隧道损伤围岩的蠕变特性研究

本文通过隧道损伤围岩蠕变特性的分析,在西原模型中引入了围岩变形影响下的损伤量,从而修正了隧道围岩的蠕变方程。通过长冲隧道的应用实例研究,检验其合理性。     

Singh-Mitchell蠕变模型在炭质岩隧道围岩变形分析中的应用

炭质岩是一种易崩解、软化、膨胀以及环境敏感的特殊性岩土,属于软弱岩,同时炭质岩隧道围岩的开挖变形、长期稳定性问题是炭质岩隧道建设所面临的共性问题。据此,对广西西北部山区某高速公路炭质岩隧道围岩位移、温度、渗压等指标进行监控量测,基于获得数据采用Singh-Mitchell模型研究围岩的蠕变机制,随后预测隧道通车前的围岩变形。结果表明:不考虑温度和渗压的条件下,Singh-Mitchell蠕变模型能有效计算分析及预测隧道围岩变形发展规律,可为炭质岩隧道建设以及采取防治加固措施提供参考与借鉴。     

考虑围岩蠕变效应的隧道开挖变形分析

软弱隧道围岩无论在室内试验研究还是在实际工程中都表明其变形具有蠕变特性,容易造成围岩较大变形而使围岩失稳。本文依托张涿高速东马各庄隧道,对隧道开挖后围岩变形进行现场监测及分析,利用有限元软件采用西原正夫蠕变模型对隧道开挖过程进行数值模拟分析,并将现场实际量测值与数值计算数据进行比较,为隧道二衬设计时间的确定和施工过程的安全可靠性提供科学依据。     

围岩蠕变对运营隧道衬砌安全性的影响

为探究在软弱围岩隧道运营期间围岩蠕变效应对二次衬砌安全性的影响,以九景高速公路隧道为依托,以Ⅳ级围岩区段二次衬砌支护结构为研究对象,采用室内试验和数值模拟手段,首先对该围岩区段泥质粉砂岩在不同应力水平下的单轴蠕变特性进行了室内试验分析,并采用Cvisc模型对蠕变试验数据进行了非线性拟合,获得了Cvisc模型的蠕变参数。然后,利用FLAC3D软件建立了两车道公路隧道三维数值模型,研究了单考虑围岩蠕变作用和同时考虑隧道埋深对运营隧道衬砌结构安全性的影响。结果表明:非线性拟合相关性系数在0.92～0.96之间,可认为Cvisc模型能够很好地描述泥质粉砂岩的衰减蠕变和稳定蠕变关系;单考虑围岩蠕变作用,在同一支护时间,二次衬砌安全系数较高的位置支护结构承受的围岩压力相对较小,围岩的蠕变变形量较大,但过小的支护承载又会导致围岩蠕变变形而增加围岩压力,进而不利于运营隧道衬砌结构的长期安全;同时考虑隧道埋深的影响,二次衬砌支护结构的承载随着隧道埋深的增加而减小,即围岩自身能够承担较大部分的因蠕变变形而增加的围岩压力,从而对运营隧道衬砌结构的长期安全有利。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

基于统计损伤理论的沥青混合料的蠕变模型

将修正的Burgers模型看成是Van Der Pool模型与一个非线性黏壶串联而成,认为材料损伤演化过程只是导致模型中串联黏壶的黏度降低,其他3个元件并没有受到损伤;用Weibull函数来描述沥青混合料内部缺陷的分布,从统计学的角度出发建立了损伤演化方程,将损伤引入修正的Burgers模型的非线性黏壶,建立了沥青混合料的黏弹性损伤模型;给出了蠕变应变、蠕变速度和蠕变加速度的解析表达式,证明了该模型能很好地反映沥青混合料三阶段的蠕变特性;最后通过两个试验算例验证了模型的准确性和适用性.研究结果表明,只考虑串联黏壶的损伤不仅较以往的蠕变损伤模型更加简单,而且能很好地反映实验结果,最重要的是这种处理有了更合理的理论根据.     

泥砂岩互层隧道围岩蠕变变形的有限元分析

随着我国高速公路隧道建设事业的迅速发展,越来越来的隧道开挖需要面临泥砂岩互层围岩蠕变变形过大的安全问题。基于贵州省望安高速公路河边隧道的工程概况,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了泥砂岩互层隧道围岩蠕变计算模型,得到了围岩蠕变30 d后的水平位移和竖向位移分布云图,给出了监测点水平位移和竖向位移随时间的变化曲线,分析了泥砂岩互层隧道围岩蠕变过程中水平位移和竖向位移的分布规律。计算结果表明,泥砂岩互层隧道围岩蠕变过程中拱顶沉降随时间增加的程度最显著,且预留变形量由拱顶沉降控制。     

考虑围岩蠕变效应的隧道粘钢加固效果研究

粘结钢板加固是公路隧道常用的内表明补强加固手段之一。文中以某采用粘钢加固的二衬厚度不足的隧道为例,采用D-P屈服准则并耦合时间硬化幂函数法则,来模拟围岩蠕变效应;分析了在考虑围岩蠕变效应时,不同的粘钢带宽、间距和带厚情况下支护结构内力及变形随时间的变化规律。数值模拟结果表明:当粘钢带宽越大、钢带厚越大和带间距越小时,粘钢承担的荷载越大,围岩蠕变变形得到一定程度的减少。这些结论可为类似的工程提供借鉴意义。     

基于BP神经网络高风险隧道围岩判定模型的研究

针对铁路高风险隧道地质围岩复杂性、突变性的问题,基于BP神经网络构造了以岩体完整性系数、岩体质量指标、结构面强度系数、岩石单轴饱和抗压强度和地下水渗流量5个参数,进行高风险隧道围岩级别判定模型的研究。通过该模型对相关数据进行学习、训练以及回判和预测,实现判定围岩级别和实际围岩级别基本一致。     

岩体蠕变对悬索桥隧道锚围岩稳定性的影响分析

以四渡河特大悬索桥的隧道式锚碇围岩为研究对象,基于该工程实际围岩岩石材料蠕变试验所得的本构关系,利用有限元软件ABAQUS对围岩的稳定问题进行了粘弹性仿真分析,结果表明围岩的蠕变效应不致影响该隧道岩锚体长期稳定性,该结果为四渡河悬索桥隧道锚固系统的安全性评估提供了可靠依据。     

基于D-P统计本构模型的隧道围岩稳定性研究

在Drucker-Prager准则以及微元服从Weibull分布的基础上,结合工程实测围岩的受力变形特点,将损伤变量进行修正优化,建立了能够反映受力全过程的三维D-P统计本构模型,验证了该模型的正确性。最后通过ABAQUS有限元软件对某工程隧道围岩进行了三维模拟计算,分析了开挖结果及稳定性,并采取了处理措施,使得对实际工程有较好的参考价值。     

基于声波测试原理的爆破荷载对地铁隧道围岩扰动研究

基于声波测试原理,利用RSM-SY5（T）非金属声波检测仪对广州地铁隧道围岩在爆破荷载作用下产生的扰动进行现场试验。研究结果表明:非光面爆破方案爆破后,隧道围岩的松动圈范围约0.6～0.7 m,光面爆破方案爆破后,围岩的松动圈范围约0.3～0.5 m;岩体声波速度随着深度的增加而增加,达到某一深度后趋于平稳;岩体波速在平稳深度存在小范围的波动现象,说明岩体本身存在着不良地质结构,对波速产生了影响;炮孔装药结构和装药量对围岩的扰动程度具有一定的影响,空气间隔装药能明显降低扰动程度,装药量越大对围岩扰动程度越大。     

崤山隧道软弱围岩台阶法施工预留变形量预测原理及变形控制技术

为更加合理地设计隧道开挖预留沉降量,避免造成超挖过多增加衬砌混凝土量或初期支护侵限的问题,依据变位分配控制原理,采用数值模拟及现场监测数据分析等手段,分析软弱围岩台阶法施工时各工序施工对变形的影响程度,确定分步变形控制标准,根据分步变形控制标准建立相应的预警系统和应急工程措施,并依据分步实际变形量预测初期支护的最终变形量,为同一设计围岩等级下隧道预留变形量的动态设计提供指导。在崤山隧道台阶法施工工程中,成功地将初期支护变形控制在预留变形量之内,并动态设计下一循环预留变形量的大小,减少初期支护混凝土用量12.86%,可为隧道多步序开挖预留变形量的设计提供一定的借鉴意义。     

基于ARMA模型的盾构隧道结构损伤识别

针对盾构隧道结构特征,通过分析隧道的加速度信号,提出了基于ARMA模型的损伤识别方法。利用ARMA模型方法对缩尺盾构隧道上的加速度响应进行分析,实现了对损伤的有效识别。这种损伤识别方法只需采集隧道的振动加速度信号并进行分析即可对隧道进行损伤识别定位。     

基于BP神经网络的阿拉套山隧道围岩物理力学参数反演分析

为研究高寒地区设置中心深埋水沟单线铁路隧道的围岩力学参数问题,以兰新铁路新建博州支线阿拉套山隧道为工程背景,基于FLAC3D数值模拟软件联合MATLAB中的神经网络工具箱构建BP神经网络算法,建立隧道开挖位移正演和反演模型,对围岩物理力学参数作反演分析。通过对中心水沟开挖前的拱顶和拱腰监测数据做拟合分析,发现隧道变形已趋于稳定,反演过程不需考虑中心水沟开挖对围岩的二次扰动。以水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值作为输入函数,以围岩的体积弹性模量K、剪切弹性模量G、黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ作为输出函数训练神经网络模型,利用训练好的模型进行所需参数的反演分析。将反演参数代入FLAC3D正演模型计算后,提取中心水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值,与中心深埋水沟开挖前的实际监控量测值相比较为接近。结果证明,围岩物理力学参数的反演较为合理,对于变形的预测较为准确,可为隧道后期工程的施工和优化设计提供参考。     

基于组合赋权-EAHP-NCM模型理论的层状围岩隧道风险评估计算

为了在施工时准确评估计算层状围岩隧道的结构稳定性,该文首先在考虑水文地质、结构面、工程、外力、地形地貌因素的基础上,构建层状围岩隧道风险评估指标体系。基于德尔菲法（DELPHI）与熵权法（EWM）得出指标组合赋权。基于典型事件样本与评估体系经典域-节域的挖掘,分别建立层状围岩隧道稳定性评估的可拓层次分析计算模型（EAHP）与正态云计算模型（NCM）。依托共和隧道验证该文两种层状围岩隧道风险评估算法。经研究得出：EAHP、NCM、BP神经网络算法的评估结果相互吻合,共和隧道稳定性处于Ⅲ～Ⅳ之间,隧道结构处于“严重～异常”状态,这与施工现场常有钢拱架变形、偶有塌方事故相吻合,验证了该研究层状围岩隧道风险评估系统与理论算法的可靠性。     

基于BP神经网络的隧道围岩分类

应用BP神经网络建立了隧道围岩分类模型,对其影响因素进行分析,并对模型进行优化,将训练好的分类模型运用到贵安隧道,为隧道围岩分类提供了一种简便可行的方法。     

基于隧道围岩稳定性的地质预报

通过曼歇2号隧道中导洞开挖中的地质素描和资料收集,依据掌子面和两壁出露的地质体的岩性、节理、岩体结构类型、地质构造特征等综合特征,沿其走向、倾向和倾角的延伸推断工作面短距离前方的地质情况,应用赤平投影分析法对正洞的围岩稳定性和边坡的变形破坏做出定性和定量分析,从而预测两侧正洞的地质情况,对连拱隧道上、下行线正洞的施工予以指导和控制,进而达到短期预报的目的。