考虑中间主应力与约束损失的深埋圆形隧道围岩特征曲线分析

提出基于统一强度理论和非相关联流动法则,推导同时考虑中间主应力和约束损失两种因素作用下的围岩弹塑性应力-位移解析解.结合算例,分析中间主应力和约束损失对围岩特征曲线的影响规律.结果表明:考虑中间主应力的影响,能够充分发挥围岩的强度;考虑约束损失的影响,计算得到的围岩塑性区径向位移值减小,说明在利用围岩特征曲线进行支护设计时,同时考虑以上两种因素,能够取得较好的经济效益.     

隧洞结构受力及变形特征的离心模型试验研究

随着地下工程建筑的不断发展 ,对地下结构受力和变形估计的要求由定性走向定量 ,为此 ,结合一拟建大型地下隧洞工程 ,通过离心模型试验 ,研究了砂土中隧洞衬砌的土压力和变形特征以及施工间隙的影响。试验共做了 3个模型 ,分别模拟无间隙以及间隙高度为 10 cm和 2 0 cm的情况。试验结果表明 ,隧洞周围砂土通过发挥拱效应 ,在很小的支护压力下能够保持稳定 ,临界支护压力不仅远小于原位土压力 ,也远小于 Terzaghi松动土压力     

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.     

高轴向应力下围岩环状破裂模式及其影响因素

采用厚壁钢桶约束的含预制孔洞模型的轴向加载试验,研究在有围压高轴向应力条件下,洞壁围岩的环状破裂模式及其影响因素.试验结果表明:环状破裂是从洞壁剪切破坏带相互交割处开始,向远离洞壁方向开展的以拉为主的破裂,其在洞壁附近近似平行于洞壁临空面.对于近距离双洞隧道,由于两洞间应力场叠加强烈,在高轴向应力下,环状破裂将环绕两洞,呈椭圆形发展;当两洞距离较远,两洞间应力场叠加较弱时,环状破裂带将分别围绕单洞扩展.环状破裂的形成及破裂带间距与洞壁曲率、隧道断面尺寸和岩石材料非均匀性有关.     

渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解.绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线.研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大.     

隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

季冻区隧道冻胀力影响因素交互性及敏感性正交试验分析

为探究影响季冻区隧道衬砌冻胀力各个因素的交互性及敏感性,依托承担冬奥会人员转运工作的延崇高速主线翠云山隧道,通过建立ANSYS数值模型,对冻胀率、冻融圈厚度、衬砌弹模等冻胀力影响因素进行了正交试验。研究结果表明：(1)考虑各个因素对冻胀力的影响时可只考虑其主效应。(2)融圈厚度、冻胀率、衬砌弹模、冻结围岩弹模以及未冻结围岩弹模均对冻胀力的影响较为显著;各因素敏感性排序为：冻结围岩弹模＞冻胀率＞未冻结围岩弹模＞冻融圈厚度＞衬砌弹模。(3)相比于原始参数,实验最优参数各部位冻胀力均有所减小且降幅均超过30%,最小降幅发生在拱顶为34.20%,并据此提出了控制冻胀力的措施,为河北地区季冻区隧道建设提供指导。??     

临近溶腔内压对隧道初支稳定性影响的模型试验

部分未经处理溶腔填充物复杂且受季节性、突发性降雨影响,溶腔内压增大会影响临近隧道结构稳定性,易导致施做后的初支结构失稳.以某三车道公路隧道为依托,开展了隧道开挖后承压溶腔对初支力学行为影响的模型试验.试验中逐级增加溶腔内压,测试了隧道洞周位移、初期支护内力及背后围岩压力的变化特征,研究承压溶腔位置及内压对隧道初支稳定性的影响.试验结果表明:隧道临近溶腔处洞周位移随溶腔内压增大而变大,达到临界内压时突然增大;承压溶腔内压增大显著增大了钢拱架临近溶腔测点处的弯矩,使钢拱架轴力水平整体提升;同时增大了临近溶腔位置处及墙角处初期支护背后围岩压力,造成初支受力不均匀.洞周位移发生突然增大、钢拱架在轴力和弯矩共同作用下达到屈服强度时,初期支护结构失稳.在试验设定的溶腔尺寸及间距下,仰拱处存在溶腔时,内压增大,隧道初期支护最先失稳.     

基于现场实测的绢云母片岩隧道变形与受力特征

绢云母片岩是西南地区普遍存在的复杂地质软岩,遇水易软化、泥化,在该中地层条件下施工的隧道普遍出现软岩大变形问题,处理不当还会造成塌方,极易造成严重后果。以实际工程为载体,通过现场试验,研究绢云母片岩隧道的变形与受力特征。研究结果表明:三台阶开挖造成围岩压力的多级释放,每台阶开挖后围岩压力均经历快速增长与缓慢增加两个阶段,围岩压力总体呈现出"右上、左下大,右下、左上小"的非对称分布;初期支护钢架以受压为主,应力"上大下小"分布,右拱腰处钢架压应力最大237. 4 MPa,大于钢架抗压强度设计值;围岩整体向内挤压,隧道呈现"上大下小"不对称变形,右拱腰处最大变形量325 mm,大于预留变形。研究指出了施工过程中的安全隐患,并为绢云母片岩隧道的设计、施工提供了数据参考。     

基于正交试验的寒区隧道温度场影响因素敏感度研究

影响寒区隧道温度场的因素众多,建立基于有限差分的隧道非稳态传热计算模型,以实际寒区铁路隧道南山隧道为例,采用正交试验法分别以隧道衬砌内部节点平均温度、隧道某断面衬砌温度和隧道洞口纵向冻结长度为指标对影响隧道温度场的各因素进行敏感度研究.结果表明:不同指标下各因素敏感度排列有局部差异;总体来讲,隧道埋深、洞内风向、隧道断面大小、洞内风速、入口风温、围岩导热系数、隧道埋深是影响隧道温度场的主要因素,围岩比热容、围岩密度是影响隧道温度场的次要因素.在寒区隧道抗防冻设计中,除去围岩比热容、围岩密度、围岩导热系数、入口风温等不可更改因素,对隧道温度场影响较大的隧道埋深、洞内风向、洞内风速、隧道断面大小、隧道埋深等隧道设计参数必须合理设置.     

负泊松比锚索超大断面隧道围岩大变形控制体系

为解决传统吸能锚索不能解决超大断面隧道软弱围岩隧道大变形的问题,首次提出将NPR锚网索支护体系应用于超大断面隧道支护措施中。本文依托侨城东路隧道东线标准段为工程背景,通过实地勘察,室内试验和理论分析的方法,从围岩岩性,物理力学特性以及水文地质条件方面,揭示了侨城东路隧道围岩大变形机理;通过室内试验得到NPR锚索物理力学特性并构建本构模型;再利用Rhino软件建立隧道以及初期支护模型、FLAC3D软件进行模拟计算,对比分析无锚索、PR锚索、不同排距NPR锚索4种方案围岩应力、位移、变形破坏规律。基于以上研究成果,进行室内相似比物理模型试验进行对比验证。结果表明,NPR 锚网索支护体系相比普通锚网索支护能够有效的控制超大断面隧道软弱围岩大变形,不仅为侨城东路北延通道工程的施工及初期支护提供了数据支撑,也为类似条件隧道的围岩变形控制奠定了理论基础。     

明垭子软岩隧道围岩稳定性评价

以明垭子软岩隧道为工程依托,结合现场围岩岩性应用理论分析得出隧道围岩变形的理论极限位移,通过FLAC数值模拟软件建立相应的计算模型,分析了现场施工引起的隧道围岩变形值,根据位移评判依据来评判隧道的稳定性,通过现场监测分析明垭子隧道围岩的变形特点。研究结论对软岩隧道的安全施工有一定的参考价值。     

地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析

为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响,考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性,建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法.首先,基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论,将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力,建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法.其次,针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点,建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法.将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算,对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果,结果表明,地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显;层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,接触面附近破坏区发展较大;考虑接触作用后,衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大,首先发生开裂损伤破坏,成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位,隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位.     

硬石膏膨胀特性及其湿度应力场膨胀本构模型

硬石膏岩遇水表现出很强的膨胀特性,且由于地下水分布的动态不均匀性,导致围岩不均匀膨胀。以梁忠高速公路礼让隧道中硬石膏岩为研究对象,采用土工固结试验仪,设置不同初始浸泡水量,对硬石膏进行侧限膨胀试验,研究其吸水率、膨胀应变及应力变化规律。结果表明:硬石膏吸水率呈先快后慢型增长,快速增长过程中硬石膏吸收的水主要转化为结晶水,慢速增长阶段,硬石膏内部自由水逐渐增多;硬石膏膨胀应变及膨胀应力随浸泡水量增加而增大,当浸泡水量为硬石膏完全石膏化理论耗水量的1/4时,达到二者增长率明显减小的转折点;硬石膏吸水率具有时间效应,且吸水率与时间呈负指数关系,基于此,结合湿度应力场理论,得到了硬石膏湿度应力场膨胀时变本构。     

灵宝县豫灵镇万米平洞岩爆控制试验

  豫灵镇10000m深平洞,在埋深超过800m、巷道穿越灰白色大理岩或灰岩时常发生岩爆事故。为了控制岩爆,依据巷道地压分布规律,借助爆破震动,引起巷道两帮和端面前方的应力峰值向岩体深部转移,释放部分集中应力,增强减压区的承载能力。本文通过现场最大超深比、最小超深比与最多超深孔数、最少超深孔数的正交爆破试验,得出呈三角形布置3个超深达到掘进循环进尺1.2~2倍的辅助眼可成功控制3400mm×3000mm巷道端面的岩爆。在巷道腰墙处离底面1.8~2.0m沿走向每间隔1.0、1.5、2.0m分别布置深2.0m的震动炮眼。试验表明,沿走向间隔不大于2.0m布置震动炮眼,可成功控制巷道两帮岩爆;如果震动炮眼间距偏小,可能在帮墙上产生爆破震动裂纹。     

铁路隧道横洞进主洞关键技术及施工方案优化

以全长922 m某隧道2号横洞为例,首先运用地质调查法、地震反射波法(TSP)、电磁波法(雷达)、超前钻探法等综合超前地质预报技术手段;对横洞进正洞交叉口段围岩情况进行预判与辨识。基于横洞进主洞原设计方案,对交叉口段初期支护受力进行建模和计算;并结合计算结果对支护方案进行了优化;通过对交叉口段围岩收敛变形监测数据分析,证明优化后方案可以满足对施工安全、施工质量以及硐室围岩变形控制的要求,确保了横洞进主洞施工的顺利实施,对类似地质条件下辅助硐室进主洞室的施工技术应用具有重要借鉴意义。     

斜井巷道穿越风化岩时注浆导管的应用

巷道在穿越风化岩时，由于顶板破碎，难于维护，掘进过程中应采取有效的超前支护方法以解决这一难题。以同煤集团同忻矿井副斜井为例，介绍了注浆导管在风化岩巷道中的使用方法。     

煤巷锚带网及工字钢加强支护技术研究与运用

煤柱高应力区及复合顶板、天然焦火成岩顶板巷道,采用锚网梁支护可以增大巷道使用断面,并且采用主动力,增加巷道围岩强度,减少巷道变形量,减少巷道修护工程量。但是锚网梁支护的效果隐避性大,当巷道围岩塑性圈超出锚杆锚固区（或锚固区附近存在节理面）时,锚网梁的支护效果显著降低,巷道极易发生大面积冒顶事故。采用锚网梁支护配合架连锁棚复合支护,可有效控制巷道围岩变形,预防锚网支护巷道发生大面积冒顶事故,减少巷道修护量,提高锚网梁支护巷道的安全性,提高掘进单进水平。为安全施工可借鉴推广。     

深埋隧道大超挖围岩力学响应分析

隧道爆破开挖过程中的超欠挖问题是隧道工程中普遍存在的现象,大超挖问题严重影响了隧道工程的造价投资及安全使用。本文以某隧道工程为例,利用数值模拟的方法,研究了隧道埋深和超挖厚度对围岩力学响应的影响规律。研究表明,在不同埋深条件下,围岩最小等效应力出现在拱顶位置,最大等效应力出现在拱脚位置。隧道拱顶位置的变形量最大,拱脚位置的变形量最小。相同超挖厚度对应的等效应力值随隧道埋深的增加而增大;相同位置围岩的变形量随埋深的增加而增大。另外,超挖厚度对围岩的力学响应影响较小,隧道埋深对围岩等效应力的影响较大。本研究成果可为同类工程提供借鉴。     

Blasting Technology Research in Construction of Fenghuoshan Tunnel in Permafrost

1Introduction TheFenghuoshanTunnelliesinthehinderland ofQinghai TibetPlateau,betweenKunlun MountainandTanggulaMountain,withatotal lengthof1338m.Thealtitudeofthemountainpeakis5075m,whilethetracksurfaceis4905m abovethesealevel.Beingthehighestpermafrost tunnelintheworld,tobeconstructedinaregion ofarcticalpineandextremeoxygendeficiency,FenghuoshanTunneldoesnothaveanyexisting experience,eitherfromChinaorabroad,to follow.Greatlydifferentformothertunnelson loweraltitudes,theconstructionofthispro…