地下工程平衡稳定理论再研究

目前,地下工程结构在计算分析方面主要采用传统松弛荷载理论（类似荷载结构法）和数值分析法;在合理结构构造、施工工法等方面主要采用岩承理论（类似地层结构法）,这些已有理论或方法隐含“变形协调控制”假定,实际应用中往往将这些假定忽视,因而需进一步发展新的理论方法以适应实际应用的需求。在大量工程实践和试验的基础上,揭示地下工程有效承载结构层与围岩荷载转移规律之间的关联性,建立地下工程平衡稳定理论,此理论既能反映传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容,又能拓宽平衡稳定性等内容,是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念; 同时提出能量控制技术、预支护技术、受力独立性综合技术、变形协调控制技术4项关键技术。将这些技术合理地运用到实际工程施工中,将便于利用已有或新成果分类预防和控制地下工程质量和安全,为解决新型地下工程问题提供新的依据。     

山岭隧道地震反应的几个特性

通过对山岭隧道的有限元动力计算,总结山岭隧道地震反应的一些特性。深埋隧道比浅埋隧道的动力响应小;洞口偏压明显的隧道,其偏压侧的动力响应明显比非偏压侧大,并且最大动力响应出现于隧道拱腰;而洞口偏压不太明显的隧道,其偏压侧的动力响应比非偏压侧稍微大一点,最大动力响应出现于隧道拱顶;另外隧道围岩的弹性模量对隧道的动力影响非常明显。     

密砂地层盾构隧道纵坡开挖面稳定性理论分析

盾构开挖面支护压力计算属于隧道工程稳定性分析的核心内容之一。现阶段理论研究主要集中于水平隧道开挖面的失稳机理,未能充分考虑盾构机纵向倾角的影响。选取仰坡、水平和俯坡3种掘进工况,基于前期模型试验结果与极限平衡理论,构建了密砂地层盾构隧道纵坡开挖面三维理论模型,结合Terzaghi松动土压力理论推导出开挖面主动极限支护压力计算公式。采用有限差分软件Flac3D^5.0构建三维数值模型,分析了密砂地层不同纵坡条件下的开挖面失稳模式及支护压力的变化特点,结合模型试验结果,综合确定理论模型核心参数(对数螺旋线高度系数和滑裂面倾角)的选取方法。通过开展与其他理论方法的对比分析,验证了该理论模型的可行性。研究结果表明：隧道由俯角倾斜渐变至仰角倾斜的过程中,开挖面失稳区域逐渐扩大,且相应极限支护压力呈近似两阶段线性增加,支护压力的增加幅度在隧道由水平渐变至仰角倾斜期间显著提升;开挖面支护压力随隧道直径的增加同步增大,且在仰坡条件下,隧道直径对支护压力的影响更为显著。该研究成果对于盾构纵坡掘进施工具有一定的指导意义。     

隧道围岩模糊分类研究

针对目前普遍使用的几种公路隧道围岩分类方法中存在的缺陷,提出了以隧道稳定性为基础,全面考虑影响围岩稳定的各类因素,运用模糊数学理论对隧道围岩分类进行定量化划分。总结了几种容易在洞顶和侧壁造成掉块的不利节理组合。建立了公路隧道模糊评判模型,对诸永高速公路西华岭隧道的围岩类别进行了评判。结果证明比以往的仅靠经验定性判断或仅以几个物性指标来对围岩好坏进行定量判别,更能准确无误的评判,能够很好的指导施工,保证隧道的安全。     

独立隧道、小净距隧道和连拱隧道结构受力独立性研究

 独立隧道、小净距隧道和连拱隧道三种隧道设计与施工都要遵循“基本维持围岩原始状态”和“能量最小原理”。只要结构设计合理、科学组织施工，即可基本保持小净距隧道和连拱隧道洞体受力的独立性。连拱隧道优化断面衬砌压力和内力分布基本对称，与分离隧道相接近，是一种合理的连拱隧道构筑方法。     

基岩地震波作用下隧道计算模型分析

针对隧道的地震计算模型,详细分析了地震波、有限元区域及边界条件、有限单元尺寸等3个关键问题,指出：隧道的地震分析应采用平原基岩地震波;在地震波作用分析中计算模型应采用底部固定边界条件,侧面具有无限边界时,不宜采用有限截断后添加具有透射功能的边界,而宜根据圣维南原理采用大范围的截断边界;有限元尺寸应根据地震波的频谱关系确定。     

不同倾角的破碎带对隧道围岩稳定性影响

针对工程中具有破碎带的隧道存在饱水的实际情况,基于流固耦合理论,利用有限差分法软件Flac,对含有破碎带的隧道围岩在饱水条件下的开挖稳定性进行分析。通过考虑流固耦合效应,得到不同倾角的破碎带在开挖前后的渗流场特性、主应力特性和塑性区特性等结果,并在此基础上分析了地下水的存在对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:随着破碎带倾角的增大,使围岩加速破坏,塑性区的范围也逐渐扩展,说明形成不稳定围岩的区域也在扩大。通过渗水模型试验对存在破碎带的围岩在饱水情况下隧道失稳的过程进行演示,揭示围岩破坏的机理。研究成果可为富水地层条件下含破碎带的隧道工程开挖设计提供了理论参考。