大坪山隧道初始地应力场有限元回归分析

基于大坪山隧道工程地质条件及可能穿越高地应力而带来的深部工程地质问题,结合钻孔有限测点的地应力测量结果,采用三维有限元分析方法对大坪山隧道的初始地应力场进行了拓展分析.通过建立三维地质模型,计算在自重应力、水平X、Y方向挤压和XY面剪切构造等4种工况下的构造应力场.用最小二乘法求解对应的回归系数及实测点的回归计算值,剔除不合理的测点,将计算值与实测值进行对比分析,采用Sufer软件绘制隧道洞轴线主应力等值线图,得出整个工程区特别是重要工程部位的回归初始地应力场.计算结果表明:测点回归值与实测值大部分吻合较好,反演回归得到的地应力场是合理的,符合实际的初始地应力场分布规律.     

超大埋深特长公路隧道初始地应力场反演分析

为探明蓝家岩超大埋深特长公路隧道轴线方向的初始地应力场状态,依据工程地质勘察报告,利用有限元计算软件ANSYS建立了工程区三维地质模型;以现场水压致裂法测得的初始地应力资料为研究基础,通过地质力学分析确定影响初始地应力场形成的主要因素,并将其表达为数值计算所需的边界和初始条件;在各影响因素单独作用下,计算得到水压致裂法各测点位置的地应力量值;运用多元回归分析获得了蓝家岩隧道轴线方向上的初始地应力场分布规律。根据蓝家岩隧道轴线处地应力场回归方程,计算得到现场应力解除法各测点位置处的地应力,并与实测结果进行比较,从而验证反演回归计算结果的合理性。结果表明:主应力量值随埋深呈现出近似线性增长的关系,垂直主应力等于或略大于单位面积上覆岩层的自重应力;主应力量值呈现出S_H(最大水平主应力)S_h(最小水平主应力S_V(垂直主应力)的规律,表明蓝家岩隧道初始地应力场以水平构造应力为主导;主应力量值大部分在20 MPa以上,说明蓝家岩隧道为高地应力场隧道;最大水平主应力与最小水平主应力的量值相差较大,根据摩尔-库仑强度理论可知隧道水平面内存在较大剪应力,易导致围岩产生过大变形或破坏;在断层经过区域,受断层挤压剪切作用,地应力变化剧烈,相对断层前后的地层而言有一定的应力松弛。     

雪峰山公路隧道地应力场反演及工程应用

初始地应力场主要由自重场和构造场产生,它是岩土工程设计与施工所要考虑的重要因素之一.根据雪峰山公路隧道实测地应力资料,充分考虑岩体自重与构造应力的影响,采取三维有限元回归分析方法,通过对实测点地应力值用逐步回归分析方法求出回归系数,得到计算区域的初始地应力场.研究成果表明: 计算结果与实测值吻合较好,所拟合的初始地应力可作为工程设计与施工的依据.     

纸坊隧道初始地应力场线性回归分析

影响初始地应力场的主要因素有自重应力场和构造应力场。首先,假定研究区域的岩性为弹性;然后,利用各测点的水压致裂地应力测量资料和4个模拟构造应力场的三维有限元计算结果,用最小二乘法多元回归分析,得到了与4个自变量（分别对应自重应力、隧道轴线方向构造应力、垂直轴线方向构造应力和水平面内剪切应力）相对应的回归系数L1、L2、L3、L4,再计算复相关系数r及偏相关系数,判断回归效果;最后回归计算出初始地应力场。     

云南勐捧隧道地应力场研究分析

为了解云南勐捧隧道洞身部位的地应力状况,采用水压致裂应力测量方法在2个钻孔中进行原地应力测量和应力方向印模测定,分析测点附近主应力方向和应力场状态。依据隧道工程区周边区域的应力数据,基于Hoek-Brown准则和RocLab 对工程区的岩体强度以及变形模量进行了估算,结合工程附近地应力随深度变化, 运用Sheorey 模型对工程区地应力状态进行预测, 预测结果与该区域周边的应力值整体较一致。     

雪峰山公路隧道地应力场反演及工程应用

初始地应力场主要由自重场和构造场产生，它是岩土工程设计与施工所要考虑的重要因素之一。根据雪峰山公路隧道实测地应力资料，充分考虑岩体自重与构造应力的影响，采取三维有限元回归分析方法，通过对实测点地应力值用逐步回归分析方法求出回归系数，得到计算区域的初始地应力场。研究成果表明：计算结果与实测值吻合较好，所拟合的初始地应力可作为工程设计与施工的依据。     

南水北调西线泥曲-杜柯河段三维初始地应力场反演

初始地应力场信息的获取是岩土工程设计和施工中所要考虑的重要因素之一，根据工程建设区域地应力实测资料，并结合水压致裂法测试没有竖直向剪力的特点，运用三维有限元回归分析方法，假定岩体自重应力和构造应力为应力场构成要素，利用多元回归分析原理，可获得计算区域的初始地应力场。通过对南水北调西线一期工程泥曲—杜柯河段运用该方法进行分析，结果表明该方法可行，回归值与实测值能较好地吻合，容易理解。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheorey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheo-rey模型的工程区地应力场预测方法.在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区.同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性.     

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。     

绩黄高速公路佛岭隧道围岩现场快速分级方法研究

以佛岭隧道工程为背景，应用回归分析理论建立单轴抗压强度和回弹强度的关系式，同时将难以量测的体积节理数、地应力等也用经验性的计算式和方法进行判断，最后依据现行规范中的方法进行围岩分级。实践证明，此种方法不仅具有现场操作简便、快速的优点，且可与勘察设计阶段的分级结果进行比较，用来优化设计参数和调整施工方法，为隧道围岩分级提供了一种新的途径。     

小相岭隧道围岩力学状态测试及大变形成因分析

为解决小相岭隧道平导和正洞的围岩大变形问题，采用现场试验的方法对围岩力学状态进行测试，基于实测数据对隧道大变形成因进行分析并提出针对性控制治理对策。结果表明： 1）隧道围岩强度偏低且存在明显的各向异性，初始地应力以水平应力为主，属极高地应力；现场实测结果显示底板处围岩损伤范围明显大于边墙处，推断隧道大变形为底隆变形，这与现场结构变形特征相符。2）隧道大变形的主要原因是下伏缓倾层状软弱岩层、高水平地应力、支护结构不对称等因素，尤其是平导底板的不对称结构对抵抗底隆变形能力较弱。3）在采取平导设置仰拱、正洞打设长锚杆、增大预留变形量、提升结构的刚度及强度等措施后，隧道变形得到了有效控制。     

基于相对变形的大变形隧道地应力反算

针对复杂地质条件下高地应力大变形隧道地应力复杂多变的特点，为满足该类隧道动态设计对地应力资料的要求，提出基于上台阶开挖后拱腰水平收敛与拱顶下沉的相对比值并结合开挖揭示的围岩情况，建立二维数值模型反算地应力的方法。以丽江至香格里拉铁路中义隧道为例，对该方法进行详细说明。研究表明所述方法具有无需地应力测试、计算方便的优点，施工期间可用于地应力分析、预测。中义隧道典型区段地应力反算结果表明： 1）隧道出口及2号横洞工区的地应力分布特点并不相同； 2）围岩及埋深差别不大的区段，隧道水平收敛变形出现较大差异主要是由于地应力侧压力系数不同引起的。     

缓倾砂岩夹泥岩隧道岩爆段初期支护变形特征及控制技术研究——以蒙华铁路段家坪隧道为例

针对蒙华铁路段家坪隧道岩爆段初期支护在较小变形下发生破坏现象,通过室内试验、超前地质预报、地应力测试等技术手段,分别揭示洞周围岩强度、掌子面前方地质情况和初始地应力状态,同时对初期支护变形破坏特征进行归纳总结并分析成因,得出： 围岩特性、地质构造特征、工法是影响初期支护变形破坏的重要因素,局部水平向高地应力是主因。采取增强支护参数、增设缓冲层、锚杆+加筋底板、加装阻尼器等技术措施控制初期支护变形破坏。研究结果表明： 1）以水平构造应力为主的高初始地应力条件下,若隧道洞身围岩竖向节理发育,开挖宜首选二台阶法。2）拱部及仰拱初期支护混凝土破坏类型为剪压破坏,格栅钢架主筋破坏类型为偏心受压屈曲。3）以水平构造应力为主的高初始地应力状态下,宜根据围岩特性、支护原理及现场实际选择相应的技术措施。     

高地应力软岩隧道塌方成因和治理措施分析

基于某新建高地应力软岩铁路隧道工程,运用MIDAS GTS与ANSYS有限元软件,对二台阶三部开挖法的应力与变形特点进行了分析。结果表明:初支与二衬施作的时间间隔、循环进尺的长度、上下台阶的距离的合理选择是保证高地应力软岩隧道安全施工的重要因素。高地应力软岩隧道的二衬不仅作为对初支的加强和安全储备,且承受软岩的流变压力,流变压力在二衬施做的初期增长迅速,后期变缓趋于平稳。二台阶三部开挖工法施工中,应注意右下台阶的开挖稳定、合理的循环进尺及台阶距离能够保证高地应力软岩隧道的施工安全。     

邵怀高速雪峰山隧道初始地应力场研究

雪峰山隧道为深埋隧道，初始地应力场对围岩变形特性具有重要的控制作用。运用水压致裂法测试、室内Kaiser效应测试和有限元数值模拟等3种方法，对雪峰山隧道初始地应力场进行了研究，并对雪峰山隧道的初始地应力场作出了较准确的判断，为隧道的设计与施工提供了可靠的依据。对3种方法进行了对比分析。     

苍岭隧道烟囱效应分析及火灾时排烟对策

通过对山岭隧道中烟囱效应研究现状综述的基础上,利用数值分析手段对依托工程苍岭特长公路隧道中由于受高差及温差等因素影响产生的烟囱效应现象及排烟对策进行分析。研究显示,苍岭隧道的烟囱效应是明显存在的:在纵向通风条件下,单向交通时,下坡隧道(左线)全长范围和上坡隧道(右洞)出口段将产生不利影响;在隧道双向交通时,均存在不利影响。当火灾发生时烟囱效应的不利影响出现不可控制时,会造成潜在的危险。但由于苍岭隧道设计中采取了在顶部设置独立排烟道进行独立排烟的安全措施,使火灾时烟囱效应产生的危险性大大降低。     

考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演分析

为了使跨活动断裂带区域地应力反演结果更加符合实际，提出了考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演思路。通过在断裂带与两侧岩体之间建立接触单元，采用边界位移荷载实现了断裂带两侧岩体的相对挤压及滑动作用。依托华坪至丽江高速公路东马场1号隧道工程，对比分析了采用常规边界荷载和考虑走滑边界荷载2种情况下隧址区地应力场的反演结果。研究结果表明:考虑走滑边界荷载反演得到的地应力场更加符合实际且精度更高；常规边界荷载的最大残差为2.29 MPa，而走滑边界荷载的最大残差仅为0.66 MPa，其残差平方和也均小于常规边界荷载；在断裂带附近，考虑走滑活动影响的最大、最小水平应力值相对常规边界均有所减小，上盘岩体垂直应力也相对减小，下盘岩体受上盘岩体的影响垂直应力相对增大，符合跨断层岩体区域实际地应力场的分布规律；隧址区整体表现为水平应力大于垂直应力，以水平构造应力为主。     

多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律

针对高温多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律开展深入的理论分析、数值模拟和现场监测研究。首先,基于热传导理论,建立隧道衬砌和围岩径向传热模型,利用叠加原理和拉普拉斯变换法求得寒区隧道衬砌和围岩的温度场理论解;其次,建立洞内空气的传热微分方程,根据能量守恒原理,建立隧道纵向洞内空气与洞壁的气-固耦合传热模型,结合径向温度场理论解,提出多年冻土区隧道衬砌、围岩及洞内空气的三维温度场计算方法,该计算方法可考虑围岩、衬砌、保温层等多层传热介质及隧道沿洞轴线的不同埋深;最后,根据依托工程现场实测数据,反演围岩的热物性参数,并运用推导的隧道纵向传热模型和横向传热模型,分析姜路岭隧道不同冻土区内衬砌和围岩中的温度场分布规律。研究结果表明：在隧道径向,多年冻土和非冻土围岩温度都会随洞内气温的变化而产生波动,距离围岩表面越近,温度振幅越大,且热量在围岩径向传递过程中有一定的滞后性;在隧道纵向,在一年中最冷时刻,隧道衬砌及围岩温度呈“两端低,中间高”,此时姜路岭隧道围岩、二衬表面最高温度分别为-2.72℃,-7.80℃;在一年中最热时刻,衬砌温度呈“两端高,中间低”,此时姜路岭隧道二衬表面最低温度为1.92℃,但由于受围岩初始地温的影响,围岩表面的温度呈倒V形,最低温度为-1.22℃。     

极高地应力区隧道地质特征及围岩变形机制研究

以某在建高速铁路隧道作为工程实例,结合地质情况,从初始应力、岩体结构和地下水分析了影响围岩的因素。运用理论分析和现场监控量测反馈结果等综合方法,从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性、现场围岩变形情况、隧道施工影响、变形段变形差异性等方面系统分析了极高地应力区隧道围岩变形特征及机制,并得出如下主要结论:1)极高地应力区围岩应力释放有一定的过程,不同的围岩应力释放的速度可能不同,爆破对围岩产生扰动,将一定程度加速围岩应力的释放。2)围岩地质条件不同,变形规律会表现出一定的差异性。3)围岩的变形机制,层状围岩的变形破坏一般形成几个区域:破坏区,崩塌,滑动滑移,张裂、弯曲及折断。4)本隧道围岩变形特征主要是由极高地应力和岩体结构综合决定的,隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。