运营期间膨胀围岩隧道病害分析

隧道开挖改变了地下水的渗流路径,引起隧道围岩的含水量增加,若遇到膨胀性岩土体,膨胀压力显著增加,导致衬砌开裂,随着时间越来越严重。如马岭头隧道与膨胀性破碎错动带呈30°斜交,断层带的厚度为4~15m,为典型强膨胀潜势膨胀岩,在隧道运营过程中出现两次病害。本文以马岭头隧道为依托分析膨胀性围岩隧道病害随时间变化规律,从现场调查和地质勘察发现地质参数发生了较大变化,含水率升高(13.3%~18.6)和膨胀力增加(32.7k Pa~72.3k Pa),衬砌内力也相应地增大(103.5~293k N,29.5~133.5k N.m),导致病害反复出现,给隧道安全运营带来隐患;然后,预测膨胀性围岩参数随时间的变化规律,计算衬砌的内力,提出相应的治理措施,达到根治隧道病害的目的,研究结果为膨胀性围岩隧道设计施工提供参考依据。     

在役膨胀岩隧道多次病害宏微观分析与治理

隧道开挖改变了围岩的渗流场和应力场,致使围岩的含水量分布发生改变,若遇到膨胀岩体,吸水膨胀失水收缩,产生裂隙,降低膨胀岩强度,膨胀压力显著增加,导致衬砌开裂及渗漏水,随着时间增加越来越严重,给隧道安全运营带来隐患,不能准确把握膨胀压力的变化规律,病害很难得到控制。本文以马岭头隧道为依托分析膨胀性围岩隧道病害的微观宏观机理,通过SEM和室内试验及数值模拟研究,发现膨胀岩含水率随时间升高(13. 3～18. 6%)膨胀岩层间吸水导致体积增大,凝聚力减少(60～20kPa),内摩擦角基本变化很小,膨胀力增加(32. 7～72. 3kPa,随着时间推移出现流变软化,衬砌内力也相应地增大(34. 5～387kN,12. 2～109. 9kN·m);对比2004年、2015年的整治设计,其轴力和弯矩均低于安全系数,提出采用复合式衬砌的整治措施和预测膨胀岩长期变形规律,达到根治隧道病害的目的,结论可为膨胀性围岩隧道设计施工提供参考依据。     

含水率差异对膨胀性红黏土隧道施工力学行为的影响

膨胀性红黏土因其特殊的水敏性,使得自身遇水膨胀,是造成隧道围岩失稳的重要原因。 为建立含水率与膨胀率的关系,从 而明确含水率变化对大断面膨胀性红黏土隧道及支护结构受力变形的影响,以银西高铁庆阳膨胀性红黏土隧道为研究背景,通过 现场监测确定围岩含水率波动范围;结合室内试验建立含水率与膨胀性和抗剪强度的对应关系;将土体含水率变化条件下的膨胀 关系同材料受热膨胀特性进行联系,利用ABAQUS内置的温度应力场模拟湿度应力场,分析不同含水率作用下隧道围岩压力、衬砌 结构内力与变形量值的重分布规律。 结果表明: 开挖后不同含水率最终趋于饱和时,随着初始含水率的降低,围岩及支护结构受 力增大,仰拱与拱脚处相对位移提高,拱顶、拱腰与边墙处相对位移降低,整体安全系数逐渐降低;对开挖后洞周平均含水率20.7% 而言,最终趋于饱和时围岩压力安全系数为2.2,衬砌安全系数为1.1,围岩相对位移为0.97%;相比于围岩压力和衬砌结构受力, 含水率变化对洞周围岩变形影响最大;基于特殊地质情况,建议将隧道预留变形量提至150~180 mm。     

Singh-Mitchell蠕变模型在炭质岩隧道围岩变形分析中的应用

炭质岩是一种易崩解、软化、膨胀以及环境敏感的特殊性岩土,属于软弱岩,同时炭质岩隧道围岩的开挖变形、长期稳定性问题是炭质岩隧道建设所面临的共性问题。据此,对广西西北部山区某高速公路炭质岩隧道围岩位移、温度、渗压等指标进行监控量测,基于获得数据采用Singh-Mitchell模型研究围岩的蠕变机制,随后预测隧道通车前的围岩变形。结果表明:不考虑温度和渗压的条件下,Singh-Mitchell蠕变模型能有效计算分析及预测隧道围岩变形发展规律,可为炭质岩隧道建设以及采取防治加固措施提供参考与借鉴。     

降雨入渗条件下非饱和土渗流特征试验

设计了一种可测量降雨入渗与底部排水条件下土体体积含水率与基质吸力变化规律的试验装置,开展不同降雨强度条件下砂土和粉质黏土的降雨入渗与排水过程室内模型试验,得到了不同土质在不同降雨强度下各高程处体积含水率与基质吸力的变化规律。结果表明：可将降雨入渗条件下不同土质的体积含水率变化划分为3个阶段,首先表面土体含水率上升,随着雨水的入渗,表面含水率保持不变,土体内部含水率由上至下依次上升,随后当浸润线达到装置底部后,土体的含水率开始逐渐增大,由非饱和状态过渡至饱和状态,最后当装置底部达到饱和后,土体中的水位开始逐渐上升,各个测点在降雨作用下由下至上依次达到饱和状态;不同土质土体的表面体积含水率均与降雨强度呈线性关系,在相同降雨强度下粉质黏土表面体积含水率大于砂土,不同土质浸润线的下降速度与降雨强度均呈对数函数关系,在相同降雨强度下砂土浸润线下降速度大于粉质黏土;土体基质吸力随着雨水的入渗由上至下逐渐减小,在水位上升过程中基质吸力变化幅度小于降雨入渗过程;在排水过程中,砂土与粉质黏土各高程处的含水率随排水时间的变化规律分别呈幂函数关系和指数函数关系,位置较高测点的含水率下降明显快于位置较低的测点。     

关于孔洞型砌块对边坡降雨入渗影响的数值模拟

依据岩土饱和－非饱和渗流理论,运用有限元分析软件,对采用不同成孔方向的孔洞型护坡砌块的路基边坡在降雨条件下的渗流场、含水率分布以及孔隙水压力变化情况进行了模拟分析。研究结果表明：在孔洞率和降雨强度相同的情况下,成孔水平的孔洞型护坡砌块能更加有效地减小雨水的入渗量和入渗深度。     

考虑路堤渗流场变化的最佳包边土厚度数值研究

为确定考虑路堤渗流场变化的最佳包边土厚度,通过Geostudio-seep软件数值模拟,建立具有包边土和排水设施的路堤计算模型,分析了路堤渗流场中暂态饱和区及含水率的变化。结果表明,在设置排水系统的路堤软土层采用最佳包边土厚度,有利于迅速排出雨水,减小雨水入渗量,使土体体积含水率随降雨持续无明显变化,从而减小边坡受降雨入渗的影响,降低边坡土体水毁程度。     

降雨条件下路基边坡渗流分析

该文依据岩土饱和-非饱和渗流理论,运用有限元分析软件,对降雨条件下路基边坡渗流场以及含水率分布、孔隙水压力变化情况进行了模拟分析。研究结果表明:在不同降雨强度下,当雨强大于土体饱和渗透系数时,入渗深度随时间逐步向下推移,并且推移深度较大;当雨强小于土体入渗能力时,入渗速度较慢,入渗深度小于饱和入渗。裂隙的存在对降雨入渗过程中孔隙水压力和体积含水率分布具有较大影响。     

海绵城市道路种植土-碎石绿化带的雨水入渗

种植土-碎石绿化带是海绵城市道路雨水入渗的重要组成部分。为分析种植土-碎石绿化带雨水入渗能力,将负孔隙水压力与相对渗透系数和体积含水率之间的关系简化为指数函数,利用试验数据对其进行了验证。基于非饱和渗流方程和拉普拉斯变换,给出了绿化带雨水入渗的数学模型。利用该模型分析了降雨条件下石家庄汇明路植被土-碎石绿化带雨水入渗特征,讨论了不同降雨条件下雨水入渗的特征和影响雨水入渗的因素。结果表明:(1)负孔隙水压力与有效饱和度和相对渗透系数之间都呈指数函数关系,可以利用负孔隙水压力与有效饱和度之间的关系推测非饱和土的渗透系数;(2)随着雨水入渗,地表处的负孔隙水压力迅速减小,植被土的体积含水率逐渐增加,植被土逐渐从非饱和状态向饱和状态过渡,雨水入渗也由非饱和入渗转变为饱和入渗;(3)随α增加,植被土上部的负孔隙水压力降低更快,表层土更快饱和,然而下部土体的负孔隙水压力降低反而趋缓;(4)降雨强度影响着植被土的设计入渗能力,降雨强度小时,雨水完全入渗,随着降雨强度增大,其设计入渗能力降低,雨量径流系数快速增加;(5)降雨强度和植被耐水湿时间是植被土设计入渗水量的重要参数,给出了植被土设计入渗水量计算方法。     

多层结构土质边坡降雨入渗过程及稳定性影响分析

为了分析多层结构土质边坡在不同降雨条件下的渗流过程以及稳定性变化规律,基于降雨入渗机理以及均质土体降雨入渗深度理论计算公式,提出了多层结构土质边坡降雨入渗深度及其稳定性计算方法,利用该计算方法分析不同降雨条件下雨水的入渗深度,同时应用数值分析方法计算多层结构土质边坡降雨入渗深度及其稳定性。研究结果表明:建立的降雨强度与降雨时间共同影响下的多层结构土质边坡雨水入渗深度理论计算公式的计算结果与数值分析得到的结果基本一致,表明该公式能较好地反应多层结构土层边坡降雨入渗过程;降雨入渗过程中靠近坡面的土层体积含水率、孔隙水压力增长速度较快,并且在土层交界面处,土层体积含水率、孔隙水压力变化幅度比较大,且靠近坡面的土层体积含水率首先达到饱和状态,随后第2层土体的含水率也逐渐达到饱和状态;降雨入渗过程中边坡安全系数随着降雨入渗深度的增加而不断降低,并且在湿润锋到达土层分界面时,安全系数有突变现象,由于不同土层之间渗透系数的差异性,使得雨水在土层分界面处易形成平行于坡面的渗流,进而导致边坡安全系数出现较大范围的波动,此时边坡最容易发生失稳破坏。     

膨胀性围岩公路隧道设计施工研究

膨胀岩隧道由于其特殊的工程地质特性,成为当今地下工程界最复杂的研究课题之一.结合依托工程大华岭特长隧道中出现的膨胀岩,提出了膨胀性围岩隧道的支护结构和施工原则.应用弹塑性模型对膨胀岩隧道支护结构和施工过程进行了数值模拟计算,结果显示支护结构的初期支护及二次衬砌主要应力均在安全范围之内.     

基于流-固耦合的膨胀土边坡渗流分析

基于流-固耦合理论、非饱和渗流计算模块,通过C++和FLAC^3D内置FISH语言构建考虑膨胀效应的非饱和流-固耦合模块,结合工程实例,分析膨胀土边坡在不同耦合方式和降雨工况下非饱和渗流规律及相关影响因素。结果表明,降雨入渗对边坡孔隙水压力的影响集中在边坡浅层范围内,采用流-固耦合模块计算所得土体饱和度的增速、增幅及降雨入渗深度都比非耦合情况时小,且随着降雨的持续,两者之间的差距越来越大;在总雨量相同的条件下,强度小而历时长的降雨会造成边坡土体内雨水滞留量增多,滞留时间变长。     

半填半挖红粘土路基非饱和渗流与变形数值模拟

针对半填半挖路基,建立非饱和土流固耦合有限元模型,进行雨水入渗条件下红粘土路基边坡渗流与沉降变形耦合的数值模拟,计算出降雨条件下路基含水率及孔隙水压力发展变化情况,并分析填挖方不同渗透性对路基差异沉降的影响,对比边坡防护前后降雨入渗对差异沉降变形的影响。分析得出:半填半挖路基降雨入渗时,填方土体入渗快于挖方土体,随着时间的增加,饱和区逐步扩大,红粘土路基发生湿软变形,填挖交界处产生差异沉降,通过采取路基顶面及坡面的防水处理,能显著降低雨水入渗对路基内部渗流场和应变场的影响及由此造成的湿化差异沉降变形,路基边坡竖向以及侧向变形均有大幅度减小。     

砂卵石地层中公路隧道围岩变形及破坏特征研究

公路隧道围岩的变形及破坏是影响公路工程安全的重要因素。针对砂卵石地层中公路隧道围岩的变形特性,理论上分析了其形成的原因和破坏的机理。其次,结合有限元模型分析了不同含水率的砂卵石地层对隧道围岩的变形影响。研究表明:随着隧道的开挖,隧道围岩会逐步的向隧道四周入侵,最终隧道的拱顶会形成塌落拱;砂卵石地层的含水率的增加,隧道围岩塌落拱的高度也在增加,天然含水率、4%含水率、6%含水率和饱和含水率的塌落拱高度分别为2. 3、2. 8、5. 3和8. 3 m。说明隧道在开挖的过程中,隧道围岩的侵入程度与含水率呈正相关。     

路基边坡降雨入渗过程研究

造成路基病害发生的原因多种多样,而降雨则是诱发路基病害的最重要因素之一。在降雨条件下,路基边坡中雨水的入渗会导致边坡岩土体的结构及力学性质发生变化,从而导致路基病害的发生。雨水在边坡中的入渗本质是水在非饱和土体中的运动过程,从降雨入渗机理及降雨入渗近似解等方面对路基边坡的降雨入渗过程进行了研究。     

山区高速公路浅埋软岩隧道围岩变形分析及支护对策研究

山区高速公路工程地质条件复杂,软岩隧道的大变形难支护问题十分突出,开展围岩变形机理研究并提出相应的支护对策尤为重要。以河北省西部山区某浅埋软岩隧道为例,通过分析隧道工程地质条件,定性地研究土石混合体隧道围岩稳定性。采用能较好处理岩土体工程中各种复杂非线性问题的ABAQUS软件,建立隧道围岩三维数值仿真模型,刻画出隧道的动态开挖过程,对软岩隧道支护前后围岩的应力场与位移场特征以及土石混合体软岩隧道支护结构的受力情况进行分析,为研究系统锚杆在软岩隧道中的作用机理提供理论依据。结合现场监控量测,提出土石混合体软岩隧道部分取消系统锚杆的建议。     

宝天高速公路上黄土、土岩复杂围岩隧道的开挖和支护技术研究与应用

宝天高速公路宝鸡段BT4合同段有4座分离式隧道,该地区地质背景复杂,地形相对高差较大.其地质属典型的黄土覆盖土、岩接触复杂围岩,岩土体稳定性差.为保证隧道顺利施工,开展了黄土、土岩复杂隧道围岩的变形规律和破坏方式的研究,以指导隧洞施工支护.目前该隧道已顺利建成.     

高地应力条件下软岩隧道大变形数值模拟

隧道围岩稳定性问题一直是岩土工程的一个重要研究内容,而围岩稳定性评价结果的正确与否直接关系到地下工程的成败。为了研究高地应力条件下,隧道软弱围岩在不同侧压系数和埋深条件下的变形规律,探讨围岩动态变化趋势,文章采用能描述岩体大变形特征的有限差分软件FLAC3D,对依托隧道工程Ⅱ类围岩典型断面进行了模拟仿真分析,结果显示:①在埋深一定的情况下,随着侧压系数的增大,隧道围岩位移量变化均呈现出先增加后减小的趋势。其中底鼓对侧压系数的变化最为敏感,水平收敛次之,拱顶下沉相对较弱;②随着埋深的增大,隧道围岩位移量均有不同程度的增加。研究结果用于云岭隧道围岩稳定性分析是非常有效的,可为后期隧道支护设计和施工提供参考。     

黄土地基积水入渗规律研究

为解决高速公路黄土地基因浸水引起的病害,通过陕西洛川典型黄土区原位浸水试验,研究了黄土地基积水入渗规律.结果表明给定深度处含水率随时间变化曲线可以分为3个阶段:稳定不变阶段、急剧增大阶段、重新趋于稳定阶段.入渗锋面渗透速率不受深度影响,约为渗透系数的5.3倍;第二阶段中水分入渗速率随着土体深度增加而减小.给定时刻含水率分布沿深度方向可分为3个区域:稳定区域、浸润区域、未浸润区域.浸润区域厚度随着入渗过程呈加速增加,而稳定区域厚度呈减速增加.     

膨胀土改进CBR膨胀量的浸水时间效应

CBR膨胀量是新的膨胀土填料分类分级三大指标之一,有关其浸水时间效应还少有研究.为获得浸水时间对CBR膨胀量的影响,将4种制件含水率的百色膨胀土试件分别浸水4 d和7 d,按设定的不同时刻观测其变形量.结果表明:随着制件含水率增大,改进CBR膨胀量减小,试件60%以上的膨胀变形在第1天发生;浸水4 d后,试件并未饱和,...