考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究

文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。     

拱盖法隧道围岩稳定性模型试验研究

文章利用大尺寸模型试验,研究了拱盖法隧道开挖过程中地表的发展模式和围岩受力情况。结果表明:隧道开挖过程中地表沉降先后经历了缓慢沉降、快速沉降和缓慢沉降三个阶段,其中中导洞开挖、竖向支撑拆除是沉降快速发展的阶段,拱部二次衬砌完成后开挖下部围岩对地表变形贡献不大;在掌子面推进过程中,监测断面各部位围岩荷载的释放过程具有较大差异性,拱部围岩荷载相比于拱脚和边墙释放更快,且幅度更大;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放;由于支护的及时跟进,围岩自承能力得以发挥,围岩径向收敛变形得到较好的控制;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放,建议工程中应将拱顶沉降作为拱盖法围岩稳定判别的主要依据。     

隧道围岩强度及稳定性评价

围岩强度指标是隧道工程设计中不可缺少的重要参数,准确预测围岩强度对隧道支护设计和稳定性计算十分重要。文章针对富溪隧道地质条件复杂、围岩稳定性差等问题,以现场岩石点荷载试验推测岩石强度;以隧道围岩的Q指标统计为基础,利用基于Q指标的经验公式推测围岩抗压强度;按照富溪隧道各个断面围岩的抗压强度,评价各段围岩的稳定性。研究表明,采用的三个经验公式中,无论平均值还是分散度,Yudhbir公式预测结果都最接近规范标准值,说明所用方法用于隧道工程是可行的。该方法简单、实用,预测结果能够反映围岩工程特性,符合实际,可以作为隧道工程中定量评价围岩强度的有效方法,可为隧道设计、施工提供可靠依据。     

基于有限元的隧道围岩稳定性分析

在隧道工程中,隧道围岩的稳定性至关重要,影响着隧道勘察、设计和施工的整个阶段.为了保证隧道建设过程中的安全、经济及其他问题,研究围岩的稳定性有着重要的工程意义.文章以广西某地隧道工程为依托,运用MIDAS/GTS软件,基于应力应变假设条件,对开挖后隧道三维及衬砌二维受力和位移进行分析,得出隧道围岩稳定性计算值与实测值的...     

冻融条件下的寒区隧道围岩压力计算方法

为了明确寒区隧道承受的围岩荷载,给其支护结构设计提供科学依据,节约隧道建设成本,文章针对围岩压力的计算方法进行了研究。分析并给出了不同冻土段考虑冻融作用的围岩压力计算方法:工程冻土段的围岩压力不考虑冻、融条件的影响,可直接用《公路隧道设计规范》的方法进行计算;多年冻土段浅埋隧道围岩压力,在融化条件下采用文章推导提出的公式计算;其余情况下围岩压力采用《公路隧道设计规范》中的方法进行计算,并根据冻融条件,分别采用冻、融条件下的围岩力学指标标准值,其中多年冻土深埋段围岩压力不考虑冻、融条件的影响,均取融化条件下的围岩力学参数进行计算。最后将该方法应用于姜路岭隧道设计荷载计算分析中加以阐释。     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

考虑衬砌腐蚀的隧道围岩分级修正分析

文章以石膏质岩隧道为例,基于混凝土衬砌的腐蚀劣化状态形式,将腐蚀厚度作为量化腐蚀程度的参数指标,结合有限元数值模型分析了不同埋深、不同腐蚀时间条件下混凝土衬砌的受力变化规律,提出了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法,旨在提高隧道衬砌结构耐久性。同时,结合工程案例,验证了考虑石膏质岩腐蚀性的隧道围岩分级修正方法的合理性。结果表明：腐蚀状态下,衬砌压应力的增速在腐蚀前10年较大,增量达到总增量的68.2%;腐蚀时间为10～100年时,压应力增长速率较慢;Ⅳ、Ⅴ级围岩的修正系数取值范围分别为0.91和0.87。     

高铁隧道下穿采空区围岩稳定性及安全距离研究

目前国内对隧道工程穿越采空区的修建研究仍比较分散,尤其是大断面的高速铁路隧道下穿采空区的研究。为了提高高铁隧道下穿采空区工程的质量,以太焦高速铁路皇后岭隧道为例,研究大断面高速铁路隧道近距离下穿采空区隧道开挖对采空区及周边围岩的稳定性影响,同时通过数值模拟研究隧道在不同间距下下穿采空区的两者的相互影响,得到隧道从采空区下方2倍以上洞径下距离穿越时,隧道与采空区不会造成相互的不良影响,对于今后大断面高铁隧道下穿采空区具有一定的指导意义。     

双连拱隧道结构内力分析与围岩稳定性试验研究

双连拱隧道模型的相似性试验是进行隧道结构力学研究的主要方法。文章基于相似性试验原理,以广西马江隧道的实际工程为例,对双连拱隧道的结构内力和围岩稳定性进行了模型试验研究,并通过三导坑法及双导坑法对隧道洞室周边的径向位移进行了测试分析。试验结果表明:洞室周边径向位移的峰值出现在拱顶处,其次是腰部位置。     

喷射混凝土对多年冻土区公路隧道围岩冻融圈的影响规律研究

在多年冻土区隧道施工过程中,围岩温度场和冻融圈的控制是保证隧道围岩稳定性和结构安全性的关键因素。文章建立了考虑水泥水化放热的隧道围岩二维非稳态温度场的传热模型,在此基础上分析了喷射混凝土前后围岩温度场的变化规律,以及喷混凝土的施作时机与厚度对围岩冻融圈的影响规律,并与现场实测结果进行了对比分析。研究结果表明,计算结果的整体趋势与现场实测值吻合,距离洞壁0.5 m以外的围岩温度,二者误差不超过0.5℃。在喷射混凝土之前,各深度的围岩温度呈现缓慢增长趋势。喷混凝土施工完成后,由于水泥水化热影响,距洞壁深度1.0 m以内的围岩温度呈现陡升—下降—趋于稳定的规律,且当喷混凝土施工每延迟1 d,或其厚度每增加5cm时,围岩冻融圈深度增加约10 cm。     

考虑套拱加固作用的隧道洞口边坡稳定性研究

文章采用有限元强度折减法,对金鸡山特大断面连拱隧道的洞口边坡按自然边坡、不考虑套拱的进洞过程、实际进洞过程三种工况进行稳定性分析,研究了套拱对边坡稳定性的影响以及进出洞施工过程中边坡结构的受力状态,为套拱的设计与施工提供参考。     

大型机械施工时隧道围岩稳定性分析

为进一步提高隧道施工的效率,大型机械配套设备全断面施工的方式也不断发展,而针对大断面一次性开挖过程中的隧道围岩稳定性进行分析就显得至关重要。文章依托某大型机械一次性全断面开挖隧道工程,选用FLAC 3D软件对其稳定性进行分析,并根据实际工况进行开挖施工仿真计算分析。通过将计算结果与现场监测结果进行对比,得到如下结论:(1)该隧道未支护时的安全系数为2.02,简单初支后的安全系数为2.55,增大了26.24%,稳定性得到了大幅的提升;(2)隧道开挖数值仿真计算中,各特征点位监测值结果均符合规范要求,较现场监测结果略小;(3)根据大型机械施工时现场监测结果可知,各监测值变化规律基本一致,其最终值均在设计强度和规范要求范围内,围岩整体稳定性良好。     

基于围岩径向位移释放率的超大断面隧道下穿施工围岩稳定性研究

依托黄黄铁路新建刘元隧道工程,采用数值模拟结合现场实测的方法,以围岩径向位移释放率指标分析采用全断面和微台阶两种工法下穿施工的围岩稳定性规律。结果表明,新建隧道下穿防空洞段采用微台阶法施工,在控制围岩径向位移释放率、塑性区分布及稳定安全系数等方面较全断面法优势突出;微台阶法下围岩径向位移释放率及围岩稳定安全系数分别为46.13%、2.13,全断面法下围岩径向位移释放率及稳定安全系数分别为78.08%、1.99;当台阶长度为3 m时,隧道下穿施工围岩稳定性相对较好。监测数据表明,采用微台阶法下穿施工,洞内变形满足规定要求,且变形值与模拟结果数值吻合较好,进一步验证模拟结果的可靠性。     

软弱隧道围岩锚杆支护效应的落门试验研究

在软弱围岩中进行隧道开挖,往往因岩体变形过分或局部应力集中而导致围岩失稳破坏,在实际工程中大多采用锚杆作早期支护。文章以Ⅳ级软弱围岩为参照对象,利用相似模型试验进行了锚杆支护条件下的隧道施工过程模拟,对开挖过程中围岩的渐进破坏特征、破坏模式以及锚杆的支护效应进行了研究。试验结果表明,隧道开挖将会在隧道周边形成一应力扰动区,而真正塌落成拱的只是该扰动区的一部分;由于有锚杆的支承作用,拱顶岩体的破坏呈分区破坏模式;岩体的破坏范围主要集中在隧道两侧与水平面成45°+φ/2的扇形区域内;在隧道开挖后,拱顶上方岩体的切向应力升高形成承载压力拱,主要位于距拱顶约1.0~1.25B处(B为隧道跨度)。     

结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性影响研究

隧道围岩变形破坏与岩石强度、结构面空间组合关系、地下水和地应力等因素关系密切.为研究结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性的影响,文章基于郑万铁路向家湾隧道工程地质条件,采用UDEC离散元软件对全断面开挖下的围岩稳定性进行数值模拟,重点分析了两组结构面的空间组合关系对结构面剪切滑移、围岩塑性破坏及位移的影响,同时根据开挖后...     

断层与隧道相对距离对围岩稳定性影响的试验研究

目前关于断层破碎带破坏围岩完整性方面的研究已取得不少成果,但断层对隧道围岩稳定性的影响程度及其机理仍是一个模糊问题.文章以石吉高速五峰山一号隧道为背景,采用室内模型试验对有无断层、断层与隧道距离变化情况下的围岩破坏特性进行了研究.结果表明,断层与隧道距离在一倍洞径以内时,围岩不能形成完整的压力拱,断层的存在对围岩的稳定性影响较大;隧道开挖对隧道周线两侧围岩稳定性的影响具有不对称性.     

仙岳山隧道工程地质特征与围岩稳定性分析

通过对仙岳山隧道工程地质特征、岩体质量的论述,分析了围岩的稳定性.在节理岩体的稳定性分析中,考虑了各组结构面产状和摩擦角的随机性.     

宝塔山隧道不良地质段围岩施工稳定性分析

文章利用非线性有限元数值计算模型,对宝塔山隧道不良地质段开挖施工过程中的围岩应力及位移变化情况进行了模拟分析。结果表明,隧道围岩应力及变形均满足规范要求,处于稳定状态。     

顶部溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值分析

文章以纳黔高速公路叙岭关隧道工程为依托,运用迈达斯GTS分析软件,建立了隧道结构及围岩的计算模型,分析了不同位置、大小的顶部溶洞在隧道开挖过程中对围岩位移、应力、塑性区以及支护结构受力的影响。     

岩体力学参数对隧道围岩稳定性的影响分析

文章采用正交数值模拟试验方法研究了岩体力学参数对隧道水平收敛、拱顶下沉量和塑性区因子的影响。选取6个因素(弹性模量、泊松比、内摩擦角、抗拉强度、内聚力和密度)、3个水平的正交试验方案,采用方差分析方法对试验结果进行分析。结果表明:影响水平收敛量因素的程度大小的次序为内聚力、弹性模量、内摩擦角、抗拉强度、泊松比;影响拱顶下沉量因素的程度大小的次序为内聚力、内摩擦角、弹性模量、抗拉强度、泊松比;影响塑性区因子因素的程度大小的主次顺序为内摩擦角、内聚力,而密度对隧道围岩稳定性几乎没有影响;改变任一岩体力学参数,试验结果与正交试验结果吻合;考虑隧道围岩稳定性,应当对隧道开挖后的水平收敛量、拱顶下沉量和塑性区因子等进行综合考虑。针对三泉隧道V级围岩段施工,提出合理支护方式,并通过数值分析和现场监控量测验证了围岩处于稳定状态。