隐伏溶洞对隧道开挖稳定性影响研究

研究隐伏溶洞对隧道开挖稳定性的影响,对于提高隧道工程的安全性和可行性具有重要意义。以呼北高速金岩隧道为工程背景,采用Midas GTS NX软件建立隧道三维有限元模型,研究了不同溶洞位置、不同溶洞大小和不同溶洞与隧道间距下隧道围岩塑性区发展以及隧道衬砌结构变形受力规律。研究结果表明：位于隧道侧面的溶洞对隧道开挖稳定性影响最为明显,围岩塑性区分布最广,其次为位于隧道底部的溶洞,最后为位于隧道顶部的溶洞;溶洞与隧道间距越小,对隧道开挖稳定性影响越大,当距离足够近时塑性区的发展会贯通隧道与溶洞之间的中岩柱;地表V形影响区随着溶洞直径的增大而增加,也随着溶洞与隧道间距的增大而增加;中岩柱的破坏是由隧道侧面的围岩和溶洞侧面岩体同时向中间产生塑性发展而产生的。相关结论可为岩溶发育区山岭隧道安全施工提供参考。     

隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合实验系统 ,对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中 ,隧道顶部不同距离上的溶洞对围岩稳定性的影响进行相似模型实验研究 ,实验结果表明 ,开挖引起的总释放位移随溶洞的距离呈现减函数变化 ;在有溶洞的断面开挖瞬间释放位移增量随溶洞离隧道的距离增大而减小 ;开挖后的流变位移也随溶洞的距离增大而减小。开挖瞬间的位移释放率随溶洞距离而呈现减小的趋势 ,约为 2 3%- 2 5 %。开挖后的流变位移释放率与溶洞距离没有明显的关系     

隧道侧岩溶分布对围岩稳定性影响的数值模拟研究

以朝东岩隧道为背景,运用二维弹塑性分析研究了隧道侧面45°和正侧面不同大小、不同距离的溶洞分布对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:隧道侧面溶洞随距离的增大,围岩稳定性增强,距离与隧道开挖引起的释放位移之间存在明显的相关关系,影响的分界线大约在溶洞尺寸的2～3倍;在拱顶附近的周边释放位移比底部的释放位移大。同时隧道侧面的溶洞容易引起隧道开挖过程中的偏压现象,隧道整体向溶洞一侧发生释放位移。     

隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合实验系统，对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中，隧道顶部不同距离上的溶洞对围岩稳定性的影响进行相似模型实验研究，实验结果表明，开挖引起的总释放位移随溶洞的距离呈现成函数变化；在有容洞的断面开挖瞬间释放位移增量随溶洞离隧道的距离增大而减小；开挖后的流变位移也随溶洞的距离增大而减小。开挖瞬间的位移释放率随溶洞距离而呈现减小的趋势，约为23％—25％。开挖后的流变位移释放率与溶洞距离没有明显的关系。     

隧道顶部溶洞对围岩稳定性影响的数值分析

以在建的某高速公路岩溶隧道为工程背景,采用有限单元法,运用迈达斯GTS分析软件,建立隧道结构及围岩的三维分析模型,重点分析了不同位置、大小的顶部溶洞在开挖过程中对围岩变形位移、力学特性、塑性区以及支护结构受力的影响,研究了顶部溶洞对隧道围岩稳定性的影响,所得结论可为岩溶地区隧道工程的设计、施工和研究提供指导。     

侧部岩溶隧道围岩稳定性数值分析与研究

 结合忠垫高速公路岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件FLAC3D对侧部含有溶洞的隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞内和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向2个相反的方向变形,是较危险区域。围岩塑性区主要集中在隧道的周围和溶洞的左右侧部,溶洞的顶部和底部处塑性区较少。隧道与溶洞之间的围岩由于应力集中可能使围岩产生过大的变形和岩体破坏,对其稳定性要给予特别重视。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

深埋隧道溶洞岩体防突层安全厚度研究

为防治深埋岩溶隧道开挖诱发的围岩突水灾害,文中依托巫镇高速笔架山隧道,在考虑溶洞水压条件下研究了充水溶洞位于隧道不同方位、不同距离以及不同埋深时隧道围岩塑性区变化规律。研究结果表明,溶洞位于隧道底部时洞内水压对岩体支护作用最为显著,但该位置的防突层安全厚度受隧道埋深影响最大;溶洞位于隧道顶部时防突层安全厚度对隧道安全影响最大;防突层安全厚度随着隧道埋深的增大而增加;计算所得最小安全厚度为3.9～13.1m,在任意位置情况下,防突层安全厚度均随隧道埋深增大而增加,该预测模型可为隧道突水灾害防治提供参考。     

岩溶尺寸对隧道围岩稳定性影响的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合试验系统，对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中，不同大小溶洞对隧道围岩稳定性的影响进行相似模型试验研究，并运用ANSYS软件进行了弹塑性有限元数值分析：三维动态施工过程模拟与试验结果均表明，溶洞对围岩的变形有较大影响，随着溶洞尺寸的增加，开挖前的围岩先期位移和开挖瞬间的释放位移均有较大幅度的增长，同时，溶洞区的开挖对无溶洞区的围岩变形有放大作用。     

侧部岩溶隧道围岩与支护结构力学特性分析

岩溶区隧道因受岩溶的影响,其围岩与支护结构力学特性与一般隧道存在较大区别.以忠垫高速公路某岩溶隧道为背景,采用三维快速拉格朗日法,对侧部岩溶隧道施工过程中的围岩位移、应力、塑性区和锚杆轴力及喷混凝土层力学特性进行研究,并将计算结果与现场监测结果进行了比较分析.结果表明,隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形.塑性区主要集中在隧道的周围和溶洞的左右侧部.隧道与溶洞之间的围岩应力集中程度较高.靠近溶洞侧的锚杆轴力及喷混凝土层轴力和弯矩要比其他位置的相应值都要大.     

岩溶隧道施工围岩变形动态监测与仿真分析

 岩溶区隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以达成高速铁路宝石岩隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道围岩变形进行现场监测研究,并运用有限差分软件FLAC3D进行仿真分析,现场监测和仿真分析所得围岩变形规律基本一致。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是较危险区域;靠近溶洞的隧道左侧特征位置的位移值要比远离溶洞的隧道右侧相应部位的位移值大,其中,左边墙的水平位移是右边墙的2倍左右。随着开挖断面处溶洞尺寸的逐渐增大,拱顶下沉位移增量最大,边墙水平位移增量次之,腰拱水平位移增量最小。溶洞顶部下沉位移和靠近隧道的溶洞右侧部水平位移较大,溶洞其他部位的位移值较小。侧部含有溶洞的隧道,其围岩变形的非对称性容易使隧道受“偏压”。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

既有铁路隧道与上部建筑物相互作用及稳定性分析

襄渝铁路新人和场隧道相临重庆市某新建小区建筑岩体地基,本文采用地层结构法和结构荷载法两种技术手段,对拟建建筑和既有铁路隧道的相互影响及其稳定性进行综合分析与评价,全面分析了修建高层建筑对既有隧道围岩位移和其安全系数产生的附加影响,提出必须采取相应的措施以减小该工程的修建对地下洞室的安全和围岩稳定性的影响。     

喷锚支护与隧道自承拱的机理

为了使岩石隧洞拱部稳定,喷锚支护被广泛用于地下隧洞的支撑设计中。正确的喷锚支护设计应该基于对喷锚支护加固的特性和洞顶岩石拱结构的机理两方面都有一个清楚的认识。为此,以三峡工程地下厂房拱顶设计为例,研究洞顶岩石拱结构形成及加固机理。     

复杂结构形式隧道的围岩位移监测分析

 厦门市梧村隧道为双向六车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由双连拱、小净距、初期支护连拱和分离式隧道组成。现场监测工作以隧道拱顶沉降和围岩收敛为主,结合施工措施和开挖工序进行全面分析。研究成果表明：三导洞法施工主洞沉降所占比例不到侧导洞沉降的一半,双连拱隧道结构型式适用于对沉降控制要求较高的隧道工程;CRD1部开挖产生的拱顶沉降可以超过累计沉降值的50%;核心土开挖后布设测点造成的总损失量约占累计沉降值的37.5%;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;管棚区域出现较大下沉与管棚工作室的断面稍大以及管棚两端受其自重影响较大有关;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小;开挖和注浆是引起围岩出现较大收敛变形的主要施工因素,其中注浆对围岩的收敛位移影响更大;初期支护连拱隧道右洞开挖对左洞二次衬砌的收敛稳定有一定的影响。     

高应力巷道局部弱支护机理分析

高应力巷道发生底鼓及顶板失稳等现象应区分两种情况，即巷道全周边弱支护与局部弱支护。后一种情况，围岩从弱支护部位鼓出，到一定程度则诱发牢固支撑部位支架破坏。发展过程呈缓慢～急剧形式。局部弱支护又是巷道支护工程中的常见现象，也是理论上缺乏深入研究的问题。以弹性及粘弹性理论为基础。结合实例计算，分析了高应力巷道局部弱支护机理，阐述了底鼓与顶、帮失稳相互诱发的原因，为巷道支护结构设计提供新的理论依据。     

围岩压力对爆破信号频域能量分布影响研究

随着金属矿山开采深度进一步加大,上覆岩体引起的高围压极易导致围岩发生片帮冒顶等失稳破坏,目前,所建立的爆破震动效应安全判据均未考虑开挖深度及围岩压力因素。笔者通过对不同围岩压力下巷道围岩的爆破震动效应进行数值模拟,利用小波能量理论在频域范围内分解巷道围岩响应信号,得到响应信号的频带总能量以及在不同频率区间内的能量分布,并得出围岩压力对响应信号频带总能量以及频带能量分布的影响规律。结果表明:围岩压力越大,响应信号的频带总能量越大,且频带总能量的增幅以主频带内能量增幅为主;随着围岩压力增大,次频带内能量向主频带内转移,导致频带能量趋于集中。明确不同围岩压力作用下爆破震动信号频域能量的分布规律,为进一步建立考虑围岩压力因素的爆破震动效应安全判据奠定基础。     

岩嘴湾隧道分层开挖数值模拟

针对岩嘴湾隧道的工程地质条件和隧道施工方法,采用ADINA软件建模,对围岩和衬砌在施工阶段的受力、变形进行了分析,计算表明,隧道拱顶和边墙的位移均在规范允许范围内,岩嘴湾隧道采用台阶法施工是可行的。     

大跨软岩公路隧道围岩稳定性分析

本文针对大跨度软岩隧道的围岩变形特点,以集呼高速公路旗下营隧道右线出口段YK197+040断面在CD法施工下围岩变形的现场监测数据为背景,整理了拱顶沉降的位移-时间曲线,探讨了拱顶沉降随开挖时间的变化情况。运用ABAQUS软件,结合实际隧道工艺建立了三维有限元模型,数值分析了隧道开挖后拱顶及周边位移的变化趋势,研究了围岩力学性能参数对隧道变形以及围岩稳定性的影响。在综合考虑监测数据与数值结果的基础上,为后续隧道安全施工提供了有益的理论建议。     

基于现场监测数据的隧道围岩变形特性研究

 隧道变形是衡量隧道结构体系稳定性的重要指标,该指标可以科学、及时、可靠、便捷地反映隧道工程的安全性。在收集、整理我国103座山岭隧道836个拱顶沉降数据、806个水平收敛数据的基础上,系统分析围岩变形量、围岩变形稳定时间与围岩级别、隧道开挖面积等因素之间的关系。研究表明：隧道围岩变形数据主要集中在低值区间,中高值区间数据较少但分布范围较广,随着围岩级别增大,围岩变形值增大,数据集中区间增大,变形分布区间增大;隧道断面面积对隧道围岩变形影响较大,随着隧道断面面积的增大,变形值增大;实测数据表明,隧道围岩变形与隧道埋深并没有明显的联系;隧道围岩变形稳定时间主要集中在中低值区间,高值区间的数据相对较少,随着围岩级别增大,围岩变形稳定时间增大,分布区间增大。根据统计结果,提出不同围岩级别下,隧道变形的建议控制值以及变形稳定时间参考值。     

一种连续-非连续方法验证及矩形隧道围岩垮塌模拟

提出了一种适于模拟岩石材料变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂缝模型的有关原理。首先,针对弹性滑块沿固定斜面下滑及三点弯梁开裂问题进行了模拟,以检验该方法的正确性。然后,针对矩形隧道围岩模型位移控制加载条件下的变形、开裂及垮塌过程进行了模拟。结果表明:位于隧道两帮、顶部和底部的最大主应力低值区(最大主应力值下降区)的形状呈半圆形;随着加载的进行,位于隧道顶、底部的任一个最大主应力低值区被分化成“双耳形”;随后,隧道顶、底部发生开裂,冒落及底鼓发生,隧道两帮也发生开裂;最终,松散的岩块几乎充满了半个隧道,隧道围岩整体垮塌。     

唐山沟矿厚层砂岩顶板切缝沿空成巷试验研究

 垮落带内含有厚层坚硬岩层时,难以冒落,易在沿空巷道采空区侧形成弧形三角悬板,对沿空巷道产生较大压力。以大同唐山沟8820厚层砂岩顶板首采面无煤柱开采为背景,分析普通充填留巷和切缝沿空成巷侧向顶板断裂结构特征及围岩稳定过程,认为对垮落带内直接顶坚硬层顶板进行合理参数下的切缝,可使得切缝高度范围内采空区边界直接顶和基本顶失去约束,并沿切缝结构面剪切破断充分冒落接顶,降低破断冲击动载;并通过UDEC数值模拟软件,分析出切缝有利于矸石冒落并支撑上覆岩层,可将上覆基本顶岩层的触矸点前移,限制基本顶回转和下沉作用引起的围岩压力,明显减小巷道围岩变形量。基于理论、数值分析研究结果,确定唐山沟矿8820回风巷巷内加强巷旁密集支柱+巷旁双向聚能爆破切缝的上压下支中间切缝的联合切顶方案。通过井下爆破参数试验、矿压监测分析,评价切顶成巷的效果。井下试验表明：顶板高恒阻大变形锚索、巷内加强巷旁密集支柱、巷旁密集档矸点柱、超前聚能切缝爆破的切顶成巷综合技术,能够有效切落沿空巷道侧向顶板并形成完整巷道,各项指标均满足下一工作面回采要求。