浅埋隧道围岩破裂面的极限平衡分析

为探索浅埋隧道稳定性定量分析,采用极限平衡法和变分原理分别建立自由边界条件下浅埋隧道的垂直型、倾斜型和曲线型破裂面稳定分析方法,结合数值模拟共同分析浅埋隧道破裂面分布形式和稳定性指标。研究结果表明:当F为静止土压力时,曲线型和倾斜型破裂面条件下所获浅埋隧道破裂面分布和安全系数很接近,且所获安全系数最小,选择其作为浅埋隧道稳定性分析比较保守;浅埋隧道围岩破裂面分布受内摩擦角、内聚力和支护压力的影响相对较小,受隧道埋深影响最显著;内摩擦角和埋深对隧道安全系数影响相对较小,内聚力和支护压力对隧道稳定系数影响最显著,增加围岩内聚力和支护压力是提升隧道安全系数最有效的方法。     

不同覆跨比下浅埋软弱隧道的破坏模式

为了研究不同覆跨比条件下浅埋软弱隧道围岩的破坏模式,通过室内模型试验对隧道围岩破坏的过程进行模拟;利用强度折减法原理对模型试验进行有限差分数值验证,得出了二者基本一致的结论;通过对模型试验与数值模拟结果的分析,推导基于岩柱理论的修正算法。研究结果表明:浅埋软弱隧道围岩的破坏最早从拱顶开始,由于拱顶塌落区的形成,拱顶两边产生类似滑坡的塌落效应,即浅埋破碎围岩隧道的"二阶段"破坏;当覆跨比较小时,围岩的自承能力弱,围岩塌落速度快,塌落体积少,形成塌穿型塌方;当覆跨比为3.0时,形成了浅埋压力拱,破坏已不能到达地表;当覆跨比为2.5时,围岩塌落形成的塌落体体积及破裂区影响区域最大,施工时支护应及时,保证其安全。     

基于库伦强度准则的Q_2原状黄土的三轴压缩试验研究

通过对陕西延安性宝塔山隧道Q_2原状黄土的室内三轴压缩试验研究,表明Q_2原状黄土具有较大的粘聚力,在低围压条件下土样的应力-应变曲线呈应变软化型,属于脆性破坏,能够很好地符合库伦强度准则,其承载能力与围压呈线性关系;而在较高围压时,土体的应力-应变曲线呈应变硬化型,属于塑性破坏,与库伦的直线强度准则有一定的出入。破裂面倾角与45°+Φ/2相差不大,但无侧限抗压的破裂面倾角与45°+Φ/2相差较大。     

强度折减最短路径在浅埋隧道极限分析的存在性研究

将强度折减最短路径理论,应用于有限元强度折减与极限平衡强度折减分析中,假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,结合具体算例探讨在双参数强度折减时黏聚力与内摩擦角的合理折减比例,同时考虑隧道埋深与洞跨比值的影响,证明了在浅埋隧道极限分析中强度折减最短路径存在的合理性.研究结果表明:在浅埋隧道强度折减最短路径分析中,随着黏聚力与内摩擦角折减比例λ=Fc/Fφ的增大,黏聚力的折减系数逐渐增大,内摩擦角的折减系数逐渐减小,折减路径长度先减小后增大,两者近似服从抛物线分布,证明存在最短折减路径;同时在强度折减最短路径下,黏聚力的折减幅度要大于内摩擦角,且随着埋深的增加,两者折减幅度逐渐接近.     

地面超载条件下覆跨比对浅埋隧道稳定性的影响

以青岛地铁江西路站为工程背景,通过典型数值模型的计算与分析,研究了地面超载环境中覆跨比对浅埋隧道的变形与受力特征等开挖稳定性规律.结果表明:不同覆跨比下浅埋隧道的破坏形态相似,首先是拱肩部位的围岩发生剪切破坏,然后破坏面逐渐发展至地表,围岩的塑性区形状呈倒锥体;覆跨比大小对隧道的围岩稳定性影响显著,覆跨比小于0.2时,围岩的破坏程度严重,出现地表、拱顶沉降变形不收敛的现象;覆跨比增大,有利于加强围岩与支护的共同作用,可以控制地层的变形发展、降低围岩的应力扰动;地面超载值越高,隧道结构的变形与地表沉降越大,围岩的应力扰动也越严重.     

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。     

地震力作用下浅埋双侧偏压隧道松动的围岩压力

为了研究水平和竖向地震荷载同时作用时浅埋双侧偏压隧道松动围岩压力的分布,以拟静力法为基本研究方法,推导浅埋双侧偏压隧道围岩松动压力的解析解。根据推导的公式对在水平和竖向地震荷载同时作用时隧道两侧的破裂角的变化规律进行研究。研究研究表明:围岩级别越高,破裂角越小;地面坡度越大,破裂角越大;随着地震烈度增加,隧道两侧的破裂角的变化趋势完全相反,可根据水平地震力的方向或地震力偏角的方向进行判断;对于围岩较差的Ⅴ和Ⅵ级围岩隧道,给出抗震设防烈度分别为Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ和Ⅸ度时破裂角加固范围。     

隧道方案下穿高速公路的设计与施工

本文结合一水利工程下穿高速公路的案例,论述了新建工程超浅埋、大跨度隧道在保持高速公路半幅通车的情况下穿通过的设计方案,对超浅埋大跨隧道穿越高速公路的结构分析与设计及对原有公路路基的加固方法进行了探讨。     

山岭隧道超浅埋段开挖围岩变形分析

随着我国公路、铁路建设的大力发展,山岭隧道洞口段、冲沟段、沟谷等地段的超浅埋问题严重威胁着隧道施工及运营期的安全。本文以某超浅埋山岭隧道为分析对象,采用了数值模拟和现场监测的手段,对超浅埋隧道在开挖条件下围岩的变形进行分析。分析结果表明：当隧道埋深小于2倍隧道直径时,埋深越浅隧道开挖后拱顶下沉位移量越大;超浅埋隧道开挖后围岩的变形可分为三个阶段,即变形急增阶段、变形缓慢阶段和变形平稳阶段;其中,第一阶段围岩产生的变形最大,是隧道开挖过程中重点关注的一个阶段。最后,通过对比分析发现,实际监测数据与模拟结果变化趋势基本吻合,模拟结果的累积变形值略大于实际监测结果,这是因为监测工序晚于开挖工序。因此,掌握超浅埋隧道在开挖过程中的围岩变形规律,并制定科学合理的开挖支护措施对隧道的安全十分重要。本文的研究是基于工程实例开展的,其研究成果对同类工程具有指导意义。     

纵向倾斜地表盾构隧道掌子面三维挤出破坏分析

为完善隧道掌子面稳定性评价体系,基于极限分析上限法,考虑倾斜地表及掘进深度的影响,推导浅埋隧道掌子面三维被动支护力的上限表达式,并进一步采用规划程序优化计算获得了极限支护力最优上限解.研究表明:掌子面支护力与土体黏聚力比随无量纲参数γD/c(γ为土体容重,D为隧道断面直径,c为土体黏聚力)、掘进深度与隧道埋深比、地面超载与黏聚力比大致呈线性变化趋势,而与隧道埋深与断面直径比、地表倾斜角度、内摩擦角呈非线性变化趋势.内摩擦角、地表倾斜角度、隧道埋深与断面直径比和掘进深度与隧道埋深比对被动破坏模式影响显著,而无量纲参数γD/c和地面超载与黏聚力比对被动破坏模式影响较小.     

软弱围岩下浅埋隧道稳定性的能量分析

基于能量的角度,采用极限分析理论中的上限定理对软弱围岩下浅埋隧道的稳定性进行分析,得到了围岩压力的理论公式。研究表明:埋深、土体容重越大及黏聚力、内摩擦角越小,浅埋隧道的围岩压力越大,破坏范围也越大;当埋深较大、围岩较好时,浅埋隧道由于自稳能力有可能不会发生破坏,而对于比较差的围岩,在施工过程中应采取更为安全可靠的支护措施,以防止发生垮塌破坏。     

浅埋圆形基础竖向地基承载力极限分析上限解

圆形基础是一种应用广泛的基础形式,而目前基础承载力研究主要集中在条形基础上,对圆形基础研究较少.针对现有圆形基础承载力求解方法中存在的问题,构建了多块体离散破坏模式,同时考虑土体自重、黏聚力及边载因素,求得竖向极限承载力的上限解表达式,并编制了最优化计算程序.将计算结果与已有的滑移线解、上限解、Hansen解以及工程实测资料进行广泛比较,证明该处计算浅埋圆形基础承载力的方法是更加准确合理的.然后根据计算结果分析了圆形基础地基滑裂面特性,发现由于同时考虑了土体重度,计算得到的地基滑裂面范围小于经典的对数螺旋滑裂面,滑裂面范围随内摩擦角的增大而增大,随重度增加而减小,随基础埋深的增大而增大.     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道松动围岩压力的研究

在考虑水平地震力影响的基础上,对浅埋偏压隧道围岩压力进行研究,求出破裂角及隧道围岩压力的解析解。研究结果表明:在埋深较浅一侧,水平地震力对破裂角的影响很小,破裂角随着水平地震力的增大而增大;在埋深较深一侧,水平地震力对破裂角的影响则很明显,埋深较深一侧的破裂角随着水平地震力的增大而减小,例如在Ⅵ级围岩条件下,破裂角的变化率高达38%;水平地震力对隧道拱顶围岩垂直压力的影响不大,隧道拱顶围岩垂直压力随着水平地震力的增大而减小。     

超浅埋大跨隧道PBA工法

以北京地铁十号线苏州街-黄庄区间为例,通过对地层、管线影响的数值分析,介绍超浅埋大跨隧道PBA工法设计以及施工方法和工艺,为以后浅埋大跨隧道设计提供参考。     

市政浅埋隧道的设计施工技术探讨

城市地下空间的开发利用,使得市政工程建设中浅埋和超浅埋暗挖隧道工程越来越普遍.浅埋隧道相比深埋隧道而言,具有其显著的不同.因其埋深浅,不能有效形成承载拱,容易坍塌,对市政地下管线、地表建（构）筑物及周边环境会造成很大的影响或破坏.浅埋隧道设计应遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则,并根据不同条件选择合理的开挖方式与施工工序.信息化施工反馈优化设计是市政浅埋隧道工程建设中的不可或缺的重要环节.     

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道施工方法研究

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。     

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的施工方法

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。     

寒区浅埋大跨粘土公路隧道的设计与施工技术

天恒山隧道作为国内第一座严寒地区浅埋大跨土质隧道,从施工工艺到施工组织.国内没有同类工程经验可供借鉴,规范性的标准和要求几近空白,国外可供借鉴的类似工程也不多见.项目针对该隧道特点,在深入调研和借鉴国内外先近经验基础上,优化并创新寒区浅埋土质隧道的施工工艺、支护参数,实现严寒地区浅埋大跨度土质公路隧道的快速施工.     

隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力上限分析

基于极限分析上限法,给出了考虑隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力的解析解表达式,并对不同深埋比和岩土体抗剪强度参数对隧道围岩应力的影响进行了研究。研究结果表明:随着浅埋隧道的埋深及断面尺寸的增大,浅埋隧道极限围岩压力也将增大;浅埋隧道极限围岩压力随着岩土黏聚力和内摩擦角的增大而显著减小。     

应力剪胀对浅埋隧道稳定性系数的影响

考虑剪胀对隧道围岩稳定性的影响,对浅埋圆形盾构隧道、浅埋两车道公路隧道和浅埋双线铁路隧道在围岩发生塑性流动时进行力学特征分析.分析圆形盾构隧道围岩的位移,塑性区分布和最大剪切应变率;计算圆形断面、双线铁路隧道、双车道公路隧道等3 种不同断面形状隧道的稳定性系数,分析剪胀角对围岩稳定性系数的影响.研究结果表明剪胀角对围岩位移的影响存在一个临界值;在围岩发生塑性流动时,塑性区随着剪胀角的增大而逐渐增加;剪胀角对围岩剪切破坏带和围岩稳定性系数都有较大影响;随着剪胀角的变化,隧道临界稳定系数也发生变化.