断层影响下千米深井巷道围岩破坏机制及控制

为解决深部巷道断层附近围岩变形量大的问题,以山东鑫汇金矿-1 070 m水平石门巷道为研究背景,现场调查发现巷道存在冒顶和片帮等隐患,且巷道断面尺寸在原有支护下2个月后由3.6 m×3.1 m缩减到3.1 m×2.5 m.采取修正后的Hoek Brown准则引入Hoek Brown常数(m1)、岩体地质强度指标(GSI)和扰动因子（D）3个参数,计算后发现临界失稳半径与Hoek Brown常数、地质强度指标和岩石单轴抗压强度呈负相关,与围岩应力和扰动因子呈正相关.在此基础上,通过数值模拟对比了原方案和 “超前管棚注浆支护+锚梁网喷+长锚索+钢支架”联合支护方案的效果,结果表明：巷道顶底板变形量最大分别减小了400和300 mm,底板变形量两帮变形量最大减小了200 mm,检验了支护方案的有效性.方案实施后,现场监测表明,巷道顶底板及两帮的围岩变形量维持在250 mm以内,巷道围岩状况满足工程的需要.     

越岭浅埋偏压隧道支护系统承载特性分析

从地理、地形及地质等方面,剖析了西南山区浅埋偏压隧道的建造环境,针对该类隧道介质参数、荷载的多变性及其衬砌结构力学传递机制的复杂性,基于衬砌结构稳定的强度和变形控制原理,研究了应力和位移双重等效的隧道介质参数反分析模型及其优化算法,并理顺了其实施操作程序.然后提炼出偏压隧道承载结构承载特性的表征参数及非均衡性刻画指标.最后以有限元数值方法为手段,研究了某隧道浅埋偏压段支护体系的力学响应,从中总结出浅埋偏压隧道支护结构的承载特征,为类似工程设计和施工控制措施提供指导.     

用有限元强度折减法对海底隧道进行稳定性分析

利用有限元强度折减法求得的安全系数与潜在滑动面,不仅可以评价隧道的稳定性和设计的合理性,还可以对支护参数和施工工艺提出改进建议.计算表明,青岛湾址隧道的埋深、双洞净间距均安全合理;隧道围岩的整体变形不大,局部位置变形明显,在支护设计及施工过程中这些部位需重点考虑;双洞上拱出现拉应力区,但是最大拉应力值小于岩石抗拉强度.模拟结果为海底隧道结构设计提供了可靠的分析依据.     

基于HOEK-BROWN软化模型的支护结构稳定性分析

根据HOEK-BROWN强度准则,引入计算岩体峰后地质强度指标及其强度参数的方法,并总结岩体临界软化参数η*的计算方法,分析不同因素对η*的影响。基于锚喷组合支护特征曲线,利用收敛-约束原理分析开挖方法和支护时机对隧道支护结构稳定性的影响。研究结果表明:采用不同开挖方法获得的围岩特征曲线和纵向变形曲线存在差异;与弹塑性模型相比,采用应变软化模型计算得到的支护结构稳定性系数更高;采用台阶法开挖能大大提高隧道支护结构稳定性系数;距离开挖面越远处设置支护可以使其稳定性系数更高,但不利于围岩变形的控制,在实际支护设计中,应综合考虑支护结构稳定性和围岩变形控制这2个因素。     

蓝家岩隧道初始地应力测量及应用

为指导蓝家岩隧道变形预测、合理选择支护参数、安全施工,本文简要介绍了应力解除法测量地应力的基本原理及试验步骤,采用空心包体套孔应力解除法对不同埋深隧道现场地应力实测,通过对钻孔应力解除测试结果分析,得出该隧道部分区间的地应力分布规律:蓝家岩隧道为高地应力隧道,最大主应力方向与隧道轴向垂直,不利于隧道稳定。最大水平主应力方向与岩层走向基本一致,最小水平主应力方向与岩层倾向基本一致。采用Hoek公式预测变形,优化软弱围岩大变形的控制措施,选择合理的支护参数,确保安全施工。     

基于隧道刚度折减法的土体开挖对临近既有地铁隧道影响的数值研究

城市地下空间的开发,常出现在既有隧道附近开挖土体.通过三轴试验得出土体南水双屈服面模型参数,根据刚度折减法建立数值模型,分析隧道埋深和基坑偏移对隧道结构的影响.研究表明:开挖后基坑附近的隧道产生向上的位移,基坑中部位移较大,边缘位移较小.隧道埋深越大,上升位移量越小;埋深30 m时,基坑中心和边缘处隧道的竖向位移差最大,弯曲变形和弯曲拉应力也最大.基坑向右偏移12 m时,左侧隧道的上升位移较大,且基坑中心和边缘处的竖向位移差较大,产生较大的弯曲变形和弯曲应力;基坑位于右侧隧道正上方时,上升位移量和差异变形量均较大,其中拉应力和应力的变化最大.     

深部高应力软岩巷道注浆时机优化分析

基于支护-围岩共同作用原理分析,揭示朱集西煤矿深部高应力软岩巷道围岩收敛变形与支护强度及围岩自承力的变化关系,获得巷道围岩位移与支护强度的关系曲线。采用FLAC3D内嵌的Fish语言编程,提取巷道围岩塑性区、拉伸破坏区及剪切破坏区体积数,揭示不同岩性与埋深条件下巷道围岩变形和塑性区扩展随应力释放率的演化规律,再现巷道围岩从局部破坏直至整体失稳破坏的演化过程,提出以应力释放率阈值作为判定注浆时机的指标。研究结果表明:确定当围岩变形量为150 mm时,实现存储于围岩内变形能的充分释放及围岩自承力的最大利用。采用应力释放率阈值60%和围岩变形量150 mm作为判定注浆时机的指标是合理的,两者可相互验证。提出"锚网索喷+注浆+底板锚注"联合支护技术方案,解决了深部高应力软岩巷道支护难题,验证了所确定的注浆时机是合理、可行的。     

泥质页岩偏压隧道支护结构受力特征研究

为了研究中国西南地区泥质页岩地层修建隧道时所存在的围岩大变形、初期支护偏压破坏等现象,依托中老铁路玉溪至磨憨段曼木树隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟相结合的方法对泥质页岩偏压段的围岩变形、围岩压力和钢拱架应力进行研究,探讨支护结构的受力特征.研究结果表明:上台阶开挖后的变形占总变形量的80％,最大变形位置为左侧拱腰处;围岩压力和钢拱架应力呈现明显的"上大下小"和"左大右小"的空间分布特点,围岩压力最大值为386.4 kPa,钢拱架应力最大值为174.2 MPa;模拟结果与实测结果变化趋势接近,具有明显的偏压特征,左侧拱腰位置偏于危险.研究成果可为泥质页岩地层下隧道的设计和施工提供参考.     

黄土隧道中下台阶连接处变形的原因分析及控制方法

针对山西中南部铁路通道临县隧道在黄土地质下初期支护在中下台阶连接处变形的情况,通过研究监控量测数据变化规律和围岩应力分析,得出中下台阶初期支护变形的原因并制定相应的措施,从而使中下台阶初期支护变形得到有效控制。     

葡萄山隧道高地应力大变形施工对策及应用

以葡萄山隧道高地应力大变形段为工程背景,分析了隧道施工过程中遇到的围岩及支护结构发生的变异,见象及变异原因,同时提出了相应的施工对策并得到有效的应用,确保了隧道安全、经济及快速施工。结果表明：对高地应力及大变形隧道施工,通过现场监控量测和综合地质预报信息相结合,准确了解围岩及支护结构的力学特性,引用动态施工和设计的理念,及时调整施工方法和设计参数,对保障隧道工程安全和优化施工具有现实意义和实际应用价值。     

隐伏溶洞影响下隧道开挖稳定性数值模拟

隐伏溶洞是引起隧道围岩失稳甚至塌方的常见不良地质之一,为分析其对隧道开挖稳定性的影响,采用FLAC3D有限差分法和现场监测手段,探讨了隐伏溶洞尺寸、溶洞与隧道净距及溶洞位置对隧道开挖过程中围岩应力场、应变场及隧道变形的影响规律。研究表明：①围岩最大剪应力与最大剪应变增量均随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）,塑性区集中于隧道-溶洞中间岩柱;②隧道变形时程曲线呈“S”形,隧道变形随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）;③当溶洞直径大于0.6倍隧道宽度,且与隧道净距小于0.6倍隧道宽度时,隐伏溶洞对围岩塑性区和隧道变形具有明显影响,且隧道侧部溶洞对隧道稳定性最为不利;④建议岩溶隧道工程采用动态化设计、施工及监测,并采用综合超前地质预报探明实时地质情况。     

邻近堆载诱发既有隧道受力变形研究

地表堆载会引起邻近土体产生沉降变形,进而会对地下空间中的邻近隧道造成安全威胁。为了获得邻近既有隧道受到地表作用的影响,采用Boussinesq解获得地表堆载对邻近既有隧道的竖向附加应力,将既有隧道简化成搁置Vlasov地基模型的Euler-Bernoulli梁,引入既有隧道侧向土体影响,进一步获得隧道在邻近堆载作用下的变形响应。通过与既有工程案例数据对比分析可知：该方法理论解析与监测数据较为接近,验证了方法的可靠性;与该方法退化解析对比,本文方法更贴近工程实测数据。参数研究表明：隧道与堆载中心间距的增大会引起隧道纵向位移及内力的减小;堆载荷载的增大会引起隧道纵向位移及内力的增大;随着既有隧道刚度的逐渐增大,隧道纵向位移会逐渐减小,但会引起既有隧道内力的增大。     

盾构下穿引起上覆管线变形的解析计算方法

盾构下穿易引起周边土体产生自由位移，并进一步对邻近既有管线的受力变形产生较大影响。论文从能量角度出发，采用Rayleigh-Ritz法获得管线变形函数，并基于Pasternak地基模型建立管线在外力作用下的势能方程，采用最小势能原理对管线能量进行变分求解，获得盾构下穿引起上覆既有管线受力变形解析解。与既有文献实际工程监测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与基于Pasternak和Winkler地基模型差分解进行对比分析，该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明：增大隧道开挖半径、地层损失率会导致管线变形及其弯矩的增大；隧道与管线的夹角的增大会减轻管线变形，但会增大管线弯矩。     

螺栓连接纵向安装边机匣的有限元分析与优化

针对航空发动机螺栓连接纵向安装边机匣的结构特点,运用有限元优化设计方法,建立了螺栓连接纵向安装边机匣的有限元计算模型,利用有限元软件进行了应力分析与模态分析,获得了螺栓连接纵向安装边机匣的最大等效应力和前4阶固有频率以及相应的振型,并对纵向安装边的几何参数进行了应力灵敏度分析和动态特性灵敏度分析。在此基础之上,确定了纵向安装边主要设计参数的变化对结构最大等效应力和低阶固有频率的影响规律。通过修改设计参数对螺栓连接纵向安装边机匣结构进行优化,提高了结构强度和动态性能,为螺栓连接带纵向安装边机匣设计提供了依据。     

成贵高铁高坡隧道软岩大变形机理分析及病害整治

成都-贵阳高速铁路高坡隧道施工中出现较长段落煤系地层软质岩大变形病害,给隧道施工造成极大困难。设计单位针对此段变形病害段开展了岩样取样分析、地质分析、整治设计及工程处理,确保了高坡隧道施工顺利进行。系统介绍了隧道区域地质环境、变形病害段的特征及工程整治措施,分析认为变形段病害产生是由于地应力作用、软质岩强度低、围岩膨胀性、地下水、群洞效应等综合原因所致,提出了软质岩具有缓慢蠕变的时效性,应重视深埋隧道地应力、岩石强度的研究,加强深埋段软质岩初期支护是有效防止变形病害的措施。     

任意形状隧道围岩应力与位移的解析延拓求解

考虑隧道断面开挖轮廓线为任意不规则形状的情况,基于复变函数方法中的解析延拓法对弹性半无限空间内隧道的围岩应力与位移进行求解,建立了任意形状隧道围岩中任意一点处的应力值和位移值的隐式解析表达式。然后以圆形断面隧道作为特例,同时考虑隧道衬砌等内支撑法向反力作用的影响,求解出弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解的具体显式表达式,其中假设隧道埋深与隧道直径之比较大,从而不用考虑重力梯度的影响,将重力简化为作用在边界上的均布外荷载。最后与已有的非均匀受压圆断面水平巷道围岩的应力和位移解公式进行对比,证明了该方法的准确性。该求解方法拓展了解析延拓法的应用,并能快捷地评估任意断面形状隧道开挖中的围岩应力状态及位移变形情况。     

注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案例分析

不良地质条件下进行隧道开挖时,隧道围岩原有应力平衡状态遭到破坏,若控制不当,可能会引起隧道大变形等不良现象的发生。为进一步研究注浆锚杆在隧道开挖过程中的支护作用机理,以圆形隧道开挖过程为例,对其围岩塑性变形区域、围岩潜在破裂面等进行了分析计算,同时对锚杆阵列布置、锚杆有效长度等进行了优化设计,推导出了对应的计算公式。结合一个圆形开挖隧道的锚杆布设方式实例,考虑三种锚杆加固方案,对理论研究成果进行了验证,研究结果表明：(1)隧道围岩的拉应力会通过注浆锚杆向周围进行转移,以增强其开挖隧道围岩的抗压强度和弹性模量;(2)提高隧道围岩的抗压强度、弹性模量,可以有效地降低隧道的土压力和沿径向的变形,且可提高隧道开挖效率;(3)注浆锚杆对围岩的加固作用,受到锚杆材质、长度、抗拉强度、直径以及布设方式等多种因素的影响。     

软岩隧道挤压变形的概率模型

软岩隧道的挤压变形是深部高地应力区岩石地下工程中的主要地质灾害之一,对其发生的可能性及其分级的预测是工程建设中必须解决的重大问题。基于概率分析理论,通过研究挤压性围岩大变形破坏机理,建立了软岩隧道挤压变形发生的概率及挤压程度分级模型。影响挤压变形的两个主要因素是岩体单轴抗压强度σcm和初始垂直地应力P0,将强度应力比σcm／p0作为判别因子建立挤压变形概率模型。利用该模型对国内鸟鞘岭隧道工程挤压变形情况进行分析,结果与实际情况符合较好,说明该模型在研究隧道挤压变形发生的可能性及挤压程度分级中具有良好的实用性和有效性。     

考虑级配空间随机特性的堆石坝变形应力分析

为研究坝壳料填筑级配的空间变异性及其对土石坝变形、应力的影响,以两河口心墙堆石坝最大断面坝段为例,选取分形分布作为级配模型,引入地质统计学方法,以指数模型、高斯模型为变异函数模型,分析级配分形维数的空间变异结构,采用克里金估计方法模拟堆石料、过渡料级配的空间随机分布;将随机模拟与有限元方法相结合,对大坝进行500次随机应力、变形计算后得到收敛结果,并与确定性有限元法作比较。结果表明：考虑级配空间分布的随机性时,坝体水平向位移、最大沉降量等都有不同程度的增大;若不考虑随机性,有超出50%的概率低估坝体应力、变形;考虑级配随机特性的计算方法对于高堆石坝设计及变形控制问题具有较好的应用价值。