荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究

牡丹江荒沟抽水蓄能电站地下厂房具有典型的“大跨度、高边墙、多洞室交叉”的工程结构特点，在陡倾结构面、中等地应力等复杂地质条件和强卸荷开挖的影响下，洞室围岩片帮、掉块等局部稳定性问题突出。针对此问题，构建荒沟抽水蓄能电站地下厂房微震监测系统，对地下厂房开挖卸荷过程进行实时监测，揭示围岩内部岩石微破裂的萌生演化过程及其对围岩稳定性的影响。结果表明： 1）开挖卸荷的强施工扰动引起的围岩高能量释放，导致主厂房上游边墙围岩内的断层破碎带局部损伤加剧，诱发大量微震事件； 2)微震事件在主厂房上游侧拱肩区域沿断层走向呈条带状分布,且在厂房下游侧边墙与3#支洞交汇的洞室结构薄弱部位聚集； 3）识别主厂房上游边墙桩号厂左0+20 m至厂左0+80 m段是围岩潜在失稳区域。     

关角隧道碳质板岩段洞室支护体系综合评价指标研究

关角隧道9#斜井工区为高地应力软岩区段,开挖后洞室变形较大、稳定性差。文章首先根据理论公式分析了影响洞室变形和塑性区大小的主要因素,而后针对碳质板岩段,采用数值计算的方法具体分析了岩体变形、强度参数、地应力特征、开挖断面形式以及支护刚度等因素对洞室变形的影响;最后结合不同开挖断面形式和不同支护刚度的现场试验,提出了考虑地质环境、洞室形状和支护特征的隧道洞室支护体系评价指标F,并采用该指标对碳质板岩段支护体系进行了评价,其结果与变形等级有较好的对应关系。该指标对于设计阶段隧道支护体系的评价有一定的参考价值。     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

大断面上新统红色泥岩(N_2~(Cr))隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5～10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明:1)围岩各项指标属于极硬土—极软岩临界范畴。2)该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ—Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3)未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4)该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

超大跨度扁平地下洞室变形控制标准研究

为解决目前超大跨度扁平地下洞室(跨度大于50 m)变形控制尚无明确规范的问题，基于某工程实例，采用理论解析与数值模拟相结合的方法，对大跨洞室变形控制标准进行研究。以围岩应变作为岩体强度指标评判大跨洞室稳定性，建立洞室拱顶沉降量S与围岩极限应变ε的关系，并提出以“沉降跨度比”作为大跨洞室沉降变形控制指标，给出适用于各施工阶段的变形控制标准，并建立变形控制标准分级管理办法。研究结果表明：1）大跨洞室沉降变形允许值与洞室几何形状、围岩强度特性相关；2）结合本工程大跨洞室“分部开挖-预留岩柱”的开挖方案，洞室变形主要发生在大跨洞室阶段。     

软弱围岩大变形演化特征探讨与支护理念的辩证思考

该文以FLAC3D数值分析软件为工具,以高速公路双车道隧道为研究对象,模拟了不同级别围岩在不同埋深条件下隧道开挖后的变形过程。分别记录了不同计算时步条件下围岩位移和塑性区的分布情况,获得软弱围岩大变形的发展演化过程及特征。研究发现:大变形存在收敛型和不收敛型两种类型。在对大变形演化特征分析的基础上,结合马克思主义唯物辩证法观点对软弱围岩大变形支护理念进行了辩证思考。获得了软弱围岩大变形隧道实践的哲学指导。     

城市超浅埋平顶大跨断面软岩洞室施工数值分析

针对天津市营口道地铁车站暗挖超浅埋平顶大跨大断面风道洞室项目,运用大型有限元数值计算软件（ANSYS）模拟计算大断面洞室分部开挖方式,进行非线性力学特性分析,结合施工方法和监测资料对比,对施工方法最优化设计,确保洞室围岩在开挖过程中处于最佳稳定状态。     

软岩偏压隧道开挖支护力学特点分析

以V级软弱围岩杏花村偏压隧道工程为背景,应用有限差分软件FLAC3D对大断面偏压隧道进行施工动态模拟,研究大断面浅埋偏压隧道开挖过程中力学特点,通过与实际监测结果对比分析,结果基本一致。FLAC3D准确模拟了软弱围岩浅埋偏压隧道开挖情况,结果表明,大断面偏压隧道开挖中,偏压侧位移较大;通过围岩应力状态、衬砌结构内力比较,综合分析了大断面偏压隧道开挖力学特点,结合锚杆支护的数值分析,总结了实际工程中支护方案拟定方法及偏压隧道开挖施工注意部位。     

基于非线性屈服准则的地下石油洞库围岩变形特性研究

基于修正的非线性的Hoek-Brown屈服准则,对中国首个大型水封式地下洞室变形特性进行研究。采用非线性的Hoek-Brown屈服准则,在考虑渗透力条件下,分析地下洞室开挖后塑性区范围;运用离散元软件UDEC,块体选用H-B模型,根据施工巷道开挖过程中围岩变形情况,对围岩参数进行校正,获得较为可靠的随机节理分布的洞库围岩参数,并分析了节理随机分布的地下洞室开挖后边墙附近的水平方向、竖向、法向及切向的应力变化情况。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

高地应力大变形隧道台阶法开挖过程中围岩变形分析

在施工过程中围岩变形规律对高地应力隧道施工控制大变形非常关键,也是选择隧道开挖方式、支护型式、支护参数、支护时机的技术依据。采用有限元数值模拟分析对高地应力大变形隧道采用台阶法开挖过程中的围岩变形规律进行数值模拟分析,并针对其开挖过程中的预留核心土长度对变形的影响进行了探讨,提出了合理的台阶长度和核心土长度,其结果对高地应力大变形隧道的设计与施工具有指导作用。     

埋深与围岩变形模量对隧道支护结构承载特性的影响分析

为探讨埋深与围岩变形模量对隧道开挖后支护结构承载变形的影响规律,以龙永(龙山—永顺)高速公路大干溪Ⅰ号隧道为研究对象,采用ANSYS建立三维数值分析模型,对隧道分部开挖支护进行模拟分析。结果表明,在3个不同埋深条件下,当围岩变形模量由4.5GPa减少1/3时,拱顶下沉量与周边收敛量均增加40%左右,初期支护拱顶水平方向应力值增加55%左右,初期支护左侧拱腰竖向应力值增加37%左右;当围岩变形模量由4.5GPa增加1/3时,拱顶下沉量和周边收敛量均减少22%左右,初期支护拱顶水平与竖向应力值和初期支护左侧拱腰竖向应力值均减少21%左右;变形模量减小对支护结构变形与内力的影响比其增大时明显。     

基于ANSYS的偏压隧道CRD法开挖顺序数值分析

针对偏压隧道问题,通过运用ANSYS软件对偏压隧道进行二维数值模拟研究,分析了隧道在CRD法不同施工顺序下的岩体与支护的应力应变情况,归纳出随着开挖的进行,围岩应力、应变的变化规律以及支护结构的最大内力值及其位置。结果表明:偏压隧道在CRD施工方法中,先开挖埋深小的一侧对隧道的影响比先开挖埋深大的一侧的影响更小。     

小间距隧道围岩变形控制条件及其工程应用

为了探讨小间距隧道围岩的变形稳定性,进行稳定安全的净距设计,基于地下洞室围岩的容许变形规定或规范,以及大量的现场监测信息和变形规律数值模拟结果,利用统计学方法,对围岩为石灰岩和千枚岩的小间距隧道建立了容许变形控制方程,该方程综合考虑了小间距隧道跨度、间距大小、埋深、围岩变形规律及强度特性等影响因素。依据该方程对围岩为石灰岩和千枚岩的小间距隧道工程的稳定安全性进行了检验分析,并与现场实测位移进行了比较分析,其可用于中硬岩和硬岩小间距隧道围岩周边水平容许位移和拱顶垂直容许下沉位移的计算。     

软弱地层中浅埋隧道不同工法开挖的力学特性研究

为确定软弱地层中浅埋隧道开挖时围岩的力学特性,以穿越饱和砂土地层的某城际高铁隧道为依托,采用数值模拟和现场试验手段,研究不同工法下围岩位移、地表沉降、初期支护受力情况的变化规律,并通过现场测试数据进行验证。结果表明:由于开挖过程中设置了中隔壁等临时支护,CD法能更有效控制变形的发展,因此洞内围岩位移、地表沉降、初支结构的应力、内力均比台阶预留核心土法小;现场监控量测成果与CD法数值模拟数据在规律上较为符合,CD法应用于饱和砂层中,引起的围岩位移、地表沉降、支护结构内力等均在安全值范围内,能保证浅埋隧道的施工安全。     

基于相对变形的大变形隧道地应力反算

针对复杂地质条件下高地应力大变形隧道地应力复杂多变的特点，为满足该类隧道动态设计对地应力资料的要求，提出基于上台阶开挖后拱腰水平收敛与拱顶下沉的相对比值并结合开挖揭示的围岩情况，建立二维数值模型反算地应力的方法。以丽江至香格里拉铁路中义隧道为例，对该方法进行详细说明。研究表明所述方法具有无需地应力测试、计算方便的优点，施工期间可用于地应力分析、预测。中义隧道典型区段地应力反算结果表明： 1）隧道出口及2号横洞工区的地应力分布特点并不相同； 2）围岩及埋深差别不大的区段，隧道水平收敛变形出现较大差异主要是由于地应力侧压力系数不同引起的。     

浅埋大跨矩形隧道施工过程稳定性数值模拟

对超浅埋近距离双孔大跨径的平行隧道,采用不同的开挖方法和开挖顺序会有不同的结果,两洞室开挖时,由于洞室开挖的不同步,地层刚度不再对称,后续开挖洞室的施工对已开挖的洞室有影响,其影响又与围岩级别、隧道间的间距、开挖和支护方式等因素相关,采用有限元方法模拟这些因素对此类隧道在开挖后地表和拱顶下沉的影响规律。     

雪峰山公路隧道风机洞室围岩稳定性研究

雪峰山公路隧道中的通风洞室结构复杂,洞室断面跨度较大、间距较小,因此,设计与施工过程的围岩安全性与稳定性是工程设计施工的关键,有必要采取有效的数值计算方法和计算模型,对洞室群进行详细的数值模拟分析.在地应力反演结果的基础上,应用国际通用程序三维快速拉格朗日分析(FLAC--3D)对风机洞室在不同围岩力学参数下的力学行为进行数值模拟,得到了洞室围岩的应力、位移和破损区的分布规律,研究成果对工程具有重要的指导意义.     

高地应力软岩隧道围岩大变形NPR锚索控制方法研究

为解决高地应力软岩隧道建设过程中支护结构破坏、围岩大变形等问题,依托地处炭质板岩地层，具有地质构造复杂、断层发育、埋深大、地应力极高等特点的木寨岭特长公路隧道工程，对隧道围岩NPR锚索支护方案进行研究。首先，采用原位试验、现场勘察和室内试验方法，对其地质条件及破坏成因进行分析；然后，利用自主研发的高预紧力恒阻大变形锚索（NPR锚索）材料，设计出一种能够控制公路隧道围岩大变形的NPR锚索综合控制体系；最后，使用该控制体系在现场进行工业性试验，通过对NPR锚索加固区的围岩变形量、钢拱架应力和NPR锚索受力进行实时监测，分析NPR锚索支护方案的围岩控制效果。试验结果表明： 采用NPR锚索“非对称布设和长-短锚索组合搭配”的综合控制体系，能有效控制隧道围岩初期支护大变形难题，最大变形量从2 936 mm控制到240 mm以内，消除了初期支护侵限、开裂等破坏隐患，控制效果显著。     

雪峰山公路隧道风机洞室围岩稳定性研究

雪峰山公路隧道中的通风洞室结构复杂，洞室断面跨度较大、间距较小，因此，设计与施工过程的围岩安全性与稳定性是工程设计施工的关键，有必要采取有效的数值计算方法和计算模型，对洞室群进行详细的数值模拟分析。在地应力反演结果的基础上，应用国际通用程序三维快速拉格朗日分析（FLAC-3D）对风机洞室在不同围岩力学参数下的力学行为进行数值模拟，得到了洞室围岩的应力、位移和破损区的分布规律，研究成果对工程具有重要的指导意义。