地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛特征与规律对其稳定性评价与灾害防治具有重要意义。基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析了大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据。结果表明：预埋的多点位移计测点位移主要为0.5-3mm,收敛位移监测值主要为4-8mm,拱顶沉降监测值主要为3-6mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显;基于典型围岩特征曲线经验公式,结合预埋的多点位移计监测数据与数值模拟,提出了地下水封洞库洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%-60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化。     

基于全位移理论的引水隧洞围岩变形全过程研究

鉴于当前隧洞监控量测方法无法测得由隧洞提前开挖扰动所产生的位移和未及时安装监测设备所损失的位移，因此隧洞围岩变形不能准确预测，基于全位移理论，提出了隧洞开挖过程中损失位移、超前位移和围岩内部变形全位移的计算方法. 对现场监测数据进行回归分析并采用FLAC3D有限差分软件模拟隧洞开挖.研究结果表明：隧洞开挖全过程中，围岩内部位移变化曲线呈S形特征，即分为初始增长、快速增长和稳定收敛3个阶段；掌子面空间约束效应的影响范围大致在前后4倍隧洞直径内；数值模拟中超前位移与全位移比值即围岩超前位移比，计算结果为0.3~0.4，与工程现场围岩实际变形规律相符. 因此，所求得的围岩内部变形全位移更符合现场实际情况，可为后续隧洞开挖过程中围岩内部变形全位移的计算，以及预留变形量的设置提供理论依据.     

极端降雨对黄土沟壑区隧洞施工力学效应影响分析

黄土地区输水隧洞的建设中,降雨入渗极大影响着输水隧洞围岩稳定性。本文利用非饱和渗流理论和数值模拟方法研究了极端降雨条件入渗与黄土沟壑区隧洞的开挖扰动耦合影响下围岩的变形和渗流场演变规律,通过Plaxis3D模型对降雨入渗下新奥法施工过程中围岩力学特性、初期支护过程进行流固耦合分析。结果显示,降雨等级越高,围岩孔隙水压力变化幅度越大,对围岩的稳定性越不利;降雨入渗与开挖扰动会加速土层中渗流场和应力场的重分布过程;基于沟道的汇水特性,隧洞围岩含水率在最初5~10 d呈台阶式增长,拱顶、拱腰和拱趾处的最大变形为17.8 mm、28.2 mm、24.6 mm,最大剪切应力为175.3 kPa、182.5 kPa、150.6 kPa,降雨结束约15~20 d围岩变形速率逐渐减小收敛至特定值,但围岩的应力持续增加,为避免围岩发生塑性变形,故可在15~20 d进行二次衬砌支护。本次研究结果可对极端降雨期黄土沟壑地区隧洞施工安全控制提供参考。     

深大基坑自动化监测及智能预警平台

针对深大基坑人工监测中监测不及时、监测数据精度低、监测数据少等问题,以武汉某基坑工程为依托,利用自动化监测与采集设备获得了基坑变形、受力等监测数据,利用前端开发工具Visual Studio Code和后端开发工具IntelliJ构建了深基坑自动化监测与智能预警云平台。研究结果表明,支护桩最大水平位移在0.4倍支护桩长位置处,地表沉降随基坑开挖深度增加而增大,支撑轴力随基坑开挖深度增加而线性增大且轴力增长速率随后续支撑施加而降低。深大基坑自动化监测及智能预警平台实现了基坑施工全过程中自动化监测、智能动态预测与风险评估。     

大型地下洞室围岩最佳支护时间的判定

对新奥法在大型地下洞室施工中的二次支护时间的现有判据进行分析,发现其考虑因素欠全面,主要以变形量或变形速率为主,洞室位移相对值不适应大型洞室.以围岩变形为研究对象,提出大型洞室围岩变形达到总变形的80%、洞室周边水平收敛速度小于0.2 mm/d、顶拱或者底板垂直位移速率小于0.1 mm/d、隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降、位移加速度应基本接近于0作为大型地下洞室最佳支护时间的判据.为了验证该判据的合理性,选择了向家坝大型地下洞室一个断面,按照实际开挖顺序,计算了不同开挖层的最佳支护时间.向家坝地下洞室该断面处围岩拱顶、不同开挖层上下游侧边墙最佳支护时间在8～18 d之间,较好地符合了向家坝实际支护时间.     

隧洞施工期有限元仿真分析

利用ANSYS APDL参数化有限元分析技术和生死单元技术,对西藏高海拔地区某一工程的引水隧洞施工期进行有限元仿真计算,基于岩石力学方法的围岩——结构模型对初期支护方案进行内力和变形的分析计算,同时得出了围岩开挖后的应力状态、塑性区大小和洞周变形等,从而可判断初期支护参数的选择是否合理。结果表明:1开挖初期支护后在围岩应力的作用下,发生了指向临空面的位移,最大位移发生在底板,值为4.601 mm,方向铅直向上,洞周的收敛位移都不大,围岩在施工中是稳定的;2最大应力值出现在底板两侧的边角位置,顶拱的拱铰处发生应力集中;3应力应变符合施工期隧洞工程的一般规律。     

巷道三点收敛观测法测点布置的复变函数解析

针对均质岩体巷道两帮或圆弧段上的三点收敛观测法的测点布置主要依靠工程师经验确定,随意性较强,缺乏可靠的理论依据,采用复变函数方法对均质岩体巷道两帮与圆弧段竖直方向的位移进行精确解析,确定出竖向位移为零而水平位移值最大的形变特征点,并将其作为巷道两帮或圆弧段上的测点布置位置,从而解决了测点布置的理论依据问题。研究成果可为均质岩体巷道围岩稳定性收敛观测工作提供了科学依据。     

大断面黄土隧道围岩纵向位移及预留沉降量研究

以采用三台阶七步法施工的宝兰客运专线黄土隧道为背景,通过现场监测结果和理论计算结果具体分析,研究了大断面黄土隧道围岩纵向位移及预留沉降量。监测数据表明:隧道围岩压力分布对称而不均匀,拱顶最小,拱腰最大;隧道围岩纵向位移中拱顶沉降位移远远大于水平收敛位移。理论研究结果表明:黄土垂直节理发育和塑性区存在对隧道围岩纵向位移有一定影响;对比分析了学者们在纵向位移方面已取得的研究结果;得出了大断面黄土隧道围岩纵向位移的变化曲线(Loess曲线);推出了黄土隧道围岩的预留沉降量计算公式。研究结果对今后大断面黄土隧道的设计与施工具有一定的参考价值。     

基于显微镜示踪技术的基坑土体变形规律试验研究

掌握并控制基坑土体的位移变形规律在其设计与施工中占据重要的地位,现场监测及室内模型试验是研究这一规律的重要途径.采用改制的读数坐标显微镜,跟踪监测埋设于土体中各测点在不同试验工况下的位移演化轨迹,实现了对基坑工程不同施工工况下土体变形规律的试验模拟,得出了不同阶段基坑土体位移场的演化规律及破坏形态,为基坑支护工程的设计提供了参考.     

隧洞围岩空间随机分布特性对隧洞稳定性的影响研究

根据分水江隧洞围岩强度的空间随机分布特征,采用蒙特卡罗随机有限元方法分析了扰动区围岩强度空间随机分布条件下隧洞开挖后围岩扰动区最大等效应力、最大拱顶位移、收敛变形、仰拱隆起的概率分布规律.并采用Ansys中concrete损伤本构模型,分析了扰动区围岩强度平均值相同但离散程度不同时扰动区裂纹分布范围变化规律,建立了考虑隧洞围岩空间随机性的隧洞开挖稳定性概率设计方法.结果显示:围岩强度空间随机分布离散程度越大(强度的标准差从0.608增大至1.216),围岩稳定性越差,裂纹分布范围越广(从1.7m增加至6m),注浆加固范围应增大.研究方法为设计更科学的支护体系提供了理论基础.     

不同采出率下覆岩移动的数值模拟

为准确而有效的掌握条带开采上覆岩层移动规律,采用FLAC3D数值模拟软件,对辽宁省灯塔市西马煤矿北二采区西上岗子村下压12煤在不同采出率开采条件下,采空区上覆岩层变形传播规律进行研究,对采空区覆岩及对应地表布设位移测点得到竖向和水平位移变化曲线.研究结果表明:随着采出率由40%增加到50%,再到60%,采空区顶板测点最大竖向位移增量分别为51.51 mm和119.56 mm,对应地表最大竖向位移增量为17.38 mm和65.67 mm,而水平位移随采出率变化关系与竖向位移相似,但其受到开采影响范围相对小一些;当采出率一定时,在同一位移观测线上,采空区顶板对应测点移动变形量大于煤柱顶板对应测点的移动变形量,这种高差趋势向地表方向而逐渐减小.最后,通过对竖向位移与采出率变化关系进行拟合分析,得到采空区顶板和对应地表最大竖向位移与采出率呈幂函数增长关系.     

高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响：以玉龙雪山隧道工程为例

为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,明确主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面与监测面距离为3.63倍主洞洞宽时,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和拱底隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大,当二者间距由5.0D减小至3.0D时,拱顶沉降值和拱底隆起值分别从-0.598m和0.426m增加至-0.679m和0.514m。     

生态加筋土高挡墙长期变形的现场试验分析

为研究生态加筋土高挡墙的长期变形特性,结合高填方支挡工程,采用钢塑土工格栅作为加筋材料,混凝土砌块作为挡墙面板,筋材与面板锚固相连共同受力,进行了生态加筋土高挡墙的现场试验,分析挡墙顶部、中部及墙后填土的垂直和水平位移的长期变形规律。结果表明:工后挡墙顶部最大沉降为3 mm,最大水平位移为44 mm,位于挡墙中部。整个生态加筋土挡墙的变形特征为从墙顶往下呈鼓状膨胀发展,挡墙中部位移发展最大;加筋挡墙中部水平位移速率远大于挡墙顶部,但在工后200 d挡墙中部水平位移已收敛稳定,而挡墙顶部的水平位移在工后200~650 d仍处于动态微量增长中。     

穿越富水断层带隧洞渗流特性正交模拟分析

为了解决福建某引水隧洞开挖过程中产生的(突)涌水问题,采用FLAC3D软件建立隧洞穿越断层破碎带模型。设计了正交模拟试验对不同围岩岩性、隧道埋深及地下水位3个因素下隧洞穿越断层破碎带过程中的渗流作用进行对比。试验结果表明围岩级别对位移影响最大,隧洞埋深影响次之,地下水位影响最小。在此基础上对隧洞进行不同厚度注浆加固设计,解析解与模拟解均表明防渗和加固效果明显。现场施工采用3 m厚注浆圈,穿越断层带引水隧洞的竖向位移和涌水量均得到了有效控制。     

考虑频率影响的隧洞开挖爆破振动效应研究

在现场隧洞爆破开挖同时开展爆破振动速度测试,由试验得到各测点水平径向(指向爆心)和垂直向的最大振动速度及相应的振动主频.对试验结果进行回归分析,分别得到爆破振动最大速度和爆破振动主频的预测经验公式.结合"爆破安全规程"(GB6724-2014)中安全允许的质点振动速度和主频之间的关系,对隧洞开挖爆破振动安全进行了分析.研究结果表明,当测点与爆心距离为20～80 m时,测点水平径向最大振动速度为10.8～1.3 cm/s,水平径向主频为75～125 Hz;测点垂直向最大振动速度为8.7～1.6 cm/s,垂直向主频为72～115 Hz,爆破振动在安全允许范围内.     

锚杆支护下两向不等压深埋隧洞受力与变形弹性分析

为了给引水隧洞隧址选择和支护参数设计提供理论参考,采用均匀化方法,基于复变函数理论,推导了非均匀应力场下锚杆支护时深埋圆形隧洞的应力及位移弹性解析解,并给出了洞周切向应力及径向位移随围岩弹性模量、侧压力系数、锚杆长度、半径和环向间距等参数的变化规律。通过算例分析,得出以下结论:（1）随着围岩弹性模量的增大,隧洞洞周各点的切向应力和径向位移均减小,且对围岩弹性模量（单位:GPa）在[5,10]区间最敏感;（2）侧压力系数在（0,1]区间时,洞周最大切向应力和径向位移随其增大而减小;在[1,2]区间则相反,并对侧压力系数在[1,2]区间更敏感;（3）随着锚杆长度的增大,洞周的切向应力和径向位移逐渐减小;随着锚杆半径增大,洞周的切向应力逐渐增大,径向位移逐渐减小;而随着锚杆环向间距的增大,洞周应力和位移的变化趋势与锚杆半径的规律相反。     

三车道大断面高速公路隧道信息化施工

本文通过对三车道大断面高速公路隧道的现场监控量测,并对各量测项目进行分析,分析结果：DK23＋296断面最大累计拱顶下沉量为5.85mm,最大累计水平收敛为4.278mm,且最终拱顶下沉变化速度小于0.2mm/d,即该断面的变形已达到稳定;DK23＋190断面围岩压力较小,最大值为-0.093791MPa;钢支撑内侧最大值为27.134MPa,外侧最大值为7.194MPa;锚杆轴力最大值为2.4kN;围岩位移最大值为1.36mm。各受力考察参数均较小,远小于允许应力,围岩-支护体系已趋于稳定;从监测结果看,各量测断面现阶段变形稳定,洞室安全,衬砌受力及变形在合理范围之内,可继续按设计进行施工。配合和指导现场施工,确保了隧道施工的安全和结构的稳定,并积累了经验,可用于类似工程借鉴。     

不同方位溶洞对盾构施工隧道位移影响研究

为探究溶洞方位及尺寸对隧道围岩稳定性的影响,以昆明地铁4号线岩溶区段为依托,通过Midas软件进行数值模拟,对盾构掘进工程中围岩位移及应力响应进行分析,并以实际监测进行验证.结果表明,盾构开挖时,隧道拱顶沉降3.31 mm,拱底隆起3.58 mm,拱腰收敛1.62 mm;溶洞对溶隧形心方向上位移起屏蔽作用,位移随尺寸增...     

中国锦屏地下实验室开挖隧洞灾变特征与长期原位力学响应分析

深埋高应力隧洞建设过程中潜在岩爆、片帮、塌方等工程灾害。中国锦屏地下实验室二期(CJPL-II)是目前世界上埋深最大的实验室(2 400 m),在隧洞群建设过程中开展了变形、应力、微震等系统的综合原位监测和力学响应数值模拟,该文系统分析了隧洞灾变特征与长期原位力学响应,研究结果表明:隧洞围岩变形以1#实验室和4#实验室北侧边墙较大,最大变形达83.7 mm,岩体锚杆应力最大为530 MPa,开挖完成后3个月,岩体变形趋于稳定;基于岩体声波和钻孔摄像揭示的围岩松弛深度范围总体约为0.8～3.5 m;围岩随开挖内部破裂演化,存在分区现象,强度较高且完整的岩体,破裂区范围较小,强度较低且完整性较差的岩体,破裂区范围较大;各实验室开挖时的微震在完整岩体隧洞和断层附近区域更为活跃,各隧洞强弱顺序依次为:8#、 7#、 4#、 3#、 5#、 6#、 1#、 2#、 9#,已完成开挖后的各洞室微震活动性逐渐趋于平静;基于CASRock软件分析表明:实验室开挖卸荷后南侧拱肩和边墙应力高、松弛深度较大,是高风险区。研究成果为实验室灾害预警、稳定性评估、动态设计及长期安全运营提供了直接支撑,也将为相似地质条件的高应力深埋隧洞安全建设提供借鉴。     

极松散煤层复合支护技术研究

针对巷道所处煤层松软、埋深大、蠕变变形难以控制的问题,以芦岭煤矿为研究背景,在分析芦岭煤矿巷道原支护变形大的基础上,提出"平顶棚+梁锚注+网布"的复合支护技术.运用ABAQUS软件对新支护形式蠕变前后的应力及位移分布情况进行仿真模拟,给出了巷道顶中、底中和帮部中点的蠕变位移曲线,并与现场监测数据进行了对比分析.结果表明:采用"平顶棚+梁锚注+网布"巷道围岩支护方案,能有效控制围岩的蠕变变形,巷道顶板最大蠕变量仅为4mm,两帮移近量为60mm,底臌蠕变量为174mm,巷道总变形量减小,现场监测结果与数值模拟结果十分吻合且在巷道开挖13 d后变形趋于稳定,满足安全生产的要求,为极松散煤层巷道围岩的加固及支护提供借鉴.