公路隧道穿越采空区稳定性分析与处治技术研究

高速公路隧道穿过采空区时,隧道与地下采空区围岩稳定性必然产生相互影响。结合某隧道工程施工,采用有限元程序对采空区和隧道稳定性的相互影响问题进行了分析。结果表明,新建隧道施工对采空区顶板局部应力分布有较大影响,但对整个采空区顶板的稳定性影响不大。通过应力安全系数的计算分析,得到确保隧道和采空区稳定性的最小安全距离应大于20 m。     

隧道穿越岩溶区及断层带突水机理与防控对策研究

硬质岩地区的岩溶区和断层带突水防治的关键在于突水判据的建立。 文章先从理论研究出发, 以材料力学、 结构力学和理论力学为基础, 建立了 “有效隔水岩层 (柱) ” 的突水力学结构模型; 采用了构建函数的方法, 得到了 “有效隔水岩层 (柱) ” 的总势能函数表达式; 基于突变理论, 构建了岩溶区及断层带突水的尖点突变模型, 获得了 “有效隔水岩层 (柱) ” 厚度、 长度、 水压力及岩石力学参数之间的函数关系; 基于断裂力学, 建立了一种硬质岩地区的岩溶区和断层带突水损伤力学判据, 并以正在施工的广西某隧道为例, 开展了应用研究, 提出了隧道穿越硬质岩地区的岩溶区及断层带突水防控对策。 研究结果表明： 突水临界厚度值按计算突水临界厚度值的 1． 5 倍取用, 能较为有效地指导施工, 验证了理论方法较为合理; 提出的岩溶区或断层带突水防控对策, 对施工具有一定的指导意义, 为解决隧道岩溶区和断层带突水问题提供一种新的理论支持。     

溶洞顶板厚度与嵌岩深度对桥梁桩基承载力的影响研究

岩溶区桥梁将嵌岩桩设置于下伏溶洞顶板上时,桩端顶板厚度和嵌岩深度是影响桩基受力安全的关键因素。嵌岩桩的桩基承载力由桩端承载力和桩侧阻力组成,主要为桩端承载力。为探明桩端顶板厚度和嵌岩深度对桩端承载力和溶洞顶板稳定性的影响规律,结合工程实例建立溶洞-桩-土一体化三维有限元仿真模型,分析不同桩端顶板厚度、嵌岩深度和溶洞顶板厚度对岩溶区下伏溶洞嵌岩桩桩端极限承载力的影响,进而分析桩端顶板厚度与溶洞顶板安全系数间的关系。结果表明：桩端极限承载力随桩端顶板厚度的增加而迅速增加;桩端顶板较厚时,嵌岩深度对桩顶位移及桩端极限承载力的影响较大;当溶洞顶板岩层较为完整时,嵌岩桩桩端顶板厚度可采用2.5倍桩径的设计值。     

隧底隐伏型溶洞顶板最小安全厚度的探讨

对隧道底部隐伏型溶洞的顶板厚度进行了探讨,通过计算分析,可以得出溶洞高度对衬砌及溶洞顶板的影响很小。同时能满足"溶洞顶板塑性区域不贯通至衬砌底部"、"衬砌安全系数不小于规范值"等2个条件下,得出溶洞宽度分别为2、3、4、5、6 m的情况下,顶板厚度的最小值为2、2、3、3、4 m。对岩溶区隧道施工有一定的指导意义。     

水平层状围岩隧道顶板变形特征及机理分析

隧道在开挖过程中,经常会经过水平层状围岩,这将给隧道施工带来很大的困难,造成安全事故.通过对水平层状围岩隧道顶板变形特征及机理分析得出:水平层状围岩在隧道顶板层面薄弱带附近由于不同步弯曲沉降产生分离,形成离层;水平岩层软硬相间,层间黏结力较差,隧道开挖后拱顶围岩稳定性较差,拱顶失稳几率较大;对于水平层状围岩地区要做好塌...     

城市道路隧道下穿多条铁路线轨道加固技术

某城市道路隧道施工下穿铁路货场、铁路正线及联络线,隧道顶板与铁路的最小距离仅为9.45~13.6m,穿越地层为砂质粘性土及全风化花岗岩。为确保隧道穿越时既有线通车安全,根据穿越线路的不同特点,采用施工便梁及纵横抬梁加固轨道技术,确保铁路既有线施工安全。介绍了方案实施情况,对同类工程有借鉴意义。     

钢箱梁桥面板构造对焊缝疲劳热点应力的影响

通过建立钢箱梁桥面板有限元模型,采用子模型计算了模拟焊缝位置,分析了不同构造尺寸下焊缝位置热点应力,研究了顶板厚度、U肋宽度及板厚、横隔板间距及板厚、铺装厚度及刚度等对焊趾和焊根处疲劳应力的影响。研究结果表明:随着顶板厚度和铺装层厚度及刚度的增加,焊缝位置热点应力减小;随着U肋板厚和上缘宽度的增加,焊缝处热点应力增加;随着U肋高度和横隔板间距及厚度的增加,热点应力变化不明显。顶板的厚度增加时,焊趾与焊根应力之比减小,可导致焊趾-顶板裂纹的概率增加。     

降雨条件下明挖隧道回填土的堆载稳定性分析

对于覆土明挖隧道,回填土的堆载稳定性是评价隧道整体稳定性的关键指标之一。以徐州某临坡明挖隧道为研究对象,通过MIDAS GTS NX软件建立隧道回填土边坡计算模型,计算开挖隧道结构与坡脚所处不同距离时,施工隧道上覆盖填埋土体厚度、降雨环境等条件影响下的覆盖土体边坡位移量。计算表明,距离坡脚较远处开挖隧道,边坡水平位移量较大,且在坡脚和坡顶处的竖向位移较大;随着人工填土厚度的增加,边坡的水平位移和竖向位移皆变大;降雨后土体在水平和竖直方向的位移皆变大。工程中应重视雨季施工回填土堆载的稳定性监测,做好相应预防措施。     

钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹萌生特征及扩展规律

【目的】研究轮载作用下钢桥面板顶板-U肋焊缝裂纹的萌生特征及扩展规律。【方法】通过有限元方法建立钢桥面板节段模型,分析了不同轮载位置下构造的变形特征,明确了轮载位置与典型变形特征的对应关系,相应建立了3种局部简化模型。在局部模型的基础上根据应力分布确定了裂纹萌生特征,并基于断裂力学进行裂纹扩展三维数值模拟。【结果】模拟结果表明,在以顶板为主的变形条件下,顶板焊趾和顶板焊根的最大主应力明显大于U肋焊趾处,裂纹产生后Ⅰ型应力强度因子远高于Ⅱ型和Ⅲ型;在以U肋为主的变形条件下,顶板焊根和U肋焊趾处的最大主应力垂直于U肋厚度方向,裂纹产生后Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子占Ⅰ型应力强度因子K的20%～30%。【结论】实桥中轮载偏离焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和顶板焊趾处萌生且沿顶板厚度方向扩展,以Ⅰ型裂纹为主;当轮载位于焊缝正上方时,疲劳裂纹易从顶板焊根和U裂焊趾处萌生并大致垂直U肋腹板扩展,属于Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹,且扩展速率较快。     

一种灰岩顺层公路边坡失稳机理与动态监测分析

具有次生红粘土软弱夹层灰岩顺层边坡广泛分布在渝东南地区,此类边坡较一般岩质边坡相比有着比较特殊的地质构造,边坡岩质大多为灰岩成分,岩体结构完整且较坚硬,岩层节理往往呈顺层发育,但在岩层之间存在交错次生红粘土软弱夹层。在进行失稳坡坏特点与机理分析基础上,基于尖点突变理论进行模拟基础上,采取一种将变形参数的监测获取与状态评估相结合的方法对此类边坡进行稳定性分析与预报。该方法在重庆市彭水县沙子口顺层岩质滑坡等案例等多个项目得到初步验证。     

独斜塔斜拉桥地锚箱几何参数敏感性分析

以贵州某独斜塔斜拉桥地锚箱设计为工程依托,利用大型通用有限元软件Midas-FEA建立数值模型,通过3种边界试算,得出了地锚箱边界条件的合理模拟方式。采用结构力学简化模型进行理论分析,研究了几何参数对锚固区应力影响程度。研究表明:通过简化的力学模型得到的敏感性曲线和数值分析结果基本一致;锚固区顶板应力对锚固区顶板厚度最敏感,对压重区顶板厚度敏感性最弱。     

压缩波惯性作用对其波形演变的影响

为了准确地评估隧道出口微压波,基于一维平面波方程和压缩波的特性,推导了压缩波在隧道内传播时压缩波压力梯度的理论公式.采用该理论公式,分析了传播距离,初始压缩波幅值以及初始压缩波波前长度等因素对隧道不同位置处压缩波压力波梯度的影响.结果表明:压缩波压力梯度随着传播距离的增加而増大,其变化幅度越来越大,当传播距离接近临界长度时,其压力梯度几乎发生突变;相同的传播距离下,压缩波压力梯度随初始压缩波幅值的增加而增加,随初始压缩波波前长度的增加而减小;当传播距离小于临界长度时,理论公式和数值计算结果的相对误差小于6%,数值计算结果与文献报道的实测结果吻合良好.      

城市快速路隧道立交安全间距分析

为给城市周边新建和改建工程中出现的隧道与互通立交距离较近的规划设计方案提供一定的依据,通过分析城市快速路隧道与立交间车辆的行驶特征,构建了快速路隧道出入口与立交最小间距计算模型。综合考虑交通流特性、交通安全等因素,运用概率论与车辆运动学相结合方法,定性和定量地分析车道变换所需长度,得到快速路隧道立交最小间距与vissim提取交通冲突数进行了仿真对比,最终提出运行速度为100km/h、80km/h、60km/h时安全间距的推荐取值,以供规划设计人员参考。     

时速600 km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征, 采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型, 基于重叠网格法和有限体积法, 以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象, 建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型, 通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率, 得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性, 以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明: 初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成, 形成初期具有三维特性, 在隧道截面同一高度上, 靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大; 在隧道截面同一侧, 靠近车体一侧高度越低, 初始压缩波压力越大, 而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关; 当列车驶入隧道一定距离后, 在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同, 初始压缩波由三维波变成一维平面波; 在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时, 位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值; 列车速度越高, 初始压缩波压力峰值越大, 位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比, 压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。      

基于弹性薄板理论的巷道层状顶板破坏的能量法分析

基于弹性薄板理论,利用能量方法对巷道层状顶板的破坏进行分析,阐述了层状顶板巷道围岩的变形破坏特征,得出顶板下沉的位移解析解,并进而确定了顶板岩层破坏的临界荷载.结果表明,用薄板理论研究层状顶板的下沉及应力分布规律是合理的.     

渔寮隧道围岩内部位移与支护结构受力分析

基于风化节理岩层中渔寮隧道的实测围岩应力,围岩变形以及支护结构受力等数据,结合解析公式计算以及数值模拟的结果,从围岩松动圈半径,支护结构变形与受力评价了围岩稳定性与支护效果。结果表明:渔寮隧道出口段围岩条件较好,最大围岩内部变形达7.71 mm,推测拱顶松动围圈岩厚度半径达3.1 m,拱腰、拱肩处松动圈围岩厚度大于4.0 m,锚杆轴力的分析反映出围岩松动范围内的锚杆受力较大;支护结构受力特征分析表明因隧道拱顶、仰拱处围岩变形较大而传递给支护结构的附加荷载导致其受力增加;数值计算结果显示不同工序打设的锚杆变形存在明显区别。基于围岩变形规律与支护结构受力分析结果,提出了相应的施工措施与支护结构优化意见。     

单线铁路隧道斜切式隧道门模型试验研究

采用几何相似比为1∶30的模型对单线铁路隧道斜切式隧道门的2种型式———正斜切式和逆斜切式隧道门进行了相似材料模拟试验,试验考虑了仰坡坡度和隧道门与线路中线夹角的影响.试验结果表明,洞口段围岩压力和结构内力与覆盖层厚度、仰坡坡度和隧道门与线路中线夹角有关———洞门正交时,结构底部仰拱处围岩压力和弯矩最大;洞门斜交时,结构拱腰处弯矩最大.     

强度折减法判定桩基础极限荷载的尖点突变条件

为采用强度折减法判定桩基础的极限荷载,根据突变理论Zeeman机构、桩基础承载力泛函数和直剪试验原理,建立了桩基础承载力突变的临界条件和位移增量梯度与岩土材料剪应力的关系,进而提出利用尖点突变曲线判定桩基础极限荷载.算例分析结果表明:尖点突变曲线拐点出现后,曲线近似垂直于强度折减系数坐标轴,强度折减系数的微小增量将引起位移增量梯度陡增,说明岩土材料已发生塑性变形,拐点对应的强度折减系数即为极限荷载条件下的强度折减系数;由尖点突变曲线和折减系数位移曲线得到的桩基础极限荷载基本相同,但尖点突变曲线的拐点更明显,物理意义更清晰.      

隧道通过煤矿采空区的施工关键技术

针对公路隧道的煤矿采空区施工,结合某隧道实际情况与采空区状况,首先提出有害气体与突水两种危险因素的消除方法,然后对开挖、超前预支护、洞身支护及洞体封闭与回填等隧道穿越煤矿采空区施工关键技术进行深入分析,最后通过实践得出该技术方案切实可行,能很好保障采空区隧道施工安全的结论,为类似隧道工程提供参考。     

基于灰色突变理论的隧道衬砌裂缝诊断模型

为了利用有限的监测数据评判隧道衬砌裂缝稳定性,应用小波变换对衬砌裂缝监测数据进行分析,去除因环境变化与测试误差而产生的高频部分,保留因围岩压力变化而产生的低频部分,实现了裂缝时效变形的分解。应用灰色理论建立了衬砌裂缝时效变形的GM(1,1)灰色预测模型,实现了利用前期监测数据预测衬砌裂缝后期发展。应用尖点突变模型的平衡条件建立了衬砌裂缝稳定性判据。构建了基于灰色突变理论的隧道衬砌裂缝诊断模型,并对2条典型衬砌裂缝进行了分析。分析结果表明:2条裂缝稳定性判据大于0,均未达到失稳条件;其实测宽度变化量小于0.2mm,宽度变化速率小于0.002mm·d-1,处于稳定状态,因此,该诊断模型可准确预测衬砌裂缝发展趋势。