跨断层隧道振动台模型试验研究Ⅱ:试验成果分析

文章通过跨断层隧道振动台模型试验研究,分析了跨断层隧道的动力反应规律,了解了跨断层隧道衬砌开裂过程及破坏形态,探讨了跨断层隧道设置减震层的减震效果。研究结果表明:跨断层隧道的地震反应存在不对称性和上盘效应;而隧道设置减震层后整体抗震性能明显提高,并且衬砌沿隧道纵向和横向受力都趋于均匀,特别是仰拱拉应力状态得到了改善。试验成果可供跨断层隧道的抗震设计、灾后恢复重建和今后有关规范修订参考。     

公路隧道减震模型试验及数值模拟

文章以嘎隆拉隧道洞口段为原型,拟定了相似关系,选取了围岩和衬砌的相似材料,制作了公路隧道减震试验模型。在试验模型中设置了减震层,选择了振动台模型试验测点的布置位置,制定了加载制度,进行了振动台加载试验;分析了试验结果,并与有限元分析结果进行了对比,定义了减震率;从应力和应变两方面分析了减震层的动力特性及减震效果,得出减震层的设置对隧道减震能起到一定的作用。     

软土地铁车站结构的振动台模型试验

对地下铁道开展建立抗震设计方法的研究正逐渐得到人们的关注.通过对地铁车站结构进行振动台模型试验,深入了解软土地铁结构动力反应的规律,以便为检验理论计算结果的正确性提供验证,并为改进计算模型和分析方法,进而制定软土地铁抗震设计指南等提供依据.利用振动台对地铁车站结构进行模型试验在国内尚属首次,试验工作的开展遇到许多困难,如模型箱的形式、模型土的配制方法及其动力特性、相似关系比的确定、传感器类型的选择与布置等.针对这些困难逐一开展了研究,并都提出了解决方法,试验结果表明文章中提出的试验方法行之有效.     

公路隧道穿越断层塌方预测多级模糊综合评判

针对隧道穿越断层破碎带施工中塌方事故的预测,文章较系统地总结了隧道穿越断层中塌方事故的影响因素,并确定了主要影响因素;然后根据因素的层次性、模糊性,引入多级模糊评判方法、层次分析方法(AHP)等理论,建立了断层塌方预测的二级模糊综合评判模型和方法,以及指标权重及隶属函数的确定方法;通过工程实例对评判模型进行了验证分析,结果与实际情况较为吻合,说明隧道穿越断层破碎带塌方预测的多级模糊综合评判指标体系是有效的.     

基于CBR的山区铁路隧道开挖方法辅助决策模型研究

为了将以往工程案例的经验用于拟建川藏铁路隧道工程开挖方法的决策,基于案例推理技术,文章建立了一种隧道开挖方法辅助决策模型。首先从数个特征属性对隧道工程案例进行定量表示并基于OWA算子的赋权方法确定各特征属性权值;在此基础之上,利用灰色关联分析法完成相似案例的检索;在案例重用阶段,利用BP神经网络对相似案例进行训练,将训练后的网络用于待建隧道工程项目施工方案的推理,得到建议方案。最后将该模型应用至川藏铁路二郎山隧道的开挖方案设计中,验证了其有效性。结果表明:该模型能充分利用以往隧道工程案例,即使是在地形地质等工程资料不够详细明确的情况下,也能通过推理得出合理可行的开挖方案。     

基于GeoSMA-3D隧道建模及断层的影响分析

隧道周围的断层对隧道的稳定性有很大的影响,应用数值方法分析断层的影响机理,对于隧道工程具有重要的意义.首先,针对隧道岩体的非连续性问题,应用自主开发的GeoSMA-3D系统,采用非连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,建立非连续岩体隧道的三维分析模型,根据建立的三维模型确定岩体内部结构面的分步特征;然后,将数值模型导入非连续程序(DDA)中,应用DDA程序对隧道的破坏过程进行动态模拟分析,并且改变断层的倾角分别模拟隧道的破坏过程.破坏结果分析表明,断层倾角对隧道的稳定性影响很大.研究结果对隧道工程的设计和施工有一定的指导意义.     

连拱加小净距隧道穿越公墓区的设计分析

苏州市凤凰山隧道属于软弱围岩中浅埋大跨度连拱加小净距隧道,且隧道穿越凤凰山公墓区,隧道上方公墓密集,对隧道设计和施工要求很高.因此,设计中采取了以下措施:根据工程类比,初步确定隧道的支护参数;建立有限元计算模型,对隧道进行受力分析,并结合现场监控量测数据对支护参数进行调整;建立适合于复合式中墙连拱隧道的荷载结构法计算模型,对二次衬砌进行配筋计算;对传统的隧道防排水体系进行适当改进,采取"以防为主、限量排放"的原则;确定地表震动安全允许速度,并据此计算确定隧道爆破施工和机械开挖的埋深分界点.通过这些措施确保隧道安全通过公墓区.     

浅析盾构隧道模型试验的现状与发展

模型试验是盾构隧道相关研究工作中常用的研究手段。文章对目前盾构隧道模型试验所涉及到的问题进行了系统总结分析,将其归结为管片结构的受力问题、隧道结构本身的分析模型问题、结构与围岩的相互作用问题、开挖面稳定问题、结构与邻近结构物的相互作用问题、隧道施工扰动与控制问题,以及其他问题等。通过典型模型试验实例,对每类问题进行了分析阐述,系统归纳了模型试验在盾构隧道相关研究工作中的进展和成果。针对盾构隧道模型试验经常涉及到的诸如结构模型、模型土、模型箱等材料的选择,加载方案的设计,以及试验方案的综合设计等问题进行了阐述分析,并针对性地提出了意见和建议。     

大型沉管隧道模型试验相似材料研究

为研究沉管隧道在不均匀沉降及不均匀荷载作用下的节段接头作用机理,参考试验平台尺寸确定了试验模型相似比,根据相似定理推导了相似判据。采用高水灰比、高砂率并选取低标号水泥、低弹模骨料、膨润土、聚丙烯纤维、粉煤灰等材料制成相似材料混合料,经试配试验最后确定相似材料混合料配合比。应用万能压力机、应变仪、引伸计等对试件强度与弹性模量进行了力学测试。配合比试验研究表明,通过调节膨润土的掺量,能够配制出弹模低于10 GPa,而强度高于8 MPa的相似材料混凝土。所配制的相似材料混凝土的力学性能稳定,与普通混凝土的力学性质相似,满足试验要求。     

隧道全空间瞬变电磁响应的物理模拟

瞬变电磁法已经在隧道超前探水应用中取得了一些成果,但对隧道全空间瞬变电磁效应机理的研究仍然是一个有待深入研究的领域。为此,应用物理模型试验方法对其开展研究,确定物理相似准则,对模型试验的相似材料进行选择;采用自制实验仪器,研究了盐水电导率和盐水浓度与温度的关系;对发射线圈和接收线圈进行了设计和改造,建立了全空间瞬变电磁模型试验平台;并进行了多组试验,试验结果验证了数值模拟结果的正确性。     

隧道穿越断层破碎带施工技术研究综述

在山岭隧道修建过程中,隧道经常会穿过错综复杂的大小断层,给隧道施工增加困难,隧道如何安全、快速通过断层破碎带成为研究重点。文章对国内隧道穿越断层的支护方法以及开挖工法进行了总结,分析探讨隧道穿过破碎带时的施工技术,并提出在断层破碎带区段进行隧道掘进,应根据实际隧道地质情况合理设计超前支护,对于不同类型和大小的断层,所采用的超前支护方法不尽相同,遵循"短进尺、强支护、少扰动、快封闭、早衬砌、勤量测"的原则,施工中应尽量减少对隧洞围岩的影响,在开挖后及时支护。     

宜万铁路隧道工程岩溶及岩溶水分析与应对

宜万铁路是目前国内外已建和在建工程中岩溶及岩溶水最发育、最复杂的工程,结合宜万铁路隧道工程对岩溶及岩溶水进行分类,根据不同类型的岩溶特征,制定相应的应对措施,从而实现岩溶治理标准化管理;同时对岩溶隧道安全施工防范突水突泥高风险进行了研究.治理方案有:针对无水洞穴和管道型岩溶宜采取回填方案,对充填型岩溶采取"注浆加固+大管棚"方案,对大型干溶洞根据不同情况采取板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、路基填筑方案和梁跨方案;针对岩溶水,通过分析岩溶工程及水文特征,针对性地采取引排方案、注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积体加固堵水方案和绕避方案.岩溶隧道施工防范突水突泥高风险主要措施包括:建立以超前深孔钻探和风钻加深5 m浅孔钻探为主的超前预测预报体系;保证3 m以上完整岩柱厚度,防止开挖面爆裂突水突泥;进行"降雨量-涌水量-水压力"水文专项设计、风险隧道突水突泥防灾报警系统专项设计、风险隧道施工安全逃生线路专项设计;采用专业注浆队伍进行注浆堵水加固;建立安全管理机制,进行安全等级管理、风险征兆辨识、设置专职安全员负责预警和组织逃生.     

泥质软岩隧道穿越富水断层带初期支护变形侵限机理及处治对策

南广高铁泥质软岩北岭山隧道出口端穿越F_(10)富水断层带,发生严重初期支护变形侵限,现场采取一系列处治措施但未有成效。针对此情况,文章首先分析了初期支护变形侵限演化全过程及隧道宏观表征,随后从不良地质、地下水与泥岩耦合循环作用、隧道结构、原设计与施工方案四个方面对初期支护侵限原因展开分析,并结合灾变期监控量测实测数据,对穿越富水断层隧道初期支护侵限机理展开进一步挖掘,最后在掌握初期支护侵限机理的基础上,提出切实可行的北岭山隧道穿越富水断层初期支护侵限"洞内+洞外"综合处治方案,并基于数值模拟对处治方案的关键——换拱环节进行计算,获取最优换拱参数。采用此处治方案后,隧道出口端成功穿越富水断层带,该研究思路及处治对策能够为隧道穿越富水断层带初期支护变形侵限提供理论及现场实际借鉴。     

岩溶区隧道特大涌水突泥段帷幕注浆方案研究

为了合理确定岩溶区隧道帷幕注浆参数和注浆方案,文章以广西岑溪至水汶高速公路山心隧道涌水突泥段为依托,通过室内外试验研究,分析了隧道掌子面等部位围岩矿物成分,并基于此采用经验法和综合分析法对地层可注性进行了判别,确定了注浆方式;采用有限元方法对帷幕注浆厚度等进行了计算分析,确定了适用于山心隧道的帷幕注浆参数和设计方案;监测结果表明,采用该方案处治后涌水量降低了约54%,稳定后涌水量达到了设计要求。     

高烈度地震区山岭隧道模型试验研究

以雅泸高速公路高烈度地震区某山岭隧道为背景,对山岭隧道结构地震动力响应进行了大型振动台模型试验研究。试验表明,在隧道洞口段模型土表层裂缝均先从隧道拱顶偏向两侧45°角位置出现,然后斜向向上扩展;在隧道洞身段进出口纵向及斜向裂缝数量较多,大部分裂缝延伸至环向裂缝后终止。在隧道洞身段试验中,拱顶内缘和两侧边墙中部衬砌外缘出现拉裂性裂缝;在仰拱部位出现剪裂性裂缝或压裂性裂缝,并有不同程度的错动,是受地震影响最大的部位。     

特大断面隧道非对称双侧壁施工方法研究

文章以重庆火凤山隧道为依托,根据变更方案建立了对称双侧壁和非对称双侧壁两种工法的三维数值计算模型,针对ZK3+279～ZK3+303里程的20 m加宽大跨段隧道分析围岩变形和地表建筑沉降受开挖影响的规律.计算结果表明:变更前后的围岩位移变化规律相同,最终位移值相近,变更后的围岩位移较原设计略有减小;建筑基底沉降与围岩位移的变化规律相似,在施工方案变更后,建筑基底沉降的变化值较小,基底沉降规律与原设计基本相同;非对称双侧壁工法方案没有出现隧道变形过大等情况,能够有效解决大断面多导坑开挖带来的作业空间有限问题.     

自然光在隧道照明工程的应用及试验评价

基于照明节能减排考虑,文章依托某高速公路隧道,应用了一种采用自然光对隧道入口段进行照明的技术方案;通过特殊设计的采光带将自然光引入隧道入口段,并参照国际惯用的人眼视觉"适应曲线",对自然光照明亮度曲线进行模拟与拟合,使其达到了完全取消入口段加强照明的目标;为了验证方案的实用性和可靠性,借助试验手段对隧道照明指标,如亮度、均匀度及亮度变化历程等进行了评价。研究结果表明,自然光照明方案设计指标满足工程要求;与"传统灯具照明"方案相比,该方案具有基本消除入口"黑洞效应"、增强隧道内行车安全性和舒适性、节能减排、简单实用、成本合理等特点。     

地震作用下跨断层油气管道安全性分析

跨越断层的地下管线在地震中受到非常大的威胁,其安全性将直接影响油气管道的安全运行以及地震应急工作的开展。研究了跨断层管线失效准则,构建了跨断层管道地震荷载下的有限元模型,对地震作用下跨断层油气管道的应变规律进行了研究;以薄壁管道开始起皱的压缩应变为容许压缩应变,对管道的安全性进行了判定;为地震作用下跨断层埋地油气管道的安全设计提供了依据。     

垂直冻结技术在大埋深山岭铁路隧道中的应用

程儿山隧道地层主要为弱胶结第三系砂岩,洞身穿越F_2断层核心带,施工中多次发生突泥、涌砂及掌子面向外推移的地质灾害,施工风险极高。基于F_2断层核心带高压、富水的具体情况,文章通过对多种施工方案技术性、可行性和安全性进行对比分析,首次在铁路山岭隧道中应用垂直冻结技术对地层进行加固,并对冻结方案和隧道支护措施进行了研究,可为类似地层隧道施工提供借鉴与指导。     

振动台试验模型箱的研究进展

模型箱的设计与制作是土-结构相互作用体系振动台试验中非常重要的一个方面,对模拟真实土层与结构在地震作用下动力响应结论的准确性发挥着至关重要的作用。文章归纳分析了当前土-结构相互作用振动台模型试验所用各类模型箱的结构形式及优缺点,主要针对模型箱输入效应、边界效应以及地震波输入方式三个方面讨论了不同模型箱设计需要解决的关键问题,论述了模型箱发展至今学者们在前人研究基础上针对不同问题结合自身研究特性所做的改进,最后通过分析模型箱研究现存的问题,对其今后的研究方向提出展望。