基于D-P准则的深埋隧道破碎化分区规律研究

深部洞室开挖因应力重分布而使围岩出现松动区、塑性区、弹性区,基于D-P准则对深埋隧道围岩破碎化分区提出划分准则,利用ANSYS软件分析不同埋深3个区域发展状况并与规范推荐荷载高度进行对比,揭示埋深对松动区、塑性区半径的影响。研究结果表明,Rp,Rc与埋深H近似呈线性关系,与芬纳公式走向基本一致;当埋深超过某一临界埋深时,松动区迅速发展而呈现指数型增长;松动区分布形态及范围随埋深不同而呈现明显差异。     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道开挖引起的围岩应力状态变化，改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上，研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明：隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程，隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显，拱顶次之；在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约掌子面前后各1倍的隧道跨度，在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度，对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外，文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道的开挖引起围岩应力状态的变化,改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上,研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明:隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程,隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显,拱顶次之;在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约为掌子面前后各1倍的隧道跨度,在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度,对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外,文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

基于D-P准则千枚岩变形破坏统计损伤本构模型研究

在分析岩石变形机理基础上,选用Drucker-Prager准则和推广的Lemaitre应变等价性原理,在统计损伤变形理论基础上考虑岩石初始损伤阈值,建立能表达绢云母千枚岩变形破坏全过程的统计损伤本构模型,对岩石三轴围压条件下应力-应变曲线进行拟合。引入损伤修正参数q对完全破坏阶段的变形过程进行修正,利用公式法代替传统比较法所得到的参数;修正后模型能更好地反映绢云母千枚岩处于完全破坏阶段变形特征,常规物理力学试验即可得到相应模型参数。探讨不同围压下分布参数对本构模型影响,验证该模型的准确性和可行性。     

漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识： 开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形（过度变形或松弛）的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化： 1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素; 2）尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法; 3）把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法; 4）在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中（除洞口段外）采用同一种开挖方法--全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况： 1）日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2）美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3）欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件： 施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。     

隧道锚开挖循环进尺的时空效应分析

运用大型有限元软件Abaqus对隧道锚的开挖进行三维数值模拟,对隧道锚开挖循环进尺的空间效应和时间效应进行了分析。通过对拱顶沉降量、底拱隆起量、中夹墙水平收敛以及塑性区分布范围的计算分析,对施工方案的安全性、合理性进行了验证。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheorey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。     

考虑流固耦合效应的基坑开挖施工对地铁隧道结构影响分析

邻近地铁沿线的建设工程施工不可避免地会对已建成的地铁结构设施的安全和运营产生影响,为确保地铁结构设施的稳定和运营安全,需要对建设工程的设计、施工方案进行审查,评估工程施工对地铁结构设施的影响。以某工程为例,运用流固耦合分析方法研究了在地下水作用下,考虑水和岩土体耦合作用的基坑开挖过程对地铁隧道结构的影响,并分析了桩基础施工对地铁隧道结构的作用效应。基坑开挖过程中降水会引起基坑范围内较大幅度的地表沉降,该过程与基坑开挖卸荷效应联合作用,对地铁隧道结构的变形应力产生复杂的影响;另外,邻近地铁隧道结构的桩基施工加载也会引起隧道结构的下沉变形,需要在实际工程中予以重视。     

关于广州地铁隧道空气动力学效应缓解措施的研究

地铁列车高速通过中间风井以及多次在地下线路与高架线路间转换,引起车厢内压力波动,降低了乘车的舒适性。文章总结了其他国家制定的地铁或高速铁路不同的人体舒适度压力控制标准和国内的地铁压力舒适度的相关研究,采用地铁环境模拟计算软件SES 41,对广州地铁14号线列车线路在隧道运行时不同列车时速、不同的隧道断面、不同渐扩段长度等情况下通过隧道洞口及中间风井时车头的压力波动及压力舒适度进行计算分析,提出对于高速地铁可在常规盾构隧道断面入洞口处和中间风井处设置一定长度及规模的渐扩段,同时结合行车组织的压力缓解措施的设计建议,这些措施在广州地铁14号线、21号线、南京机场线等工程设计中已进行应用,具体效果有待线路开通后进行实测验证。     

施工过程对软弱围岩隧道空间效应的影响分析

为了研究在软弱围岩隧道三台阶开挖过程中,施工工序对围岩变形、应力的空间效应影响,以某软弱围岩双线铁路隧道为例,通过数值模拟,分析隧道周边围岩的变形和应力的空间变化过程,并将计算结果与现场监测数据进行对比验证。结果表明： 先行最大拱顶沉降和先行最大收敛位移分别达到总位移的53.3%和67.28%;上、中台阶的开挖对拱顶和起拱线处围岩应力的变化影响巨大;锁脚旋喷桩与围岩之间的压力变化受上、中台阶开挖的影响较大,且待开挖台阶土对隧道周边产生外撑力,能对接触压力有一定影响。     

基于等效面积Drucker-Prager模型探讨边坡破坏机制

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用。基于等效面积的D-P屈服准则如DP1,DP2,DP3,DP4等模型来模拟二维和三维边坡稳定状况,进行了边坡稳定性分析计算。得出不同折减系数下边坡中广义塑性应变的变化情况,结果表明用该模型能较好地模拟土坡的渐近破坏过程,有助于对边坡的破坏机制的更深层次的理解;并把计算结果和传统极限平衡方法进行了对比,表明三维稳定有限元分析可较二维有限元更加真实地反映边坡的稳定状况;基于等效面积的D-P屈服准则的DP3模型的计算比较真实,更好地模拟了边坡的破坏机制。     

复合地层中基坑开挖对下卧隧道变形影响研究

在城市建设中,基坑开挖会引起附近地层变形,造成附近地下隧道变形,从而对地铁隧道正常运行造成安全隐患。以南京地铁3号线明发广场站至南京南站区间地下空间开发为背景,采用数值方法对复合地层中基坑开挖对周边土体及隧道变形影响进行研究,重点分析基坑开挖宽度与隧道直径比(L/D)和复合地层模量比(E2/E1)变化对土体及隧道变形的影响。主要研究结果如下:1)当L/D3时,基坑底部回弹和隧道变形随基坑宽度增加而增大,当L/D≥3时,基坑底部回弹和隧道变形不受基坑宽度增加的影响;2)当E2/E18时,基坑回弹和隧道变形随模量比的增加而迅速降低,当E2/E1≥8时,基坑底部回弹量和隧道变形不受模量比的影响。     

单侧基坑施工对邻近轨道交通隧道结构安全影响分析

以邻近苏州轨道交通1号线隧道某基坑项目为背景,利用有限元方法,分析了单侧基坑施工对既有隧道受力和变形的影响。计算结果表明:在轨道交通隧道单侧进行基坑施工时,隧道的变形跟基坑与隧道间距、基坑开挖深度以及隧道埋深有关;当基坑与隧道水平间距大于30 m时,单侧基坑施工对隧道结构变形影响较小,而当基坑开挖深度增大时,对邻近隧道结构变形影响也增大;隧道与基坑水平距离、基坑开挖深度对隧道衬砌轴力值影响不大;水平间距大于30 m后,基坑施工对隧道弯矩值影响较小。     

开挖与回填过程中隧道受力和承载拱效应研究

为研究开挖和回填过程中既有隧道受力变化及其与承载拱之间的联系,设计模型试验,通过考察开挖与回填过程中既有隧道的位移、内力及围岩压力,得到隧道受力变化规律,并对隧道受力与承载拱之间的联系进行分析。结果表明: 1)既有隧道上方开挖过程中由于承载拱的存在,会使隧道经历无影响、弱影响、强影响3 个阶段,但既有隧道上方回填过程中不会产生承载拱,填方对隧道的影响基本呈线性增加,隧道处于持续受影响状态; 2)回填后的结构受力普遍大于相同覆土高度下开挖后的结构受力,且拱顶和仰拱相对其他部位受影响较大,易因内侧受拉出现裂纹; 3)承载拱的产生与否主要取决于一定埋深隧道围岩应力状态是否经历三向应力-二向应力转变的历程,隧洞开挖时围岩应力的转移和重分布导致了承载拱的产生。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之二：隧道围岩稳定性分析及其判据

作为一个讲座对以往研究成果作一综述。分析隧道围岩稳定性的3种判据,提出有严格力学依据的稳定安全系数作为围岩稳定分析的定量判据。指出围岩有剪切安全系数与拉裂安全系数,并建议采用强度储备安全系数作为围岩稳定安全系数。建立土体隧道稳定分析的新理念和新方法,计算中考虑了围岩的荷载释放,初期支护作为弹塑性材料加固围岩,并应具有一定安全系数,以确保施工安全。二次衬砌作为弹性结构,围岩、初期支护与二次衬砌共同作用确保运行安全。对岩石围岩分级提出初步建议,并以无衬砌围岩安全系数作为各级围岩自稳能力的定量判据,由此反推出各级围岩的力学强度参数,改善了参数的合理性。     

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。     

衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析

针对目前世界最大直径水下盾构隧道的工程背景和劣化环境,通过分析衬砌劣化机理和行业规范标准确定了以有效厚度考量衬砌结构劣化,采用强度折减原理对强度参数进行逐步地折减,建立了考虑地层土性和覆土厚度影响的水下盾构隧道衬砌劣化模型,运用数值计算方法分析了衬砌劣化的多种组合工况,从而对衬砌劣化引起上海长江隧道（崇明越江通道）变形的特征表现和趋势规律进行了研究和探讨。研究结果表明：基于有效厚度折减的衬砌劣化分析方法能够有效地反映劣化后隧道结构的整体变形状况,且计算结果可靠合理,可为盾构隧道健康状态诊断与分析提供理论依据和技术支持,也可为运营管理部门正确及时的养护维修提供借鉴和指导。