云岭隧道围岩物理力学参数正演反分析

以FLAC差分程序作为模拟隧道开挖的正演工具，结合BP神经网络程序，对云岭隧道软弱岩层施工过程中量测的围岩位移进行反分析，确定围岩物理力学参数。将反分析结果代入FLAC程序进行正分析计算，计算位移与实测位移符合很好，证明了基于FLAC的隧道BP神经网络位移反分析的可行性。结果表明，反分析所得围岩物理力学参数改进了原勘测资料中的建议值，对隧道围岩稳定性评价及信息化设计具用实际意义。     

承压拱在隧道喷锚支护参数优化设计中的应用

国内隧道施工中对于Ⅲ类围岩喷锚支护的参数设计多数是根据围岩位移监测结果，经工程类比确定，没有考虑围岩主体对支护参数的影响．根据锚杆加固机理，从理论上阐述了系统布置锚杆时，由于锚杆和喷射混凝土与围岩的共同作用，在锚杆互相作用影响范围之内将形成一个加固后的承压拱．承压拱的厚度与锚杆的长度、间距、围岩的力学性质等因素有关．给出了锚杆加固影响范围系数Kl计算方法，并根据围岩稳定所必须形成的承压拱最小厚度、锚杆加固影响范围系数Kl和锚杆的间距来确定锚杆长度的方法．优化后喷锚支护成本可降低30％．     

不同长度注浆锚杆支护效果及围岩变形曲线规律

为了探究注浆锚杆支护作用效果,以吉林甄峰岭隧道已出现大变形的软弱围岩区为例,分析了不同注浆范围条件下隧道循环进尺开挖后围岩变形规律.根据大变形区域实测位移进行反演分析,获取隧道围岩真实力学参数,分别对不同注浆锚杆施工支护方案进行循环进尺开挖计算,获得了各方案下隧道各位置位移变化曲线,并采用单元安全度方法对计算结果进行评价.结果表明,目标工程的注浆锚杆最佳应用长度为3 m,其作用效果主要体现在对急速变形阶段变形量的控制.     

黄土隧道围岩特性曲线及其数值计算方法

隧道围岩体系与支护体系的相互作用是隧道工程研究的核心问题。对于黄土隧道而言,基于约束收敛法分析围岩变形规律,进而对围岩稳定性进行评价是一种黄土隧道研究的新方向新思路。本文基于FLAC3D大型通用有限差分软件,采用双线性应变软化遍布节理模型模拟黄土垂直节理特性,对三种不同弹性模量下大断面黄土隧道进行模拟并详细给出围岩特性曲线的数值求解方法。结果表明,在求解复杂边界条件下围岩特性曲线推荐采用数值计算的方法,本文采用的反向荷载计算法能有效地求解复杂围岩条件下黄土隧道的围岩特性曲线。随着位移的增加,也就是支护时机的推后,所需要的支护力在逐渐减小,围岩自承的荷载比重在增大。随着黄土隧道围岩弹性模量的增大,隧道拱顶在达到相同位移所需要的支护力在减小,说明围岩条件较好的时候可以适当减小支护强度。     

隧道开挖面附近约束损失分析

隧道开挖面附近呈现三维应力状态,分析开挖面附近围岩与支护的相互作用较为复杂。这种复杂的应力分析往往需通过三维数值模拟来解决。然而,采用径向虚拟支护压力的约束损失概念,能近似地将三维应力转换为二维应力进行分析。隧道约束损失通常以洞壁径向位移为研究对象,本文采用隧道围岩弹性变形以及塑性变形的收敛线,分析这两种情况下的约束损失与位移释放的关系,介绍了位移释放率沿隧道纵轴线的分布规律。采用FLAC3D模拟了静水应力场下无支护圆形隧道,研究了岩体膨胀角、摩擦角以及粘聚力对开挖面的位移释放率的影响,并和已有公式的纵断面曲线进行了比较。研究结果表明,隧道的位移释放率受岩体膨胀角影响较大,而受粘聚力的影响很小。     

承压拱在隧道喷锚支护参数优化设计中的应用

国内隧道施工中对于Ⅲ类围岩喷锚支护的参数设计多数是根据围岩位移监测结果,经工程类比确定,没有考虑围岩主体对支护参数的影响。根据锚杆加固机理,从理论上阐述了系统布置锚杆时,由于锚杆和喷射混凝土与围岩的共同作用,在锚杆互相作用影响范围之内将形成一个加固后的承压拱。承压拱的厚度与锚杆的长度、间距、围岩的力学性质等因素有关。给出了锚杆加固影响范围系数K_l的计算方法,并根据围岩稳定所必须形成的承压拱最小厚度、锚杆加固影响范围系数K_l和锚杆的间距来确定锚杆长度的方法。优化后喷锚支护成本可降低30％。     

基于俞氏四参数模型的隧道拱顶沉降预测

为了地下隧道围岩的稳定和围岩的及时和有效的支护,基于5处隧道拱顶沉降的现场实测资料,对隧道拱顶的沉降-时间曲线进行了优化的拟合和沉降的预测.针对岩石隧道拱顶的沉降特性,选用了俞氏四参数曲线模型.结果表明,俞氏四参数模型对隧道拱顶的沉降-时间曲线有高的拟合精度,相关系数R为0.989 55～0.999 35,平均值为0.996 102;该模型拟合效果比双曲线模型要好,特别是在曲线的尾部;基于该模型的5处隧道拱顶沉降的预测值与实测值的相对误差绝对值的平均值为4.019 15%,对拟合曲线尾部3点来说是0.623 48%.结果表明,本文选用的俞氏四参数模型适应性强,它对沉降-时间曲线的拟合是较为可靠的,利用这些拟合方程式能对隧道拱顶沉降进行预测.     

基于Hoek-Brown准则等效强度参数的工程应用

为研究重庆至长沙省际公路共和隧道层状围岩稳定性，减小模拟值与实测值误差，并充分考虑倾角效应、静水压力效应和罗德角效应，将适用于层状岩体的修正Hoek-Brown(H-B)准则在■平面与Mohr-Coulomb(M-C)准则进行瞬时等效，推导出用于层状岩体的等效强度参数公式，计算得到不同倾角下砂质页岩等效c、φ值，然后输入FLAC^3D遍布节理模型中对原岩体参数进行修正。结果表明：1)修正岩体参数法所得关键点位移变化规律与修正前一致，且位移量大于修正前，但当倾角大于60°后，该法适用性有所降低；2)修正后围岩各关键点偏应力(σ₁-σ₃)始终大于修正前，且二者塑性区随倾角变化趋势一致；3)当岩体内摩擦角小于节理内摩擦角时，围岩塑性区面积较大；反之，当岩体内摩擦角大于节理内摩擦角时，塑性区面积较小。     

考虑盾尾注浆隆起的盾构掘进地面位移预测

通过对3个盾构隧道工程实例中盾尾注浆引起的地面隆起的分析,对比了Mindlin解、sa—gaseta法、Verruiit-Booker法、Loganathan—Poulos法、Chi法和Park法6种解析方法及高斯公式预测盾构掘进盾尾注浆引起的地面隆起的适用性,并结合工程实例给出了考虑注浆地面隆起后盾构掘进地面位移计算的修正Peck公式。分析表明：盾尾注浆引起的横断面地面隆起曲线,可以用高斯公式和Chi法较好地拟合,在确定注浆隆起宽度参数K。和沉降影响角口的经验取值后,可预测盾构注浆隆起。考虑注浆隆起的修正Peck公式,可合理地预测包含注浆隆起在内的盾构掘进引起的横断面地面位移。     

复杂地质条件下隧道支护体时效可靠性分析

由于隧道围岩具有蠕变特性,导致隧道结构的可靠性与稳定性有着显著的时效特性.很多隧道塌方事故并不是在当前掌子面发生的,而是在隧道开挖支护完成一段时间后才发生,但目前对于此类事故的研究,即隧道围岩及支护结构的时效可靠性的研究很少.将支护体系的时效破坏概率定义为支护体的实际位移值超过极限位移的概率.根据相关规范以及法国学者Louis提出的最大容许位移约为埋深的1‰的理论,可以计算得到隧道断面上不同位置处不同方向的极限位移,即位移阀值.利用ABAQUS有限元软件对张石高速岳家沟隧道工程RK75+880断面进行建模分析,选择时效硬化蠕变本构模型,作出断面上各个观测点处的支护体位移时程曲线.确定各个观测点处的极限位移,进而计算各个观测点的时效破坏概率,分析隧道断面的时效可靠性与稳定性.     

哈尔滨地铁粉质黏土力学性质与超前支护方式

依托哈尔滨地铁项目,进行不同含水率情况下的粉质黏土的力学性质和超前支护方式选择研究。通过对哈尔滨地铁土样进行室内性质试验,包括含水率试验、土三轴试验等,确定哈尔滨地铁土样为粉质黏土及得到了不同含水率试样的力学性质,并通过液性指数对哈尔滨地铁隧道围岩进行亚级级别划分;介绍哈尔滨地铁现场监测的情况,包括现场位移与应力监测,并将监测数据与数值模拟结果进行对比,确定了数值模拟的正确性;进行不同地层参数与不同超前支护情况下的数值模拟,通过对比不同情况下的位移、应力、应力路径以及塑性区大小,得到不同等级围岩情况下的隧道超前支护方式的选择。本研究对于哈尔滨地铁隧道超前支护方式的选择具有一定的指导意义。     

基于围岩动态分级的隧道底部支护优化与稳定性研究

在对以往隧道工程进行调研的基础上,确定合适的围岩动态分级方法后,采用围岩分级后的岩石力学参数在承赤高速进行现场试验与监测得出平底隧道支护符合稳定要求。并根据霍克布朗准则,通过FLAC3D有限差分软件对比不同隧道底部模型的拱顶沉降、拱底隆起和二衬应力得出:Ⅳ1级围岩下隧道两个模型的竖向位移变形值相差不超1 mm,平底隧道的二衬与仰拱隧道二衬在承载应力上差距较小。故Ⅳ1级围岩下取消仰拱,采用平底隧道的形式具有可行性。其他类似工程可借鉴于此研究成果。     

考虑爆破效应的隧道开挖损伤区及渗流场分析

针对爆破效应对围岩力学参数及渗透系数的劣化问题,根据岩石弹塑性力学、连续损伤力学、有效应力原理及渗透系数演化方程,提出了基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型,并给出了模型的有限元数值求解算法.以甄峰岭隧道为工程依托,对所选断面开挖损伤区进行数值分析,通过声波检测手段确定爆破扰动范围及损伤值,修正计算力学参数和渗透系数.结果表明,考虑爆破效应后的开挖损伤区,位移值和涌水量均大于不考虑爆破效应时的数值,进行工程稳定性评价时应充分考虑爆破因素的影响.     

后祠改(扩)建隧道施工方案优化分析

隧道改(扩)建包括增加新隧道和原位扩建隧道,施工工序复杂,对围岩结构的扰动较大,不同的施工方案对岩体的稳定性有着重要的影响.结合后祠隧道扩建工程实际,建立大跨度扩建隧道三维有限元分析模型,模拟了3种施工方案,研究不同施工方案下围岩的稳定性.对比分析了不同方案下原位扩建隧道位移的变化和应力分布特征,探讨了隧道扩建过程对既有隧道的影响.计算结果表明,围岩的位移随开挖进尺的增加而不断增大,增大的趋势由快变慢.隧道拱脚为压应力分布区,隧道拱顶和底板为较小的压应力.考虑到施工的方便性和经济性,原位扩建隧道采用中隔壁法进行施工时,对隧道自身和既有隧道的影响较小,为最优的施工方案,隧道开挖后及时施作衬砌结构可有效地控制围岩的变形,保证施工的安全.最后,结合新建隧道现场的监测数据,论证了计算过程的合理性.     

隧道软弱围岩的改进BP神经网络位移反分析

基于一般BP神经网络特点,特别是在缺陷认识的基础上,采用改进BP神经网络对隧道软弱围岩进行位移反分析.通过增加神经元输出反馈量、运用二分法原理确定隐层单元数和改进惯性校正法、变步长算法、改进误差函数等方法,分别从BP神经网络结构和算法两个方面进行改进.并将现场监测数值和反分析计算位移值进行比较,其综合相对误差均控制在4%以内,取得了良好效果.成功将有限元数值仿真与BP神经网络原理结合,可为软弱围岩隧道设计和施工提供准确可靠的参数信息.     

一种新型的产能递减曲线研究

在总结H递减曲线优缺点的基础上，针对其存在的缺陷，通过理论推导对其进行修正完善，得到了一种新型的、符合守恒定律的产能递减曲线类型，并给出了相应的递减参数求解方法。最后，分别用H曲线和修正曲线对一口压裂水平气井产能递减阶段的产量进行预测计算，并与数值模拟结果进行拟舍分析，结果表明：提出的修正递减曲线，一方面保持了H递减曲线能够在递减初期与产量上升或稳产阶段产量平滑衔接的优点，另一方面又弥补了H递减曲线自身存在的在难以精确确定递减0时刻的情况下进行预测产生较大误差的缺陷，从而使修正的递减曲线预测精度更高，使用范围更加广泛，可以用来实例预测计算。     

有限元在水下隧道最小安全顶板厚度中的应用

地下工程围岩稳定分析计算中断层材料参数与岩体材料参数相比，差异很大从而导致计算不容易收敛等特点提出了相应的非线性有限元方程组的求解策略。模拟了某拟建中水下公路隧道，在不同隧道顶板厚度时的围岩应力、位移、塑性区的分布及大小。通过比较得出最合理的最小安全顶板厚度，对同类工程有很大的参考价值。     

反演理论在隧道及地下工程施工中的应用

依据施工现场实测的应力、应变、位移等信息,反演确定地层的初始地应力及地层特性参数,据此对隧道及地下结构进行设计计算或校核检验,为确定围岩的支护形式、合理的支护时间和合理的结构设计提供便利与依据.     

岩质隧道施工过程变形时空问题的位移释放系数法

岩质隧道施工过程变形具有显著的成洞时间效应与开挖面空间效应。由于应力释放率与施工过程参数、围岩力学性态等的关系难以量化,应力释放系数法在解析岩质隧道施工过程变形问题时存在局限性。为描述岩质隧道与时间、空间相关的复杂的施工力学过程,假设围岩为Burgers体和Drucker-Prager组合模型。利用弹性-黏弹性对应原理与非关联流动法则建立无支护隧道变形解,采用位移释放系数法描述隧道施工过程变形的时空效应。获得的2维平面应变无支护隧道最大径向位移的数学函数形式与Manh解一致;当不考虑时间因素时,本文解可退化为Park解。通过与既有数值解和解析解对比,验证了本文解的正确有效性。进而分析隧道时空变形曲线,包括隧道蠕变特征曲线、围岩变形径向分布曲线和隧道纵剖面变形曲线,得到关于黏聚力、内摩擦角、扩容角与延迟时间等参数的敏感性规律。结果表明：随着时间推移或纵向距离的增大,隧道变形非线性递增;随着围岩深度的增加,隧道变形递减,隧道变形和塑性区半径均为黏聚力与内摩擦角的非线性递减函数;围岩扩容加剧了隧道变形;延迟时间控制了隧道变形的时程规律;隧道时空变形对介入参数的敏感性与其物理意义一致。位移释放系数法成功描述了岩质隧道施工过程变形的时空效应,可为施工过程提供理论指导。     

茶镇隧道围岩松动圈范围测量与研究

为了向隧道围岩支护设计提供可靠的松动圈厚度理论依据,以茶镇隧道的工程实际为例,通过弹塑性理论分析,采用围岩深部位移测量的方法,计算了茶镇隧道围岩松动圈的分布范围,分析了茶镇隧道围岩松动圈对围岩稳定性、锚杆支护参数设计合理性的影响.研究结果表明:通过理论计算得出的松动圈厚度为1.9mB2.0m.