浅埋高压引水隧道内外水联合作用下衬砌应力敏感性分析

高压输水隧洞作为有效调送水资源的基础设施在调水工程中得到广泛运用,浅埋高压输水隧洞运营期间在高内水压作用下,存在混凝土衬砌开裂的风险.本文以杭州市千岛湖配水工程为背景,采用控制变量法,利用Abaqus建立有限元模型,针对不同隧洞埋深、不同地下水位以及不同围岩类别下的引水隧洞模型进行渗流应力耦合分析,探究衬砌在不同外界条件下的应力响应.研究结果表明,隧洞埋深大、地下水位高、围岩等级高等有利因素影响下,衬砌内侧最大拉应力较小,隧洞衬砌开裂风险较低.     

软岩圆形隧洞衬砌支护时机现场变形监测判据研究

结合软岩的应变软化力学特性,将隧道围岩状态分为弹性区、塑性区和松动区,采用非静水压力的柱状孔扩张与芬纳理论,推导圆形隧洞非静水压力下塑性区、松动区最大半径的求解公式,并结合实际工程经验建立了隧洞顶拱变形与塑性区、松动区半径大小的关系式,在此基础上结合衬砌提前施作的工程实际,提出了衬砌施作时机的收敛变形监测判据。该方法已在新疆引额济乌顶山隧洞施工、设计中得到了应用并取得了较好效果。     

隧洞围岩与支护结构共同作用的模拟分析

本文在考虑隧洞围岩与支护结构的共同作用的情况下，以深圳大鹏半岛支线供水工程（沙湖～葵涌段）为背哥，用Flac数字模拟软件分析了隧洞围岩压力的分布及在衬砌上产生的应力，提出了在不同围岩、不同埋深情况下的隧洞衬砌方法。     

隧洞围岩的塑性区和松动区范围的推算

在设计隧洞衬砌时,必须预先知道隧洞围岩的塑性区或松动区的范围.目前工程上常用芬诺公式或卡斯特奈公式计算,这些公式没有考虑弹、塑性区不同的力学指标和围岩的膨胀性.本文介绍在服从库仑—纳维尔破坏准则的岩体中(即膨胀性岩体),考虑弹塑性区不同的力学指标,用弹塑性分析法,计算隧洞围岩的塑性区或松驰区的范围和应力、应变.在大量实测资料的基础上,用弹性波速度预测隧洞围岩的塑性区或松动区的范围.     

地下有压隧洞蠕变及其稳定性分析

对于地下有压隧洞，根据流变力学的基本理论，分析了在两向等压条件下隧洞围岩流变引起支护衬砌内部及其衬砌本身流变而产生的应力和位移随时间的变化规律，建立了与时间有关的支护衬砌破坏依据，对隧洞支护设计和预计衬砌不同时期的受力和稳定性有一定的参考价值。     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

圆形压力隧洞衬砌与围岩荷载分担比研究

结合水工压力隧洞衬砌开裂以后围岩-衬砌混凝土-钢筋联合作用的实际性状,借助于非线性有限元程序,对围岩与衬砌(混凝土和钢筋)联合作用和材料性态进行模拟,建立起精细的、高度仿真的二维(平面应变)数值模型。经过数值分析,得到了在满足规范要求且经济合理的配筋量条件下衬砌与围岩的荷载分担比、裂缝宽度和裂缝分布规律、混凝土的应力分布规律、钢筋的应力分布规律。对衬砌与围岩发生相对滑动以及围岩参数变化对荷载分担比的影响进行了分析,发现衬砌与围岩出现相对滑动时,需要增加配筋量;围岩参数变化时,对相邻裂缝间距(裂缝条数)影响很大,衬砌的荷载分担比略有上升趋势。     

内水渗透作用下引水隧洞稳定分析

水利工程中,不衬砌有压引水隧洞是常用的一种水利建筑物,其在运行期间,内水压力作用会时隧洞拱项产生上抬力,并会在隧洞围岩内产生渗流场,改变洞室周边的应力场状态,加会降低围岩体的稳定状况,影响隧洞正常的运行。因此,要使不衬砌有压引水隧洞保持稳定．必须保证隧洞有足够的埋深,且要保证隧洞围岩内的渗流场的作用不至于造成围岩体的破坏。本文从有压引水隧洞最小覆盖厚度的准则、有压内水渗流场及围岩稳定分析等几个方面入手,对内水渗透作用下引水隧洞稳定进行了分析。     

跨断层水工隧洞地震响应数值模拟分析方法

断层破碎带是影响高地震烈度区隧洞结构稳定的关键因素之一.针对地震作用下围岩与断层动力相互作用特点,建立了一种考虑多种接触状态的动接触力算法.该算法考虑了有限元模型中的点对接触和点面接触两种接触类型,可以模拟围岩与断层之间的黏结接触、静接触、分离和滑动接触4种接触状态,适合研究地震作用下围岩与断层动接触系统的非线性大滑移问题.首先,通过一滑块算例,验证了该算法的合理性.然后将此算法应用于滇中引水工程香炉山隧洞抗震稳定计算,对比分析了无断层,有断层、不考虑动接触,有断层、考虑动接触3种工况对隧洞地震响应的影响.结果表明,断层破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,主要表现为衬砌位移和应力的增加,以及围岩破坏区的扩大;考虑动接触后,围岩与断层在地震加载过程中,出现了明显的错动位移,进而对衬砌产生破坏作用;衬砌损伤区主要分布于断层穿过的部位及断层两侧约10 m范围内,其中上盘衬砌受断层影响较大;在横向地震动激励下,衬砌腰拱的应力和位移明显大于顶拱和底拱,为衬砌结构的薄弱部位.     

关于隧洞衬砌砼裂缝的几个问题

基于防渗和混凝土结构耐久性的要求,隧洞衬砌混凝土（尤其是压力隧洞）,在施工期由于水泥水化热作用、外界环境温度的变化以及围岩的强约束作用,温度应力的影响非常明显,     

泡沫混凝土减震层对隧道地震响应影响分析

应用有限差分软件FLAC^{3D对泡沫混凝土减震层对花岗岩隧道地震响应的影响规律进行分析. 综合考虑围岩位移、塑性区范围、应力场分布、应变增量等指标,得出增设泡沫混凝土减震层可以大幅降低围岩最大主应力以及衬砌结构的内力,有利于围岩的稳定.其次分析了减震层各物理力学参数对花岗岩隧道地震响应的具体影响,得出增加减震层变形模量或粘聚力可以大幅降低衬砌结构中的内力;而减震层的内摩擦角及泊松比的改变对减震层的减震效果影响较小.}     

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。     

隧道中高速列车震动所产生的路基动应力集中

针对高速列车产生的震动,基于弹性波的散射理论,采用波函数展开法,研究了隧道中板型路基上的圆孔对SV波的散射和动应力集中,得到了问题的解析解,给出了路基中动应力集中因子的数值解,分析了路基的剪切模量的大小、波数等对动应力集中的影响.通过数值计算分析表明,板型路基的剪切模量的大小、波数等是影响动应力集中的重要因素,为隧道中板式路基的高速列车震动评价和地震评价提供了理论依据.     

监控量测技术在通渝隧道出口段中的应用

重庆通渝隧道是“八小时重庆”工程的控制性工程，地质条件复杂，集涌水、岩爆、瓦斯、有害气体、塑性变形、高应力于一身，是典型的复杂条件下的长大公路隧道。在施工过程中，严格进行了新奥法监控量测指导施工，通过开挖面地质素描、拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴向力、喷层应力、格栅拱架压力、围岩内变形、二衬应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数的跟踪量测，并及时将量测数据的散点、回归图等处理信息反馈给施工，以了解隧道开挖后围岩的稳定情况及采取相应的支护措施，实践证明效果可靠，隧道出口段掘进已突破l500m大关。     

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.     

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.     

叠层橡胶支座隔震结构地基结构动力相互作用分析

扼要介绍了对一个带有叠层橡胶支座隔震结构的减震台进行不同位置天然地震波的观测,根据减震台的结构设置建立了一个地基结构动力相互作用的计算模型,然后输入观测到的天然地震加速度波形,计算减震台台面的地震响应,并把计算结果与观测结果进行比较分析,计算结果与试验结果吻合程度较好·     

强震作用下运营隧道裂损衬砌动力响应分析

运营隧道由于地质因素、施工因素与地下水因素造成衬砌结构带裂缝工作。在地震力作用下,带裂缝的衬砌的安全性难以保证。基于隧道衬砌结构裂损的不同位置和裂缝不同深度的考虑,建立了三维数值有限元模型,采用时程分析的方法研究了衬砌的动力响应。研究表明:①在地震力作用下,隧道衬砌受往复拉压作用;在剪切波作用下,最大弯矩、轴力发生在隧道横截面"X"位置;②带裂缝衬砌在地震力作用下,纵向裂缝处混凝土应力集中,主筋拉应力增大,其他位置内力与完好衬砌响应相同;③随着裂缝的位置不同,对隧道安全性的影响不同,影响顺序由大到小依次为225°、315°、270°;④衬砌初始裂缝深度越深,在地震作用下应力集中情况越严重。     

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。     

半无限土体圆形隧道结构中地震波的传播

基于弹性波的散射理论,研究了半无限土体内圆形隧道中土体对SH波的多重散射和动应力集中,采用波函数展开法和镜像法,将待解问题归结为一组无穷代数方程组的求解,得到了问题的解析解.作为算例,给出了衬砌附近动应力集中因子的数值解,分析了围岩的剪切模量、入射波波数、半无限土体边界到衬砌的距离等参数对动应力集中因子的影响.数值计算分析表明:围岩的剪切模量、入射波波数等是影响动应力集中因子的重要因素.本文的研究方法和数值结果有望为衬砌的地震评价提供理论依据.