复杂地质条件深埋特长隧道地应力场智能反演研究

为提高复杂地质条件深埋特长隧道地应力反演的精度和效率，构建了一种基于构造分析+RBF（径向基函数）神经网络的复杂地质条件深埋特长隧道地应力智能反演方法，该方法的主要流程包括：首先通过区域地质条件及构造分析，建立隧址区三维地质模型，通过海姆假说和金尼克假说共同确定构造应力边界条件的范围，作为智能反演的训练样本，利用RBF神经网络方法计算寻优，获得最优应力边界条件，再以此最优应力边界条件进行地应力反演计算。选择西南地区某深埋特长隧道作为研究对象，将建立的地应力场智能反演方法应用于实际工程，并将反演计算获得的地应力值与实测地应力值进行拟合对比，其中最大主应力反演值拟合误差总体在10%左右，拟合精度近90%，说明该方法可行且反演计算结果较合理。     

巴基斯坦某隧洞地应力状态及围岩大变形研究

如何利用有限的地应力资料对整个工程区地应力状态进行评估及预测一直是工程设计中的难点之一。文章利用水压致裂法对巴基斯坦某水电站的3个钻孔进行了地应力测量,通过测量获得了工程区地壳浅部现今地应力特征,并利用侧压系数变化规律对深部地应力值进行了预测。测试结果表明:在123~346 m测量深度范围内,地应力值一般随着深度的增大而升高,最大水平主应力量值为4.28~13.86 MPa,最小水平主应力量值为3.02~8.19MPa;在隧道埋深最大处,水平主应力则达到了40 MPa,表明工程区应力场以水平应力为主。利用强度应力比法和Hoek-Brown岩体强度估算方法对工程区应力状态进行了评价,研究表明工程区处于高地应力状态。测试结果说明最大水平主应力优势方向为NEE向,该方向与前人研究成果较为一致,工程区现今构造应力场与印度板块和欧亚板块相互碰撞有着密切关系。根据实测地应力测量结果及地应力预测结果,对水电站输水隧洞围岩大变形进行了探讨,结果表明:当埋深超过300 m时,围岩将发生大变形;当埋深超过800 m时,围岩将发生严重的挤压变形。     

测试应力腐蚀临界应力强度因子的新方法

应力腐蚀临界应力强度因子的测试方法是基于线弹性继裂力学理论和应力腐蚀理论提出的一种新的测试方法。该方法采用精密电子元件测试所需应力值,并利用显微镜测得的直径,通过计算便可获得应力腐蚀临界应力强度因子值。实践表明：该方法具有操作简单、应用灵活、成本低等优点。     

基于隧道开挖扰动修正的初始地应力反演方法及应用研究

以某板块缝合带区域沿线隧道开挖扰动后地应力实测结果为基础，提出一种基于数值模拟的考虑隧道施工扰动的初始地应力反演方法，并在某铁路沿线5座典型隧道进行了应用。结果表明，该铁路典型隧道地应力修正系数k和λ的取值范围分别为1.236～1.404和0.846～1.069，实测地应力值总体偏小；水平主应力对隧道施工影响较大，初始地应力的反演对于类似工程的建设是必要的；基于该反演方法，考虑开挖扰动后的地应力计算值与实测值的误差不大于5%。     

限阻器在高水平地应力隧道支护中的研究与应用

为解决蒙华铁路如意隧道高水平地应力岩层段初期支护因受力过大而破坏的问题,文章通过理论分析、数值模拟以及现场施工反馈等方法,并基于室内试验、地应力测试以及现场监控量测数据,对限阻耗能支护技术的工程应用方法及作用机理进行研究,结果表明:(1)针对高构造应力环境,在保证围岩自承能力不明显降低,且不明显增加松散压力的前提下,可控制地引导围岩变形、围岩能量释放分散转移的限阻高延性支护是合理可行的;(2)限阻器是一种合理有效的限阻高延性支护手段,成功解决了如意隧道高地应力水平岩层中初期支护破坏问题;(3)限阻器显著降低了结构内力,但也改变了结构的内力分布,在应用中还需进一步完善。     

破碎岩层位置对隧道稳定性的影响研究

为揭示破碎岩层位置对隧道稳定性的影响规律,文章以某节理裂隙岩体隧道为研究对象,根据破碎岩层位置的不同分别建立6个计算模型,采用离散元软件UDEC对各个模型进行仿真模拟,并对比分析破碎岩层不同位置下的隧道开挖后应力和位移响应云图。结果表明:当破碎岩层位移隧道中线以上时,对隧道稳定性影响最大;当破碎岩体层位于隧道中心以下,对隧道稳定性影响较小。     

黄岛地下水封洞库地应力对裂隙岩体渗透特性影响研究

裂隙岩体渗透特性是评价地下水封洞库水幕系统水封效果的核心内容,而裂隙岩体总是赋存于一定的应力场和渗流场中,因此,研究地下水封洞库地应力对裂隙岩体渗透特性的影响具有重要意义。文章以黄岛地下水封洞库建库围岩为例,首先介绍了裂隙岩体渗流运动的基本规律及应力对渗流作用的影响机理;在此基础上,通过水压致裂法和压水试验分别得到了研究区岩体地应力、渗透特性参数及其随孔深的分布规律,并通过回归分析建立了裂隙岩体渗透系数与地应力关系表达式。结果表明,渗透系数随地应力增大而逐渐减小,并呈负指数变化规律。最后分析了渗透系数与地应力呈负指数关系的主要原因。该研究结果可为地下水封洞库埋深设计、水幕孔布置等提供参考。     

盾构通过矿山法隧道复合支护的管片内力解析解及应用

文章针对"矿山法+盾构法"施工形成的复合支护体系,提出了模型分析的基本假定,将初始地应力分解为静水应力作用和拉压偏应力作用,并通过围岩应力释放系数反映支护时机和开挖面空间效应,利用弹性力学理论推导出了两向不等地应力条件下管片弯矩和轴力的弹性解析解;进而结合深圳地铁某区间隧道的工程实践得出了围岩应力释放系数、侧压力系数、背填层厚度和背填层弹性模量等参数的影响特性,为此新型工法的推广及复合支护的管片设计提供了理论支持。     

CAESARⅡ软件在大口径厚壁钢管应力分析中的可靠性研究

输气管道(大口径厚壁钢管)设计的合理性直接关系到管道运营的安全性,而目前该类管道结构设计仅依赖于经验参数,所以管段的应力分析在管道设计中显得极其重要。以大口径厚壁钢管的简化模型为例,进行了管道应力的理论分析及计算;同时,采用CAESARⅡ软件建立相应的管道应力分析模型,得到管道应力分布情况。将2个应力分析结果作比较,发现理论计算值与软件模拟值的最大误差在标准允许范围内。因此,CAESARⅡ软件在大口径厚壁钢管中的应力分析是可靠的。     

基于弹性半空间体理论的路基工作区深度研究

文章基于弹性半空间理论的车轮荷载竖向附加应力的取值换算原则,采用Boussinesq法求解荷载竖向附加应力,明确了当量土层厚度换算及自重应力计算方法,并结合工程实例计算分析,验证了基于弹性半空间理论的路基工作区深度计算方法的可行性与合理性。     

连续刚构桥体外预应力加固施工线形监控分析

文章以某连续刚构桥体外预应力加固施工过程监控项目为研究对象,针对施工过程中的主梁线形、应力及体外索索力进行监测分析,并运用有限元软件对体外预应力加固施工过程进行仿真分析,通过对比分析主梁监测实测值和理论计算值的变化规律来评判桥梁线形监测效果。结果表明：在体外预应力施工过程中,主梁挠度、应力及体外索索力的实测值与理论值均在合理误差范围之内,主梁挠度误差<5 mm,应力误差<1 MPa,体外索索力误差<5%,桥梁线形、应力及索力均符合施工设计要求。该桥体外预应力加固施工监控取得了良好效果。     

断层影响带地应力特征及稳定性验证

为研究分析福建某隧道两断层影响带的地应力场特征,在其隧道中部断层影响带附近两钻孔中采用水压致裂法进行了地应力测试.测试结果表明:断层影响带测试区地应力符合一般地应力分布规律,水平主应力随深度增加有增大趋势,局部裂隙导致部分测点应力值偏高或偏低;两测孔最大水平主应力方向一致,均为NNW向.该测试结果与区域构造应力场基本吻合,也接近于同区域围岩完整区地应力测试成果.文章根据该测试成果分析了该测试区的地应力特征,并采用滑动准则下限验证了两测孔所在的断层的稳定性.     

地质构造和地形对N.Barton岩质评定系数Q值的影响分析

挪威岩土所Barton等人给出的岩质评定系数Q值计算式,从岩体的完整性、结构面发育程度、地下水和地应力的影响等方面,全面地反映了岩体的工程地质状况和水文地质状况,定量地反映了围岩质量的好坏,但对宏观地质构造及地形地貌的影响考虑相对较少.文章通过理论分析和数值计算,提出了三个修正系数,即褶皱影响系数Kfo、断层影响系数Kfa以及地形影响系数Ktf,并针对具体工程给出了相应的取值范围,对Q值进行了修正,反应了工程地质构造、地形地貌对Q值的影响程度,使其表达更为准确.     

复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓原因分析北大核心CSCD

为揭示复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓特征及底鼓原因,以某隧道为研究对象,通过长期变形监测、地下水位监测、隧底围岩位移监测等方法对底鼓变形特征进行了统计分析,并结合钻孔取芯岩样分析、地应力测试、围岩膨胀力测试、岩石蠕变试验、数值模拟分析等手段对可能导致隧道底鼓的因素逐一进行了分析。结果表明:受控于近水平层状泥岩以及复杂地应力,隧道部分段落呈现出底鼓时间“不收敛”、底鼓段落“不连续”、底鼓程度“不均衡”的三大特征;隧道岩层产状近水平,岩性为粉砂质泥岩,属于软质岩,未达到膨胀岩判定标准,具有中—低蠕变特性,隧址区地应力场以水平构造应力为主,水平应力在9.5~13.73 MPa之间;隧道开挖后,局部应力集中导致围岩发生蠕变,当蠕变产生的形变压力过大时,仰拱局部进入塑性状态,隧道即产生底鼓。     

基于修正Q值的武当群片岩岩体质量分级方法研究

地下工程建设中经常会遇到地质背景条件特殊的围岩,需要建立与之相适应的岩体质量分级方法。文章结合Q分级方法的特点和不足,以鄂西北地区武当群片岩为例,分析了武当群片岩水敏性、各向异性、构造偏压、水平构造应力等特征;并在此基础上提出了考虑岩块强度、岩体完整性、地下水、地应力、片理面产状等因素的修正Q分级方法,得到了以地下水(出露情况、水压)、地应力(大小、与洞室轴线夹角)、片理倾角等为修正系数的Q′分级方法的计算公式。以十房高速通省隧道为例进行分析验证,分级结果与围岩的实际质量等级基本一致。研究结果可为复杂工程岩体质量分级方法的建立提供参考。     

深埋高地应力水工隧洞节理岩体开挖塑性区特征及分布规律研究

深埋高地应力水工隧洞处于复杂的地质力学环境中,开挖过程中围岩塑性区的分布及演化规律是隧洞稳定控制的关键。为了揭示高地应力水工隧洞开挖塑性区特征及分布规律,文章采用理论分析与数值模拟相结合的方法,推导了塑性区范围的计算公式,并引入新的无量纲参数作为非圆形隧洞围岩塑性区的评价指标,分析了节理岩体在高地应力条件下,侧压力系数以及开挖扰动对围岩塑性区的影响。研究结果表明,开挖扰动对于岩体开挖塑性区发展的轴向影响范围大约为1.0～1.5倍洞径,对于存在节理面的岩体,该影响范围可达到2倍洞径。侧压力系数直接影响围岩的塑性区形状,围岩塑性区有顺着节理面进行不规则扩展的趋势;水平应力与垂直应力差异性越大,节理面对围岩塑性区范围的影响越大,同时节理面有阻止塑性区沿垂直节理面方向扩展的作用。     

基于D-P准则有压圆形衬砌隧洞弹塑性解

随着大型水利工程的建设,出现了大量的深埋水工压力隧洞。由于深埋有压隧洞在施工和运营不同工况条件下,隧道衬砌和围岩主应力会发生变化。文章基于D-P屈服准则,在平面应变条件下推导了深埋有压衬砌圆形隧洞第一主应力分别为径向应力和切向应力时隧洞的弹塑性解。研究结果表明:该理论模型计算值与M-C准则计算值基本吻合,验证了该模型的正确性,且较M-C准则计算结果偏于安全;在不同地应力水平与内水压力工况下,衬砌与围岩的塑性区半径发生变化;随着内水压力的增大,塑性区分布可分为5个阶段,且在高水压阶段水压力增大对衬砌屈服半径的发展较为迅速。     

西藏扎墨公路嘎隆拉隧道地应力测试分析

为了确定两藏扎墨公路嘎隆拉隧道围岩应力状态,作者利用水压致裂法在隧道进出口部位进行了地应力测量,并通过有限元回归分析,预测了整条隧道岩体应力分布;最后从地应力角度,分析和预测了隧道沿线的岩爆情况.     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

多因素下双线盾构隧道施工引起的土体变形研究

考虑多因素(土体损失、正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆力)的作用下,文章首先提出了改进统一土体移动模型的方法,其次建立了力学计算模型,对双线水平平行盾构隧道施工引起的土体变形计算方法进行研究。根据弹性力学Mindlin解,对多因素中后3个因素引起的土体变形理论解进行计算,基于统一土体移动模型解对土体损失引起的土体变形理论解进行计算,最后叠加得到多因素下总的土体变形理论解。采用该方法对杭州地铁1号线的纵向地表沉降、纵向水平位移及不同深度处的土体竖向位移进行计算,研究其变化规律;同时对水平位移变化的影响因素进行分析。研究结果表明:随深度改变,在最大沉降量附近10~13 m横向范围内的土体沉降会产生改变;土体水平位移方向随计算点和隧道的位置关系变化而发生改变;随着两隧道间距J的增大,双线隧道深度附近的土体水平位移减小,地表附近处的水平位移值变化值不大。