基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱变化规律研究

围岩承载拱理论可很好地解释隧道施工过程中围岩是承载主体,特别是挤压性围岩隧道支护抗力远小于初始地应力,围岩承载主体地位更为突出。围岩强度应力比是挤压性围岩隧道变形分级的主要判别指标。从围岩承载拱理论出发,推导了基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱理论解,建立了围岩承载拱范围与挤压性围岩隧道变形分级的定量关系。研究结果表明:挤压性围岩隧道围岩承载拱厚度随围岩强度应力比减小而增大,随隧道洞径增大而增大,随围岩强度减小而增大,随初始地应力的增大而增大,随支护抗力的减小而增大;通过地层注浆加固改善围岩强度及通过增大支护刚度而提高支护抗力,均可有效降低承载拱厚度,从而提高围岩稳定性。研究成果可为挤压性围岩隧道设计施工提供理论支撑。     

基坑开挖对下卧隧道变形及参数影响分析

基坑开挖会对下卧隧道产生影响,研究其影响规律可为保护下卧隧道提供参考。采用数值手段对某地区隧道上方基坑开挖进行了研究,重点研究了基坑开挖对隧道影响,并对相关参数变化影响进行了分析,主要结论如下:基坑开挖之后,隧道会发生整体的隆起,其中基坑正中心隧道顶部的隆起最大;将数值模拟得到的数据和实测数据进行对比,验证了模型的合理性及可靠性;基坑开挖诱发土体出现卸荷效应,从而引起隧道向上隆起,且随着基坑开挖深度的增大,隧道竖向位移增大;随着隧道中心与基坑底部距离的增大,基坑开挖卸荷效应对隧道产生的影响将逐渐减小,从而使得隧道竖向位移逐渐减小。     

箱基荷载对隧道开挖塑性区影响的理论预测方法研究

随着现代城市的快速发展,交通问题日益严重,地铁逐渐成为缓解交通压力的最主要手段。在城市环境中修建地铁,由于受城市空间的制约,地下隧道往往不得不从一些既有建筑物附近穿过。为了保证隧道施工安全,有效预测隧道周边塑性区显得尤为重要。应用Verruijt&Booker解和山口升解对自由地层中隧道开挖产生的塑性区进行了计算。然而,与自由地层相比,承载地层情况下隧道开挖产生的塑性区不可避免的受到基础荷载的影响。针对箱基荷载特点,在假设地层为理想弹塑性体的前提下引入Mindlin解,得出了箱基荷载作用下隧道开挖产生的塑性区边界方程,并通过Matlab软件对解析解进行了分析,分析表明:(1)在箱基荷载作用下,当使用Verruijt&Booker解时,隧道周边塑性区较自由地层在邻近荷载一侧上部增大,下部减小,远离荷载一侧上部减小,下部增大;(2)对于山口升解情况,隧道周边塑性区较自由地层在邻近荷载一侧上部减小,下部增大,远离荷载一侧上部增大,下部减小,变化规律与Verruijt&Booker解情况正好相反;(3)无论Verruijt&Booker解还是山口升解,隧道周边塑性区的影响程度都随荷载与隧道水平距离的增大而减小。     

SV波入射下衬砌尺寸对引水隧道动力响应的影响

采用波函数的Fourier-Bessel级数展开方法,得到了SV波入射时,大型引水隧道平面地震响应的解析解,并对建立的场地模型进行数值计算.计算结果表明：SV波入射时,引水隧道衬砌的径向动应力随隧道内径的增大而增大,径向动应力的最大值与隧道内径呈线性关系,SV波入射引起的引水隧道衬砌的切向动应力随隧道内径的增大而增大.当入射角小于临界角时,切向动应力受隧道内径变化的影响很大.此外,引水隧道衬砌的径向动应力随衬砌厚度的增大而增大,切向动应力则随衬砌厚度的增大而减小.     

隧道蓄能自发光应急逃生系统

隧道内的安全逃生问题已日益受到关注,隧道蓄光能自发光逃生系统是提升隧道安全保障水平的重要途径.对隧道自发光材料性能的试验方法、评价指标及评价标准,隧道蓄能自发光应急逃生系统的组成、标识物规格尺寸、布置间距和安装要求等内容展开研究,设计了隧道蓄能自发光应急逃生系统并进行了现场测试与验证.结果表明,设计的隧道蓄能自发光应急逃生系统满足亮度与自洁净要求,起到了指示、引导、告知的作用,为隧道内司乘人员紧急疏散提供了保障.     

双侧壁导坑法隧道围岩受力变形研究

以昌景黄高铁瑶里隧道暗挖段DK90+550～DK90+610作为研究断面，建立三维数值模型，研究隧道双侧壁导坑法施工过程中隧道的变形和支护结构的内力，深入分析了双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径和初期支护钢拱架间距的影响。研究表明，隧道施工过程中隧道拱顶处围岩竖向位移较大，隧道拱腰处围岩水平位移较大。当开挖左侧导坑中间土体和拆除临时支撑时，拱腰水平位移会显著增大。随着双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径的增大，围岩的竖向位移逐渐减小，水平位移逐渐增大，初期支护钢拱架的应力逐渐减小，且临时竖撑曲率半径对围岩竖向位移的影响更加显著。围岩竖向位移和水平位移均随着初期支护钢拱架间距的增大而增大，且钢拱架的变化对拱顶围岩竖向位移的影响更为显著。     

盾构开挖引起邻近单桩水平向变形解析研究

为了探索邻近桩基在盾构开挖下水平变形规律，提出了一种邻近桩基水平向受力变形响应的解析方法。首先，基于Loganathan公式获得周围土体在隧道开挖影响下的自由位移，将既有桩基简化成欧拉梁，桩-土相互作用采用Kerr地基模型，建立既有桩基水平向受力平衡方程，从而获得单桩水平变形解析解。通过与有限元GEPAN数据对比，验证了该方法的合理性；与既有的理论解析对比，该方法更贴近有限元GEPAN数据。参数分析表明：增大盾构隧道埋深会致使桩基水平向最大变形位置深度增大，同时会引起桩身最大位移增大；桩基水平向变形响应会随着地层损失比增加而逐渐增大；桩基水平向位移会随着桩基与隧道水平距离的增大而减小，但桩身产生最大水平位移处埋深会随之减小。     

扭曲方管传热性能的数值模拟分析

运用数值分析的方法,对层流条件下等壁温的扭曲方管的传热性能进行研究,并与直方管的结果进行对比.主要针对Re=300～1 600,扭率Tr=5～20这一过程的扭曲方管的传热性能进行了分析.计算结果表明:在相同的Tr下,管内空气通道的Nu 随着Re的增大而增加,摩擦因子f随着Re的增大而减小;在相同的Re下,管内空气通道的Nu和f随着Tr的增大而减小,Re越大,减小的趋势越明显.扭曲方管在不同Tr的情况下均有强化传热指标η>1,从而说明由于二次流的存在,扭曲方管具有强化传热效果.     

公路隧道横通道人员疏散行为及通行能力实验研究

为提供公路隧道疏散通道设计依据和隧道火灾风险评估依据,建立了公路隧道横通道人员疏散实验平台,自主研发了基于视频图像的人员疏散轨迹分析软件,研究了人员在紧急逃生和正常情况行走时不同宽度(1.4~2.0 m)横通道的人员疏散行为和速度,获取了横通道不同宽度和照度条件下的人员通行能力.研究结果表明:依据人员到达横通道入口的顺序,人员在横通道内行走速度逐渐减低,且减低幅度依次减小,最后进入通道人员较最早进入人员的行走速度平均降低40%~50%;不同宽度横通道内将形成不同的分层疏散人流,人员逃生速度和通行能力随着横通道宽度的增加依次增大,横通道宽度每增加0.1 m,通行通力增加约12.3~13.5人/min;在低照度条件下,横通道人员通行能力比照度良好条件下的通行能力平均降低15%,疏散人员需更加集中注意力和加强自我保护.      

层状岩体不同倾角对高地应力隧道稳定性影响分析

以层状岩体高地应力隧道为工程背景,采用数值模拟的方法,分析层状岩体的不同倾角对高地应力隧道稳定性的影响。研究结果表明：高地应力隧道相对于普通地应力隧道,其支护结构承受的荷载更大,隧道的稳定性问题更加突出;在25°～65°范围内,锚杆轴力随岩层倾角增大而增大的趋势明显。结合分析结果,通过将锚杆与岩层大角度相交,使多层岩体串联,从而增大了岩体层间阻力,减小了层间剪切错动的可能性,使锚杆充分发挥销钉的作用,减小了支护结构受力,增强了隧道围岩的稳定性。     

隧道速度控制方法应用

随着我国公路交通运输的快速发展,车辆超速已成为公路管理的突出问题,限制车速显然是交通安全管理运营的有效手段。作为公路的特殊路段,隧道内特殊的通行环境致使隧道发生交通事故后逃生和救援较为困难,因而应采取限速所示尽量减少隧道内事故发生概率。目前我国公路隧道限速管理中还没有一套全面、详实、有针对性的合理限速及设置限速标志的方法、指南或规范。本文提出了基于道路线形限速和基于运行速度限速的方法,并进行了实例验证说明了方法的可行性,有利于提高隧道运营的安全性。     

软弱地层中既有明洞的基底处理及沉降控制

富水、积水条件下的全风化花岗岩地层往往呈现出膨胀及软化特征,继而导致该地层下明洞基础发生不均匀沉降及衬砌开裂。通过裂缝素描确定合理的注浆孔布置方案,先期注浆小导管对明洞基础进行加固,后续设计钢管树根桩补强方案。监控量测表明该方案有效地控制和缓解了明洞衬砌开裂发展及地基沉降变形,可为类似工程提供借鉴和参考。     

层状复合顶板巷道稳定性分析

采用ANSYS有限元计算模型对层状结构岩层巷道开挖施工进行了弹塑性二维分析,发现巷道底板和煤帮中点位移随着巷道宽度的增加而增加,增加基本按照线性规律,增加幅度比较平缓,即底板和煤帮中点的位移对巷道宽度的变化不敏感．同时对巷道上部层状项板建立两端固支的力学模型,得到巷道顶板下沉的解析解,由此研究不同高跨比的围岩变形、应力变化模式和破坏特征,对层状岩层巷道的安全评价和支护有一定的指导意义．     

深埋隧道内超前深孔降水模型试验

针对弱胶结富水粉细砂岩极易突水涌砂导致的隧道掌子面坍塌和初期支护开裂变形, 研究了深埋隧道内超前深孔降水方法, 建立了模拟隧道内超前降水的实体模型, 分析了3种降水管和3种抽水泵功率下各时刻模型的水位面变化, 采用三轴试验分析了粉细砂岩在高含水率下的破坏状态。研究结果表明: 降水试验模型切向断面上同一标高测点处中间水头低, 两侧水头逐渐升高, 呈抛物线形式, 反映了超前深孔降水规律; 粉细砂岩在高、低含水率下均呈塑性破坏, 破坏时的轴向应变小于5%;降水过程中地层含水率从20%下降到11%时, 粉细砂岩强度、黏聚力和内摩擦角达到最优稳定状态, 实现了开挖面无水状态; 隧道内超前降水参数应采用管径为65 mm的真空降水管和抽水功率为7.5 kW的真空泵, 且降水管应布置在超前掌子面20 m的隧道两侧边墙处; 在富水粉细砂岩深埋隧道内超前深孔预先降水并辅以注浆加固, 能够实现开挖期间粉细砂岩稳定, 为隧道顺利施工奠定了基础, 也避免了大埋深隧道从地表进行深井降水的困难。      

高速公路隧道施工质量控制与安全管理

保障隧道的施工质量和安全是一个系统工程,应从选择科学合理的施工工艺,采用湿喷工艺初喷混凝土,严格执行各项支护参数,施工积水及时引排,尽量使用分离式防水板,横坡及纵横向排水管充分考虑地层岩性及水文特征进行设计,按规范埋设各种电力管线及施工安全逃生管道等方面做好该项工作。     

隧道动力深浅埋界限及其影响因素研究

通过有限元模拟计算了不同围岩条件、洞跨及地震烈度下的隧道地震反应特性,研究了隧道动力深浅埋划分界限及其影响因素。结果表明:隧道结构受力随着隧道埋深的增加呈现先增后减的变化规律,可见拐点即为深浅埋界限;围岩条件越好,隧道的动力深浅埋界限越深,隧道在Ⅲ级、Ⅳ级及Ⅴ级围岩条件下的动力深浅埋界限分别为100,80,60 m左右;隧道动力深浅埋界限深度随着隧道跨度的增加而减小,但其受影响程度较小,隧道在跨径为6,10,20 m的情况下的动力深浅埋界限分别为100,100,80 m左右;隧道动力深浅埋界限不受地震烈度的影响。     

特长公路隧道火灾事故及救援研究

由于隧道贯通运营后,隧道内交通系统处于半封闭状态,一旦隧道内部发生火灾产生烟雾无法迅速排出,隧道内被困人员的逃生以及消防人员的救援工作都是及其困难的.对隧道火灾事故、救援体系以及火灾救援要点进行分析研究,为特长公路隧道火灾预防和救援提供参考依据.     

隧道逃生管受冲击模型边界条件研究

研究了不同边界条件下隧道逃生管的冲击接触过程、管体受力及变形特征。结果表明管体的自由度越大,对于消耗落石冲击能量越有利;管体底部和侧边施加位移约束的模型虽与实际情况存在一定偏差,但计算结果是偏于安全的;垫层对缓解管体所受冲击力起到了积极作用。     

超长密集群桩对邻近隧道影响的数值分析

采用FLAC^3D程序建立数值模型,针对高层建筑物群桩基础不同工况,对邻近已有隧道的影响问题进行了探讨．分析结果表明：群桩与隧道的净距离对隧道沉降有较大影响,工程中布置群桩基础应尽可能远离隧道;随着桩间距的增加,桩基对于邻近隧道的影响逐渐减小,且垂直于隧道轴线方向的桩间距的变化对于邻近隧道沉降的影响效果更为明显．因此,在实际工程的群桩桩位布置过程中,应尽可能考虑增加群桩重心与隧道之间的净距,以减小桩基沉降对隧道的影响;另外,增加桩长对降低隧道受到的影响较为明显,但减小沉降的效益随着桩长增加而降低,需要选择合理的桩长来控制建筑成本以及对邻近隧道的影响．研究结论为制定保护地铁隧道的相应措施提供理论依据．