岩层倾角对层状岩体隧道稳定性影响分析

在山岭隧道的修建过程中通常会穿越倾斜层状岩体,因为具有倾斜产状的层状岩体在倾斜面切向与法向的力学特性差异很大,可见倾斜层状岩体具有显著的各向异性.为了研究层状岩体开挖过程中隧道的力学特性,对这类岩体中隧道开挖后倾角对层状岩体隧道稳定性影响进行了分析.采用FLAC3d有限差分软件对隧道施工过程进行了数值模拟,分析了岩层倾角对偏压作用的影响程度与规律.     

层状岩体隧道变形特征及非对称支护研究

层状岩体隧道开挖后,围岩的变形破坏具有明显的非对称特征.文中以郑万(郑州—万州)高速铁路罗家山隧道为工程背景,对比分析台阶法和全断面法开挖时,有无支护条件下隧道拱顶沉降、仰拱隆起及水平收敛的变化规律;提出3种锚杆非对称支护方案并对其支护效果进行分析,得出最优方案.结果表明,不同工况下围岩的变形特征具有一致性,拱顶与仰拱...     

水平泥岩砂岩互层隧道支护体系力学特性试验研究

公路隧道穿越水平泥岩砂岩互层施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展大梁峁特长公路隧道水平泥岩砂岩互层段支护体系现场试验,研究水平泥砂岩互层段隧道初期支护中的锚杆轴力、围岩压力,钢架应力、混凝土应力及支护变形,二次衬砌中接触压力和混凝土受力特征。分析表明：拱部锚杆作用明显,边墙锚杆受力较小,建议锚杆由拱部160°减少至拱部120°,同时适当增加拱部锚杆;围岩压力在断面开挖后7d时间内已基本达到最大围岩压力的80％左右,说明在该种岩层中隧道开挖后围岩压力释放较快;水平泥岩砂岩互层关键控制点在拱部位置,边墙部位的支护结构无论从受力还是变形来说均较小;研究成果可为水平层状岩层隧道及类似工程的修建提供参考。     

高速公路隧道水平层状围岩支护优化

为了及时预防公路隧道穿越水平岩层施工过程中极易出现的平拱、拱顶离层破坏、拱项弯折内鼓等危害现象,确定合理的支护方案,结合广元-巴中高速公路某穿越水平岩层隧道,根据现场跟踪调查和试验,在对围岩岩性、物理力学性质、地层结构和变形破坏类型等进行分析的基础上,对原洞身围岩质量分级结果进行了调整,对原支护设计方案进行了优化,并利用数值模拟方法验证了其合理性.同时,施工后拱顶下沉及周边收敛监测结果显示,围岩变形完全满足要求,进一步证明了支护优化设计合理,效果明显.     

隧道中缓倾层状岩体工程性状研究

通过研究缓倾围岩变形机理,提出围岩破坏或失稳的力学模型,结合现行隧道围岩分级标准,利用力学模型计算对比,分析了围岩稳定的影响因素.研究结果:缓倾围岩与非缓倾围岩相比,其变形机理和力学模型有明显不同;破坏形式主要是洞项冒落;围岩稳定性不仅与层理产状有关,还与层理厚度、岩层抗拉强度和隧道跨度有关,因此对其组成的围岩分级应适当调低.     

水平层状围岩隧道开挖变形机理与施工控制措施研究

水平层状围岩由于结构特殊,当隧道穿越水平层状围岩时,极易在隧道拱部发生离层、掉块甚至滑塌等工程事故。对水平层状围岩结构特征、变形特征以及变形机理等进行了分析。同时对现有水平层状围岩隧道施工经验进行总结,提出了减少超欠挖、加强支护、控制施工安全距离以及将强超前预报等施工控制措施。这对于层状围岩隧道施工建设具有重要的参考价值。     

水平层状薄层板岩隧道坍塌失稳机理分析及处治

以贵州省黔东南州某隧道水平层状薄层板岩坍塌为背景,分析了水平层状薄层板岩的力学特性、失稳机理及破坏形式,并根据现场实际情况提出了相应的处治措施,采用洞内钢花管注浆及增设钢拱架加固后采用短台阶法开挖拆换,成功地处治了该坍塌病害。     

缓倾层状岩体隧道开挖变形特征与机理分析

基于水平层状围岩结构特征,分析了层状围岩中隧道开挖的变形规律及破坏机理。缓倾岩层隧道开挖破坏范围主要集中在拱顶范围内,当岩层厚度发生变化时,边墙部位增幅较小,但顶板塑性区范围增加较大,塑性区深度约为边墙部位2～3倍。不同工况条件下,拱顶沉降均远大于水平收敛变形,且由于岩层之间粘结力较小,顶板岩层出现明显的离层现象。基于变形特征和破坏机理分析,提出了控制缓倾层状岩体隧道大变形及塌方的控制技术措施,可为类似条件下隧道设计与施工参考。     

层状围岩隧道施工爆破与锚固研究

分析了在层状围岩中采用矿山法修建隧道时爆破和锚固问题。通过计算机数值模拟、理论分析和现场试验结果总结出在层状围岩中开挖出设计的拱形轮廓的爆破原则和参数。通过分析锚固机理 ,结合现场试验 ,总结出了在层状围岩中的锚固方式和锚杆参数确定方法。     

地表水平及倾斜下隧道变形受力特性对比分析

地表倾斜是傍山隧道经常遇到的情况,给施工带来极大的困难。因此,基于有限元原理建立了地表水平和地表倾斜的两种模型,通过对比分析地表水平和地表倾斜情况下的围岩变形受力、围岩塑性区分布、支护结构受力情况,研究地表倾斜下隧道的变形受力特性。结果表明：地表倾斜下的围岩和支护结构受力均不关于隧道中心线对称,且围岩水平位移表现为顺坡方向,围岩应力在深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰部位产生应力集中,深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰弯矩增大明显,塑性区分布呈“不对称蝴蝶”形分布。     

温度-围压作用下盾构隧道衬砌应力变化规律研究

为分析围岩压力和温度变化对盾构隧道衬砌应力变化的影响。文中推导了衬砌应力计算公式,并利用所得公式采用MATLAB绘制了衬砌应力变化图,对衬砌应力变化规律进行了理论分析。结果表明,①衬砌各方向应力随围岩压力的增大而线性增加;②径向与环向应力随内外壁温差增加,压应力逐渐减小到0 kPa后转变为拉应力并逐渐增大,纵向应力基本不随温差而发生改变;③当温差为正时,径向拉应力和纵向压应力逐渐减小,环向压应力减小到0 kPa后转变为拉应力逐渐增大,当温差为负时,径向压应力减小,环向和纵向压应力随半径增加而变大。分析得到的衬砌应力变化规律可为隧道支护结构设计提供参考。     

地铁隧道浅埋段斜井进正洞交叉区施工技术

昆明地铁3号线太平村站—虹桥村站区间隧道采用矿山法施工,斜井进正洞交叉区处于浅埋软岩地段,且地表附近有快速路及地下管线,施工不当易引起塌方,造成路面开裂,使地下管线产生破坏。工程在斜井进正洞施工过程中坚持“超前探,弱爆破,短进尺,强支护,勤量测,早封闭”的原则,采用横向小导洞垂直正洞中线挑顶的施工方法,快速、顺利地完成了该区的施工,确保施工安全。供类似工程参考。     

隧道围岩与初衬间的相互作用研究

对隧道围岩与初衬之间的相互作用进行了研究,并对二次衬砌前的围岩和初衬中应力与位移及其释放进行了计算分析.首先利用线性黏弹性理论,导出了隧道开挖后围岩和初衬中的应力与位移;然后选取Maxwell和Poyting-Thomson三参数固体流变模型模拟围岩,研究了隧道围岩与初衬之间的相互作用;最后结合公路隧道施工,计算了二次...     

考虑荷载及干湿循环作用的炭质泥岩崩解特征试验

针对炭质泥岩遇水易软化、破碎及崩解的特点，以广西六寨-河池高速公路沿线的炭质泥岩为例，开展荷载及干湿循环共同作用下炭质泥岩崩解特征试验，并采用扫描电镜、X线衍射等方法系统研究炭质泥岩崩解过程中颗粒的形态、质量、粒径分布特征，进而探讨炭质泥岩崩解机理。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加，炭质泥岩崩解宏观上表现为大粒径崩解物逐渐消失，小粒径崩解物的含量逐渐增大，微观上表现为黏粒逐渐脱落并流失，片状结构逐渐转化为细长针状结构，同时孔隙不断扩大，直至贯通；炭质泥岩第1次干湿循环过程崩解最为强烈，5次干湿循环后崩解趋于稳定，试样的不均匀系数及曲率系数均随循环次数的增加呈先上升随后逐渐稳定的趋势，相同循环次数下，荷载越大，不均匀系数及曲率系数越大；炭质泥岩崩解程度高，最终崩解率均大于30%，荷载越大，最终稳定时的崩解比越低，分别为50.68%、50.07%、41.09%及35.95%；炭质泥岩崩解具有分形特征，分形维数在前5次干湿循环过程中不断增长，之后逐渐趋于稳定，干湿循环次数相同时，分形维数随荷载的增加而增大。研究成果可为炭质泥岩路堤稳定性分析及工程实践提供参考。     

深埋TBM隧洞岩性界面区围岩破坏特征与支护技术研究

为保证深埋TBM隧洞岩性界面区域的安全、高效施工,综合应用现场调查、微震监测等手段开展顺隧洞轴向岩性界面区域的围岩破坏特征、微震活动特征研究,并在此基础上开展岩性界面区域破坏围岩支护技术研究。研究结果表明： 1）由于岩性界面区域应力集中,开挖卸荷后围岩更容易破坏,且隧洞围岩南硬北软的特征导致不同类型的破坏以蚀变带为界分布在隧洞两侧,破坏分布具有明显的区域性; 2）岩爆、结构型塌方破坏与微震活动具有良好的空间相关性; 3）当岩爆等级较低时,以结构型塌方为主体进行支护,随着岩爆等级升高,支护及防控的主体逐渐过渡为岩爆。     

基于围岩虚拟支护力特性的隧道塌方机制及控制研究

为研究隧道塌方事故的典型模式及其演化规律,基于塌方案例统计分析结果,阐明隧道开挖面失稳塌方和关门塌方2类安全事故的基本特性,推导隧道围岩虚拟支护力纵向分布曲线,进一步从围岩应力释放角度揭示了虚拟支护力与2类塌方事故的关系,并给出了塌方事故的控制要求。研究表明： 1）开挖面失稳塌方和关门塌方2类由围岩和结构失稳引发的隧道塌方事故在事故次数（68%）、死亡人数（53.7%）和涉险人数（68%）方面占比较大,其中关门塌方事故单次事故涉险人数最多,潜在危害最大。2）隧道开挖面处的围岩虚拟支护力随着黏聚力的减小而降低,开挖面后方2倍半径处围岩的虚拟支护力已大部分释放（＜5%pi）。3）围岩变形和虚拟支护力释放的第2阶段内,围岩变形急剧,围岩虚拟支护力急剧释放且释放量较大,此阶段是隧道塌方控制的重点。     

非对称建筑荷载作用下小净距隧道施工模拟分析

在非对称建筑荷载作用下,采用CRD法和预留核心土弧形导坑法两种施工开挖方案,对小净距隧道的施工过程进行了数值模拟研究.对两种施工方案的洞室周边竖向变形、地中围岩变形和洞室周边的围岩应力进行了对比分析,揭示了非对称建筑荷载作用下两种方案的洞室周边竖向变形规律和变形规律的相似性,获得了地中围岩变形的变化规律,对信息化反馈施工,指出了必须重点监控与关注的位置.     

复杂节理岩体对榆佳高速公路某隧道的初喷支护作用机理研究

节理的产状和隧道轴线夹角的不同会极大地影响隧道的稳定性.以榆佳高速公路某隧道为研究对象,利用UDEC离散元软件,建立了0°、85°、120°和150°单层层状节理模型,以及由3组层状节理切割的复杂模型;设计了0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 MPa初喷混凝土接触面黏聚力计算工况,5、8、10cm初喷厚度计算工况.经计算,对比不同工况的塑性区、应力和监测点位移值,发现:单层节理条件下,节理倾角β对隧道稳定影响不大,0°时塑性区最大,最大位移5.6cm,围岩没有掉块,围岩自稳,无需支护;其余倾角隧道均能自稳,位移不大于1cm.黏聚力大于0.6MPa为临界值,大于其隧道围岩自稳,洞顶位移值小于1 cm,否则会出现掉块.初喷厚度8cm为临界值,大于其隧道围岩自稳,洞顶位移值小于1cm,否则会出现掉块.上述特征值均在单因素变化、其余参数参照基准值条件下获取,这些可以作为隧道设计的极限参考值.     

隧道爆破荷载作用下中隔壁动力响应与破坏机理研究

中隔壁结构作为隧道初期支护体系中重要的承载构件,在隧道爆破荷载作用下极易发生损伤开裂和破坏。首先依托双向八车道的港沟高速公路隧道工程,进行爆破荷载作用下中隔壁的动力损伤破坏试验,提出中隔壁支护结构的破坏形态及类型;然后利用ANSYS/LS-DYNA建立隧道爆破与中隔壁支护结构数值模型,采用流固耦合的方法模拟岩体爆破及中隔壁支护结构的动力响应,并考虑单段装药量、爆距等不同因素,研究其对中隔壁破坏模式及形态的影响。研究结果表明：隧道爆破荷载作用下中隔壁破坏形式分为背爆侧混凝土开裂剥落、中心区域混凝土震塌成洞、钢筋网及纵向连接钢筋震坏断裂、钢拱架发生扭曲变形4种类型;中隔壁支护结构在爆破应力波的作用下处于反复拉压状态,并在岩石破碎抛掷冲击的作用下发生破坏,且中隔壁支护结构中心、顶部和底部是结构最易发生损伤的部位;单段装药量和爆距的改变会对中隔壁支护结构的破坏范围和破坏程度产生影响,且结构呈现出不同的破坏形态,与现场试验结果一致;建议隧道爆破施工时爆距控制在40 cm以上,单段药量控制在7.2 kg以下,以减少对中隔壁支护结构的破坏。