围岩二次应力σ_θ的主要因素是拱墙高跨比m_1;提出了单跨四车道高速公路隧道的合理拱墙高跨比m1R值,即在满足隧道净空要求的前提下,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩m_(1R)应分别小于0.420～0.490、0.365～0.420和0.280～0.365。     

层次分析法在隧道断面多目标优化中的应用

利用有限差分软件对不同矢跨比的隧道开挖后的应力分布、应力集中、洞周位移、拱顶下沉和塑性区面积进行数值模拟分析。运用层次分析法,对影响隧道断面的各因素进行分析和调整,建立层次关系,构造阶层结构,给出层次分析法的算法流程,应用于四个不同矢跨比的隧道断面,以开挖面积、洞周水平收敛位移、拱顶下沉位移量、开挖后围岩塑性区面积和应力集中系数为指标,在满足隧道建筑限界的前提下,选择最优断面形状。     

铁路隧道软弱围岩破坏模式离散元分析

以贵广高速某铁路隧道为依托,采用离散元UDEC建立数值计算模型,对软弱破碎围岩的破坏模式和系统锚杆支护效果进行分析,可知：隧道开挖产生临空面,易引发节理结构面的破坏,拱部岩体首先出现破坏;系统锚杆能使洞周竖向、水平位移与塑性区得到有效控制;注浆加固不但使锚杆的销钉和组合梁作用更为显著,而且还有效提高了围岩的自承能力。通过分析建议取消拱部系统锚杆,加强侧墙锁脚锚杆。     

钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火性能与设计方法

为研究提高钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火性能的策略,选取某三跨钢-混凝土组合连续弯箱梁为研究对象,利用通用有限元软件ANSYS建立了其在火灾下的三维非线性两阶段分析模型;基于已有热-结构耦合分析方法,模型考虑了钢箱梁内空腔辐射传热过程和其上翼缘与混凝土板的接触边界条件;将模型得到的预测结果与试验数据进行了比较,验证了模型的可靠性;采用建立的模型在不同纵向受火位置、火灾强度和荷载水平作用下对钢-混凝土组合连续弯箱梁跨中挠度进行了参数敏感性分析,研究了其极限承载能力和刚度衰变规律;以火灾下跨中挠度为评估指标,提出了针对钢-混凝土组合连续弯箱梁的抗火设计方法。研究结果表明:在对称火和结构荷载作用下,钢-混凝土组合连续弯箱梁外边缘挠度大于内边缘挠度,且荷载越大,火灾越严重,这一效应越显著;在油罐车等过火面积较大的火灾作用下,刚度较极限承载能力衰退更快,与常温下的钢-混凝土组合连续弯箱梁极限承载能力和刚度相比,边跨受火16 min时极限承载能力和刚度分别降低至29%和14%,中跨受火28 min时极限承载能力和刚度分别降低至31%和22%;在钢-混凝土组合连续弯箱梁抗火设计中,应首先提高外侧钢箱梁在火灾下的刚度,增多和加宽外侧钢箱梁底板纵向加劲肋可使边跨受火20 min后内外侧钢箱梁跨中挠度差分别减小23%和30%,中跨受火32 min后内外侧钢箱梁跨中挠度差分别减小22%和27%。      

漂卵石隧道支护体系受力变形特性

针对川藏线拉萨—林芝段娘盖村隧道开挖与支护施工难、拱部塌落灾害频发等工程技术难题，提出了“三台阶互补循环式开挖+型钢钢架+喷射混凝土+双层密钢网+多组锁脚锚杆(管)+衬砌壁后注浆”的开挖支护组合体系，选取漂卵石隧道2组典型断面开展支护体系受力与变形实测研究，分析了围岩荷载作用特征、支护体系受力特性以及洞内外变形规律，揭示漂卵石隧道新型支护体系承载作用机制，总结提出了相应的防控新原则。分析结果表明：围岩压力以拱部松动塌落荷载为主且沿洞周分布不均，初期支护与二次衬砌平均荷载分担比例分别为67.65%和32.35%;锁脚锚杆受力拉压兼具，优化后最大拉、压力分别减小了45.9%和20.0%;二次衬砌受力总体较小，具有足够的结构安全储备；洞身段拱顶下沉不超过15 mm,水平收敛为8～9 mm;洞口段变形不对称且受浅埋偏压和降雨条件影响显著，拱部最大下沉达52.4 mm,上、下台阶水平收敛分别为11.4和15.6 mm,在类似不利条件下应尽早施作仰拱和二次衬砌以保证施工安全；漂卵石隧道支护体系设计遵循“少扰动、强拱脚、防超挖、密钢网、勤注浆”的防控原则，能够及时控制拱部松动区扩展，调动深层围岩的自...