复杂条件下大断面隧道双侧壁导坑法施工稳定性分析

采用有限元分析软件,对大断面隧道在复杂条件下双侧壁导坑法施工进行了动态模拟.分析围岩的变形、应力及支护结构的受力状况,可为大断面隧道的设计与施工提供参考.     

石膏围岩隧道衬砌结构破坏模式及时变可靠度模型

石膏围岩具有很强的膨胀性和腐蚀性,在隧道全寿命周期内均会引起衬砌结构自身强度劣化及受力增加,严重影响隧道二次衬砌结构可靠性.针对石膏围岩膨胀特性和腐蚀性对隧道二次衬砌结构的影响分别建立了二次衬砌结构膨胀破坏模式和腐蚀破坏模式;考虑石膏围岩膨胀性和腐蚀性对隧道衬砌结构的综合影响,建立了石膏围岩隧道二次衬砌结构综合破坏模式;基于结构体功能函数,推导出能够初步考虑围岩膨胀性和腐蚀性的隧道衬砌结构可靠度指标计算公式;并分别建立了三种破坏模式下的时变可靠度分析模型.采用石膏围岩隧道衬砌结构综合破坏模式下的时变可靠度模型对礼让隧道进行了分析,得到其在使用寿命100 a内的可靠度指标变化规律.根据计算结果可以优化石膏围岩隧道衬砌结构的抗腐蚀、抗膨胀和支护结构设计参数,并对石膏围岩隧道使用寿命周期内的合理维护及维修提供依据.研究成果可推广应用于隧道衬砌结构的可靠度研究中.      

隧道浅埋暗挖法开挖方案的优化分析

采用岩土工程通用软件FLAC3D对隧道全断面法、两台阶法、三台阶法和CRD法等典型的浅埋暗挖施工方法进行二维数值模拟,分析了在不同开挖方法下施工对隧道围岩稳定的影响。文中选取了某一实际隧道工程为研究对象,通过对不同开挖方法的施工模拟计算,对比分析了各种方法的隧道围岩位移、应力分布以及塑性区大小的规律与特点。     

考虑围岩松动圈支护体影响的深埋圆形隧道衬砌优化设计

首先考虑围岩松动圈支护体的影响,在完全接触条件下,根据弹塑性力学理论,推导出深埋圆形隧道每层衬砌切向应力和径向应力分量的解析解;然后根据混凝土和围岩材料受力状态的不同,选用不同的破坏准则,引入功能梯度材料思想,构建了不同弹性模量双层混凝土圆形衬砌优化设计的目标函数,即当目标函数为最小值时,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ层结构同时接近或达到预设破坏状态,在设计上才最为合理;最后对衬砌材料的弹性模量和衬砌厚度分别进行了优化设计.算例分析表明:(1)随着围岩应力的增大,E₂/E₁和E₂/E₃都减小.在相同大小的围岩应力作用下,总有E₂/E₁2/E₃,故而建议设计时Ⅰ层衬砌的弹性模量应大于围岩松动圈支护体的弹性模量.(2)随着围岩应力的增大,Ⅰ层衬砌的厚度增大.在相同大小的围岩应力作用下,当E₂/E₁>E₂/E₃时所求得的Ⅰ层衬砌最优厚度总是小于E₂/E₁2/E₃时所求得的Ⅰ层衬砌厚度,故而可通过改变Ⅰ层衬砌和围岩松动圈支护体的弹性模量相对大小来调整Ⅰ、Ⅱ层衬砌的厚度.      

热力隧道在非降水施工中的力学特性监测

城市热力供水工程逐渐由近地层明挖向深地层暗挖转移,通过对北京市两个典型地质热力隧道的现场原位的监测,分析浅埋暗挖热力隧道在非降水施工过程中对于砂卵石地质和粉质黏土地质条件下的初支结构内力、围岩性状、水文特征的变化及对地层的影响.试验监测结果表明,隧道围岩的土压力分布不同,水压力分布相同,初衬钢筋内力分布不同,砂卵石地质务件下的隧道初衬受力情况较好,隧道开挖对地表沉降影响较小,研究结果可在开挖城市供热、供水及供气等小断面隧道时参考.     

高地应力硬岩下双孔并行隧道相似模型试验及数值模拟

基于相似模拟理论，通过试验台架设计、监测系统设计、加载系统设计和岩体模型制作等流程，完成了双孔并行隧道模型试验系统的研制工作；试验中实时监控模型各关键位置的位移变化、应力变化及隧道岩壁破坏情况.研究表明，试验观测结果与基于Mohr-Coulomb模型所得数值模拟结果相对误差较大，而基于Plastic-Hardening模型进行数值模拟计算时，所得岩土体屈服状态和变化规律与相似模型试验结果吻合度较高.综合各方面分析研究结果，认为Plastic-Hardening模型能够更为精确合理的反映实际工程及试验中岩土体状态的真实变化情况，可为相似地质条件下的双孔并行隧道施工及维护提供重要参考.      

大跨度软弱围岩公路隧道施工过程仿真

横龙山隧道喇叭口段地质条件差，隧道跨度大，给施工带来很大的难度，本文应用有限元方法对大跨度隧道的完整的开挖过程进行了动态模拟研究，模拟开挖采用的双侧壁导坑法的施工全过程，对隧道施工引起的围岩和地表沉降进行了分析，根据仿真计算的结果提出了大跨度隧道施工中应该注意的问题及相应的解决措施。     

剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理

为探究洛带古镇隧道瓦斯爆炸下洞口衬砌致损机理,对隧道内积聚瓦斯等效、量化研究,采用LS-DYNA建立与洞门几何结构一致的流固耦合数值模型并验证,以RHT模型模拟混凝土并修正参数,对爆炸过程中冲击波的传播特征及强度、洞门致损机理研究分析,并将模拟结果与实际情况对比.研究表明:爆炸冲击波在隧道内无规则的反射效应使其强度剧增、流场复杂,局部位置有聚焦现象,隧道内高压达1.2~2.4 MPa;传播过程中,靠衬砌一侧冲击波运动速度较快,形态也由“球状”变为“喇叭”状;当以平面波形态传至洞门时,拱顶冲击波强度增加56%,达2.8 MPa,并在削竹式洞门周边发生衍射;自隧道传出后,强度逐渐降低,边墙及底板处的冲击波沿纵向径直射出,拱部冲击波向斜上方运动,形成“蘑菇云”.爆炸作用下,衬砌曲边墙脚处完全破坏;爆心距7 m范围内衬砌受损严重;7~15 m范围内拱部几乎未受损;洞门受损严重.缺少围岩的约束作用,洞门拱顶Y向、拱脚X向位移分别达0.26和0.14 m,迎爆面、背爆面拉应力分别介于7.9~31.5 MPa、4.9~15.6 MPa,背爆面出现多个应力峰值,洞门主要为受拉致损.经对比,洞门损伤特征的数值模拟结果与现场实际情况基本一致,可为后续的衬砌灾害处治提供依据.      

厚煤顶大跨度区段平巷围岩控制及支护设计

针对某矿5201大断面运输平巷的顶板控制问题,充分利用文献检索、现场调研、理论分析、数值模拟等工具,分析了围岩变形破坏机理,然后使用FLAC 3D数值模拟软件对巷道宽度对围岩破坏的影响情况进行模拟研究,最后设计5201大断面运输平巷的支护要点及具体支护方案,保障了巷道的正常生产使用及安全生产。     

高应力岩石局部化变形与隧道围岩灾变破坏过程

为了研究深埋隧道围岩变形局部化与渐进破坏现象,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,基于摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型,采用大变形的计算方法,研究了岩石试件在单轴压缩状态下局部化现象启动、发展直至试件最终破坏的全过程,进一步结合隧道物理模型试验,探讨了高应力条件下隧道围岩变形局部化与渐进破坏的关系,发现岩石材料表现出的软化性状与剪切带形成的结构软化有着密切的联系,从围岩屈服区和软化带的分布规律找到高地应力隧道围岩渐进破坏的突破口,并指出岩体单元的弹性变形和单元屈服后岩体的塑性挤出是隧道开挖后收敛变形的主要原因.