材料刚度匹配关系在地下结构减震原理中作用的研究

前期研究和工程实践证明,围岩、抗减震层和隧道衬砌等材料关于刚度、阻尼和密度之间的匹配关系,对隧道在地震过程中的动态响应有至关重要的影响。为更深入了解隧道动态响应与相关材料匹配关系之间的内在联系,利用动力学振动理论给出了关于地下结构位移传递系数的一个解析解,并首次提出关于地下结构综合位移传递系数的概念。对计算公式进行验证后表明：在隧道的抗减震设计中,当不考虑抗减震层的材料阻尼时,抗减震措施的材料刚度对地震波中的低频部分具有较好的减震效果,而对于地震波中的高频部分,抗减震层的减震效果不明显;无论是抗震层刚度的增加,还是减震层刚度的减小,均存在一个合理的刚度增大或减小的范围,当刚度位于该范围内时,才能使隧道的综合位移传递系数较小,并且在经济上不会产生浪费。     

软岩隧道Ⅳ～Ⅵ级围岩相似材料正交试验研究

基于正交试验设计方法,将铁路隧道规范中围岩的重度、黏聚力和内摩擦角作为相似材料研究的目标参数,用黄土、石英砂、水泥、石膏和自来水为组料,较好地模拟了Ⅳ级、Ⅴ级和Ⅵ级围岩.此种相似材料具有容重低、性能稳定、易于购买、价格便宜和无毒等特点,是一种比较理想的地质力学模型相似材料.并通过试验确定了相似材料物理参数的主要影响因素并进行了敏感性分析,最终确定了不同级别围岩材料的合理配比.为软岩地区,特别是黄土地区的隧道工程中实验室模型试验研究奠定了基础.     

隧道振动台模型试验的相似关系

以嘎隆拉隧道振动台模型试验为例,在模型试验相似理论的基础上对隧道振动台试验相似关系进行了研究;用方程分析法和量纲分析法推导了模型试验相似准则,实现了模型试验几何条件、边界条件、荷载及材料的相似,将其应用于隧道振动台动力模型试验;建立了有限元模型,从加速度时程曲线、频谱特性、加速度放大系数、破坏现象等方面与试验进行了对比。结果表明,试验结果与计算结果比较相符,破坏现象和破坏部位基本相似,说明本次相似关系的拟定是合理的。     

软岩隧道围岩压力模型试验研究

采用相似材料模型试验方法,对软岩隧道在以竖直地应力为主和水平地应力为主两种情况下围岩压力分布规律进行了研究.研究结果表明,隧道围岩应力升高区在隧道周围1倍洞径之内,应力集中系数约为1.2～1.5.因围岩应力重分布而出现塑性区,高应力向深部转移.隧道施作衬砌后,随着洞周围岩应力进一步释放,塑性区继续扩张,应力升高区也进一步向围岩深部发展,洞周的应力集中现象有所减小.隧道边墙中部、拱肩、拱顶是比较关键的部位,应加强支护.     

基于模型试验的双侧壁导坑法施工过程模拟研究

为了研究双侧壁导坑法施工过程中的围岩力学特性和位移特征,以在建大罗山隧道工程为例,采用相似模型试验进行模拟分析,研究了开挖过程中围岩的应力变化和地表沉降,以及隧道开挖完成后附加荷载作用下围岩的应力特征和衬砌裂缝发展情况。试验结果表明：在隧道开挖阶段,越靠近隧道周边的围岩应力监测点,围岩应力变化越大,且围岩应力变化从大到小依次为拱肩切向应力、拱顶竖向应力、拱腰竖向应力、拱腰切向应力。     

石家庄六线隧道模型试验相似材料研究

满足相似关系的模型材料是模型试验成功的关键。在调研相似材料研究现状的基础上,依托石家庄六线隧道模型试验项目,应用量纲分析法推导出了相关参数的相似判据。根据相似原则,以粘聚力和摩擦角为主要相似判据,选用重晶石粉、石英砂和凡士林的混合物为模型材料,通过正交设计法研制出了地层相似材料。以抗压强度为相似判据,选用石膏材料为模型材料,研制出了灌注桩和锚索注浆体相似材料。     

Ⅴ级围岩隧道锚杆锚固参数优化模型试验研究

为了研究不同钻孔直径、锚杆直径和注浆配合比对Ⅴ级围岩隧道锚杆锚固质量的影响,设计了简易锚杆拉拔试验台架.依托实际工程按照相似理论配置了围岩相似材料,运用能够大幅减少试验次数并且不会降低试验可行度的正交试验法选取不同试验参数组合进行了室内锚杆拉拔模型试验.结果表明:试验所选取的3个因素对锚固质量的影响程度的排列顺序为:钻孔直径→锚杆直径→浆液配合比;锚杆直径为22mm,注浆体厚度为14mm时,锚杆强度足够、注浆体厚度合理,锚固体传力效果好而且不易破坏或滑移,锚固质量最优;注浆配合比为0.4时注浆体与围岩能够很好地胶结,使得锚杆耐久性为最佳.本次试验所设计的简易锚杆拉拔试验台架可以在实际工程中推广,研究的方法及结果可为类似工程研究提供一定的指导和借鉴意义.     

隧道地震动力模型试验相似准则和参数设计

隧道地震动力模型试验是在实验室中研究隧道结构地震响应和破坏机理的重要方法。其中,模型相似准则和相似参数的确定是正确进行模型试验的关键环节。以相似理论为依据,推导出隧道地震动力模型试验的相似准则,首先确定模型的几何相似比和弹模相似比,即可根据相似准则确定其余各相似参数。     

围岩－隧道衬砌结构体系的减震研究

隔震技术是近年来发展起来的一项减震新技术，对地面建筑效果显著。本文在分析了地面结构隔震原理的基础上，以隧道洞口段为研究对象，从隔震角度出发，提出了地下结构减震模式的基本构思。根据模型试验和数值分析的结果，论述了这一构思在技术上的可行性，其结果可供地震区隧道和地下工程抗震设计参考     

圆形隧道的围岩流变压力研究

文将隧道围岩和衬砌材料分别视为粘弹性流体和弹性体,、研究了圆形隧道的围岩压力随时间 的变化规律,弃给出了理论公式。为了对理论结果进行验证,选择了流变性较显著的相似材料 做了模拟实验。本文的成果对于软岩隧道衬砌的设计,以及寻求运营隧道衬砌开裂的对策,提 供了又一理论模拟。      

二广高速公路怀集至三水段楠木坑隧道围岩分级评价

根据楠木坑隧道围岩岩性特征、岩石强度、岩体完整程度、岩体结构特征、地下水发育程度、物探解译异常带,采用以[BQ]值法分级为基础结合围岩岩体定性特征评价的综合评判方法,对楠木坑隧道围岩分级进行了分析评价,得出了楠木坑隧道围岩分级结论,其结果为该隧道设计、施工提供了依据。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明：隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

基于数值方法的超深竖井围岩力学特性变化规律研究

依托洞宫山隧道送、排风竖井,采用理想弹塑性材料本构关系及莫尔一库伦屈服准则,建立了三维有限元模型,对围岩受力及变形特征进行了分析．给出了围岩的应力与位移分布特征以及竖井周边特征点的变形大小．同时,把竖井简化为三维平面轴对称受力模型．利用弹性力学知识解答,得到了解析解．通过解析解与数值模拟的结果对比分析,得到了竖井围岩的变化规律,为超深竖井的施工提供参考．     

偏压浅埋隧道洞口施工技术探讨

偏压浅埋隧道由于施工工序的复杂性和围岩应力分布不均匀性,施工技术难度较大。为保证施工工期和施工安全,采用进洞口围岩预加固、台阶法预留核心土开挖、洞内围岩超前加固等技术,实现了安全进洞,节约了项目开支。     

层状岩体不同倾角对高地应力隧道稳定性影响分析

以层状岩体高地应力隧道为工程背景,采用数值模拟的方法,分析层状岩体的不同倾角对高地应力隧道稳定性的影响。研究结果表明：高地应力隧道相对于普通地应力隧道,其支护结构承受的荷载更大,隧道的稳定性问题更加突出;在25°～65°范围内,锚杆轴力随岩层倾角增大而增大的趋势明显。结合分析结果,通过将锚杆与岩层大角度相交,使多层岩体串联,从而增大了岩体层间阻力,减小了层间剪切错动的可能性,使锚杆充分发挥销钉的作用,减小了支护结构受力,增强了隧道围岩的稳定性。     

大跨城市隧道施工三维有限元分析

针对城市大跨度隧道施工特点,考虑材料和几何非线性的影响,基于大型有限元分析软件Midas GTS,建立结构与围岩连成的三维弹塑性大变形计算分析模型,模拟隧道施工的过程,得出了隧道开挖不同阶段的围岩应力、变形的分布状态,据此对隧道稳定性进行评价。通过开挖过程的三维数值模拟,可了解大跨度隧道围岩应力分布、支护受力状态,剖析施工过程对围岩稳定的影响,从而为采取合理的措施调整支护参数提供重要依据和参考。     

公路隧道围岩变形破坏理论研究

采用理论分析、数值模拟以及现场监控量测等手段对公路隧道围岩变形破坏理论进行较深入的研究。通过分析开挖过程中围岩损伤演化,获得了损伤变量与围岩材料参数之间的关系,提出了围岩力学参数的预测方法。通过岩体破坏机理、围岩损伤应力影响范围以及影响围岩稳定性的各个因素综合研究,建立了卸荷状态下的围岩损伤本构关系和基于能量耗散的损伤本构模型。基于一般弹塑性数值分析原理,建立了考虑围岩参数劣化过程的隧道围岩损伤演化分析方法,分析了开挖应力状态下隧道围岩的弹塑性损伤演化机理。建立了基于经验公式和基于围岩渐进性破坏理论的公路隧道围岩压力演化趋势及预测模型,提出了公路隧道围岩压力演化趋势的预测方法。     

软岩隧道开挖的数值模拟与研究

采用应力释放法对某软岩隧道开挖进行二维有限元模拟,可得到不同荷载释放系数下隧道开挖后软岩隧道的多个计算参数,以及洞周围岩位移释放量与围岩应力释放量的变化关系,从而为工程设计的精确性分析和施工的及时性提供合理的依据。     

专项水文地质勘察在山岭高速公路隧道中的应用

隧道涌水是隧道工程地质中的一个复杂问题,如未能查明隧道区水文地质条件,当隧道施工时,则可能出现隧道涌水、流土和围岩失稳等问题,导致施工困难、施工人员人身安全受到严重威胁、以及设计变更、工程造价增高等等问题。文中以二广高速某隧道为例,通过隧道区的专项水文地质勘察,对隧道的水文地质条件进行了分析,通过水文地质试验计算所需参数,并进行涌水量的预测,为隧道工程的设计、造价及施工安全提供依据。计算结果和施工中实测结果对比表明,本文推荐的计算方法合理、结果准确。