高速公路隧道衬砌裂纹扩展机理的试验分析

按照相似比制作隧道及衬砌模型,对不同围岩级别下大断面隧道衬砌裂纹扩展机理进行模型试验研究.通过收集试验相关数据得到高速公路隧道在不同荷载条件下,衬砌裂纹扩展的径向位移特征和二衬与初衬间接触应力特征.对隧道衬砌模型进行数值模拟计算,并将计算结果与模型试验结构进行对比分析,分析表明数值模拟计算结果与模型试验结果基本上保持一...     

偏压错台小净距隧道力学性态相似模型试验

试验研究了浅埋、偏压、错台条件下的小净距隧道力学性态相似模型,模拟不同的施工顺序(先开挖左洞和先开挖右洞)对隧道围岩及中间岩柱应力和沉降的影响.试验结果表明,在浅埋、偏压尤其是错台条件下,左洞和右洞开挖对中间岩柱的应力和位移均产生较大的影响;右洞先开挖引起整个上覆岩体的地表和深层沉降量比左洞大3%～48%,引起的两线隧道围岩中的应力释放量比左洞大3%～46%.左洞先开挖对隧道安全有利,应先开挖左洞.因此,针对平行的偏压小净距隧道应先开挖浅埋侧隧道的经验方法,对于错台不完全适用.数值分析和现场监测数据有力地验证了模型试验结果的合理性.     

浅埋偏压对连拱隧道施工力学效应的影响及处治措施

浅埋偏压赋存条件是诱发连拱隧道大变形灾害的重要因素.以某浅埋偏压公路连拱隧道工程为背景,借助数值模拟方法对比研究不同开挖方案条件下偏压连拱隧道围岩、支护结构及曲中墙力学行为变化规律,并结合现场实测数据分析偏压洞口失稳灾害原因及处治措施.研究结果表明,围岩水平位移和竖向位移呈非对称分布,施工阶段埋深较大侧围岩变形受偏压荷载作用影响更为显著;不同开挖方案条件下中墙水平应力分布差异不明显,而竖向应力分布差异较大,中墙墙脚(拱脚)位置出现水平压应力集中现象;方案Ⅱ条件下隧道初期支护拱顶水平和竖向位移均约为方案I的1.40倍以上,且方案Ⅱ更易引起埋深较大侧隧道中墙墙体因遭受附加偏压荷载作用而发生压裂破坏;针对浅埋偏压洞口大变形诱发原因,给出相应的防治措施,加固处治效果显著.研究成果可为浅埋偏压隧道施工变形控制和灾害防治提供科学参考.     

偏压条件下特大断面隧道地震动态响应的数值模拟研究

以福州市二环路金鸡山隧道为工程背景,利用数值模拟方法研究偏压条件下特大断面隧道的地震动态响应(包括地层加速度及衬砌接触压力的动态响应),并与已完成的振动台模型试验结果相互对比验证.数值模拟结果表明:地层各测点的PHA放大系数,沿地层中轴面及衬砌边缘随高程呈对数型增长,沿临空侧坡面随高程呈指数型增长;中上部地层各测点的PHA放大系数,随地震动幅值增大呈近似线性减小趋势,而下部地层各测点的PHA放大系数则基本不变.上述数值模拟结果所表现出的高程效应,与模型试验结果基本一致.另一方面,由于地形偏压影响,静止工况下隧道衬砌上的接触压力表现出一定的偏压效应;随着地震动幅值增大,其偏压效应被进一步放大,大震幅工况下靠山侧衬砌所承担的最大接触压力约为静止工况的3倍,最小接触压力几乎为零(即衬砌与围岩完全脱空).但相比于模型试验,本次数值模拟中的衬砌始终设置为弹性状态,可能高估了其所承担的接触压力.     

偏压隧道围岩压力分布规律理论研究

结合偏压隧道围岩压力的理论公式,分析偏压隧道围岩压力和破坏范围与地表倾角、埋深和围岩条件的关系.结果表明:地表倾角越大,则深埋侧的破坏范围越大,而浅埋侧的破坏范围减小;偏压程度随着埋深的增大而减小;破坏范围随着摩擦角的增大而减小,偏压程度随着计算摩擦角的增大而减小,提高软弱围岩的力学参数可以有效地改善隧道的偏压情况,而...     

偏压连拱隧道施工过程优化的FLAC^3D分析

偏压连拱隧道不同的施工过程对衬砌、岩体的受力特征和稳定性有着截然不同的影响,在地质条件较差的情况下该影响更为明显.结合安徽铜黄高速富溪隧道进口段工程项目,运用FLAC3D程序,对复杂地质条件偏压连拱隧道采用三导洞施工方法下的施工顺序进行了数值模拟研究,分析了进口段隧道衬砌、围岩和边坡在不同导洞、主洞施工顺序下的应力应变情况,通过对比,确定了先开挖左导洞的导洞开挖顺序和先开挖右主洞的主洞开挖顺序是较合理的.     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律及其监测

运用相似模型试验和数值分析成果 ,分析岩溶区公路隧道在全断面开挖过程中的围岩变形特性 .提出了岩溶区全断面开挖隧道围岩变形时空曲线的一般模式 .在此基础上 ,建立了岩溶区围岩稳定性判别标准 ,给出超前支护和二次衬砌的最佳时机 .并运用现场量测数据的结果验证了所提出的岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律的正确性 .     

流变岩体中支护圆形隧道施工过程的时效理论解

针对水平和竖向地应力不相等的一般地应力条件下圆形隧道的断面开挖、纵向推进及衬砌施工问题,用任意黏弹性模型模拟不同岩石流变特性,用与时间相关的开挖函数模拟隧道断面开挖过程,用虚拟支护力等效纵向开挖效应,并在隧道开挖完成后的任意时刻施加弹性支护.采用复变函数方法和拉普拉斯变换技术给出用复位势表达的边界条件和围岩、衬砌接触位置协调条件,建立关于复位势中待定项系数的方程.通过求解方程确定待定项系数,从而得到开挖与支护整个施工过程任意时刻围岩位移和应力理论解答,并与相同条件下有限元解进行了对比.根据解答分析了围岩位移和应力的分布规律以及衬砌施加时刻对围岩位移和应力的影响.根据现有解析程序,可以形成快速预测隧道施工力学状态的计算机系统,方便、快捷地进行相似工程条件下的初步设计.     

45°倾角正断层粘滑错动对隧道影响试验分析

通过1∶50室内模型试验,模拟了45°倾角正断层粘滑错动下,与之正交的隧道结构的受力变形破坏过程,并布置传感器监测了隧道顶部和底部的围岩压力、隧道轴向的应变和隧道环向的应变.结果表明,围岩压力在剪切带附近发生显著变化,上盘和剪切带范围内拱顶压力显著增大,下盘拱顶压力次之,上盘和剪切带隧道底部压力减小,下盘底部压力显著增大,隧道与下部围岩可能局部脱空以适应断层的剪切位移;上盘和剪切带范围内隧道纵向弯矩为正,下盘范围内为负,隧道偏心受压;以原型混凝土压坏来判定衬砌破坏,初步确定原型结构破坏所容许的最大断层位移D=0.7m,理论上该值略偏大;隧道衬砌破坏区域长度,在剪切带和下盘范围分别为1.7和2.8倍隧道宽度.     

特大断面隧道断层段地震响应与断层构造关系

针对特大断面隧道断层破碎带地震响应强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题,本文采用FLAC 3D仿真计算软件,通过数值模拟,研究特大断面隧道地震与断层宽度、断层倾角的关系,分析衬砌地震响应规律,确定抗震薄弱位置及抗震设防范围。分析结果表明：断层处的衬砌横断面上的拱腰和拱脚处属于抗震薄弱位置,需要在这些位置处重点进行设防;断层上盘位置对地震响应更明显,应加强这些位置上隧道衬砌的抗减震措施;地震时,小倾角,大宽度的断层构造对特大断面隧道的影响大。在本文研究的断层构造范围内,特大断面隧道的抗震设防区域选取应为：断层及断层交界面前后各取25~30m的区域。这些结果可为地震区的特大断面隧道设计建设提供参考。     

兰渝铁路变断面单线隧道衬砌模板台车的设计与应用

根据变断面铁路单线隧道衬砌模板台车在兰渝铁路隧道施工中的应用情况,对变断面铁路单线隧道衬砌模板台车的设计原则、技术参数及其在隧道衬砌施工中的应用作了说明,重点分析了两种断面下模板的设计.从节约成本方面考虑,在增加模板铰接点的情况下,得出两种合理的方案,成功应用于兰渝铁路单线隧道的衬砌.     

不同埋深下大直径盾构隧道横向刚度有效率

盾构隧道衬砌结构整体性能受到纵缝及环缝接头不连续性的影响,接头受力状态随埋深变化发生改变,其刚度也将发生变化,进而引起结构整体刚度的改变,对于大直径深埋盾构隧道这一影响更为突出.基于该问题,以上海沿江通道越江隧道典型衬砌结构为例,采用横向变形等效原则,参考管片接头结构试验结果,研究大直径盾构隧道横向等效刚度随埋深而变化的规律,并考察了地基刚度与错缝拼装对于计算结果的影响.结果表明,大直径盾构隧道的横向刚度有效率与埋深有较大关联,覆土较浅时变化规律相对复杂,覆土厚度超过1.0倍直径后随埋深整体上呈现先递增而后递减的趋势,在埋深达到2.0倍直径后由于地层成拱效应不再继续降低,上述规律还受到地层条件的影响.研究成果对于大直径盾构隧道的设计与计算具有一定的参考价值.     

施工期隧道喷混凝土支护安全性评价

隧道施工中,利用支护位移的监控量测数据及时地进行支护结构的安全性评价是隧道动态设计的关键,对保证隧道结构的安全具有重要意义.在隧道监控量测参数中,由于支护位移测量方便、花费低和可信度高,在工程实践中被广泛采用.本文欲以隧道施工中喷混凝土支护的量测位移为基础来建立一个隧道结构的安全性评价方法.文章给出了支护结构截面失效的功能函数及计算支护内力的计算公式,讨论了基本随机变量的概率特征,叙述了通过测量位移计算可靠指标的步骤.在此基础上进行了实例分析,总结了所提方法的特点,并给出了今后研究工作的建议.本文方法可用于施工期隧道喷混凝土支护的安全性评价,具有较好的理论和实用价值.     

特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩变形时空效应

为探明特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩时空效应规律,进而为类似隧道工程提供系统性借鉴,通过现场监控量测及大数据回归分析方法研究特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩变形时空效应。结果表明:隧道开挖,施做初期支护后,拱顶沉降及洞室围岩水平收敛过程分为3个阶段,分别为急剧变形阶段、缓慢变形阶段、稳定阶段;隧道开挖,施做初期支护25 d后,是施做二次衬砌最佳时机;隧道结构体系与掌子面空间距离约3倍洞径时,是施做二次衬砌最佳时机,且Ⅴ级围岩二衬距离掌子面距离不应大于50 m。     

煤系地层隧道围岩变形规律与支护技术

为更好地研究煤系地层隧道开挖与支护问题,通过利用ADINA软件对大断面煤系地层隧道开挖与支护进行数值模拟的方法,建立了Mohr-Coulomb弹塑性本构二维平面模型,分析了煤系地层隧道大断面开挖和支护的过程;揭示了用于计算开挖过程中位移场、应力场及其分布规律。计算结果表明:煤系地层隧道施工采用台阶法开挖有利于隧道的应力释放和稳定;同时,在支护上采用一次支护、二次支护和衬砌。现场施工监测较好地反映了煤系地层这一软弱岩层的隧道开挖与支护参数,为类似条件的隧道施工提供了一定的理论和现场的指导。     

硬岩隧道锚喷支护施工过程非线性有限元分析

聚丙烯纤维喷混凝土作为隧道锚喷支护中的新型支护方式,具有施工便捷特点,并可以改善混凝土的性能和耐久性。文章采用非线性有限元法对东巨寺沟硬质围岩铁路隧道进行了大断面开挖-锚喷支护施工全过程分析,分析了施工过程中围岩的位移变形、应力、塑性区分布特征,验证了隧道支护后的围岩稳定性和支护效果。     

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。     

双层衬砌输水盾构隧道鲁棒性设计方法

双层衬砌输水盾构隧道设计需要考虑其施工过程及受力特性,同时地层的不确定性也影响结构的安全性能. 为此结合双层衬砌输水隧道的受力特点,基于极限状态设计原则,采用两阶段法分别计算外衬单独承担外压及内外衬共同承担内外压两种受力状态,对截面受力、收敛变形及最大裂缝宽度均加以安全性约束,建立了双层衬砌输水盾构隧道横断面鲁棒性设计方法及流程,并结合实际工程案例进行了结构设计参数的优化. 研究表明：鲁棒性设计方法综合考虑隧道建设成本及结构对外部参数变异的敏感性,引入约束多目标优化算法可以获取完整三维Pareto前沿面. 采用赋权重的方法统一两种极限状态下的鲁棒性指标,可以实现成本-鲁棒性的二维优化 . 通过将隧道分段并提取典型断面优化的方式可有效解决纵向不同区段参数变异性较大的问题,保证掘进中的参数统一及隧道安全.     

扁平超大断面隧道的施工力学特征及其动力稳定性分析

针对超大断面小近距隧道支护设计中的围岩压力分布、位移变形特征问题,以牛寨山双洞八车道公路隧道为研究对象,建立了考虑工程实际地形、工程地质的三维有限元模型,开展了隧道开挖的施工力学形态数值模拟分析,得到了隧道施工过程中隧道围岩变形规律,探讨了小净距大断面隧道近接施工的影响规律.结果表明,小净距大断面隧道所表现出来的施工力学特性复杂,由于偏压的影响,围岩整体水平位移呈非对称分布,最大水平位移发生在南线隧道拱肩处,隧道拱顶下沉最大值发生在先行洞,隧道仰拱处隆起较大;应力集中在两洞仰拱和拱脚处.在此基础上,开展了隧道开挖后的动力有限元计算,分析了洞口段地震力作用下的动力响应,评价了其动力稳定性.计算结果可为优化设计、指导隧道施工以及为隧道稳定性和支护结构安全性评价提供参考.