尺寸效应对节理化岩体硐室开挖稳定性的影响分析

为了研究不同开挖尺寸和围岩节理组倾角对隧道开挖变形稳定的影响,应用UDEC程序,通过一些假设,设定计算域内包含有水平垂直节理组(0°-90°)和倾斜节理组(45°-135°)2种计算情况,对硐室不同开挖尺寸下围岩的变形稳定情况进行数值模拟。结果表明:1)水平垂直节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后呈指数形式急剧增加且失稳,围岩失稳表现为贯穿地表的拱部上方岩体整体塌落;2)倾斜节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后急剧增大且失稳,围岩失稳表现为拱部围岩局部塌落;3)倾斜节理组岩体中硐室开挖后变形比相应水平垂直节理组的要大。     

考虑重力影响的含空洞地层浅埋隧道围岩应力及位移解析解

为了明确地层空洞对浅埋隧道施工引起的地层应力和位移的影响，建立了含空洞地层浅埋圆形隧道围岩应力和位移解析模型，该模型既能考虑隧道开挖边界上的重力释放过程，又能考虑隧道与空洞的相互作用。采用复变函数法和Schwarz交替法对模型进行了理论求解，并将该模型解析解与有限元数值解进行了对比分析，两者吻合较好。基于所建立的解析模型，分析了应力释放系数、空洞位置及尺寸对地层应力和变形的影响规律。结果表明：随着应力释放系数和空洞尺寸的增大以及空洞与隧道间距的减小，空洞影响效应逐渐增大；空洞位于隧道拱顶时影响最为显著，空洞位于隧道斜上方时影响次之；空洞导致圆心连线两侧0°~5°范围内的隧道洞周环向应力减小，两侧5°~45°范围内的环向应力增大；空洞导致靠其一侧的隧道收缩变形增大，其中圆心连线位置上的隧道收缩变形增长最为显著；而地表最大差异沉降位于空洞正上方处。研究成果对含空洞地层浅埋隧道施工引起的围岩变形和应力预测具有重要的理论意义和应用价值。     

CRD法与上下台阶法在隧道开挖中的效果对比及数值分析

由于Ⅳ级以上围岩软弱破碎,岩土体强度低,围岩开挖后容易松动变形,掌子面挤出,引发拱顶坍塌,地表下沉过大等病害.采用不同的隧道开挖方法,会对此类围岩的稳定性产生不同影响.该文以工程实例为依托,利用FLAC3D分别模拟湖南某高速公路某隧道在CRD法与上下台阶法开挖条件下的施工过程,分析隧道开挖过程中围岩的应力、位移及塑性区...     

板岩隧道顺层塌方分析及预防失稳措施研究

为避免板岩隧道围岩楔形体掉块和顺层塌方的发生,针对板岩的力学性质和变形特性,从隧道施工方面对板岩隧道围岩的工程特性和易形成塌方的地质构造类型进行总结,并以半山隧道初期支护长段落顺层塌方为例进行深入的分析和研究。结果认为:当顺层构造岩层和节理产状与隧道走向夹角较小、多组节理相互切割与岩层面形成不利结构面组合长段落斜穿隧道时,受施工开挖爆破震动、地下水浸润、重力作用以及大断面开挖形成临空面的影响,围岩及支护结构局部薄弱处出现失稳破坏,由于牵引作用不断扩大并持续发展造成较长段落的坍塌。最后,提出了顺层构造、节理密集带和隧道开挖后不利结构面组合对围岩稳定性的影响分析方法,针对板岩地质隧道施工提出了预防围岩失稳的措施和支护结构的优化措施。     

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。     

覆土厚度对城市软岩隧道围岩稳定性的影响分析

针对城市地铁隧道浅埋表层土厚度对隧道围岩稳定性的影响,利用有限元方法研究了不同覆土厚度条件下浅埋软岩隧道开挖过程中的变形规律.结果表明：受开挖的影响,左右两侧的x方向位移较明显,y方向位移主要表现为竖向沉降且由于受到开挖的影响其变量较大;表层土厚度越大,隧道围岩越不稳定;覆土较薄,围岩应力集中现象出现在隧道两侧,覆土较厚,围岩应力集中出现在x方向下方45°位置;衬砌区域上下侧所受应力高于左右两侧,且衬砌区域应力显著大于软岩.     

岩溶发育位置对近接高铁隧道施工影响分析

为研究岩溶发育位置对三台阶七步开挖法隧道施工稳定性的影响规律,建立隧道施工力学数值模型,分析四种工况下隧道围岩应力场、隧道变形和支撑结构应力的变化情况.结果表明:岩溶发育位置在隧道侧边时,比岩溶发育在顶部、底部,对隧道施工稳定性的影响更大.     

将军山隧道节理特征对围岩稳定性的影响及锚杆支护机理研究

节理岩体隧道破坏与节理属性密切相关。文中依托将军山大跨隧道,分析节理特征对隧道围岩稳定性的影响,阐述节理岩体隧道围岩失稳机理和锚杆支护机理,提出节理岩体隧道锚杆支护设计建议。结果表明,块体塌落区分布在两组节理与隧道相切形成的三角区,为围岩失稳关键区域;节理张开区、剪切滑移区由拱腰延伸到拱脚、拱肩,向围岩深部发展,呈蝶形分布,为围岩失稳潜在区域;节理岩体失稳机理为开挖应力平衡打破—应力降低区出现—节理面剪切滑移—节理面张开—块体塌落;节理岩体锚杆作用机制为对节理面施加法向应力以增加节理面摩擦阻力、锚杆轴力提供抗滑力、锚杆抗剪能力限制节理面相互错动。     

纤维锚杆预加固在大断面隧道中的应用研究

岩土控制变形分析法(ADECO-RS)强调工作面前方超前核心围岩的稳定性,认为核心围岩的失稳是隧道塌方、失稳的诱导原因。该工法适用于低粘聚力的软弱地层、大断面开挖隧道,且采用纤维锚杆对超前核心围岩进行预加固是其主要的施工特点。本文以浏阳河隧道为背景,研究了不同加固参数对掌子面稳定性的影响,其结果成功用于浏阳河隧道河底段的施工。     

黄土地区隧道洞口仰坡稳定性分析

以G309线固原至西吉公路炸山嘴隧道工程为依托,结合其实际地质条件,采用大型有限元软件MIDAS-GTS建立仰坡隧道分部开挖模型。采用改进的基于广义Hoek-Brown理论的强度折减法对隧道开挖过程中各阶段隧道上部岩土体的位移进行计算分析,结果表明:隧道入口处仰坡附近岩土体由于受开挖影响,其竖向沉降最为明显,一定条件下有可能发生失稳破坏。     

小净距偏压公路隧道开挖顺序优化

小净距偏压隧道合理开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。结合净距4.0m、偏压25°公路隧道工程实践,通过二维、三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析了隧道开挖顺序对围岩破坏接近度、围岩变形位移以及对空间围岩体塑性破坏和位移的影响,得到了先开挖浅埋侧隧道优于先开挖深埋侧隧道的结论,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

隧道围岩失稳的突变理论分析

本文通过探讨隧道围岩体发生塌方失稳破坏的机理,建立了隧道发生塌方失稳的突变模型,该模型可较好地解释隧道穿越软弱围岩时拱顶常发生大范围塌方的现象,具有较好的实用性。据所建立的突变模型,从刚度比、水致弱化系数比、几何一力学参数等参数进行了隧道围岩稳定性的突变分析,结果表明,水致弱化函数、几何参数、刚度比对软弱围岩体稳定性有很大的影响,分叉集上的点是系统产生失稳的点,系统受外界环境和内部性质改变时,则系统将跨越分叉集,产生突变失稳。通过深埋隧道围岩稳定性的突变理论分析,从地下水防治、超前支护、控制爆破及监控量测方面提出了深埋隧道穿越软弱围岩体引起塌方的预防控制措施,对于隧道施工具有很好的指导意义。     

Ⅴ级围岩大断面隧道开挖步序及对边坡稳定性影响研究

以重庆某高速公路Ⅴ级围岩大断面隧道为研究对象,采用FLAC3D软件对开挖步序及对边坡稳定性影响进行研究,在隧道洞口段,基岩为泥质砂岩,自身稳定性较差;岩土剪应力的变化情况在岩土分层界限上部非常显著,此时将造成剪应力和后岩土拉应力的屈服现象。在洞口段边坡刷坡后,造成覆填筑土坡体前沿局部块体出现较小抗滑力,促进该局部块体发生滑移;由于前沿块体发生滑移而造成后方块体支挡作用的降低,从而出现后方块体向前滑移。进行隧道开挖的过程,能够确保隧道上方岩体具有足够的提供移动临空面;地表沉降现象将会伴随隧道埋深较浅时出现;滑移现象将会伴随坡体前沿岩土向下沉降而发生,从而造成岩土体的滑移产生持续性作用;边坡岩土体开始向前滑移,进一步增强推力,使隧道支护结构发生显著变化,产生边坡岩土体前移的情况。     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

杭州铁路东站西广场大基坑开挖对其下地铁盾构隧道的影响与控制

杭州铁路东站西广场地下室为2层的超大开发空间,位于已竣工的地铁区间盾构隧道的上方,影响范围约358 m,二者之间的垂直净距约6.73 m。为评价西广场地下空间约10 m深的基坑开挖施工工艺对地铁盾构隧道的影响,从而选择合理的基坑开挖方式,通过采用FLAC 3D大型岩土分析软件,模拟西广场基坑开挖分层分块施工工艺对地铁隧道的变形及受力性能的影响,得出分层分块开挖对下方盾构隧道不会造成破坏的结论,并提出地铁隧道的监控要求,监测结果表明分层分块基坑开挖工艺满足地铁隧道安全运营要求。     

浅埋小净距隧道合理净距及围岩稳定性分析

以贵州盘兴高速公路司家寨小净距隧道工程为例,采用有限差分法对不同净距下的小净距隧道进行了数值模拟研究,对比分析其拱顶沉降、拱底竖向位移、中夹岩竖向位移及剪应变增量的变化规律,探讨Ⅴ级围岩下的隧道合理净距以及围岩稳定性。结果表明:净距较小时隧道左右洞开挖的应力叠加效应明显,随着净距的减小,计算的各数值明显增大,围岩特别是中夹岩极有可能发生屈服破坏甚至失稳;小净距隧道选择净矩D为10 m较为合适。隧道的最大变形出现在拱顶、拱底靠近中夹岩柱方向约20°左右位置,而中夹岩的最大变形主要出现在中岩体靠近开挖断面位置且处于上下分布。     

隐覆溶洞对地铁盾构隧道稳定性影响的数值分析

为研究岩溶区隐覆溶洞对盾构地铁隧道区间稳定性的影响，依托位于高原岩溶发育区昆明轨道交通4号线联大街站—吴家营站区间盾构地铁隧道工程，应用物探钻孔法和电磁波CT法勘探盾构地铁隧道区间的溶洞分布； 采用三维有限元数值分析方法，分别研究盾构隧道不同埋深时隧道下侧溶洞对隧道稳定性的影响，以及隧道周边溶洞半径、溶洞填充状态、溶洞位置、溶洞隧道间距对盾构隧道开挖稳定性的影响，分析岩溶发育区盾构法地铁隧道施工过程中隧道结构的稳定性。研究结果表明： 1）综合应用钻孔法和电磁波CT法，可较好地判断岩溶强发育区内的溶洞分布； 2）当隧道周边溶洞尺寸和位置不变时，盾构隧道围岩塑性区和变形量随溶洞埋深的增大而增大； 3）当隧道周边溶洞半径增大时，溶洞与隧道围岩间的应力集中区域变得分散，盾构隧道围岩变形量减小； 4）隧道周边溶洞内填充物及数量对盾构隧道围岩的变形量基本没有影响； 5）隧道周边溶洞位置对盾构隧道围岩变形的影响程度分别为盾构隧道围岩左、右侧的溶洞大于盾构隧道围岩下侧的溶洞，盾构隧道围岩下侧的溶洞大于盾构隧道围岩上侧的溶洞； 6）隧道周边溶洞仅在距隧道一定范围内才对盾构隧道施工稳定性有较大影响。     

复理石地层公路隧道围岩稳定性研究

黑山南北高速公路隧道处于以泥岩、砂岩互层为主的复理石地层,岩体结构复杂多变,严重影响隧道施工的围岩稳定性.通过采用数值分析手段,建立由砂岩与泥岩岩块组成的互层岩体隧道工程模型,采用有限元强度折减法分析不同互层层厚和倾角时隧道洞周围岩的变形发展规律、破坏过程和破坏时变形分布规律.结果表明:岩层倾角由0°～90°变化时,隧...     

顶部存在隐伏溶洞的深埋隧道安全系数研究

目前,大多数岩溶隧道围岩稳定性研究是基于Mohr-Coloumb线性破坏准则进行的,而Mohr-Coloumb破坏准则并不能较好地体现岩体的非线性破坏特征。文中利用有限差分软件FLAC~(3D)模拟岩溶地区深埋隧道的开挖过程,调用Hoek-Brown本构模型,得到Hoek-Brown非线性破坏准则作用下岩溶隧道围岩安全系数的数值解,并对不同参数作用下围岩安全系数的变化规律进行分析。结果表明,顶部存在隐伏溶洞的深埋隧道围岩安全系数随隧道支护力、围岩抗压强度、地质强度指标GSI及m_i的增大而增大,随溶腔压力的增大而减小。     

考虑岩土应变软化特性的开挖扰动诱发路堑边坡渐进性破坏机理分析

在考虑岩土质边坡长期稳定性时,岩土体材料在施工扰动等复杂因素共同作用下表现出应变软化特性。该文以某路堑边坡由于坡脚开挖诱发的失稳破坏为工程背景,考虑坡体应变软化的特性,基于FLAC3D软件平台,确定滑裂面材料强度分区演化规律,揭示了由于坡脚开挖诱发的路堑边坡渐进性破坏过程。并基于强度折减有限元法,得到边坡不同开挖时步的安全系数。结果表明:边坡的失稳是局部变形累积、延伸直至贯通的整体动态破坏渐进过程;滑裂面上强度参数的折减速率与剪应变增量有关,且边坡的破坏实质上是滑裂面力学强度参数的劣变过程。研究结果可为边坡治理方案设计提供一定参考。