基于四阶段模型的深埋硐室围岩分区受力分析

为研究硐室开挖过程中选择支护时机的力学机理,首先,建立圆形硐室分区受力模型,基于Mohr-Coulomb屈服准则,考虑围岩扩容、软化等岩体特性以及“空间效应”,推导出开挖过程中硐室围岩弹塑性解;然后,选择锚杆、衬砌支护时机,考虑锚杆与围岩的耦合作用和初衬混凝土的时效特性,得到支护条件下围岩的弹塑性解;最后,结合算例分析了“空间效应”、支护时机等因素对硐室围岩塑性区应力、位移 和范围的影响。基于理论研究的算例分析,揭示了考虑“空间效应”和支护时机时硐室各分区范围的变化规律;锚杆间排距对围岩位移的控制主要体现在残余区;硬化区扩容系数、开挖过程中的“空间效应”和支护时机对控制围岩位移的作用不容忽视。该文成果为深埋软岩硐室开挖与支护设计提供一定的理论依据。     

基于参数折减法的绿片岩围岩稳定性分析

绿泥石片岩隧洞相比硬岩隧洞更容易受外界水环境影响发生失稳破坏.绿泥石片岩作为一种典型软岩,水的作用对岩体力学性能影响明显,容易发生软化效应,影响围岩稳定.本文以某引水隧洞工程为例,基于软岩隧洞围岩单参数敏感性分析,采用多参数折减系数法模拟软化区域,应用三维有限元对绿泥石片岩洞段开展软化区域和未软化区域的围岩及结构稳定分析.计算成果与现场实测数据对比结果显示,计算值与实测值吻合度较好,软化区域的围岩及结构受力情况明显高于未软化区域,仍符合设计要求,满足工程安全需要.     

基于围岩破坏区和承载力的锚杆支护设计

从岩石力学最大周向拉应力破坏准则理论出发,结合隧道工程实例,运用理论分析和现场试验数据统计分析的方法,研究了隧道开挖过程中破坏区域的范围和破坏规律,并对破坏区域的承载能力进行了分析。结果表明:隧道开挖过程中围岩破坏区域承载了很大的荷载,而支护体系承受的荷载只是很小一部分;围岩破坏范围和破坏区域的承载能力可以通过岩体的力学参数进行计算得出。工程应用表明,锚杆支护设计参数可以通过计算围岩的破坏区域和承载能力获得。     

基于多任务学习的公路隧道支护方案优化分析

为提升公路隧道施工过程中支护设计的实时性和合理性,以浙江省龙丽温高速典型隧道的围岩地质特征和支护方案为研究背景,分析围岩特征与支护参数的相关性,确定了以围岩风化程度、坚硬程度、岩体完整程度、地下水状态、围岩稳定情况为输入围岩特征,锚杆间排距、锚杆长度、喷砼厚度、钢拱架型号为输出支护参数的多任务学习模型结构。针对多任务学习模型预测的支护参数,采用层次分析法对比评价了预测与实际支护参数。结果表明预测支护参数综合得分高于实际支护参数,更为优秀。研究方法及成果为实现公路隧道快速支护方案选型和评估有较大参考价值。     

闽南山区软弱围岩小净距隧道超前支护力学机理与施工技术

以福建三明莆炎高速公路布盂隧道工程为依托,建立了基于Winkler弹性地基梁理论的管棚力学模型,通过理论和数值模拟相结合的方法,研究了软弱围岩浅埋偏压小净距隧道超前支护力学特性及施工控制技术。研究结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀。采用管棚超前支护后,能够有效控制隧道拱顶沉降和改善衬砌结构受力状态。相较无超前支护,管棚支护后左、右洞拱顶沉降分别减少了32.64%和28.14%,拱腰处最大、最小主应力分别减少了15.66%和17.75%,拱脚处最大、最小主应力分别减少了12.18%和23.40%。采用管棚超前支护有利于增强围岩稳定性以及限制围岩塑性区发展,管棚支护后围岩最大塑性应变降低了32.78%。     

多结构面控制边坡锚固动力简化分析

锚固是边坡支护中的一种重要方法,目前的理论模型大都不考虑地震过程中边坡的响应状态,在边坡锚杆的锚固抗震机理方面存在一定欠缺。本文基于边坡及锚杆在地震作用下力的传递过程分析,提出了一种边坡锚杆动力简化分析模型;利用锚杆荷载分布解析解,分析了不同响应地震动、围岩属性等参数对锚杆受力的影响,从理论上进一步阐述了锚杆的抗震锚固机理。得到了如下结论：岩体的弹性模量和泊松比不是锚杆锚固能力的关键性因素,软岩对硬岩同样可以起到锚固支护的效果;锚杆能够提高岩体的整体性和自稳能力,对多结构面控制岩石边坡,应混合使用贯穿长锚杆和单结构面锚杆的优化锚固方式。     

锚固岩质边坡锚杆动力简化分析

锚固是边坡支护中的一种重要方法,目前的理论模型大都不考虑地震过程中边坡的响应状态,在边坡锚杆的锚固抗震机理方面存在一定欠缺。基于边坡及锚杆在地震作用下力的传递过程分析,提出了一种边坡锚杆动力简化分析模型;利用锚杆荷载分布解析解,分析了不同响应地震动、围岩属性等参数对锚杆受力的影响,从理论上进一步阐述了锚杆的抗震锚固机理。得到了如下结论:岩体的弹性模量和泊松比不是锚杆锚固能力的关键性因素,软岩对硬岩同样可以起到锚固支护的效果;锚杆能够提高岩体的整体性和自稳能力,对多结构面控制岩石边坡,应混合使用贯穿长锚杆和单结构面锚杆的优化锚固方式。     

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。     

大断面隧道穿越层状围岩段初期支护优化研究

在层状类围岩中进行开挖施工易造成边墙弯曲-溃曲、底鼓以及顶板弯曲等现象的产生。为此,依托重庆市某层状围岩隧道工程,基于该隧道的工程地质特征及地层岩性分布,着重考虑岩层与锚杆夹角之间的关系,采用ANSYS静力有限元数值分析程序,对该隧道层状Ⅴ级泥岩段的受力变形特征进行模拟分析,并优化了初期支护参数。数值模拟结果显示当取消与岩层夹角为30°以下的锚杆,衬砌及锚杆的受力变化幅度较小。该研究方法及成果建立于实际工况的基础上,运用数值的方法还原现场支护受力状态,相应的分析方法及研究结果可为类似隧道、矿山巷道工程的设计、施工提供一定的借鉴和参考。     

白鹤滩水电站左岸地下主副厂房上部开挖围岩稳定监测分析

白鹤滩水电站左岸地下厂房为国内特大型地下工程,地质条件复杂,洞室稳定及安全问题成为工程重点关注和研究的内容之一.为了解洞室围岩的实际变形特性,调整支护参数,布置了较为全面的安全监测系统.本文主要介绍了地下厂房上部开挖过程的围岩变形及锚固效果监测,监测结果表明,由于开挖支护控制较好,围岩变形和受力状态正常;并通过对开挖全过程变形监测资料的分析,获得了开挖过程对围岩变形的影响范围,本实例可供同类工程借鉴与参考.     

巷道围岩变形规律依赖于锚杆支护参数变化的流变分析

针对锚固岩体的细观组构不同于原岩体的特点,分别赋予它们不同的本构模型,采用相应原理,导出了描杆支护圆断面巷道围岩流变的粘弹性解,分析了锚杆密度、长度变化时,巷道围岩的变形规律及其影响程度．对工程岩体的力学参数进行等效处理后,可利用该方法指导支护设计．     

铁路大断面黄土隧道初期支护作用效果

以兰渝铁路胡麻岭隧道为工程背景,通过三维数值模拟结合典型断面现场监测,对铁路大断面黄土隧道初期支护的受力与变形特性进行综合研究,通过数值模拟得到黄土隧道在开挖扰动后初期支护的受力状态,将数值模拟结果和现场监控量测数据进行对比,获得典型断面围岩与锚杆轴力的变化规律,并对初期支护作用效果进行评价,找出施工过程中的薄弱环节,提出相应的优化措施.结果表明,数值计算与现场实测结果基本吻合,黄土地区隧道施工应坚持"及时支护、及早封闭"原则,确保开挖后围岩变形的稳定.     

深部软岩大变形巷道锚注一体化支护技术及应用

为了研究深部软岩巷道变形机制及相应的控制对策,以金川煤矿8202工作面回风顺槽为研究对象,针对深部软弱破碎岩层条件下的巷道围岩控制问题,采用室内试验和现场实测与理论研究相结合的方法,揭示了裂隙发育岩体巷道及典型支护结构体的变形破坏机制,分析了巷道围岩裂隙发育,易吸水膨胀,锚杆支护潜力未有效发挥等造成巷道围岩变形破坏的因素。基于现场围岩支护体系受力与变形数据分析,并通过FLAC~(3D)数值模拟软件,对比分析不同支护方式下围岩变形破坏特征。提出了浅部注浆支护封堵围岩裂隙、锚杆锚索支护配合锚索梁形成多层组合拱的联合支护方式。确定了对巷道围岩破碎严重区段进行注浆,锚杆长度3 m,锚索长度9 m,挂梁锚索长度6 m,锚索梁长度3.8 m,采用11#工字钢,全断面采用W钢带及金属网护表的主要支护参数。结果表明:新方案实施后,巷道表面位移较原方案平均降低72.8%,顶板下沉量大幅度减小,该技术能够有效控制围岩大变形,维护巷道长期稳定。     

预应力锚杆复合土钉支护模拟研究

通过工程实例,采用数值分析的方法,模拟研究基坑开挖过程中预应力锚杆与土钉墙复合支护结构的受力性状、工作性能和作用机理,并在数值分析中利用强度折减法分析基坑开挖后的稳定性。     

连霍高速杏花村1号大跨扁平超大断面隧道开挖方案研究

为研究大跨扁平超大断面隧道围岩和支护结构受力变形影响,以连霍高速杏花村1号隧道为工程背景,采用有限元软件FLAC3D对V级围岩进行数值模拟,对双侧壁导坑法和三台阶四部开挖法在隧道开挖时的位移、塑性区、初期支护应力的影响规律进行了研究,提出适用于大跨扁平超大断面隧道不同地质条件下安全经济的开挖方法。对比分析结果表明：隧道开挖时,采用三台阶四部开挖法的隧道拱顶位移、临时支护结构的应力、隧道岩体周边位移较采用双侧壁导坑法大。双侧壁导坑法安全性更高,对围岩位移的控制效果更好,为今后此类工程的施工提供经验和理论指导。     

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson’s ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明：巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300～500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。     

深基坑边坡土钉支护机理数值仿真

为掌握深基坑开挖过程中土钉支护机理,确保基坑工程的稳定性与安全性,以大连地铁一号线某车站出入口基坑工程为研究对象,利用FLAC3D仿真技术模拟边坡无支护开挖与土钉支护开挖过程中基坑的变形特征,并与实测数据对比分析.对基坑土岩体结构采用Mohr-Coulomb构建模型,锚杆、土钉与混凝土结构采用线弹性模型;基于实测数据对模型进行验证分析,绘制地表沉降对比分析曲线,找出边坡开挖全过程应力应变规律,并从力学角度分析土钉支护体系对土体加固的有效性.研究结果表明:深基坑开挖过程中,土钉支护能有效限制原始应力平衡遭到破坏后土体各部分的塑性变形、地表沉降及土体位移,从而确保基坑稳定.     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移.对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力.支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道顶板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大.文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征.通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道Ⅴ级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响.     

小净距隧道施工全过程仿真分析

通过对小净距隧道施工全过程仿真模拟分析，获得了Ⅳ级围岩最终状态下的位移、受力分布图，同时对施工过程中的初衬及临时支护受力特征进行力学行为研究表明：设计中采用的CD施工工法和支护措施，有效地控制了地表、隧道围岩位移，充分发挥了初衬材料的受力性能，二衬结构处于安全性状态。