隧道断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟研究

为研究隧道穿越断层突水突泥灾害发生机制，在分析渗流诱发断层突水突泥机制的基础上，依托江西永莲隧道断层破碎带突水突泥灾害工程实例，采用数值模拟方法，建立可模拟隧道动态开挖穿越断层带过程的有限元计算模型，分析隧道开挖过程中渗流场、应力场、隧道涌水量、塑性区分布等灾害前兆信息的演化规律。研究结果表明，当掌子面接近断层时，应力场、位移场、渗流场、塑性区分布等前兆信息均发生了突变。主要表现在： 1）应力集中现象达到最大，增幅接近1倍，高应力集中极易导致隧道施工至断层附近区域围岩失稳； 2）隧道围岩位移包括拱顶沉降与拱底隆起急剧性、突变性增大； 3）渗流速度急剧增大，地下水更容易向洞内渗透，地下水对围岩的蚀溃破坏作用加大； 4）围岩塑性区范围覆盖了整个洞周范围并且屈服深度有所增加； 5）隧道开挖接近断层时极易造成突水突泥灾害，施工中应积极采取有效的防控措施。     

车站基坑揭露断层带注浆加固效果数值模拟研究

为研究注浆对明挖基坑揭露断层带的加固效果,以南京地铁上元门车站基坑工程为背景,考虑基坑开挖过程中渗流场与围岩应力场的相互耦合作用,建立相应的有限元分析模型,对软弱破碎层、注浆加固带、基坑地下连续墙以及围岩所组成的耦合系统进行模拟,研究注浆加固前后围岩渗流场、位移场以及应力场的特征,最终获得基坑地下连续墙的水平位移、基坑外地表沉降、围岩塑性区分布、基坑内围岩变形以及基坑内涌水量变化规律。研究结果表明： 1）通过对基坑底部断层带的注浆加固,基坑侧向位移及基坑外地表沉降均得到有效控制,相比于注浆加固前,其最大水平位移和地表累计沉降量减小50%以上,满足工程要求; 2）基坑底部区域内塑性区范围明显减少,基坑外塑性区扩散也得到有效抑制; 3）基坑底部断层带注浆改变了渗流场分布,有效降低了基坑涌水量,基坑治理区域涌水量由最初的94 m3/h逐渐减小到4 m3/h,堵水率达96%; 4）注浆结束后现场钻孔取芯率达到75%~80%,开挖揭露大量劈裂作用形成的浆脉,验证了注浆可有效治理明挖基坑所揭露的软弱断层破碎带。     

隧道开挖时地下渗流场的模拟分析

结合新建隧道工程，用Madis／GTS软件对隧道开挖进行模拟分析，通过比较开挖前后地下渗流场和应力场的变化，分析了隧道开挖对渗流场和应力场的影响。     

基于流-固耦合效应软弱围岩隧道CRD法开挖变形分析

以广东某高速公路弱质围岩隧道为工程背景,基于流-固耦合分析相关理论,对弱质围岩隧道CRD法开挖进行稳定性分析。运用FLAC3D软件分别在考虑渗流效应和不考虑渗流效应时,进行三维数值模拟,得到了相应的孔隙水压力和位移场变化特征,研究了渗流效应对隧道CRD法开挖过程中位移场的影响和在渗流效应下CRD法开挖隧道的变形控制。     

青岛海底隧道围岩应力场与渗流场相互作用数值模拟

青岛海底隧道工程海域段穿越断裂破碎带,岩体呈碎裂结构,岩质软硬不均。为对岩体渗流场与洞周围岩开挖二次应力场二者间进行相互作用分析,应用非线性有限元程序ABAQUS检算施工期海底隧道开挖和衬护结构施作后,围岩体渗流场与隧道开挖二次应力场间的相互作用,得出围岩体渗流场、应力场的分布规律、洞周围岩塑性区的分布和范围,为海底隧道工程提供设计、施工依据。     

流固耦合作用下浅埋近接双线盾构隧道开挖扰动分析

依托广佛环线沙堤盾构隧道工程,通过FLAC3D软件的流固耦合模块,分析了富水地层浅埋近接双线盾构隧道开挖的应力场、渗流场和位移场的扰动行为。研究结果表明:屈服接近度可以作为从应力状态角度分析隧道开挖扰动行为的定量指标;随着横向净距的增大,左、右线隧道开挖对地层渗流场的扰动趋向于单线隧道开挖对渗流场的扰动特征,隧道施工引起的地表沉降槽曲线逐渐由深“V型”趋向于“W型”分布;当横向净距大于1.5 D时,左、右线隧道开挖引起地层扰动的叠加效应较小。     

邻近立交桥地铁施工分析与评估

针对临近立交桥的地铁施工进行了建模和计算,得到了盾构施工地铁和立交桥的应力场和位移场,通过对地铁施工引起的应力和位移分布进行分析,在地铁施工中提出了加固建议,结果表明,由于根据模拟分析对结构进行了合理评估,同时采取了合理的加固措施,保证了地铁施工中立交桥的安全,可为临近立交桥的地铁设计和施工提供参考,并可为相似的工程提供有益的借鉴。     

路堑边坡不同开挖顺序的效果分析

应用岩体力学理论和FLAC数值模拟技术,根据路堑边坡的开挖过程和施工程序,对路堑边坡设计中必须考虑的基本问题进行了数值模拟和分析.通过数值模拟,得到了公路工程路堑开挖施工过程中应力场和位移场随施工进展的动态分布特征,据此可以较好地进行边坡开挖预估控制.     

高地应力条件下深埋隧道开挖方式数值优选及工程应用

针对高地应力条件下隧道全断面施工过程中出现的挤压掉块、支护结构扭曲破坏等现象,拟采取上下台阶法或下导洞超前开挖法进行施工,现利用有限差分软件FLAC3D模拟分析了全断面法、下导洞超前开挖法、上下台阶法3种开挖方案,对比分析位移场、塑性区和应力场的分布特征,结果表明： 综合考虑位移场、塑性区及应力场分布等关键特征,推荐采用上下台阶法进行现场施工,采用该方法施工后开挖面稳定性得到明显改善,且现场监测数据与数值计算结果较为吻合。     

大干溪I号隧道衬砌水压力分析

在岩溶富水地段,隧道衬砌实际上处在围岩应力场和渗透渗流场双场之中,渗流场的存在会导致围岩自稳能力降低,从而增加了围岩对衬砌的压力,同时渗流场的存在也会对隧道衬砌产生了渗透压力,研究了大干溪Ⅰ号隧道衬砌水压力,探讨了在渗流场和围岩应力场相互耦合作用下衬砌内力的变化情况,对富水段隧道衬砌的设计和施工有一定的借鉴意义。     

隔水帷幕深度对苏州地铁隧道结构影响分析

随着城市地铁周边建设工程项目越来越多,研究邻近地铁的基坑施工对地铁隧道影响具有重要意义。基于苏州地铁1号线某基坑工程,采用FLAC 3D程序,分析研究在既有地铁隧道周边,基坑采用不同的隔水帷幕深度情况下,地下水渗流作用对地铁隧道的影响。数值模拟中考虑在2种不同的隔水帷幕深度时,基坑降水后隧道的位移场以及隧道管片应力。研究结果表明:1)增长隔水帷幕深度有利于控制隧道周围孔隙水压力降低,有利于减小隧道结构变形。2)随着隔水帷幕深度增加,减小了基坑降水引起隧道结构应力的降低。     

隧道开挖流体-固体耦合分析在复杂断裂岩体中的应用

基于某隧道工程,通过建立模型,研究了隧道开挖流体-固体耦合分析在断裂岩体中的应用。结果表明,在左隧道开挖后,围岩应力分布特征改变明显,应力距离隧道边缘越远变化越小,在洞半径约6倍以外的岩体,应力分布特征恢复到初始应力状态。在隧道拱顶,有较大沉降位移产生,拱腰水平收敛位移较大,拱底隆起变形较大。位移离洞边缘越近,变形越大,离洞边缘越远变形越小,围岩位移基于隧道中线为对称轴呈对称分布。与应力场作用下的应力相比,耦合作用下临近隧道围岩的应力高出约0~2.4 MPa,拱底处的应力要高出0~0.89 MPa。在耦合作用下,隧道洞周位移要大于应力场下的位移,在地下水渗流过程中,应力场发生明显的变化。在渗流场和流固耦合作用下,隧道水头分布情况基本一致,渗流场受应力场影响较小。     

珠海长湾隧道不同工法穿越岩层模拟分析

本文以长湾隧道工程为背景,采用有限元软件ABAQUS对CD法、CRD法和双侧壁导坑法3种工法穿越岩层进行了模拟,得到了3种工法施工过程中围岩位移场、应力场和塑性区规律。结果表明,CRD法对于隧道变形的控制明显好于双侧壁导坑法和CD法,开挖引起的全局最大应力值从大到小排序依次为CD法、双侧壁导坑法、CRD法,双侧壁导坑法引起的塑性区范围最小,CRD法次之,CD法最大。从位移场、应力场和塑性区范围可以看出,CRD法优于双侧壁导坑法优于CD法,故建议本工程中Ⅴ级围岩区选用CRD法,Ⅲ级围岩区选用CD法,Ⅳ级围岩区可以根据现场情况灵活选取3种方法中任意一种方法。     

浅埋偏压隧道施工数值模拟与量测分析

利用FLAC3D软件建立浅埋偏压单拱隧道计算模型,模拟了围岩在不同施工阶段的变化情况.得到了围岩在不同施工阶段的应力场、位移场以及塑性区的分布规律,并与现场监控量测数据进行了对比分析,得出了一些可靠的结论,为类似工程采取合理有效的设计方案和安全可靠的施工措施提供参考依据.     

软土基坑开挖对邻近既有隧道影响研究及展望

随着城市地铁建设的飞速发展,邻近已运营地铁线路的基坑工程大量涌现.基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场,继而引起邻近既有地铁隧道附加变形和内力.为了全面了解软土基坑开挖对既有隧道影响的研究进展,从理论研究、模型试验、数值模拟和实测分析4个方面分别阐述了软土基坑邻近施工问题的研究现状.结果 表明:现阶段的理论研究主...     

公路隧道洞口进洞方案研究

隧道工程中,洞口施工方案的选择对于整个项目的工期及投资都非常关键,也是隧道工程中的一个重要环节。根据火凤山隧道右线出口段浅埋偏压地质条件,运用大型有限元软件MIDAS GTS对该隧道右线进洞明、暗挖2种施工方案进行数值模拟,针对不同方案建立围岩的位移场、应力场,并从风险控制、建设投资、施工工期以及环境影响4个方面对2种方案进行比较分析,得出暗挖方案优于明挖方案的结论。     

公路隧道施工方法的仿真与比选

针对湖北鸦来公路沙子垭隧道在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的力学问题,运用有限元的方法对双侧壁导洞开挖法和台阶开挖法进行了动态数值模拟,建立了在不同施工工序下围岩的应力场、位移场,并对这2种施工方法进行了比较,得出采用台阶法开挖的方案较优。     

类土质公路边坡开挖扰动破坏过程的研究

基于云南省某类土质公路边坡的开挖工程实例,利用有限差分软件Flac3D对其施工过程进行了数值模拟,围绕开挖对边坡的扰动效应进行了深入详细的研究.通过研究表明:开挖对边坡位移场的扰动较大,特别是第五步开挖对位移场的扰动最大;开挖对边坡应力场的扰动较小;开挖对地震裂缝的扰动明显;由于扰动作用,地震裂缝右侧靠近临空面的地表产...     

有限元数值分析在深基坑开挖中的应用

本文以厦门市湖里区某大厦深基坑为工程背景,工程实体模型采用MIDAS/GTS有限元软件中的摩尔-库伦计算模型,通过模拟基坑开挖的静力场状态获得其开挖后的应力场及位移场。将现场数据与有限元模型变形规律进行对比分析,可知有限元计算模型可以很好地指导基坑支护设计及施工。     

不同应力场软弱围岩隧道施工力学特征的数值分析

岩体内部的初始应力及隧道开挖后的围岩应力是隧道工程的关键影响因素,为了更全面地了解不同应力场软弱围岩公路隧道施工的力学特征,建立有效的有限元模型,采用不同加载方式,模拟不同应力场,对软弱围岩公路隧道施工过程中隧道围岩位移和应力变化特征及其影响范围进行了详细分析,并对衬砌结构的受力特征进行深入研究.结果表明:不同应力场决定了隧道施工过程中围岩塑性区的大小和位置,这也就决定了隧道施工中重点监控的位置;在不同应力场隧道开挖完成后,拱上20 m水平面围岩竖向位移、拱上中心线围岩竖向位移及仰拱底围岩竖向位移随着侧压力系数的减小而明显增大,拱腰处围岩水平位移则随着侧压力系数的减小而明显减小;应力场对衬砌结构的内力影响很大.