浅埋偏压连拱隧道洞口段数值模拟与监测研究

公路连拱隧道一般应用于中短隧道工程,常常存在地质条件较差、浅埋偏压等问题.栎斜隧道是宁波象山港公路中的一座双向四车道连拱隧道,出口段存在明显的偏压现象,围岩破碎,地质条件复杂,给施工带来一定的难度.本文采用现场监控量测和数值模拟两种手段,在监测断面进行周边收敛位移、拱顶下沉和地表沉降监测,并与数值模拟结果对比分析.监控量测和数值模拟结果一致,表明采用数值模拟的可行性,弥补了现场监控量测预见性较差的缺陷.     

偏压情况下连拱隧道施工顺序的数值分析

采用有限元法数值模拟云南思小高速公路的双连拱隧道中导洞施工法分步开挖过程,研究双连拱隧道在偏压作用下施工过程的力学行为.通过动态数值模拟,得到隧洞在不同开挖顺序下围岩的应力变化和塑性区的发展范围以及中隔墙、衬砌的应力情况;对比分析不同施工方案各关键工序的模拟结果,并从应力转移的角度分析洞室开挖的影响,得到偏压作用下连拱隧道施工顺序的优选方案.     

长坪隧道浅埋软弱围岩段施工监测与结构承载状况分析

通过对长坪隧道出口浅埋软弱围岩段施工的跟踪监测,分析和总结了围岩变形、锚杆轴力、围岩压力、钢拱架内力、喷射砼与二次衬砌砼结构的承裁状况,研究结果表明:该洞段采用台阶分部开挖法施工是适宜的,它能较为有效地抑制围岩的变形;隧道拱部施筑的锚杆作用和效果明显大于边墙部位的锚杆,二次衬砌砼承载结构所受到的压力约为其同部位围岩压力的1/3～1/2.     

TTU标模风压数值模拟及试验对比

以国际通用的低矮建筑标准模型TTU（德州理工大学）模型为考察对象，在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了1：50缩尺模型的风洞试验研究．通过风洞试验数据与原型场地实测数据的对比，以评估风洞模拟技术的可靠性；同时，基于国际商用软件Fluent的RSM（雷诺应力）模型和CFX的SST（剪切应力运输）模型，从数值模拟的角度研究了TTU实尺度模型的定常绕流场．将数值预测的压力场与实测结果及缩尺模型风洞试验数据进行了比较，分析了风洞试验与场地实测之间、数值模拟与试验之间的异同，得到一些有参考价值的结果．     

高水头作用下深埋长大隧洞围岩稳定的数值模拟研究

在深埋隧洞开挖过程中,不可避免地将会遇到高水压和高应力,以及这两个因素所控制和诱发的问题,因此分析水压作用对围岩稳定性的影响具有重要意义。针对研究高水压对深埋隧洞围岩稳定性的影响,结合锦屏二级水电站引水隧洞的实例采用FLAC3D软件进行数值模拟。通过计算不同水压力条件下的围岩最大变形量,建立围岩最大变形量与水压力之间的关系,求解临界水压力。当岩体强度满足一定条件时,只要水压力小于临界水压力,就可忽略水压对围岩稳定性的影响。结果表明:对于白山组大理岩Ⅱ类围岩可忽略水压作用;而对于白山组大理岩Ⅲ类围岩,高水压对其影响比较大,出现严重变形,需做支护处理。     

不同倾角硐室围岩稳定性模型试验及数值模拟

论文首先在相似理论的基础上,以河砂、水泥、石膏为相似材料,调整其配比,制备出符合模型实验要求的砂岩和泥岩相似材料。通过对模型试样进行长期加载试验得到：当进行长期加载时,随着层状倾角的增大,位移变化先增大后减小,这是由于随着倾角的不断增加,互层岩体模型的整体刚度先减小后增加,所以导致了位移先增大后减少。最后利用ANSYS有限元软件对互层岩体硐室开挖模型进行稳定性分析,帮中与顶板底板处变形较大,同时由于层理的存在使得顶板位置的变形要大于帮中位置,倾角对硐室围岩变形以及应力变化具有较大影响,45°倾角时硐室围岩的变形量最大,应力集中最明显,此时容易发生滑移破坏。文中结论对实际地下工程支护和设计有一定的借鉴意义。     

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.     

岩体诱导冒落的数值模拟

采用RFPA分析软件,针对不同回采深度、不同节理分布,并考虑彼此综合作用,模拟了采场顶板的冒落过程.结果表明,采场顶板冒落轨迹近似拱形抛物线,冒落高度大约为开挖推进跨度的40%~60%.通过对比分析,得到以下结论:侧压力越大,开挖步距越大,则冒落高度越小;深埋高应力岩体冒落区形状由抛物线渐变为层状;水平节理岩体的冒落形状由抛物线形渐变成马鞍形;竖向节理冒落呈尖塔形.研究对实现低成本高效率开采、消除地下安全隐患、科学诱导采空区冒落具有理论和工程价值.     

岩体隧道施工诱发的关键块体三维模型及其验证

在岩体隧道工程岩体结构面的观测基础上,研究了结构面三维模型及网络模拟技术,通过不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,讨论了两种块体搜索方法,即根据确定结构面参数搜索确定块体和根据节理面网络图搜索随机块体的方法.引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,采用蒙特卡罗法和面向对象的编程技术,给出了基于统计原理的岩体不连续面三维计算机模拟方法.建立了岩体工程适用的块体搜索和计算模型,实现岩体隧道工程的关键块体计算机搜索、三维显示和旋转等.     

基于模型试验和数值模拟的土工格室加固高填路堤稳定性：以新疆G216线民丰段为例

为研究土工格室加固高填路堤的稳定性,通过开展室内模型试验,分析了在持续荷载作用下素土边坡和土工格室加固高填路堤边坡的沉降量和最大水平位移;基于室内模型试验,建立有限元模型,分析了不同加固条件下的坡顶沉降量、最大水平位移及土工格室应变,研究了土工格室高度、铺设间距以及不同铺设部位对高填路堤稳定性的影响。结果表明:铺设土工格室能降低边坡土体的沉降量和最大水平位移,进而提高边坡的承载力;素土边坡剪应变自坡顶至坡脚形成贯通的滑移带,铺设土工格室后,滑移带的位置由边坡表层深入坡体内部,且滑移带未完全贯通;增加土工格室的高度,边坡的沉降量和最大水平位移先减小后趋于稳定,安全系数先增大后逐渐平缓;边坡的沉降量、最大水平位移随土工格室铺设间距的增大而增大;减小土工格室铺设间距0.6~0.7倍,最大水平位移降低1.5~2倍,坡顶沉降量减小1.5~1.8倍,安全系数增大1.1~1.3倍。高填土路堤的侧向位移主要发生在边坡底部H/3处,在边坡底部H/3处减小土工格室的铺设间距、增加土工格室的高度能更好约束侧向位移和沉降量,是提高路堤稳定性更为经济合理的加筋方案。     

基于Z-P准则的煤巷围岩稳定性数值模拟研究

通过FLAC3D所提供的二次开发程序接口,利用VC++6.0程序语言编写了Z-P准则的计算程序,成功实现Z-P准则的FLAC3D二次开发。采用开发的Z-P准则和FLAC3D内置的M-C准则对木城涧煤矿二槽煤层锚固支护巷道进行数值模拟,并对巷道围岩的塑性破坏区、位移及应力分布规律进行对比分析。结果表明:Z-P准则计算的塑性破坏区、位移比M-C准则的计算结果偏小,应力比M-C准则偏大,但应力集中现象相对不明显,总体分布规律基本一致。将模拟结果与现场钻孔探测数据进行对比可知,Z-P准则计算的结果更接近现场实际。     

大型长廊式调压室围岩稳定性数值仿真分析

西部水电建设中,大型长廊阻抗武调压室应用越来越多,此类调压室整体形状窄长,一般具有高边墙、大跨度等特点．以黄金坪水电站调压室为例,结合其自身特点,运用弹塑性围岩理论,对开挖和灌浆锚固过程中的长廊式调压室围岩稳定进行数值分析．最后,针对长廊式调压室特点给出有利于围岩稳定的建议,为同类工程及相关研究提供参考．     

基于Hoek-Brown准则的小净距隧道围岩稳定性数值模拟分析

以Hoek-Brown准则为基础,采用FLAC3D数值模拟方法,分别建立不同跨度小净距隧道有限元计算模型,对隧道施工过程力学特征及围岩稳定性进行对比分析.通过分析得出:在施工中应尽量减少对中夹岩的扰动,并采取充分合理的加固措施保证小净距隧道的稳定和支护结构安全;Ⅴ级围岩条件下隧道的净距不能过小,净距在0.2B时的中夹岩受力情况要比0.5B时危险得多,相应的围岩加固也变得艰难,所以对净距的取值一般不能小于0.5B;采用侧壁导坑法开挖隧道,在开挖下侧土体时对中夹岩柱的扰动比较大,施工中应对该阶段加强观测并采取必要的应急措施.