岩溶地区双隧道开挖围岩稳定性数值分析

结合广乐高速公路长基岭隧道施工工程,利用有限差分软件FLAC3D对2条隧道之间岩体中含有溶洞情况下的隧道围岩稳定性进行数值模拟研究。结果表明:隧道开挖后,隧道围岩分别向隧道内和溶洞内变形,且变形幅度随着溶洞尺寸的增大普遍变大;隧道围岩塑性区分布位置和范围随着溶洞尺寸的不同出现明显的变化;隧道底部围岩由于拉应力的出现可能使围岩产生过大的变形和岩体破坏,对其稳定性要给予特别的重视。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

隧道围岩开挖稳定性等级综合评判实用方法研究

针对目前围岩稳定性等级评价方面存在的缺陷，考虑影响围岩体稳定性的主要因素，提出了一种基于层次分析法(AhP)和物元模型的综合评价系统。以围岩稳定性等级、评价指标及其特征值构造物元模型，同时采用层次分析法计算各评价指标的权系数，并根据计算出的综合关联度来实现对各围岩稳定性等级综合评判。以某水电站2号导流调工程实例验证了该系统的科学性、可靠性以及适用性。     

基于SPH-FEM耦合方法的开挖面稳定性多尺度分析

运用光滑粒子流体力学(SPH)模拟土体在开挖扰动下的大变形破坏过程,通过有限元(FEM)模拟非大变形土体与隧道结构,运用多尺度方法来探究开挖面稳定性问题。两种方法所建立的土体区域皆运用相同的三维摩尔-库伦本构模型进行高斯积分点上的求解,以确保一致性。通过与开挖面稳定性模型试验的标定,验证了该方法的可行性。以此为基础,运用控制变量法进行一系列参数分析,探究了土体受到开挖扰动时的竖向位移、竖向应力的变化规律及对应位移场、应力场和等效塑性应变场的变化规律。最后,研究了等沉降面的发展情况,证明了这种多尺度方法的可信度。对于开挖面稳定性方面的研究,这种耦合方法可以较好地反映土体的变形规律和破坏机制,为研究开挖面稳定性提供了一种有效的计算工具。     

管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析

为了研究管棚预支护对隧道开挖面稳定性的影响,从塑性极限分析机动学方法出发,利用土的强度折减系数概念,建立了管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析模型,由此确定开挖面稳定系数及其相应的潜在破坏模式.结合实际工程,采用该方法计算得到的开挖面极限支护压力与有限元强度折减法的计算结果吻合较好,验证了本文方法的合理性.进而研究了隧道埋深、隧道洞径及围岩条件对开挖面稳定性的影响,分析了上述因素与开挖面极限支护压力及稳定系数的关系.对有无管棚预支护隧道开挖面稳定性分析表明:在软弱地层、大跨洞径等条件下,管棚预支护能有效提高开挖面稳定性.     

公路隧道开挖围岩稳定性数值模拟研究

公路隧道施工中控制隧道围岩在开挖后的变形,避免发生过大变形与破坏,为隧道二次衬砌争取时间是隧道施工中的关键问题。本文采用有限元数值模拟方法,模拟分析某一公路隧道的施工开挖过程,研究在不同的工况条件下,隧道围岩的稳定性,根据分析结果为隧道施工选择了合理的开挖施工方法,隧道典型断面的监测结果表明采用的施工方法能够满足开挖施工的安全及进度要求。     

开挖技术对隧道围岩稳定性数值模拟分析

依托正习高速公路第7合同段桃子垭隧道,利用FLAC3D数值模拟软件,模拟全断面法、台阶法、CD法和CRD法等4种不同开挖方法对隧道围岩稳定性的影响。通过数值模拟,对不同开挖方式下隧道围岩的位移变化、应力变化和应变特征进行对比分析,确定CD法为桃子垭隧道的最优施工工法。     

不同开挖方案下尾调室穹顶围岩稳定性分析

运用FLAC3D数值分析软件,对无支护条件下某水电站左岸#1尾调室在两种施工方案下穹顶的围岩稳定性进行分析,并对#1尾调室穹顶围岩的应力分布特征、变形特征、塑性区分布特征等计算结果进行比较和分析,从而说明了两种开挖方案下围岩可能会出现的破坏特征。计算结果表明:与开挖方案1相比,开挖方案2不存在第3步开挖后的顶拱的应力集中和边墙的应力松弛问题,同时不会加大穹顶变形稳定问题,推荐采用第2种方案。     

公路隧道围岩稳定的结构面影响

结构面是影响公路隧道围岩稳定的重要因素。本文引用最新研究成果，系统地分析了结构面空间方位、几何参数的抗剪强度对公路隧道围岩稳定的影响，根据工程实践，搪塞了ＲＱＤ指标运用的若干问题，推荐了ＪＲＣ的定量统计估测方法。     

上软下硬地层盾构隧道开挖面稳定性数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件,对上软下硬地层的盾构开挖过程进行模拟,通过计算分析不同工况下的支护应力比和开挖面最大水平位移之间的关系,得出上软下硬地层隧道施工的安全盾构推力范围。结果表明：开挖面最大水平位移随支护应力比的减小而增大,数值模拟得出的最小支护力变化规律同实测值相一致,且盾构推力的安全参数范围为4.9～6.8。     

考虑应变软化的隧道围岩稳定性分析

本文论述了在静水压力作用下，园形隧道围岩的弹塑性变形理论，并推导出相应的求解公式，对应变软化的隧道围岩应力场，位移场和塑性半径进行解析分析。     

存在局部破碎带条件下海底隧道渗透稳定性分析

根据渗流有限元计算方法及岩石强度折减理论,研究考虑海水渗透压力作用下,存在破碎带海底隧道围岩的流固耦合稳定性分析方法,并将此方法应用于青黄海底隧道工程,进行隧道围岩堵水和不堵水2种条件下的渗流场以及隧道的渗透稳定性计算分析。结果表明：由于破碎带的存在,海水入渗将直接导致隧道围岩范围内水头升高,渗水量增大,特别在破碎带附近产生较高的水力梯度,这使隧道的安全系数大大降低;堵水加固后,隧道的整体安全系数有所提高,围岩内渗流量明显减小,但是在堵水部位,隧道围岩的梯度有所升高,所以应该加大堵水部位围岩的支护强度。并讨论海底隧道设计中渗透压力梯度的考虑及堵水加固措施的选择。     

基于块体理论的隧道围岩稳定性分析

为了解决隧道工程施工中围岩稳定性分析这一工程难题,依托某在建公路隧道,基于地质素描与数理统计分析工作,精细化描述节理产状、间距、填充物、黏聚力等特征,并利用三维重构技术建立基于节理特征的隧址区地层模型,最后利用块体理论检索了无支护、有支护工况下隧道临空面潜在的关键块体,分析了滑移形式和安全系数,并对支护参数进行了优化,得知原设计支护强度富余,适当优化后仍可确保结构安全。     

考虑岩墙厚度的大断面隧道掌子面稳定性分析

基于道吾山隧道施工过程中发生的突水灾害,建立了三维情况下掌子面前方岩墙的力学计算模型,推导了突泥突水下隧道掌子面岩墙厚度的计算公式,与极限分析上限法进行了对比分析,并对各计算参数的影响进行了分析;根据隧道已有的力学参数,计算了不同溶腔压力作用下,隧道掌子面前方岩墙的最小安全厚度;运用数值分析了不同岩墙厚度下隧道掌子面前方溶腔的临界压力值,通过对比分析了数值模拟结果与理论计算结果,验证了这一方法对于研究隧道前方存在有压溶腔的掌子面稳定性具有一定意义。     

考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解

为了得到考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解,基于复变函数理论引入一种新的考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形的求解方法。首先,为克服非圆形隧道断面、注浆圈几何形状和考虑衬砌支护造成的计算困难问题,引入了保角变换及复变函数幂级数解法。通过采用最优化解法确定保角变换中各项系数,得到计算模型映射函数。其次,通过幂级数复变函数法和弹性力学连续性条件克服隧道衬砌以及围岩注浆圈带来的多连通域问题,确定应力函数各项系数。随后,将得到的应力函数代入应力、位移方程求解考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形值。最后,将新方法所得结果分别与未考虑注浆作用的非圆形隧道应力及位移解和数值模拟计算结果进行对比分析。研究结果表明：注浆后注浆圈环刚度增大,整体性提升;衬砌变形减小,衬砌受到的围岩压力减小;围岩注浆有效改善了衬砌受力状态,使衬砌拱顶下沉减小约21.8%,拱底隆起减小约18.1%,拱脚附近法向应力减小约19.9%,环向应力减小约8.9%;围岩注浆可以有效加固岩体,封闭隧道周边岩体裂隙,改善衬砌受力状态,提高隧道抵抗变形和破坏的能力;解析解与数值解吻合较好,所得规律符合工程实际规律。研究结果可为考虑注浆加固作用下的非圆形隧道开挖问题提供一种新的快速、准确的计算方法,并为考虑注浆加固作用的非圆形隧道数值计算和安全运行提供参考依据。     

影响隧道围岩稳定性的因素分析

以地质学为基础,结合其他相关专业理论与工程实践,对影响隧道围岩稳定性的地质因素及人为因素进行了综合分析。     

隧道上部充水溶洞对围岩稳定性影响的数值模拟

基于隧道上方存在充水溶洞时容易对开挖造成很高的风险性,因此要预留一定的安全岩墙确保施工安全.通过数值模拟对比分析了隧道顶部正侧和上方侧向存在充水溶洞时对隧道开挖围岩稳定性的影响,计算结果表明:在自重应力作用下,隧道开挖后塑性区与充水溶洞塑性区贯通后易造成隧道涌水塌方;当隧道顶部和侧向存在充水溶洞时,如果洞径比小于1.0,建议安全岩墙的厚度应分别至少预留0.8倍隧道洞径和1.0倍隧道洞径;而洞径比大于1.0时,则安全岩墙厚度应分别至少大于1.0倍隧道洞径和1.2倍隧道洞径.     

断层影响下隧道围岩稳定性的数值分析

断层等软弱结构面是隧道工程中最常见的一类规模较大的地质不连续面。诸多工程实践和研究表明,隧道围岩的变形与破坏大多受到断层等软弱结构面的控制。结合大华岭隧道施工过程,根据隧址区断层实际走向、断层面产状与隧道轴线不同夹角,利用基于有限元方法的岩土与隧道分析系统(MIDAS/GTS)对断层影响下的隧道围岩稳定性进行数值模拟分析,以DX(V)位移等值线数据分析为例,分析了特定施工段支护前后沉降对比及位移量,讨论了围岩和支护体系的结构状态及工程效果。该方法可为同类隧道设计、施工和研究提供有益借鉴。     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

考虑钻孔速率的公路隧道围岩类别超前分类研究

为了有效的进行公路隧道围岩稳定性超前分类,将台车钻孔速率引入到围岩稳定性评价指标体系中,通过增加动量因子和设置自适应调整学习率的方法建立了改进型BP神经网络的围岩分类模型。该模型考虑了钻孔速率这一实测性、超前性的数据,为模型注入了更为丰富的信息量,提高了围岩分类的可靠性,能较准确的预测出掌子面前未开挖段的围岩类别,弥补了施工地质超前预报中靠主观经验观察、分析的不足。通过实例分析,所得的分类结果与实际吻合,对施工的指导性强。     

管棚预支护条件下水下隧道开挖面三维稳定性分析

基于塑性极限分析理论,建立了考虑渗流力的管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析模型,由此确定开挖面的极限支护压力。结合深圳地铁实际工程,采用该方法计算得到的开挖面极限支护压力与流固耦合数值计算结果吻合较好,验证了该方法的合理性,进而研究了管棚预支护对隧道开挖面渗流力的影响,分析了地下水位和管棚剩余长度与开挖面渗流力的关系。分析结果表明:渗流力对隧道开挖面稳定性有显著的影响,而且渗流力与地下水位呈线性关系,当隧道在富水地层施工时,必须考虑渗流力对隧道开挖面稳定性的影响;采用管棚预支护可以显著地减小隧道开挖面处的渗流力,但当开挖面前方管棚剩余长度超过2倍洞径时,再增加管棚长度对减小开挖面渗流力的效果不明显。