公路隧道围岩分级岩体基本质量指标修正方法探讨

通过对影响围岩安全性因素进行分析,在《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1-2018)岩体基本质量指标计算公式中引入考虑岩层节理发育程度,分别对地下水和结构面两个因素,导致岩体基本质量指标变化情况影响系数,以及主要结构面类型及延伸性因素导致岩体基本质量指标变化情况影响系数,3个方面量化参数,建立建议的公式计算修正后的岩体基本质量指标,能够提高围岩分级准确性,对于合理进行隧道设计、确保隧道施工和运营安全具有重要作用。工程实例计算验证了该建议公式可作为方法的补充,用于公路隧道围岩详细分级。     

基于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法

依据模型试验和数值模拟结果,总结浅埋隧道围岩渐进破坏特征,以此为依据,建立适用于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算模型;经过理论推导,得到围岩压力表达式;算例经Matlab优化得到最优上限解,并与传统理论计算方法作对比分析。结果表明:该文方法计算结果合理,且更适用于新奥法浅埋隧道;适当提高隧道边墙支护刚度或尽早施作仰拱使支护结构闭合成环,有助于减小隧道顶板压力。     

连拱隧道围岩压力计算研究

连拱隧道围岩压力的计算与单洞隧道不一样,在《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010）的基础上对连拱隧道深浅埋分界判断及围岩压力进行了研究。以象山隧道为具体工程实例,对围岩压力进行了计算,并采用midas数值计算软件对衬砌及中隔墙内力进行了计算,得出内力分布图,对连拱隧道设计有一定的指导意义。     

基于现场实测的深埋风积沙隧道围岩压力计算方法研究

风积沙作为一种黏聚力低、自稳能力差的不稳定围岩,给隧道设计和施工带来很大困难。 为探究风积沙围岩压力大小和分 布规律,依托蒙华铁路王家湾隧道开展现场量测试验,根据实测的围岩压力分布特征,得到深埋风积沙隧道的围岩压力计算模式, 并通过数值计算分析与现场量测数据对比验证其合理性。 研究结果表明: 深埋风积沙地层围岩压力分布很不均匀,但普遍拱部较 小,初期支护大部分处于受压状态。 计算分析得深埋风积沙隧道围岩压力采用太沙基计算公式是较为合理的,进一步优化得深埋 风积沙隧道垂直方向围岩压力计算图示采用“双峰”形分布,水平方向围岩压力计算图示采用“阶梯”形分布,相比铁路隧道设计规 范的传统模式更安全,与实际衬砌受力状态更符合。     

深埋小净距隧道围岩压力计算方法研究

根据普氏理论经验公式对深埋小净距隧道的围岩压力计算公式进行了推导,并针对沪蓉国道湖北省宜昌～恩施高速公路某分岔隧道的四车道小净距段,运用本公式进行计算分析,得出结论如下:当中夹岩柱厚度增大到一定程度时,围岩压力与分离式隧道相同,在Ⅴ级围岩条件下,当中夹岩柱厚度小于3 m时,围岩压力与连拱隧道基本相同,在Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩条件下,围岩压力比连拱隧道的大;在Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩条件下,左右洞室之间无影响的净距分别为55 m、20 m、10 m、7 m;中夹岩柱的承载能力对小净距隧道围岩压力有较大影响,选择合理的中墙加固方法对小净距隧道的稳定及结构受力十分关键.本文可以为深埋小净距隧道的结构设计提供参考.     

非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况,为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响,以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型,将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载,以其随岩体深度变化及偏压情况为条件,按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程,以非连续边界荷载和为条件求解方程,将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合,形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比,验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下,围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载,2种围岩压力计算值存在一定的偏差,压力差值与隧道埋深有关;当埋深小于7 m时,将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近; 当埋深大于8 m时,将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

深切割地形浅埋偏压隧道围岩压力的计算方法

公路隧道设计规范给出了浅埋偏压隧道围岩压力的计算方法,但有其适用条件。以规范方法为基础,首先推导出采用规范方法需满足的临界边缘宽度;然后通过假定挡土墙模型,推导出深切割地形浅埋偏压隧道浅埋侧侧压力的解析解;最后以张涿高速公路李家堡隧道为工程依托,结合现场围岩压力量测,将方法与规范方法的计算结果进行对比,发现方法比规范方法更接近实际。研究结果为类似工程的设计及施工提供参考价值,对现行规范进行有益的补充。     

高丽营隧道围岩压力有限元-上限法计算方法研究

为研究浅埋隧道围岩压力的计算方法,依托高丽营隧道工程,采用有限元软件建模分析,并基于剪切应变判定准则得到浅埋隧道的失稳破坏形态。然后构建塑性极限分析上限法破坏模式和速度场,建立浅埋隧道围岩压力计算方法,对岩土体非线性破坏准则对浅埋隧道围岩压力的影响规律进行探讨。研究结果表明： 1）无论是基于线性还是非线性破坏准则,侧压力系数的取值对计算结果均有很大影响,侧压力系数的增大,会引起竖向围岩压力的减小和水平围岩压力的增加; 2）围岩压力随非线性系数的增加而逐渐减小。     

浅埋偏压双连拱隧道围岩压力计算方法研究

由于双连拱隧道与单拱隧道在跨度、施工方法等方面的区别,对于双连拱隧道采用经验法或依据单拱隧道的荷载计算方法是不合理的.通过对双连拱隧道开挖平衡拱影响范围的分析,对双连拱隧道深浅埋分界深度的判别基准进行初步探讨,并由此对双连拱隧道荷载计算方法进行分析研究,建立双连拱隧道围岩压力荷载合理的计算方法.     

山岭隧道围岩压力计算及支护设计探讨

针对《公路隧道设计规范》中有关围岩压力计算和支护设计参数取值与其围岩分类结合不紧、应用不方便的情况，根据规范中围岩分类的优点，提出了山岭隧道围岩压力计算和支护设计参数取值办法，供设计和施工人员参考。     

软弱地质小净距隧道围岩压力计算方法及受力特征研究

为研究软弱地质小净距隧道围岩压力计算方法及不同隧道净距和埋深对围岩压力的影响规律,引用三塌落拱理论,确立深浅埋隧道分界深度,基于公路隧道设计规范,建立隧道荷载计算模型,推导出围岩压力理论计算公式,并讨论不同的隧道净距和埋深对隧道内外侧围岩压力的影响规律。最后,结合工程实例,针对受力薄弱的中夹岩柱部位提出有效的加固措施。结论如下:1)极浅埋和浅埋小净距隧道围岩压力采用规范法中的全土柱和谢家烋理论公式,深埋隧道采用修正后的比尔鲍曼计算方法更为安全合理;2)小净距隧道施工过程偏压特性显著,围岩压力与埋深近似呈线性关系;3)左右洞室施工相互影响随净距增大而呈现减弱趋势,当净距大于1倍洞跨时,围岩压力可按单洞计算;4)中夹岩柱是软弱地质小净距隧道受力的关键、薄弱部位,采用中空注浆锚杆并合理确定锚杆长度,能有效抑制中夹岩柱塑性应变发展,提高围岩抗拉及抗剪强度。     

基于弹塑性围岩压力计算方法与实测值的对比研究

隧道开挖行为会使围岩内部形成二次重分布应力,为了维持围岩的稳定,获取合理准确的围岩压力值对优化支护结构受力具有重要意义。在区域地应力场特征的基础上,以某隧道IV级及以下围岩段部分监测断面为例,基于开挖应力释放率模型,结合初始应力的横向和竖向应力分量值,采用不同的位移释放率对开挖应力释放的相关指标进行计算。基于修正的芬纳公式计算初始应力和洞壁径向位移条件下的围岩压力值,计算得到横向和竖向围岩压力理论值,最后在现场进行围岩压力测试,并按照荷载承担比例进行换算得到总的围岩压力值,并和两种理论计算结果对比分析,结果表明：采用应力释放率法比修正芬纳公式更接近实测值。     

超大断面隧道围岩压力研究

随着中国铁路客运专线的兴建,超大断面隧道越来越多,其围岩压力如何计算成为急需解决的问题。笔者依托南梁隧道喇叭口段工程,对目前常用的几种围岩压力理论进行分析研究,提出了超大断面隧道围岩压力的计算公式。     

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。     

富水深埋隧道围岩渗透扰动高度计算方法研究

针对深埋富水隧道排水过程对周边围岩渗流场扰动问题,首先,采用数值模拟方法,探明隧道排水条件下围岩渗流场分布规律,提出围岩渗流扰动高度概念;同时,采用控制变量法,明确不同因素(水头高度、围岩渗透系数、隧道排水率)条件下围岩渗流扰动高度变化规律;其次,采用数理拟合方法,给出围岩渗流扰动高度分段计算方法;最后,采用室内相似试验,对所提出计算方法的合理性进行验证。研究表明:1)隧道排水后会对围岩渗流场产生扰动,但渗流场扰动范围仅在隧道拱顶以上一定高度内存在,即围岩渗流扰动高度。2)围岩渗透系数、水头高度、隧道排水率均分别与围岩渗流扰动高度呈正相关关系,且3个因素的影响程度依次降低。3)当给定渗透系数与排水率时,围岩渗流扰动高度随水头高度变化规律呈明显2段式特征。当水头高度不大于临界水头高度时,围岩渗流扰动高度随水头高度的增大呈线性增大趋势;当水头高度大于临界水头高度时,围岩渗流扰动高度为定值,为临界围岩渗流扰动高度。4)给出围岩渗流扰动高度的数学计算表达式,并将采用所提计算方法的计算结果与室内试验结果进行对比,验证所提方法的正确性及合理性。     

基于改进Sarma理论的隧道围岩楔形体稳定性计算方法及应用

隧道围岩楔形体是节理面、软弱夹层或断层等结构面经过切割完整岩体形成的岩石块体,是地下洞室中常见的地质灾害之一。为了量化评价隧道围岩楔形体稳定性情况,基于改进的Sarma理论方法,建立了地下隧洞楔形体计算物理模型及力学模型,推导了楔形体稳定性计算的临界加速度系数,提出了楔形体正压力计算方法,并基于结构面参数给出了楔形体稳定系数计算的隐函数表达式。将此方法应用于粗石山隧道围岩楔形体工程,结果表明,该楔形体稳定系数为1.05,处于欠稳定状态,建议通过采用喷钢纤维混凝土、系统长锚杆、设置格栅钢架等措施提高结构的整体支护能力,加强支护后的位移监测数据表明,该段围岩楔形体变形量很小,围岩整体稳定。     

基于数字图像处理的隧道围岩形变量测方法

为了克服传统隧道围岩形变量测法观测时间长,易受环境干扰等缺点,本文提出一种基于数字图像处理技术的测量方法,对隧道围岩形变进行量测。通过对隧道围岩断面上若干个观测点进行拍摄,利用图像增强、图像预处理、图像识别等研究方法,经多级图像处理,提高对比度,锐化目标边缘,使围岩观测点更加清晰,从而把重点识别目标从隧道背景中有效分割出来,然后对处理后的图像进行坐标定位比对。基于隧道围岩形变测量方法是一种与传统测量完全不同的新方法,可以快速地、安全地对围岩形变进行测量研究,为非接触量测方法开辟了一条新的途径。     

大断面隧道围岩压力特征综合分析

运用数值计算方法对单洞2车道、3车道、4车道隧道进行计算分析,通过对衬砌结构受力特征的比较研究,表明单洞四车道隧道结构受力比两车道隧道增加了40%以上、部分位移增加60%以上,表明新建大断面隧道与传统的两车道隧道相比,隧道衬砌结构受力状态、隧道围岩压力分布状况变得十分复杂;通过对工程实例衬砌结构参数分析表明,现行隧道松散荷载计算方法难以反映隧道结构的实际荷载隧道,其计算方法的适宜性受到了质疑。     

围岩侧向压力对隧道稳定性的影响研究

围岩侧压力是否对隧道稳定性产生影响,不同的理论有不同结论。轴比论观点认为,洞室形状一定时,竖向压力和水平方向的围岩压力比值和隧道洞室的稳定性密切相关。然而,有限元强度折减法计算结果则表明,泊松比(对应不同侧压力系数)与隧道的安全系数大小无关。显然,这一结论与轴比论不符,也与实际不符。以某扁平隧道作为算例,采用改进的强度折减法计算不同泊松比对应的破坏形态及安全系数,计算结果表明:泊松比对隧道的破坏形态及安全性有影响,侧压力越大,则越容易发生边墙破坏;侧向压力越小,则越容易发生拱部破坏。