基于损伤塑性理论的隧道衬砌结构开裂破坏的数值分析

基于混凝土材料的损伤塑性理论,建立了公路隧道结构的非线性模型,并利用大型工程模拟的有限元软件ABAQUS对所建立的模型进行计算分析,较真实地揭示了运营公路隧道衬砌结构开裂破坏的机理,得到了在山体塌陷、围岩偏压作用下隧道衬砌结构损伤值、应力的分布特性和规律.     

地铁隧道上方基坑开挖的有限元分析

随着城市发展和地下空间开发,越来越多基坑工程横跨在地铁隧道上方。而基坑开挖将改变周围土体的应力状态,使下卧隧道产生相应变形和内力,影响隧道的正常使用和地铁的安全。以深圳某横跨隧道上方的基坑工程为背景,通过三维有限元分析,对加固土体、设置抗拔桩、开挖分块等措施对基坑回弹和隧道隆起的影响,进行分析研究,为优化设计和施工提供有益的参考。     

乌石山隧道右线进口段蠕滑山体稳定监测及评估

乌石山隧道右线进口段山体由于连续的降雨产生了蠕滑,造成洞内初期支护变形下沉,为防止滑体的进一步滑动,及时采取设置抗滑桩、地表注浆等加固山体措施。为确保隧道施工和今后运营的安全,通过地表位移观测、钻孔测斜观测、钻孔取芯等手段对加固后的山体和隧道进行监测,根据监测数据对加固后的山体和隧道的稳定性作出了科学的评价。     

孕育型土洞地陷判据研究

为评价地下孔洞发育过程中地表稳定性,将孔洞发育过程中地表变化过程离散化,依据突变理论建立地表塌陷分析判据;结合覆盖层土体失稳一致性、失稳同时性、塑形贯通判据及塑性区云图分析初步验证判据的有效性.利用上述方法量化地表失稳的判定过程,以此得到临界孔洞半径、地表塌陷范围,并讨论了覆盖层临界厚度与内摩擦角、黏聚力、弹性模量及泊松比之间的关系.研究结果表明,覆盖层厚度与内摩擦角及黏聚力均能拟合成相关性较好的线性关系,覆盖层厚度对泊松比和弹性模量并不敏感.基于突变理论的地表失稳判据可为发育孔洞上方地表稳定性探讨提供有益参考.     

飞机荷载引起隧道地表沉降数值模拟研究

为研究飞机起飞对隧道施工过程中地表沉降的影响,依托某机场隧道工程实例,利用MIDAS GTS NX软件进行数值模拟,分析了飞机荷载对单线隧道和双线隧道地表沉降的影响规律。研究结果表明,飞机由单线隧道左侧滑行至右侧时,地表沉降最大值由左侧移至中间偏右位置,且最大值不断增大。飞机滑行经过双线隧道工程上方时,地表沉降最大值由先行隧道上方逐渐转移至后行隧道上方;当飞机经过两隧道中间滑行至后行隧道拱肩上方时,地表沉降值最大且超过30 mm。单线隧道和双线隧道的最大沉降均位于拱顶位置处,向周围方向沉降值逐渐减小,因此,在施工过程中,除了应定时进行监测外,需重点关注拱顶处沉降情况,保证施工安全。     

滑坡区域既有隧道桩索联合加固体系模型试验研究

目前,国内外学者针对隧道开挖引起的滑坡体变形影响研究较多,而针对山体滑坡作用下运营隧道结构的受力变形及加固措施研究较少.基于此,提出隧道垂直穿越滑坡工况下既有隧道桩索联合加固体系,即将抗滑桩、锚索及隧道衬砌联成一体,这与传统的隧道加固与滑坡体治理分开研究有很大不同,然而由于其理论研究远滞后于工程实践,限制了在工程实践中的推广应用.为研究山体滑坡区域既有隧道桩索联合加固措施下的力学作用机制,建立了既有隧道走向与滑坡体垂直时3种工况下的地质力学模型试验,分别在无加固、抗滑桩加固及桩索联合加固措施下针对滑坡体与隧道结构的相互作用规律进行分析.试验结果发现,采取加固措施后,测试数据发生明显变化,特别是在桩索联合加固体系中,即隧道、抗滑桩、锚索形成新的结构体系具有更高的承载能力和稳定性,能进一步提高既有隧道的运营安全.该成果可为山区隧道穿越滑坡体的后期加固提供一定的理论依据.     

超大直径盾构隧道穿越岩溶发育区地表注浆合理加固范围

为研究超大直径盾构隧道穿越岩溶发育区地表注浆合理加固范围,以武汉市某在建工程为依托,设计了以围岩等级、溶洞尺寸及溶洞充填范围为影响因素的正交试验,采用了三维数值方法求解不同方位溶洞与超大直径盾构隧道的最小安全距离,并提出了以最小安全距离主要因素为分段计算准则的地表注浆加固范围确定方法。结果表明：当溶洞位于隧道上方、侧方及下方时,最小安全距离的主要影响因素分别为溶洞尺寸、围岩等级及溶洞尺寸;当溶洞位于隧道上方时,分为4个区段,加固范围在12m~22.5m之间,当溶洞位于隧道侧方时,分为4个区段,加固范围在8m~15m之间,当溶洞位于隧道下方时,分为5个区段,加固范围在8m~15.5m之间。研究成果可为类似工程注浆设计与施工提供参考。     

隧道地表塌陷成因分析及治理对策研究

论文以两个隧道的岩溶地表塌陷为例分析了岩溶地表塌陷的原因及其具体影响因素，为进一步的预测和治理岩9溶地表塌陷提供了依据。介绍了隧道工程的地质特征、地貌特征以及防止突水引起地表塌陷的措施，涌泥引起地表塌陷的成因、定量探测方法和治理对策。本文认为对隧道施工中岩溶地表塌陷的影响应火岩溶发育程度的影响、地下水影响和覆盖层性质的影响等方面考虑。     

铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据

根据应力波理论,依照极限拉应力准则、极限剪应力准则及莫尔判据,对爆炸应力波体波对隧道衬砌结构的影响进行研究,确定基于隧道衬砌结构安全的爆破振动速度判据模型。结合紧邻隧道上方的土石方开挖爆破工程实际,对爆破振动速度判据进行求解。研究结果表明:爆破应力波体波对隧道混凝土衬砌结构破坏效应中P波占主导地位,爆破振动作用下隧道结构首先产生拉伸破坏,隧道衬砌爆破振动速度安全判据为14.51 cm/s。研究结果与爆破安全规程一致,为隧道结构安全标准的确定提供了科学依据。     

局部渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响规律

隧道变形的稳定可控是地铁安全运营的重要保障之一.以上海地铁二号线工程为研究背景,在考虑土体固结与渗流耦合,以及软土流变特性的基础上,通过三维数值模拟重点研究了不同渗漏位置和程度对隧道周围土体孔隙水压力分布、隧道及土层沉降的作用机理.研究发现,隧道局部区域发生渗漏时,随着渗漏程度的增大,隧道渗漏区域周围土体孔压降低的程度不断提高,受孔压降低影响的范围扩大,隧道及地面长期沉降也随之变大;渗漏总环数相同时,与仅隧道中部发生渗漏工况进行对比,隧道三处区域同时发生渗漏时产生的土层沉降槽范围和隧道沉降量较大.     

上方长距离基坑开挖引起的共线隧道变形研究

上方基坑开挖由于应力释放及坑底回弹,不可避免导致既有隧道产生上浮变形,长距离共线时其影响更为显著.在考虑环间剪切错台变形的铁木辛柯简化模型基础上,结合Winkler地基模型,提出了一种上方基坑开挖下土-隧道相互作用解析模型.利用叠加原理将该模型应用于上方长距离基坑开挖引起的共线隧道变形实例分析.通过计算结果与实测数据对比验证了该模型的准确性.分析结果表明,上方主体结构施工后,隧道上浮变形明显回落,但局部差异沉降增加,导致隧道内力和环缝变形显著增加.隧道渗漏水位置并非位于隧道上浮变形最大处,而是位于接头张开量最大处与接头错台变形最大处之间.因此,实际工程中不应仅关注隧道总变形,同时应关注差异沉降引起的接缝张开及错台变形.虽然隧道变形中剪切变形占比约为21.41%,但其引起的接缝错台变形较为显著,其对接缝防水有重要影响,理论分析中不容忽视.     

基坑局部堆载回压对下卧隧道隆起影响

为在有下卧隧道的基坑开挖过程中实现及时有效的控制隧道隆起,本文提出局部临时堆载措施,并根据Mindlin公式采用MATLAB软件分析局部堆载的3项参数即堆载力、堆载面积和堆载位置对附加应力的影响,基于某基坑案例采用FLAC3D软件进行正交模拟验证.结果表明,堆载力对隧道隆起影响最大,堆载面积次之,堆载位置最小.隧道隆起值随堆载力增大呈比例减小,并随堆载面积增加而逐渐减小,减小幅度逐渐减缓,且随堆载中心与隧道轴线距离缩短,其影响程度逐渐增大.在实际工程中,优先考虑预留合适尺寸的土体并施加堆载作为局部堆载措施.当隧道位于基坑下部时,局部堆载力不得少于原有土体自重的50%,堆载面积应大于基坑总面积的5%;当隧道位于基坑侧面时,局部堆载力不得少于原有土体自重的1倍,堆载面积应大于基坑总面积的7.5%,才能有效控制隧道沉降.     

大地电磁测深法探测山区深埋隧道隐伏构造——以安石隧道探测为例

隧道掌子面前方与上方存在的隐伏构造在隧道施工过程中具有极强的致灾性.针对云南凤庆安石隧道具有长、大、深埋,且其地表起伏大的特点,采用大地电磁测深法对隧道上方隐伏构造进行探测.首先对观测数据进行静态效应校正等预处理;随后进行带地形的基于光滑约束最小二乘反演,得到了隧道轴线及平行轴线的视电阻率剖面图;最后利用反演结果并结合研究区的区域地质构造、岩性特征以及水文地质条件等,揭示出与隧道斜交的两条隐伏构造的空间展布,该成果与后期钻探结果吻合,表明大地电磁测深法可以有效地探测出山区深埋隧道前方与上方隐伏构造的位置与姿态,为隧道安全施工与地质灾害防治提供了重要的参考依据.     

高速公路隧道洞口滑坡处治技术

隧道洞口段开挖后经常发生边仰坡开裂、滑塌甚至山体位移等现象，不仅影响整个隧道的结构稳定性，也是隧道工程质量上一大缺陷，严重的甚至将威胁到行车安全及隧道的使用寿命。本文结合某高速公路隧道洞口施工导致边、仰坡开裂及山体发生滑塌等情况，并结合隧道施工中各项监控量测数据的动态信息，对该类隧道处治技术进行探讨。     

注浆对开挖卸荷下既有地铁隧道竖向变形的影响

以北京金融街地下交通工程为背景,采用FLAC3D数值分析软件,选择不同的注浆范围,对注浆上方开挖卸荷引起的既有地铁隧道竖向变形的影响进行了分析,结果表明,注浆能有效控制既有地铁隧道竖向变形.结合既有地铁隧道竖向变形控制标准,得到了合理的注浆范围,经与实测结果对比,数值计算结果与现场监测数据相吻合,保证了既有地铁线路行车安全,并且为实际工程节省了造价.     

考虑盾构施工扰动土体固结的地层沉降计算

为解决以往盾构隧道的地层沉降计算不考虑施工扰动土体的固结沉降对总沉降的影响而使得计算结果偏小的问题,通过对盾构隧道施工致周边土体的扰动机理分析,指出盾构上方一定范围内的被扰动土体为欠固结土,应用欠固结士的沉降计算理论,得出了考虑盾构扰动周边土体固结影响的隧道沉降计算修正方法.与工程实测值的对比结果表明,地层沉降计算修正方法的计算结果更符合工程实际,工程应用上偏于安全,该成果对于盾构隧道施工的地层沉降预测与控制具有一定的参考价值.     

上跨既有地铁线深基坑工程变形控制措施研究

在既有地铁隧道邻近位置或上方进行基坑开挖,容易导致地铁隧道变形,从而对其使用功能和安全性产生严重影响.结合具体工程实例,从基坑设计、坑底地基加固、施工控制和信息化施工监测4个方面采取措施控制地铁隧道的变形,保护隧道基坑及地铁隧道的安全.监测结果表明,监测数据均在监测控制限值内,对既有地铁隧道起到有效保护.设计、施工措施及监测数据可供类似工程参考.     

深埋隧道穿越富水破碎带围岩突水机理

基于隧道穿越处于复杂应力场与渗流场环境的富水破碎带时存在发生重大突水事故的安全隐患,通过对破碎岩体的渗流特点进行研究,建立孔隙颗粒介质流失的渗流模型;基于连续介质力学和变质量动力学理论,推导饱和破碎岩体变质量渗流-变形耦合理论模型;以福建漳州梁山隧道L7富水破碎带为工程背景,分析围岩的渗流场、应力场与位移场分布特性,并总结隧道断层破碎带的突水塌陷机理。研究结果表明:断层破碎带突水实质上是围岩的力学平衡和地下水的渗流平衡因施工扰动发生急剧变化,引起围岩应力重分布及地下水能量释放;隧道施工揭露断层后,岩体颗粒随孔隙空间的流体发生迁移形成新的渗流通道,导致地下水在水头压力作用下向工程临空面涌出,形成漏斗形的渗水区域;随着渗流作用时间的延长,地下水和岩土体逐渐流失,隧道上方的破碎岩体发生严重的滑移变形,形成椭圆形塌陷区域,与现场实际塌陷破坏规律基本吻合。本文提出的渗流-变形耦合模型对理解破碎岩体渗流力学机制和深埋隧道突水灾害的预防设计具有参考价值。     

基坑开挖引起下卧盾构隧道转动与错台变形计算

引入可综合考虑盾构隧道管片环转动和错台2种变形效应的协同变形模型,采用Mindlin解求得基坑开挖引起下卧盾构隧道的附加荷载,结合最小势能原理建立盾构隧道纵向位移变分控制方程。推导出隧道的纵向位移、环间转角、环间错台量和剪切力的计算公式。根据3组典型工程实例进行计算分析。研究结果表明:采用综合考虑管片环错台和转动协同变形的模型时,计算结果与实测值更吻合,更能反映实际此类工程中盾构隧道的变形模式和变形规律;盾构隧道相邻管片环间错台量、环间转角以及相邻管片环间剪切力的最大值都发生在上方基坑开挖区域的边缘外侧;实际工程中,上方基坑开挖引起的隧道纵向变形主要是以错台变形为主,占变形量的70%～90%,以刚体转动变形为辅,占变形量的10%～30%。     

U形槽防护燃气管道爆炸对下方隧道安全影响有效性分析

铁路隧道的线路建设常与城市地下燃气管线有所交叉，以某市铁路下穿天然气管道为背景，为分析隧道上方天然气管道爆炸对隧道结构的影响，提出在燃气管道周围设立U型槽的隔离防护措施。通过理论计算燃气管道爆炸TNT当量，建立ABAQUS有限元三维数值模型的方法研究爆炸情况下隧道的结构响应及U型槽防护有效性。结果表明：在爆炸冲击作用下，隧道出现较严重拉伸损伤，在隧道上部圆拱部分出现较大位移变形，且已超出工程容许标准；爆源上部土体抛掷范围较大，位移云图分层明显；设立U型槽防护之后，隧道基本无塑性损伤，结构变形程度明显减小；U型槽阻碍了爆炸波在土体中传播，上部土体抛掷范围主要集中在U型槽内上方区域，且隧道上部土体位移情况有所改善。可见U型槽的设立在天然气爆炸时可以对隧道起到有效的防护作用，数值模拟结果可为类似工程案例提供参考。