掏槽孔爆破作用下隧道掌子面应力传播与衰减规律研究

为明晰掏槽孔爆破作用下隧道掌子面应力传播与衰减规律,借助爆破试验分析隧道掌子面在掏槽孔爆破作用下水平方向、竖向和斜向的振动速度变化规律,同时采用ANSYS/LS-DYNA模拟掏槽孔爆破作用下隧道围岩同一截面内应力传播特点。研究结果表明：隧道掌子面边缘测点振动速度大于距爆源近测点振动速度,最小爆源距测点振动速度大于中间位置测点振动速度;隧道掌子面的拱顶和拱肩位置振动速度较大,上部测点振动速度大于下部测点;隧道掌子面应力主要集中在水平方向和竖向,纵向应力较小,水平方向和竖向应力变化时刻主要集中在0～5 ms,水平方向应力传播范围更广;隧道掌子面炮孔下方测点应力大于同爆源距上方测点。相关结论可为类似隧道动力响应分析提供参考。     

高边坡下浅埋偏压隧道施工动态监测与分析

浅埋偏压段隧道围岩稳定性较差,施工时易发生坍塌、冒顶等事故。针对晋祠隧道高边坡偏压段的浅埋暗挖施工问题,制定了施工监测方案,通过对隧道和钢拱架支护变形、围岩压力和边坡水平位移的监测,获得了施工过程中隧道围岩的受力与变形规律。结果表明,隧道拱顶沉降、水平收敛随着隧道施工逐渐增大;隧道左拱脚处有最大的围岩压力、右拱腰处有最大拱架弯矩;边坡水平位移随隧道开挖有明显的台阶式跳跃变化,当仰拱封闭后,隧道变形、围岩压力、钢拱架弯矩和边坡水平位移等监测指标均逐渐趋于稳定。研究可为偏压浅埋段隧道的施工提供实践经验。     

冻融引起黄土隧道洞口段应力变形分析

通过试验获得了原状黄土冻融后的强度参数,并利用有限元方法分析了冻融对黄土隧道洞口段应力及变形的影响。分析结果表明,在冻融作用下,覆土厚度和冻融次数均会对拱顶位移和拱顶上部土体水平压应力产生影响。覆土厚度越大,隧道在开挖和经历冻融后,拱顶沉降也越大;且冻融第1次后对拱顶沉降影响最大。拱顶上部土体水平压应力最大值随覆土厚度的增加而增大;距拱顶较近土体的水平压应力随冻融次数增加逐渐减小,距拱顶较远土体的水平压应力值随冻融次数增加逐渐增大。     

浅埋偏压小净距隧道围岩压力分布与围岩控制

根据浅埋偏压小净距隧道受力特点,研究推导了考虑施工工序及地形坡度的浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算公式。分析了考虑不同地形坡度及同一坡度不同埋深2种工况下地形坡度及埋深对围岩破裂范围、水平侧应力、拱顶压力的影响规律,并指出了浅埋偏压小净距隧道围岩压力在考虑地形坡度下与水平地表下分布规律的差异,建立了3DEC数值模型以对上述理论规律进行验证,结果表明,数值分析规律与理论推导计算规律相吻合。将理论计算公式应用于马嘴隧道出口浅埋段隧道稳定性计算,由计算所得围岩稳定性系数及现场隧道变形监测结果提出隧道围岩及地表稳定性处理措施。     

基于合理拱轴线的偏压隧道最优断面研究

偏压隧道是工程中常见的一种隧道形式，隧道的断面形状会影响到衬砌结构受力性能和围岩的稳定性。针对偏压隧道的断面形状优化设计，基于衬砌合理拱轴线，开展偏压隧道最优断面形状的研究。根据偏压隧道的工程特点，建立初始断面形状为圆形的偏压隧道有限元模型，计算得到隧道衬砌的弯矩、轴力和偏心距。进一步，以偏心距最小作为目标函数，通过反复调整衬砌轴线的位置，使衬砌轴线逐渐逼近合理拱轴线，从而获得偏压隧道的最优断面。在此基础上，对比研究偏压隧道优化前后衬砌的力学性能和隧道围岩的应力分布情况。结果表明，这种最优断面形状的偏压隧道极大改善衬砌结构受力状况，衬砌主要承受轴向压力作用，能够充分发挥混凝土材料的抗压性能，而且隧道围岩的应力分布均匀，避免了隧道围岩的应力集中。     

不同节理倾角对红层地区偏压隧道围岩稳定性的影响

以达州至万州高速公路沙坝湾隧道靠近洞口偏压段为研究对象,采用数值模拟的方法,研究了红层地层不同节理倾角下隧道围岩力学响应、变形特性。研究表明:红层地层中节理倾角对围岩应力和变形有较大的影响;当节理倾角与偏压坡面垂直时,隧道周边围岩水平方向应力与变形最大;当节理倾角与偏压坡面平行时,隧道周边围岩竖直方向应力最大。     

浅埋偏压小净距黄土隧道施工过程围岩压力分析

为解决在特殊地形条件下线、桥、隧的良好衔接和线路规划等问题,小净距隧道作为一种新型隧道结构能够适应比较复杂的地形,近些年来得到广泛应用。以某公路隧道为研究背景,通过建立浅埋偏压小净距隧道左、右洞相互扰动的围岩压力计算模型,结合相关规范推导了隧道施工过程中围岩压力计算公式以及适用条件,并对隧道各参数的变化对围岩压力的敏感性进行了研究。结果表明：(1)后行洞的开挖会使先行洞拱顶垂直压力变大,侧压力和水平压力减小;(2)双洞外侧围岩侧压力系数受围岩计算摩擦角、中间岩柱两侧摩擦角和偏压坡角的影响,而双洞内侧围岩的侧压力系数还受隧道埋深和净距的影响;(3)隧道拱顶垂直压力的分布受到隧道埋深、偏压角度和侧压力系数的影响,但是受到隧道埋深的影响最大;(4)隧道围岩水平压力的大小受到隧道侧压力系数和隧道埋深的共同影响,但是隧道埋深占主要作用,埋深越大,隧道受到的水平压力越大。     

浅埋偏压隧道的二衬开裂机理及治理措施研究

隧道二衬开裂使隧道的稳定性和安全运营受到威胁,对其力学机理及治理措施的研究具有重要意义。为此,引入某浅埋偏压隧道为研究对象,首先进行现场调查开裂情况,发现其进口右洞(远离山体侧)左侧拱顶有十几米的纵向开裂。根据该隧道的真实情况建立离散元模型,进行计算分析,得出以下结果:隧道左、右洞拱顶受到来自左侧的地形和岩层结构偏压,其右洞的偏压应力超过二衬的承载能力而发生破坏。在此基础上,提出隧道二衬开裂的处理措施为拱、墙局部裂损部位的治理。     

山区高速公路隧道在地震作用下的动力响应研究

根据动力有限元原理,利用软件Midas/GTS对某一山岭高速公路隧道边坡进行地震荷载作用下动力响应分析。获得了衬砌的加速度响应和隧道结构的应力变化规律。结果表明:地震荷载作用下,衬砌在竖直方向上响应加速度具有明显的高程放大效应,由两侧拱脚向拱顶不断增大;在水平方向上响应加速度由两侧拱脚到侧拱墙再到拱顶呈先减小后增大的波动变化。在地震荷载作用下,衬砌的受力状态随着地震持时呈复杂变化,衬砌表面出现明显的应力集中显现,相比静力状态,地震荷载作用下隧道围岩的应力状态变得更加复杂,不同时刻所受的应力变化很大。     

卡姆奇克隧道岩爆的力学机制及主动防控技术

以中亚第一长隧——乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道为依托,在隧址区地应力特点、岩爆过程及特点综合分析的基础上,建立岩爆发生的力学模型,并在此基础上提出了主动控制岩爆的超前支护技术。研究表明:卡姆奇克隧道岩爆主要发生在拱顶附近,这主要是由于隧址区地应力最大主应力为水平方向且与隧道轴线接近垂直,隧道开挖后拱顶的切向应力最大的受力特点决定的;岩爆发生过程可分为拱顶围岩劈裂成板、岩板脆性断裂成块和块片弹射3个阶段;岩爆力学模型可简化为拱顶层状薄板在水平力作用下的脆性断裂失稳,岩板脆性断裂失稳的临界水平应力scr与岩板无支承长度L的平方成反比、与岩板厚度t的平方成正比,该力学模型可很好地解释卡姆奇克隧道岩爆的发生特点及主要表现特征。在此基础上,研发了一种通过减少拱顶岩板无支承长度、提高岩板厚度,从而提高岩板脆性断裂失稳临界应力,进而主动防止和减弱岩爆的超前支护技术,并在卡姆奇克隧道得到了广泛使用,取得了很好的岩爆防治效果。     

不良地质下偏压隧道支护结构开裂与治理分析

隧道支护结构开裂现象是工程界普遍关注的课题,根据工程实例,采用现场监控量测资料阐述了明洞与支护开裂的位置,结合隧道的周边位移和拱顶下沉随时间和施工进度的变化趋势,得出不良地质情况和严重偏压是明洞与支护开裂的主要原因。依据现场处理措施得出施作仰拱和对隧道埋深较浅侧进行小导管注浆加固能有效地抑制支护结构裂纹发展。采用变分方法与Bishop条分法相结合定性分析得出偏压隧道薄弱部位及产生偏压的原因。通过数值分析获得明洞的第一主应力分布状态,解释裂缝出现于拱顶与偏压侧拱肩之间的原因;数值分析获得的隧道周边位移和拱顶下沉与现场监测结果具有相同的发展趋势;断面离隧道洞口越近,周边位移向外扩展值越大,表明洞口处为隧道最薄弱部位。     

偏压隧道边坡稳定性分析与治理

新建黔张常铁路安子村隧道DK67+980～DK68+110段地形属单面坡,线路左侧沟谷深切,洞身处于浅埋偏压状态。隧道施工至此段拱顶塌方,地表塌陷。研究了偏压隧道边坡稳定性分析方法与有效治理措施,保证了隧道施工安全,为相应工程施工提供了样板     

不同车道数偏压浅埋隧道的稳定性对比分析

偏压浅埋隧道受力特殊,所处工程地质环境复杂,荷载与抗力不明确。隧道车道数的不同使隧道围岩受力、位移产生了变化,在偏压浅埋情况下更加复杂。以广东龙头山隧道工程为背景,在相同偏压浅埋条件下选取单个隧道研究,对二车道、三车道、四车道的公路隧道用FLAC3D软件进行数值模拟对比分析,研究不同车道数隧道的开挖对围岩稳定性的影响。结果表明:隧道围岩竖向与横向位移随车道数的增加而增加;隧道两侧围岩受到的压应力和拱顶、拱底围岩受到的拉应力都是车道数越多受力越大;三种隧道的塑性区都到达了地表,形状大致相似,且车道数越少受影响区域越小;综合应力、位移、塑性区、变形来看,三车道隧道受偏压影响最大,二车道相对最为安全。     

某小净距隧道地震时程响应分析

随着隧道及地下工程的迅速发展,小净距隧道成为应用越来越广的隧道结构形式。由于地震是危害巨大的自然灾害。所以研究小净距隧道的动力响应,具有重大的工程价值和社会意义。本文拟采用有限元分析。对某小净距隧道入口段的偏压部分进行动力响应分析。本文在对其进行动力响应分析时做了如下工作：分析了该小净距隧道衬砌结构在水平方向和竖直方向地震波的激励下不同的响应特性：对比了偏压段左洞和右洞不同的受力情况;对该小净距隧道安全性进行了评估。本文得到的结果具有一定工程实际指导价值。     

考虑衬砌渐变劣化的寒区隧道承载性能演化规律

隧道衬砌结构沿径向深度存在温度变化差异,使其在冻融循环作用下沿径向发生不同程度的连续渐变劣化。为揭示衬砌结构渐变劣化对寒区隧道承载性能的影响,本文以羊八井2号隧道为工程依托,通过现场气温测试,结合隧道温度场和结构应力数值模拟计算,研究考虑衬砌结构渐变劣化的寒区隧道承载性能演化规律。结果表明：在每年170次的正负气温反复作用下,隧道衬砌表面经历约11次等效室内冻融循环;随着径向深度增加,衬砌经历的冻融循环次数呈指数函数降低,衬砌混凝土抗压强度和弹性模量沿径向深度呈指数函数连续渐变劣化,并主要集中在距衬砌表面35 cm深度范围内;在渐变劣化情况下,拱顶随服役年数增加,偏心距逐渐增大,受压区高度减小,呈大偏心受压,衬砌安全系数下降速率大,承载性能劣化严重,全截面劣化相反,拱顶由大偏心受压逐渐转变为小偏心受压,安全系数下降慢,承载性能劣化较轻;其余位置在两种劣化情况下衬砌承载性能变化基本相同;在隧道衬砌结构长期耐久性设计时,拱顶应考虑混凝土沿径向渐变劣化。     

双连拱隧道偏压段管棚效应分析

 在海床复杂的地质条件下，海底双连拱隧道与陆地连接的浅埋软岩段容易形成偏压，从而影响围岩的稳定性。采用三维弹塑性有限差分法对双连拱隧道进口偏压段管棚的预支护作用进行分析，并分析了不同管棚参数下的计算结果。研究的主要内容包括：(1) 计算了隧道在有管棚支护和无管棚支护条件下的拱顶下沉和塑性区分布；(2) 给出了管棚设计参数和优化参数下不同的变形和弯矩变化；(3) 分析了拱顶下沉和水平收敛的FEM计算结果和实际测量结果。 计算结果表明，管棚支护和注浆加固围岩能有效减小隧道周围由偏压引起的塑性区，软岩中双连拱隧道偏压段采用管棚支护是很必要的；偏压通常会使连拱隧道侧洞的应力状态不同从而造成围岩变形的不同，为了更有效地控制围岩变形在管棚支护的设计中应该采用不均衡设计；数值计算结果与实测结果的一致性进一步说明了管棚优化设计的合理性。     

黄土隧道浅埋偏压洞口段套拱结构受力监测与分析

为了解黄土隧道浅埋偏压洞口段套拱结构的受力状况,对刘家坪2号隧道洞口段套拱基底应力、钢架应力、混凝土应力及拱顶下沉进行施工监测,并对监测结果进行分析。结果表明:浅埋偏压情况下,套拱两侧基底应力分布不均匀,拱顶填土引起基底应力急剧增长,仰拱施作后基底应力趋于稳定;套拱钢架受力复杂,有拉有压,且值很大,仰拱开挖引起钢架应力急剧增长,钢架在套拱支护结构中发挥了强大的支护作用;冬、夏季温差引起套拱混凝土应力随时间(季节)的变化呈现拉、压交替变化,夏季出现最大压应力,冬季出现最大拉应力,且压应力较小,拉应力较大,多处测点都超过了C25模筑混凝土设计轴心抗拉强度;套拱拱顶下沉主要由洞顶填土施工和仰拱开挖引起。     

顺层偏压隧道破坏特征及支护措施研究

处于倾斜层状岩体中的隧道常会产生地质顺层偏压的问题,导致隧道局部塌方、偏压变形及支护结构破坏。为探明顺层偏压隧道的破坏特征,本文采用了理论分析、数值模拟及现场实测的方法研究了顺层隧道围岩塑性区及位移场分布特征,揭示了应力分布特征、结构面分布特征与围岩破坏特征之间的关系,并针对性地提出了锚杆支护方案。研究结论表明:(1)深埋顺层偏压隧道的破坏特征主要表现在围岩将根据其切向应力方向与结构面方向夹角的不同分别发生岩层拉裂破坏、结构面剪切破坏及岩体自身破坏,不同破坏模式破坏范围不同导致了深埋顺层隧道的围岩塑性区、围岩位移等参数的分布呈现明显的偏压特征;(2)顺层偏压隧道围岩以岩层拉裂破坏及结构面剪切破坏为主,其中发生拉裂破坏的反倾侧拱腰位置附近围岩塑性区范围最广,围岩位移及洞周收敛位移最大,围岩处于极不稳定状态;(3)顺层偏压隧道应根据其偏压特征针对性的制定支护方案,对反倾侧拱腰和顺倾侧拱脚位置应采用长锚杆进行支护,但锚杆方向不应平行于结构面方向,而应呈一定角度。     

初始水平地应力对高地应力隧道施工稳定性的影响

高地应力是山岭隧道常见不良地质条件之一。文章以某典型高地应力硬岩公路隧道为例,基于有限差分软件FLAC3D,建立三维数值模型,在不同初始水平地应力条件下,对隧道开挖的稳定性进行了研究。结果表明:初始水平地应力的大小对高地应力隧道施工的围岩稳定有显著影响。当初始水平地应力逐步增加时,洞周围岩的最大位移位置从拱顶、拱底向拱腰处转移;隧道拱顶处围岩最小主应力近似呈线性增长;洞周形成的塑性区范围增大,在拱肩处尤为明显;二次衬砌内力均会有所增大,且显著高于非高地应力的一般情况。     

偏压隧道洞口边坡地震动力反应及稳定性分析

用动力有限元法研究了偏压隧道洞口横向边坡在水平地震、垂直地震以及水平和垂直地震同时作用下的全时程动力反应规律。在动应力计算结果的基础上,叠加静应力场,分析三种工况下最危险滑动面的动力安全系数时程,并采用平均动力安全系数法和地震永久性变形评价洞口横向边坡的地震动力稳定性,最终建立了偏压隧道洞口横向边坡的地震动力响应分析及稳定性评价模型。