基于Drucker-Prager屈服准则及加卸载判据的圆形隧道围岩-支护作用机制探讨

隧道围岩-支护相互作用机制是隧道力学中的基础理论,为了准确描述围岩与支护结构对隧道应力变形的影响,假定围岩本构模型为理想弹塑性模型,采用适用于岩土材料的Drucker-Prager屈服准则,考虑加卸载判据,证明了圆形隧道的开挖过程是一个加载过程,支护过程是卸载过程。通过大型有限元仿真软件Abaqus计算了平面应变情况下圆形隧道开挖与支护过程的弹塑性解。数值分析结果与理论公式结果相吻合,表明开挖的过程是解除内压、增大压差的加载过程,支护过程为施加内压、减小压差的卸载过程。支护后的围岩应力增量和位移增量符合弹性规律,且支护过后的应力等于开挖后的应力减去弹性应力。支护过程的卸载效应使得开挖过程产生的塑性区变成了残余变形区。研究结果可为工程应用提供参考。     

盾构隧道纵向变形引起的横向效应

提出了隧道纵向变形对横断面的影响机理可以分为横断面压扁效应和纵向剪切传递效应,并针对典型的盾构隧道纵向变形曲线,分析了压扁效应与纵向剪切传递效应对隧道横向受力、变形的影响特点.结果表明:隧道纵向变形过程中,纵向剪切传递效应和压扁效应共同作用使隧道产生横向附加变形和受力;在通常情况下,纵向剪切传递效应产生的隧道横断面变形与受力强于压扁效应,但是随着隧道纵向变形的增加,压扁效应的作用也逐渐变得显著,在设计中应当进行考虑.     

基坑开挖对邻近地铁隧道变形的影响分析

当地铁隧道距离基坑较近时,基坑施工会对地铁隧道的围岩应力进行重分布,并引发隧道结构产生变形及内力变化,甚至影响隧道的正常运行.文章应用三维数值分析的手段,对基坑施工过程进行三维动态模拟分析,并结合现场实际监测数据,分析基坑开挖对邻近矿山法地铁隧道的影响.分析表明,基坑施工会使邻近矿山法地铁隧道结构产生变形,但变形量非常微小,不会影响到地铁隧道的结构安全性.其现场实测数据与有限元分析结果对比反映了隧道变形的规律,可以为以后的工程提供参考.     

浮托减重效应对三峡库区竹林湾滑坡稳定性影响研究

由于水库水位上升产生的浮托减重效应,三峡库区自从2003年蓄水后,特别是在2008年首次进行175 m试验性蓄水时大量滑坡发生复活并变形.此后在历年的水位上升阶段,又再次产生这种周期性和间歇性的变形,奉节县的竹林湾滑坡便是典型滑坡之一,其每年在水位较高时处于缓慢蠕动变形状态,变形随着水位上升而产生,水位下降又逐渐趋于稳定.通过分析竹林湾滑坡的变形演化过程及其与降雨、库水位变动等因素的耦合关系,借助数值模拟计算,可得到以下结果:滑坡的砂泥岩互层岩性及微地貌特征为滑坡的变形提供了良好的地质基础,降雨对滑坡的稳定性影响很小,滑坡变形诱发条件为库水位的上升,数值模拟的渗流与稳定性计算结果显示,库水位持续上升导致滑坡稳定性不断减小,当水位升至175 m时,滑坡稳定性系数随后也达到最小值,随着变形的演化发展,可能由缓慢变形最终导致失稳破坏,这与实际变形结果基本吻合,该研究结果为水库水位调度提供了相关参考和依据.     

库水位变动条件下谭家河滑坡变形阈值分析

水库型滑坡主要受水库蓄水、水位升降以及降雨等综合因素影响,稳定性差、变形机理复杂,同时其规模一般较大、危害性强;以三峡库首区域典型代表性水库滑坡-秭归谭家河滑坡为例,对丰富的专业监测数据进行了深入细致的分析,研究结果表明：滑坡主要受到库水位变动的影响,当库水位达到172 m时,滑坡开始产生较大的变形;由于长期库水位变动的影响,滑坡在高库水位和库水位下降时,位移速率较大,监测曲线形成阶跃,滑坡同时受到浮托减重效应和动水压力效应的影响.在库水位下降期,7d累积降雨量大于70 mm,以及在145 m低水位运行期,7 d累积降雨量超过170 mm,会对滑坡的变形产生明显的影响.     

盾构隧道近接下穿既有地铁车站的数值模拟

以北京某盾构法施工的区间隧道下穿附近既有地铁车站工程为背景,在确定了合理的应力释放率并充分考虑了分步开挖及注浆加固区影响的基础上,采用三维有限差分计算软件FLAC3D进行了数值模拟.模型采用地层-结构模型,土体采用摩尔-库仑弹塑性模型.此外,隧道和车站结构采用结构单元模拟,既有车站变形缝采用连接单元模拟.预测盾构隧道施工后既有地铁车站的变形,为邻近既有车站的安全评估工作提供了依据.     

城市隧道同时侧穿桩基和下穿既有隧道变形分析

为研究城市隧道同时侧穿桩基、下穿隧道的受力与变形规律,依托大连东港商务区220 kV电力隧道主体施工工程,通过单桩水平位移方程与经验参数修正公式、Peck公式相结合,对桩基、既有隧道变形进行理论分析和计算,并采用数值模拟试验和现场实测验证。分析了电力隧道开挖对桩基位移及受力的影响规律,研究了既有隧道的沉降变形。研究结果表明：桩基水平位移及桩端沉降均随电力隧道施工的进行不断增加;随着桩身深度增加,桩身轴力先增大后减小;随着隧道与桩间距增加,桩身轴力先增大后趋于稳定;桩身弯矩在不同深度内均随隧道与桩距离增大而增大,但增幅较小;既有隧道的存在也会对桩基产生变形影响;数值模拟得到的既有隧道最大沉降位移为7.34 mm。数值模拟结果与理论计算及现场实测结果一致。研究结论为同时穿越的类似工程提供参考。     

软土地区基坑开挖诱发邻近盾构隧道 水平位移的简化算法

为探究软土地区基坑开挖对于邻近隧道水平位移的影响,首先,分析了软土地区基坑开挖卸载引起盾构隧道水平位移的变形机理;其次,收集了国内软土地区邻近地铁盾构隧道开挖基坑的工程实例,利用随机森林算法对影响隧道最大水平位移的因素进行了重要度排序,并对影响因素进行了统计分析,提出一相对简便且方便广大工程从业人员使用的半经验公式,可直接用于隧道在邻近基坑开挖下的最大水平位移的预测.通过与所收集到文献中已发表的工程实际案例实测数据的对比,对经验公式进行了验证,验证了所提公式的准确性与适用性.参数分析表明:隧道最大水平位移随基坑开挖体量的增大近似呈对数增大,增速逐渐放缓.隧道水平位移受基坑围护结构水平位移影响较大,两者之间近似呈线性正相关.隧道最大水平位移与基坑隧道间距离呈负相关关系,当距离小于两倍开挖深度时,基坑开挖对隧道的影响较大.基于提出的公式,对基坑开挖对隧道的影响范围进行了分区,结果可为类似工程提供一定的理论指导.     

单柱双联拱地铁隧道地表沉降分析

地铁隧道施工阶段及施工后期诱发的地表沉降是造成各种建、构筑物产生外观及功能上损害的主要原因,因此,研究由浅埋暗挖施工引起的地表沉降问题具有重要意义.以某地铁车站暗挖工程为研究背景,采用FLAC3D数值分析的方法,对该地区浅埋暗挖施工引起的单柱双联拱地铁隧道地表沉降进行了数值模拟,同时分析了隧道变形的实测数据及施工工序对沉降的影响.研究表明:中洞开挖引起的沉降较快,而由于中柱支撑侧洞开挖引起的沉降较慢,在施工过程中应当引起注意.该研究为工程的顺利实施提供了依据和指导,可供类似工程参考.     

盾构隧道先隧后井施工技术特点分析

为了明确盾构隧道先隧道施工后工作井开挖(先隧后井)施工法特点,以典型工程实例为依托,通过现场实测与有限元法,分析了该施工法接收井与隧道的变形特性,计算分析了盾构管片张开量的分布规律。结果表明:隧道入接收井时洞内外产生较大的水土压力差,引起与隧道连接处局部围护墙水平位移增大及坑外水位下降。受后续基坑开挖影响,近基坑侧6环管片竖向位移显著增大,近基坑侧4环管片接头处出现了塑性变形,施工中隧道防渗分析可着重考虑近接收井6环管片范围。基于安全考虑,建议对近基坑侧6环管片范围土体进行加固处理。     

考虑地层蠕变效应的桥梁桩基施工对邻近运营地铁隧道的影响

为研究桥梁桩基施工引起地层蠕变行为对邻近地铁隧道安全运营的影响,依托实体工程,采用卸荷条件下黏土蠕变特性试验确定了隧道周围土体的蠕变模型,通过数值模拟手段(FLAC3D软件)与现场监测相结合的方法,分析了桩基开挖期间地铁隧道的竖向位移、水平位移和应力分布状态。结果表明：广义Kelvin本构模型能够较为准确的描述黏土体开挖卸荷时的蠕变效应;桩基开挖后,邻近地铁隧道衬砌位移不断增大,随后进入稳定状态;随着桩基开挖数量的增加,地铁隧道竖向位移和水平位移总体表现为下沉和向外收敛趋势;桩-隧最小净距越小,桩基施工对隧道影响越大,采用隧道双侧布桩的施工方式,能够有效降低桩基开挖时隧道拱腰的累计水平位移,有利于地铁隧道的安全稳定运营。     

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.     

地铁隧道非线性地震响应动力分析

地铁隧道抗震研究是当今地震工程界重要的研究方向。对广州地铁四号线地铁隧道进行了地震响应非线性有限元分析。采用动力有限元数值分析方法,提出估算地铁隧道地震响应永久变形的有限元计算模型。通过动力有限元方法确定地铁隧道的残余变形量,将各个时刻重复通过计算所确定的残余位移累加得到地震作用后地铁隧道的永久变形量。通过分析地铁隧道的永久变形量确定地铁隧道地震响应稳定性,为地铁隧道地震稳定性分析提供了参考依据。     

地铁隧道施工人员不安全行为干预策略抉择模型及仿真*

地铁隧道工程建设快速发展,因人的不安全行为引起的安全事故频发.为有效管控施工人员不安全行为从而降低事故发生率,本文在分析不安全行为干预策略的基础上,构建了地铁隧道施工人员不安全行为干预系统动力学模型,并从干预层面角度和干预类别角度对地铁隧道施工人员的不安全行为进行动态仿真.研究结果表明:干预策略实施的过程中,地铁隧道施工人员不安全行为呈先上升后下降的趋势;从干预层面角度看,个体层面策略对不安全行为系统干预效果更明显;从干预类别角度看,不安全心理对地铁隧道施工人员不安全行为的影响程度最大.     

爆炸冲击下盾构隧道衬砌结构的动力响应特性

考虑现实生活中城市地铁隧道内可能出现的意外或恐怖袭击爆炸事件,运用有限元Midas/GTS软件数值模拟爆炸过程,分析爆破荷载作用下隧道管片的变形、振速、内力及地表的变形情况,分别选取3种不同管片接头模型进行对比。结果表明:爆破荷载作用对隧道管片的影响较大,而对地表的影响较小,其竖向位移随地表与爆炸源正上方位置距离的增大逐渐减小;不同接头模型中管片的内力与变形规律相似;隧道管片内力随时间先增大后减小,采用局部刚度折减法时管片的内力明显区别于整体刚度折减法与不折减法,折减区管片内力较大,整体管片内力分布不均匀现象更为明显。     

地铁浅埋隧道爆破振动效应试验与数值模拟研究

以新疆乌鲁木齐市地铁1号线东线隧道中营工-小西沟区间段为工程背景,对地铁浅埋隧道爆破振动进行了多次监测试验,发现地铁浅埋隧道地表掌子面前后16 m监测范围内存在空洞效应现象,随着与掌子面距离由小变大,空洞效应现象出现先增强后减弱的趋势直至最后消失;运用LS-DYNA程序,采用拉格朗日算法和完全重启动相结合的方法对地铁浅埋隧道爆破振动进行数值模拟,也得出了地铁浅埋隧道地表掌子面前后存在空洞效应现象的结论,空洞效应现象存在的区域为掌子面两侧10 m范围内,空洞效应现象在掌子面两侧6 m处最为显著.通过将掏槽孔装药一次爆破调整为多分段爆破,减小了掏槽孔单段起爆药量,降低了掏槽孔爆破产生的地表振动效应.      

紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形

针对地铁隧道施工影响下紧邻密集管线保护问题,依托南昌地铁实际工程,采用ABAQUS软件建立土体-密集地下管线-隧道暗挖三维有限元模型,结合现场实测数据与数值模拟结果,分析了隧道CRD (cross diaphragm)工法施工时的地层变形规律、地下管线应力特性与地下管线变形规律,并对管线周边土体有无注浆加固时的管线力学特性进行了对比。研究结果表明：(1)隧道开挖引起的管线变形以沉降为主,管土刚度差异对管线变形和应力影响显著。(2)管土刚度差异越小,管线变形趋势与土体变形趋势越接近;管土刚度差异越大,管线对地层变形的抵抗作用也越强会产生较大应力。(3)隧道左右导洞上方管段是危险区域,需重点保护。(4)密集地下管线主要表现为管线材质、管线几何特性、管线与隧道的空间位置关系不同,保护地下管线的核心在于控制地层沉降,地下管线保护关键阶段是隧道掌子面接近管线,此时应确保超前注浆效果和初期支护快速封闭,并加强对管线变形的监测。     

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。     

浅埋暗挖地铁隧道施工方案FLAC优化分析

以北京地铁奥运支线奥森区间隧道工程为依托,将上下台阶法与预留核心土法作为拟采用的2种隧道开挖施工方案,运用FLAC软件对2种隧道开挖施工过程进行了模拟.根据FLAC模拟结果,确定预留核心土法作为浅埋暗挖的施工方案.运用FLAC模拟的结果预测地表变形规律.建议了超前小导管注浆和格栅钢架的联合施工方法为奥森区间隧道地表沉降变形的控制措施.工程实践表明,FLAC模拟建议的施工方案是合理可行的.FLAC计算预测的地表变形值与实测值基本一致.     

黄土地层雨水管道施工对既有下卧地铁变形的影响

为探究基坑开挖和顶管施工共同作用下下卧隧道结构的响应规律,以西安兴善寺东街雨水管道工程为背景,采用数值模拟和实测数据分析相结合的方法对比分析采用明挖法和顶管法两种不同施工方式施工时下卧隧道变形规律,利用正交试验法研究基坑开挖和顶管施工共同作用时下卧隧道隆起量影响因素。结果表明：下卧隧道沿纵向5倍基坑开挖宽度内结构的隆起变形受基坑开挖影响较大,且基坑开挖卸荷使下卧隧道结构发生不均匀变形。左隧道拱顶最大隆起量为4.13 mm,拱腰最大收敛值约为0.55 mm,结构易发生扭转变形;右隧道拱顶最大隆起量约为3.19 mm,拱腰最大收敛值约为0.24 mm,结构易发生竖向拉伸变形。采用顶管法施工可以减少下卧隧道的变形量,实测数据表明顶管施工会使下卧隧道产生横向收敛,最大为1.7 mm,实际工程中应注意控制既有隧道结构的横向变形。基坑开挖和顶管施工共同作用时,各因素对左右隧道的影响程度不同,左隧道的隆起量主要受基坑开挖卸荷作用影响,右隧道的隆起量主要受顶管施工的顶推作用和开挖卸荷作用影响。同时应注意各因素之间不一定是相互独立的,需要考虑因素组合对下卧隧道隆起量的影响。