软硬互层隧道稳定性分析及初期支护优化

采用ANSYS非线性接触分析方法,考虑层理效应并应用于重庆四面山隧道V级砂泥互层段进行围岩稳定性分析及初期支护优化.研究表明:隧道开挖后拱顶下沉值为水平收敛值1.5~2.0倍,拱肩处锚杆受力较拱顶处大,拱腰及拱脚处锚杆几乎不受力;根据水平软硬互层隧道开挖后围岩变形及支护受力特点,优化锚杆支护,得出砂泥互层施工段可将与岩层夹角小于35°范围的锚杆取消.在原有方案及优化方案施工段进行现场测试,结果显示模拟及优化数值与测试值基本符合.研究成果可在类似隧道施工中推广应用.     

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.     

岩土工程中两类锚杆支护系统的研究

锚杆支护是岩土工程中一种重要的支护形式，锚杆支护的主要目的是维护隧道围岩＂咬合圈＂或＂松动咬合圈＂自身的平衡，保证隧道空间的安全。本文根据瑞典北部Ｌａｉｓｖａｌｌ矿与斯德哥尔摩Ａｔｌａｓ公司的现场资料，采用粘塑性边界元（模拟围岩），薄板弯曲边界元（模拟喷射混凝土层），新的锚杆单元（模拟描杆），粘塑性边界元与薄板弯曲边界元耦合（模拟围岩－喷层作用）以及时间－成本比较法，对岩土工程中两种类型的锚杆支护系统（水泥锚杆与Ｓｗｅｌｌｅｘ锚杆支护系统）进行了分析比较。结果表明，Ｓｗｅｌｌｅｘ锚杆支护系统比水泥锚杆支护系统对于改善软岩隧道的支护质量及降低工程成本更为有效。     

层状岩体隧道变形特征数值模拟研究

为研究层状岩体的层厚与倾角对隧道及围岩稳定性的影响,以贵州省栗木山隧道为背景,采用有限元软件ANSYS分析了层状白云质灰岩地层隧道开挖后的围岩与支护结构受力变形特征,得到了不同岩层厚度和结构面倾角时围岩和衬砌的位移云图、关键节点的位移。研究结果表明,隧道拱部竖向位移呈"V"型分布,最大竖向位移出现在隧道拱顶,最大竖向位移随岩层厚度增大而减小,存在明显的临界厚度,当岩层厚度大于0.6m,减小趋势变缓;倾斜岩层隧道围岩与衬砌位移存在明显的非对称性,岩层倾向侧位移小于另一侧,非对称性随倾角增大先增大后减小,倾角45°时最为明显,倾角大于60°时逐渐趋于平稳;拱脚和墙帮的位移受倾角变化小。层状岩体隧道支护设计、施工时应避免拱顶和非对称变形过大造成事故。     

基于现场监测和数值模拟的隧道初期支护效果分析

以沙子塘隧道出口偏压段为依托,采取现场监测及数值计算等技术手段,详细分析典型监测断面围岩与支护结构相互作用关系。研究过程中对典型断面的围岩变形、钢支撑压力、锚杆轴力进行现场监测,并分析各个监测点的受力变形特征,并对围岩-支护结构作用关系进行评价。同时,为了进一步验证数据结果的准确性,采用数值计算手段分析监测断面的结构受力变形特征,并与监测数据对比分析,验证监测数据的准确性。研究表明,合理的应用监测及数值计算能够指导隧道现场施工,有效地提前预测施工可能遇到的风险,为控制隧道施工期围岩变形及支护技术提出一定的参考建议。研究成果对偏压隧道在洞口附近的监测方法及衬砌设计提供了重要的实践指导和理论支撑,对洞口衬砌支护效果、评价以及后期处治都有很好的借鉴作用。     

鄂北丘陵岗地区浅埋隧洞劣质围岩支护数值模拟研究

浅埋隧道工程常遇强度低、风化严重且岩体结构破碎的劣质岩体,严重制约着工程设计与施工。为此,以鄂北地区水资源配置工程第15标唐县-尚市隧洞工程典型的绿泥石片岩为研究对象。采用Hoek-Brown的GSI方法估计围岩力学参数并开展数值研究,揭示开挖过程与支护结构对围岩力学响应和支护结构受力状态的控制作用。结果表明:对于工程区劣质绿泥石片岩采用钢拱架与喷锚支护能够有效控制围岩变形过程;围岩力学参数控制着开挖损伤区的分析规律;锚杆受力状态受围岩力学参数影响成非均匀分布状态,拉应力集中在开挖面附近,充分发挥了锚杆的作用。得出在Ⅴ类围岩设计方案下,支护结构在劣质岩体中的受力行为。可为同类工程支护设计提供研究思路。     

青岛土岩复合地层地铁隧道初支结构参数

为了对青岛地区土岩复合地层地铁隧道初支结构参数进行研究,依托青岛地铁1号线隧道工程,结合正交试验设计方法,采用FLAC3D进行数值模拟,就施工方法、锚杆长度、初支刚度、初支厚度对隧道变形的影响程度、最优初支结构参数及锚杆受力进行了分析.通过现场实测与数值计算对比,验证了数值计算的正确性.结果表明:当隧道位于强风化花岗岩地层中时,施工方法对隧道变形影响最显著,锚杆长度变化引起隧道变形不明显;采用全断面法施工,最优初期支护结构参数组合为锚杆长为2 m、初支厚度为30 cm,混凝土强度等级采用C25;拱顶上方锚杆轴向受压,可能影响锚杆发挥支护作用,主要原因是地层-锚杆间产生的相对滑移变形.研究结论对重庆、厦门等"上软下硬"地区具有一定的理论研究意义和工程使用价值.     

隐伏溶洞位置组合效应对隧道施工影响的数值分析

岩溶隧道施工安全和支护结构稳定性与隐伏溶洞位置分布有关.本文通过Midas/gts进行数值模拟分析,研究隐伏溶洞不同位置组合下,隧道施工过程中的围岩变形与支护结构受力特性.数值模拟结果表明:隐伏溶洞群分布在隧道上部时,对隧道围岩变形及支护结构稳定性影响较小;当隐伏溶洞群分布在隧道下部时,若拱脚位置同时存在溶洞,则会对隧道支护结构稳定性与围岩变形产生较大影响,若拱脚位置无溶洞则对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响不大;隐伏溶洞群分布在侧部对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响最大.     

大断面小净距隧道的净距优化分析

为对大断面小净距隧道的净距进行全面优化,采用大型有限元软件ANSYS,对不同净距下的大断面隧道施工过程进行数值模拟,研究不同净距下隧道施工过程的围岩应力场和位移场分布情况及支护体系的受力情况,获得隧道净距对围岩应力分布、支护体系受力和断面收敛的影响,再运用层次分析法分析影响因素的目标度,进行一致性检验并确定权重.研究结果表明:大断面小净距隧道在开挖过程中,围岩应力及变形略呈对称状态,先开挖隧道支护受力及围岩变形略大于后开挖隧道,净距越大,对称现象越明显,围岩应力和变形及支护体系的受力越小,围岩及支护体系稳定性越高,综合考虑支护体系安全及围岩稳定等因素,该大断面小净距隧道的最优净距为1.6B(B为开挖净距).     

隧道横断面精细分区下系统锚杆布设最优组合

在解决工程类比法与现场施工匹配不足的问题上,系统锚杆设计与优化在工程实际中产生分歧与矛盾.为提高隧道初期支护系统锚杆优化精细程度,依托江玉高速香树坳隧道,基于数值模拟对系统锚杆进行分区研究,明晰横断面各区域系统锚杆参数敏感性差异.结果 表明:系统锚杆长度、直径、环向间距、纵向间距为围岩变形的主要影响因素;系统锚杆对围岩变形敏感性排序依次为环向间距、纵向间距、直径和长度;改变系统锚杆参数对围岩应力应变极值影响较大,而对应力应变分布特征影响可忽略;优化系统锚杆参数对其自身受荷特征改善大于其他构件,最大改善效果可达其他构件的3.17倍.研究结果可为同类工程提供参考.     

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。     

基于现场监测与数值模拟公路山岭隧道IV级围岩段仰拱优化分析

为探究公路隧道设计中,仰拱的优化对于改善隧道的受力和变形条件的影响。以三车道Ⅳ2级围岩段隧道为研究对象,借助FLAC3D有限差分软件,采用Hoek-Brown屈服准则,对替代仰拱的新型支护方案进行了分析,并结合赤承高速公路的典型隧道断面,现场监测了锚杆轴力、初衬压力以及二衬与初衬的接触压力等项目。本文通过对现场监测数据与数值模拟进行分析,提出Ⅳ2级围岩下替代仰拱的条件,底部加基础梁的新型支护体系下隧道整体稳定性满足要求,研究成果可以为其它类似工程提供借鉴与指导。     

水对灰质泥岩隧道围岩稳定性影响研究

在灰质泥岩隧道施工过程中,水会导致围岩岩石的物理化学性质发生变化,进而对隧道围岩的稳定性有着重要的影响。基于金盆弯隧道现场的监控量测数据,通过分析雨季和非雨季时相同埋深、相同地质情况下隧道段面的围岩与初期支护之间的压力、初期支护钢支撑的应力及隧道拱顶沉降结果,确定了水作用下,围岩与初期支护之间应力随时间的变化情况、初期支护内力随时间的变化情况以及拱顶沉降随着时间的变化情况。并通过有限元数值模拟软件ABAQUS,模拟隧道开挖后,在有水和无水环境下围岩横向和竖向位移的变化,得到:水的存在导致隧道围岩的拱顶沉降增大,拱腰及边墙收敛增大,进而分析水对围岩的稳定性的影响。通过对比分析拱顶沉降的数值模拟结果与现场监控量测结果,可以看出两者的沉降变化规律相吻合,验证了模型的合理性,从而进一步更改完善施工、设计方案,来保证隧道的安全施工,同时也为今后研究水对围岩岩石性质及围岩稳定性影响的机制提供了参考。     

沈阳地铁隧道开挖过程稳定性分析

采用GeoFBA软件,对沈阳地铁隧道开挖全过程进行数值模拟研究,对围岩、喷射混凝土、模筑混凝土、锚杆的应力和变形特征进行分析.结果表明,沈阳地铁隧道设计当中初拟的结构尺寸（包括初期支护、二次支护）、超前小导管支护、锚杆支护是可以适应围岩状况的,经支护后的沈阳地铁隧道是稳定的.台阶法开挖对于沈阳地铁隧道开挖是适用的.     

深埋隧道支护结构内力计算方法研究

深埋隧道是交通建设中的关键，对其力学行为进行深入研究具有重要的理论和工程实际意义。针对既有研究的不足，考虑到深埋隧道支护结构力学响应的空间差异性和施工过程围岩-支护结构的动态作用关系，建立了围岩竖向荷载与径向位移关于隧道横截面角度变化的平衡微分方程，获得了围岩压力作用下复合支护结构的内力解析解。根据支护反力与围岩径向位移的关系，推导了初支与围岩、初支与二衬间的围岩压力与位移解析解。结合数值模拟和现场监测结果进行分析，证实了计算方法的可靠性和有效性。最后基于该解析方法，对支护结构厚度和弹性模量进行了参数分析。结果表明支护结构的厚度和弹性模量与其弯矩正相关，且弹性模量对弯矩影响更大，初支厚度和弹模的变化对围岩压力和径向位移的影响比二衬对其影响更显著。研究成果可为准确预测支护结构任意截面位置的内力提供一定理论支撑。     

基于峰后特征的深部隧道围岩分层断裂数值分析

为了揭示深部隧道工程围岩的分层断裂机理而展开数值实验研究.分析了深部地层岩体历史及赋存环境,认为深部岩体在力学上处于峰后阶段,根据岩石峰后应力-应变特征选定了围岩的峰后特征指标及其开挖响应方程.建立了数值实验模型,设计了开挖数值模拟的围岩响应监控方案.完成了大量的开挖数值模拟,实现了深部围岩分层断裂现象在数值模拟中的重现.基于实验中围岩应力、变形分布的全程监测结果,在确定围岩分层断裂产生条件的基础上,进一步研究得到了围岩分层断裂层数、分层断裂圈半径、最大峰值应力等参数与峰后特征指标的关系.根据地下结构开挖围岩应力重分布及岩石力学破裂机理,分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制.所得数值模拟结果,为深部工程围岩的分层断裂提供了验证依据,消解了长期以来数值模拟中没有观察到分层断裂现象的困惑.     

节理岩体中隧洞开挖的渐进破坏模式

节理岩体中隧洞的破坏模式与节理属性密切相关．基于一个能描述多组节理的岩体模型,采用数值模拟技术研究了节理倾角和侧压力系数对节理岩体中隧洞破坏模式的影响结果表明,节理岩体中隧洞的破坏模式受节理倾角控制．在较小节理倾角下,主要表现为肩部岩体的弯曲断裂、节理之间的分离和边墙岩体的压碎;在较大的节理倾角下,主要以边墙岩体的压碎和节理之间层状岩体的滑移为主侧压力系数亦影响隧洞破坏模式,在较小的侧压力系数下,隧洞破坏主要受节理倾角影响;随着侧压力系数的增大,其破坏主要受构造应力影响．这些结论可为隧洞支护设计和施工提供参考     

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用效果尚无定论。针对这一现状,本文以杏花村2号隧道为工程背景,对双层初期支护在超大跨度公路隧道Ⅴ级围岩浅埋偏压段中的应用进行研究。结果表明：Ⅴ级围岩浅埋偏压段采用双层初期支护的支护方案进行施工,净空收敛最大值为21.6mm,沉降最大值为22.7mm,沉降最大值远远小于设计预留变形量150mm;杏花村2号隧道采用双层初期支护,有效地控制了隧道初期支护净空收敛和沉降,保证了浅埋偏压段围岩的稳定性。研究结果对超大跨度公路隧道中的支护方案具有一定的参考价值。