基于有限元强度折减法确定某隧道的安全系数

有限元强度折减法在确定边坡安全系数中得到了广泛应用,其基本原理为：同时折减土体材料强度参数c、φ值,找到边坡濒临破坏时的折减系数,此折减系数即为安全系数。对于隧道结构可采用类似的方法：折减土体的材料强度,将隧道濒临破坏时的折减系数定义为隧道的安全系数。通过有限元强度折减法计算得到算例隧道的安全系数。     

隧道工程中锚杆的功效研究

系统锚杆是锚喷衬砌的重要组成部分,目前广泛应用到隧道衬砌中。然而锚杆到底对隧道结构的稳定起多少作用一直没有有效的定量计算方法。本文以某高速公路隧道为例,用有限元强度折减法计算了锚杆在不同地质条件下对安全系数大小的影响。结合有限元数值模拟,通过对承载拱截面的受力情况分析后得到如下结论:锚杆对隧道结构的稳定性影响不大,因此建议隧道建设中取消系统锚杆。     

浅埋大跨偏压隧道的破坏模式分析

为研究浅埋大跨偏压隧道破坏模式,利用有限元强度折减法对三心圆曲墙式断面隧道和马蹄形断面隧道在不同埋深、坡比工况下的塑性应变和安全系数进行研究,得到隧道的破坏模式及发展规律:无偏压条件下,随着埋深增加,三心圆曲墙式断面隧道最大塑性应变由拱肩向下转移到边墙附近,而对于马蹄形断面隧道,当埋深较浅时,在拱肩和边墙出现破裂面,随着埋深的增加拱肩的破裂面逐渐向边墙脚转移;当存在偏压时,三心圆曲墙式断面隧道浅埋侧先破坏,随着埋深的增加,最大塑性应变由浅埋侧拱肩移到浅埋侧边墙位置,对于马蹄形隧道,破裂面从浅埋侧拱肩和深埋侧边墙转移到墙角;在同一埋深条件下,三心曲墙式断面隧道安全系数高于马蹄形隧道安全系数。     

仰拱型式对隧道结构的影响

结合工程需要，采用ANSYS5．7大型有限元分析软件，计算分析了拱形仰拱与梳形仰拱对隧道结构内力与围岩变形的影响，计算结果表明梳形仰拱对隧道结构受力是有利的，因此。梳形仰拱是可以采用的。     

浅埋偏压小净距隧道开挖顺序研究

采用改进的有限元强度折减法计算某浅埋偏压小净距隧道2种开挖方式在各个施工阶段的安全系数大小.比较这些安全系数,找到2种开挖方式在整个开挖过程中最容易产生破坏的施工步,得出浅埋偏压小净距隧道先开挖深埋侧可避免出现较危险的施工状态这一结论,希望对研究对类似工程的施工具有一定的指导意义.     

公路隧道仰拱力学性能的仿真分析

以某隧道工程为依托,采用有限元软件ANSYS对Ⅱ、Ⅲ类围岩是否设置仰拱的应力及变形进行了分析和对比,并研究其变化规律以检验支护结构的可靠性。     

特大跨度连拱隧道仰拱设置研究

福州长乐国际机场高速二期金鸡山隧道、罗汉山隧道均设计为双向8车道连拱隧道,在国内几乎没有可借鉴的工程。本文针对拱部位于Ⅳ级围岩而边墙以下为坚硬整体岩石的情况,对仰拱设置进行了计算分析。计算结果表明,这种情况下是否设置仰拱对围岩稳定、初支及二衬受力影响不大。     

大断面隧道仰拱底鼓破坏模式

仰拱作为隧道重要的组成部分,其底鼓变形是影响路面及轨道平顺性的关键因素,与车辆的安全运行息息相关,为确定大断面隧道仰拱底鼓的基本破坏模式,弄清仰拱底鼓产生机理,采用室内模型试验与扩展有限元数值模拟相结合的方法,对不同加载模式下仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究,将试验结果与扩展有限元结果进行比较,验证试验中破坏模式的准确性。将围岩压力分为底部受力占优,侧面受力占优以及底部和侧面受力同时占优3种情况,以确保模型试验加载方式的可靠性,并对其破坏机理进行分析。研究结果表明：大断面隧道仰拱底鼓破坏的基本模式可以分为U-W形破坏、U-LJ形破坏以及U-H形破坏3种;U-W形底鼓时仰拱底部承受较大的顶升力,引起仰拱隆起变形,以仰拱中心受弯破坏为主,仰拱两侧拱腰处与上部衬砌相连,对其隆起有一定的阻碍作用,导致中心部位隆起速度明显高于两侧,最终形成W形的破坏形态;U-LJ形破坏时仰拱承受较大的水平轴力,导致仰拱出现剪切破坏,最终形成W形的破坏形态;U-H形破坏时仰拱在底部和侧面荷载的挤压下,仰拱与边墙的连接部位受剪破坏,无法有效传递轴力,最终导致仰拱与边墙脱开;仰拱中心以及仰拱与边墙连接部位为仰拱的易损薄弱位置;研究成果可为隧道仰拱结构的设计和施工提供理论依据,对保证隧道的安全运营具有重要意义。     

小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨

采用改进的有限元强度折减法计算了某浅埋偏压小净距隧道的2种开挖方式在各个施工阶段的安全系数大小。通过比较这些安全系数,找到了2种开挖方式在整个开挖过程中最容易产生破坏的施工步,得到了浅埋偏压小净距隧道先开挖深埋侧能避免出现较危险的施工状态这一结论。     

基于强度折减法边坡与隧道联合地层稳定性研究

采用有限元强度折减法通过有限元计算,分析隧道拱肩不同覆盖厚度及偏压隧道不同埋深下边坡与隧道联合地层稳定的安全系数、临界失稳塑性区分布、隧道与原状边坡潜在滑动面的位置关系.分析结果表明:边坡与隧道联合地层临界失稳的破坏模式存在洞室稳定可控制和洞室及边坡稳定共同控制2种形式,边坡与隧道联合地层稳定安全系数的大小受隧道与边坡...     

不同埋深铁路隧道仰拱受力特征研究

以董志塬区银西高铁黄土隧道为例,对不同埋深条件下隧道仰拱的基底接触压力和钢拱架应力随时间的变化规律、空间分布特征及其差异性进行了对比研究.研究结果表明,浅埋隧道基底接触压力变化时间较深埋隧道略长;不同埋深隧道仰拱处最小基底接触压力均出现在拱底中心处,最大基底接触压力均出现在拱脚处,且同一部位浅埋隧道基底接触压力明显大于...     

长仰拱栈桥在黄土隧道施工中的应用

为确保黄土隧道施工安全,初期支护结构尽快封闭成环,解决隧底仰拱及填充施工质量通病,利用黄土隧道开挖非爆破作业的特点,在黄土隧道施工中利用长大仰拱栈桥。通过在长仰拱栈桥上配置仰拱模板和混凝土捣固整平装置,有效减少了仰拱立模时间,提高了仰拱混凝土振捣质量。该工装能保证隧道开挖、初期支护、仰拱开挖及二次衬砌作业有序开展,极大地提高了施工工效,经济和社会效益明显提高。     

公路隧道仰拱裂缝处理技术探讨

以某隧道仰拱及路面混凝土面板裂缝处治为例,对隧道仰拱及路面裂缝特性进行介绍。根据沉降开裂观测数据,全面分析隧道仰拱产生裂缝的原因,并提出相应处治措施。     

节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理

以往只有位移,应力,尺寸和塑性区分布在分析节理岩体隧道的稳定性时考虑。这样,既不可以明确发现破坏面的位置和范围,也不能得到的安全系数量化标准。定量分析节理岩体隧道稳定性模型试验与数值分析在本文得出了研究。通过使用有限元强度折减法计算破坏状态和节理岩体隧道的安全系数。结果表明,联合倾角对破坏面的位置产生更大的影响。如果α＝0°时,破坏面对称分布在两侧;如果α＝30°和45°,滑动面旋转节随理倾角的变化,并相应地分布在节理的上下部分;如果α≥60°,破坏面转移到底部。特别地,如果α＝90°时,可形成拱顶的中间破坏面。安全系数结果表明,安全系数降低了不同程度的节理岩体隧道同质隧道,但节理倾角对安全系数的影响不大相比。节理间距和强度的降低,安全系数降低。     

公路连拱隧道拱部纵向裂缝原因研究

某公路双联拱隧道，主体工程完工后，衬砌产生裂缝和渗漏水等病害状况，分析了病害的成因，建立有限元模型对衬砌裂缝的形成进行模拟分析，并针对病害程度，按分类治理的原则，提出了相应的整治建议。     

浅埋隧道仰拱计算模型与动态设计

由于缺少仰拱设计的理论依据,目前许多隧道的仰拱设计不尽合理,在浅埋隧道的仰拱设计中问题尤为突出。通过分析软基与隧道结构稳定性的关系,提出了浅埋隧道仰拱荷载的确定方法,其中以仰拱荷载系数将拱顶地层对隧道结构的垂直压力与仰拱荷载联系起来。结合仰拱的施工工艺,建立了三铰拱仰拱力学模型,给出了合理拱轴线的方程和内力计算公式。提出了浅埋隧道仰拱的设计步骤,并结合工程算例做了进一步说明。考虑到隧道开挖揭露的地质条件可能与设计勘察的地质条件有出入,建议将动态设计的理念引入到仰拱设计,使设计依据可靠,设计方法合理。     

道路改扩建条件下石砌拱涵稳定性研究

为研究张家口原公路改扩建为高速公路过程中,填土高度增加情况下石砌拱涵稳定性,采用有限差分数值计算方法,分析了不同填土高度情况下的拱涵－地基应力的变化规律。根据拱涵砌体的抗拉强度和抗压强度,建立砌体的等效粘聚力和内摩擦角,从而分析结构的安全系数。计算结果表明:结构体系的破坏主要源于地基的失稳,拱涵本身具有较高的安全系数。     

大跨隧道超浅埋段护拱反吊暗挖法设计及作用分析

通过介绍护拱反吊法在大崛坑1号隧道中部超浅埋冲沟段暗挖施工中成功应用,并利用三维数值计算模拟动态施工过程,对护拱反吊方案作用效果进行分析,总结护拱反吊法作用机制。分析结果表明：护拱反吊法在控制围岩变形,抑制塑性区发展以及对支护结构受力状态的改善等方面效果明显,是一种安全、快速有效的大跨隧道超浅埋段暗挖施工方法。     

某高速公路隧道仰拱底鼓原因分析及处治方案数值模拟

针对某高速公路隧道仰拱底鼓破坏等病害,从地质因素、支护设计等方面综合分析仰拱底鼓等病害的原因。提出了全面疏通排水设施,采用注浆+锁脚+锚杆加固措施,并运用有限元软件对加固施工过程进行数值模拟,评价处治方案的可行性,为隧道加固提供依据。     

大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明：隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。