基于参数折减法的绿片岩围岩稳定性分析

绿泥石片岩隧洞相比硬岩隧洞更容易受外界水环境影响发生失稳破坏.绿泥石片岩作为一种典型软岩,水的作用对岩体力学性能影响明显,容易发生软化效应,影响围岩稳定.本文以某引水隧洞工程为例,基于软岩隧洞围岩单参数敏感性分析,采用多参数折减系数法模拟软化区域,应用三维有限元对绿泥石片岩洞段开展软化区域和未软化区域的围岩及结构稳定分析.计算成果与现场实测数据对比结果显示,计算值与实测值吻合度较好,软化区域的围岩及结构受力情况明显高于未软化区域,仍符合设计要求,满足工程安全需要.     

弱胶结软岩巷道锚网喷架联合支护技术

为研究弱胶结软岩遇水易泥化、崩解对软岩巷道变形破坏的影响,以东胜井田某矿主斜井弱胶结软岩巷道支护工程为研究对象,通过室内试验分析弱胶结软岩遇水软化机理;通过理论计算,提出全断面锚网喷架支护方案并给出具体支护参数;利用有限元分析软件MIDAS/GTS对弱胶结软岩巷道全断面锚网喷架支护方案进行数值仿真分析.研究结果表明:较大孔隙的微观结构和较高的伊利石、蒙脱石等亲水性物质含量是导致弱胶结软岩遇水破坏变形的主要因素;全断面锚网喷架支护形式能够确保支护体系充分发挥作用,围岩变形量较小.     

隧洞外水压力物理模型试验研究

深埋隧洞高外水压力问题严重影响着隧洞开挖过程围岩稳定及衬砌结构安全,合适的确定方法对保证工程稳定运营显得至关重要.依托"引大济湟"调水总干渠深埋引水隧洞工程,进行了相似物理模型试验,研究了不同岩层结构和排水条件下外水压力大小及围岩渗流场分布规律的变化.对比分析了物理模型试验值、地勘规范估算值及经验取值区间三者之间的差异.结果表明,排水孔的设置会引起围岩地下水位的下降,隔水层可减轻地下水位下渗对隧洞的影响,同时外水压力折减系数物理模型结果βt基本满足经验折减系数区间,可为衬砌外水压力提供可靠的依据.     

深埋HJ复合型软岩硐室导硐法让压效果研究

通过采用FLAC3D有限差分软件并结合现场实测的方法,对深埋高应力（H）、节理化（J）复合型软岩硐室导硐法施工与支护技术进行了动态模拟与对比研究。工程实践证明,在深埋HJ复合型软岩地质条件下,采用导硐法施工能使围岩中的高应力得到释放,使扩刷后的围岩充分发挥自承能力。本研究为煤矿深部开采过程中类似工程地质条件的硐室施工及支护参数确定提供了可靠依据。     

考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明：适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.     

非圆形隧洞解析应力空间分布特征

隧洞开挖过程中快速获取掌子面附近围岩空间应力分布信息对其灾变防控至关重要。基于收敛约束法,将非圆形隧洞围岩解析解与可视化软件Tecplot相结合,提出一种高效、直观的隧洞解析应力空间分布呈现方法,利用该方法对引汉济渭岭北深埋隧洞掌子面附近的空间应力分布特征进行了分析,并在基础上探究了初始主应力场水平倾角对隧洞空间应力分布特征的影响。结果表明：沿隧洞纵向逐渐远离掌子面时,隧洞环向应力集中分布呈现出应力集中大小增长区、应力集中区域扩展区与应力集中区域稳定区三阶段特征。对于深埋硬岩隧洞,沿隧洞纵向远离掌子面的三阶段分布区间分别为0.5D(D为隧洞最大洞径)范围内,0.5D～2.0D范围之间,2.0D范围外。此外,初始主应力场水平倾角对隧洞应力分布影响主要体现在环向分布方位,而对其纵向分布影响较小。     

高应力软岩隧道施工的时空效应分析

以湖南某高应力软岩隧道为背景,应用有限元软件ABAQUS对其施工的时空效应进行了分析,并对其影响范围及大小进行了研究,结果表明:高应力软岩隧道围岩稳定很大程度上受到隧道的"空间效应"及"时间效应"的影响,同时指出在施工时应尽早施加初期支护提高围岩自承能力,在围岩变形趋于稳定时施加二次支护坚决抑制软岩的流变所引起的大变形.     

深埋洞室软岩开挖卸荷-流变与支护时机研究

由于软岩的流变特性,深埋软岩洞室开挖后的很长一段时间内围岩变形持续发展,支护不当或不及时支护极易引发洞室围岩失稳.以四川省甘孜藏族自治州丹巴县大渡河丹巴水电站工程为背景,以室内试验为基础,开展软岩卸荷力学参数劣化分析,确定开挖卸荷、开挖卸荷-流变的计算参数,对穿越断层破碎带的深埋软岩开展开挖卸荷-流变与支护时机的数值模拟研究.结果表明:洞室的流变变形在选取的4种二次支护时机中均为5年左右洞室变形基本收敛,10年左右洞室变形完全收敛,其后支护结构稳定基本不发生变形;同时考虑工程实际中的"先让后抗"的支护原则,当初衬拱顶拱底相对位移(Δ_(A1B1))为Δ_(A1B1max)的80%时进行二次支护为4种二次支护时机中相对最佳的二次支护时机.     

鄂北丘陵岗地区浅埋隧洞劣质围岩支护数值模拟研究

浅埋隧道工程常遇强度低、风化严重且岩体结构破碎的劣质岩体,严重制约着工程设计与施工。为此,以鄂北地区水资源配置工程第15标唐县-尚市隧洞工程典型的绿泥石片岩为研究对象。采用Hoek-Brown的GSI方法估计围岩力学参数并开展数值研究,揭示开挖过程与支护结构对围岩力学响应和支护结构受力状态的控制作用。结果表明:对于工程区劣质绿泥石片岩采用钢拱架与喷锚支护能够有效控制围岩变形过程;围岩力学参数控制着开挖损伤区的分析规律;锚杆受力状态受围岩力学参数影响成非均匀分布状态,拉应力集中在开挖面附近,充分发挥了锚杆的作用。得出在Ⅴ类围岩设计方案下,支护结构在劣质岩体中的受力行为。可为同类工程支护设计提供研究思路。     

具有衬砌的圆形水工隧洞弹塑性应力统一解

针对具有衬砌的圆形水工隧洞,假定衬砌与围岩位移连续,考虑不同工况下主应力顺序、岩石应变软化和中间主应力等综合影响,采用统一强度理论和弹脆塑性软化模型,推导衬砌和围岩弹塑性应力统一解.选取不同的统一强度理论参数,可得到一系列应力场公式及塑性区半径与内压力的关系.通过工程算例分析知,考虑第一主应力的变化是正确的,更符合工程实际,并得出统一强度理论参数、软化特性参数对衬砌和围岩切向应力的影响规律.研究结果表明,统一强度理论参数和软化特性参数对衬砌与围岩塑性区切向应力的影响显著.     

深埋隧道围岩应变软化模型参数的正交设计

研究高应力环境下岩体单元塑性软化变形对深埋隧道围岩位移的影响规律,采用基于莫尔库仑与拉破坏复合破坏准则的应变软化模型对深埋隧道的开挖卸荷进行数值仿真,按照正交实验方法设计计算方案。根据计算结果,得出应变软化模型力学参数对围岩水平收敛位移影响程度的大小,建立围岩水平收敛位移与应变软化模型力学参数之间的经验公式,为深埋隧道围岩的稳定性分析提供了理论依据,对实际工程施工也有重要的参考价值。     

软弱围岩隧道支护设计优化研究

在软岩隧道工程中,由于围岩地质条件多变,合理的支护参数难以选取,合适的支护时机也相对较难,使得工程应用有较大的困难.通过对软岩隧道支护机理的分析,运用数值模拟建立三维有限元模型,对软岩隧道支护参数进行优化,提出优化支护方案,对软岩隧道设计及施工提供理论指导.     

基于遗传算法的软岩破碎带巷道围岩参数反分析

针对软岩破碎带应力分布复杂,各参数难以确定的问题,结合红庆梁穿越软岩破碎带的深埋巷道,基于弹塑性位移反分析的思想,结合Matlab软件GA工具箱与有限差分软件FLAC3D,采用模拟计算值与工程实测值确立适应度函数.在智能寻优反演中,分别得出巷道断层前、中、后的围岩位移等效力学参数.将所得参数用于其他巷道的变形预测,其预测结果与实际监测有良好的吻合效果,说明了此方法的合理性.     

软岩圆形隧洞衬砌支护时机现场变形监测判据研究

结合软岩的应变软化力学特性,将隧道围岩状态分为弹性区、塑性区和松动区,采用非静水压力的柱状孔扩张与芬纳理论,推导圆形隧洞非静水压力下塑性区、松动区最大半径的求解公式,并结合实际工程经验建立了隧洞顶拱变形与塑性区、松动区半径大小的关系式,在此基础上结合衬砌提前施作的工程实际,提出了衬砌施作时机的收敛变形监测判据。该方法已在新疆引额济乌顶山隧洞施工、设计中得到了应用并取得了较好效果。     

软岩隧洞的施工

本文主要介绍了在软岩隧洞施工工程中,为确保施工安全采取的施工措施,根据工程实践采用了使用超前锚杆进行超前支护,以保证拱部围岩稳定;依据“新奥法”施工原则,确定了严格控制施工进尺的“短进尺,强支护”,及时进行二次衬砌的一系列有效措施。     

考虑应力路径的深埋高地温隧洞黏弹-塑性围岩解析解

高地温深埋水工隧洞黏弹—塑性岩体中,由于高温环境的影响和隧洞降温等,致使围岩产生一定的温度应力。因此研究高地温隧洞围岩解析解时必须研究温度应力对围岩塑性区以及应力应变的影响。基于广义Kelvin模型与Bingham模型组成的高地温深埋水工隧洞黏弹塑性围岩力学模型,并在考虑应力路径对围岩与支护的影响下,结合高地温环境中温度应力对围岩与衬砌的影响,进而推导高地温环境热力耦合作用下围岩应力、应变、洞壁位移以及围岩塑性区半径的解析解。基于新疆某高地温水工隧洞工程进行分析与计算,对温度、围岩应力应变及塑性区半径的关系展开理论计算与分析。结果表明,考虑温度应力后计算得到的围岩位移更小。当隧洞内温度变化到达一定量时,所产生的温度应力可能会对围岩与衬砌相互作用的稳定性产生影响。     

深埋隧洞围岩大变形与支护结构力学特性研究

针对软岩地区深埋隧洞建设过程中发生的围岩与衬砌结构之间变形量大、让压能力差、持续时间长等问题,采用"收敛-约束"法、数值模拟等综合手段,对目前塑性材料充填复合衬砌的实际应用效果、围岩和支护结构的变形情况进行研究,以确定对围岩稳定性有利的支护结构.结果表明,塑性材料充填复合衬砌能够适应更大的围岩变形量,吸收一定的围岩应变能和适应围岩的变形,并起到对二次衬砌结构的保护作用,在一定程度上能提供足够的支护力以保持围岩的稳定.     

软岩力学参数对薄基岩顶板隧道爆破围岩振动的影响

针对薄基岩顶板条件下隧道的爆破施工过程中围岩稳定性差等特点,采用数值模拟计算方法分析了上覆软岩的各项物理力学参数的变化对围岩振动的影响.结果表明:空洞效应显著系数最大值出现在掌子面后方2～4 m范围内,施工期间应重点监测该范围内的拱顶沉降等数据;环向上,最大峰值振动速度矢量和出现在岩层界面与隧道壁面的切点处;掌子面附近的围岩峰值振动速度与上覆软岩的容重及泊松比呈正相关关系,与上覆软岩的弹性模量及内摩擦角呈负相关关系.在类似工程背景下,最大峰值振动速度与上覆软岩4项力学参数的拟合关系式分别为:f_1(γ)=21.96e~(0.87γ),f_2(E)=-9.85ln E+15.61,f_3(μ)=13.98e~(0.62μ),f_4(φ)=0.071φ~2-22.98φ+48.18.     

双护盾TBM掘进数值仿真及护盾卡机控制因素影响分析

卡机是制约双护盾全断面隧道掘进机(tunnel broing machine, TBM)安全、高效施工的重要工程地质问题。卡机涉及影响因素较多,数值仿真是对各种因素的影响程度进行定量化分析的有效手段。该文提出了考虑双护盾TBM掘进施工过程的数值仿真方法,通过基于内变量热力学的蠕变模型模拟围岩的时效变形特性,并实现围岩与护盾的相互作用的模拟。以某公路隧洞为研究对象,对TBM推进速度和超挖量2个卡机控制因素的影响进行了研究。分析结果表明:增大TBM推进速度,能在一定程度减小接触压力和卡机风险;而超挖量对减小接触压力的作用更为显著,且对于高地应力、软岩条件下的隧洞施工,2种卡机控制措施的收益将更加明显。研究结果可为类似工程的卡机风险分析及TBM推进速度和超挖量等参数的优化设计提供一定的借鉴。     

大断面的水电站隧洞开挖技术探索

本文通过结合大渡河大岗山水电站隧洞施工实例，针对隧洞开挖断面大，局部地质条件较差特点，如何确保Iv围111岩段在开挖期的围岩稳定和施工期的结构稳定是本隧洞开挖关键。因此，对洞室较差围岩开挖采用减小钻孔深度．减小装药量的施工方案，同时开挖过程中加强支护，开挖后及时跟进喷锚等安全支护。