不同应力场软弱围岩隧道施工力学特征的数值分析

岩体内部的初始应力及隧道开挖后的围岩应力是隧道工程的关键影响因素,为了更全面地了解不同应力场软弱围岩公路隧道施工的力学特征,建立有效的有限元模型,采用不同加载方式,模拟不同应力场,对软弱围岩公路隧道施工过程中隧道围岩位移和应力变化特征及其影响范围进行了详细分析,并对衬砌结构的受力特征进行深入研究.结果表明:不同应力场决定了隧道施工过程中围岩塑性区的大小和位置,这也就决定了隧道施工中重点监控的位置;在不同应力场隧道开挖完成后,拱上20 m水平面围岩竖向位移、拱上中心线围岩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明显增大,拱腰处围岩水平位移则随着侧压力系数的减小而明显减小;应力场对衬砌结构的内力影响很大.     

基于GA-SVM的隧道围岩分类研究

隧道工程围岩的类别是评价隧道工程地质条件的一个综合性量化指标,是进行隧道工程建设的基础。为快速、有效地判别围岩类型,提出了将因子分析(FA)与改进的支持向量机(GA-SVM)相结合的隧洞围岩分类模型。首先,根据岩体岩性、地质构造、岩体结构等特性,选取岩石质量指标、完整性系数、单轴饱和抗压强度、纵波波速、弹性抗力系数和结构面摩擦系数6个指标作为隧洞围岩分类的初始判别指标。其次,采用因子分析理论对原始指标变量进行属性约简,提取了公共因子,减少了判别指标之间信息冗余。最后,利用遗传算法(GA)优化支持向量机(SVM)的惩罚因子C和核函数参数σ,并将提取出的公共因子作为GA-SVM模型的输入变量,建立了基于因子分析的GA-SVM隧洞围岩分类模型。将现场勘测的29组围岩数据作为训练数据,另用7组数据作为测试数据,同时将该模型分类结果与SVM、BPNN、FDA模型分类结果进行了对比。结果表明:因子分析可以有效地提取围岩分类指标,降低指标间信息重复度;利用GA优化参数可以提高SVM模型的精度与泛化能力;用该模型预测隧洞围岩的类别与实际分类相吻合,其错误预测率为0,研究成果可为隧洞围岩快速分类提供一种新思路。     

基于因子分析与Fisher判别分析法的隧洞围岩分类研究

为快速有效地预测隧洞围岩的类别,提高地下工程的稳定性和安全性,应用因子分析与Fisher判别分析理论,选取岩石质量指标、完整性指标、饱和单轴抗压强度、纵波波速、弹性抗力系数和结构面摩擦因数等6个指标作为Fisher判别分析的判别因子。建立基于因子分析的隧洞围岩分类的Fisher预测模型。将现场勘测的30组隧洞围岩数据作为学习样本进行训练。利用回代估计法对模型效果进行检验,正确率为96.7%。将建立的判别模型应用于工程实例,以6组工程数据作为预测样本,进行隧洞围岩的分类预测,并与神经网络方法和Bayes方法进行对比。结果表明:因子分析可以有效提取围岩分类指标,去除冗余影响因素,基于因子分析的Fisher判别模型可有效地预测隧洞围岩的类别,所得预测结果的正确率为100%。     

关于应用弹性波速度划分隧道围岩类别的认识

本文着重讨论了应用弹性波速度划分隧道围岩类别的问题，根据作者在工程实践中对弹性波速度划分围岩类别的应用和认识，认为目前使用的划分标准所划分的围岩类别与实际围岩类别存在着一定程度的偏差，可能会导致围岩类别划分偏高，进而从岩体完整性指标及围岩物理力学参数两个方面对弹性波速度与围岩类别的关系进行了探讨，提出了应用弹性波速度划分围岩类别新的建议表，经与工程实例对比有较高的符合率。     

基于BP神经网络高风险隧道围岩判定模型的研究

针对铁路高风险隧道地质围岩复杂性、突变性的问题,基于BP神经网络构造了以岩体完整性系数、岩体质量指标、结构面强度系数、岩石单轴饱和抗压强度和地下水渗流量5个参数,进行高风险隧道围岩级别判定模型的研究。通过该模型对相关数据进行学习、训练以及回判和预测,实现判定围岩级别和实际围岩级别基本一致。     

隧道超前地质预报对传感器预埋位置确定的应用

结合高速公路科研实际情况,利用地质雷达对隧道围岩情况作出超前地质预报,精确判断围岩结构、状态、类别等,对预埋传感器位置和类型选择进行精确指导,实现合理科学的实时监测围岩位移、温度、应力等各种参数的变化。     

机械化施工大断面高铁隧道围岩压力测试及分布特征研究

为了解机械化施工大断面隧道围岩压力的变化规律和分布特征,依托郑万高速铁路湖北段大型机械化施工隧道群,开展大量围岩压力现场监测,根据测试结果对Ⅳ级和Ⅴ级深埋条件下围岩压力变化规律和分布特征进行分析,并与规范荷载进行对比。结果表明： 1）围岩压力监测数据从21~27 d开始稳定; 2）实测围岩压力小于《铁路隧道设计规范》深埋隧道计算荷载; 3）Ⅳ级深埋条件下,侧压力系数为规范荷载侧压力系数的1.2~2.4倍; 4）Ⅴ级深埋条件下,侧压力系数为规范侧压力系数的0.86~1.43倍。     

对粘土岩类围岩类别划分的几点思考

在隧道工程建设中,围岩分类是选择施工方法的依据,是进行科学管理及正确评价经济效益、确定结构上的荷载、确定衬砌结构的类型及其尺寸、制定劳动定额、材料消耗等的基础。但是,前期勘测所得的围岩类别,往往和现场开挖结果有很大的差别,需要根据开挖结果准确判定围岩类别,及时变更施工及其支护方案。尤其是易风化且具有膨胀性的粘土岩地区,应特别注重地下水因素。本文以晴隆隧道二衬发生大规模裂缝为例,对粘土岩类围岩类型划分进行了探讨。     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

大断面上新统红色泥岩(N_2~(Cr))隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5～10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明:1)围岩各项指标属于极硬土—极软岩临界范畴。2)该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ—Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3)未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4)该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

基于有限差分法的公路隧道衬砌结构数值计算

以重安江隧道工程为依托,选取3种不同围岩级别的衬砌结构形式进行数值计算,分析衬砌结构内力、安全系数、周边收敛、拱顶下沉、围岩塑性区,并评价衬砌结构的安全性。结果表明：对于Ⅴ、Ⅳ级围岩,拱顶下沉主要是由上台阶及下台阶中央区开挖所致,V级围岩地段,围岩塑性区发展很大,甚至发展到地表,Ⅳ级围岩墙脚处塑性区较大;对于Ⅲ级围岩,拱顶下沉则主要是由上台阶开挖所致,围岩塑性区较小。     

锚杆施作时机对炭质千枚岩隧道力学响应影响研究

针对炭质千枚岩隧道施作锚杆时容易剥落掉块并导致局部失稳的问题,对先喷后锚法与传统先锚后喷法进行比较研究。为了分析2种施工方法对围岩与支护体系力学响应的影响,借助三维数值分析手段对洞周位移变化、初期支护结构受力、锚杆受力及围岩的塑性发展进行分析。结果表明,先喷后锚法引起的围岩变形与支护体系应力略大,先锚后喷法对控制围岩变形效果显著,二者均可满足一般工程需要;当对围岩变形控制要求严格时应选用先锚后喷法。     

基于Hoek-Brown准则的小净距隧道节理围岩稳定性研究

结合重庆东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥渝中区连接隧道小净距段施工,采用Hoek-Brown 强度准则估算出节理岩体的力学参数,建立基于Hoek-Brown 强度准则的有限元分析模型,对隧道施工过程中节理围岩的位移、应力和塑形区特征进行研究,获得隧道施工过程中围岩位移变形较大点以及应力集中区域,并提出监控量测和加强支护的范围。     

山区城市环境下节理围岩小净距隧道施工力学研究

以重庆东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥渝中区连接隧道为依托工程,在室内岩石力学试验的基础上,结合工程地质分析和公路隧道设计规范,选取比较符合工程实际的节理围岩参数,且基于二维离散元软件UDEC建立节理围岩小净距隧道数值模型,并对其施工力学效应进行研究,详细分析隧道围岩的位移及应力变化特征、隧道开挖对上覆建（构）筑物的影响等。此外,还对隧道施工支护方法进行优化分析。     

棚洞结构模型试验研究

为了深入研究公路棚洞与边坡围岩体间的相互作用关系,应用基本相似模型试验,对不同边坡围岩条件、不同开挖坡率、不同回填体材料、不同边坡高度等组合情况进行试验。试验过程中,对回填体与边坡及棚洞结构间的接触应力、棚洞结构的表面应力、棚洞结构的位移等指标进行测试。模型试验结果表明,在相同边坡条件和棚洞结构条件下,土石回填相对于片石回填,棚洞结构的内力更大;相对于土质边坡,岩质边坡情况下棚洞结构受回填体材料的影响更大。     

带凸榫重力式挡土墙的滑移分析

通过对沈大高速公路某段带凸榫重力式挡土墙因墙后浸水产生滑移破坏的分析,探讨在路基浸水情况下的挡土墙的受力状况,推导出带凸榫挡土墙浸水情况下的滑动稳定系数的变化公式,进而对因雨水产生的水位差对挡土墙的滑动稳定系数的影响进行了论述。得出路基由于排水不畅形成的瞬时水位对挡土墙的滑移影响很大,随着水位的提高该挡土墙的滑动稳定系数很快低于允许值,进而产生滑移破坏。利用凸榫前产生的被动土压力可以显著提高挡土墙抗滑力。     

高速公路偏压连拱隧道施工方法数值模拟

对神土隧道的工程地质以及水文地质进行了介绍,采用有限元法对其进行了偏压连拱隧道施工力学行为分析。结果表明:采用三导洞配合台阶法施工是可行的;中墙在地表偏压和不对称施工条件下是稳定的,不会产生过大的倾斜:在施工中及时施作初期支护有利于控制围岩的变形,保证围岩的稳定和施工的安全。     

广西路面基层碎石强度评价指标研究

在不同条件下对广西地区常见各类岩石轧制碎石测试其强度变化，认为仅用碎石的压碎值或芯样抗压强度不能反映其合格性，提出增加碎石的软化系数，CBR值指标评价其路用合格性。     

某边坡工程病害成因及治理措施研究

以四川省攀枝花市某边坡及挡墙工程病害为研究对象,利用传递系数法对其边坡稳定性进行分析计算,对其边坡失稳机制进行了研究。结果表明：天然状态下,边坡在原有挡墙的作用下处于基本稳定状态,而强降雨状态下,原挡墙不满足安全要求。选择原有挡墙+预应力锚索抗滑桩+前后填土注浆+重建截排水系统的组合方案进行加固,治理效果良好。     

考虑位移非线性影响的挡土墙土压力计算模型研究

根据横向受荷桩的P y曲线方程,建立了可考虑挡土墙位移非线性影响的土压力计算模型。对地基土的水平基床系数的比例系数m,在横向受荷桩与挡土墙分析中的差异进行了研究,进而提出了计算模型的主要参数———地基土的初始水平基床系数的比例系数m0的确定方法,即在没有试验资料的情况下,m0可取《建筑桩基技术规范》中m较大值的一半。对计算模型进行的试验验证表明:该模型的土压力计算值较现行规范方法计算值更接近实测值。