基坑开挖对邻近既有下卧隧道的影响分析

运用ABAQUS有限元软件,对下卧地铁上、下行线隧道顶、侧、底面的水平和竖向位移进行了三维数值模拟计算和对比分析,结果表明：基坑开挖对邻近既有下卧隧道的变形影响明显,位于基坑中部位置以下的隧道竖向位移相对较大,靠近基坑边缘位置的隧道水平位移相对较大;同一隧道顶部位置的竖向位移大于侧面和底部的位移,隧道侧面的水平位移大于顶、底部的位移;受基坑开挖卸荷的影响,隧道的自身变形表现为竖向直径增大,水平向直径减小。对位于既有隧道上方的基坑开挖要引起关注。     

基坑开挖对邻近既有下卧隧道的影响分析

随着城市化的发展,骑跨于邻近地铁隧道之上的基坑开挖工程越来越多,在基坑开挖过程中如何更好的控制对既有隧道变形的影响是一个亟待解决的问题。本文运用ABAQUS有限元软件,对下卧地铁上、下行线隧道顶、侧、底面的水平和竖向位移进行了三维数值模拟计算和对比分析,结果表明：基坑开挖对邻近既有下卧隧道的变形影响明显,位于基坑中部位置以下的隧道竖向位移相对较大,靠近基坑边缘位置的隧道水平位移相对较大;同一隧道顶部位置的竖向位移大于侧面和底部的位移,隧道侧面的水平位移大于顶、底部的位移;受基坑开挖卸荷的影响,隧道的自身变形表现为竖向直径增大,水平向直径减小。对位于既有隧道上方的基坑开挖要引起关注。     

邻近工程施工卸载再加载对已建盾构隧道影响的风险分析

基坑开挖和上部结构施工引起的卸载和再加载会使邻近已建盾构隧道产生一定位移与变形.以上海已建地铁盾构隧道侧向和上方受基坑开挖和结构施工引起的卸载和再加载工况为背景,利用数值模拟方法,分析了隧道侧向和上方不同区域开挖和结构荷载施加过程中隧道的整体位移和隧道结构变形的发展规律.结果表明,隧道侧向与上方卸载,会使隧道位移与结构变形产生不同幅度的增加;而侧向与上方再加载,会减小因卸载而产生的隧道位移,但会增加部分隧道管片结构变形.因此只有综合分析隧道的位移与结构变形,才能合理预测分步卸载、再加载对已建盾构隧道的影响规律,减小因工程施工引发的已建盾构隧道结构安全风险.     

不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制

为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响,设计了含石量20%~80%共4组试样,分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验,研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律;基于数字图像处理技术生成PFC^2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明：试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是,泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律,且含石量越高,最终剪胀效果越明显;在高围压下始终表现为剪缩,且含石量越低,剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势,且在20%~80%含石量内增长较快;黏聚力随含石量增大不断降低,但下降速率逐渐减小。数值试验表明：土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏;随含石量增加,土石混合体骨架结构效应越来越显著,剪切带绕过块石,形成多个形状不规则的小剪切带。     

深基坑开挖及渗流对邻近隧道的影响分析

为明确基坑开挖过程中邻近隧道的力学响应特征,利用有限元数值模拟软件,对隧道管片的变形和内力进行分析,通过控制开挖过程中水头和水压力的变化,分析基坑开挖过程中地下水渗流对邻近隧道的影响。结果表明:基坑开挖会导致邻近隧道的变形和内力变化,考虑地下水渗流作用时隧道的变形和内力会显著增加,并且随着基坑开挖深度的增加,隧道管片的变形和内力也随之增大。     

新建排水工程基坑施工对既有地铁隧道的影响分析

地铁保护区范围内工程施工不可避免地涉及对既有城市轨道交通设施的影响与保护问题.以徐州市津浦东路排水工程基坑上跨地铁1号线盾构区间为背景,采用精细化的数值模拟方法,针对不同基坑开挖卸荷条件下既有盾构隧道的影响进行研究.研究结果表明:一次开挖卸荷20 m,引起隧道结构变位位移大于5 mm,不满足地铁安全保护变形控制值要求;优化后的分段开挖方案,盾构区间的各项变形指标均在安全控制要求范围内;基坑开挖卸荷对隧道结构的受力状态影响较小,经检算,隧道结构的受力状态基本未改变,隧道主要呈压弯受力.     

临近地铁隧道的软土深基坑开挖三维数值模拟

针对地铁临近区域的工程活动对隧道产生的影响,以杭州某临近地铁隧道的软土深基坑工程为例,采用有限元方法建立了三维数值模型,分析了基坑开挖引起的土体变形及对临近地铁隧道的影响,并对不加固和坑底加固+槽壁加固2种方案进行对比分析。分析结果表明,未加固时基坑开挖引起的隧道最大水平变形为8.7mm,影响隧道正常运营与安全,需增加控制措施;坑底加固及槽壁加固能明显控制基坑开挖对地铁隧道的影响,在B基坑开挖步最为明显;地铁车站围护结构以及基底抗拔桩对车站结构变形的影响有一定抑制作用,基坑开挖引起地铁车站的变形远小于控制标准和隧道变形;在基坑支撑位置处,隧道变形较小,实际施工中要保证支撑刚度,及时架设支撑,并保证先支撑再开挖,充分利用基坑的时空效应。该研究为类似工程提供一定的借鉴与参考。     

土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析

为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.     

基坑开挖引起盾构隧道响应研究综述

基坑开挖引起周围地铁隧道的响应问题引起了很多学者的研究兴趣。现有研究采用的方法多样,包括现场监测、离心试验、数值模拟和解析解答等;研究内容丰富,包括基坑和隧道的几何尺寸和物理性质,结构的受力和变形,周围土体的变形性状以及加固方法和施工方案等。为了进一步梳理现有研究成果,将基坑开挖对隧道的影响问题按照研究方法进行归类,对研究结论进行分析,指出现有研究存在的不足,并给出研究展望。     

不同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡稳定性分析

为准确地分析土石混合体边坡的稳定性，提出了一种可考虑不同块石含量、块石随机分布及基覆岩层倾角的边坡稳定性分析方法。该方法根据土石混合体边坡中的块石含量、级配以及基覆岩层倾角，随机生成了含石率从10%～60%、基覆岩层倾角从0°～20°的边坡模型，每种含石率及基覆岩层倾角均考虑8个不同的块石分布位置，最后将生成的模型导入到Optum G2中建立土石混合体边坡模型，采用有限元极限分析法对该类型边坡的稳定性进行了分析，并将计算结果与采用Kalender等效强度参数模型所得的结果进行了对比验证。研究结果表明，由于块石空间分布位置的不同，相同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡的最大、最小下、上限安全系数变化较大；相同含石率下，随着基覆岩层倾角的增加，边坡的下、上限安全系数的平均值变化相对较小；土石混合体边坡坡体中的剪切带呈现出“绕石”、“分流”以及“包含”这3种典型的扩展模式；通过将本文方法与Kalender等效强度参数模型所得的安全系数进行的对比分析，验证了作者所提方法的可行性。研究结果可为土石混合体边坡的设计及施工提供参考依据。     

地下水工隧洞围岩及钢筋混凝土岔管结构数值分析

随着高山峡谷地区大型水电工程的兴建,深埋地下水工隧洞的围岩稳定和内外水压力作用下衬砌应力变形等成为重点关注问题。从围岩开挖支护、围岩衬砌相互作用和钢筋混凝土有限元模拟等方面建立钢筋混凝土岔管段数值分析模型,以蒲石河抽水蓄能电站尾水岔管为例,分析了围岩的应力、变形问题以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题。围岩分析计算结果表明：在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深,同时主洞靠近岔洞侧和尾水支洞的两侧岩体塑性区也有较大的开展。岔管结构分析计算结果表明：正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小。     

Time-dependent safety of lining structures of circular tunnels in weak rock strata

Following tunnel excavation and lining completion, fractured surrounding rock deforms gradually over time; this results in a time-dependent evolution of the pressure applied to the lining structure by the surrounding rock. Thus, the safety of the tunnel lining in weak strata is strongly correlated with time. In this study, we developed an analytical method for determining the time-dependent pressure in the surrounding rock and lining structure of a circular tunnel under a hydrostatic stress field. Under the proposed method, the stress–strain relationship of the fractured surrounding rock is assumed to conform to that of the Burgers viscoelastic component, and the lining structure is assumed to be an elastomer. Based on these assumptions, the viscoelastic deformation of the surrounding rock, the elastic deformation of the lining structure, and the coordinated deformation between the surrounding rock and lining structure were derived. The proposed analytical method, which employs a time-dependent safety coefficient, was subsequently used to estimate the durability of the lining structure of the Foling Tunnel in China. The derived attenuation curve of the safety coefficient with respect to time can assist engineers in predicting the remaining viable life of the lining structure. Unlike existing analytical methods, the method derived in this study considers the time dependency of the interaction between the surrounding rock and tunnel lining; hence, it is more suitable for the evaluation of lining lifetime.     

隧道埋深及开挖方法对于二衬支护时机的影响

为了研究隧道埋深和施工方法对二衬支护时机的影响,以广梧高速公路牛车顶隧道为工程背景,建立数值计算模型,分别改变隧道埋深和施工方法,得到相应的隧道二衬支护时机.结果表明：通过数值计算,可定量得到二衬及掌子面之间的允许距离和埋深的关系;当埋深较小时,二衬与掌子面的允许距离随着埋深的增加而增加;当埋深超过某一限值时,隧道二衬与掌子面的允许距离基本不变;开挖工法对二衬与掌子面间的允许距离影响比较显著,而对仰拱与掌子面的允许距离影响很小.随着开挖断面分部的增加,开挖对围岩的扰动减小,因而可以适当延缓构筑二衬时机.若选取Ⅲ级围岩中的全断面开挖法作为参考基准,则围岩中二衬与掌子面的允许距离将由于选择不同工法需进行修正,相应的修正值为：全断面法1.0,上下台阶法和中隔壁法均为1.5.     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.     

破碎围岩浅埋偏压隧道衬砌荷载的计算方法

隧道洞口大都会面临围岩破碎、浅埋和偏压等不良地质地形情况,现行规范只给出了偏压隧道衬砌荷载的计算方法。对于破碎围岩浅埋偏压隧道,根据现场情况及实测的衬砌受力和变形特征表明其与规范假定不同,不宜直接利用规范方法。通过工程实例分析及隧道三维数值分析结果提出了浅埋偏压隧道破碎围岩的破坏模式,即隧道开挖后深埋侧岩体滑塌下落挤压支护结构使其向外侧变形,从而外侧支护受到被动土压力。根据提出的破坏模式,将隧道开挖后围岩主要分为滑塌区和被动区,在此基础上利用极限平衡法推导出了衬砌荷载的计算公式。将计算得到的结果与现场实测值对比发现,对于围岩极其破碎且存在较严重偏压的浅埋隧道工程,提出的计算方法比采用规范方法更接近实际情况。     

官地水电站右岸施工导流洞进口塌方段衬砌结构安全

塌方是水工隧洞施工过程较为常见的工程事故之一,而顶拱塌方是塌方事故中较难处理的一种.根据官地水电站右岸导流洞进口塌方段回填处理措施,建立最大塌方段的断面计算模型,仿真分析了施工开挖、顶拱塌方段回填和下闸封堵等过程,针对回填混凝土与围岩间的接合状态、衬砌混凝土的抗剪断参数等展开了衬砌结构的安全复核.计算结果表明:回填混凝土与围岩间的粘结强度对衬砌结构受力有重要影响,在顶部回填混凝土与外水压力的共同作用下,衬砌混凝土左右两侧拱座位置是潜在破坏区域,应防止其发生剪断破坏.     

大断面小净距公路隧道施工影响分析

以佛羊岭隧道工程为研究背景,采用上下台阶法进行施工,以FLAC3D有限元软件为计算平台,建立大断面小净距公路隧道有限元模型,对隧道模型进行数值模拟分析。研究地表沉降、围岩与衬砌结构应力,并提出相应的监控和加固对策。数值分析结果表明:先行隧洞上部地表沉降比后行隧洞大,后行隧洞的施工会增大先行隧洞竖向位移,使先行洞的最大主应力和最小主应力出现不同幅度的增加,隧道衬砌结构应力集中于拱腰至拱脚范围区域,先行洞支护结构对于后行洞开挖起到稳定岩体的作用,后行隧道的开挖会使中夹岩柱出现应力集中,在施工时应注意对隧道围岩采取加固措施。分析结果能够为大断面小净距公路隧道的设计和施工提供科学依据。     

大断面小净距公路隧道施工影响分析

以佛羊岭隧道工程为研究背景,采用上下台阶法进行施工,以FLAC3D有限元软件为计算平台,建立大断面小净距公路隧道有限元模型,对隧道模型进行数值模拟分析。研究地表沉降、围岩与衬砌结构应力,并提出相应的监控和加固对策。数值分析结果表明:先行隧洞上部地表沉降比后行隧洞大,后行隧洞的施工会增大先行隧洞竖向位移,使先行洞的最大主应力和最小主应力出现不同幅度的增加,隧道衬砌结构应力集中于拱腰至拱脚范围区域,先行洞支护结构对于后行洞开挖起到稳定岩体的作用,后行隧道的开挖会使中夹岩柱出现应力集中,在施工时应注意对隧道围岩采取加固措施。分析结果能够为大断面小净距公路隧道的设计和施工提供科学依据。     

基于3DEC节理岩体隧道开挖与支护的数值模拟

隧道在穿过节理裂隙较发育的地质环境时,地下水与支护条件等因素会对隧道开挖后围岩的稳定性产生影响。因此,以国内某山岭高速公路隧道为背景,基于离散元理论,考虑裂隙水压力作用,分析了砂浆锚杆与混凝土衬砌等支护条件在隧道开挖后对围岩稳定性的影响,并基于3DEC软件,对裂隙岩体隧道的开挖与支护进行了数值模拟。模拟结果表明：地下水对裂隙岩体隧道的开挖与支护影响较大,有地下水的裂隙岩体隧道开挖较无地下水的围岩整体与局部位移均增加了2~3倍;在有无裂隙水两种工况下,选择合理的支护手段均能使围岩位移量减小20%~32%。     

花岗岩残积土隧道渗流效应数值模拟研究

为探讨渗流效应对花岗岩残积土隧道的影响,通过将水注入围岩中实现渗流目的,并进行数值模拟。模拟过程中,设置了4组水压力,分别为0, 50, 100, 150 kPa,得到了不同压力与位移和支护结构之间的关系。研究结果表明:当围岩孔隙水压力为50 kPa时,不宜进行上台阶开挖;当围岩孔隙水压力为100kPa时,不宜进行下台阶开挖。隧道的开挖受水压力的影响较大,水压力越大,渗流范围越广,同时仰拱隆起现象越严重,此时顶部衬砌结构发生较大变形,故开挖隧道时应进行支护与监测。支护好上台阶后,应及时对围岩进行支护,以避免渗流过广而导致围岩出现较大位移。隧道下台阶的施工受多因素的影响,应及时对拱顶部位进行加固,避免出现工程事故。