隧道松动圈影响因素的权值分析

在研究隧道松动圈大小时,综合考虑围岩级别、埋深、跨度、高跨比及侧压系数等影响因素,按照正交试验方案设计16组试验,利用有限元软件进行数值模拟,得到各个工况下的最大松动圈厚度和松动圈系数(隧道松动区面积与开挖断面面积之比).根据层次分析法理论建立松动圈大小的层次分析模型,对影响松动圈大小的各个因素进行判断矩阵构造、特征向量求解以及一致性检验.结果显示,对松动圈大小影响最大的因素为分别为围岩级别、高跨比、侧压系数以及跨度,为现场控制松动圈大小提供必要依据.     

浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素分析

浅埋偏压隧道存在较为不利的非对称压力,易造成隧道发生塌方等事故,建设过程中采用合理的隧道支护力学参数显得尤为重要。围岩松动圈理论为隧道支护提供了可靠依据,但浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素较多、原因复杂;通过对隧道现场充分的调查分析,遴选4个主要的影响因素:地下水、隧道岩层产状、隧道地形偏压情况以及隧道埋深;基于二次正交组合设计原理,采用4因素5水平试验方案,通过声波测试,按照对应设计水平进行了17次隧道现场围岩松动圈测试。经过计算分析得出显著性最大者为围岩含水情况,其次为隧道埋深和偏压率,岩层产状对围岩松动圈影响最小。     

高寒高海拔特长公路隧道温度场分布效应

为了深入分析高寒隧道的温度场分布规律,依托西藏高寒高海拔珠角拉山特长公路隧道,采用数值模拟与数理统计的方法,重点探讨了隧道通风时间、围岩初始温度和隧道埋深3个变量下的围岩温度场分布规律,并引入调热圈概念,得到珠角拉山特长公路隧道调热圈深度与隧道通风时间函数关系式。研究结果表明:不同围岩初始温度下的调热圈是一样的;围岩径向深度越大,其温度变化对围岩初始温度变化越敏感;围岩初始温度越高,监测点的温度变化速率峰值越低,且整体温度变化速率也较小;根据Pearson相关系数分析,调热圈深度与隧道埋深、围岩初始温度无关。     

高寒高海拔特长公路隧道温度场分布效应

为了深入分析高寒隧道的温度场分布规律,依托西藏高寒高海拔珠角拉山特长公路隧道,采用数值模拟与数理统计的方法,重点探讨了隧道通风时间、围岩初始温度和隧道埋深3个变量下的围岩温度场分布规律,并引入调热圈概念,得到珠角拉山特长公路隧道调热圈深度与隧道通风时间函数关系式。研究结果表明:不同围岩初始温度下的调热圈是一样的;围岩径向深度越大,其温度变化对围岩初始温度变化越敏感;围岩初始温度越高,监测点的温度变化速率峰值越低,且整体温度变化速率也较小;根据Pearson相关系数分析,调热圈深度与隧道埋深、围岩初始温度无关。     

炭质千枚岩隧道围岩松动圈现场测试

研究松动圈的方法可以分为现场探测方法和理论方法。二者相比,现场实测数据更加能反映出围岩松动圈实际情况。为研究炭质千枚岩隧道松动圈范围,考虑到隧道所处的变质软岩环境,在参考以往松动圈相关研究的基础上,采用多点位移计和地质雷达对依托工程的围岩松动圈进行了现场测试。多点位移计位移量随时间变化大说明该测点以内的岩体呈现破裂状态,反之岩体所受扰动较小,因此可找到松动围岩与完整围岩的分界区间。地质雷达发射的电磁波经过松动围岩与完整围岩的分界面时必然发生强烈反射,因此从收集处理的雷达探测剖面图上即可确定围岩松动范围。同时,采用数值模拟的手段对现场测试结果进行了验证,探明了不同施工条件下炭质千枚岩隧道围岩松动圈的分布特征。现场测试结果显示:施工方法对炭质千枚岩隧道围岩松动圈范围影响显著;采用"上下台阶法"施工时,多点位移计法测得围岩松动圈范围在6~8 m左右,地质雷达法测得范围在4.0~6.5 m左右;采用"上下台阶预留核心土法"施工时,多点位移计法测得围岩松动圈范围在4~6 m左右,地质雷达法测得范围在2.5~5.0 m左右。对于炭质千枚岩隧道,其锚杆支护长度应不小于8 m。研究结果可为汶马高速鹧鸪山隧道及其他类似隧道支护参数的设计、施工方法的选择提供一定参考。     

浅埋砂卵石土层隧道掌子面主动稳定性上限分析

依托成都地铁17号线明光站—九江北站盾构法施工区间,通过极限分析上限法及PLAXIS有限元分析方法探究影响浅埋盾构隧道掌子面的影响因素,分析内摩擦角、隧道埋深、隧道断面直径及土体容重对掌子面主动稳定性的影响。研究表明:掌子面支护力随隧道埋深C、隧道断面直径D及土体容重γ的增大而增大,而随内摩擦角φ的增大而非线性减小,且内摩擦角对支护力的影响最为显著。     

基于D-P准则的深埋隧道破碎化分区规律研究

深部洞室开挖因应力重分布而使围岩出现松动区、塑性区、弹性区,基于D-P准则对深埋隧道围岩破碎化分区提出划分准则,利用ANSYS软件分析不同埋深3个区域发展状况并与规范推荐荷载高度进行对比,揭示埋深对松动区、塑性区半径的影响。研究结果表明,Rp,Rc与埋深H近似呈线性关系,与芬纳公式走向基本一致;当埋深超过某一临界埋深时,松动区迅速发展而呈现指数型增长;松动区分布形态及范围随埋深不同而呈现明显差异。     

地质偏压隧道围岩破坏规律研究

以渝湘高速公路共和隧道工程为例,采用以遍布节理模型模拟层状围岩进行数值模拟,得出不同开挖方法对围岩塑性区大小的影响.采用地质雷达进行了松动圈现场实测,实测结果和数值分析结果吻合较好.对比数值分析结果和实测结果,得出地质偏压隧道围岩破坏规律.     

软弱围岩浅埋小净距隧道合理净距影响因素探讨

考虑不同跨度、埋深、高度和初始地应力等条件对软弱围岩浅埋小净距隧道进行数值模拟,以中间岩柱塑性区是否贯通为判别标准,对小净距隧道合理净距影响因素进行分析。结果表明:小净距隧道合理净距随着隧道埋深加大而逐步增大,随围岩侧压力系数减小而增大,相同埋深、相同跨度的小净距隧道,其合理净距随隧道高度增大而增大,而偏压对合理净距的影响不明显,此外不同条件下的围岩初始应力场和重分布应力场的差异导致围岩破裂角改变,设计计算围岩压力也会随之改变,进行小净距隧道设计优化或变更时应当考虑这些因素的影响。     

区间隧道暗挖施工引起地表沉降数值分析

以某地铁暗挖区间隧道施工为工程背景,运用MIDAS-GTS数值模拟,探讨了隧道埋深、地层条件、支护条件等因素对地铁区间隧道暗挖施工引起地表沉降的影响。研究结果表明:随着隧道埋深和土体弹性模量、黏聚力及内摩擦角的增大,均使开挖过程中的土体扰动效应减小。而支护强度对最大地表沉降量Smax、地层损失率Vl及沉降槽宽度系数i的影响不明显。     

基于数量化理论Ⅲ和极限学习机在小净距隧道变形影响因素分析中的应用研究

为实现小净距隧道变形影响因素的定量评价,保证隧道变形规律的有效分析,采用数量化理论Ⅲ对小净距隧道的变形影响因素及其耦合性等进行定量分析,并利用极限学习机构建隧道变形预测模型,以验证前者分析结果的准确性。实例分析结果表明： 隧道变形的主导因素有围岩重度、变形模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力,重要因素有围岩剪胀角、隧道埋深、喷射混凝土厚度、锚杆长度及隧道间距,而隧道围岩侧压力系数为一般因素; 隧道变形影响因素间存在耦合性,且分析样本4、6、16、18的耦合度高,其余样本的耦合度均为低; 另外,极限学习机的预测结果表明一般影响因素会减弱变形影响因素与变形值间的关联性,对变形规律分析不利,这与变形影响因素分析成果一致,且极限学习机对各监测项目的变形预测效果均较好,验证了该方法在隧道变形预测中的适用性和可靠性。     

富水断层带隧道突水临界安全厚度预测公式研究

为预防富水断层带隧道突涌灾害,需要确定隧道突水临界安全厚度。采用数值模拟和工程验证的方法,建立考虑围岩力学和渗流参数、隧道参数和断层带参数的数值模型,并在标准工况基础上进行各因素的多水平数值试验,分析各因素对临界安全厚度的影响规律,基于多元线性回归分析建立多因素预测公式,通过6个工程实例对公式进行验证。研究结果表明:断层带围岩参数(泊松比、渗透系数和孔隙比)及普通围岩泊松比对临界安全厚度影响较小,水压、埋深、断层带厚度、隧道洞径、断层带围岩弹性模量、普通围岩参数(弹性模量和孔隙比)与临界安全厚度正相关,断层带走向及倾角、普通围岩参数(重度、内摩擦角、黏聚力和孔隙比)和断层带围岩参数(重度、内摩擦角和黏聚力)与临界安全厚度负相关;预测公式与数值模拟结果相差较小,预测公式计算结果与工程实际较符合,具有一定的工程参考价值。     

高烈度地震区公路隧道抗震设防长度的三维数值模拟

以某高烈度地震区浅埋公路隧道洞口段为研究对象,采用有限元数值分析方法分析隧道洞口的抗震设防长度及其影响因素。结果表明,Ⅲ类围岩的深埋隧道洞口,在进洞约4倍隧道跨径后衬砌结构内力响应明显减小;在Ⅱ类围岩浅埋洞口段,整个浅埋段的衬砌结构内力响应均无减缓迹象;隧道洞口抗震设防长度的设置不仅与围岩类别有关,还与洞口段埋深有关,当洞口浅埋且地质状况较差时,抗震设防长度一般应覆盖整个浅埋段。     

深埋特长公路隧道围岩变形分析

深埋特长隧道地形、地质条件复杂、隧道埋深大,设计制约因素多,常伴有断裂带、破碎带、岩爆、突泥、涌水等地质灾害,给设计和施工带来了很大的盲目性。文章以深埋特长隧道财神梁隧道为研究对象,对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录以及分析掌子面围岩等级,分析监控量测所得实际围岩变形案例,对不同级别不同地质条件下的围岩稳定性进行分析比较,总结分析深埋特长隧道围岩稳定性的特点及其影响因素,为设计和施工安全提供参考。     

寒区裂隙围岩隧道冻胀力有限元分析

基于弹塑性力学和传热学原理,以川藏公路雀儿山隧道为工程背景,通过有限元方法研究了裂隙围岩隧道衬砌所受冻胀力的量值、分布规律及其影响因素。研究结果表明：隧道埋深、裂隙间距、宽度、角度、冻结深度和裂隙与衬砌结构之间的距离对冻胀力有显著影响。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

复杂条件下浅埋矩形隧道围岩压力的极限分析

针对浅埋矩形隧道,在孔隙水、地表荷载作用等复杂条件下,采用极限分析法推导了围岩压力的上限解表达式,并利用序列二次优化算法得到了围岩压力的上限解;通过对比分析,该计算方法可行,但围岩压力计算结果用于结构设计时应适当增大边墙下部侧向压力值。分析了各参数对浅埋矩形隧道围岩压力的影响,结果表明侧压力系数、粘聚力、内摩擦角、埋深、地表荷载及孔隙水压力系数对拱顶、边墙的围岩压力都有很大的影响,特别是在侧压力系数与孔隙水压力系数的影响下围岩压力的变化幅度非常大,预防支护力不足会引发垮塌事故,建议施工过程中针对不利地段做好支护措施与防排水处理。     

大断面公路隧道围岩变形地质因素分析

新七道梁隧道是甘肃省在建的开挖断面最大的公路隧道,地质条件复杂.对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析,并从岩体质量、断层破碎带、不连续面空间位置、地下水、隧道埋深等方面分析它们对围岩变形的影响程度.结果显示:1)岩体质量与隧道开挖后围岩的变形成反比;2)断层破碎带区段围岩变形量大、持续时间长;3)隧道开挖与不连续面成逆倾向、大倾角时,围岩变形小;4)地下水引起围岩稳定性下降,变形增大;5)隧道埋深也是影响围岩变形的因素.     

土质地层圆形隧道均布支护反力上限有限元分析

应用适宜于岩土稳定性分析的六节点三角形单元极限分析上限有限元程序,详细分析了土质地层圆形隧道均布极限支护反力和失稳破坏问题,获得了不同埋深C、土体重度γ、内摩擦角φ、黏聚力c等综合因素影响下极限支护反力系数上限解图表及以塑性乘子表达的地层失稳破坏形态。研究结果表明:支护反力系数Nγ、Nc上限解与太沙基土压力理论解参数影响规律基本一致,且内摩擦角φ和隧道埋深C与直径D之比(C/D)对于隧道极限支护反力系数Nγ、Nc及地层破坏模式影响较明显。当φ较小时,隧道地层失稳破坏模式与太沙基土压力理论假定的破坏形态吻合较好;当φ较大时,上限有限元法获得破坏模式局限于隧道周边一定范围且呈现出明显"拱效应"现象。