分步开挖对隧道纵向稳定性的影响

运用有限元软件ANSYS数值模拟和关键块体理论,研究了两种隧道开挖方法在穿过60°,65°,70°和75°四种断层过程中的围岩稳定性问题,并与理论上存在的90°断层的开挖情况进行对比,分析了塑性区发展和顶板位移。结果表明：断层倾角对隧道围岩的稳定性有显著影响,随着断层倾角趋近于90°,隧道顶板稳定性趋好;施工顺序和方法对断层隧道的稳定性亦有显著影响。     

路堑开挖卸荷对既有铁路隧道影响的数值分析

基于数值分析软件平台,采用数值分析方法对高速公路开挖路堑跨越铁路隧道结构安全影响进行了仿真分析,分析了路堑开挖过程中隧道结构围岩形变和应力的变化规律,进而对路堑开挖的施工过程提出合理性的建议。研究结果表明:路堑开挖会导致其下部既有隧道向上回弹,隧道拱顶产生附加拉应力,容易导致隧道灾害及次生灾害的产生。研究结果能为同类工程的顺利施工与安全监控提供有益参考。     

露天矿边坡开挖对邻近铁路隧道的影响分析

结合露天煤矿矿区与邻近既有铁路隧道的地质情况,运用FLAC 3D数值模拟方法,建立露天矿开采过程中岩土体开挖和回填对隧道结构影响的三维模型,分析露天矿边坡开挖及回填对隧道结构应力场和应变场的影响规律。分析结果表明:高边坡开挖所引起的隧道总位移最大值为3.61 mm,及时回填至原地貌后总位移下降至2.87 mm,高边坡在开挖后及时回填对既有铁路隧道衬砌结构影响较大,高边坡的地表限采边界线与既有铁路隧道应增加一定的安全距离,开挖后应及时回填;矮边坡开挖所引起的隧道总位移最大值为24.60μm,及时回填至原地貌后总位移下降至4.16μm以内,矮边坡在开挖后及时回填对既有铁路隧道衬砌结构影响较小。因此,露天矿可按现有地表限采边界线进行开采,开采过程中在对应边坡的隧道区段衬砌表面布置应力和应变监测系统,必要时采取限采和衬砌锚固措施。     

软弱围岩隧道CD法和台阶法施工力学行为分析

为分析软弱围岩隧道在不同开挖方法过程中稳定性以及拱顶沉降变化规律,以某隧道工程实例为背景,借助有限差分软件FLAC~(3D)数值模拟并和实际监测数据对比分析,研究软弱围岩隧道在CD法和台阶法两种不同开挖方法施工过程中围岩变形、应力变化和围岩塑性区分布规律。实际监测数据和模拟计算结果均表明,采用CD法开挖断面关键点位移和应力明显小于台阶法,随开挖步影响范围也比台阶法要小。总之CD法较台阶法能更好控制围岩变形和应力发展,塑性区分布范围也明显小于台阶法。     

隧道围岩特性参数反演及有限元分析

基于隧道围岩收敛变形观测数据,运用系统识别灵敏度分析理论开展隧道围岩材料特性参数反演。采用反演得到的隧道围岩特性参数进行隧道二维有限元建模与数值仿真分析,得到了隧道开挖后的位移和内力分布特性,同时还开展了隧道边坡稳定分析,得到的结论可供隧道设计和施工参考。     

FLAC 3D在越岭隧道涌水分析中的应用

研究目的:以往的隧道涌水分析中,通常未考虑隧道开挖对应力分布再平衡的影响,而应力集中段落往往节理裂隙发育,也是地下水运移的主要通道,易发生隧道涌水现象。本文采用数值分析方法对隧道开挖后的应力变化进行模拟,确定新的应力集中位置,判断开挖后可能涌水位置,为隧道涌水分析及工程措施选用提供设计依据。研究结论:(1)在采用物探方法确定隧道涌水高危段落的基础上,利用FLAC 3D软件对隧道开挖后应力重新分布情况进行数值模拟,结果发现:断层破碎带和褶皱背斜部分对隧道围岩应力分布和位移变化有很大影响;(2)通过隧道围岩应力分布和位移变化分析,确定了DK 121+070和DK 121+300段附近为隧道开挖后应力集中位置,可能发生突水、涌水灾害,数值模拟涌水位置与实际开挖后涌水位置吻合;(3)本研究成果为隧道涌水高危段落的划分提供了一种新思路,为隧道涌水量分析及工作措施选用提供了设计依据。     

新宝塔山隧道台阶法施工数值模拟分析

采用有限元数值分析方法,对新宝塔山隧道的Ⅳ级围岩段台阶法动态施工过程进行模拟分析,得到每一步开挖过程围岩的位移场和应力场以及支护结构的内力,通过数值计算结果可以对隧道施工过程中围岩的状态进行预测,进而指导施工方案及开挖顺序的确定,同时通过对支护结构内力的分析判断其设计参数是否合理可行。分析和实测结果表明:新宝塔山隧道的Ⅳ级围岩段采用台阶法施工过程中围岩基本稳定,支护结构设计参数选择是合理可行的。     

高寒特长隧道高应力富水环境下的结构技术研究

由于位于富水断层破碎带的山岭隧道地层岩性复杂、围岩破碎,地下水补给源充分,在施工中严重影响了隧道围岩的稳定性,极易发生高压突水等地质灾害。本文结合大坂山隧道富水断层破碎带的施工,通过使用FLAC3D有限差分数值模拟软件中的流固耦合模块,研究了该类高寒特长大隧道在高应力富水环境下的结构安全技术,分析了在断层破碎带区域施工过程中的渗流规律以及掌子面稳定性的流固耦合机理,并对隧道开挖过程中产生涌水灾害时掌子面前方水压、掌子面变形和掌子面塑性化规律进行了研究。在对比分析不同开挖方法的基础上,提出了合理的开挖方法和支护措施(采用小导管预注浆加固结合H175型钢进行支撑),有效地控制了围岩的变形,很大程度保证掌子面稳定。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。     

FLAC在宜万铁路某隧道洞口段边坡稳定性分析中的应用

拉格朗日元法（FLAC）是一种新的数值分析方法,特别适合于求解非线性的大变形问题,在岩土力学中有重要的应用。首先介绍了其基本原理,并利用FLAC程序,对宜（昌）-万（州）铁路白龙坝Ⅱ线隧道洞口边坡,分别在两种不同条件下,进行了数值模拟和稳定性分析。以模型中出现的位移云图及跟踪节点位移来分析其稳定性,得出在考虑开挖爆破等动荷载的影响下,隧道洞口段边坡是不稳定的（与实际相符）,这对隧道的设计施工无疑具有指导意义。另外,利用FLAC对隧道洞口段边坡进行动力分析的文献较为鲜见,该方法为解决此类边坡动力条件下的稳定问题提供了范例。     

隧道下穿新大力寺水库施工稳定性分析

针对水库水的渗流对浅埋暗挖隧道开挖及后期运营的影响问题,采用数值模拟的方法,研究了在各种渗透系数条件以及隧道开挖与地下水渗流影响下的隧道稳定性。分析表明:水库水的渗透以及隧道开挖会对上覆土体的稳定性造成较大影响,甚至可能会导致坍塌事故的发生。随着隧道的开挖,水库水开始发生渗流现象,并造成围岩塑性区快速发育,其中以拱顶位置塑性区范围最大;围岩渗透性越强,隧道顶拱和拱腰部位的渗透应力越小;随着渗透系数的增大,隧道的孔隙水压力、围岩位移、塑性区范围均出现较大的增长,并可能引起隧道的渗流失稳破坏。     

软岩隧道开挖方法对变形影响数值模拟研究

不同的开挖方法对软岩隧道的围岩变形具有不同程度的影响.以十漫高速公路火车岭隧道为工程背景,对全断面开挖、分步开挖与预留核心土开挖三种开挖方法进行了FLAC3D数值模拟.得到了三种开挖方法下隧道X、Y、Z方向位移等值线、位移矢量、塑性分布等模拟结果.经分析,无论是全断面开挖还是分步开挖,掌子面上均发生较大的Y方向变形,而预留核心土施工可以有效地抑止掌子面变形和垮塌,在实际施工过程中还可以根据数值模拟结果对核心土部分的大小进行调整,以满足安全施工要求,从而,最大程度地避免软岩隧道围岩的大变形.     

偏压状态下新建隧道下穿既有构筑物合理施工方法研究

通过对3种不同工况条件下新隧道开挖对既有隧道影响的弹塑性数值分析,得出3种工况对既有隧道围岩的应力及位移的影响规律是一致的———均将引起既有结构物特征点下沉、应力降低,但最终围岩的应力及位移量值较小,既有隧道将处于稳定状态。同时因围岩条件较好,加固效果不甚明显,且依据分析得出在交叉口处前后各1~1.5倍洞径范围内新隧道开挖时对既有隧道影响最大,纵向上影响范围在30~40 m。并依据分析建议一般地段采用全断面法开挖,在交叉口处前后各2~3倍洞径范围内,建议采用台阶法开挖,最后根据影响范围提出具体的监控方案,有力地指导设计与施工。     

昔格达地层隧道围岩稳定性及系统锚杆功效研究

昔格达地层隧道围岩水敏感性强,遇水易泥化,易造成围岩大变形、支护结构破坏和掌子面塌方等灾害。冉家湾隧道穿越昔格达地层,本文采用强度折减法对该隧道围岩稳定性进行数值模拟分析。结果表明:当含水率在20%以下时隧道具有一定的自稳能力,当含水率超过20%时隧道开挖需要采取超前支护措施;埋深小于45 m时埋深对昔格达地层隧道围岩稳定性影响显著,埋深大于45 m时,隧道围岩稳定性对埋深的敏感性降低;喷射混凝土对隧道安全系数的提升率大于设置系统锚杆;对于昔格达地层在天然含水率下,浅埋隧道破坏从拱部开始延伸至边墙,深埋隧道破坏从边墙开始蔓延至拱部。     

不同地应力场软岩隧道渐进破坏试验与分析

针对软弱地层中常常发生的隧道塌方事故,以Ⅳ级围岩深埋公路隧道为对象,利用模型试验方法研究特定应力场下无支护隧道围岩的渐进破坏机理。采用弹塑性损伤本构模型,对模型试验工况进行有限元数值模拟,并在此基础上,对不同初始地应力场的情况进行扩展分析。研究结果表明:1)隧道开挖后围岩的破坏区主要集中在隧道拱顶上方,数值计算中用损伤变量最大值表示的破坏区与模型试验吻合较好;2)随着侧向压力系数的增大,松动破坏区面积随之扩大,且主要区域由隧道边墙两侧逐渐转变为隧道拱顶、拱底区域;3)随着侧向压力系数的增大,边墙水平收敛位移逐渐减小,拱顶收敛位移逐渐增大。     

土钉加固软岩边坡监测分析与数值分析

软弱、破碎围岩的公路边坡支护一直是困扰公路边坡施工的技术难题.结合梅江软弱围岩公路边坡工程地质条件和边坡开挖设计参数,采用FLAC软件对土钉支护结构进行数值模拟研究,并从应力、位移和塑性区3个方面分析了边坡围岩的稳定性.计算结果表明:该支护结构能有效地控制边坡的变形,获得了满意的支护效果.     

拱上明作拱下暗挖隧道施工力学行为研究

为解决浅埋偏压隧道开挖施工过程中极易出现地表、拱顶沉降过大等问题，依托南宁至崇左铁路NCZQ1标笔架岭一号隧道和黄牛岭一号隧道，利用MIDAS/GTS NX有限元软件对拱上明作拱下暗挖隧道施工力学行为进行研究。通过对隧道关键节点进行位移分析，发现明显非对称变形现象：埋深较大的左侧拱肩、拱脚和边坡坡底相较于右侧相同位置位移偏大19.57%、8.82%和23.39%;应力方面，从设置、不设置边坡锚杆两个工况对1D(锚杆)、2D(喷混结构)、3D(围岩)单元进行应力分析，以证明设置边坡锚杆的必要性；数值模拟结果显示临时边坡陡峭处和护拱两侧上方土体有较大塑性应变区，施工过程需重点关注。     

基于收敛约束原理的复杂地质隧道监控量测综合分析

隧道开挖工程中围岩与支护结构之间的"相互作用"和"动态作用"对隧道开挖施工的安全性和结构的稳定性具有关键作用。收敛约束原理是分析隧道围岩特征和支护结构特征的一种重要方式。文章通过理论分析、数值计算、现场监测综合分析方法,结合攀大高速宝鼎隧道,对复杂地质条件下大断面隧道的围岩支护稳定性进行分析。通过数值计算建立了围岩特征曲线,理论分析了复合结构支护特征方程,建立了复合支护结构并联模型;通过现场监控量测与理论分析相结合的方法综合分析隧道围岩支护结构的稳定性。结果显示现场实测与理论分析误差较小,对于采用现场监控量测指导支护施工具有理论指导意义,同时对于类似复杂地质条件下的大断面隧道支护提供借鉴和参考。     

施工方法对黄土隧道围岩结构相互作用的影响

研究目的:因黄土自身特性,以致于黄土隧道施工时往往会出现围岩变形较大且支护结构受力情况复杂的现象,因而黄土隧道施工时一般采用分部开挖法。为了探明不同的分部开挖法对黄土隧道围岩结构相互作用的影响,现以某富水黄土隧道为工程背景,采用有限元软件Midas GTS分别对CRD法、CD法及三台阶七步开挖法进行数值模拟,分析比较三种施工方法下的围岩位移、应力及弹性反力系数k,并通过实测数据与既有理论对数值计算结果进行检验。研究结论:(1)不同的施工方法对富水黄土隧道的围岩位移、应力以及弹性反力系数k值大小确有一定的影响;(2)通过实测数据与既有理论的检验,证明了数值模拟计算结果的合理性,因此,表2中的围岩弹性反力系数k的取值,可为今后类似工程设计、施工等提供参考;(3)本研究成果有助于理解富水黄土隧道围岩结构相互作用的特点,并可应用于富水黄土隧道计算分析相关领域。     

开挖隧道套拱底部诱发的边坡稳定性分析

以某隧道开挖套拱后致上方局部坡体发生滑移拉裂破坏为研究背景,采用强度折减有限元法建立计算模型,分析在开挖隧道套拱底部时的边坡安全系数,侧坡总位移及有效塑性应变;并在此基础上提出边坡加固方案。数值计算分析表明,套拱上方局部坡体的滑移主要由于上覆土体偏压、土体地下水未及时排除和坡体支护不到位所致,其中土体富水对套拱上方局部坡体滑移起主导作用;通过6种支护工法对比分析,在开挖隧道套拱过程中及时排除地下水、对坡面做好混凝土支护、局部坡体进行注浆及锚杆支护,可有效提高边坡的稳定性。