不同应力场软弱围岩公路连拱隧道力学特征试验

为了更全面了解不同应力场软弱围岩公路连拱隧道的力学特征,选择曲中墙连拱隧道结构形式,基于"先加载后开洞"思路,开展施工过程相似模拟试验,研究不同应力场软弱围岩连拱隧道施工应力变化特征,分析应力场对支护结构受力的影响。试验结果表明:不同应力场,在左、右洞开挖过程中,侧压力系数较小时,拱底和拱顶应力释放最为显著,侧压力系数较大时,拱腰应力释放最为显著;围岩与衬砌接触压力,除在中墙顶、底方向随侧压力系数的增大而略有减小外,其他各方向均随侧压力系数的增大而增大;中墙压应力的量值随侧压力系数的减小而增大;左、右洞衬砌结构内外侧受力不对称,且侧压力系数对衬砌结构的切向应力影响很大,即随着侧压力系数的增大,切向应力最大值位置逐渐由外侧拱腰向拱顶过渡。     

偏压连拱隧道围岩稳定性模型试验与数值分析

按弹性阶段相似原则进行偏压条件下连拱隧道的室内模型试验,模拟连拱隧道的施工工况,研究Ⅲ级围岩地质条件下,偏压连拱隧道开挖的可行性.采用压力盒、数码相机、沉降板等仪器量测试验过程中隧道围岩应力和位移分布.应用三维连续介质快速拉格朗日元对偏压条件下连拱隧道的围岩稳定性进行了分析,掌握连拱隧道开挖时围岩的整体力学性质、变形趋势以及稳定性特点.物理模型所得结果与数值模拟所得结果进行对比分析,结果表明偏压条件下连拱隧道施工过程中,隧道左右洞室拱顶存在较大的差异沉降;右洞拱顶及左洞拱脚围岩是隧道最为薄弱的地方;中墙作为连拱隧道的关键结构,承受了较大的外部荷载,除其本身要达到强度及稳定性要求外,墙顶及墙底围岩易发生塑性屈服;偏压对隧道拱顶的影响最明显,侧墙次之,对拱底影响较小以及隧道围岩不稳定区域和围岩的松动范围与对称荷载情况存在明显差异.     

考虑松动圈影响的公路隧道大直径竖井围岩压力计算方法

为研究公路隧道大直径竖井围岩压力计算方法,基于极限平衡法推导,并与官田竖井实测数据进行了对比验证,最后分析了竖井直径、侧压力系数、围岩等级对竖井围岩压力的影响规律。结果表明:1）与实测数据对比结果显示,本文公式的平均误差度12.85以内,相比其他公式的误差度在180以上,使相对误差减小了167.15以上,可指导工程人员进行竖井的施工设计。2）竖井开挖直径越大,竖井井壁围岩压力越大,但是围岩压力的增长幅度随直径增大而逐渐减弱。3）在未达到极限深度之前,侧压力系数越大,竖井井壁围岩压力越大;达到极限深度以后,不同侧压力系数下井壁的围岩压力一样大。侧压力系数越大,井壁围岩压力随竖井深度的增长越大,更快达到最大井壁围岩压力,即极限深度越小。4）围岩等级越高,竖井的井壁围岩压力越小,在达到极限深度之后的围岩压力也越小。     

浅埋偏压对连拱隧道施工力学效应的影响及处治措施

浅埋偏压赋存条件是诱发连拱隧道大变形灾害的重要因素.以某浅埋偏压公路连拱隧道工程为背景,借助数值模拟方法对比研究不同开挖方案条件下偏压连拱隧道围岩、支护结构及曲中墙力学行为变化规律,并结合现场实测数据分析偏压洞口失稳灾害原因及处治措施.研究结果表明,围岩水平位移和竖向位移呈非对称分布,施工阶段埋深较大侧围岩变形受偏压荷载作用影响更为显著;不同开挖方案条件下中墙水平应力分布差异不明显,而竖向应力分布差异较大,中墙墙脚(拱脚)位置出现水平压应力集中现象;方案Ⅱ条件下隧道初期支护拱顶水平和竖向位移均约为方案I的1.40倍以上,且方案Ⅱ更易引起埋深较大侧隧道中墙墙体因遭受附加偏压荷载作用而发生压裂破坏;针对浅埋偏压洞口大变形诱发原因,给出相应的防治措施,加固处治效果显著.研究成果可为浅埋偏压隧道施工变形控制和灾害防治提供科学参考.     

破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学效应研究

以某高速公路连拱隧道为研究对象,采用数值模拟方法研究破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学响应特征,并分析加固措施和开挖顺序对隧道围岩和结构应力与位移的影响规律。研究结果表明,偏压连拱隧道围岩水平和竖向位移均呈非对称分布,斜坡左上方为水平位移敏感区,拱顶和隧底竖向位移分别表现为沉降和隆起;中墙墙脚处出现水平应力集中现象,深埋侧中墙墙身受偏压作用显著,加固围岩可降低中墙墙身应力约16%以上,而先开挖深埋侧隧道会引起中墙墙身竖向应力增加达22%;初期支护结构位移呈非对称曲线分布,拱脚位置水平位移较大,左右两侧位移方向相反;从控制围岩和支护结构位移角度,采取斜坡与隧底破碎围岩注浆加固措施后处治效果显著,且宜优先进行地形偏压浅埋侧隧道施工。研究成果可为类似地质地形条件的偏压隧道设计与施工提供科学参考。     

大断面小净距隧道的净距优化分析

为对大断面小净距隧道的净距进行全面优化,采用大型有限元软件ANSYS,对不同净距下的大断面隧道施工过程进行数值模拟,研究不同净距下隧道施工过程的围岩应力场和位移场分布情况及支护体系的受力情况,获得隧道净距对围岩应力分布、支护体系受力和断面收敛的影响,再运用层次分析法分析影响因素的目标度,进行一致性检验并确定权重.研究结果表明:大断面小净距隧道在开挖过程中,围岩应力及变形略呈对称状态,先开挖隧道支护受力及围岩变形略大于后开挖隧道,净距越大,对称现象越明显,围岩应力和变形及支护体系的受力越小,围岩及支护体系稳定性越高,综合考虑支护体系安全及围岩稳定等因素,该大断面小净距隧道的最优净距为1.6B(B为开挖净距).     

公路隧道衬砌后空洞对结构安全的影响

基于公路隧道衬砌后空洞对结构安全影响的模型试验,利用ANSYS软件进行数值分析,研究隧道在不同的应力场中,空洞位于不同位置以及空洞被回填前后,衬砌结构的力学性状,并结合模型试验结果,综合评价隧道结构的安全性。分析结果表明:空洞存在于拱顶上方或右边墙背后,病害分别集中于隧道衬砌上半部区域或右半部区域;当空洞被回填后,病害多集中于衬砌拱圈的下半部或左半部,且随着侧压力系数的增大,这种情况越明显;空洞回填一般能使其结构安全性能提高10%～30%;结构性能提升最明显的区域是,在水平压力为主的应力场中,拱顶空洞回填后,承受弯矩减少达76%,在竖向压力为主的应力场中,右侧边墙空洞回填后,承受弯矩减少达71%。     

不同地应力条件下巷道开挖的弹塑性分析

针对不同地应力条件下地下巷道工程开挖过程中围岩的弹塑性应力问题,利用有限元方法进行数值仿真研究.对于弹塑性地下岩体,研究初始应力场分别为只考虑重力应力场或考虑重力与构造应力场两种情况下,巷道开挖后其表面应力的变化规律.数值结果表明,对埋深较大的巷道,构造应力场是引起巷道顶底板变形的主要因素.此外研究侧压力系数对巷道围岩塑性区域的影响,发现侧压力系数小于1,塑性区主要出现在巷道两帮,且系数越小围岩塑性区范围越大.     

浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析

采用双侧壁导坑法,对浅埋小净距双洞六车道偏压公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化,并进行比较。数值结果表明：先开挖深埋一侧隧道,围岩塑性区较小,左洞拱顶不会出现围岩拉裂区,右洞拱顶塑性区较小;先开挖各洞外侧,拱顶和中间岩柱的应力、位移较小;后行隧道开挖对先行隧道围岩的受力变形有很大影响,后行隧道开挖导致先行隧道洞周位移和应力大幅度增大;中间岩柱、侧墙和拱顶均是施工中应重点关注的部位。     

偏压连拱隧道围岩压力及结构计算

为了解决目前在设计中尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩载荷估计偏差较大问题,应用岩柱理论求得塌落拱曲线方程,用作图法确定地形偏压临界覆土厚度,对偏压连拱隧道与非偏压连拱隧道进行界定。在此基础上,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压载荷和被动不均匀载荷确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用载荷结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考。     

大跨度双连拱公路隧道数值模拟与围岩稳定分析

公路连拱隧道是近二三十年来随着高等级公路建设发展而出现的一种隧道结构形式,具有较好的适用性和优越性,尤其适用于用地受限、山区地形复杂、道路展线困难等情况。然而,连拱隧道相对于分离隧道,施工中必然存在对围岩的多次扰动,施工难度较大。在浅埋、围岩软弱、岩溶等复杂地质条件下,这类隧道在不同施工阶段围岩的稳定性问题备受关注。以沪蓉西高速公路恩施至利川段白果坝隧道为背景,结合现场施工,利用三维弹塑性分析程序MIDAS-GTS对白果坝隧道进行了数值模拟研究,对围岩力学性状变化进行了分析,得到了隧道开挖施工中围岩的应力变化规律,针对薄弱部位提出了具体措施。     

软岩铁路隧道支护受力及优化分析

以玉磨铁路曼么二号隧道为背景,分析软岩隧道受力特征,以及施作临时仰拱对隧道围岩压力、位移的影响,为以后的工程方案比选提供参考。通过采用数值模拟和现场监测实际数据对比分析的方法,分析了三维隧道围岩、钢拱架的真实受力状态,模拟了有无临时仰拱时隧道的围岩压力和位移变化情况;探讨在软弱围岩地质情况下,有无临时仰拱对隧道应力场和位移场的影响,得出了施作临时仰拱对控制软弱围岩隧道的变形效果比较明显。结果表明:钢拱架右侧受力明显大于左侧,玉磨铁路曼么二号隧道受力不对称,可能存在偏压现象;实测数据与模拟数值变化趋势基本相同,验证了MIDAS/GTS能够有效地模拟隧道施工过程;通过模拟对比分析,施作临时仰拱时拱顶沉降值减小了15.5%,左拱腰位移减小了69%,右拱腰位移减小了66.7%,隧道围岩压力最大值为143.4 kPa,出现在拱顶位置,最大围岩压力减小了6.5%。     

富水、偏压、软弱地层隧道动态设计实践

本文结合浦南高速公路葫芦丘隧道出口富水、偏压、软弱围岩地段施工实践,详细阐述了对富水、偏压、软弱围岩隧道进行连续的监控量测和动态设计是确保隧道施工安全和结构安全的有效手段.     

高地应力深埋隧道开挖扰动规律

以颗粒离散元理论为基础,建立不同应力场作用下的大尺度深埋隧道模型,从开挖过程中的能量转换规律、应力波传播衰减规律及应力重分布规律等角度研究构造应力场对双线硬岩隧道的影响。结果表明:隧道瞬时开挖后,围岩系统的应变能、动能及耗散能均存在三阶段演化规律。侧压力系数越大,围岩受到的扰动越剧烈;侧压力系数小于1时,拱顶、拱底由于处于应力松弛区,无扰动波产生;拱腰处于应力加载区,卸荷后期会产生同向的第二峰值扰动波;侧压力系数为1时,无明显扰动波产生;侧压力系数大于1时,扰动波产生位置为拱顶、拱底处,且扰动波的方向与卸载波相反;应力卸荷过程可以分为剧烈扰动、卸荷调整以及卸荷完成3个阶段。     

连拱隧道施工方法探讨

目前连拱隧道应用相当广泛,但由于受结构形式所限,连拱隧道施工步序较难简化。就我国已用工法而言,连拱隧道的施工工序常不会少于五步,从而使隧道结构受力状态频繁变化。因此,连拱隧道的施工,施工方法的选择与连拱隧道的结构以及地质条件密切相关。在不同的结构形式和工程地质条件下,不同围岩级别需采用不同的开挖方法,以做到经济合理和技术可行。     

小净距隧道中央岩墙稳定性分析及其应用

利用双极坐标法对小净距隧道中央岩墙受力特性及其稳定性进行研究,得到其应力场分析过程,并结合塑性屈服准则,对中央岩墙塑性区范围进行计算,给出了中央岩墙稳定性的判别方法和程序.对中央岩墙的应力状态影响因素进行探讨,包括相邻隧道的尺度对比、侧压力系数、围岩级别、岩墙厚度和支护反力的影响,这些因素对岩墙稳定性的影响差异极大,由此导致中央岩墙应力分布出现三种不同的形态:完全弹性状态下的下凹单峰形态,完全塑性状态的上凸单峰形态,弹塑性结合状态的双峰形态。最后,应用此方法对大连椒金山隧道工程的中央岩墙的稳定性进行了分析和评价,合理地确定了新建隧道的围岩加固方案、施工方法和支护参数,确保了隧道的安全施工,对类似工程具有重要的指导作用.     

分离式隧道非同步开挖两洞相互影响程度研究

侧压力系数和隧道净距是分离式隧道非同步开挖时两洞间两个重要影响参数．为探讨不同侧压力系数和隧道净距对分离式隧道左、右洞不同步开挖时两洞间的影响程度,使用有限元方法进行了一系列的计算分析,并通过现场动态监控量测来验证数值模拟的正确性．结果表明:侧压力系数越大、两洞间净距越小,相邻隧道的影响程度越大．最后基于分析结果提出一些关于隧道非同步开挖的建议．     

浅析隧道工程中浅埋、偏压施工技术的应用实践

公路隧道是公路工程结构的重要组成部分之一，随着高等级公路向全国各地延伸，公路隧道建筑规模也越来越大，技术要求也越来越复杂。公路隧道施工是在浅埋、偏压及软弱围岩隧道施工中，由于施工技术运用或处理不当，经常会造成较大面积的坍方，由此带来人身伤害、财产损失及工期延误等是无法估量的，本文主要研究公路隧道中浅埋、偏压及雨季条件下施工技术的应用和注意事项。     

地震作用下浅埋隧道动态稳定性的拟静力上限分析

考虑非偏压与偏压2种情况,从能量的角度出发,采用拟静力法研究水平地震力与竖直地震力对浅埋隧道稳定性的影响。研究结果表明:在静态条件下,由本文极限分析法计算所得的结果非常接近于由极限平衡法计算所得结果,验证了本文方法的正确性;在参数分析中,随着侧压力比例系数的增加,竖直方向的围岩压力减小,水平方向的围岩压力增大,破裂角呈减小的趋势,而偏压对浅埋隧道的稳定性也有一定影响,但侧压力比例系数的影响更大;在采用拟静力法进行动态稳定性分析时,水平地震效应系数增加,浅埋隧道的围岩压力与破裂角增大;当竖直地震效应比例系数增加时,浅埋隧道的围岩压力增大,破裂角却减小,且效果明显,可见竖直地震力与水平地震力一样,对浅埋隧道的稳定性有较大影响,在进行支护设计时不容忽略。     

连拱隧道近接重叠既有隧道时的施工性态数值模拟

以具有浅埋、偏压、近距离不对称重叠于下部既有小净距隧道等特征的雅山连拱隧道为工程背景,借助数值模拟手段,分析偏压近接重叠条件下连拱隧道正洞采用"先深后浅"及"先浅后深"两种开挖工序下的施工力学形态.通过比较两工序中连拱隧道围岩和既有小净距隧道衬砌的变形情况、中隔墙变位和受力情况,可知两开挖工序中,连拱隧道围岩变形基本一致,竖向沉降和水平位移值分别以右侧深埋正洞拱顶和浅埋左侧正洞与中导洞相交处为最大,其值分别达到3.19 mm和1.17 mm;浅埋偏压条件下,中隔墙自浇筑成型即处于小偏心受压,但其初始倾斜变位因正洞的开挖而逐步得到拨正;连拱隧道岩体开挖将导致既有小净距隧道内侧拱肩-拱腰区域衬砌出现朝向开挖区的变形,且"先深后浅"工序较"先浅后深"工序偏大0.01~0.02 mm.