大断面蚀变软岩引水隧洞施工方案适宜性研究

以甘孜硬梁包水电站超长引水隧洞工程为依托,采用三维FLAC3D数值模拟,对不同施工方法进行了对比分析,验证开挖方法的合理性。研究发现蚀变岩隧洞上半洞开挖,以拱顶沉降为主,建议加强拱顶沉降监测。塑性区最大深度在拱肩位置,成为失稳的关键部位,需确保拱肩锚杆的施工质量。根据数值模拟计算结果显示,预留核心土法塑性区厚度6 m,最大变形为55 mm,台阶法开挖塑性区厚度15 m,最大变形为102 mm。因此确定预留核心土法为合理的施工方法。     

基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究

为研究富水软岩隧道最优排水方案,以甘肃省道S304线关山隧道为研究对象,基于流固耦合分析理论,建立了应力场和渗流场作用下的隧道开挖模型。借助SoilWorks有限元软件对隧道全排水、全封堵及堵水限排三种施工方案进行了模拟,并对孔隙水压力及水位线、位移场及应力场、围岩塑性区的分布规律进行了研究。结果表明:富水软岩隧道开挖时,采用堵水限排方案可以有效减小对地下水位的影响,经济效益显著;三种施工方案中,堵水限排方案隧道的拱顶沉降、隧底隆起以及地表下沉量最小,但围岩的应力最大,仰拱最大拉应力为全排水方案的2.2倍;全排水方案与全封堵方案围岩塑性区主要产生在仰拱,堵水限排方案围岩塑性区主要产生在边墙两侧,塑性区的范围较小。研究结果可为富水软岩地层同类工程排水方案的确定提供借鉴。     

考虑复杂断层及岩脉的地下硐室群开挖步序优化研究

以某拟建抽水蓄能电站地下厂房硐室群为例,考虑复杂断层及岩脉,采用三维数值方法对不同开挖步序下厂房围岩变形及应力力学响应展开研究,并比选最优方案。研究结果表明:厂房硐室在四种开挖步序工况下,围岩位移场相差不大,硐室围岩的水平位移极大值出现在边墙中部,铅直方向的沉降极大值出现在硐室围岩拱顶,卸荷回弹位移极大值出现在洞室底板中部;主厂房上游边墙局部部位出现拉应力区,方案2引起的拉应力区范围最小,方案3最大;七步开挖方案条件下的塑性区体积均小于六步开挖方案的结果,表明主厂房采用七步开挖方法有助于减少洞室围岩的塑性区分布;在考虑复杂断层及岩脉的情况下,4种施工步序方案均为可行方案,方案2为最优方案。研究成果可为抽水蓄能电站地下厂房硐室群开挖施工提供指导。     

大断面小净距三孔隧道群施工顺序研究

近年来以地铁建设为主的地下交通和地下空间的综合利用得到了大力发展,地铁隧道之间的净距越来越小、断面越来越大。大连地铁河口站站后折返线隧道与高河区间地铁正线隧道三线并行段,因受线路及地形地貌的限制,设计为大断面小净距隧道。为确保大连一期地铁工程按期完工并考虑到隧道群开挖对围岩稳定及周围环境的影响,最后选取CRD法施工。对这种大断面小净距隧道群的开挖提出了四种施工顺序,并采用Soil-works有限元数值分析软件分别对四种施工顺序进行施工过程模拟,以围岩变形、洞周应力、影响范围分布为主要优化指标。模拟结果表明:以第三种施工顺序为最优,其中地表最大沉降量为4.5 mm,地表影响范围为15.461 m,拱顶下沉值为24.96 mm等。该结果为高河区间地铁隧道施工顺序的选择提供了科学依据,并为类似的工程提供了一定的借鉴和参考。更多还原     

高地温水工隧洞围岩塑性区特征及其锚固力学特性分析

为探究高地温下水工隧洞开挖后锚杆轴力分布、不同时间和不同温度下围岩塑性区特征，以新疆某水电站引水隧洞高温洞段为研究对象，以现场监测的温度数据和锚杆轴力数据为基础，基于Dracker-Prager本构模型，采用有限元法对高地温水工隧洞施工期的温度-应力耦合场进行围岩塑性区模拟分析。结果表明，高地温水工隧洞中各锚杆轴力均为拉应力，随时间不断增大，曲线斜率逐渐减小，各锚杆轴力最大处位置有所不同，但各锚杆在第8 d后前端轴力增长明显减缓；随着时间的推移，围岩塑性区向上下扩展，且塑性区厚度增加，塑性应变值逐渐增大；围岩初始温度越高，开挖后洞壁与内部围岩的温差越大，温度应力对围岩塑性区的影响越大；围岩的温度越高，塑性区更容易在拱肩处向围岩深处恶化发展。     

隧道洞口浅埋段大管棚受力分析

以溪洛渡水电站交通工程某公路隧道洞口浅埋段采用大管棚预加固为分析实例,通过有限差分法数值计算,研究了掌子面开挖时不同位置管棚的内力、位移变化规律及围岩内塑性区变化。分析表明：上台阶掌子面开挖影响管棚内力及位移明显,下台阶开挖影响较小;掌子面开挖至一定时,拱顶管棚的剪力值最大,从拱顶向左右侧管棚上的剪力逐渐减小;管棚轴力和弯矩最大值位于掌子面开挖处;根据围岩内塑性区可获得管棚搭接长度及系统锚杆设计长度。     

大断面小净距浅埋隧道围岩的屈服接近度分析

针对甸头隧道下穿大西公路段,采用有限差分法开展隧道施工过程的数值模拟,分析施工过程 中围岩的屈服接近度的演化和转移特征,并和围岩塑性区的发展过程相比较,来开展围岩的稳定性研 究。研究结果表明:隧道施工产生的围岩塑性区主要集中在拱脚处,现有的锚杆加固方案基本涵盖了围 岩重点关注区域（考虑屈服接近度大于0．7的范围）,仅在拱脚附近需要加长锚杆的长度,以保证隧道围 岩的稳定性。     

软岩中竖井开挖的支护分析

以位于软岩地质的新疆某水电站闸门竖井开挖工程为例,依据弹塑性力学支护原则与结构力学支护原则,借助Mohr-Coulomb屈服准则选择各种可对比性支护方案。通过阐述计算比较分析等效塑性应变、塑性区、形变与结构应力,最后得出,混凝土衬砌可作为软岩中竖井开挖时的主要支护,锚杆支护仅可作为临时性辅助性支护,以供借鉴参考。     

夹岩水利枢纽工程高面板堆石坝面板应力分析及施工分期

夹岩水利枢纽工程挡水大坝采用坝高为154 m的高混凝土面板堆石坝,其面板施工分期高程选择是工程建设的关键技术,将直接影响水库蓄水成败。为确定合适的大坝一、二期面板施工分期高程,通过面板应力变形分析,结合坝体填筑沉降期、面板浇筑施工强度和坝体度汛要求等因素,综合分析选择面板施工分期高程为1 254.0 m(约为坝高50%处)。研究表明,面板施工分期高程成功避开了面板最大变形区,并可满足坝体填筑沉降期、面板浇筑施工强度。在确保工程建设质量的同时,为工程建设进度顺利推进打下了坚实的基础,可供其他类似工程借鉴。     

某浅埋土质隧道的衬砌静力分析和动力响应研究

浅埋砖砌土质隧道存在衬砌强度低、地下水渗透等问题,结构易遭到破坏。为合理评估隧道的稳定性及灾害影响,研究中采用ｍｉｄａｓＧＴＳＮＸ软件建立了详细的二维、三维数值模型,分别进行地层结构分析和线性时程分析,并结合砌体结构设计规范对衬砌的承载力进行验算。主要结论如下:稳定性分析中,砖衬砌中各部位强度满足受压和抗剪承载力要求,除侧墙和底板外的结构点均满足抗震承载力要求,拱顶的抗震承载力接近抗震承载力设计值,判定不利位置为拱顶及侧墙底。在地震作用下,隧洞周围土体塑性区向斜上45°发展,塑性区范围随时程不断增大,侧墙底及顶拱出现应力集中;隧洞竖向、水平位移最大点分别出现在拱顶和侧墙底;Ｍｉｓｅｓ应力和最大剪应力从隧洞中部到两端递减,顶拱应力远大于侧墙;隧洞两端加速度较大,拱顶加速度数值随时程变化大于其余部位。判定衬砌最不利位置位于拱顶45°附近及侧墙底部。     

丹巴水电站引水隧洞衬砌结构安全与围岩稳定性分析

依托丹巴水电站引水隧洞工程,研究锚杆和衬砌对围岩稳定性的影响,进行了不同埋深下隧洞衬砌厚度的比选和衬砌的安全性分析、配筋和裂缝宽度验算等,考虑了不同衬砌施加时机对隧洞受力及位移的影响。研究发现,锚杆支护可使围岩塑性区分布更加均匀,受力更加合理,可较好的控制围岩变形;衬砌内最大压应力值随着埋深增加而增大,随着衬砌厚度增加而降低;提出了有效减压区,应在有效减压区选择衬砌厚度,衬砌厚度选1.5m为宜;在最危险工况下,给出了合理的配筋设计方案;经过不同位移量和不同模型下衬砌安全性的对比分析,衬砌加固选择85%的位移预留量,围岩的变形量和最大控制内力都可得到明显的控制。     

公路隧道断层破碎带围岩变形规律数值模拟

为研究断层破碎带隧道施工围岩变形规律,采用数值模拟方法分别考查了台阶法、预留核心土法和三台阶法施工时围岩变形及地表沉降情况。结果表明:断层破碎带隧道施工围岩变形量随着荷载步增加趋于稳定,台阶法造成的拱顶沉降值较大,三台阶法和预留核心土法能较好的控制隧道拱顶沉降;隧道周边收敛值也随荷载步增加逐渐稳定,台阶法周边收敛值最大、三台阶法周边收敛值最小;地表沉降随荷载步增加逐渐达到稳定,台阶法施工造成的地表沉降最明显,三台阶法次之,预留核心土法地表沉降控制效果最好;预留核心土法隧道上方横向形成明显的沉降槽,随着荷载步增加沉降槽趋于明显,最终达到稳定。     

公路隧道地震响应计算的拟静力法

鉴于对公路隧道抗震计算的简化算法迄今研究尚少,提出了一种适用于公路隧道地震响应计算的拟静力法。以Ⅳ级围岩中的双车道公路隧道为例,通过将衬砌结构视为弹性地基上的框架结构,将结构承受的水平地震力简化为作用在结构单元结点上的等效水平集中力,侧向地基弹性抗力假设为按倒三角形分布,墙底为零,拱顶为最大值,其值按与水平等效地震力平衡的原则确定。通过比选确定水平地震作用修正系数 η 的取值,即可由结构静力分析得到与结构动力响应分布图形相似、最大值十分接近的等效弯矩图,其相应的最大轴力值和最大剪力值,可通过由结构静力分析得到的内力图结果分别乘以轴力、剪力调整系数获得。提出的方法可供工程设计及公路隧道地震响应进一步研究参考。     

考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖特性研究

通过建立柱状节理岩体径向应力比与力学劣化系数的数学关系,获取柱状节理岩体卸荷损伤效应的定量表达式。结合FLAC~(3D)提出一种考虑卸荷损伤的柱状节理岩体开挖分析方法,实现岩体单元的力学参数在开挖过程中随实际应力状态得到动态调整。在此基础上开展柱状节理岩体试验洞的开挖特性分析。结果表明,考虑卸荷损伤的计算数据与实测数据基本吻合,试验洞围岩的位移、体积应变增量和塑性区均随开挖断面的逐步增加而增大,且呈边墙最大,底板次之,拱顶最小的分布规律。最后采用体积应变增量大于0.10%和塑性区作为岩体松弛的综合判别指标,其分析结果与钻孔声波测试数据相一致。     

水工隧洞土洞段稳定性分析及支护效果研究

水工隧洞围岩的应力分布及变形特征对保证其长期稳定性具有关键的作用。该文以中部引黄施工支洞为例进行实态建模,通过利用有限差分程序FLAC3D进行分析计算。研究结果表明,未加强支护前,锁脚锚杆所受的压应力已超过锚杆的抗压强度,拱脚处应力集中现象明显;变形主要集中在拱顶、底板部位;加强支护后,钢拱架变形、钢拱架轴力和锚杆最大拉应力都得到减小。支护效果稳定且能够满足施工及后期运行要求。     

玻璃纤维锚杆注浆加固掌子面效果研究

通过abaqus有限元方法模拟长江中下游地层和地质条件下破碎围岩浅埋隧道开挖过程,对加筋玻璃纤维锚杆注浆技术加固掌子面前后分别建立模型并进行对比分析强化结果,研究表明:玻璃纤维锚杆注浆加固能较大程度提高掌子面前方核心岩土体的黏聚力c、内摩擦角φ、弹性模量E和抗剪强度τ,加固后地表沉降减少了约20%,拱顶沉降量减少20%,掌子面纵向位移约30%,水平收敛减小10%,有效提高长江中下游地层和地质条件下破碎围岩浅埋隧道掌子面及其周围围岩的稳定性。     

绿泥石片岩隧洞大变形特征及控制措施——以滇中引水工程香炉山隧洞为例

为进一步掌握深埋软岩隧洞开挖过程中大变形规律,依托在建滇中引水工程香炉山隧洞绿泥石片岩段,运用有限差分软件FLAC^3D,对比分析软岩隧洞更为适用的本构模型;并采用预留核心土台阶开挖法(工况1)、单侧壁导坑法(工况2)和中隔壁开挖法(工况3)对大变形的控制效果进行对比分析。结果表明:采用Hoek-Brown(H-B)应变软化模型得到拱顶最大沉降大于理想弹塑性模型的计算结果,与实际沉降误差为9.3%;工况1及工况3对拱顶沉降的控制相较于工况2减少了20%左右,工况3对拱腰及拱墙的收敛变形相较于工况1和工况2得到明显控制。从大变形控制效果和塑性区分布来看,采用中隔壁开挖法可有效减小隧洞绿泥石片岩段的变形。     

隧道地震响应影响因素分析

应用有限差分软件FLAC3D分析了隧道断面形状、围岩类别、入射波方向及地震加速度水平四类因素对隧道地震响应的影响。综合考虑围岩位移、塑性区范围、应力场分布、剪应变增量等指标,得出圆形及改进直墙拱形等光滑过渡的断面形式对隧道抗震稳定性较为有利;随着围岩强度的降低及破碎程度的增加,隧道在地震响应作用下将越来越不稳定;横向地震波主要影响隧道在地震荷载下最不利的受力位置,竖直向地震波则引起围岩中应力的增大等。     

不同支护参数下锚杆锚固效果的等效数值模拟研究

为了研究支护参数(锚杆长度,锚杆环向间距)对数值模拟中围岩等效岩性参数的影响,以宁波将军山隧道为研究对象,进行了不同支护参数下的隧道开挖和加载的模型试验,得到锚杆长度和锚杆间距的改变对隧道拱顶位移的影响规律。通过对模型试验进行数值反演分析,得到数值模拟中围岩等效岩性参数(弹性模量、黏聚力和内摩擦角)的变化规律,依此得到不同支护参数下锚杆锚固效果的等效数值模拟方法。结果表明:在数值分析中,锚杆长度每增加0.5m,锚固区岩体弹性模量提高约3%,黏聚力提高约0.8%,内摩擦角几乎不变;锚杆间距每减小0.5m,锚固区岩体弹性模量提高约17%,黏聚力提高4%~5%,内摩擦角提高约3.4%。     

不良地质引水隧洞开挖支护应力变形数值模拟研究

选取围岩强度低、变形量大的不良地质段为代表断面进行计算分析,建立了FLAC3D模型,研究隧洞开挖支护围岩的变应力变形情况。结果表明:隧洞的开挖破坏了围岩的原始应力场,隧洞径向轴力释放,切向应力集中,隧洞顶拱位置形成了比较明显的开挖松动圈。隧洞支护后,支护措施承受部分围岩压力,围岩应力得到改善,隧洞围岩变形明显减小,开挖断面变形整体趋于均匀,隧洞周边塑性区有所改善,因此支护措施对围岩变形起明显的限制作用。