地下巷道锚喷支护结构的可靠性分析

对于采用锚喷支护的岩石巷道，依据弹塑性小变形理论，提出应对支护结构进行概率极限状态优化，利用蒙特卡络方法，建立了巷道围岩稳定、锚喷支护结构的可靠性计算公式，从而为巷道围岩稳定性评估，支护设计提供可靠的理论依据。     

隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用

从弹塑性力学计算出发，用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响；而描述锚固围岩体力学性质的粘结力和内摩擦角并未改变，建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型。通过计算，得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力及塑性区半径的理论计算公式；分析了锚杆支护巷道的围岩应力分布及塑性区变化趋势。并在井下巷道的锚杆支护参数选定中进行了实际应用，锚杆支护弹塑性力学计算的解析解在理论上为锚杆麦护的董化设计提供了依据．     

巷道围岩自稳结构原理及其影响因素研究

巷道开挖后，围岩总是向着趋于自我稳定的方向调整，直至达到应力平衡的自稳结构为止。巷道的维护本质上就是对围岩自稳结构的维护。本文阐述了巷道围岩自稳结构的原理，通过数值试验手段对岩性、原岩应力状态、开挖方式，巷道形状、支护方式等影响自稳结构的因素进行了研究，并分析了这些因素对巷道支护设计的影响。所得结果对巷道支护设计提供了指导，实践证明该方法是有效的。     

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。     

软岩大跨隧道施工力学研究

深圳大梅沙隧道修建于软弱围岩中，断面呈扁平状，且施工工序复杂，地层和支护结构的受力状态频繁变化。为保证施工过程中支护结构和围岩的稳定，采用ANSYS程序对施工过程中围岩和支护结构体的受力状态进行了模拟计算，结果表明：采用双侧壁导坑法施工，导坑的围岩应力呈不对称分布，尤其在临时支护与永久支护的结合部位会出现应力集中现象；中洞上步开挖是施工过程中最不利环节，容易产生较大的卸荷效应，引起拱顶和地表的大幅度沉降。据此提出了对拱部支护及时施作二次衬砌以及对拱腰和边墙底部围岩采取注浆加固等技术措施，保证了围岩和支护结构的稳定。     

巷道围岩变形的有限元分析及灰色模型预报

介绍了采集力学参数、建立计算模式的有效方法，应用有限元结构分析软件ALGOR实现分别建立、统一联接(COMBSST)生成了支护与围岩相互作用的三维有限元模型，分析了模型各结点的位移及受力情况，计算了巷道围岩变形；又应用灰色系统理论对围岩未来力学行为及可能出现的破坏进行了预报，并对灰色模型的建模条件和预报精度作了分析比较；为巷道支护设计和围岩控制提供了理论依据。     

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明:（1）围岩-支护结构体系协同变形方程能很好的反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。（2）支护强度为0.75Mpa时,理论计算拱顶沉降为18.9mm、数值模拟拱顶沉降为21.6mm;支护强度为1.5Mpa时,理论计算拱顶沉降为11.2mm、数值模拟拱顶沉降为11.1mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。（3）针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和CRD工法施工时,建议支护强度设计为0.75-1.5Mpa、支护刚度设计为59.8-375.0KN/mm。     

隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述

以隧道围岩与支护结构的相互关系为主要研究对象,以特长公路隧道围岩及支护结构稳定性分析方法为依托,对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录,分析掌子面围岩等级,并与设计资料进行对比,对不同级别不同地质条件下的围岩与支护结构稳定性进行比较分析,总结围岩及支护结构稳定性分析的方法。     

用收敛-约束法进行隧道初期支护设计

收敛-约束法是进行隧道结构体系设计的实用方法之一。它的基本理论是柔性的支护与围岩共同变形、破坏的弹塑性理论。利用弹塑性理论和莫尔-库仑强度准则推导的公式，论述了用该方法进行隧道初期支护设计的具本方法和步骤，并指出了设计计算中存在的问题，以供有关人员参考。     

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。     

山岭隧道Ⅳ级围岩不同应力释放率下施作二衬规律

依据在建的延崇高速杏林堡隧道工程地质条件,借助FLAC3D有限差分软件,采用Hoek-Brown屈服准则,对五种埋深条件下Ⅳ级围岩不同应力释放率下施作二衬进行了数值模拟。通过分析围岩特征点位移、二衬应力和围岩应力后得出结论:同一埋深条件下,围岩应力释放率对围岩位移影响不大,随着埋深加大,围岩位移和二衬应力呈倍数增长趋势;围岩释放率为70%～90%时为最佳支护二衬时机,此时初支承受荷载比二衬大,能充分发挥围岩自承能力;拱脚部位岩体存在应力集中,拱腰受水平应力影响较大,并随埋深的加大二者现象越明显,需对它们加强支护。     

隧道与溶洞间复合围岩抗水压能力数值模拟研究

针对平行导洞扩挖施工导致隧道与溶洞间围岩安全厚度不足问题,将围岩与注浆结石体、衬砌结构与注浆结石体视为复合围岩,采用岩石真实破裂过程分析软件（Rock Failure Process Analysis, RFPA）软件对复合围岩破裂突水演化过程进行数值模拟,探讨了不同厚度和类型复合围岩的抗水压能力。结果表明：复合围岩破坏分为外层注浆结石体破坏和内层围岩破坏两个阶段;围岩、注浆结石体厚度越大,复合围岩抗水压能力越高;施作初期支护和二次衬砌将显著提升复合围岩抗水压能力,当二次衬砌厚度为1.2 m时,抗水压能力可提高至4.44 MPa,为新圆梁山隧道穿越2#溶洞施工合理选择临时二次衬砌参数提供依据。     

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。     

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。     

深立井基岩段井壁地压应力研究

揭示深立井及超深立井基岩段井壁地压应力的理论分析方法,为基岩段立井井壁的优化设计奠定基础。首先将立井基岩段井筒及围岩均按照轴对称受力状况建立力学模型,依据井筒开挖前后围岩受力状态的分析,通过围岩内表面与井筒外壁环向或径向应变相等原理,然后依据轴对称原理、弹性理论、静不定问题的求解方法等理论,求解出基岩段井壁地压应力的分布规律。所举算例得到的结果较为充分地反应了井壁中地压应力在井壁结构设计中的作用。其结果对深立井井壁结构的优化设计具有极为重要的指导作用。     

可考虑任意围岩压力分布形式的隧道衬砌计算分析

以大型通用软件ANSYS为平台,采用静力等效原则,把压力转化为相应的节点荷载,解决了隧道围岩压力与节点位置相关又不与衬砌结构垂直的输入问题.利用ANSYS的参数化高级设计语言,编制了适合任意三心圆拱衬砌断面和不同围岩压力分布形式的隧道衬砌内力和偏心距的通用计算程序.这为隧道设计提供了很大的方便.以武广客运专线双线浅埋隧道为例进行了计算分析.结果表明:对于埋深较浅的隧道,如果拱顶围岩压力按均布进行计算,结果会产生较大误差.围岩压力仅按均布设计的隧道,拱腰易出现开裂;围岩压力仅按马鞍型设计的隧道,拱顶易出现开裂;最好采用多种围岩分布形式进行隧道设计与验算.     

隧道单层衬砌结构稳定性现场试验及变形控制

从研究隧道单层衬砌结构的支护稳定性入手,以现场实验手段,对工作过程中锚杆、纤维凝土以及其与围岩相互作用的力学原理进行了系统研究,对单层衬砌在隧道工程实际应用中的力学性能进行了测量,在此基础上阐述了隧道单层衬砌机理,并最终应用于工程实践,初步形成一套具有理论支撑的单层衬砌设计方法。认为纤维混凝土与围岩密贴效果良好,表明提出的单层衬砌设计方法在保证工程质量和安全方面是可行的,支护结构的工作性状可靠。     

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。