非圆形隧道毛洞围岩的应力和塑性区

为研究隧道工程中常见的非圆形毛洞围岩的应力和塑性区分布,采用复变函数方法,得到平面应变状态下受双向挤压应力作用的毛洞围岩应力解析解,并将其代入Drucker-Prager屈服准则,估算围岩的塑性区范围。以工程中常见的大断面双线铁路隧道为例,先通过搜索边界映射点的方法得到隧道毛洞的映射函数;再求得隧道毛洞附近围岩的应力分布,对推导出的非圆形隧道毛洞围岩应力解析解的正确性进行验证;最后分竖向挤压应力较小与较大2种情况,讨论侧压力系数对隧道毛洞围岩塑性区的影响。结果表明：离毛洞边4倍毛洞宽度处,应力值稳定,趋于所加荷载;当竖向挤压应力较小或较大时,侧压系数的改变分别会影响塑性区的位置或形状;拱腰处塑性区主要由竖向挤压应力产生,而拱顶与仰拱处塑性区则主要由水平挤压应力产生;在隧道设计和施工过程中,当围岩侧压系数较小或较大时,须分别在拱腰、拱顶与仰拱处加强支护。     

软岩隧道围岩的应力应变分析

根据千丘榜隧道实际施工中围岩的力学情况,建立有限元模型,采用不同加载方式,不同应力场,对软弱围岩在隧道施工中隧道围岩位移进行数值模拟和分析.结果表明:围岩在开挖后,整个围岩的初始应力被破坏,围岩的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增大,拱腰处围岩水平位移则随着侧压力系数的减小而减小.     

高地应力与地震联合作用下软弱围岩隧道动力响应研究

针对高地应力、软弱围岩、高地震烈度等多种因素并存环境的隧道在高地应力与地震联合作用下隧道支护结构的安全性问题,依托某铁路隧道,根据岩体强度应力比与相对变形值两个指标,确定了三种软弱围岩变形等级的分级标准;结合三维数值仿真分析,研究不同变形等级的软弱围岩条件下围岩与隧道支护结构在地震波作用下的动力响应规律.结果表明:围岩...     

新建隧道施工对邻近既有隧道安全性影响数值分析

新建隧道与既有隧道间距较近时,新建隧道的施工可能导致既有隧道结构的破坏,对此进行了计算分析,分析结果表明新建隧道开挖将引起围岩应力重分布,使既有隧道衬砌结构的安全性降低,其降低程度与两隧道间距有关.当两隧道间距一定时,开挖对既有隧道靠近开挖一侧的衬砌结构影响最大.     

高地应力断层破碎带衬砌力学特性对比与分析

以高地应力区某穿越断层破碎带隧道为工程依托,通过三维数值模拟来分析随着掌子面推进过程中的围岩空间应力场的状态及其变化趋势。首先,根据弹性衬砌模型计算结果判断衬砌结构是否还处于弹性状态;其次,按照弹塑性衬砌模型进行某穿越高地应力断层破碎带隧道三维数值模拟。计算结果表明:高地应力区穿越断层破碎带隧道三维数值模拟应该采用弹塑性衬砌结构;弹性计算模型与摩尔—伦计算模型分别计算所得衬砌结构关键点位移量差别较大,弹性衬砌模型计算得到关键点位移均小于摩尔—库伦衬砌模型所得到的量值,且约为摩尔—库伦模型计算所得量值的50%;拱顶和拱腰主应力波动范围在掌子面通过z=-50 m平面前0.5B(B为隧道宽度)和通过后1.5B范围,墙脚主应力波动范围在掌子面通过前1B和通过后0.5B范围;弹塑性衬砌计算的主应力较弹性衬砌计算的主应力大;揭示了某穿越高地应力断层破碎带隧道衬砌的破坏形式与潜在破坏面。     

寒区隧道围岩冻融影响数值分析

根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡微分方程,应用伽辽金法推导出有限元计算公式,通过对一寒区隧道在不同施工季节,不同初始条件下以及不同保温材料厚度和导热系数的温度场分析,得出了一些有意义的结论和规律,可以为寒区的实际隧道工程设计提供依据和参考。     

溶洞分布部位对隧道稳定性影响的数值分析

定量研究不同分布部位的溶洞对隧道围岩位移场、应力场、塑性区分布规律及支护结构受力特征的影响,从而确定对隧道稳定性最不利的溶洞分布部位。以宜万铁路某岩溶隧道为工程背景,利用有限差分软件FLAC3D研究隧道周围无溶洞以及溶洞位于隧道侧部、顶部和底部4种工况下隧道围岩稳定性及支护结构受力性状,得出溶洞位于隧道侧部时对隧道稳定性最不利。     

隧道围岩变形特征及其影响因素的数值模拟

运用数值模拟手段,对宜万铁路堡镇隧道围岩在高地应力条件下的变形特征及其影响因素进行了模拟分析。模拟结果表明:隧道开挖后,在隧道的周边出现应力集中,洞壁最易发生破坏,隧道围岩位移的模拟值与实际测量值较为接近,且隧道围岩的变形量与隧道洞径、围岩的侧压系数、隧道埋深和围岩的力学参数密切相关。     

渗流与应力耦合环境下裂隙围岩隧道涌水量的预测研究

涌水是隧道及地下工程施工中的重大地质灾害之一。对于裂隙围岩介质而言，由于其结构特性与所赋存环境的复杂性，使得这一问题的解决具有一定的难度。基于系统理论研究及工程实践的分析应用，本文在裂隙围岩介质渗透性能等效处理的基础上，提出了渗流与应力耦合环境下裂隙围岩隧道涌水量预测计算的确定性数学模型方法（包括理论解析法、经验解析法和水文地质数值模拟法），并用一隧道工程实例进行了计算验证。     

隧道超挖对围岩内应力状态的影响

在文献「１」的基础上，用理论和数值方法定量地分析了超挖对圆形和马蹄形隧道的应力影响状态。研究表明，隧道超挖将引起围岩内的局部应力集中，并对隧道的整体稳定性产生严重影响。     

正断层错动圆形隧道结构影响因素及损伤分析研究

穿越活动断裂隧道在断层错动作用下破坏严重。为对隧道破坏的影响因素及破坏机理进行研究,首先,采用有限元模拟对断层位移、土-隧道摩擦系数及隧道埋深进行参数分析,重点研究各参数对结构响应增长率变化趋势的影响;其次,采用混凝土塑性损伤模型对隧道结构的变形与破坏进行定量分析。研究结果表明：随着断层位移增加,结构响应基本呈线性增长;随着土-隧道摩擦系数增加,结构响应呈对数增长;随着隧道埋深增加,结构响应呈指数增长。圆形隧道在正断层错动作用下纵向变为S形,横向变为椭圆形。采用混凝土损伤模型可定量表达隧道结构变形、拉裂及剪切破坏。依据受拉损伤因子将混凝土开裂划分为无破坏、轻微破坏、中等破坏及严重破坏4个等级。     

岩溶区深埋隧道围岩力学特性分析

建立溶洞—隧道体系的围岩力学特性理论分析模型,采用Schwarz交替法推导既有溶洞条件下开挖深埋隧道时围岩应力和变形的解析解。以齐岳山铁路隧道为例,将围岩力学特性的解析结果与有限元数值结果进行对比,验证了模型解析解推导过程的准确性。分析结果表明:溶洞的存在使隧道开挖过程中围岩产生了偏压现象,靠近溶洞一侧的围岩产生了明显的竖向应力集中,两侧水平应力则差别不大;靠近溶洞一侧围岩产生了更大的水平位移,两侧最大值之比约为1.7;随着溶洞与隧道净距的增大,偏压现象逐渐减弱,净距大于1.5倍溶洞直径时,可以忽略溶洞对深埋隧道围岩应力的影响。     

大断面区间隧道应力测试分析

通过对北京地铁五号线11合同段CD法及双侧壁导坑法施工的断面应力量测，掌握了大断面隧道工程围岩及支护应力应变的基本规律，提出了“早封闭，快成环”的工序组织建议，为类似工程提供一定参考。     

锚杆轴力分布与软弱岩体中隧道塑性区的关系

通过现场试验和数值模拟，分析了全长锚固型岩石锚杆轴力分布形态和软弱岩体中隧道塑性区大小之间的关系，结果表明除了围岩中存在明显的不连续面之外，二者之间没有明确关系，根据围岩位移分布能够粗略估计塑性区大小，但需采用点数多，精度高的多点位移计，并综合考虑隧道收敛和锚杆轴力。     

基于应力释放的大直径盾构隧道地表沉降分析

在城市环境及复杂地质条件下修建盾构隧道极易出现地面沉降塌陷,盾构隧道开挖引起的地表沉降分析与控制尤为重要。为了探究大直径盾构隧道地表沉降规律,以京张高铁清华园大直径盾构隧道为工程背景,基于应力释放及地层损失理论,首先运用有限差分软件建立二维模型,得到盾构掘进开挖的应力释放率;然后基于此建立三维数值模型,通过Peck公式反算得到清华园隧道盾构掘进引起的地层损失率,通过4种不同工况的模拟,对比分析不同掌子面释放系数、盾构机反力释放系数及脱空层模量缩放系数情况下的盾构隧道地表沉降规律,得到盾构施工现场导致的地层应力释放系数为0.12～0.14,相应的地层损失率为0.40%～0.47%;隧道轴线两侧20 m(1.6D)范围内为显著影响区,地表沉降主要发生在盾构通过这个阶段,约占总沉降量的50%。     

高地应力缓倾软硬互层岩体中隧道底鼓影响因素模拟分析

当隧道穿越以水平构造应力为主导的高地应力区,特别是隧底下伏缓倾软硬互层岩体时,易发生隧道底鼓变形。选用侧压力系数、岩层倾角、围岩厚度、围岩弹性模量、隧道埋深5种影响因素,通过FLAC 3D建立数值计算模型,研究单一影响因素和多因素耦合对隧道底鼓的影响规律。结果表明:在单一影响因素下,隧道底鼓量随侧压力系数和围岩厚度的增大先增大后减小,随围岩倾角和围岩弹性模量增加而减小,随隧道埋深增加而增大;在多因素耦合作用下,各因素对隧道底鼓的影响显著性排序依次为隧道埋深>侧压力系数>硬质岩弹性模量>岩层倾角>硬质岩岩层厚度。     

高速铁路隧道列车振动响应影响因素分析

运用有限差分法,建立了隧道-围岩相互作用的动力计算模型,分析围岩条件、列车运行速度、隧道底部结构设计参数以及基底状况对列车振动荷载作用下隧道结构动力响应的影响.结果表明:隧道衬砌结构动力响应随着围岩级别的提高、行车速度的增加和基底软弱层厚度的增加而增大,随着仰拱厚度、填充层厚度和仰拱矢跨比的减小而增大.隧道底部结构厚度...     

重叠隧道施工对邻近运营中重叠隧道的影响分析

四条隧道平行重叠近接施工的影响越来越明显,需对其进行分析。结合昆明地铁2号线上下重叠盾构隧道区间穿越既有1号线上下交错重叠隧道区段工程实例,根据平面和剖面位置关系,判定外部作业影响等级,提出变形控制标准及相应的工程措施。通过有限元ANSYS数值模拟分析,计算出重叠隧道盾构施工影响邻近运营重叠隧道的位移及内力大小分布,以判断重叠隧道盾构施工是否影响运营隧道的安全性。数值模拟结果表明,2号线重叠隧道盾构施工对1号线运营重叠隧道的影响是可控的。将数值模拟计算结果与监测数据进行对比,两者结果基本一致,表明所提工程措施是可行的,可保证运营隧道的安全,其对类似工程有借鉴作用。